内蒙古大学毕业设计书

目 录

第一章 道路设计的可行性研究 ...................................................................... 3

1.1公路工程设计发展现状及意义 ............................................. 错误！未定义书签。 1.2公路工程设计发展趋势 ................................................... 错误！未定义书签。 1.3本段公路的建设意义 .................................................... 错误！未定义书签。

第二章 公路等级的确定及技术标准论证与确定 ........................................ 错误！未定义书签。

2.1沿线自然地理特征 ...................................................... 错误！未定义书签。 2.2工程概况 .............................................................. 错误！未定义书签。 2.3公路等级的确定 ......................................................................... 4 2.4.1平面设计技术指标的确定 ................................................................ 4 9. 平面视距的保证 ..................................................................................................................................................... 6 。2.4.2 纵断面设计技术指标的确定 ............................................................ 6 2.4.3 路基 ................................................................................................................................................................. 7 1. 路基设计的基本要求 ............................................................................................................................................. 7 2. 路基宽度 ................................................................................................................................................................. 7 4. 路基压实 ................................................................................................................................................................. 8 表2.9 路基压实表 ............................................................................................................................................ 8 5. 边坡坡度 ................................................................................................................................................................. 8 表2.10 路堑边坡表 ............................................................................................................................................ 8 2.4.4 路面要求 ............................................................................. 9 1. 路面设计的基本要求 ............................................................................................................................................. 9 2. 路面等级 ................................................................................................................................................................. 9 3. 路拱坡度 ................................................................................................................................................................. 9 4. 路面排水 ................................................................................................................................................................. 9 2.4.5 桥涵 ................................................................................. 9

第三章 路线的设计 ............................................................................... 10

3.1路线的方案比选 ........................................................................ 10 3.2 路线平面设计 .......................................................... 错误！未定义书签。 3.3 纵断面设计 ............................................................................ 16 3.4 横断面设计 ............................................................................ 18

第四章 排水设计 .............................................................................. 23

1

4.1 边坡的设计 ............................................................................ 23 4.1.1路基边坡设计 .................................................................................................................................................. 23 4.1.2 路堤边坡 ......................................................................................................................................................... 23 4.1.3 路堑边坡 ......................................................................................................................................................... 23 4.2 沟渠设计 .............................................................................. 24 4.2.1 边沟设计 ......................................................................................................................................................... 24 4.4 排水沟 ................................................................................ 25 4.5 路面排水设计 .......................................................................... 25 4.5.1 确定路拱坡度 ................................................................................................................................................. 25 4.5.2 路拱形式的确定 ............................................................................................................................................. 25 4.5.3 路拱横向坡度 ................................................................................................................................................. 25 4.6涵洞 .................................................................................. 25 4.6.1涵洞的布设 ...................................................................................................................................................... 25 4.6.2 涵洞具体计算： ............................................................................................................................................. 26

第五章 路面设计 ................................................................................. 28

5.1.设计资料 .............................................................................. 28 5.2 轴载分析 .............................................................................. 28 5.3以设计弯沉为指标的轴载换算 ............................................................. 28 5.4 以设计弯沉为指标累计当量轴数计算 ....................................................... 29 5.5验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算 ..................................................... 29 5.6 以验算半刚性基层层底拉应力累计当量轴数计算 ............................................. 30 5.8.设计指标的确定 ........................................................................ 31 5.8.1设计弯沉值（二级公路） .............................................................................................................................. 31 5.8.2.容许拉应力的计算 ......................................................................................................................................... 31 5.9计算石灰土层厚度 ...................................................................... 32 5.9.1.将五层路面结构换算为三层体系 ................................................................................................................. 32 5.9.2.综合修正系数F .............................................................................................................................................. 32 5.9.3.理论弯沉系数 ................................................................................................................................................. 32 5.9.4.求H .................................................................................................................................................................. 32 5.9.5.计算石灰层厚度 ............................................................................................................................................. 33 5.9.6.层底拉应力验算 ............................................................................................................................................. 33 5.10.防冻层厚度验算 ....................................................................... 34

第六章 结论及尚存的问题 ......................................................................... 35

2

6.1结论 .................................................................................. 35 6.2尚存在的问题 .......................................................................... 35

主要参考资料： .................................................................................. 35 致 谢 .......................................................................................... 35

3

2.3公路等级的确定

2.3.1交通量计算

设计路线位于广西省，根据调查的交通资料可计算出设计年限的远景交通量，计算如表2.1：

表2.1 交通量计算

序 号 1 2 3 4 合计

表2.2 汽车折算系数

汽车代表车型 车辆折算系数 汽车型号 解放CA10B 东风EQ140 黄河JN150 轴重小于25KN 交通量（辆/日） 697 595 车辆折算系数 1．5 1．5 合计 1046 893 612 2500 5051 408 2500 1．5 1．0 小客车 中型车 大型车

2.3.2 确定道路等级

交通增长率：γ=7%;初定设计年限为15年. N1=1700×1.5+2500×1.0=5051辆/日

远景设计年限为15年的年平均昼夜交通量为： N20=5051×（1+γ）

n?11.0 1.5 2.0 =5051×（1+7%）

15-1

=13025辆/日< 15000辆/日

依据表2.1中所列的信息，该公路属于新建公路，按《公路工程技术标准》JTG B01—2003为准,根据使用任务、功能和适应的交通量进行公路等级确定,二级公路所适应的年平均昼夜交通量为5000～15000辆，符合二级公路的标准，故该设计公路的等级定为广西省地区新建二级公路，并且根据交通量确定为两车道二级公路。 2.4 主要技术指标的论证和确定

技术标准是根据一定数量的车辆，在道路上以一定的计算行车速度行驶时，对路线和各项工程的设计要求，把这些要求列成指标，并用标准规定下来。

2.4.1平面设计技术指标的确定 1. 计算行车速度

广西省地区具有周高中低、形似盆地,山地多、平原少的地形特点。该路设计为二级公路，根据现行的路线设计规

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范，结合地区的经济、旅游、交通的发展，以及考虑到该路线的进一步升级，故选用行车速度:V=60km/h.

2. 直线

直线的最小长度：

同向曲线间的直线最小长度为6v,即360m; 反向曲线间的直线最小长度为2v,即120m;

当直线两端没有缓和曲线时，可直接相连,构成S形曲线。

本设计中采用大半径曲线相连或曲线间通过缓和曲线构成s型曲线。 直线的最大长度：

直线的最大长度应有所限制，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的措施。一般规定，在景色单调的地点最好控制在20v之内，本设计中即控制在1200m之内。

3. 平曲线最小长度

《公路工程技术标准》规定公路平曲线规定如表2.3所示，该公路取平曲线最小长度为100m。

表2.3 各级公路平曲线最小长度

设计车速（km/h） 一般值（m） 最小值（m） 200 1000 170 850 140 700 100 500 70 350 50 250 40 200 120 100 80 60 40 30 20 4. 缓和曲线最小长度 缓和曲线的最小长度可从以下几个方面考虑: 1) 2) 3) 4)

旅客感觉舒适(即离心加速度变化率不过大); 超高渐变率适中; 行驶时间不过短

采用的缓和曲线长度根据《公路工程技术标准》规定如2.4表：最小缓和曲线长度，Lhmin=60m，

5. 车道宽度

表2.4 缓和曲线最小长度

设计车速（km/h） 120 100 85 80 70 60 60 (50) 当设计车速为60km/h时，车道宽度为3.50m。 6. 停车视距依照表2.5 ,取停车视距为75m。

表2.5 公路停车视距

设计车速（km／h） 停车视距（m） 210 160 110 75 40 30 20 120 100 80 60 40 30 20 50 45 40 40 (35) 30 30 (25) 20 20 (20) 最小缓和曲线长（m） 100 5

7. 超车视距

依照表2.6，取超车视距为一般值350m。

表2.6 公路超车视距

设计车速（km／h） 80 一般值（m） 低限值（m） 8. 圆曲线最小半径

道路平面设计时,应根据沿线地形,地物等条件,尽量选用较大半径,以便于安全舒适行驶. 但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线半径不可大于10000米。

在运用平曲线半径的三个最小半径时,应遵循的一般原则是: 1) 2) 3)

在地形条件许可时,应力求使半径尽可能接近不设超高最小半径; 一般情况下或地形有所限制时,应尽量采用大于一般最小半径; 只有在地形特别困难不得已时,方可采用极限最小半径

550 350 60 350 250 40 200 150 30 150 100 20 100 70 公路圆曲线最小半径(v=60km/h) 极限最小半径:150m 一般最小半径：200m

不设超高的最小半径：当路拱≤2.00%时为1500m；当路拱＞2%时为1900m。

注：直线与小于上面所列不设超高的圆曲线最小半径相衔接处应设置回旋线。回旋线参数及其长度应根据线形设计以及对安全、视觉、景观等的要求选用较大的数值。

9. 平面视距的保证

汽车在弯道上行驶时，弯道内侧行车视线可能被树木、建筑物、路堑边坡或其他障碍物所遮挡，因此，在路线设计时必须检查平曲线上的视线是否能得到保证，如有遮挡时，则必须清除视距区段内侧适当横净距内的障碍物。当视野内有稀疏的成行树木，单棵树木或灌木，对视线的妨碍不大并可引导行车或能构成行车空间时，则可予以保留。 。2.4.2 纵断面设计技术指标的确定

1. 最大纵坡：5%

越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为200～500m时，平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%，任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。

2. 最大最小坡长如2.7表

表2.7 最大坡长

纵坡坡度（%） 最大坡长（m） 3 1100 4 900 5 700 连续上坡（或下坡）时，应在不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。

竖曲线最小半径和最小长度如2.8表

表2.8 竖曲线指标

凸形竖曲线半径一般值 2000 6

（m） 凹形竖曲线半径（m） 竖曲线最小长度（m）

（1）最大纵坡

二级公路，故取低限V=60km/h. 最大纵坡取6% （2）最小纵坡

为了保证挖方路段，设置边沟的低填方路段和横向排水不畅通路段的排水，以防止积水渗入路基而影响路基稳定性，采用不小于0.3%的纵坡。当然，对于干旱地区，以及横向排水良好、不产生路面积水的路段，也可不受此最小纵坡的限制。

（3）最大坡长

坡长限制主要包括两方面的内容：

①最小坡长限制主要从汽车行驶平稳性、路容美观、纵面视距等方面考虑，计算行车速度V=60Km/h时，最小坡长为170m。 ②最大坡长，计算行车速度V=60Km/h时，最大坡长为1200m。 3. 平均纵坡

平均纵坡是衡量纵断面线形设计质量的一个重要指标。

为了合理运用最大纵坡、缓和坡段及坡长，应控制路线总长度内的平均纵坡，

i平均=h/L

式中 i平均——平均纵坡 h——相对高差 L——路线长度 2.4.3 路基

1. 路基设计的基本要求

路基应根据其使用要求和自然条件(包括地质、水文和材料情况等)并结合施工方法进行设计，既要有足够的强度和稳定性，又要经济合理。影响路基强度和稳定性的地面水和地下水，必须采取将其拦截或排出路基以外。设计排水设施时，应保证水流排泄畅通，并结合附近农田灌溉，综合考虑。修筑路基取土坑和弃土堆时，应尽量将取土坑、弃土堆平整成可耕地和减少弃土侵占耕地，防止水土流失和淤塞河道，通过特殊地质、水文条件下的路基，应做好调查研究，并结合当地实际经验，进行个别设计。

2. 路基宽度

1）．横断面指标的确定

公路路基宽度为行车道与路肩宽度之和。当设有中间带、变速车道、爬坡车道、紧急停车带时，尚应包括这些部分的宽度。

《标准》规定设计速度为60km/h时，车道宽度为3.5米，硬路肩宽度取0.75米（一般值）或0.25米（最小值），土路肩宽度取0.75米（一般值）或0.5米（最小值）。

极限值 一般值 极限值 50 1400 1500 1000 7

2）. 路基宽度

因为本条路线反向曲线较多，所以考虑车道宽度为7.0m，硬路肩取1.75m，土路肩取0.75m.，路基宽度为12.0m 3. 路基高度

路基高度有中心高度和边坡高度之分。中心高度是指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。

路基高度的设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度，同时要考虑的地下水﹑毛细水和冰冻的作用,不致影响路基的强度和稳定性。

路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。若路基高度低于按地下水位或地面积水位计算的临界高度，可视为矮路堤。使用边坡高度值作为划分高矮深浅的依据。填土高度小于1.0－1.5m，属于矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路堤属于高路堤；填土高度在1.5－1.8m范围内的为正常路堤。大于20m的路堑为深路堑。

路基设计标高,新建公路的路基设计标高为路基边缘标高，在设置超高，加宽地段，则为设置超高，加宽前的路基边缘标高；改建公路的路基设计标高可与新建公路相同，也可采用路中线标高。设有中央分隔带的高速公路，一级公路，其路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘标高。

4. 路基压实

公路路基的压实度应符合表2.9的要求：

表列数值系重型击实试验求得的最大干密度的压实度。特殊干旱或特殊潮湿地区，表内压实数值可减少2%－3%。

表2.9 路基压实表

填挖类别 零填方及挖方 路床顶面以下深度（m） 0－0.30 0－0.80 0－0.80 路基压实度（％） － ≥95 ≥95 ≥94 ≥92 填方路基 0.80－1.50 >1.50 5. 边坡坡度 1）. 路堑边坡坡度

路堑边坡坡度，应根据当地自然条件、土石种类及其结构、边坡高度和施工方法确定。当地质条件良好且土质均匀时,可参照规范所列数值范围，结合已成公路的实践经验采用。

表2.10 路堑边坡表

土和岩石种类 一般土 一般岩石 边坡最大高度（m） 20 － 路堑边坡坡度 1：0.5～1：1 1：0.1～1：0.5 8

2）. 路堤边坡坡度

路堤边坡坡度，当路堤的基底情况良好时可参照规范规定出本设计的路堤边坡坡度为1：1.5（小于6m）。 2.4.4 路面要求

1. 路面设计的基本要求

各级公路的行车道、路缘带、变速车道、爬坡车道、硬路肩和紧急停车带均应铺筑路面。公路路面应根据交通量及其组成情况和公路等级、使用任务、性质、当地材料及自然条件，结合路基进行综合设计。路面应具有良好的稳定性和足够的强度，其表面应达到平整、密实和抗滑的要求。各级公路路面可根据交通量发展需要一次建成或分期建成。

2. 路面等级

路面等级一般按下表的规定选用。

表2.11 路面等级

公路等级 高速公路、一级公路 汽车专用路 二级公路 二级公路 一般公路 三级公路 四级公路 3. 路拱坡度

路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件，按表2.12规定的数值采用。土路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%－2%。

表2.12 各种路面的路拱坡度

路面类型 沥青混凝土、水泥混凝土 其它黑色路面、整齐石块 半整齐石块 、不整齐石块 碎、砾石等砾料路面 低级路面 4. 路面排水

各级公路，应根据当地降水与路面的具体情况设置必要的排水设施，及时将降水排出路面，保证行车安全。高速公路与一级公路的路面排水，一般由路肩排水与中央分隔带排水组成；二级以下公路的路面排水，一般由路肩横坡和边沟排出。 2.4.5 桥涵

公路桥涵应根据所在公路的使用任务、性质和将来发展的需要，按照安全、经济、适用和美观的原则进行设计。汽车专用公路上的各类桥涵和一般公路上的小桥与涵洞的线形及其与公路的衔接一般应符合路线布设的规定。一般公路的特大

路拱坡度（％） 1-2 1.5-2.5 2-3 2.5-3.5 3-4 高级或次高级 高级或次高级 次高级或中级 中级或低级 采用路面等级 高级 9

桥、大、中、桥位，原则上应从路线走向，桥路综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上。桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%。

根据《规范》规定,结合当地的地理情况,取小桥、涵洞及小型排水构造物的设计洪水频率为1/50。

下面把第2章所确定的广西省地区某新建二级公路在设计中需要的一些技术指标汇总成表，见下表所示2.13。

表2.13 公路主要技术指标汇总

公路等级 计算行车速度（km/h） 行车道宽度（m） 路基宽度（m） 极限最小半径（m） 一般最小半径（m） 不设超高最小半径（m） 停车视距（m） 超车视距（m） 最大纵坡（%） 平曲线最小长度(m) 最小坡长（m） 缓和曲线最小长度（m） 凸形竖曲线一般最小半径（m） 凸形竖曲线极限最小半径（m） 凹形竖曲线一般最小半径（m） 凹形竖曲线极限最小半径（m） 竖曲线最小长度（m） 最大直线长度（m） 最小直线长度（m） 反向曲线 以上为本设计所能用到的技术指标，如不全面将在后面的设计中给出。

第三章 路线的设计

3.1路线的方案比选

道路做为一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线性构造物。选线是在道路规划起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。但影响选线的因素有很多, 这些因素有的互相矛盾, 有的又相互制约, 各因素在不同的场合重要程度也不相同, 不可能一次就找出理想方案来, 所以最有效的方法就是进行反复比选来确定最佳路线。路线方案是路线设计是最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系到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。选线工作包括从路线方案选择﹑路线布局到具体定出线为的全过程。根据路线需要经过1：2000比例的地形图来确定路线方案。综合考虑精心比较，提出安全、经济、合理的路线方案。

3.1.1 公路线路走向的基本原则

根据设计要求、公路现状,确定公路线路走向的基本原则是:

120 同向曲线 高速公路 60 7.0 12.0 125 200 1500 75 350 6 100 170 60 2000 1400 1500 1000 50 1200 360 10

1． 要与沿乡镇规划紧密结合,合理衔接.

2． 避让村镇、干渠及高压干线等,尽可能减少拆迁民房等建筑物. 3． 新建线路选择应尽可能避免和减少破坏现有水利灌溉系统. 4． 坚持技术标准,尽可能缩短行车里程. 5． 宜曲则曲，宜直则直。 3.1.2 本路线设计的特点

1． 该路段的设计车速不大，所以平面设计时尽量争取较高的线形指标，视觉效果上尽量满足同向曲线最小值线段长6v, 反向曲线最小值线段长2v。在无法满足这一要求处将两曲线进行S型相接。

2.在本设计中，平纵结合合理，基本上做到了“平包竖”。 3.1.3 合理考虑路线影响因素。

1． 本设计是修筑一条二级公路,属于一般等级公路, 故路线要避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点, 做到“靠村不进村, 利民不扰民”, 及服务方便运输又保证安全。

2． 路线要尽量避开重要的电力、电讯设施。

3． 处理好路线与桥位的关系，通常桥涵的位置要服从路线的走向。 4． 注意土壤水文条件。 5． 正确处理新、旧路的关系。 6． 尽量靠近建筑材料产地。 3.1.4 其他

在绝大部分路段，由于没有农田也没有陡峻山岭的影响，本路线大部分采用了利用原有小径的方法，利用原路已有的挖方来降低工程量。同时保证平面线形指标。但由于资料不全，实际读取地面线高程时，仍假设为未挖方过的地面，实际工程量应比计算的工程量小。由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。纵断面设计的任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究并拟定起伏空间线几何构成的大小及长度以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。

3.1.5．路线方案的比选

根据以上原则，拟定出两条路线走向方案,并对两条路线方案进行利弊分析，比较分析结果，推荐最优方案。现将影响路线方案优劣的主要经济技术指标列表如下所示，以进行路线方案的比选。

3.1.6.路线方案的比选 方

案

一

：

11

° 图3.1 方案二：

3.2.1公路平曲线设计参数计算 1. 设计的线形大致如3.1图所示：

12

°

图3.3 线形走向 2由图计算出起点、交点、终点的坐标如下：

A： （297.015，493.331） JD1：(319.606，671.908) JD2： (151.359，939.395) JD3：（235.212，1714.875） JD4： (380.837，1988.541) JD5： (307.719，2640.454) JD6： (657.607，3082.805) JD7： (932.652，3524.110) JD8： (1461.392，3752.604) JD9： (1654.093，4091.671) JD10： (1860.234，4233.113) B：（1874.951，4838.934） 3．交点间距、方位角计算 （1）A-JD1段 A-JD1= ?1(319.606?297.015)2?(671.908?493.331)2?180m

?arctg671.908?493.331?141?

319.606?297.015（2）A-JD1段；JD1-JD2段; JD2-JD3段;JD3-JD4段；JD4-JD5段；JD5-JD6段；JD6-JD7段；JD7-JD8段；JD8-JD9段；JD9-JD10

段；JD10-B段计算方法同前，将计算结果汇总与平曲线及直线转角表3.2（附表）

3.2.2 公路平曲线要素计算

因为采用方案一，前面已经计算过公路平曲线部分要素，下面计算五个基本要素桩 JD1 K0+180

?)T 124.731

ZH K0+55.269

?)Lh 70

HY K0+125.269

13

?)(L?Lh) 171.8249

HZ K0+297.0939

?)Lh 70

YH K0+227.0939

1?)(L?2Lh)2 50.91245

QZ K0+176.18145

超距J?2T?L=7.638

所以，由QZ桩号算出的桩号为K0?176.18145?误.

7.638?K0?180，与原来的JD21桩号相同，说明计算无

JD2; JD3; JD4; JD5; JD6; JD7; JD8; JD9; JD10;B的平面各要素可按照JD1的方法计算，最后将其各控制点计算结果汇总与平曲线及直线转角表见3.2表（附后） 3.2.3直线内及平曲线内设计计算

1． 直线上中桩坐标计算

设交点坐标为JD（XJ,YJ）,交点相邻直线的方位角分别为A1和A2，则ZH（或ZY）点的坐标： XZH=XJ+TCOS(A1+180) YZH=YJ+Tsin(A1+180) HZ（或YZ）点坐标：

XHZ=XJ+ T COSA2 YHZ=YJ+ T SINA2

设直线上加桩里程为L,ZH,HZ表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标（L≤ZH）:

X=XJ+(T+ZH-L)COS(A1+180)

Y=YJ+(T+ZH-L)SIN(A1+180)

后直线上任意点坐标（L＞HZ）:

X=XJ+(T+L-HZ)COSA2 Y=YJ+(T+L-HZ)SINA2

14

2、带缓和曲线的平曲线

缓和曲线上任意点的切线横距

l5l9l13X=l-???........44663456RL599040RL40R2L2hhh

Lh— 缓和曲线的长度

（1） 第一缓和曲线（ZH~HY）任意点坐标

式中：l －缓和曲线上任意点至ZH（或HZ）点的曲线长；

X?XZH Y30l230l2?x/cos()*cos(A1?￡)?RLh?RLh

?YZH30l230l2?x/cos()*sin(A1?￡)?RLh?RLh（2） 圆曲线内任意点坐标 A.

由HY-YH时，

90(l?Lh)90lX?XHY?2Rsin()*cos[A1?￡]?R?R90(l?Lh)90lY?YHY?2Rsin()*sin[A1?￡]

?R?R式中：l—— 圆曲线内任意点至HY点的曲线长；

XHY、YHY——HY点的坐标，

B.

由YH-HY时

90(l?Lh)90l)*cos[A2?180?￡]?R?R

90(l?Lh)90lY?YYH?2Rsin()*sin[A2?180?￡]?R?RX?XYH?2Rsin(式中：l—— 圆曲线内任意点至YH点的曲线长。 （3）.第二缓和曲线（HZ～ＹＨ）内任意点坐标

X?XHZY?YHZ30l230l2?x/cos()*cos(A2?180?￡)?RLh?RLh

30l230l2?x/cos()*sin(A2?180?￡)?RLh?RLh式中：l—— 第二缓和曲线内任意点至HZ点的曲线长。 其计算结果见平曲线及直线转角表3.2 3.2.4 逐桩坐标表

15

将各直线及曲线插入合适点并计算出中线上的各桩坐标，并将计算结果汇总与表3.3，

L5xX=Lx-40R2L2h

L3L7xxY=-6RLh336R3L3h3.3 纵断面设计

3.3.1纵断面设计原则

1.纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。 2.纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。 3.平面与纵断面组合设计应满足:

4.视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 3.3.2纵坡设计要求

1.设计必须满足《标准》的各项规范。

2.纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。 3.沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。

4.应尽量做到填挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。 3.3.3公路竖曲线要素计算 1．变坡点1： 几何要素的计算：

图3.5 竖曲线几何元素

根据设计得知：i1??0.3748%,i2??0.4538%,?1?i2?i1??0.079%

拟定R=100000，则：

竖曲线长度：L1?R1?1?100000?(0.079%)?79m

切线长：T1?L12?39.5m

T12竖曲线变坡点纵距： E1??0.0078m

2R1竖曲线的变披点起始桩号及高程 已知k0+820的高程为145.337m

16

故 起点桩号：K0+820-39.5=K0+780.472 终点桩号：K0+820+39.5=K0+859.528 2. 变坡点2： 几何要素的计算： 根据设计得知：i3??0.9459%,i2??0.4538%,?2?i3?i2??0.4921%

拟定R=100000，则：

竖曲线长度：L2?R2?2?100000?(0.4921%)?492.1m

切线长：T2?L22?246.05m

T22竖曲线变坡点纵距： E2??0.3027m

2R2竖曲线内桩号的高程计算 已知K2+210的高程为139.029m

故起点桩号：K2+210-246.05=K1+963.956 终点桩号：K2+210+246.05=K2+456.044 3. 变坡点3： 几何要素的计算： 根据设计得知：i4?1.2896%,i3??0.9459%,?3?i4?i3?2.2355%

拟定R=15000，则：

竖曲线长度：L3?R3?3?15000?(2.2355%)?335.325m

切线长：T3?L32?167.6625m

T32竖曲线变坡点纵距： E3??0.937m

2R3竖曲线内桩号的高程计算 已知K3+820的高程为123.8m

故起点桩号：K3+820-167.6625=K3+652.335 终点桩号：K3+820+167.6625=K3+987.665 4. 设计高程的计算 计算公式为： 右半部分:

xi2Hi?H2?Lii2?2R1左半部分：

xi2Hi?H1?Lii1?2R1

17

其中：

xi—曲线上任意点到曲线起点（左半曲线）或终点（右半曲线）的水平距离。

Li—直线上点到相邻变坡点的距离

3.4 横断面设计

3.4.1查规范，得各项技术指标 1. 路面要求

1）路面设计的基本要求

各级公路的行车道、路缘带、变速车道、爬坡车道、硬路肩和紧急停车带均应铺筑路面。公路路面应根据交通量及其组成情况和公路等级、使用任务、性质、当地材料及自然条件，结合路基进行综合设计。路面应具有良好的稳定性和足够的强度，其表面应达到平整、密实和抗滑的要求。各级公路路面可根据交通量发展需要一次建成或分期建成。 2) 路面等级

路面等级一般按下表的规定选用。

表3.6 路面等级

公路等级 高速公路、一级公路 汽车专用路 二级公路 二级公路 一般公路 三级公路 四级公路 3) 路拱坡度 路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件，按表3.7规定的数值采用。土路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%－2%。

表3.7 各种路面的路拱坡度

路面类型 沥青混凝土、水泥混凝土 其它黑色路面、整齐石块 半整齐石块 、不整齐石块 碎、砾石等砾料路面 低级路面 4）路面排水 各级公路，应根据当地降水与路面的具体情况设置必要的排水设施，及时将降水排出路面，保证行车安全。高速公路与一级公路的路面排水，一般由路肩排水与中央分隔带排水组成；二级以下公路的路面排水，一般由路肩横坡和边沟排出。

表3.8 公路主要技术指标汇总

公路等级 地形 计算行车速度（km/h） 二级公路 平原微丘 60 路拱坡度（％） 1-2 1.5-2.5 2-3 2.5-3.5 3-4 高级或次高级 高级或次高级 次高级或中级 中级或低级 采用路面等级 高级 18

2． 路基宽度

据任务书知道设计各种车辆折合成小客车的交通量合计为13500辆／日， 查（JTGB01—2003）《公路工程技术标准》

P1 1.0.3得公路等级为二级公路，车道数拟定双车道。再查《公路工程技术标准》P12 3.0.11得二级公路车速为60Km/h双车道的路基宽度一般值为10.0m，取设计车道宽度为3.5m，得总车道宽度为3.5×2＝7.0m，由P11 表3.0.5-1知二级公路车速为60km/h的硬路肩宽度为0.75×2=1.5m，土路肩的宽度为0.75×2=1.5m，根据本地区的交通量及交通组成，反向曲线较多，故硬路肩取1.75×2=3.5m，所以路基的总宽度为0.75+1.75+3.5×2+1.75+0.75=12.0m。 3． 路拱坡度

查（JTJ001—2003）《公路工程技术标准》P25 5.0.5得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为1～2%，故取路拱坡度为2%；路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%～2%，故取路肩横向坡度为 3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。 4．路基边坡坡度

由《公路路基设计规范》得知，当H<6m（H—路基填土高度）时，路边坡按1：1.5设计。 5．护坡道

查（JTJ001—2004）《公路工程技术标准》P23 4.0.6得，当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时，取土坑内侧坡顶可与路坡脚位相衔接，并采用路堤边坡坡度，当高差大于2m时，应设置宽1m的护坡道；当高差大于6m时，应设置宽2m的护坡道。本设计的填土高度大于2m，再结合当地的自然条件，护坡道均设置2m，且坡度设计为3%。 6．边沟设计

查（JTJ013—2004）《公路路基设计规范》P20 4.2.3得边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0-1：1.5，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：2-1：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原区，故宜采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.9m，内侧边坡坡度为1：1。

3.4.2. 加宽的计算

由于本公路平曲线最小半径为250m等于规范值250m 故不需要加宽的的计算。 3.4.3.超高的计算

设置超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，而将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。 由于本公路为二级公路，而且考虑降雨量，为了利于路基纵向排水，可按绕内边线旋转超高方式计算。在路拱≦2.0%时，半径小于1500米时，要设超高。 1. 在JD1处计算如3.10表所示

表3.9 绕内边线旋转超高值计算公式

超高位置 计算公式 注 X≦X0 X≧X0 外缘hc byiy?(by?B)ik byiy 1．计算结果均为与设计高之高差 圆曲线上 中线hc '＋ Bih/2 2．临界断面距缓和段起点:X= iG Lc/ ih 内缘hc'' byiy－(by ＋b) ih 3．X距离处的加宽19

外缘hcxby (iJ －iG)＋[byic＋(by＋值:bx=Xb/Lc B)ih]X/Lc 过渡段上 中线hcx' byiy ＋ BiG/2 byiy＋B/2·X ih/Lc J 内缘hcx 其中：

ih—超高横坡度

u —横向力系数 V —设计速度 (km/h) R —圆曲线半径 (m)

BJ—路肩宽度 iG—路拱坡度 iJ—路肩坡度 ih—超高横坡度

Lc—超高缓和段长度

''byiy－(b＋byiy＋(by＋bx)Xih/Lc bx)ic X0—与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离 X— 超高缓和段中任一点至起点的距离 hc—路肩外缘最大抬高值 h`c—路中线最大抬高值 h，，c —路基内缘最大降低值 hcx —X距离处路基外缘抬高值 h，cx—X距离处路中线抬高值 h，，cx—X距离处路基内缘降低值 b—路基加宽值

bx—X距离处路基内缘降低值

超高缓和段Lc=Lh=70m表ih=4 % iG=2.0%，绕内边线旋转超高值计算

2. 在JD2处计算如3.11表所示

超高缓和段Lc=Lh=80m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.11 超高值计算结果

3. 在JD3处计算如3.12表所示

超高缓和段Lc=Lh=90m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.12 超高值计算结果

20

4. 在JD4处计算如3.13表所示

超高缓和段Lc=Lh=70m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.13 超高值计算结果

5. 在JD5处计算如3.14表所示

超高缓和段Lc=Lh=90m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.14 超高值计算结果

6. 在JD6处计算如3.15表所示

超高缓和段Lc=Lh=70m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.15 超高值计算结果

7. 在JD7处计算如3.16表所示

超高缓和段Lc=Lh=90m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.16 超高值计算结果

8. 在JD8处计算如3.17表所示

超高缓和段Lc=Lh=70m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.17 超高值计算结果

9. 在JD9处计算如3.18表所示

超高缓和段Lc=Lh=70m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.18 超高值计算结果

10. 在JD10处计算如3.19表所示

超高缓和段Lc=Lh=70m 查表ih=4% iG=2%，绕内边线旋转超高值计算

表3.19 超高值计算结果

3.4.4 土石方计算

首先是根据横断面图计算横断面面积然后计算体积，即获得土石方数量，填入土石方计算表如表3.20。 3.4.5路基土石方调配及防护工程 土石方调配的一般要求:

1.尽可能的少挖多填以减少废方和弃方。 2.用合理的经济运距，达到运距最短。 3.废方要妥善处理。一般不占或少占耕地。

4.路基填方如需借土，应结合地形、农田排灌情况选择借土地点。 5.不同性质的土石应分别调运，以做到分层填筑。

6.土石方集中的路段，因开挖、运输的施工方案与一般路段不同，可单独调配。 针对本设计填土一部分为上游路段挖弃土，一部分为当地取土。 调配方法:

[8]

21

填方=本桩利用+填缺 挖方=本桩利用+挖余 借方=填缺-远运利用 废方=挖余-远运利用 全线总的调运量复核: 挖方+借方=填方+废方

具体土石方调配见“土石方调配表”。 3.4.6 路基设计表

由图计算并填写路基设计表见表3.21。 3.4.7视距的验算

本公路没有深路堑、高路堤且没有明显的暗弯，此处不需要验算。

22

第四章 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，该设计路段地处黑龙江省牡丹江地区，该地区为季节性冰冻地区，地下水埋深也较浅，山坡地下水为3.0m以下，在低洼处仅为1.5m，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，影响行车安全，还将大大降低道路的使用年限。综合各种气候、水位、土质、等地形水文条件等这些都极易引起道路的冻害、翻浆等病害。

为排出路基、路面内的地面水和地表水，保证路面和路基的稳定，防止路面积水影响行车安全，应设置完善的排水设施。本设计为二级公路，路基路面排水应综合设计使各种排水设施形成一个功能齐全，排水性能强的完整排水系统。

排水设计要因地制宜，全面规划、综合治理、经济实用，充分利用有利地形和自然水系。各种路基排水沟渠的设置和连接应尽量不占或少占农田，并与当地农田水利设施相配合，必要时可适当加大涵管孔径或增设涵管等以利于农田灌溉。排水沟渠应选择地形，地质较好的地段通过，以节约加固工程投资。排水沟渠的出水口应尽可能引至天然河沟，不应使水流直接流入农田，损害农业生产。排水构造物的设计应贯彻就地取材的原则，要迅速排出有害水，保证公路运输畅通。本详细设计的整体排水规划选择了K0+700～K2+100路段进行设计。 4.1 边坡的设计

4.1.1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。 路基的边坡，尤其是陡坡地段的路堤边坡及深路堑的挖方边坡，不仅数量大，施工难度高，而且是决定路基稳定性的关键，如果地质与水文条件较差，往往病害严重，甚至因水毁坏，所以合理的确定边坡坡度，对于路基的稳定性至关重要，同时要做好路基的排水、养护和加固设计工作。路基边坡的坡度，应根据当地的自然条件、土石种类及结构边坡高度、施工方法、气候条件、基底的工程地质及水文地质条件进行合理选定。 4.1.2 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。

表4.1 路堤边坡坡度

填料类型 全部高度 上部高度 下部高度 全部高度 粘性土、砂性土、粉性土 20 12 12 － 上部高度 1：1.5 下部高度 1：1.7 边坡最大高度（m） 坡度 砾石土、粗砂、中砂 碎石、卵石 12 20 － 8 － 8 1：1.5 － － 1：1.5 － 1：1.7 不易风化的石块 20 12 12 － 1：1.3 1：1.5 根据沿线的工程地质及水文状况，本设计采用的边坡为：路堤上部坡度（H?4.1.3 路堑边坡

8m ）1：1.5，下部坡度1：1.75（H?8m）。

路堑边坡的稳定性主要与当地的地质地貌、水文条件和排水条件有关。为了防止边坡不稳定而发生塌方等病害，在设

23

计之前，首先用对山坡的自然稳定性做正确的判断。整体岩层，风化较轻，边坡的稳定性一般稳定性较好；岩质山坡上，如风化严重，有与路线平行的台阶的地形，可能出现山坡滑坍；岩质的山坡上有与路线平行的裂缝，可能出现山坡不稳的现象；圆圈状的山坳容易发生滑坡，小的山坳容易发生塌方。

当地质水文条件良好、土质均匀或岩层无不利层理时，路堑边坡坡度可参考第五章表5－4所列的范围，结合以建成公路实践经验采用。

本设计采用的边坡为： 路堑 1：1。当路堑高度大于8米时，其6米以下，坡度为1：1，6米以上坡度为1：1.5，考虑到坡度变化较大，在该处修建1m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。平台表面也作浆砌片石防护。 4.2 沟渠设计

4.2.1 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。

边沟的排水量不大时，一般不需要进行水文、水利计算。依据沿线具体条件，选定标准横断面形式，边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水汇入，也不能与其他人工沟渠和并使用。

4.2.2 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。一般情况，土质边坡宜采用梯形；石质边沟宜采用矩形，以减少沟顶宽度；易于积雪或积沙路段，边沟宜采用流线型，单个采用机械化施工、且用地条件许可时宜采用三角形。国防公路，为了利用车辆横越边沟，宜采用三角形边沟

结合本设计的情况，采用用梯形边沟，边沟采用浆砌片石防护。 4.2.3 边沟的断面尺寸

《公路排水设计规范》规定二级公路的边沟的深度不得小于0.4米，本设计中的边沟深度采用0.6米，底宽取0.6米。 本段设计采用边沟的边坡为内侧1：1，在挖方路段外侧边坡与挖方边坡相同，即1：1，在较低填方路段外侧边坡坡度与填方路段的边坡相同，即为1：1.5。

4.2.4 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（出水口附近除外），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。在边沟出水口附近以及排水困难路段，如回头曲线和路基超高较大的平曲线等处，边沟应进行特殊设计。

为防止边沟水流漫溢或冲刷，通常规定单向排水长度每300～500米即应设排水沟，将水引至低洼处，必要时添设涵洞，将水引入路基另一侧。

4.2.5 边沟的出水口

(1)

措施：

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

a) b) (2) a) b)

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。

自边沟与填方毗邻处设跌水或急流槽，将水流直接引到填方坡脚之外，以免冲刷，影响路基稳定性。 当边沟水流流向桥涵进水口时，为避免边沟流水冲刷，应作如下处理：

在涵洞进口处设置窨井，或根据地形需要，在进口前设置急流槽与跌水 等构造物。

当边沟水流向桥涵进水口时，为避免冲刷，应在涵洞进水口前或桥头翼前设置急流槽或跌水构造物将水引走。

4.3 截水沟

24

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流保护路堤。降水量较少或坡面坚硬及边坡较低以致影响不大时的地段可以不设截水沟。反之则必须设两道或多道截水沟。

4.3.1 截水沟的断面形式

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0.6米，深度0.6米。 4.3.2 截水沟离开路基的距离

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。对于一般土层，距离d≥5米，地质不良地段，酌情增大。对于有软弱地段，其距离因挖方边坡高度H而异，一般为d≥5+H米，但应不小于10米，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。

山坡路堤上方的截水沟，离开路堤坡脚至少2米，并用开挖截水沟的土在路堤与截水沟之间，修成倾斜2%的土台。 4.3.3 截水沟的出水口

(1) (2) (3)

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，以免

在山坡上任其自流，造成冲刷。

截水沟的出水口，应与其它排水设施平顺地衔接，必要时宜设跌水或急流槽。

4.4 排水沟

排水沟主要用于排除来自边沟，截水沟或其它水源的水流，并将其引至路基范围以外的指定地点。排水沟的断面形式一般为梯形，底宽不应小于0.5m，深度按流量确定，但不宜小于0.5m。边坡坡度视土质而定，一般土层可用1：1.5。沟底纵坡以1%～3%为宜，纵坡大于3%，需进行加固，大于7%时，应设置跌水或急流槽。排水沟的长度应根据实际需要确定，通常宜在500m以内。排水沟距路基的距离一般不小于3～4m。 4.5 路面排水设计

4.5.1 确定路拱坡度

路拱坡度的确定，应以路面排水和保证行车安全、平稳为原则。结合当地实际情况，确定路面类型为沥青混凝土路面，查阅相关水文资料，最后确定路拱横坡度为2.0％。

4.5.2 路拱形式的确定

路拱的基本形式有直线形、屋顶线形和抛物线形三种。综合考虑本设计采用直线型路拱，即采用双向坡面，即路拱两侧是倾斜直线，拱顶在路面的中心线上。这种路拱形式有利于机械化施工，如行车后路面稍有沉陷，雨水亦可排出比较符合设计、施工和养护的要求。

4.5.3 路拱横向坡度

路肩一般应设置向路基外侧倾斜的横向坡度，为能迅速排出路面上的降水，路肩横向坡度一般应比路面横坡大1％～2％，本设计采用路肩坡度为3.0％。路肩坡度的方向均向路肩外侧倾斜，以免路肩上的雨水流入行车道。 4.6涵洞

4.6.1涵洞的布设

本路段小桥涵设置时主要考虑了：上游洞口应考虑流向，下游洞口以不危及农田村镇为原则，同时考虑到圆管涵受力性能好，构造简单，利于施工，工期短，又经济简便，所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式（设置盖板涵）。本设计所取标准跨径为1.0m。本设计涵洞洞口形式采用一字墙式，其构造简单，保护路堤填土，适用于小孔径涵洞。

本设计中涵洞的位置以及孔径见表4.2所示：

表4.2 涵洞一览表

25

序号 1 2

4.6.2 涵洞具体计算：

圆管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm）。下面来计算排水总体规划图中K1+400处的涵洞，参考资料为《公路排水设计手册》（人民交通出版社 姚祖康编著），以下系数及表均由此书中摘取。

采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F≤30 km的小流域。

我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式，其中未考虑洪峰削减的公式为：

2

涵洞位置 K1+400 K4+400 结构类型 钢筋混凝土圆管涵 钢筋混凝土圆管涵 交角（°） 90 90 孔数及孔径 1×Φ1.25 1×Φ1.25 洞口型式 一字 一字 QP??(h?Z)F??? （8-1）

式中 QP——规定频率为P时的雨洪设计流量（m/s）

F——汇水面积（km），根据详细设计平面图计算得：F=0.204km h——暴雨径流厚度（mm） 查得本地区为暴雨分区的第十六区 查得汇水区土的吸水类属第II类 取汇流时间为t＝30min

根据公路类型，本地区设计洪水频率为1/50 根据以上四个因素值查得h＝32mm Z——被植物或坑挖滞流的径流厚度

根据地面特征查表得Z＝10mm（灌木丛，山地水稻田，结合治理，坡面已初步控制） φ——地貌系数，根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度Iz决定 按主河沟平均坡度Iz（‰）＝10～20 汇水面积F（km） F＜10 km 查得φ=0.09

β——洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L0＝0.3Km<1Km）及汇水区的类型（丘陵汇水区）综合查得，本设计取β=1；

γ——汇水区降雨不均匀的折减系数，由于汇水区得长度宽度均小于5Km，故不予考虑，取γ=1； δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数，本地区没有水库，所以取1； 将各值带入公式计算得

2

2

2

2

3

3245Qp＝0.09?(32?10)?0.204?1?1?1＝2.6m/s

3

3245(1)

确定涵洞孔径d

初选临界水深hk时的充满度为

hkd?0.8。查表的，k=0.382。则管径为：

26

22.6 d?5?1.13m

9.81?0.382取管径d=1.25m。

(2)

临界水深

以d=1.25m代入计算时，可得

2.62?0.2264 k?51.25?9.81查表得到相应的hkd?0.704。故临界水深hk?0.704?1.25?0.8802m。

(3)

临界流速和临界坡度的确定

查表可得，当

hk?0.704时，k1?0.591 ，k2?0.913，k3?0.297。 d则：临界流速vk： vk

临界坡度ik为：

?k1gd0.591?9.81?1.25??2.817m/s k20.913ik?2vk?123???dk3???n?2?2.8172?1?1.25?0.297?23???0.014??2?5.84‰

采用临界坡度时，涵内正常水深h0和流速v0均与临界水深hk和临界流速vk相同。涵洞底坡等于临界坡度，涵前水深小于允许水深，涵洞进水口处得净空高度大于要求得最小净空高度，涵洞出口处水深（涵内水深）大于下游正常水深，涵洞水流状态为无压自由流。

(4)

最大纵坡的确定

，则涵洞纵坡可增大。 ?6.0m/s）

假设涵洞内正常流速采用允许流速（v0由流量公式，涵内过水断面面积为则

A?Qv0?2.6/6.0?0.434m2。

，查表的充满度

k1?Ad2?0.4341.252?0.278h0d?0.384。由此，正常水深

h0?0.384?1.25?0.48m。

查表知断面的流速特征相对值W0/Wd?0.882,其中Wd?28.35d23?28.35?1.2523?32.897,由此，

W0?0.882?32.897?29.012。

则i2?v0W02?6.0229.0122?42.8‰。

可见涵洞纵坡I可在ik=5.84‰～42.8‰范围内选择。

(5)

确定涵洞长度

27

L上＝B上?m（H?h上）6.0?1.5?（4?3.8）?＝5.33m

1?mi01?1.5?0.122L下＝

B下?m（H?h下）6.0?1.5?（4?3.5）?＝8.26m

1?mi01?1.5?0.122式中 B——路基宽度，为12.0米

B上 , B下——由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为0.5B，即为6.0米； H——路基填土总高度，即由路基中心至路基边缘高度，此涵洞处为4米 h上，h下——涵洞上下游洞口建筑高度，h上取.3.8米，h下取3.5米 m——路基边坡坡度（按1：m），m=1：1.5 i0——涵底坡度（以小数表示） i0=12.2% L上，L下——涵洞上，下游长度

涵洞全长： L= L上+L下=5.33+8.26= 13.59m

第五章 路面设计

5.1.设计资料

表5.1 交通组成表

序 号 1 车型 解放CA10B 前轴重 19.4 后轴重 60.85 后轴数 1 后轴轮组数 后轴距（m） 双 交通量 697 3 4 5.2 轴载分析 东风EQ140 黄河JN150 23.7 49.0 69.2 101.6 1 1 双 双 595 408 路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载以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。 5.3以设计弯沉为指标的轴载换算

?Pi?轴载换算采用如下的计算公式：N?C1C2Ni??P?? 式中： N —标准轴载当量轴次，次/日

4.33

ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日 pi—被换算车辆的各级轴载，KN

P—标准轴载，KN

K—被换算车辆的类型数

c1—轴载系数，c1?1?1.2(m?1)，m是轴数。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距

离小于3m时，应考虑轴数系数。

28

轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1，四轮组为0.38。 有上式轴载换算结果如表5.2所示：

表5.2 轴载换算表

车型 交通量ni 697 后轴 前轴 后轴系数 pi 60.85 c1 c2 1 1 pi 19.4 c1 1 c2 6.4 后轴系数 c1c2ni(83.87 pi4..35) P解放CA10B 东风EQ140 黄河JN150 80.31 3.56 595 69.2 1 1 119.95 23.7 1 6.4 7.26 127.21 408 101.6 1 1 437.17 49.0 1 6.4 117.28 554.45 ?P?N?C1C2Ni?i??P? 5.4 以设计弯沉为指标累计当量轴数计算

4.35765.53 根据《公路沥青路面设计规范》JTG50-2006，二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向双车道的车道系数??0.65，

?=7%

设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne

t?(1??)?1??365?N1??? Ne?

?式中 Ne——设计年限内一个车道的累计当量轴次

t ——设计年限

Nt ——设计竣工后第一年双向日平均当量轴次

?

——设计年限内的交通量平均增长率

? ——车道系数

?＝7%, 经计算Ne＝324.90 万次

由已知材料，可知t=12年，

5.5验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算

依据《公路沥青路面设计规范》JTG50-2006验算半刚性基底层底拉应力公式为

pN'??c1c2ni(i)Pi?1k''8

式中：

c1'——轴数系数，当轴间距大于3米时,按单独的一个轴载计算,则C=1m,当轴间距小于3m时,按双轴或多轴计

1

算, C1=1+2×(m-1)

m——轴数

29

'c2——为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。

计算结果如5.3表所示：

表5.3 轴载换算表

车型 交通量ni 697 后轴 前轴 后轴系数 pi 60.85 c1 1 c2 1 pi 19.4 1 c1 c2 6.4 后轴系数 c1c2ni(''pi8) P解放CA10B 东风EQ140 黄河JN150 13.11 0.01 13.12 595 69.2 1 1 31.29 23.7 1 6.4 0.04 31.33 408 101.6 1 1 463.25 49.0 1 6.4 8.68 471.93 pN??c1c2ni(i)8P i?1k''516.38 5.6 以验算半刚性基层层底拉应力累计当量轴数计算

根据《公路沥青路面设计规范》JTG50-2006，二级公路沥青路面的设计年限为12年，双向双车道的车道系数??0.65，

?=7%

则累计当量轴次：

t?(1??)?1????365?N2? =219.16万次

N＝Ne?e

?5.7结构组合设计及各层资料的设计参数

路面面层采用沥青混凝土，厚度为10cm，其中:上面层采用细粒式密级配沥青混凝土（4cm），下面采用粗粒式密级配沥青混凝土（6cm）。基层采用20cm水泥碎石。底基层采用石灰土，厚度由计算确定。

以设计弯沉值计算路面厚度时，各层材料均采用20℃抗压回弹模量。验算层底拉应力时，沥青混合料采用15℃抗压回弹模量、15℃劈裂强度。结构组合设计及材料参数见表5.4。

查表，按设计弯沉值计算厚度时采用20验算面层底弯拉应力的采用15

??C抗压模量，细粒式沥青混凝土1400MPa，粗粒式密集配沥青混凝土1000MPa。

C抗压模量，细粒式沥青混凝土2000MPa，粗粒式密集配沥青混凝土1400MPa；二灰碎石抗

压模量1500MPa，石灰土550MPa。各层材料劈裂强度：细粒式沥青混凝土1.4MPa,粗粒式沥青混凝土0.8MPa，二灰碎石0.65MPa，石灰土0.225MPa。

表5.4 结构组合设计及材料参数汇总表

层位 材料名称 h（cm） 20℃模量（MPa） 15℃模量（MPa） 15℃劈强度（MPa） 30

细粒式沥青混凝面层 粗粒式沥青混凝土 基层 水泥碎石 石灰土 土基 土 4 1400 2000 1.4 6 1000 1400 0.8 20 — — 1500 550 36 0.5 0.225 — 下基层 5.8.设计指标的确定 对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。 5.8.1设计弯沉值（二级公路）

该公路为二级公路，依据《公路沥青路面设计规范》JTG50-2006确定路面等级系数，取Ac取

?1.1，面层为沥青混凝土，

As?1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm,取Ab?1.0。

路面设计弯沉值根据公路等级、设计年限内累计当量标准轴次、面层和基层类型按下式确定：

-0.2

ld＝600×Ne×Ac×As×Ab （10－4）

式中 ld——设计弯沉值

Ne——设计年限内的累计当连标准轴载作用次数 Ac——公路等级系数，公路为1.1

As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0 Ab——基层类型系数，半刚性基层为1.0

所以，Ld?600Ne?0.2AcAsAb =600?(324.9?104)?0.2?1.1?1.0?1.0

=32.89（0.01mm） 5.8.2.容许拉应力的计算 各层材料的容许层底拉应力 QR?QSPKS

细粒式密集配沥青混凝土：

Ks?0.09AaNe0.22Ac?0.09?1.0?(324.9?104)0.221.1?2.215

QR?QSPKS?1.42.215?0.632MPa

粗粒式密集配沥青混凝土：

Ks?0.09AaNe0.22Ac?0.09?1.1?(324.9?104)0.221.1?2.437 QR?QSPKS?0.82.437?0.328MPa

水泥碎石：Ks?0.35AaNe0.11Ac?0.35?1.1?(324.9?104)0.111.1?1.821

QR?QSPKS?0.51.821?0.274MPa

31

石灰土：Ks?0.45Ne0.11Ac?0.45?(324.9?104)0.111.1?2.129

QR?QSPKS?0.2252.129?0.106MPa

表5.5 设计参数汇总表

材料名称 细粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 二灰碎石 石灰土 土基 5.9计算石灰土层厚度

5.9.1.将五层路面结构换算为三层体系

由于路面厚度计算是以弯沉值作为控制指标，故按弯沉等效原理进行换算.

表5.6 三层体系换算表

厚度（cm） 4 6 20 ？ - 20℃抗压模量（MPa） 1400 1000 1500 550 36 15℃抗压模量（MPa） 2000 1400 容许拉应力(MPa) 0.632 0.328 0.274 0.106 - 路面结构层（n=5） 换算三层体系 换算公式 细粒式沥青混凝土h1粗粒式沥青混凝土h3E1 E3 h?h1E1 h?h1 HE2 水泥碎石 h4 E4 石灰土 h5 E5 土基 E0 5.9.2.综合修正系数F H?h2??hk2.4k?3n?1EKE2 E0 F?1.63(Ls0.38E00.3629.4636)?()?1.63?()0.38?()0.36?0.551

2000?p2000?10.650.7按查表法确定路基回弹模量 E0=36MPa 5.9.3.理论弯沉系数

?L??sF?LdEl32.89?1400??5.6 32p?F0.7?2?0.551?10.65?10h4?0.37610.655.9.4.求H 由

E21400??0.70E12000，

??。查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得:

??6.4。又由

h4E036?0.376。查三层体系表面弯沉系数诺谟图，得:K1?1.42 ??0.03，??10.65E2140032

则K2??L5.6??0.61。 ?K16.4?1.42H查三层体系表面弯沉系数诺谟图: H

5.9.5.计算石灰层厚度

??4.8，则

?4.9?10.65?51.1cm

H?h2?h32.4h4?2.4E3E2E4E2?22.2cm

取h4?25cm。

5.9.6.层底拉应力验算

将五层路面结构换算为三层体系。按弯拉应力等效原理进行换算（见6—6表） 细粒式沥青混凝土: h?h1?4cm

H?6?20?0.9由

1500550?25?0.9?34.26cm

14001400E21400h4??0.7,??0.375 E12000?10.65查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图，?为负值，结构层受压。 同理，粗粒式沥青混凝土层也受压。 水泥碎石:

h?4?420001400?6?4?20=30.4cm

15001500 H=25cm 由

EE2550h30.436H25??0.37,??2.86,0??0.066,??1.88, E11500?10.65E2550?10.65?0.11，m1?1.14，m2?0.94。

查三层体系上层底面拉应力系数诺谟图?故?m?p?m1m2?0.7?0.11?1.14?0.94?0.0825MPa＜QR?0.106MPa

石灰土:h=30.4cm，H=25cm

33

由

H25h30.4E036E550?2.347，2??2.854，查三层体系中层底??0.066，??0.275，??10.65?10.65E2550E12000面拉应力系数诺谟图，得:?故:?m?0.257,n1?1.08,n2?0.28。

?p?n1n2?0.7?0.257?1.08?0.28?0.05MPa＜QR?0.106MPa

表5.7 三层体系换算表

验算层 路面结构层（n=6） 细粒式沥青混凝土 换算三层体系 计算公式 上述计算结果满足设计要求。

h1 E1 上层底面（第i层 粗粒式沥青混凝土h2 E2 水泥碎石h3 E3 石灰土h4 E4 土基E0 h??hk4k?1iEkEi i≠n-1） H Ei?1 H?k?i?1?n?1hk0.9EkEi?1 E0 细粒式沥青混凝土 h En?2 h1 E1 中层底 面（i=n-1） 粗粒式沥青混凝土 h??hk4k?1n?1h2 E2 水泥碎石 h3 E3 石灰土 h4 E4 土基 E0 H En?1 EkEn?2 H?hn?1 E0

5.10.防冻层厚度验算

1.在季节性冰冻地区的中潮、潮湿路段, 需要进行防冻厚度验算，规范规定采用查表法 道路冻深的确定与材料热物性、横断面类型、路基潮湿类型和冻结指数有关，可按下式计算：

ｈd＝ａ·ｂ·ｃ·sqrt（ｆ） （10－10）

式中：ｈd──路表面至道路冻结线的深度（cm）； ａ──路面结构层的材料热物性系数； ｂ──路基横断面（填、挖）系数； ｃ──路基潮湿类型系数；

ｆ──近十年冻结指数平均值，即冬季负温度的累积值（度·日），其值应根据气象部门的观测资料计算确定。 依据《公路沥青路面设计规范》JTG50-2006 查得a=2.6m b=2.1m c=1.08m f=22 则Hd=abc

f=2.6×2.1×1.09=29.3cm

34

.2.求路面总厚度

H=4+6+20+25+20=75cm 查路基路面8—2表防冻厚度为40cm

3.验算

有上诉资料可得H=75＞40 本设计的结构厚度，满足防冻厚度要求。

第六章 结论及尚存的问题

6.1结论

通过这次毕业设计，培养了我们综合运用基础理论、基本知识和基本技能，分析和解决实际问题的能力。本次设计题目为江苏无锡地区某新建高速公路工程设计，通过对这个题目的深入理解，我逐渐加深了对实际工程的了解，这对以后的学习和工作的帮助是极大的。根据设计任务书的要求和参阅相关公路设计书籍及规范，进行了如下的设计：路线方案的比选、 路线平面设计、路线纵断面的设计、路线横断面的设计、路基的设计、涵洞的设计、路面结构层的设计及排水的设计，并且路面结构在满足计算要求的同时还满足构造要求。 6.2尚存在的问题

在设计的过程中，我发现了自己的许多不足之处，归纳起来有以下几点： 1 对于有些概念性的东西理解还不够透彻，以至在设计初期出现错误。 2 对于各种规范不够熟悉，不能很好地运用。

3 对于海地等软件不够熟悉，使用时不能够得心应手。

主要参考资料：

1.《公路路线设计规范》（JTG D20－2006）； 2.《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）； 3.《公路沥青路面设计规范》（JTG D50－2006）； 4.《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40－2004）； 5.《公路工程技术标准JTJB01－2003》； 6.《公路工程技术标准》（JTJ B01－2003）； 7.《公路基本建设工程概预算编制办法》，1992； 8. 《公路勘测设计》，张雨化编，人民交通出版社； 9. 《路基路面工程》，邓学钧编，人民交通出版社； 10. 《路线》，人民交通出版社，1979； 11. 《路基》，人民交通出版社，1997； 12. 《路面》，人民交通出版社，1990。

致 谢

本学士学位的毕业设计是在老师的亲切关怀和悉心的指导下完成的。他们严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深的感染和激励着我。从毕业设计题目的选者到该工程设计项目的完成，老师都始终给予我信心的指导和不懈的支持。毕业设计期间老师不仅在学业上给我精神指导，同时在生活上也给我无微不至的关怀，在此谨向老师致一

35

诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起完成毕业设计的各位同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本毕业设计（公路工程设计）的顺利完成，同时，在这四个月中有老师殷勤的指导，有同学的帮助，更有自我的不断学习与努力。我不断充实着，全力去应对每一个问题，绘制着自己的蓝图，谱写着自己的篇章.诚然设计的过程是艰苦的，但随着一道道难关被攻克，一个个盲点被扫除。一种成就感和自豪感油然而生。若说两年本科的学习是一种量的积累，那么这四个月便是完成了质的飞跃。设计已临近尾声，毕业的钟声即将敲响，此时此刻心中可谓是百感交集。

也许，我的学生生涯从此就会结束，但是学习的道路却还将持续下去，未来的人生路途中难免会遇到各种各样的困难和挫折，相信在南阳理工学院土木工程系的这段学习经历会成为我人生的一笔最宝贵的财富，使我始终能够勇敢的迎接新的挑战。

在毕业设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入毕业设计到顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢在给予我帮助的老师和同学以及帮助过我的所有认识和不认识的人们，在一次感谢你们。同时，借用别人的一段话作为文章的结尾，也是对自己的勉励：在我小的时候，父亲常对我说，你要自强自立，你要努力的学习，努力的学会选择生活，长大后我才发现，其实是生活一次又一次的在选择着我，而我所能做的，就是时刻准备着。

最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对论文进行评审和答辩的各位老师。

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诚挚的谢意和崇高的敬意。

在此，我还要感谢在一起完成毕业设计的各位同学们，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本毕业设计（公路工程设计）的顺利完成，同时，在这四个月中有老师殷勤的指导，有同学的帮助，更有自我的不断学习与努力。我不断充实着，全力去应对每一个问题，绘制着自己的蓝图，谱写着自己的篇章.诚然设计的过程是艰苦的，但随着一道道难关被攻克，一个个盲点被扫除。一种成就感和自豪感油然而生。若说两年本科的学习是一种量的积累，那么这四个月便是完成了质的飞跃。设计已临近尾声，毕业的钟声即将敲响，此时此刻心中可谓是百感交集。

也许，我的学生生涯从此就会结束，但是学习的道路却还将持续下去，未来的人生路途中难免会遇到各种各样的困难和挫折，相信在南阳理工学院土木工程系的这段学习经历会成为我人生的一笔最宝贵的财富，使我始终能够勇敢的迎接新的挑战。

在毕业设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入毕业设计到顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！最后我还要感谢在给予我帮助的老师和同学以及帮助过我的所有认识和不认识的人们，在一次感谢你们。同时，借用别人的一段话作为文章的结尾，也是对自己的勉励：在我小的时候，父亲常对我说，你要自强自立，你要努力的学习，努力的学会选择生活，长大后我才发现，其实是生活一次又一次的在选择着我，而我所能做的，就是时刻准备着。

最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对论文进行评审和答辩的各位老师。

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