公路 道路设计 计算书 范例

某某某学院2015届本科生毕业设计

计算书

李家山至陈家沟路段

学 系： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 学 号： 指 导 老 师： 最终评定成绩

201？ 年 ？月

土木工程系 土木工程 ？？级土木工程？班 四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明

摘 要

本设计为四川某山区二级公路李家山至陈家沟路段常规设计，全段总长约为3.050公里，设计车速60km/小时，路基宽度10m，最大超高坡度8%，超高形式为绕中心线旋转的线形超高；最大纵坡5.557%，全段设有三个交点，四个变坡点。

主要的设计任务有路线平面设计、路线纵断面设计、路基横断面设计、路基结构物设计、沥青路面设计、涵洞设计，施工图预算编制等。设计过程中优先考虑设计的规范性和科学性，其次再考虑设计的经济性，故在设计中一切参数取值尽量避免极限值。根据《公路工程设计标准》、《公路路线设计规范》对道路进行综合设计。并在老师的指导和同学的帮助下，对设计中不妥之处进行修改和完善。

关键词：二级公路设计；公路选线；纵断面；横断面；路面

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Abstract

This design contains the plan of a second-level road connecting Li jiashan and Chen jiagou, there are 1.2 miles between the two sites , the velocity determined is 37 miles per hour ; the width of the roadbed is ten meters, the maximum longitudinal slope is 5.557% .

In this design, the main design of the project includes: developing level of highway route scheme is determined, and the selection, plane design, vertical section design, cross section design, roadbed pavement drainage design, synthesis of cement concrete pavement structure layer design, \"highway route design specification\" comprehensive design of road. And the teacher's guidance and help of the students, to revise and improve the design deficiencies.

Keywords: secondary-level highway design; road course determine; pavement longitudinal section; the surface of road;

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目录

第一章 绪论 ......................................................... 2

1.1 地区概况 ...................................................... 2

1.1.1公路沿线地理特征 ........................................... 2

1.2设计任务 ...................................................... 2 1.3地形图 ........................................................ 2 1.4交通量资料 .................................................... 2

第二章 平面设计 .................................................... 3

2.1 公路等级及设计车速确定 ..................................... 3 2.2 基本线性要求 ................................................. 3

2.2.1 直线 ....................................................... 3 2.2.2圆曲线 ..................................................... 4 2.2.3缓和曲线 ................................................... 5

2.3公路线形的确定 ............................................... 5 2.4平曲线要素值的确定 .......................................... 5

2.4.1基本形曲线几何元素及其公式 ................................. 5

2.5平面设计步骤 ................................................. 6

2.5.1选线的基本原则 ............................................. 6

2.6 选线步骤 ...................................................... 6

2.6.1方案确定 ................................................... 6 2.6.2交点位置，交点间距，转角的确定 ............................. 6

2.7 平曲线设计及敷设 ............................................ 7

2.7.1缓和曲线长度的确定 ......................................... 7 2.7.2交点的距离及路线转角计算 ................................... 7 2.7.3平曲线设计 ................................................. 7 2.7.4主点里程 ................................................... 8

2.8 平面设计成果 ................................................ 10

第三章 纵断面设计 ................................................ 10

3.1本路段纵断面规定及概况 ..................................... 10 3.2纵断面设计的原则 ............................................ 10 3.3 纵坡设计 ..................................................... 11

3.3.1纵坡设计的要求 ............................................ 11 3.3.2纵坡设计步骤 .............................................. 11 3.3.4竖曲线计算 ................................................ 11

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3.3.3纵坡计算 .................................................. 12

第四章 横断面设计 ................................................ 13

4.1基本要求 ..................................................... 13 4.2横断面设计的原则 ............................................ 14 4.3一般路基设计 ................................................ 14

4.3.1加宽计算 .................................................. 14 4.3.2超高设计 .................................................. 14

4.4设计方法 ..................................................... 14 4.5填方路基边坡设计 ............................................ 15 4.6挖方路基设置 ................................................ 15 4.7路给排水设计 ................................................ 15

4.7.1排水的一般原则 ............................................ 15

4.8工程量及土石方调配 ......................................... 15

4.8.1土石方调配原则 ............................................ 15 4.8.2土石方调配方案 ............................................ 16 4.8.3土石方调配 ................................................ 16

4.9设计成果 ..................................................... 16

第五章 路基结构设计 .............................................. 16

5.1挡土墙类型与形式的选择 ..................................... 17 5.2挡土墙基础和断面设计 ....................................... 17

5.2.1挡土墙数据 ................................................ 17 5.2.2以K2+400~K2+470为例计算设计挡墙 .......................... 17

6.3验算过程 ..................................................... 20 5.4挡土墙长度、分段及路堤的衔接 .............................. 29 5.5边坡防护工程 ................................................ 29 5.6注意事项 ..................................................... 30 5.7设计成果 ..................................................... 30

第六章 路面结构设计 .............................................. 30

6.1概述 .......................................................... 30 6.2计算步骤 ..................................................... 30

6.2.1地基土回弹模量确定、轴载分析 .............................. 31 6.2.3路面结构组合设计 .......................................... 32 6.2.4土基回弹模量的确定 ........................................ 32 6.2.5确定各层材料的抗压模量与劈裂强度 .......................... 32

6.3设计指标的确定 .............................................. 32

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6.2.6验算过程 .................................................. 34

第七章 小桥涵洞设计 .............................................. 42

7.1小桥涵设计原则 .............................................. 42 7.2桥涵位置的选择 .............................................. 42 7.3各类涵洞的特点 .............................................. 42

7.3.1石拱涵的特点 .............................................. 42 7.3.2钢筋混凝土盖板涵特点 ...................................... 42 7.3.3涵洞形式选择 .............................................. 43 7.3.4涵跨径的确定 .............................................. 43

7.4涵洞择位时应遵循以下原则 .................................. 44 7.5进出口选择 ................................................... 44

7.5.1一字墙护坡洞口 ............................................ 44 7.5.2八字翼墙或锥形护坡洞口 .................................... 44 7.5.3上游激流坡或上游跌水井洞口 ................................ 45 7.5.4上游边沟跌水井洞口 ........................................ 45

7.6涵洞进出口的防护和加固 ..................................... 45

7.6.1进水沟床加固处理 .......................................... 45 7.6.2出口沟床的加固防护 ........................................ 45

7.7桥涵设计标准采用情况 ....................................... 45 7.8涵长计算 ..................................................... 45 7.9圆管涵节计算 ................................................ 46

第八章 施工图预算 ................................................ 48

8.1编制依据 ..................................................... 48 8.2编制表格 ..................................................... 49 8.3设计成果 ..................................................... 49

第九章 设计总结 ................................................... 50 第十章 致谢 ........................................................ 51 参考文献 ............................................................ 52

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引言

改革开放以来，我国公路建设取得了令世人瞩目的成绩。特别是自1998年国家实行积极的财政，加快了公路基础设施建设，公路建设实现了跨越式发展。

目前我国公路建设发展迅速，全国总通车里程由万公里增长到近400万公里，涨幅达三倍之多；我国公路建设年投资规模由1978年的4.9亿元增长到2014年的7120亿元，提前实现了总长35000公里的“五纵七横”国道主干线的基本贯通。高速公路从无到有，发展迅速，从1988年第一条高速公路沪嘉高速公路建成通车，到2014年底，我国高速公路通车里程达65000公里。农村公路建设稳步推进，改革开放初期，我国农村公路只有59万公里，到2014年农村公路总里程达400万公里。已有99%的乡镇和88.2%的修建了公路。与其他运输方式相比，公路运输的特点是灵活性，尤其是高速公路建设，信息网络、通信技术以及计算机技术等的发展，又实现着快速性“门到门”运输和被称为零库存的运输特点，促使着公路运输的快速发展。

公路运输的灵活性和快速性主要表现在批量、运输条件、时间和服务商的灵活性以及时间上的快速性。由于公路运输的批量小和要求的运输条件相对宽松，所以在运输时间和服务水平上容易得到保证。也正因为如此，公路运输具有生产点多、面广的特点。

交通运输是国民经济的基础产业之一，是国民经济的大动脉，他把国民经济各领域和各地区联系起来，在社会物质财富生产和分配的过程中，在广大人民的生活中起着极为重要的作用。我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势。而公路运输已经显示出了其他交通方式不能具有的巨大优势。

在我国山区公路作为公路运输的主要部分，对国民经济的发展起到了很大的作用，因此根据山区的特有环境和条件对公路进行最为合理的设计，同时在满足要求的情况下节约开发成本方面都显得越来越重要。

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第一章 绪论

1.1 地区概况

本段公路从规划区、居民聚集地旁边经过，将盘活各地交通流，给当地带来新的发展机遇，并且也能促进该地区第三产业发展，对当地发展有着巨大帮助。

1.1.1公路沿线地理特征

该地区属于V2的自然区划，路线所经地区为属亚热带湿润气候区，气候温和、四季分明、无霜期长、雨量充沛、日照较少。多年年平均气温为16.2℃，年最高气温为37.3℃，年极端最低气温为-5.9℃，最热月出现在7～8月，月平均气温为25.4和25.0℃，最冷月出现在1月，月平均气温为5.6℃；年总降水量为918.2毫米，雨量主要集中在7～8月，月降雨量分别为225和229毫米，降雨最少月份为12和1月，月降雨量分别为6毫米左右，暴雨期普遍出现在5～9月，常年暴雨出现的始终期分别在6月底7月初和8月下旬。地震烈度为IV度。山坡地段上覆2～3米粘土表层，以下为粉砂质泥岩及长石石英砂岩,呈互层状产出,水田段淤泥0.5米,其下4～5米粘土。

沿线附近可采集到砂、碎石、片石、条石；沥青、水泥、钢材、木材、石灰、煤渣等主要材料可根据计划需求提供。

1.2设计任务

完成在指定的起、终点之间(约3公里)的新建公路设计，设计阶段为一阶段施工图设计，要求按二级公路、设计车速60km/h进行设计。设计文件必须符合现行有关设计标准与规范。

1.3地形图

设计给定比例1:2000的地形图。地形图上指定了道路起、终点。

1.4交通量资料

(1)近期交通量如下（表1-1）。

表1-1 近期交通量 1 2 3 4 车型名称 黄河JN150 CA-10B 跃进NJ130 小汽车 前轴重/KN 49.00 19.40 15.30 33 后轴重/KN 101.60 60.85 38.30 72 后轴数 1 1 1 1 后轴轮组数 双 双 双 双 交通量 310 1580 158 610

(2) 交通增长率： 7% 。 (3) 道路必经点: 无要求 。 (4) 其它： 无 。

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第二章 平面设计

道路是道路交通运输系统中最主要的基础设施，是系统得以运转的基本条件，为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。路线收到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和时，路线改变方向和发生转折。

路线线形必须满足汽车动力学，司机视觉和心理的要求，必须和地形、地物环境相协调，与沿线的土地利用，自然资源开发和社会经济等相适应。合理运用地形，正确选用标准，确保路线线形的均衡，处理好远期和近期的关系，整体与布局，充分考虑农业等方面的要求，既要使得工程量小，投资少，又要考虑到施工养护管理、经济效益，交通运营等方面的利弊得失。选用较好的技术指标，以提高公路使用质量，充分做到技术上可行，经济上合理。

2.1 公路等级及设计车速确定

由交通量组成表，折算成以小客车为标准进行计算,见表2-1：

表2-1 交通量折算表 车型 交通量（辆/日） 小汽车 黄河JN150 跃进NJ130 A10B 总 计 交通量年增长率7%，由设计交通量计算公式：

610 310 158 1580 1.0 2.0 1.5 1.5 610 620 237 2370 3837 折算系数 折算交通量（辆/日） NdN0(1)n13837(10.07)121=8077次/日 （2-1）

可得远景年平均交通量大概为8077（辆/日），根据《公路工程技术标准JTGB01-2003》可以确定次公路可设计为二级公路，山岭重丘区的二级公路设计车速60km/h，二级公路远景设计年限为12年，也可根据实际情况适当缩短。远景年限应从公路建成通车年开始算起。

从地形图可值，该段K0+000~K3+050.576山岭重丘地势比较复杂，地面坡度较大，山高谷深，地形复杂，使得路现在平、纵、横三方面都受到一定的。

2.2 基本线性要求

2.2.1 直线

直线是公路线形中最常使用的基本形式，它以最短的距离连接目的地，具有路线短捷，缩短里程，行车方向明确等优点。但是从行车安全和线形美观来看，直线过长线形呆板，会使司机行车单调引起疲劳，容易使司机超速行驶，难以准确目测车间距离，以及夜间对向行车产生眩光，直接影响行车安全。

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 另外，在山区、丘陵地区过长的直线难以与地形及周围环境相协调，会产生严重破坏自然、造成大挖大填，经济性差。因此必须对直线长度加以。本路段设计车速60km/h，根据《公路工程技术标准JTJGB01-2003》对直线做了如下：

(1)同向曲线间最小长度：6660360m （2-2) (2)反向曲线间最小长度：2260120m （2-3) (3)直线的最大长度为：20，即1200m。 （2-4) 在定直线过程中，直线的最大、最小值不要超出上限值。

2.2.2圆曲线

圆曲线也是平面线形中最常用的线形，较大的长缓圆曲线具有线形美观、行车舒适等优点。在平曲线设计中，都希望采用较大半径的圆曲线，以提高路线质量，是因为过短的平曲线使汽车在曲线上行驶时间短，司机操作极为不便，同时乘客也受到冲击。在较小转角的平曲线，及时半径很大，曲线任然很短，司机容易将曲线半径判断得比实际小很多，而是得行车速度降低。因此对圆曲线的相关指标也应作出。 （1）一般

1）从行车稳定、舒适、经济方面考虑，《公路工程技术标准JTGB01-2003》对圆曲线半径做了相应，圆曲线一般最小半径为200m；极限最小半径为125m；不设超高最小半径为1500m。

一般最小半径是一般情况采用平曲线最小半径极限值，这种半径能充分保证行车的舒适感，是全线绝大多数情况下可能采用的半径。极限最小半径是平曲线设计的极限值，在设计中任何情况下都必须满足。为保证行车安全、舒适、经济，只有在特殊困难地形条件下才采用极限最小半径。在设计时，圆曲线半径应尽量采用大于或等于曲线的一般最小半径值，以提高公路的使用质量。

2）圆曲线半径过大，会使圆曲线太长，对测设和施工不利，且过大的圆曲线半径其几何性质与直线无多大差异。因此《规范》规定圆曲线最大半径不宜超过10000m为宜。

3）曲线最小长度：一般公路以2倍（即在平曲线上行驶6s）计算。因此《规范》规定二级公路平曲线最小长度为120m。 （2）圆曲线半径的确定原则

圆曲线能较好地适应地形变化，并可获得圆滑的线性，使用范围较广且灵活。圆曲线在适应地形条件下，应尽量选用较大的半径。在定半径时应遵循以下原则：

1）一般情况下以采用极限最小半径4~8倍或超高为2%~4%的圆曲线半径为宜。

2）当地形条件不受时，应尽量采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径为宜。

3）选择半径时应结合前后线形综合考虑，已形成连续线形，并要考虑平曲线与纵坡的关系，避免小半径与大纵坡重合，即形成陡坡急弯的情况。

4）弯道半径的选择，应按技术标准根据实地的地形、地物、人工构造物及其他条件的要求，按合理的曲线位置用外距、切线长等控制条件反算。

5）小偏角的弯道容易使司机产生错觉，应尽量避免，一般情况下转角不宜小于7°。

6）当同向曲线间插入短直线时，在视觉上容易形成直线与两端的曲线构成反弯的错觉使整个组织线

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 形缺乏连续性，形成“断背曲线”。因此在设计时应予以避免。

2.2.3缓和曲线

在直线和圆曲线间或半径不同的圆曲线间设置曲率半径连续变化的曲线即为缓和曲线。其作用是线形缓和、行车缓和以及超高加宽缓和。当平曲线半径小于不设超高的最小半径时应设置缓和曲线。缓和曲线可采用回旋曲线、三次抛物线、高次抛物线等线形。因回旋曲线与汽车由直线进入圆曲线的轨迹完全符合，在我国《标准》规定采用回旋曲线。《公路工程技术标准JTGB01-2003》规定山岭重丘区二级公路最小缓和曲线长度不小于60m。

2.3公路线形的确定

从给定的地形图（1:2000），在选线时采用纸上定线，在已知的地形图上，进行路线布局方案比选。通过纸上试选路线，在纵观全局，结合地形、地物、地质等自然条件，综合平、纵、横三方面因素，（交点）对比选线最后确定该段公路K0+000~K3+050.576平面线形进行设计。

2.4平曲线要素值的确定

平面线型主要有直线、圆曲线、缓和曲线三种线型组合而成。当然三个也可以组合成不同的线形，在设计中主要用到的组合将在下节叙述。

2.4.1 基本形曲线几何元素及其公式

按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。这种线形是经常采用的。《标准》规定，除四级道路可以不设缓和曲线外，其余各级道路都要设置缓和曲线。它的曲率变化，便与车辆遵循旅客感觉舒适、行车稳定、线形美观等要求。设计时要注意和圆曲线相协调、匹配，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计为1:1:1~1:2:1。这一项要求较为关键，最初设计时并未注意此项要求，导致设计出来的线形十分不协调美观，后经过老师的指导后改正不足，达到了线形美观、流畅等各项要求。

在设计的时候还应注意缓和曲线长度，除了满足最小长度外，还应考虑超高和加宽的要求。设计所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求，即：

LLS缓和曲线切线增值qS(m) （2-5)

2240R2LLS圆曲线的内移值pS(m) （2-6) 324R2384R切线长T(Rp)tan2432R(m) （2-7)

平曲线长度L(20)外距E(Rp)sec180R2LS(m) （2-8)

2R(m) （2-9)

校正值J2TL(m) （2-10)

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2.5平面设计步骤

2.5.1 选线的基本原则

(1) 路线的基本走向必须与道路的主客观条件相适应。

(2) 在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上选定最优路线方案。

(3) 路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护、在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术标准。

(4) 选线应注意同农田基本建设的配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园。

(5) 要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。

(6) 选线时应注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。 (7) 选线时应综合考虑道路与桥梁的关系。

2.6 选线步骤

根据设计要求和选线应遵守的原则，公路起终点点位置、高程不变，选线时以这两个控制点为依据进行全面布置、逐段安排、具体定线。

用“以点定线、以线交点”的办法大致定出平面交点，然后反复试线后最后确定出交点。

2.6.1 方案确定

考虑到起始点高程为273.35m，终点高程300.70m，路线中间起伏较大，起终点高差也较大。从考虑经济性角度出发，导线尽量顺着等高线斜交，以避免较大落差，减少工程量。

在设计中，定线是一项比较重要的工作，是整个路线的基础，对路线的好坏起关键性的作用，不同地点，考虑因素不同，如有些以平面曲线设计为主，有些则以经济型为准。

2.6.2 交点位置，交点间距，转角的确定

方案设计中，在做好导向线，确定交点后。按照图纸的坐标，逐点测量各个点的大地坐标，然后计算焦点的间距，路线的转角，其计算程序如下： (1) 路线的方位角：

y2y1y根据公式arctg可知某路线的方位角为： arctgxx2x1第一象限：x0,y0,则 第二象限：x0,y0,则180

第三象限：x0,y0,则180 （2-11) 第四象限：x0,y0,则360 (2) 路线的转角等于后一方位角减去前一方位角，即：

21 （2-12)

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（当为正时为右转，为负时则左转）

(3) 两交点之间的直线长度：AB(x2x1)2(y2y1)2 （2-13)

2.7 平曲线设计及敷设

2.7.1 缓和曲线长度的确定

山岭重丘区二级公路其最短缓和曲线长为60m。关于缓和曲线长度的确定主要考虑下列三点因素： （1）最小缓和曲线长度：ls60m （2）超高缓和段长度

按:LcsBip计算， 其中：

Lc超高缓和段长度B路面宽度，本路段取为10m

ic最大超高横坡（%）p超高渐变率且一般应满足LSLC（3）当Lc60时取Ls60，当Lc60时，取LSLC。 设计时应综合考虑以上因素，最终确定缓和曲线长度。

2.7.2 交点的距离及路线转角计算

计算依照程序如下： 路线与X轴的夹角为：

arctgyyyxarctgi1ixx i1i路线方位角：

（x0,y0) 180（x0,y0)180（x0,y0）360（x0,y0）路线转角：120:路线右转；0:路线左转；两点间直线长度：AB(x22x1)(y22y1)2.7.3 平曲线设计

基本型曲线计算公式分列如下：

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（2-14)

（2-15) （2-16)

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llqss22240R24lslsp24R2384R390ls0RT(Rp)tanL32q （2-17)

180LyL2lsRls(20)2180R2lsE(Rp)secJ2TLR山岭重丘二级公路，极限最小半径为125m，一般最小半径为200m，设计时，应尽量采用大半径圆曲线。平曲线设计最主要的是确定圆曲线的半径，圆曲线的半径确定具有多种控制条件，本路段共有两种情况，分别是直接选定，即放坡定线时以Ls:Ly:Ls1:1:1~1:2:1为佳；另一种是切线长控制，即在同向、反向曲线较近时采用。最后一种是在小偏角时采用的曲线长控制。

已知JD1的转角:351228，另拟定ls105m，假定圆曲线半径为350m，由公式

L/180（-20）R可算得圆曲线长度为110.07m，根据曲线计算公式得：

L180Ly319.962105110.07mE(3501.31)sec351228350105319.96m （2-18)

35122835018.57m2J2163.93319.967.90m可以看出缓和曲线、圆曲线、缓和曲线的长度满足1:1:1~1:2:1的关系，所以确定JD1圆曲线半径350m。当发生不满足这种关系的时候，可从新定一个半径继续验算直至满足。当相邻交点曲线要素都要拟定以后要验算曲线之间的直线长度是否满足最短和最长直线的要求。

2.7.4主点里程

计算主点桩号（以JD1为例）

1051053q52.46m2224035010521054p1.31m2435023843503351228T(3501.31)tan52.46163.93m2（2-19)

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JD1桩号为K0314.5ZH(桩号)JD(桩号)TK0+314.5-163.93K0150.66HY(桩号)ZH(桩号)LSK0150.66105K0255.66YH(桩号)HY(桩号)LyK0255.66110.07K0365.73HZ(桩号)YH(桩号)LSK0365.73105K0470.73QZ(桩号)HZ(桩号)L319.96K0470.73K0310.7522J7.90JD(桩号)QZ(桩号)K0310.75K0314.59(校核无误）22

其余交点计算同上。 其余各交点桩号为：

QD桩号为K0+000

JD2=K0+952.781 ZH(桩号）=K0+843.999 HY(桩号）=K0+913.999 QZ(桩号）=K0+952.299 YH(桩号）=K0+990.599 HZ(桩号）=K1+060.599

JD3=K1+725.0 ZH(桩号）=K1+600.730 HY(桩号）=K1+680.730 QZ(桩号）=K1+724.722 YH(桩号）=K1+768.714 HZ(桩号）=K1+848.714

JD4=K2+8.827 ZH(桩号）=K2+280.044 HY(桩号）=K2+480.044 QZ(桩号）=K2+614.938 YH(桩号）=K2+749.833 HZ(桩号）=K2+949.833

ZD桩号为K3+050.576

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2.8 平面设计成果

按要求将计算得出的结果，通过CAD、Hint等辅助设计软件将结果输出平面图，注明线路起终点、曲线起终点、百米桩、公路桩，完成平面设计图，导出直线、曲线转角表。

第三章 纵断面设计

纵断面设计的主要内容是根据道路等级以及沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高，各坡段的纵坡坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长度适当、平面与纵面组合设计协调，以及挖填经济、平衡，如果道路的设计纵坡太小，还要考虑路面的排水问题。这些要求虽然在选定线阶段有所考虑，但要在纵面设计中具体加以实现。

3.1 本路段纵断面规定及概况

《公路工程技术标准JTGB01-2003》对纵坡所作规定如下： (1) 最小坡长：150m (2) 最大纵坡：6% (3) 纵坡长度：

i3%，最大坡长1200mi4%，最大坡长1000m i5%，最大坡长800mi6%，最大坡长600m当连续上、下坡（坡度均大于3%）时，应在不大于上述最大坡长所规定的长度处设置缓坡段。缓坡段的纵坡不应大于3%，其长度应符合上述规定。

长路堑路段及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的坡。

本路共设置变坡点4个，最大纵坡5.557%，最小纵坡1.129%。竖曲线中选取的最大凸形曲线半径为5300m，最小凸形曲线半径为5300m，凹形曲线半径最大10000m，最小3500m。

3.2纵断面设计的原则

(1) 设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。

(2) 路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。

(3) 应结合路线和路面进行设计。选线时，尽量避开一些那难以处理的地质不良地段。对于地形陡峭，有高填深挖的边坡，应予移改路线位置及设置防护工程等进行比较，以减少工程数量，保证路基稳定。 (4) 沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。

(5) 当路基设计标高受限时，路基处于潮湿、过湿状态和水文状况不良时，就应采用水稳定性好的材料

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 填筑路堤或进行换填并压实，使路面具有一定防冻厚度，也可设置隔离层及其他排水设施等。 (6) 路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。

3.3 纵坡设计

3.3.1 纵坡设计的要求

(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，尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡。连续上坡或下坡路段，应避免反复设置坡段。 (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。 (5) 纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。 (6) 对连接段纵坡，如大、小桥及隧道两端接线等，避免产生冲突。 (7) 在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。

3.3.2 纵坡设计步骤

(1) 边桩及地面标高的读取 (2) 绘制地面线 (3) 标注纵断面控制点 (4) 试坡 (5) 调坡 (6) 核对 (7) 定坡度线 (8) 竖曲线设计

选择半径应当符合《标准》所规定的竖曲线最小半径和最小长度要求。 在不过分增加土石方工程的情况下，为使行车舒适，应采用较大半径。

结合纵断面增加起伏情况和标高控制要求，确定合适的外距，按外距控制反算半径：

R8E2 （3-1)

考虑相邻竖曲线的连接（即保证最小坡段长度或不发生重叠），曲线的长度，按切线长选择半径：

R2T （3-2)

过大的竖曲线半径将使竖曲线过长，对施工和排水都不利，选择时应当注意。

3.3.4 竖曲线计算

(1) 竖曲线几何要素计算。竖曲线几何要素主要有：竖曲线切线长T，曲线长L和外距E。按以下公式计算：

i2i1 （3-3)

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LR （3-4)

LT （3-5)

2T2E （3-6)

2R 其中：

i---坡度值。上坡为正，下坡为负

R---竖曲线半径 T---竖曲线切线长 L---竖曲线长度 E---竖曲线变坡点外距 (2) 计算竖曲线上任一点的纵距y 起点桩号=变坡点桩号-T 起点高程=变坡点高程Ti X任意点桩号起点桩号

x2y （3-7)

2Rx竖曲线上任意一点P距竖曲线起点或终点的桩号差 y竖曲线上任意一点P距竖曲线起点或终点的纵距

(3) 竖曲线上任意点设计标高的计算

H1H0(Tx)i （3-8)

上式中：

H0变坡点标高H1计算点切线高程 i纵坡度

3.3.3纵坡计算

以起点为基准点，更具各中桩间的桩距、对应的坡度值和是否在曲线上，进行设计标高计算。 (1) 竖曲线要素计算

例如确定第一个纵坡为i14.9544%，第二个纵坡为i22.6224%，由平纵组合确定切线为130m左右，则

i2i12.6224%4.9544%0.0757

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R2T21333500

0.0757满足竖曲线半径的规定，则取竖曲线半径为。

LR35000.0757265m

L265T132.5m

22T2132.52E2.51

2R23500(2) 设计高程及填挖高度计算

对于在直坡上的点，以K0+100为例。起点（K0+000)地面高程及设计高程均为273.35m，K0+100与起点桩的桩距100m，地面高程为267.91m，路线纵坡为-4.954%。

则点K0+100的设计高程为：

HsH0100i273.351000.04954268.40m

填挖高度为

HsHd268.4267.910.49m>0 为填方段

对于竖曲线上点，以K0+960为例，地面高程277.54m。该点在JD2处的竖曲线上，T=105.17m，桩号为K0+954.451，地面高程为277.68m。

则竖曲线起点里程为：

K0+954.451-105.17=K0+849.281

竖曲线终点里程为：

K0+954.451+105.17=K1+059.621

XK0960K0849.281K0110.719

105.172Y1.043

25300HsH0100i277.68105.170.0134274.55m HsHd274.55277.543m<0 为填方。

其他个点计算方法步骤同上。

第四章 横断面设计

4.1基本要求

横断面是中线上各点的法相切面，他由横断面设计线和地面线构成，路基横断面设计就是在各中桩位的横断面地面线的基础上，确定横断面设计线的形状、尺寸、结构等工作。目的主要是：为路基施工提供资料数据（即路基横断面设计图）；为计算土石方提供面积资料。路基是路面的基础，路基的强度

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 与稳定性直接影响到路面的强度与稳定性。

按山岭重丘区二级公路标准，本路段路基宽度为10.0m，行车道宽度7.0m，单边硬路肩宽度为0.75m，单边土路肩宽度0.75m。路拱横坡2%，路肩横坡3%。超高方式为绕曲线行车道中心线旋转，超高渐变方式为线性渐变，根据规范查的二级公路的最大超高值为8%。

4.2 横断面设计的原则

（1）设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。

（2）路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。

（3）应结合路线和路面进行设计。选线时，应尽量避开一些难以处理的地质不良地段。对于地形陡峭。有高填深挖的边坡，应与移改路线位置防护工程等进行比较，以减少工程量，保证路基稳定。

（4）沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。

（5）当路基设计标高受时，路基处于潮湿、过湿状态和水文状况不良时，就应采用水稳定性好的材料填筑路基或进行换填压实，是路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层及其他排水设施等。

（6）路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。

4.3 一般路基设计

该设计由于时间紧迫、任务较多，经老师协商后选做一公里范围的路基横断面设计。本设计选作填方量最大的一段，桩号为K1+780~K2+780段。

4.3.1 加宽计算

公路《标准》规定，平曲线半径小于等于250m时，应在平曲线内侧加宽。由于本设计所有转弯处平曲线半径最小值为250m，大于不设加宽的最小半径，故不需考虑加宽设计。

4.3.2 超高设计

在平曲线范围内，为抵消车辆在曲线路段行驶时产生的离心力，应设置超高，以提高行车的安全性。本次设计采用的超高旋转方式为绕曲线中线旋转，超高简便方式为线性渐变，根据规范查的二级公路的最大超高值为8%。在半径小于1500m的圆曲线上必须设置超高，以抵消离心力引起的行车不适。 1. 计算点在圆曲线上时：

外：hcaij(ab)ic （4-1) 中：hcaij'''bic （4-2) 2内：hcaij(aBj)ic （4-3)

4.4设计方法

1. 根据平面图上中桩位置量出路中心线两侧20m左右的地面资料，绘出地面线。

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 2. 根据路线及路基资料将横断面的填、挖值及有关资料（路基宽度、加宽值、超高值、缓和曲线长、曲线半径）绘于相应桩号断面上。 3. 绘制横断面的设计线。 4. 计算横断面面积。

4.5 填方路基边坡设计

根据土质情况故考虑到边坡稳定性，选取路堤边坡按1:1.5放坡。在填方高度较大出，按1:1.5放坡占地面积大或可能出现不必要的拆迁时，可设置挡土墙或以石砌护肩、砌石路基和石砌护脚等结构物以节省占地或减小拆迁。考虑到土方少而石方量大，所以路堤多数为填石路堤，具体坡度与施工要点见标准图。在原地面线横坡大于1：1.5的斜坡上填筑路堤时，原坡面应开挖台阶，宽度在1~2m，台阶应有2%~4%的反向横坡，以保证填土的稳定性。其各种结构物设置情况如下：

石砌护肩：在横坡较陡的山坡上，狭浅缺口处的填方边坡多伸出较长，难以填筑，此时采用石砌护肩。护肩采用干砌片石，其内坡均为直立，基础应设在基岩上，开成向内1:1.5的倾斜底面；如无基岩也可设在坚实的土基上，但应加深基础埋深，做好排水措施。护肩背后填料为石料，护肩顶部用平整的大石块铺砌。

4.6挖方路基设置

由于该公路为山区二级公路，挖方为良好的筑路材料。在开挖地段，除表层土为粘土外其余则为强度较高的坚石。在横断面设计的1000m内，挖方高度均小于10m，所以挖方边坡均采用1:0.5，其不需要变坡。

4.7 路给排水设计

4.7.1 排水的一般原则

1. 各种路基的排水沟的设置与连接应尽量少或不占用农田，并与当地农田水利建设相结合。 2. 设计前必须进行调查研究，以使排水系统的规划和设计做到正确合理。 3. 排水设计要因地制宜，经济适用。

4. 排水沟的出水口应尽量引至天然河沟，减少桥梁涵洞的工程量，不应使其流入农田，损害农业生产。 5. 排水沟造物的设计，应贯彻因地制宜、就地取材的原则。

本路段设计排水系统包括挖方路段的边沟、填方路段的排水沟以及挖方路段的截水沟，均设置为梯形沟，底宽0.6m，高0.6m，坡度1:1,。如为挖路段，其边沟外侧坡度为1%，倾向边沟；在挖方路段设置截水沟，即在坡口以外5m处设置截水沟，由于本路段地质条件较好，可以选择2m的距离设置。

4.8工程量及土石方调配

4.8.1 土石方调配原则

(1) 在半填半挖断面中，应首先考虑在本段内移挖作填进行横向平衡，然后再做纵向调配，以减少总运

输量。

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 (2) 路基填方如需路外借方，应结合地形、农田灌溉等情况选择借方点。

(3) 综合考虑施工方法、运输条件、施工机械化程度和地形情况合理选用经济运距。 (4) 不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定。

(5) 为使调配合理，必须根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，用于

分析工程用土量是调运还是外借。

(6) 土方调配移挖作填固然要考虑经济问题，但这不是唯一因素，还要考虑弃方或借方占地，及对农业

的影响。

4.8.2 土石方调配方案

土石方调配方法有多种，如累计曲线法、调配图法及土石方计算表调配发等，本设计采用土石方计算表调配法。

首先进行横向调配，满足本桩号利用的需要，然后计算挖余和填缺的数量。

根据挖余和填缺的分布情况，可以大致看出调运的方向和数量，结合纵坡的情况和经济运距对利用土方进行纵向调配，填方如有不足或挖余未尽利用，再选用废方或借土的适合地点，确定借方或废方数量。调配得结果示于土石方数量表上，并可按下式复核：

横向调运+纵向调运+借方=填方； 横向调运+纵向调运+弃方=挖方； 挖方+借方=填方+弃方；

最后算得计价土石方量，即：计价土石方量=挖方数量+借方数量

4.8.3 土石方调配

1. 以先横向后纵向的次序进行； 2. 纵向调运要求在经济运距范围内； 3. 不跨越深沟和少做上坡调运；

4. 借方、弃方应与借土还田、整地建田相结合，减少对农业的影响； 5. 土石应分别调运，调运时可以以石代土，但不能以土代石； 6. 回头曲线路段优先考虑上下线竖向调运；

4.9 设计成果

绘制路线横断面图、路基标准横断面图，输出平曲线加宽超高表、路基设计表和路基土石方数量表。

第五章 路基结构设计

本段K1+780~K2+780既有挖方又有填方，对于其他填方路段，由于边坡稳定性好所以减小工程量节约成本，在路堑处之设置边坡维护不另设挡土墙。对于挖方路段，应最大挖方深度不超过6m，故仅采用植草皮的方式进行边坡维护。对高填方路段，为保证路基稳定、减小占用土地、保护农田及其他水利设施，置砌石挡土墙进行防护；对低填方路段，可种植草皮、喷播草籽，绿化和防护边坡。

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5.1 挡土墙类型与形式的选择

根据路基横断面图，路肩墙和路堤墙的墙高和截面土方工程数量的初步估计结合实际情况。对定选用路堤墙，以衡重式路堤墙进行挡土墙断面设计。

5.2 挡土墙基础和断面设计

5.2.1 挡土墙数据

本段挡土墙，墙背填料内摩擦角=40°，挡土墙与地基基础摩擦系数f=0.40，填料容重

19kN/m3，基础开挖后如发现基础与设计有出入，应根据实际情况进行适当调整；墙身采用5#浆

砌片石，基础采用7#浆砌块石，墙身采用10#砂浆勾缝，石料强度不低于30#；以衡重台为控制线设置泄水孔，每隔2~3m上、下、左、右交错布置泄水孔，尺寸为10cm10cm。孔内预埋5.59cmPVC排水管，最低排泄水孔进水出应设置隔水层，泄水孔出口距地面线30cm；挡土墙分段长度可根据实际情况适当调整，每隔10~15m设置一道，缝宽2~3cm，用沥青麻絮沿内、外、顶三方填塞，深度15cm。

5.2.2 以K2+400~K2+470为例计算设计挡墙

设计资料与技术要求：

（1）土壤地质情况，上层2~3m为粘土，下层为粉砂质泥岩及长石石英砂岩，呈互层状产出，地基采用密实的碎石土，其允许承载力为[]800kpa，基底摩阻系数f=0.40。

（2）墙背填料：选用就地开挖的粉砂质泥岩及石英砂岩等碎石块作为墙背填料，容重=19kN/m³，内摩阻角=40°，上墙摩阻角，下墙摩阻角/2。

（3）墙体材料：5#砂浆30#片石，砌体容重k22KN/m3，砌体容许压应力[a]800kpa，容许切应力[]800kpa。

（4）荷载：规范法公路Ⅱ级荷载验算。 （5）稳定系数：[kc]1.3，[k0]1.5。

（6）基础形式及埋深，根据地基承载力以及亚热带温润气候无冰冻的气候特点选用一般基础形式，最小埋深设置按照规范要求取地面线以下1.0m。

（7）断面尺寸等参数设置按照相关行业软件计算得出。本设计中，该段挡土墙有两类关键截面，下面以其中一类截面进行计算，另一类截面验算过程类同。

在计算过程中，需要核算的步骤为： （1）确定断面尺寸

根据断面上的布置，该段挡墙高8m，拟定上墙高H1=3.6m，墙背俯斜1:0.32（1174440.82）；横重台d1=0.94m，墙背仰斜1:0.25（2140.2），墙面坡度1:0.05。墙身分段长10m。

（2）车辆荷载换算；

汽车荷载等级公路-Ⅱ级，按相应公式换算：

h0B0LQ=0.51m （5-1)

其中：LL0(H2a)tan30=11.37m

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式中L——挡土墙计算长度

B0——破坏棱体宽度，对于路堤墙有：

B0(Ha）tanHtana=5.11m （5-2)

L0——前后轴距加轮胎着地长度，由《路基规范》可查的汽车—20级的L为5.6m。

H——墙身高度，本断面取8m

a——填土高度，设计中取1m

（3）上墙土压力计算

1）计算破裂角，判断是否出现第二破裂面。

假象墙背倾角'1为：

'1tan1d11arctanHH=30°7′ 1ii452452025 tani0.466

破裂面位置：

第一破裂面距离墙顶内边缘距离为：

H(tan'itan1)4.35mB0 破裂面交于荷载内，与假象相符，采用公式正确。 由于'1i，故出现第二破裂面。 （4）计算第二破裂面主动土压力E1

Ktan2(45/2)cos(45/2）=0.515 K12h0H1=1.28 1E112H21KK1=90.53KN E1xE1cos(i)46.71KN E1yE1sin(i)0.72KN 对上墙的作用力臂：ZH1h01X33K1.44m 1（5）下墙土压力计算；

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（5-3)

（5-4)

（5-5)

（5-6) （5-7) （5-8)

（5-9) （5-10)

（5-11) 四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

采用多边形法计算 1）求破裂角2 假定破裂面交于荷载外

2-2=45°58′

tan1.034

A102(H1H2)240.5 B11'02H2(2H1H2)tan22H21tani[l0dH1(tan1tani)]h0=5.15m

RE1x1cos(=102.34KN

i)B02arctan{tan(tancot)(tanA)R1sin(i)cos}=33.29° 0A0sin作用点高度(相对于墙趾):Z2xH33H321H23h0h1(2H2h1)3[H(H)2h=2.18m 222H10h1]2）计算土压力E2

E2)2cos(sin((Asin(21)0tan2B0)R1=94.83KN

2)sin(2)（6）墙身截面计算；

通过计算，取墙顶宽度b1=0.5m，下墙底宽度B2.05m。 1）上墙墙身自重G1以及对墙趾的力臂ZG1

G112kH1(b1b2)=96.54 (kN) 2ZnHb21b1b2b2(2b1b2)nH1G123(b=1.01m 1b2)2）下墙墙身自重G2以及对墙趾的力臂ZG2

G122kH2(b2d1B)=332.54 (kN)

Z[B2B(b2d1)(b2d1)2][2(b2d1)B]nH2G23[(b]=1.19 2d1)B3）第二破裂面与墙背之间的土契重G3及其对墙趾的力臂ZG3

19

5-12)

5-13) 5-14) （（（四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

1G3kH1(d2d1)=46.17(kN)

2'其中：d2H1(tan1tani)=0.41m

ZG3dd1d2d1(2d2d1)H1tan1=2.39m （5-15) n（H1H2)b1H1tan123(d2d1)224）土契上荷载重G4以及对墙趾的力臂ZG4

1G4kd2=3.5 (kN)

21ZG4n（H1H2)b1d2=1.105m

2

（7）抗滑稳定性验算；

KC(G1G2G3G4E1yE2y)fE1xE2x=3.10 >1.300 ；满足要求

（8）抗倾覆稳定性验算：

Z1ynH2b2d1Z1xtani=3.27m

Z2yBZ2xtan2=2.59m

K0

（9）基底应力及偏心距验算； 应力及偏心距验算

G1ZG1G2ZG2G3ZG3G4ZG4E1yZ1yE2yZ2yE1x(Z1xH2)E2xZ2x=1.95>[K0]1.50 （5-16)

eBMyMx=0.288>0.75B0.26 （5-17) 2(GE)ymax2(GEy)3Zn=368.54kpa< 800.00 (kPa) （5-18)

6.3 验算过程

本次设计挡土墙验算过程由计算机完成，本段挡土墙有两类截面形式，分别验算两类关键截面墙体，以下为电算结果：

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━━━━━━━━━ ┃衡重式挡土墙验算书┃ ━━━━━━━━━

1挡土墙类型: 衡重式路堤墙 第一关键断面; 墙身断面尺寸: 墙身高(m): 8.00 (m) 顶宽: 50.00 (cm) 面坡倾斜坡率 0.05 上墙高360.00 (cm) 上墙墙背倾斜率 0.32 衡重台宽 94.00 (cm)

下墙高(不包括趾高):440.00 (cm) 下墙墙背倾斜率: -0.25 墙趾1高: 80.00 (cm) 墙趾1宽: 40.00 (cm) 墙趾倾斜坡率: 0.05 (cm) 墙底倾斜坡率: 0.10 墙底水平宽度:208.00 (cm) 墙底斜宽度:209.04 (cm) 物理参数:

填土高度:100.00 (cm) 填土宽度:150.00 (cm) 墙后填土容重: 19.00 (kN/m3) 墙后填土内摩擦角: 40.00 墙背与墙后填土摩擦角: 20.00 圬工砌体容重: 23.00 (kN/m3) 基底摩擦系数: 0.40 地基填土容重: 19.00 (kN/m3) 地基填土摩擦系数: 0.60 其他参数:

墙体布置长度: 10.00 (m) 路基宽: 8.50 (m) 路肩宽: 0.75 (m) 荷载算法:新规范

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汽车荷载级别: 公路Ⅱ级 计算上墙土压力: 受力情况:(采用公式):

图 5.1

计算高度: 3.60 (m) 1.是否产生第二破裂角:是 2.无荷载时破裂角: 25.85

3.荷载在破裂体上的布置宽度B0: 2.82 (m) 4.换算成土柱高度: 0.31 (m) 5.第一破裂角: 26.71 (m) 6.第二破裂角: 19.62 7.土压力: 88.20 (kN)

8.作用点高度(相对于衡重台截面): 1.44 (m) 作用点高度: 1.44 (m)

作用点水平距离(相对于衡重台截面外侧): 2.26 (m) 计算下墙土压力: 受力情况: (采用公式)

图 5.2

计算高度 5.41 (m) 1.无荷载时破裂角: 33.29

2.荷载在破裂体上的布置宽度B0: 5.11

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3.换算成土柱高度: 0.46 (m) 4.破裂角: 33.29 5.土压力: 94.98 (kN)

6.作用点高度(相对于墙趾): 2.18 (m) 水平距离(相对于墙趾): 2.68 (m) 7.衡重台上的土体重: 63.16 (kN)

8.汽车荷载对衡重台产生的压力: 0.00 (kN) 上墙截面强度验算:

衡重台截面以上墙体重量W: 96.54 (kN)

作用于上墙墙背的土压力,水平分量Ex'(kN): 44.61 (kN) 竖直分量Ey': 0.72 (kN) 上墙重力的力臂Zw: 96.54 (kN)

作用于上墙墙背的土压力,水平分量Ex'(kN): 44.61 (kN) 作用于上墙墙背的土压力高度: 1.44 (m) 合力作用力臂Zn: 0.23 (m) 截面宽度B:183.20 (cm) 偏心距e1: 69.09 (cm)

截面上压应力:面坡:197.38 (kPa) 背坡:-76.40 (kPa) 直剪向应力: 0.15 (kPa) 斜截面剪应力: 38.97 (kPa) 滑动稳定性验算: 1.基底摩擦系数: 0.40 2.基底倾斜度: 0.10 3.墙自重W:378.34 (kN) 4.上墙土压力: 88.20 (kN) 下墙土压力: 94.98 (kN) 衡重台上土重: 63.16 (kN)

5.汽车荷载对衡重台产生的压力: 0.00 (kN) 6.滑移力: 85.91 (kN) 抗滑力:215.47 (kN) 7.抗滑稳定系数Kc1: 2.51

抗滑稳定验算满足: Kc1 = 2.51 >1.300 地基土抗剪稳定性验算: 1.地基土摩擦系数: 0.60

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2.地基填土容重: 19.00 (kN/m3) 3.地基土层水平向:滑移力:139.08 (kN) 抗滑力:318.94 (kN)

4.地基土抗剪稳定系数: 2.29

地基土抗剪稳定验算满足: Kc2 = 2.29 >1.300 倾覆稳定性验算:

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw: 1.58 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩:502.13 (kN*m) 抗倾覆力矩:992.43 (kN*m) 倾覆稳定系数: 1.98

抗倾覆稳定验算满足: K0 = 1.98 >1.500 地基应力及偏心距验算:

基础为天然基础，验算墙底偏心距及压应力: 1.作用于基础底的总竖向力:538.68 (kN) 2.总弯距:490.30 (kN*m) 3.基础底面宽度:209.04 (m) 4.偏心距e: 13.50 (cm)

5.基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn: 0.91 (m) 6.基底压应力: 趾部:357.55 (kPa) 踵部:157.84 (kPa)

地基承载力验算满足 最大压应力: 357.55 < 800.00 (kPa) 下墙截面强度验算: 土压力计算:

受力情况: (采用公式): 3 计算高度为: 4.40 (m) 1.无荷载时的破裂角: 33.29

2.荷载在破裂体上的布置宽度B0: 4.70 (m) 3.换算成土柱高度: 0.50 (m) 4.破裂角: 33.29 5.土压力: 72.67 (kN)

6.作用点高度(相对于截面): 1.98 (m) 作用点(相对于截面外侧)水平位置: 2.39 (m) 7.衡重台上的土体重: 63.16 (kN)

8.汽车荷载对衡重台产生的压力: 0.00 (kN)

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强度验算:

验算截面以上墙体重量:332.54 (kN)

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw: 1.19 (m) 法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力:479.34 (kN) 总弯距:320.00 (kN*m)

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn: 0.67 (m) 截面宽度B:1.20 (cm) 偏心距e: 27.84 (cm)

截面上压应力:面坡:477.05 (kPa) 背坡: 29.66 (kPa)

2.挡土墙类型: 衡重式路堤墙 第二关键断面;

挡土墙类型: 衡重式路堤墙; 墙身断面尺寸: 墙身高(m): 9.00 (m) 顶宽: 50.00 (cm) 面坡倾斜坡率 0.05 上墙高405.00 (cm) 上墙墙背倾斜率 0.33 衡重台宽115.00 (cm)

下墙高(不包括趾高):495.00 (cm) 下墙墙背倾斜率: -0.25 墙趾1高: 90.00 (cm) 墙趾1宽: 45.00 (cm) 墙趾倾斜坡率: 0.05 (cm) 墙底倾斜坡率: 0.10 墙底水平宽度:240.88 (cm) 墙底斜宽度:242.08 (cm) 物理参数:

填土高度:100.00 (cm) 填土宽度:150.00 (cm) 墙后填土容重: 19.00 (kN/m3) 墙后填土内摩擦角: 40.00 墙背与墙后填土摩擦角: 20.00

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圬工砌体容重: 23.00 (kN/m3) 基底摩擦系数: 0.40 地基填土容重: 19.00 (kN/m3) 地基填土摩擦系数: 0.60 其他参数:

墙体布置长度: 10.00 (m) 路基宽: 8.50 (m) 路肩宽: 0.75 (m) 荷载算法:新规范 汽车荷载级别: 公路Ⅱ级 计算上墙土压力: 受力情况:(采用公式):

图 5.3

计算高度: 4.05 (m) 1.是否产生第二破裂角:是 2.无荷载时破裂角: 25.54

3.荷载在破裂体上的布置宽度B0: 3.40 (m) 4.换算成土柱高度: 0.46 (m) 5.第一破裂角: 26.50 (m) 6.第二破裂角: 19.95 7.土压力:113.71 (kN)

8.作用点高度(相对于衡重台截面): 1.63 (m) 作用点高度: 1.63 (m)

作用点水平距离(相对于衡重台截面外侧): 2.60 (m) 计算下墙土压力: 受力情况: (采用公式)

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图 5.3

计算高度 6.09 (m) 1.无荷载时破裂角: 33.29

2.荷载在破裂体上的布置宽度B0: 5.98 3.换算成土柱高度: 0.42 (m) 4.破裂角: 33.29 5.土压力:117.26 (kN)

6.作用点高度(相对于墙趾): 2.44 (m) 水平距离(相对于墙趾): 3.08 (m) 7.衡重台上的土体重: 88.62 (kN)

8.汽车荷载对衡重台产生的压力: 0.00 (kN) 上墙截面强度验算:

衡重台截面以上墙体重量W:118.25 (kN)

作用于上墙墙背的土压力,水平分量Ex'(kN): 56.94 (kN) 竖直分量Ey': 0.79 (kN) 上墙重力的力臂Zw:118.25 (kN)

作用于上墙墙背的土压力,水平分量Ex'(kN): 56.94 (kN) 作用于上墙墙背的土压力高度: 1.63 (m) 合力作用力臂Zn: 0.21 (m) 截面宽度B:203.90 (cm) 偏心距e1: 80.57 (cm)

截面上压应力:面坡:226.56 (kPa) 背坡:-92.13 (kPa) 直剪向应力: 1.04 (kPa) 斜截面剪应力: 43.78 (kPa) 滑动稳定性验算: 1.基底摩擦系数: 0.40 2.基底倾斜度: 0.10

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3.墙自重W:484.78 (kN) 4.上墙土压力:113.71 (kN) 下墙土压力:117.26 (kN) 衡重台上土重: 88.62 (kN)

5.汽车荷载对衡重台产生的压力: 0.00 (kN) 6.滑移力:104. (kN) 抗滑力:279.15 (kN) 7.抗滑稳定系数Kc1: 2.67

抗滑稳定验算满足: Kc1 = 2.67 >1.300 地基土抗剪稳定性验算: 1.地基土摩擦系数: 0.60 2.地基填土容重: 19.00 (kN/m3) 3.地基土层水平向:滑移力:173.57 (kN) 抗滑力:413.71 (kN)

4.地基土抗剪稳定系数: 2.38

地基土抗剪稳定验算满足: Kc2 = 2.38 >1.300 倾覆稳定性验算:

相对于墙趾点，墙身重力的力臂Zw: 1.80 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性 倾覆力矩:710.43 (kN*m) 抗倾覆力矩:1471.27 (kN*m) 倾覆稳定系数: 2.07

抗倾覆稳定验算满足: K0 = 2.07 >1.500 地基应力及偏心距验算:

基础为天然基础，验算墙底偏心距及压应力: 1.作用于基础底的总竖向力:697. (kN) 2.总弯距:760.84 (kN*m) 3.基础底面宽度:242.08 (m) 4.偏心距e: 12.02 (cm)

5.基础底面合力作用点距离基础趾点的距离Zn: 1.09 (m) 6.基底压应力: 趾部:374.17 (kPa) 踵部:202.41 (kPa)

地基承载力验算满足 最大压应力: 374.17 < 800.00 (kPa) 下墙截面强度验算: 土压力计算:

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受力情况: (采用公式): 3 计算高度为: 4.95 (m) 1.无荷载时的破裂角: 33.29

2.荷载在破裂体上的布置宽度B0: 5.52 (m) 3.换算成土柱高度: 0.43 (m) 4.破裂角: 33.29 5.土压力: .03 (kN)

6.作用点高度(相对于截面): 2.22 (m) 作用点(相对于截面外侧)水平位置: 2.75 (m) 7.衡重台上的土体重: 88.62 (kN)

8.汽车荷载对衡重台产生的压力: 0.00 (kN) 强度验算:

验算截面以上墙体重量:424.97 (kN)

相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂Zw: 1.37 (m) 法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力:621.27 (kN) 总弯距:505.14 (kN*m)

相对于验算截面外边缘，合力作用力臂Zn: 0.81 (m) 截面宽度B:219.90 (cm) 偏心距e: 28. (cm)

截面上压应力:面坡:503.31 (kPa) 背坡: 61.74 (kPa)

5.4挡土墙长度、分段及路堤的衔接

按前面的初步确定的基础埋深、断面尺寸，在墙趾纵断面上进行布置，根据地形变化的情况，均采用台阶基底。两端在与其相邻处用锥坡衔接。泄水孔间距2~3m，沉降伸缩缝间距为10~15m。

5.5边坡防护工程

边坡坡度为1:0.5的路堑用网格式草坪平铺，岩石不防护，边沟、截水沟和排水沟的加固均为7.5#浆砌片石，其厚度为0.2m，在铺草坪的地段其边坡应铺设8cm的种植土，预制块为20#水泥砼，预制块空心处回填8cm种植土，并播撒草籽。要求浆砌片石用未风化坚硬岩石，片时强度不低于30Mpa，砌筑用7.5#水泥砂浆，勾缝用10#水泥砂浆。

详细设计见路基边坡防护设计图。

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5.6注意事项

（1）挡墙形式采用衡重式路堤墙。

（2）泄水孔间距2~3m，，沉降伸缩缝间距为10~15m。 （3）对材料要求及施工注意事项，按有关规范要求。

5.7设计成果

挡土墙设计图，边坡防护设计图，路基排水防护工程数量表。

第六章 路面结构设计

6.1 概述

由于本设计公路等级为二级，适应的路面类型宜选用次高级路面，但根据所给的交通量分析，该条路的交通量比较大，应该把路面等级相对提高，故最终选用高级路面，虽然初期建设投资高，但路面养护费用少，运输成本低。

在水泥混凝土和沥青混凝土两个方案之间进行比选：

（1）选用水泥混凝土路面。一方面，根据使用初期设计车道日标准轴载作用次数计算，该条路交通等级已达到重交通等级，根据水泥混凝土路面设计规范的初估板厚为23~25cm。这样修筑路面将需要大量的水泥和水，投资将相当高。另一方面，水泥混凝土路面的设计使用年限一般为20~40年，对本条二级公路而言，因为路基宽度较窄，随着经济的增长，其使用年限不易超过15年，故采用水泥混凝土路面不合适。

（2）选用沥青混凝土路面。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整，无接缝，行车舒适，耐磨，施工期短，养护维修简便等优点，因而获得越来越广泛的应用。

本路段采用沥青混凝土地面，设计年限为12年，考虑路面等级和交通量，结合规范推荐组合，综合考虑防水和耐磨性等指标。

在填方干燥路段采用3cm细粒式沥青混凝土上面层，4cm厚中粒式沥青混凝土下面层，20cm厚石灰粉煤灰碎石做基层，20cm石灰土稳定碎石做底基层。

在挖方中湿路段采用3cm细粒式沥青混凝土上面层，4cm厚中粒式沥青混凝土下面层，20cm厚石灰粉煤灰碎石做基层，23cm石灰土稳定碎石做底基层。

6.2 计算步骤

确定公路所属自然区划，土基干湿类型，划分路段，确定各路段的土基回弹模量E0。

该路属于Ⅴ2区，根据路槽底距地下水位高度来确定土基干湿类型，由于缺乏有关资料，故根据填挖值大致划分干湿路段。高填方不易受到水流冲击，划作干燥段，挖方段易受地下水影响，低填方也易受到水流冲击，划分为中湿段。

故把K0+000-K1+380 和K2+280-K3+050划分为中湿路段，把K1+380~K2+280划分为干燥路段，全

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 线共分为三段。

6.2.1 地基土回弹模量确定、轴载分析

土基回弹模量E0参考《路基路面工程》中相关表格取值，中湿段为34MPa，干燥段为40Mpa。 附：路面设计计算资料：交通年增长率为7%，据预测改路段竣工初年的交通量组成如下：

表 6-1 路段竣工初年交通量 1 2 3 4 车型名称 黄河JN150 CA-10B 跃进NJ130 小汽车 前轴重/KN 49.00 19.40 15.30 33 后轴重/KN 101.60 60.85 38.30 72 后轴数 1 1 1 1 后轴轮组数 双 双 双 双 交通量 310 1580 158 610 1 轴载分析：

（1）路面以双轮组单轴载100KN为标准轴载。

（2）当以设计弯沉为指标及验算沥青层层底拉应力时：选择BZZ—100标准轴载，各种轴载作用次数换算为标准轴载作用次数，其计算结果如下表：

(小于25KN的轴载不计)

黄河JN150 CA-10B 跃进NJ130 小汽车 前轴 后轴 后轴 49.00 101.60 60.85 1 1 1 6.4 1 1 310 310 1580 车型 表 6-2 标准轴载换算表 Pi/KN C1 C2 ni PC1C2ni(i)4.35 100.10 332.16 182.05 后轴 前轴 后轴 38.3 1 1 158 610 610 2.43 33 72 k1 1 6.4 1 30.92 146.13 N1C1C2ni(i1Pi4.35)=792 （次/日） （6-1) 100选用沥青混凝土面层，使用年限12年，两车道行车系数1.0，设计使用期限内交通年平均增长率7%。

累积当量轴次：Ne

365{(1)T1}N3102716 次 （6-2)

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进行半刚性基层层底拉应力验算时，计算结果如下表（小于50KN轴载不计）

表 6-3 半刚性地基标准轴载换算表

车型 黄河JN150 CA-10B 小汽车 后轴 后轴 后轴 'k

Pi/KN 101.60 60.85 72 C1 1 1 1 'C2 1 1 1 'ni 310 1580 610 P''C1C2ni(i)8 P352 30 65

P''NC1C2ni(i)8=447 （次/日） （6-3)

Pi1Ne'365{(1)T1}N1751154 次 （6-4)

6.2.3 路面结构组合设计

经计算，路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为3.1×10次左右，根据规范推荐路面层，面层选择沥青混凝土，因此采用一层3cm厚细粒式沥青混凝土和一层4cm厚中粒式沥青混凝土。

66.2.4土基回弹模量的确定

该路属于Ⅴ2区，根据路槽底距地下水位高度来确定土基干湿类型，查表确定该段路的土基回弹模量为：中湿：34MPa，干燥：40 MPa。

6.2.5 确定各层材料的抗压模量与劈裂强度

查表得:按设计弯沉计算厚度时20℃抗压模量：细粒式沥青混凝土为1400Mpa，中粒式沥青混凝土1200MPa，石灰粉煤灰碎石1500MPa，石灰土稳定碎石850MPa。15℃抗压模量：细粒式沥青混凝土为2000Mpa，中粒式沥青混凝土1800MPa，石灰粉煤灰碎石1500MPa，石灰土稳定碎石850MPa。

各层材料劈裂强度：细粒式沥青混凝土为1.4MPa，中粒式沥青混凝土为1.0Mpa，石灰粉煤灰碎石为0.65 MPa，石灰稳定土碎石为0.35MPa。

6.3设计指标的确定

（1） 设计弯沉

查表得：二级公路，取Ac1.1；沥青混凝土面层，取As1.0；半刚性基层、基地厚度大于20cm，取基层类型系数Ab1.0。

设计弯沉

Ld600Ne-0.2AcAsAb=32.70（0.01mm） （6-5)

（2） 各验算层材料容许拉应力 各层材料拉应力验算如下公式计算：

R

fspKs （6-6)

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式中fsp：沥青混凝土或半刚性材料的劈裂强度；

Ks：抗拉强度结构系数。

1）对于混凝土层的抗拉强度结构系数按下式计算：

Ks0.09Ne0.22/Ag （6-7)

2）对于无机结合料稳定集料类抗拉强度结构系数按下式计算：

Ks0.35Ne0.11/Ag （6-8)

3）对于无机结合稳定细粒土类的抗拉强度结构系数按下式计算：

Ks0.45Ne0.11/Ag （6-9)

式中：

Ag：沥青混凝土级配系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.1。

对于本设计，所有沥青混凝土结构层的抗拉强度结构系数均为：

Ks10.09Ne0.22/Ag=0.0931027160.22/1.02.41

石灰粉煤灰碎石的抗拉强度结构系数为：

Ks20.35Ne0.11/Ag1.81

石灰土稳定碎石的抗拉强度结构系数为：

Ks30.45Ne0.11/Ag2.32

故：

细粒式沥青混凝土面层：

R1中粒式沥青混凝土面层：

R1 石灰粉煤灰碎石：

fspKs0.MPa

fspKs0.46MPa

R2fsp1.810.42MPa

石灰土稳定碎石:

R2fsp2.320.23MPa

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（3）设计参数汇总

经过计算路面设计弯沉为32.70（0.01mm），路面各设计参数如下： 中湿路段：

表 6-4 中湿路段数据

材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 二 灰 碎 石 石灰土稳定碎石 土 基

干燥路段：

表 6-5 干燥路段数据 材料名称 细粒式沥青混凝土 细粒式沥青混凝土 二 灰 碎 石 石灰土稳定碎石 土 基 厚度（cm） 3 4 20 ？ - 20℃抗压模量MPa 1400 1200 1500 850 40 15℃抗压模量MPa 2000 1800 1500 850 容许拉应力Mpa 0. 0.46 0.42 0.23 厚度（cm） 3 4 20 ？ - 20℃抗压模量MPa 1400 1200 1500 850 34 15℃抗压模量MPa 2000 1800 1500 850 容许拉应力Mpa 0. 0.46 0.42 0.23 （4）计算石灰土稳定碎石厚度

采用沥青混凝土路面设计专用程序，输入以上数据计算二灰碎石基层厚度得：中湿路段为23cm，干燥路段为20cm。。

在中湿路段中，细粒式沥青混凝土层底面最大拉应力 0.297 (MPa)，中粒式沥青混凝土层底面最大拉应力0.152 (MPa)，石灰粉煤灰碎石层底面最大拉应力 0.108 (MPa)，石灰土稳定碎石层底面最大拉应力 0.157 (MPa)。

在干燥路段中，细粒式沥青混凝土层底面最大拉应力 0.303 (MPa)，中粒式沥青混凝土层底面最大拉应力0.154 (MPa)，石灰粉煤灰碎石层底面最大拉应力 0.121 (MPa)，石灰土稳定碎石层底面最大拉应力 0.165 (MPa)。

均小于容许应力，因此路面厚度满足设计要求。

6.2.6 验算过程

中湿段

**************************

34

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 *新建路面设计成果文件汇总* **************************

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车型名称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 310 2 CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 1580 3 跃进JN130 15.3 38.3 1 双轮组 158 4 小汽车 33 72 1 双轮组 610

设计年限 12 车道系数 .6 交通量平均年增长率 7

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 792 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3102716

当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 447 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1751154

公路等级 二级公路

公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值 : 32.7 (0.01mm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 . 2 中粒式沥青混凝土 1 .46

35

％ 四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 3 石灰粉煤灰碎石 .65 .42 4 石灰土稳定碎石 .42 .23

新建路面结构厚度计算

公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 33.2 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)

层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20℃) (15℃)

1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 . 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 .46 3 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 .42 4 石灰土稳定碎石 ? 850 850 .23 5 土基 34

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 32.7 (0.01mm)

H( 4 )= 20 cm LS= 35 (0.01mm) H( 4 )= 25 cm LS= 30.8 (0.01mm)

H( 4 )= 22.1 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 4 )= 22.1 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 22.1 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 22.1 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

36

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

H( 4 )= 22.1 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :

H( 4 )= 22.1 cm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 22.1 cm(同时考虑弯沉和拉应力)

通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:

--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 3 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 20 cm --------------------------------------- 石灰土稳定碎石 23 cm --------------------------------------- 土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100

层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20℃) (15℃)

1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力

37

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 计算应力 3 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 计算应力 4 石灰土稳定碎石 23 850 850 计算应力 5 土基 34

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :

第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.4 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.5 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 39.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 104.3 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 340.7 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式) LS= 274 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.297 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.152 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= .108 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .157 (MPa)

干燥段

************************** *新建路面设计成果文件汇总* **************************

轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算

序号 车型名称 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 交通量 1 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 310 2 CA10B 19.4 60.85 1 双轮组 1580 3 跃进JN130 15.3 38.3 1 双轮组 158

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 4 小汽车 33 72 1 双轮组 610

设计年限 12 车道系数 .6 交通量平均年增长率 7 ％

当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 792 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 3102716

当进行半刚性基层层底拉应力验算时 :

路面竣工后第一年日平均当量轴次 : 447 设计年限内一个车道上累计当量轴次 : 1751154

公路等级 二级公路

公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 基层类型系数 1

路面设计弯沉值 : 32.7 (0.01mm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 .63 2 中粒式沥青混凝土 1 .45 3 石灰粉煤灰碎石 .65 .42 4 石灰土稳定碎石 .42 .22

新建路面结构厚度计算

公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 32.7 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)

39

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa) (20℃) (15℃)

1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 .63 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 .45 3 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 .42 4 石灰土稳定碎石 ? 850 850 .22 5 土基 40

按设计弯沉值计算设计层厚度 :

LD= 32.7 (0.01mm)

H( 4 )= 15 cm LS= 37.3 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 32.5 (0.01mm)

H( 4 )= 19.8 cm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 4 )= 19.8 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 19.8 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 19.8 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求)

H( 4 )= 19.8 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求)

路面设计层厚度 :

H( 4 )= 19.8 cm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 19.8 cm(同时考虑弯沉和拉应力)

通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改, 最后得到路面结构设计结果如下:

40

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 3 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 20 cm --------------------------------------- 石灰土稳定碎石 20 cm --------------------------------------- 土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 4 标 准 轴 载 : BZZ-100

层位 结构层材料名称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 计算信息 (20℃) (15℃)

1 细粒式沥青混凝土 3 1400 2000 计算应力 2 中粒式沥青混凝土 4 1200 1800 计算应力 3 石灰粉煤灰碎石 20 1500 1500 计算应力 4 石灰土稳定碎石 20 850 850 计算应力 5 土基 40

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :

第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 32.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 35.8 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 40.3 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 112.5 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 292.5 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 LS= 232.9 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-.303 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-.154 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= .121 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= .165 (MPa)

第七章 小桥涵洞设计

公路遇到沟谷、溪沟、河流，人工渠道以及排除路基边沟截水沟内水流，就需要修建横向排水构造物。主要是桥梁以及涵洞，小型排水结构物除小桥及涵洞外还包括漫水桥、过水路面、透水路堤、倒虹吸、渡槽等。本次毕业设计主要是进行涵洞设计。

涵洞是公路构造物的重要组成部分之一，其设计与该公路的等级、使用任务、性质和将来的发展需要相适应，遵循了安全、使用、经济和美观的原则进行设计。设计时注意满足行车、排水、净空等要求。

7.1小桥涵设计原则

（1）桥涵设计应遵循使用、经济、安全和美观的原则，并使小桥涵与公路等级、任务、使用性质和规范的需要相适应。

（2）因地制宜，就地取材和便于施工养护。 （3）与农田水利密切配合。

7.2桥涵位置的选择

（1）天然河流与路线相交处（上游汇水面积大于0.1km²时应设置）； （2）农田灌溉区与路线相交处（包括通过大片梯田影响灌溉时应设置）。

7.3 各类涵洞的特点

7.3.1 石拱涵的特点

（1）能充分利用天然石料，不需要钢材，只需要少量水泥，因而造价低，工程费用少； （2）施工技术简单，专用设备少，适于群众建桥；

（3）结构坚固、自重及超载潜力大，使用寿命长，当然石拱涵也存在自身的缺点，拱式结构需要较大的建筑高度，遭受破坏后难于修复；施工时占用劳动力较多，工期较长以及对地及要求较高。由于以上这些优缺点使得石拱涵在适用范围上受到，但它是山区公路常采用的涵洞类型。

7.3.2 钢筋混凝土盖板涵特点

(1) 建筑高度较小，不受填土高度；

42

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

(2) 能采用工厂预制、现场装配、施工简便迅速； (3) 为间支结构，对地基条件要求不高； (4) 遭受破坏后容易修复；

(5) 由于需要水泥、钢材等材料，所以一般造价较高。

7.3.3涵洞形式选择

（1）新建涵洞以采用无压力式涵洞为主。为了提高宣泄设计流量，再不造成淹没上游农田、村庄的前提下，允许涵前交大壅水高度时，可采用压力式或半压力式涵洞。

（2）设计流量在10m³/s左右时，一般宜采用圆管涵。但当路堤高度过高时，圆管涵顶填土高度不足时，宜采用盖板涵（先考虑采用暗涵，当盖板涵顶填土高度不足时，特别是当路堤高度较高时，宜采用拱涵。涵洞基础对涵洞质量影响很大。砖管、拱涵都要求有较坚石的地基基础，其他类型的涵洞也要求基础不能有过大的沉陷，而且沉降必须均匀。涵洞位置应尽量避免在地基松软、坚硬不均匀或地质条件不良地段设置。当地基过分松软无法避让时，应采取地基的加固或对基础的加强处理措施，也可采用钢筋混凝土箱涵，选择时应对各种可行的处理方案进行技术和经济比较后确定。

从经济角度，因地区不同，造价往往差别很大。在盛产石料的山区，一般选用石涵比较经济；在缺乏石料的地区，当设计流量较小时，选用钢筋混凝土盖板涵或拱涵比较经济。宣泄同样设计流量的圆管涵，单孔比多孔经济。

涵洞设计要方便施工。一段线路上不宜采用过的涵洞类型，应尽可能定型化，便于集中预制，以节省模板和保证质量。

7.3.4 涵跨径的确定

由于该地区降水量丰富。年降水量为918.2mm，该区属于亚热带温润气候。四季分明降雨量分布较为均匀，考虑采用桥涵跨越时，在较小冲沟处采用涵洞跨越。根据《规范》JTJ013-95第6.3.2.1条规定，涵洞孔径不宜小于沟槽宽度，应采用单孔涵，最小孔径不宜小于0.75m，净高不宜小于0.75m，涵底纵坡应尽量与天然沟床坡度一致。

本段公路所在地成都的暴雨公式为：

q式中：

2806(10.803lgP) （7-1）

(t12.8P0.231)0.768P:设计降雨重现期

t：降雨历时（min）对于无压力式涵洞：

Qk2g(H0Hk)kQ/(k)122 （7-2）

H0hkk/(2g)hk()2232HH02/2g

43

四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

式中：Q——过涵流量

hk——涵洞内进水口附近的临界断面水深

k、k——临近断面的流速、过水断面面积

——流速系数，本设计圆管涵取0.85

——涵洞侧向压缩系数

由上公式计算后，后可取管涵管径1.5m。

7.4 涵洞择位时应遵循以下原则

一般情况下，应在下列位置考虑设置小桥或涵洞：

(1) 天然河沟与路线相交处。凡路线与明显沟形的干沟、小溪、河流相交时，当路线上游汇水面积大于

0.1km²时，原则上应设置涵洞。

(2) 农田灌溉渠与路线相交处。路线经过农业区、跨越水渠、堰塘或水库的排水渠以及通过大片梯田影

响农田灌溉时应考虑设置涵洞。

(3) 路基边沟排水渠。在山区公路的山坡线，为排除路基挖方内侧边沟流水，应考虑设置涵洞。其间距

一般不大于200m~400m；在干旱地山区，间距不大于400m~500m。

(4) 与其他路线交叉处。当路线与铁路、公路、大车路、人行路、农村机耕道及重要管线交叉，且路线

又从其上方通过时，应考虑设置相应的小桥或涵洞。 (5) 其他设涵情况：

1)平原区，路线通过较长的低洼地带及沼泽地带，为保证路基稳定，避免排水不畅及长期积水的情况，在地面具有天然纵坡的地方设置多道涵洞。如无灌溉和其他需要，涵洞间距一般是1km~2km。

2)平原区路线通过天然积水洼池，也应考虑设置数到涵洞，已沟通路基两侧水位，平衡水压。 3)路线紧靠村镇，特别要注意设涵以排除村镇内地面汇流水。

4)山区岩层破碎及塌方地段，雨季时经常有地下水从路基边坡冒出，为石路基边坡稳定，及时疏干地下水，应配合路基病害整治设置涵洞。

7.5进出口选择

常用的涵洞洞口形式：八字翼墙、锥形护坡、一字墙护坡、上游激流坡（跌水井）、上游边沟跌水井、下有激流坡、下游接挡土墙附跌水、倒虹吸等结构形式。应用时应根据现场情况分别选择上、下游洞口形式与洞深组合使用。

7.5.1 一字墙护坡洞口

这种洞口形式适用于边坡规则的人工渠道，工程量小，在窄而深、河床纵断面变化不大的天然河沟亦可采用。

7.5.2 八字翼墙或锥形护坡洞口

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书

这种洞口形式适用于平坦顺直、纵断面高差变化不大的河沟。这两种洞口形式水利条件较好，在使用上没有多大差别，都具有工程量小，施工简单，经济等优点，因儿时经常采用的洞口形式。但是从经济角度来看，八字墙更好。

7.5.3 上游激流坡或上游跌水井洞口

当路基纵断面设计不能满足桥涵建筑高度要求时，且下游河床较低，河沟纵坡为10%~30%时，可采用此种洞口形式。除岩石地基外，沟底和沟槽边坡均采用人工铺砌。跌水高H1小于建筑高度h1时，上游洞口可采用跌水井，下游洞口可配八字翼墙或其他洞口形式。

当H1大于4m时，为保证急流槽的稳定，槽底每隔1.5~2.0m设防滑墙一道。下有洞口一般配急流坡洞口或挡土墙洞口。

7.5.4 上游边沟跌水井洞口

为排除旁山线较长距离内的边沟及截水沟的水，就需设置边沟跌水井洞口；因为边沟与路面高差不大，必须下挖才能修建此种涵洞洞口。下游洞口一般配八字翼墙或锥形护坡等形式。

7.6 涵洞进出口的防护和加固

7.6.1 进水沟床加固处理

为进水洞口和纯天然河沟连接，防止水流冲刷洞口，致使洞口破坏必须对进水洞口进行处理。因为进水洞口的地势坡度很缓和，几乎为平坡，因此采取的加固方式为仅对进口采用干砌片石进行加固，铺砌长度为1m。

7.6.2 出口沟床的加固防护

小桥涵对天然河床都有较大的压缩致使小桥涵下流速特别是下游的流速增大。流速增大导致桥涵下游产生局部冲刷。所以必须对桥涵的下游出口采取加固措施。本设计根据具体情况采用铺砌加固型式。

7.7桥涵设计标准采用情况

桥涵设计荷载为公路-Ⅱ级。

本次设计选择在K0+320、K0+720、K1+520、K2+260、K2+660设置半径1.5m，K1+120、K1+520设置2000cm2000cm暗板涵。

7.8 涵长计算

选择K2+260处圆管涵进行涵长计算，该处圆管涵与路线正交，其相关参数如下：K2+260路基宽度为10米，中心桩号位置的路肩高程为271.02米，涵洞洞底中心高程为265.68米，帽石尺寸为0.20.35，即厚度t=0.2m，a=0.35m，边坡采用一级边坡1:1.5,；涵洞进水口建筑高度为265.79，出水口为265.36，涵底纵坡为2%。

L上B上m(Hh上t)a51.5[5.7720.2]0.3510.39m （7-3）

1mi011.50.02B下m(Hh下t)a51.5[5.772.150.2]0.3511.03m （7-4）

1mi011.50.0245

L下

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涵洞全长为：

LL上L下10.3911.1121.50m （7-5）

7.9 圆管涵节计算

*******K2+260钢筋混凝土圆管涵验算*******

1. 设计依据:

《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004) 《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005) 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007) 《公路涵洞设计细则》JTG/T D65-04-2007

图 7.1

2. 设计资料:

设计荷载:公路-Ⅱ级 圆管涵管节内径D内=1.5 m 管节管壁厚度t=25 cm 管节材料砼标号=C20砼 管顶填土高H=3.8 m 土容重γ=18 kN/m^3

钢筋混凝土容重γ1=25 kN/m^3 土的内摩擦角φ=30度 保护层厚度=3 cm 螺旋钢筋间距=10 cm 螺旋钢筋级别=HPB235 螺旋钢筋直径=12 mm

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 3. 外力计算:

a.恒载

填土垂直压力q=γ*H=68.4 kN/m^2 管节自重垂直压力qz=γ1*t=6.25 kN/m^2 b.活载

横向分布宽度a=9.888 m 纵向分布宽度b=5.988 m 垂直压力P=9.458 kN/m^2 4. 内力计算:

管节内外径平均值R=0.875 m

土的侧压力系数λ=(tg(45-φ/2))^2=0.333 kN/m

填土产生的最大弯矩M土=0.137*q*R^2*(1-λ)=4.783 kN.m 自重产生的最大弯矩M自=0.369*qz*R^2=1.766 kN.m 恒载产生的最大弯矩M恒=M土+M自=6.549 kN.m

车辆荷载产生的最大弯矩M汽=0.137*P*R^2*(1-λ)=0.661 kN.m 5. 内力组合:

结构重要性系数(涵洞设计安全等级为三级)=0.9 荷载组合(弯矩)Mj=0.90*(1.2M恒+1.4M汽)=7.906 kN.m 6. 截面配筋:

混凝土轴心抗压设计强度Fcd=9.2 MPa 钢筋抗拉设计强度Fsd=195 MPa 主筋单根面积A=1.131 cm^2 需要钢筋截面积为Ag=2.33 cm^2 建议配筋采用3根Φ12 7. 强度验算:

混凝土轴心抗压设计强度Fcd=9.2 MPa 实际受拉区配筋面积为Ag=11.31 cm^2 混凝土受压区高度x=Fsd*Ag/(Fcd*b)=2.421 cm 截面有效高度h0=22 cm

混凝土受压区高度界限系数ξjg=0.62 受压区高度x < ξjg*h0=13.,满足要求! 正截面强度=Fcd*b*x*(h0-x/2)=45.85 kN.m 正截面强度 > 设计强度Mj,正截面强度满足要求!

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四川大学本科毕业设计 李家山至陈家沟路段设计说明书 8. 裂缝宽度验算:

钢筋表面形状影响系数C1=1.4 荷载特征影响系数C2=1.454 构件形式系数C3=1.15

受拉钢筋有效配筋率ρ=As/(b*h0)=0.005 受拉钢筋的直径d=12 mm

受拉钢筋重心处的应力σg=32.87 MPa 钢筋的弹性模量Es=210000 MPa

最大裂缝宽度δfmax=C1*C2*C3*σg/Es*(30+d)/(0.28+10*ρ)=0.046 mm δfmax < 0.2,最大裂缝宽度满足要求

第八章 施工图预算

8.1 编制依据

预算编制是施工图设计的一个重要组成部分。预算编制就是依据施工图提供的工程数量和国家规定的预算定额以及调查（或分析计算的）单价，按照国家规定的计算方法，计算出公路全部工程所需的工料、机械台班数量和工程造价，为控制施工费用和施工组织计划编制提供资料。

本施工图预算根据《公路工程基本建设项目概算预算编制办法》（JTG B06-2007）、《关于公布公路工程基本建设项目概算预算编制办法局部修订的公告》2011年第83号、《公路工程预算定额》（JTG/T B06-02-2007）、《公路工程机械台班费用定额》（JTG/T B06-03-2007）、《四川省交通厅关于贯彻执行交通部2007年“公路基本建设项目概算预算编制办法”及配套定额有关事项的通知》。按照国家规定的计算办法，计算得出工程总造价为4730673元。

在费率文件设置中，工程所在地为四川，费率标准为《四川费率标准》（2012），冬季施工记为准一区，雨季施工为Ⅱ区7个月；同时计算夜间施工，考虑安全施工费率以及施工设施、施工辅助费率，考虑基本费用，考虑职工探亲费用，考虑财务费用，不考虑高原、沿海施工和行车干扰费率，工地转移不计。

（1）各项费率选择具体为： （2）养老保险：2% （3）医疗保险：7% （4）失业保险：2% （5）住房公积金：9% （6）工伤险：1% （7）计划利润率：7% （8）税金综合税率：3.41% （9）机械不变费用系数：1

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（10）辅助生产间接费率：5%

另外，预算中的养路费车船税按《四川车船税标准》（2012）计算，供应价格按《材料供应价》（定额价）计算。由于设计路段工程量小，工程周期短，故不考虑涨价预备费。

8.2 编制表格

编制时应符合《编制办法》的有关各项规定，工程项目要统一费率提取必须按规定办理。本次预算编制过程采用纵横软件公司的“纵横SmartCost概预估算”软件进行编制，其过程均由计算机进行。本次预算编制步骤及过程如下：

整理并复核各项工程数量，这是编制预算的首要条件，做到工程项目无遗漏，数量无错误，并对工程的全局做到心中有数。

准备、熟悉有关工具书，如《公路工程概预算编制办法》、《公路工程设计文件编制办法》等，只有熟悉了有关概念、编制办法等才能在编制时得心应手，不会措手无策。

列项，即根据工程设计，结合所要编制的“项目表”，参照《公路工程概预算定额》，将工程项、目、节列出，再一一算出工程数量填入相关栏目内，这是编表的前提。

根据填好的项目表，套用“定额”。

根据以上整理出来的资料，使用“纵横SmartCost概预估算”软件，进行运算和输出甲、乙两组相关表格。

具体计算结果间施工图预算编制成果表。

8.3设计成果

工程预算完成了如下资料： 【01-1】总预算汇总

【02-1】总预算人工、主要材料、机械台班数量汇总表 【03】建筑安装工程费计算表

【04-1】其他工程费及间接费综合费用计算表 【05】设备工具器具购置费计算表 【06】工程建设其他费用及回收金额计算表 【07】工料机单价汇总表

【08-1】建筑安装工程费计算数据表 【08-2】分项工程预算表 【09】材料预算单价计算表 【11】机械台班单价计算表 【12】辅助生产工料机单位数量表

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第九章 设计总结

至此，本科毕业设计也到了收尾阶段，在这次毕业设计中，从开始的课题确定到大纲、收集资料，从着手设计到完成初稿，一切都显得匆忙有序。通过毕业设计，无论从思想上还是实践上我都得到了很大锻炼和提高，以下为本次设计的总结。

（1）基本指标

公路等级为二级公路，设计行车速度为60km/h，交通量折算后为3837次/日，概预算总额为470余万元，平均每公里造价157万余元。

（2）路线

本段公路总长度为3050m，共设置3个交点，平均每公里设置一个交点；全线中平曲线最小半径为250m，故全线转弯处不设置加宽。平曲线总长度784m，占总路线长度的25.7%，其中直线段最大长度540m，最大纵坡5.557%，最小纵坡直线段长度167m，竖曲线最小半径3500m，凸曲线最小半径5300m，凹曲线最小半径3500m。

（3）路基路面

路基宽度10m，其中行车道宽3.5m，硬路肩和土路间宽度均为0.75m。路基防护工程在K2+400~K2+470段设置重力式挡土墙，挖方路段设置高度为3m的上挡墙，其余路段设置植草护坡即可。沥青路面换算后的标准轴载作用次数为310余万次，路面材料选择为面层首层为3cm厚细粒式沥青混凝土，底层为中粒式沥青混凝土；基层选择分中湿段和干燥段有所不同。中湿段的基层选用20cm厚的石灰粉煤灰碎石，基层选用23cm厚的石灰土稳定碎石。对于干燥段，其基层选用20cm厚的石灰土稳定碎石。

（4）涵洞、小桥梁

本段公路设计设置有4处管径为1.5m的钢筋混凝土圆管涵以及2处边长2m的钢筋混凝土盖板涵，每处涵洞设置间距不大于500m。

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第十章 致谢

通过四个月的毕业设计,将大学四年所学的知识系统的学了一次, 把零碎的东西通过这次设计我把它们有机的结合起来，了解了他们之间的联系,更加巩固了自己所学的知识,虽然时间短暂，但在此过程中我学到了很多从未接触过的东西，使我的知识更加充实，运用更加自如，为将来走向工作岗位奠定了基础，这次设计是对我所学知识的一种体验和综合能力的一种考核。

在这次设计中，得到了某某老师等的精心指导。使我把学过的知识加以系统的应用和巩固，将学过的理论知识和实际相结合，掌握了路线设计，路基设计，路面设计，小桥涵设计及平面交叉设计的设计任务和具体方法。提高了自身的分析问题，解决问题的能力。在应用规范执行技术方面，受到了基本的训练，为以后的适应工作的需要奠定了坚实的基础。

在这里我向给予过我热心帮助的各位老师表示衷心的感谢！

致辞人：邱瑞成

2015年5月

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参考文献

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