标准毕业设计说明书 道桥专业

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丹通高速公路A1B1段综合设计

摘要

本次设计为高速公路综合设计路段，此路段位于本溪境内，根据设计公路的交通量、地形特征以及使用任务和性质，确定公路等级为高速公路。在此基础上，结合沿线自然条件与主要技术指标，进行路线方案论证与比选，最终确定一个最佳方案进行详细技术设计。其主要内容包括：路线的平、纵、横设计，路基、路面设计和排水设计以及交通设施设计, 并完成施工图设计阶段应完成的各种图、表及设计说明书。本设计严格依据规范的各项指标进行，最后确定本高速公路设计速度为100km/h，路基宽26m，双向4车道，路线全长3664.499m，路面为沥青混凝土面层，厚18cm，全线共设计了3个平曲线、3个竖曲线、3座桥梁、1条隧道，2道钢筋混凝土管涵、3个天桥。

关键词 高速公路；平曲线；竖曲线；路基；路面

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The General Design of Dantong express

from A1 to B1

Abstract

This express section is located at the east of Liaoning province，which is heavy highland area．According to the requirements of mountain highway design, the grading of express is based on the traffic volume, the use of task and nature. Then, through combining natural conditions along and the main technical indicators, evaluating and electing the route, this express section ultimately determine the best option for a detailed technical design. Its main contents include: plane design, vertical curve design, transect curve design, roadbed design, road surface design, drainage design and traffic facilities design. In addition, all kinds of the figures, tables, and specifications are given in detail in this paper. After conducting technical feasibility studies accord to specification, the designing velocity is 100 km / h. The width of the roadbed is 26 meters with four two-way lanes. The length of the road is 3664.499meters. The road’s surface is paved by asphalt concrete. There are three plane curves, three vertical curves, a total of three bridges, one tunnel, two culverts ,and three overpasses.

Keywords Express；Plane curve；Vertical curve；Roadbed；Pavement

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目 录

摘 要 ....................................................................................................................................... I ABSTRACT........................................................................................................................... II 目 录 .................................................................................................................................... III 1 绪论 .................................................................................................................................... 1

1.1 项目建设的背景及其建设的意义 ................................................................................ 1

1.1.1 项目建设背景 ......................................................................................................... 1 1.1.2 道路所处的地理位置 ............................................................................................. 1 1.1.3 道路建设的意义 ..................................................................................................... 2 1.2 沿线地形、地质、气候特征 ........................................................................................ 2 1.2.1 气候特征 ................................................................................................................. 2 1.2.2 水文特征 ................................................................................................................. 2 1.2.3 地形与土质特征 ..................................................................................................... 3

2 方案的拟定与比选........................................................................................................ 4

2.1 设计资料 ........................................................................................................................ 4 2.2 道路技术等级的确定 .................................................................................................... 4 2.3 有关技术标准汇总 ........................................................................................................ 5

3 路线方案具体比选........................................................................................................ 7

3.1 路线选线的原则 ............................................................................................................ 7 3.2 路线选线的过程 ............................................................................................................ 8 3.3 方案对比 ........................................................................................................................ 8

4 路线设计 ........................................................................................................................ 10

4.1 平面设计 ...................................................................................................................... 10 4.1.1 直线 ....................................................................................................................... 10 4.1.2 圆曲线 ................................................................................................................... 10 4.1.3 缓和曲线 ............................................................................................................... 10 4.1.4 平曲线设计示例 ................................................................................................... 11 4.2 纵断面设计 .................................................................................................................. 14 4.2.1 纵断面设计的作用和基本要求 ........................................................................... 14 4.2.2 最大纵坡 ............................................................................................................... 14 4.2.3 最小纵坡 ............................................................................................................... 14

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4.2.4 坡长限制 ............................................................................................................... 14 4.2.5 设计示例 ............................................................................................................... 15 4.3 平、纵线形组合设计 .................................................................................................. 17 4.3.1 平、纵线形组合的一般设计原则 ....................................................................... 17 4.3.2 平纵组合的一般要求 ........................................................................................... 17

5 路基横断面设计 .......................................................................................................... 19

5.1 路基横断面设计 .......................................................................................................... 19 5.1.1 横断面的组成 ....................................................................................................... 19 5.1.2 横断面设计要素的确定 ....................................................................................... 19 5.2 路基边坡设计 .............................................................................................................. 20 5.2.1 路堤边坡 ............................................................................................................... 20 5.2.2 路堑边坡 ............................................................................................................... 20 5.3 路拱横坡及超高 .......................................................................................................... 21 5.3.1 路拱形式及横坡度 ............................................................................................... 21 5.3.2 超高设计与计算 ................................................................................................... 21 5.4 挡土墙设计 .................................................................................................................. 24

6 排水设计 ........................................................................................................................ 25

6.1 路面表面排水 .............................................................................................................. 25 6.2 沟渠设计 ...................................................................................................................... 25 6.2.1 边沟设计 ............................................................................................................... 25 6.2.2 截水沟设计 ........................................................................................................... 26 6.2.3 排水沟 ................................................................................................................... 27 6.3 涵洞 .............................................................................................................................. 28 6.4 天桥设计 ...................................................................................................................... 30

7 路面设计 ........................................................................................................................ 31

7.1 路面等级与路面类型选择 .......................................................................................... 31 7.1.1 轴载分析 ............................................................................................................... 31 7.1.2 结构组合与材料选取 ........................................................................................... 33 7.3 各层材料的抗压模量与劈裂强度 .............................................................................. 34 7.4 土基回弹模量的确定 .................................................................................................. 34 7.5 设计指标的确定 .......................................................................................................... 34 7.5.1 设计弯沉值 ........................................................................................................... 34 7.5.2 各层材料的容许层底拉应力 ............................................................................... 35 7.6 设计资料总结 .............................................................................................................. 36 7.7 确定石灰土层厚度 ...................................................................................................... 36 7.8 拉应力验算 .................................................................................................................. 37 7.8.1 细粒式沥青混凝土层底拉应力验算 ................................................................... 37 7.8.2 中粒式沥青混凝土层底拉应力验算 ................................................................... 38

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7.8.3 粗粒式沥青混凝土层层底拉应力验算 ............................................................... 38 7.8.4 水泥稳定碎石层层底拉应力验算 ....................................................................... 38 7.8.5 石灰土层层底拉力验算 ....................................................................................... 39

8 道路交通安全设施设计 ............................................................................................ 40

8.1 护栏 .............................................................................................................................. 40 8.2 视线诱导设施 .............................................................................................................. 40 8.3 标志与线标 .................................................................................................................. 40

9 扶壁式挡土墙尺寸确定及其稳定性验算（专题） ......................................... 42

9.1 扶壁式挡土墙的特点及适用条件 .............................................................................. 42 9.2 扶壁式挡土墙设计的基本思路 .................................................................................. 42 9.3 扶壁式挡土墙设计一般规定： .................................................................................. 42 9.4 一般构造要求： .......................................................................................................... 42 9.5 扶壁式挡土墙的具体计算 .......................................................................................... 43 9.5.1 设计资料 ............................................................................................................... 43 9.5.2 土压力计算 ........................................................................................................... 43 9.5.3 墙身及尺寸的确定 ............................................................................................... 44 9.5.4 墙身稳定性及基底应力验算 ............................................................................... 48

结 论 .................................................................................................................................. 50 致 谢 .................................................................................................................................. 51 参考文献 ............................................................................................................................... 52 附 录 .................................................................................................................................. 53

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1 绪论

1.1 项目建设的背景及其建设的意义

1.1.1 项目建设背景

丹东至通化高速公路的建设是实施国家高速公路网建设规划，完善东北区域骨架公路网和辽宁省高速公路网建设的需要。是国务院审批通过的国家高速公路“7918”网中的“纵1线”和东北区域骨架公路网“五纵、八横、两环、十联”网中的纵一线——鹤岗至大连高速公路的一段，是国家高速公路中贯通我国东北黑龙江、吉林、辽宁三省东北部地区，连接东北重要港口丹东港和大连港的出海快速大通道。

丹东至通化高速公路的建设是振兴东北老工业基地，促进沿线地区资源开发和经济发展，实现区域经济一体化的需要。大东港是东北东部地区最便捷的出海通道。高速公路建成后，东北东部的煤炭、粮食、机械设备及轻工产品可由丹东港出口，充分发挥丹东港的集疏功能，对扩大丹东港经济腹地辐射范围，早日实现吞吐量超亿吨的国际大港的奋斗目标。

1.1.2 道路所处的地理位置

本设计高速公路位于丹东至通化本溪境内A1B1段。

丹东市位于辽宁省东部，坐落在辽东半岛经济开放区东南部，地处鸭绿江与黄海交汇处，与朝鲜民主主义人民共和国的新义州市隔江相望，北与本溪市及吉林省相接，西接鞍山，营口，西南与大连毗邻，南临黄海，是中国大陆海岸线交端的起点。丹东市属丘陵地带，地势北高南低，丘陵占72.4％。丹东市河流很多，其中流域面积超50000km2的有鸭绿江，浑江和艾河等。

本溪地处辽东半岛东南部，境内东西长184km，南北宽87km，在地图上呈哑铃状的狭长地域。本溪市市区位于本溪市境内的西部，在太子河中上游河谷盆地内，地势由东北向西南倾斜，城区周围群山环绕，有大小山岭达240多座。主要山峰有韭菜顶子山、西大顶子、大凹岭、长砬子等，海拔均在1000m以上。

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1.1.3 道路建设的意义

本设计是丹东到通化高速公路本溪境内A1B1段。它的建设有如下意义： 1.发展交通运输事业，完善高速公路网的需要

本项目的实施，提高通行能力，缓解附近道路的交通压力，缩短行车时间，减少交通事故，节约运输费用，从而满足交通运输发展的需要，完善丹海地区公路网结构。

2.加快经济的发展

多年来本地区公路交通基础设施建设与经济发展的不相适应，特别是山区地形复杂，交通设施严重滞后，对该地区的经济发展带来一定程度的影响和制约。本公路建成以后，随着投资环境的改善，将吸引不少外商来此地区投资办厂，同时，为深藏在山区的各类丰富资源建立方便通道，带动地区经济的发展。本项目的实施还将将解决岫岩没有高速公路的问题，缩短岫岩与其他县市的运输时间，对发展少数民族地区经济，推动边境经贸合作的发展都将起到至关重要的作用。

3.促进旅游事业的发展

本公路的建设，将加速实现地区间旅游资源从线到面的整合，在促进本地旅游资源开发的同时，也使本溪、丹东等地区的旅游业融入更广阔的市场。

1.2 沿线地形、地质、气候特征

1.2.1 气候特征

本溪位于辽宁省的东部，属于大陆性季风气候。其主要气候特点是：四季分明，雨量充沛。 受黄海影响年平均气温在7～8℃之间，极端最高气温37.8℃， 极端最低气温-37.9℃。东部地区9月末可见初霜，西部地区初霜出现在10月上旬；西部地区4月下旬终霜结束，西部5月上旬中期结束，西部地区无霜期较长，达161天，而东部地区无霜期只有140多天。全年日照时数在2332～2378小时之间。 1.2.2 水文特征

年平均降水量在787～845mm之间，最多的年份可达1332.6mm(1985年桓仁),最少的年份526.2mm(1999年本溪县)。夏季的降水量占全年降水量将近2/3，并且雨量主要集中在7月下旬到8月上旬，此时期的降水量占整个季降水量的1/3还要多，并且雨量集中，常有暴雨灾害发生的可能。

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1.2.3 地形与土质特征

本设计路段地表，路线经过地区为Ⅱ1区，土质为粘质土。

本溪地处辽宁东部，以中低山地形为主，西北部边缘有局部丘陵地形。全境总趋势为南高北低，而东西相比又东高西低，本溪处于长白山脉千山支脉的东北端。其境内1000m以上的高峰40余座，其中有被誉为“辽宁屋脊” 的辽宁第一高峰的花脖子山，主峰山峰海拔1336m。本溪市山河交错，地质复杂，素有“地质摇篮”、“天然地质博物馆”之称。矿产资源开发利用较早，是中国地质学研究的发源地之一。

丹东市属丘陵地带，地势北高南低，山地丘陵占72.4％，平原谷地面积占14.6％，水域占8.7％，其他占4.3％。宽甸和凤城北部地势最高，平均海拔500m左右，有山峰14座，最高峰花脖山，海拔1336.1m；凤城中南部以及东港北部平均海拔300－500m，丹东市城市区和东港中南部地势最低，海拔多在20m以上，最低处海拔在2m以下。

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2 方案的拟定与比选

2.1 设计资料

1. 地形图：本溪地区地图，比例1：2000；

2．交通资料：路面竣工后第一年交通组成及数量如下：

小 汽 车： 3500 （辆/日） 解放CA10B： 720 （辆/日） 东风EQ140： 900 （辆/日） 黄河JN150： 800 （辆/日） 日野KB222： 660 （辆/日）

《公路工程技术规范》中规定：交通量换算采用小客车为标准车型确定公路等级的各汽车代表车型和车辆折算系数规定。如表2.1

表2.1 各汽车代表车型与车辆折算系数

汽车代表车型 小客车 中型车 大型车 拖挂车 车辆折算系数 1.0 1.5 2.0 3.0 说明 ≤19座的客车和载质量≤2t的货车 ＞19座的客车和载质量＞2t～≤7t的货车 载质量＞7t～≤14t的货车 载质量＞14t的货车 预测年平均增长率：7.80% 3．初定设计年限：20年

2.2 道路技术等级的确定

根据远景设计年平均日交通量：

Nd=N0×（1+r）n-1 (2.1)

式中：

Nd—远景设计年平均日交通量（辆/日）

N0—起始年平均日交通量（辆/日），包括现在交通量和道路建成后从其它道

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路吸引过来的交通量 r—年平均增长率（%） n—远景设计年限

表2.2 以小汽车为标准的折算表

车型 小汽车 解放CA10B 东风EQ140 黄河JN150 交通量(辆/日) 3500 720 900 800 660 折算系数 1.0 1.5 1.5 2.0 2.0 折算后的交通量 3500 1080 1350 1600 1320 日野KB222

则 N0=3500+1080+1350+1600+1320=8850（辆/日） 20年后的此路段上的年平均日交通量为：

N20=N0×（1+r）n-1=8850×（1+7.8%）19=35872.26（辆/日）

根据《公路工程技术标准》规定：

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小汽车的年平均日交通量25 000～55 000辆。经计算20年后此路段上的年平均日交通量为35872.26辆，属于四车道所要求的范围内，故该拟建公路选定为双向四车道高速公路。

2.3 有关技术标准汇总

根据《公路工程技术标准》：设计荷载：路面标准轴载Bzz—100KN[1] 见表2.3

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表2.3 主要技术指标表

公路等级 设计速度（km/h） 路线总长（m） 平曲线一般最小半径（m） 平曲线极限最小半径（m） 不设超高最小半径（m） 缓和曲线最小长度（m） 最大纵坡（％） 最小坡长（m） 凸曲线最小半径／极限值（m） 凹曲线最小半径／极限值（m） 竖曲线最小长度（m） 同向曲线段间 直线段最小长度（m） 反向曲线段间 2V=200 高速公路 100 3664.499 700 400 4000 85 4 250 10000/6500 4500/3000 85 6V=600

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3 路线方案具体比选

3.1 路线选线的原则

道路的选线是一个涉及面广、影响因素多、政策性和技术性都很强的工作。它是由面到片，由片到线，由粗略到细致的过程，是逐步具体化、逐步补充修改和提高的过程。选线要先通过总体布局解决基本走向，然后再解决局部路线方案直到具体定线。

路线方案是路线设计中最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系到高速公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有作用，即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益[2]。

选线的要求，归纳起来，可有下述原则：

1.道路的选线应根据道路的使用任务和性质、综合考虑路线区域国民经济发展状况与远景规划，正确处理好近期与远景的关系，在总体规划的指导下，合理选定方案。

2.认真领会计划任务书的精神，深入调查当地地形、气候、土壤、地质、水文等自然情况，不遗漏有比较价值的方案。

3.道路选线布局必须符合国家的方针政策，力争路线短捷及保证行车安全。 4.道路选线贯彻工程经济与运营经济结合的原则，在不增加工程造价的情况下，尽量提高技术指标，在不降低技术指标的情况下，尽量降低工程造价。

5.充分利用有利地形、地势，尽量回避不利地带，正确运用技术标准，从行车的安全、畅通和施工、养护的经济、方便着眼，对路线与地形的配合加以研究，搞好路线平、纵、横三面的结合，力求平面短捷舒顺，纵面平缓均匀、横面稳定经济。

6.路线应选择地址稳定、地形良好的地区通过，尽量避免穿过滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、泥沼、排水不良的低洼地等不良地段。

7.大中桥位应在服从路线总方向的原则下，对路桥综合考虑，不要因桥位而过多地增长路线，桥位应尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上，并注意方便群众。

8.道路与道路或道路与铁路，应尽量减少交叉的次数，应合理选用交叉类型，以达到行车安全畅通的目的。

9.道路设计应实行远近结合、分期修建、分段定级的原则，以取得投资及用地的最

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佳效益。

10.要考虑施工条件对选定路线的影响。

3.2 路线选线的过程

丹通高速公路本溪段所处地区多为山区，地面高度变化大，建筑设施分布较少，居民点稀。路线必经之地有几座比较大的山，必须考虑该地的填挖问题。所以，路线平面、纵断面等几何线形的技术标准都比较高。同时在具体指标应用时应注意：

1.合理选用直线长度 : 以直线为主，当必须采用长直线时，应作好平、纵组合设计，以消除长直线的弊端。

2.直线与半径的关系 : 长直线的尽头不得连接急弯，有时尽管连接的曲线并不小，但不一定与其前面所接的直线相适应。

3.保证路基稳定 : 路线纵坡设计时应注意路基的最小填土高度；搞好路基的排水设计；横向排水不利时，应保证最小排水纵坡度的要求。最小排水纵坡度一般为0.5%，最小不小于0.3%。

本设计道路的等级为高速，路线都是封闭的，经过国道的时候要设立交或者给留出通道，对于高压电线也得注意，尽量不与之交叉。

3.3 方案对比

在既定的路线走廊带上经过反复的比选，比如：与公路、铁路、河流、高压线的交角要大于700，经过的路线线形合理，填挖方量小且对住房的拆迁量降到最小等等，通过这些比选所考虑的因素最后确定了两条线，再经过具体的对比以及考虑各方面的影响因素进行利弊分析，比较分析的结果如下：

方案一：路线起点在

A1(552670.3806,463139.6589)，终点在

B1(552513.7254,466613.6768)，全线总长3664.499m，其间设置JD1(552804.4221，463704.6615)，JD2(552575.6655,464527.4164) ，JD3 (553037.89，465504.1519)

方案二：路线起点在

A1(552670.3806,463139.6589)，终点在

B1(552513.7254,466613.6768)，全线总长3639.157m，其间设置JD1(552575.2548, 464523.0709)，JD2(553027.4903,465530.277)，

两方案都采用直线，缓和曲线，圆曲线相结合的办法。均符合平曲线设计要求。

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由于设计路段地处本溪境内，起终两点间多山岭丘陵，等高线较密集。沿线有铁路、国道、河流（细河）、房屋和梯田坎。其间由于山岭众多，高低起伏较大，地形条件极其受限，故可供选线的地区比较单一，方案一与方案二走向基本相似.

在方案一中需修建三座桥梁（共620m），其中，一座跨铁路桥面连续简支T型梁桥(260m), 两座跨河流预应力钢筋混凝土连续梁桥 (140m,220m) 一处隧道(共300m)。在方案二中需修建三座桥梁(共740m)，其中一座跨铁路桥面连续简支T型梁桥(340m)、两座跨河流预应力钢筋混凝土连续梁桥(170m,230m), 一处隧道(共315m)。两个方案线性，技术指标基本相同，方案一比方案二的路线短25.342m.从线性来看，方案一线形比较顺畅，似乎方案二优于方案一，因为方案二减少了一个交点的设置，减小了技术方面的要求，降低了工程难度，但是，从线性的另一方面来看，方案二的从起点到第一交点直线长度过长，容易给驾驶员造成疲劳;设计桥梁时，桥梁走向尽量与河流正交，从这方面来看，方案二与河流的交角过小，而方案一比较合理；从填挖量和经济角度来衡量，方案二明显大于方案一，具体体现在：方案二的跨铁路桥面连续简支T型梁桥比方案一的长80m，方案二的跨河流预应力钢筋混凝土连续梁桥总长度比方案的长40m；方案二的隧道长度比方案一的长15m；方案二在K0+860到K1+120处的挖方量为14910.998m3，而方案一的挖方量为13610.928 m3，方案二的挖方量比方案一的多1300.07 m3。

综上所比较，方案一作为最佳方案，淘汰第二方案。

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4 路线设计

4.1 平面设计

公路的平面线形，当受到地形、地物的影响而发生转折时，在转折时就需要设置曲线或曲线组合。直线、圆曲线、缓和曲线是平面线形的三要素。道路平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合等问题。 4.1.1 直线

直线是平面线形中的基本线形，在公路和城市道路中是使用最为广泛，它适用于地形平坦、视线目标无障碍处。

在设计中，过长和过短的直线都不是好的线形。因此对直线的最大长度和最小长度应加以限制。直线的最大长度应控制在设计速度的20倍速度以内。《公路路线设计规范》中规定：当设计车速大于60km/h时，同向曲线间的直线最小长度（以km计）以不小于设计速度的6倍为宜，反向曲线间直线最小长度（以km计）以不小于设计速度的两倍为宜。

本设计高速公路的最小直线长度为257.06m,大于设计车速100km/h的两倍，最大直线长度为784.8577m，小于设计速度的20倍速度，符合规范要求。 4.1.2 圆曲线

圆曲线是平面线形中最多的线形。圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易与测设等优点，使用十分普遍。圆曲线最小半径：按规范规定设计车速为100km/h，最大超高值为6%时的圆曲线一般最小半径为700m,极限最小半径为400m。圆曲线最大半径：选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线最大半径值一般不应超过10000m。本设计路段的圆曲线半径为700m，符合规范规定。 4.1.3 缓和曲线

缓和曲线是在直线和曲线之间或不同半径圆曲线之间，为了缓和汽车的行驶，符合汽车行驶的轨迹，采用曲率不断改变的曲线，缓和曲线的作用是便于驾驶与路线顺畅，

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行车平稳，使旅客感觉舒适，且增加线形美观。因此，我在设计中，均设置了缓和曲线。

由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶，所以要求缓和曲线有足够的长度。缓和曲线过短会使驾驶员操作来不及调整，旅客感觉不适。规定缓和曲线的最小长度，主要从下面两方面考虑：

1．旅客感觉舒适

汽车在缓和曲线上行驶，其离心加速度随缓和曲线曲率的变化而变化，如果变化过快将会使乘客受到横向的冲击。若考虑旅客感觉舒适度，由经验得：以V(km/h)表示设计速度，则最小缓和曲线长度Ls(min)的计算公式为 Ls(min)V3?0.0214(m) （4.1）

R?s式中?s为离心加速度变化率，我国在制定缓和曲线设计标准时，将离心加速度的变化率取值控制在0.5～0.6m/s3范围内。

本设计中V=100km/h，R=700m，取0.5m/s3，得Ls(min)为61.1m，设计缓和曲线最小长度为145m，符合标准要求。

2．行驶时间不过短

车辆在缓和曲线上的行驶时间过短会使驾驶员操作不便，甚至造成驾驶操纵的紧张和忙乱。一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s，于是

Ls(mV?in)(m) （4.2） 1.2对于本设计路段的设计车速100km/h的3s行程为83.3m，本设计路段的所有缓和曲线长度均符合要求。

综合考虑上述影响缓和曲线长度的各项因素，《标准》制定了各级公路缓和曲线的最小长度，对于设计速度为100km/h的公路，缓和曲线最小长度为85m。本设计中最小缓和曲线长度为145m，符合标准要求。 4.1.4 平曲线设计示例

对于实地定线来说，平曲线设计的主要工作是曲线要素的计算，平曲线要素的计算范例，如图4.1所示：

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JDTHYZHLs0EQZLLRYHpHZLsO图4.1有缓和曲线的圆曲线

1．平曲线要素的计算公式：

Ls???R360 (m) （4.3）

LsL3s q?? (m) （4.4）

224R02L2L4ss? p? (m) （4.5） 324R2384R ??=28.6479Ls??? （4.6） R T?(R?p)tanL?(??2?0)?2?q (m) （4.7） R?2Ls (m) （4.8） ?R (m) （4.9）

?180E?(R?p)sec?2J?2T?L (m) （4.10）

式中： q-------缓和曲线切线增值(m)； Ls-------缓和曲线长度(m)；

p-------设缓和曲线后圆曲线内移值(m)；

辽宁科技大学本科生毕业设计 第13页

??-------缓和曲线终点缓和曲线角(?)； T-------切线长(m)； R-------圆曲线半径(m)； L-------曲线长(m)；

?-------转角(?)；

E-------外距(m)； J-------超距(m)。 主点里程：

ZH=JD-T HY=ZH+LS YH=HY+L-2LS HZ=YH+LS QZ=HZ-LL JD=QZ+H

222．计算示例：（以JD1为例） 平曲线要素计算：

LsL31451453sq????72.47（m） =

2240R22240?7002L2L414521454ssp????1.251(m) =3324R2384R24?7002384?700?0?28.6479Ls145?5.934 (?) =28.6479?700R?28?53'2.6\)tan?=q?700?1.251?tan?72.47?253.069(m) T?(R?p22?3.14L?(??2?0)R?2Ls=(28?53'2.6''?2?5.934?)??700?2?145?497.785(m)

18018028?53'2.6''E?(R?p)sec?R=?700?1.251?sec?700?24.134(m)

22? J?2T?L=2?253.069?497.785?8.353 (m) 主点里程桩号：

JD1=K0+580.685

ZH=JD-T=K0+580.685-253.069= K0+327.616

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HY=ZH+LS= K0+327.616+145= K0+472.616

YH=HY+L-2LS= K0+472.616+497.785-2?145= K0+680.401 HZ=YH+LS= K0+680.401+145= K0+825.401 QZ=HZ-L497.785= K0+825.401-= K0+576.509 22根据此计算过程，将计算结果填入“平曲线要素表”，具体数值见附表1。

4.2 纵断面设计

4.2.1 纵断面设计的作用和基本要求

在道路纵断面上，为便于行车安全舒适，对于不同坡度的坡段，在转折处需要设置一段曲线进行缓和，这一段曲线就是竖曲线。它的作用有：(1)缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的离心力；(2)确保公路纵向行车视距；(3)将竖曲线与平曲线恰当组合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。基本要求是纵坡均匀平顺，起伏和缓，坡长和竖曲线长短适当，平面和纵面组合设计协调，以及填挖经济、平衡。 4.2.2 最大纵坡

最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。我国《公路工程技术标准》规定：设计速度为100km/h时，最大纵坡为4％；隧道部分路线纵坡：隧道内纵坡不应大于3%，紧接隧道洞口的路线纵坡应与隧道内纵坡相同。

本设计中最大纵坡值为3.815％，隧道纵坡值为0.37％，均符合标准规定。 4.2.3 最小纵坡

在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，为了保证排水，防止水渗入路基而影响路基的稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡。本设计中最小纵坡值0.37％，符合规范要求。 4.2.4 坡长限制

1．最小坡长

辽宁科技大学本科生毕业设计 第15页

最小坡长通常规定汽车以不小于设计速度行驶9-15s的行程为宜，《公路工程技术标准》规定公路最短坡长应按表4.1选用。

表4.1 最小坡长

设 计 速 度(km/h) 一般值 最 小 坡 长(m) 最小值 300 250 200 150 120 100 60 120 400 100 350 80 250 60 200 40 160 30 130 20 80 本设计中最小坡长为580m，大于250m，符合设计要求。 2．最大坡长

《公路路线设计规范》规定：设计车速为100km/h纵坡坡度为4%时的最大坡长为800m。本设计路段共三个变坡点，三个坡的坡度分别为1.233%，2.883%，0.370%，3.815%对应的坡长分别为580m ，1620.000m，675m，789.499m，由于对纵坡坡度小于3%不作最大坡长要求，可以视为符合规范规定的最大坡长限制，所以都满足最大坡长要求。 4.2.5 设计示例

结合以上原则，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度为3.815%，最小纵坡坡度为0.37%，共设3个变坡点。 1．设计标高计算公式

坡线标高=变坡点标高+xi或坡线标高=变坡点标高-xi 式中：x——计算点到变坡点的距离，m； i——坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。 2．竖曲线要素的计算公式：

L=Rω （4.11） T=

22= （4.12） LRωT2TωE?? （4.13）

42Rx2 h? （4.14）

2R式中：R——竖曲线半径(m)

辽宁科技大学本科生毕业设计 第16页

L——竖曲线的曲线长(m) T——竖曲线的切线长(m) E——竖曲线的外距(m)

ω——两相邻纵坡的代数差，以小数计 h——竖曲线上任意点到切线的纵距

x——竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离(m)

3．计算示例：

以变坡点1为例，变坡点桩号为K0+580，高程为196.804m，i1=-1.233%，i2=2.883%，竖曲线半径R=8000m。

各变坡点竖曲线要素计算过程如下：

ω= i2?i1 =0.02883+0.01233= 0.04066，为凹形 L=Rω=8000×0.04066=325.28（m） T=L/2=162.64（m）

T2162.642E???1.653(m)

2R2?8000设计高程的计算：

竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T

=（K0+580）－162.64= K0+417.36

竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T

=（K0+580）+162.64= K 0+742.64

竖曲线起点高程＝196.804－162.04×0.01233＝194.806（m）

下面以分别位于变坡点1前后两个桩号K0＋560和K0+600为例，计算设计高程： 1）桩号K0＋560处：

横距：x= （K0+580）－（ K0+560）=20(m)

x2202?0.025(m) 竖距：h?=

2R2?8000切线高程=196.804－20×0.01233=196.557（m） 设计高程=196.557+0.025=196.582(m)

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2）桩号K0＋600处：

横距：x = （K0+600）－（K0+580）=20(m)

x2202?0.025(m) 竖距：h?=

2R2?8000切线高程=196.804+20×0.02883=197.371(m) 设计高程=197.371+0.025=197.396(m)

根据此计算过程，将计算结果填入“竖曲线要素表”，具体数值见附表3。

4.3 平、纵线形组合设计

平纵线形组合设计的总要求：对于设计速度≥60km/h的道路，必须注意平、纵的合理组合，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。公路线形最终是以平、纵、横所组合的立体线形反映于驾驶员的视觉中，为保证汽车行驶的安全，应把道路平、纵断面结合作为立体线形来分析研究。 4.3.1 平、纵线形组合的一般设计原则

1．在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视线的连续性。

2．保持平、纵线形的技术指标大小均衡。它不仅影响到线形的平顺性，而且与工程费用密切相关。

3．为保证路面排水和行车安全，必须选择适合的合成坡度。 4．注意和周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。 4.3.2 平纵组合的一般要求

1．当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线之内，且平曲线应稍长于竖曲线。如图4.2所示：

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虚线为不设回旋线的情况不适当竖曲线位置适当平曲线直线回 旋 线圆 曲 线回旋线直线

图4.2 平、竖曲线的组合原则

平曲线与竖曲线要一一对应，且平曲线比竖曲线更长，即所谓的“平”包“竖”，这种组合能较好地保持视觉上的连续性。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。本设计第一个竖曲线即放在平曲线两缓和曲线上。

2．保持平曲线与竖曲线大小的均衡。根据统计资料表明，如果平曲线的半径小于1000m，竖曲线的半径大约为平曲线的10----20倍时，即可以达到均衡。本设计平曲线半径分别为700m、700m、700m，竖曲线半径分别为8000m、7000m、8000m。

3．避免平、竖曲线的不利组合。

4．若平、竖曲线的半径都很大，则平、竖曲线的位置可以不受上述(1)的限制。若做不到竖曲线与平曲线较好的配合，且两者的半径都小于某限制时，宁可把平、竖曲线拉开相当距离，使平曲线位于直坡段上或竖曲线位于直线上。

本设计中平曲线共计三个交点，竖曲线三个变坡点，第一个竖曲线符合“平包竖”的原则，第二个和第三个竖曲线由于条件限制不能满足“平包竖”的原则。其中第二个竖曲线的起点落在平曲线第三个交点的缓和曲线段上，终点落在圆曲线段上；第三个竖曲线的起点落在平曲线第三个交点的后缓和曲线段上，终点落在直线段上。

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5 路基横断面设计

5.1 路基横断面设计

5.1.1 横断面的组成

公路横断面的组成应根据公路等级、设计速度、地形、气候、地质等条件来确定，以保证公路的交通安全、通行能力、路基的强度和稳定性。本设计路段的横断面主要由行车道、中央分隔带、路缘带、硬路肩、土路肩、 边沟、截水沟等组成[3]。如图5.1所示：

100752×3755025075隔离栅硬路肩行车道路缘带土路肩1:0.5≥500土台150H≤8m:0.75H＞8m中央路分缘隔带带界桩3002%1:11:112%道路中心线3:碎落台15060601:1截水沟60×607.5号浆砌片石

图5.1 横断面组成

5.1.2 横断面设计要素的确定

路基横断面应根据公路等级、技术标准，充分考虑公路所在地的地形、地质、水文、填挖等具体情况选用。路基横断面的典型形式，可归纳为填方路基﹙路堤﹚、挖方路基﹙路堑﹚和填挖结合等三种类型。

按《公路工程技术标准》规定高速公路设计速度为100km/h时，整体式路基宽度一

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般值为26m，车道宽度为3.75m，中间带宽度3.5m，左、右侧路缘带宽度分别为0.75m，0.5m中央分隔带宽度2.0m，右侧硬路肩3.0m，土路肩0.75m。

5.2 路基边坡设计

边坡设计主要是合理的确定路基边坡坡度。路基边坡坡度可用边坡高度H与边坡宽度b之比值表示，并取H=1.0。 5.2.1 路堤边坡

沿线山体稳定，无不良地质状况，故路堤边坡坡度，可参照下表，结合当地已成的实践经验采用。本设计填方路段填土高度小于8m，边坡坡度采用的是1：1.5；填土高度大于8m，边坡坡度8m以下采用的是1：1.75，8m以上采用的是1：1.5。

表5.1 路堤边坡坡度 边坡最大高度（m） 填料类型 全部高度 粘性土、砂性土、粉性土 砾石土、粗砂、中砂 碎石、卵石 不易风化的石块 20 12 20 20 上部高度 8 － 12 8 下部高度 12 － 8 12 全部高度 － 1：1.5 － － 上部高度 1：1.5 － 1：1.5 1：1.3 下部高度 1：1.75 － 1：1.75 1：1.5 坡度 5.2.2 路堑边坡

本设计路堑低于8m的路段，采用路堑坡度为1：0.5。当路堑高度大于8m，且地质情况较好的时候，其8m以下，坡度为1：0.5；8m以上第二级坡度为1：0.75，考虑到坡度变化较大，在该处修建1.5m的碎落台，且在边沟与坡度为1：0.5的坡之间，修建1.5 m的碎落台，从而增加边坡的稳定性减少坡面冲刷，起到一定的拦挡上边坡剥落下坠的小石（土）块。

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5.3 路拱横坡及超高

5.3.1 路拱形式及横坡度

路拱形式采用直线形，以路中线为基点，设置双向路拱横坡，主要是为便于机械化施工、排水和养护。

根据路面类型和当地自然条件，本设计采用2.0％的路拱横坡。路肩的设置则为硬路肩采用与路面坡度相同的2.0%，而土路肩，为了能迅速排出路面上的降水，路拱坡度为3.0％[4]。 5.3.2 超高设计与计算

合理的设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶在曲线上的稳定性与舒适性。

1. 超高的过渡方式

由于本设计的道路等级为高速公路，所以超高的过渡为有中间带道路的超高过渡。有中间带的道路行车道，在直线路段的横断面均为以中间带为脊向两侧倾斜的路拱。路面要由双向倾斜的路拱形式过渡到具有超高的单向倾斜的超高形式，外侧须逐渐抬高，在抬高过程中，行车道外侧是绕中间带旋转的，若超高横坡度等于路拱横坡，则直至与内侧横坡相等为止。本设计采用的是绕中央分隔带边缘旋转。

2. 超高过渡段长度的确定

超高缓和段的长度按下式计算： Lc?式中：

； LC——超高缓和段长度（m）

B——旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）；

?i——旋转轴外侧的超高与路拱坡度的代数差；

B??i （5.1） pP ——超高渐变率，其值根据计算行车速度和超高过渡方式确定；

根据上式计算的超高缓和段长度应取成5m的整倍数，并不小于10m的长度。 为了行车的舒适，超高过渡段应不小于按上式计算的长度。但从利于排除路面降水

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而考虑，横坡度由2％过渡到0％路段的超高渐变率不得小于1/330，即超高不该设置的太长。

一般情况下，在确定缓和曲线长度时，已经考虑了超高过渡段所需的最短长度，故一般取超高过渡段长度LC与缓和曲线长度LS相等。

本设计中，圆曲线半径均不大，因此都设置了超高过渡段。以平曲线交点一为例，计算其超高过渡段长度。平曲线半径R＝700m，最大超高值6％，V=100km／h，查《公路路线设计规范》知ih=5%,超高渐变率为p?1/175，其基本参数如下表所示：

表5.2 本公路基本参数表

土路肩宽度(m) 硬路肩宽度(m) 外侧路缘带宽度(m) 行车道宽度(m) 内侧路缘带宽度(m) 路拱横坡度 路肩横坡度 0.75 3 0.5 7.5 0.75 2% 3% 若令Lc=Ls,则

p?B??i Lc＝

?0.75?2?3.75?0.5??0.07

175＝0.0035

1/175〉P 〉1/330,满足要求，故该处超高缓和段与缓和曲线长度相等，即在缓和曲线全长范围内连续超高。

3. 超高值的计算

有中间带的公路的超高方式有三种：绕中央分隔带边缘旋转；绕各自行车道中心旋转；绕中间带中心旋转。

本路段采用绕中央分隔带边缘旋转，即：将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。在超高过程中，

辽宁科技大学本科生毕业设计 第23页

内外侧同时从超高缓和段起点开始绕各自旋转轴旋转，外侧逐渐抬高，内侧逐渐降低，直到HY(或YH)点达到全超高。绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式如表

表5.3 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算式

超高位置 C 外侧 D D 内侧 C 计算公式 行车道横坡值 (b1?B?b2)ix 0 0 ix?iz?iyLciy?izLcx?iz ix??(b1?B?bx?b2)ix x?iz

式中： B——行车道宽度；

b1——内侧路缘带；

b2——外侧路缘带；

bx——路基加宽值，因为本公路无加宽所以为0； iz——路拱横坡度；

iy——圆曲线超高横坡度。

超高计算点位置见图5.4：

ijbJ2Cb2bJ1BiGDb1Db1iGBCb2bJ1bJ2ij图5.2 超高计算点位置图

以平曲线一上距离超高缓和段起点距离为50m的点为例，计算外侧超高位置处，点C的超高值：

辽宁科技大学本科生毕业设计 第24页

ix?iz?iyLcx?iz＝

2%?5%?50?2%＝0.004

145则点C处的超高值为： (b1?B?b2)ix＝（0.75+7.5+0.5）×0.004＝0.035m

5.4 挡土墙设计

挡土墙是为了防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物，用于支承路堤填土或路堑边坡。路基在下列情况宜修建挡土墙：

1. 陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段；

2. 需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段； 3. 增加不良地质路段边坡稳定，以防止产生滑坡； 4. 防止沿河路段水流冲刷；

5. 节约道路用地、减少拆迁或少占农田；

6. 保护重要建筑、生态环境或其他需要特殊保护的地段。

衡重式挡土墙的墙辈可视为凸折式的上下墙之间设一衡重台，利用衡重台上填土的重力作用和全墙重心的后移，增加墙身稳定，减小断面尺寸而节约工程数量。因墙面陡直，下墙背仰斜，地面横坡较陡时可降低墙高，同时也可减少基础开挖工程量。衡重式挡土墙可用于山区。又由于本设计路段的路基填方较高，有必要设置挡土墙以降低路基边坡高度，增加路基稳定性，防止滑坡。所以在K0+000~K1+000段中的K0+760~K0+920段，在路基的左右两侧设置了衡重式挡土墙。

扶壁式挡土墙属于薄壁式挡土墙的一种，它的主要特点是构造简单，施工方便，墙身断面较小，圬工量省，占地较小，自身质量轻，可以较好的发挥材料的强度性能等，结合本设计的具体情况，在K2+700~K2+800处石料相对较少，地基承载力相对较低，所以在该路段的路基左右两侧设置了扶壁式挡土墙。

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6 排水设计

路基施工和养护均需一定的水分，但是路基和路面周围的水应当严格的控制，该设计路段地处本溪地区，为东部温润季冻地区，由于深挖路堑多，如果侵入路基的水分过多，土基含水量过大，便会引起土质松软，强度降低，发生边坡坍塌、冻胀、翻浆等病害，从而降低道路的使用性能，大大降低道路的使用年限。为更好的了解排水设计，本设计详细的整体排水规划选择了K0+000～K1+000路段进行设计。

6.1 路面表面排水

路面表面排水的主要任务是迅速把降落到路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全。

首先考虑采取的是通过路面和路肩的横向坡度向路基两侧横向排流，在路线有纵坡时，则为沿合成坡度斜向排流。当路基横断面为路堑时，横向排流的表面水汇集于边沟内。当路基横断面为路堤时，可采用让路面表面水以横向漫流形式向路堤坡面分散排放。 在汇水量不大，路堤不高，路线纵坡不大，坡面冲刷能力强的情况下，应优先采用横向漫流分散排放的方式[5]。

本设计地处辽宁省本溪地区，汇水量并不大，因此本设计主要采用横向漫流形式向路堤坡面分散排放。全线由截水沟、排水沟、边沟排除路面及坡面水，与沿线的桥梁、涵洞形成了地面排水系统，以保证路基的强度和边坡的稳定性。挖方段路面排水采用横向漫流方式，边坡水经过边坡急流槽与路面水汇入边沟。

6.2 沟渠设计

6.2.1 边沟设计

设置在挖方路基的外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之为边沟。其主要功能在于汇集和排出路基范围内和流向路基的少量地面水。

1．边沟的断面形式。常用的有梯形、矩形、三角形和流线型等几种形式。本设计，采用梯形边沟，边沟采用浆砌片石防护。

2．边沟的断面尺寸。参照《公路排水设计规范》规定公路的边沟深度不得小于0.4m，本设计中的边沟深度采用0.6m，底宽取0.6m。

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3．边沟的纵坡和长度。为了保证边沟能迅速地排水，边沟纵坡一般与路线纵坡一致，平坡路段，边沟宜保持不小于0.5%的纵坡。在工程困难地段宜不得小于0.3%，但边沟口间距宜缩短。

4．边沟的出水口。边沟水流流向路堤坡脚处，纵坡一般较陡。当边沟底到填土坡脚高差过大时，应结合地形和地质条件采取下列措施：设置排水沟将路堑边沟沿出水口处的山坡引向路基范围以外，不直接冲刷填方路基。边沟的水可由排水沟引向天然沟渠

[6]

。

0.6m路面碎落台1:111: 0.6m 图6.1 边沟示意图

0.6m 1:0.5 6.2.2 截水沟设计

当山坡填方路段可能遭到上方流水的破坏时，必须设置截水沟以拦截山坡水保护 路堤。

1.断面形式。截水沟的断面形式一般为梯形，本设计边坡采用1：1，宽度采用0.6m，深度0.6m。

2.离开路基的距离。截水沟离开挖方路基的距离应视土质而定，以不影响边坡稳定性为原则。本设计中，距离d为5m。截水沟挖出的土，可在截水沟之下侧做成土台。台顶应筑成2%倾向截水沟的横坡，土台坡脚离路基挖方坡顶应有适当距离。山坡路堤

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上方的截水沟，离开路堤坡脚至少2m[7]。

3.出水口。截水沟内的水流一般应避免排入边沟。通常应尽量利用地形，将截水沟中的水流排入截水沟所在山坡一侧的自然沟中，或直接引到桥涵进口处，必要时也可排入边沟中。

由于本设计在挖方路段右侧的的地面线较高，为了减小上方水流对该公路路基的破坏，本设计中在K0+000~K1+000段中的K0+199~K0+221，K0+259~K0+321，K0+359~ K0+365处高速公路的右侧设置了截水沟。

土台2%≥5.0m截水沟碎落台

图6.2 截水沟示意图

6.2.3 排水沟

排水沟主要是用于排除来自边沟、截水沟、或其他水源的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点，排水沟的设置，必须结合地形等条件，因势利导，离路基尽可能远些，平面上力求短捷平顺，以直线为宜，必须转向，尽可能采用大半径，徐缓改变方向；距路基一般不宜小于3m---4m；纵面上控制最大最小纵坡，以1%---3%为宜[8]。

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6.3 涵洞

圆管涵具有就地取材，造价低，易施工，结构坚固寿命长，自重及超载潜力大的优点，所以大部分形式均采用钢筋混凝土圆管涵形式。本设计所取标准跨径分别为1.5m。

本设计中涵洞的位置以及孔径见表6.1所示：

表6.1 涵洞一览表 序号 涵洞位置 结构类型 交角（°） 孔数及孔径 洞底标高 洞口类型 八字墙式 1 K0+863 钢筋混凝 115 圆管涵 1-1.5m 194 2 K2+022 钢筋混凝圆管涵 90 1-1.5m 234 八字墙式

下面以K2+022处钢筋混凝土圆管涵为例，具体介绍一下有关尺寸：

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2 6 0 0 4 094.853沥 青 麻 刀塞 缝

302 5 0301504060301303075

454021015157040Ⅱ－ⅡⅠ－Ⅰ

图6.3 圆管涵设计图

40901510510 辽宁科技大学本科生毕业设计 第30页

6.4天桥设计

本设计高速公路，沿线与许多乡村道路相交，在K3+380处与二级国道相交。《公

路路线设计规范》中规定，高速公路与乡村道路交叉必须采用分离式立体交叉形式。本设计在K2+770、K2+810处，属填方路段，可以选择设计通道。但是，结合具体地形条件，可以不设通道，将两条乡村道路回头处设在高速公路右侧，比较经济，对道路的正常使用影响也不大，所以本设计采取的是把两条乡村道路回头段设在高速公路右侧。

在K0+580处有一乡村道路，由于靠桥比较近，可以考虑把路线左移从桥下通过，经测算桥下净空满足需求；在K0+713处设计一个人行通道(宽6m高4m,跨径38m)，与高速公路的交角为135°；在K3+180～K3+340里程内，有三条乡村道路与本高速公路相交，结合具体地形条件以及实际交通路线，可以将三条乡道改道，将三条道路的车流在适当位置引入到二级国道上去，这样可以减少乡道对高速的影响，也比在此处修建天桥经济；在K3+323处设计一个天桥；在K3+400处再设计一个天桥。该处天桥设计时，将天桥设计成与国道交角为45°，这样要比顺着原来的国道修建天桥经济。此外，两个个天桥桥面净宽均不小于4.5m，同时设防落网。具体参数见表6.2。

表6.2 天桥设计有关参数 中心桩号 K3+323 K3+400 角度(°) 85 45 跨径说明 2-15m 2-18m 结构形式 桥底标高(m) 过道天桥 279 （人用） 过 道天桥(车用) 289

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7 路面设计

沥青路面结构设计包括原材料选择、设计参数的测试、路面结构组合与厚度计算等内容。路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件密切结合实际情况，进行路面的总体设计。在满足交通量和使用要求的情况下应遵循因地制宜、方便使用的原则。结合当地条件，尽量作到经济合理、安全可靠。

7.1 路面等级与路面类型选择

沥青路面等级、面层类型的选用应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴载的累计当量轴载等因素，按下面的表与下面的计算来确定。 7.1.1 轴载分析

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。

表7.1各种车型的轴载情况表

车 型 前轴重（KN） （KN） 解放CA10B 东风EQ140 黄河JN150 日野KB222 19.40 23.70 49.00 50.20 60.85 69.20 101.60 104.30 1 1 1 1 双 双 双 双 - - - - 后轴重后轴数 轮组数 后轴距(cm) 日) 720 900 800 660 交通量(次/1．设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。 1）轴载换算

轴载换算采用如下的计算公式：

N??c1c2ni(i?1kpi4.35) （7.1） p计算结果如下表7.2

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表7.2 换算结果表（弯沉） Pi （KN） ni 车型 c1 c2 (次/日) Pc1c2ni(i)4.35 P(次/日) 解放CA10B 后轴 60.85 1 1 720 83 东风EQ140 后轴 69.20 1 1 900 181.4 前轴 黄河JN150 后轴 前轴 日野KB222 后轴 49.00 101.60 50.20 104.30 k1 1 1 1 6.4 1 6.4 1 800 800 660 660 229.9 857.2 210.8 792.6 2355 N??c1c2ni(i?1pi4.35) p注：轴载小于25KN的轴载作用不计。

2）累计当量轴次

根据设计规范，高速公路沥青路面设计年限取15年，四车道的车道系数是0.4～0.5，取0.40，γ=7.8%

t?(1??)?1????365N? （7.2） 累计当量轴次：Ne=

r??1?0.078?=

1）轴载换算

15?10.078??365?2355?0.40=9191662次

2．验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次

验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为：

N?'?c1'c2'ni(i?1kpi8) （7.3） p计算结果如下表7.3

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表7.3 轴载换算结果表（半刚性基层层底拉应力）

Pi （KN） ni 车型 c1 c2 (次/日) Pc1c2ni(i)8 P(次/日) 解放CA10B 后轴 60.85 1 1 720 13.5 东风EQ140 后轴 69.20 1 1 900 47.3 黄河JN150 后轴 101.60 1 1 800 908.3 前轴 日野KB222 后轴 '50.20 104.30 k''12i1 1 18.5 1 660 660 49.2 924.3 1943 pN??ccn(i)8 pi?1注：轴载小于50KN的轴载作用不计。

2）累计当量轴次

参数取值同上，设计年限是15年，车道系数是0.40，γ=7.8% 累计当量轴次：

?(1?r)t?1? Ne=???365N1? （7.4）

r??'??1?0.078?=

7.1.2 结构组合与材料选取

15?10.078??365?1943?0.40

=7583609（次）

路面结构面层根据公路自然区划的特点，公路等级与使用要求，交通量及其交通组成，并考虑结构层的功能与受力特点以及经济发展和投资环境等因素，面层采用沥青混

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凝土（18cm），基层采用水泥稳定碎石（26cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。

规范规定，高速公路的面层由2-3层组成，由规范，采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土（6cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（8cm）[9]。

7.3 各层材料的抗压模量与劈裂强度

查表“沥青混合料设计参数参考值”与表“粒料基层-底基层材料设计参数”得各层材料的抗压模量和劈裂强度，抗压模量取20℃时的模量，细粒式密级配沥青混凝土为1400Mpa，中粒式密级配沥青混凝土为1200Mpa，粗粒式密级配沥青混凝土为1000Mpa，水泥稳定碎石为1500Mpa，石灰土550Mpa。各层材料的劈裂强度：细粒式密级配沥青混凝土为1.4Mpa，中粒式密级配沥青混凝土为1.0Mpa，粗粒式密级配沥青混凝土为0.8Mpa，水泥稳定碎石为0.5Mpa石灰土为0.225Mpa。

7.4 土基回弹模量的确定

查《公路自然区划标准》，查得该路段处于II1区，土质为棕粘质土，地下水位1.5m，填土高度5.8m,,查表查得路基临界高度参考值H1=2.9m，H2=2.2m,而H=1.5 +5.8=7.3＞2.9，属干燥类型。查“路基干湿状态的分界稠度建议值”表，得路基的平均稠度为ωc≥1.1之间，取ωc=1.1，最后查“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值”表[10]，得E0=33.0Mpa。

7.5 设计指标的确定

对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。 7.5.1 设计弯沉值

路面设计弯沉值根据公式：Ld =600Ne?0.2AcAsAb计算。该公路为高速公路，公路等级系数 Ac为1.0；面层是沥青混凝土，面层类型系数As取1.0；半刚性基层底基层总厚度大于20cm，基层类型系数Ab取1.0。设计弯沉值为：

Ld?600Ne?0.2Ac?As?Ab （7.5）

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?0.2 =600×9191662×1.0×1.0×1.0

=24.29(0.01mm)

7.5.2 各层材料的容许层底拉应力

?R??spKs （7.6）

式中：?R——路面结构层材料的容许拉应力，Mpa；

?sp

——沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度，对沥青混凝土系指15℃时的劈裂

强度；

0.22Ks——抗拉强度结构系数，K=Aa为沥青混合料级配的，其中0.09ANAsaec系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土1.1；Ac为公路等级系数。

细粒式密级配沥青混凝土：

Ks?0.09Ne0.220.22/1.0=3.06 /Ac=0.09×9191662?r??sp/ks=1.4/3.06=0.458 Mpa

中粒式密级配沥青混凝土：

Ks?0.09Ne0.220.22/1.0=3.06 /Ac=0.09×9191662?r??sp/ks=1.0/3.06=0.327 Mpa

粗粒式密级配沥青混凝土：

Ks?0.09Ne0.220.22/1.0=3.06 /Ac=0.09×9191662?r??sp/ks=0.8/3.06=0.261 Mpa

水泥稳定碎石：

Ks?0.35Ne'0.110.11/1.0=2.00 /Ac=0.35?7583609?r??sp/ks=0.5/2.00=0.250 Mpa

石灰土：

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