江西理工大学2013届本科生毕业设计

第一章 绪论

1.1 公路建设意义 1.1.1完善公路网络

该公路建设项目位于河北承德市境内，起点位于冯营子镇终点位于六沟镇属于省级道路。该省道是省公路网的重要组成部分，途经下北沟、乔庄、玄道沟、澄家沟、六沟，全长30.4公里，估算总投资3.15亿元，路基宽10米，平均设计时速60公里。本项目的实施，提高了该地区的干线公路网的通行能力，减少了需要转换交通车辆的绕行距离，同时可以缓解道路交通拥挤，减少交通压力，大大缩短了沿线各地区到承德市的时间，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，完善地区公路网结构。使公路运输快速灵活，加快货物的周转速度，提高了当地社会的机动性。

1.1.2 加快经济发展

该公路建成以后，西与京承高速和长深高速互通处对接，东与国道G101相连，形成承德市又一条东出西联的交通重要路线，是连接冯营子镇、六沟镇的重要走廊，将实现该地区经济产业的最快发展和往东部沿海运输，促进承德县域经济发展，加快老区脱贫致富，对路线沿途各县的经济将会起到很大的带动作用。

1.1.3促进旅游发展

该二级公路也是承德市东部偏远地区前往承德市区的快捷通道和去往承德避暑山庄最近的道路，对河北省建设沿海经济社会发展强省具有重要意义。它对完善承德市乡镇公路路网，促进县与县的经济建设，加快区域经济一体化，开发沿线旅游资源，都将发挥重要作用，对国家的政治、经济、国防建设都有重要战略意义。

该新建公路对于承德市公路网的形成，改善路网分布不均衡布局结构，增强路网综合功能具有十分重要的作用，同时，其对促进承德市地区经济及旅游事业发展等诸多方面产生了巨大的推动作用。

1.2 公路沿线自然条件 1.2.1 地理位置

位于河北省东北部，东经115°54′~119°15′，北纬40°11′~42°40′，处于华北和东北两个地区的连接过渡地带，东部与辽宁省交界,北部同内蒙古自治区接壤,南临唐山、秦皇岛和天津市,西部与北京和张家口市毗邻，是首批24个国家历史文化名城之一。

本次设计路线为该省道路段某一标段，既乔庄镇至玄道沟镇，本标段全长7.1267公里。

1

江西理工大学2013届本科生毕业设计

1.2.2 气候条件

河北省承德市地处燕山腹地，北纬40o11'-42o40'，东经115o54'-119o15'。属亚温带向亚寒带过渡地带，半湿润半干旱、大陆性季风型气候，四季分明、光照充足、昼夜温差大。冬季寒冷干燥、雨雪稀少；春季冷暖多变，干旱多风；夏季炎热潮湿，雨量集中；秋季风和日丽，凉爽少雨。光照资源丰富，年总辐射量为4854～5981兆焦/平方米，年日照时数2319～3077小时；南北热量差异较大，年平均气温为1.8～14.2℃，极端最高气温43.3℃，极端最低气温-42.9℃，，年均无霜期160天。多年平均最高气温33℃，多年平均最低气温-3℃，属于季冻区，多年最大冻深为400mm。夏季多温凉，冬季少严寒，雨量适中。

1.2.3 水文条件

承德市降水分布不均，全市年降水量为450～750毫米，受地形影响，降水量的地区分布差异较大，从东南部到西北部逐渐递减。全市平均年降雨量为650毫米，春秋两季降水量均为120～130毫米，各占全年降水量的14～16%，夏季为全年降水最多季节，降水量为480～580毫米，占全年降水量的61～65%；冬季为全年降水最少季节，降水量为50～60毫米，仅占全年降水量的6～7%。潮湿系数（K）为0.7左右，地下水埋深约2.5（m）。

1.2.4 地形地质条件

承德北部是七老图山脉，有茫茫林海，广袤草原；中部属燕山山脉，为低山丘陵区；南部则属燕山山脉东段之延续，峰峦重迭，峡谷幽深。丹霞地貌：在市区周围，分布着多处千奇百怪的红色岩石（岩层）景观，地质学称之为“丹霞地貌”， 平原区域地势平坦，地面高程起伏变化很小，该二级公路沿线的地面高程变化率约为千分之七。本设计标段内跨越一条小丘陵，其它处均为平地，总体地势从西北向东南降低。保定地区处于公路自然区划中Ⅱ4区，中南部平原区土质主要为沉积层土质，表层为粘性土，下层为砂砾，土基强度较好。本设计标段内没有软土、粉性土等不良土基出现。

1.3 公路等级及车道数确定 1.3.1 公路等级确定

(1) 近期交通组成及交通量

近期交通量组成及交通量见表1-1，预测交通量年增长率为5.5%。预测年限为20年。

《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中规定：确定道路等级时候交通量换算采用小客车为标准车型，各汽车代表车型和车辆折算系数规定见表1-2（《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中表2.0.2）。

根据表1-1和表1-2经计算后的折算交通量如表1-3所示（其中折算交通量=交通量

。 ?折算系数）

2

江西理工大学2013届本科生毕业设计

表1-1 近期交通量组成

序号 1 2 3 4 5 6 车型名称 黄河JN150 日野KF300D 依士兹TD50 标准轴载BZZ100 交通SH-141 解放CA10B 交通量 212 171 63 607 85 526 序号 7 8 9 10 11 12 车型名称 斯柯达706R 长征XD980 东风CS938 尼桑CK10G 东风SP9135 日野KB222 交通量 71 67 55 94 85 70

表1-2 各汽车代表车型和车辆折算系数

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 表1-3 折算后交通量

车型 黄河JN150 日野KF300D 依士兹TD50 标准轴载BZZ100 交通SH-141 解放CA10B 斯柯达706R 长征XD980 东风CS938 尼桑CK10G 东风SP9135 日野KB222 交通量（昼夜）Q 212 171 63 607 85 526 71 67 55 94 85 70 折算系数K 3 3 3 2 2 2 3 3 2 3 2 3 折算后交通量 636 513 189 1214 170 1052 213 201 110 282 170 210 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

(2) 设计交通量计算

设计交通量是指拟建道路到预测年限时所能达到的年平均日交通量，其值是根据历年交通观测资料预测求得，目前多按年平均增长率计算确定。

n?1 AADT?ADT?(1??) （1-1）

3

江西理工大学2013届本科生毕业设计

式中：

AADT——设计交通量（pcu/d）； ADT——起始年平均日交通量（pcu/d）； ?——年平均增长率(%)；

n——预测年限。 由式（1-1）计算得到：

AADT=2106×1.05519=2106×2.766=13723（辆） (3) 等级确定

《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）对于各等级公路适应的交通量规定如下： 二级公路为供汽车行驶的双车道公路，双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000～15000辆。

由于设计交通量在5000～15000范围内，由以上规定结合拟建道路在国家和河北省的公路网的任务及功能，参考当地经济和土地资源情况，决定道路等级为二级公路。

(4) 速度确定

《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）对于各等级公路适应的交通量规定，二级公路作为集散公路时，混合交通量较大，平面交叉间距较小的路段，设计速度宜采用 60km/小时，见表1-4。

表1-4 各级公路设计速度

公路等 级 设计速 120 度（km/h） 高速公路 100 80 一级公 路 100 80 60 80 二级公 路 60 40 三级公 路 30 20 四级公 路

1.3.2车道数确定

(1) 设计小时交通量计算 设计小时交通量按下式计算：

DDHV=AADT×D×K （1-2） 式中：

DDHV——主要方向设计交通量（pcu/d）； AADT——设计交通量（pcu/d）；

D——-方向不均匀系数，一般取D=0.5～0.6；

K——设计交通量系数（%），为选定时位小时交通量与年平均日交通量的比值，

可根据气候分区参照《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）中表3.1.6取值。

本设计中D取0.55，K取15.5。

4

江西理工大学2013届本科生毕业设计

计算得到：DDHV=13723×0.55×0.155=1170（辆） (2) 二级公路设计通行能力

二级公路、三级公路路段的设计通行能力应根据设计速度、路段中不准超车比例，按表1-5选用。

表1-5 二级公路、三级公路路段的设计通行能力

公路等级 设计速度（km/h） 80 二级公路 60 40 三级公路 40 30 基本通行能力（pcu/h） 2500 1400 1300 1300 1200 不准超车区比例（%） ＜30 30～70 ＞70 ＜30 ＞70 v/c 0.64 0.48 0.42 0.54 0.35 400～700 550～1600 设计通行能力（pcu/h）

该公路为二级公路，作为集散公路，设计时速为60Km/h，每条车道宽度为3.75m，查表一条车道的设计通行能力取值1200 pcu/h。

(3) 计算车道数

车道数N=DDHV/ Cd=1170/1200=1（取整）。 综上计算：车道数取双向两车道。

5

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第二章 选线和方案比选

2.1 选线

2.1.1 道路选线一般原则

路线是道路的骨架，它的优劣关系到道路本身功能的发挥和在路网中是否能起到应有的作用。影响路线设计除自然条件外尚受诸多社会因素的制约，选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下：

(1) 多方案选择。在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。

(2) 工程造价与营运、管理、养护费用综合考虑。路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、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指标，不要轻易采用极限指标，也不应不顾工程大小，片面追求高指标。

(3) 处理好选线与农业的关系。选线应注意同农田基本建设相配合，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（如橡胶林、茶林、果园）等。 (4) 路线与周围环境、景观相协调。通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调，处理好重要历史文物遗址。 (5) 工程地质和水文地质的影响。选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避。当必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。

(6) 选线应重视环境保护。选线应重视环境保护，注意由于道路修筑，汽车运营所产生的影响和污染。

(7) 对于高速路和一级路，由于其路幅宽，可根据通过地区的地形、地物、自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着因地制宜的原则，合理利用上下行车道分离的形式设线。

2.1.2 本次设计中选线过程

乔庄至玄道沟设计标段处于山脚下的平坦地带，地形对路线的约束限制不大，路线平、纵、横三方面的线形很容易达到较高的技术指标，路线布设时，主要考虑了如何绕避当地的村落以及地方道路和经济作物田和水利电力设施等。选线时，首先在路线的起、终点间，把经过的村落、河流、学校、经济作物田（桃园、苹果园、温室等）、地方道路作为大的控制点；在控制点间，又进一步选择中间控制点；在中间控制点之间，一般不再设置转角点。所以本次设计只设置三个交点。这样安排平面线形，既使路线短捷顺直，又避免了过长的直线，同时考虑了转角的适当，避免了路线的迂回量太大。

综合路线特征，本次设计布线时着重考虑了以下几点：路线与农业的关系，尽量避

6

江西理工大学2013届本科生毕业设计

开了高产田和经济作物田以及温室；路线和桥位的关系，在路线走向确定时，尽量选择了在界河河岸窄的地方跨河，并且尽量使得其与界河交角接近垂直，使得桥梁跨径大大减少，减少造价；路线与地方道路的关系，选线时候尽量减少了与地方道路的交叉，尽量不改变原有的道路形态。同时，布线过程中没有迁就微小地形变化，因为这样会使线形变差且增加工程造价和运用费用。

2.1.3 本设计选线方法

根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）及其它相关的要求，参照相应的选线原则，在1：2000的地形图上选出控制点并定出导向线、路线交点，初步确定两个路线方案。

本设计标段内主要控制点有JD1、JD2、JD3、以及沿线沿山脚走向的的乡村道路路。选线时候尽量避免了路线穿过村庄，同时尽量少了占或者不占经济作物田（如果园桃园温室之类）。尽量减少与地方道路的交叉，无法避免尽量与以大角度相交。选线过程考虑原有的水利电力设施，减少对当地居民生产生活的影响。同时也兼顾了线性的要求，基本上做到路线顺直，没有太多的路线迂回。而且平曲线半径都比较大，满足现代公路高指标要求。

2.2 方案比选

将方案一和方案二从路线线型指标、经济作物田占用、路线迂回情况、与地方道路交叉情况、经济指标、总里程数进行对比，对比情况见表2-1所示。

表2-1 路线方案比选

方案 交点数 各交点圆曲线半径 经济作物占用情况 房屋拆迁情况 路线转角迂回情况 与道路交角 经济指标 方案一 3 450、1200、350 占用少量经济作物田 无 转角小，迂回少 79度 平坦地带填挖量少、经济 方案二 3 350、600、600 不占用经济作物田地 无 转角大，迂回大 54度 填挖方大、不经济 比较 相同 方案一较方案二指标高 方案二较方案一好 相同 方案一较方案二好 方案一较方案二好 方案一较方案二好 与地方路交叉情况 1处 总里程数

7

1处 7289.356米 情况相同 方案一较短 7126.697米 江西理工大学2013届本科生毕业设计

分析表2-1，考虑到二级公路经济指标为重点因素，结合路线总长对工程造价的影响，路线迂回尽量少的原则；考虑主要矛盾，忽略次要矛盾，经过比较后第一种方案要优于第二种方案。所以采用第一种路线方案。

8

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第三章 平面设计

3.1平面线形设计原则 3.1.1一般原则

(1) 平面线形设计必须满足《标准》和《规范》的要求。

(2) 平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形地物相适应，与周围环境相协调。平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲，这是美学、经济和环保的要求。

(3) 保持平面线形的均衡和连续。

① 直线与平曲线的组合中尽量避免以下不良组合：长直线尽头接小半径曲线，短直线接大半径的平曲线。

② 平曲线与平曲线的组合：相邻平曲线之间的设计指标应均衡、连续，避免突变。 ③ 高、低标准之间要有过渡。 (4) 避免连续急弯的线形。

连续急弯的线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。在设计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线。

(5) 平曲线应有足够的长度。

平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整。缓和曲线的长度不能小于该级公路对其最小长度的规定；中间圆曲线的长度也最好有大于3s的行程，当条件受限制时，可将缓和曲线在曲率相等处直接连接，此时圆曲线长度为0。路线转角过小，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。这种倾向转角越小越显著，以致造成驾驶者枉作减速转弯的操作。一般认为，θ≤7°应属小转角弯道。在本设计中平曲线长度都已符合规范规定，也不存在小偏角问题。

3.1.2本次平面线形设计过程

本设计地区部分地势开阔，路线直捷顺适，在平面线形三要素中直线所占比例较大。在设计路线中间地段，地势有较大起伏，但是没有为避免陡坡而随意转弯，在避让局部障碍物时注意了线形的连续、舒顺。路线与地形相适应，既是美学问题，也是经济问题和保护生态环境的问题，这一点对于处于旅游区的地区来说特别重要。直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形、地物等具体条件，片面强调路线要以直线为主或以曲线为主，或人为规定三者的比例都是错误的。

行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足：高速公路、一级公路以及计算行车速度≥60Km/h的公路，应注重立体线形设计，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适，计算行车速度越高，线形设计所考虑的因素越应周全。本路线计算行车速度为60Km/h，在设计中已经考虑

9

江西理工大学2013届本科生毕业设计

到平面线形与纵断面设计相适应，尽量做到了“平包竖”。 从而为纵断面设计打下良好的基础。

所以本次设计中在平面线形设时，采用了较高的技术标准，圆曲线半径均大于规范规定的一般值，三个交点的圆曲线半径依次是450、1200、350米。而且缓和曲线长度也尽量和圆曲线大致相同，至少满足缓-圆-缓的比例为1:1:1-1:2:1之间（除了交点3，因地形原因交点3不可避免大转角设置,详见附录-设计图纸说明）。使得线形更加平顺，利于行车。，各交点2、3之间的直线长度均大大超过了规范规定值，所以交点之间可以不设置设置成S型曲线。同时，平曲线长度也大于规范对于其长度规定一般值。总之，本次设计中的平面线形设计及组合设计满足二级公路对于平面线形指标的要求。

3.2 各项设计参数确定 3.2.1 直线

(1) 直线最大长度

我国对于直线的长度未作出具体规定，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。在景色有变化的地点其直线的最大长度（以km计）可以大于20V（V为设计车速，以km/h计），在景色单调的地点最好控制在20V以内。

(2) 曲线间直线最小长度

同向曲线间的直线最小长度：同向曲线间若插入短直线，容易把直线和两端的曲线构成反弯的错觉，甚至把两个曲线看成是一个曲线。这种线形破坏了线形的连续性，容易造成驾驶员操作的失误。《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）规定同向曲线的最短直线长度以不小于6V为宜。在受到条件限制时无论是高速公路还是低速公路都宜在同向曲线间插入大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或者C形曲线。

(3) 反向曲线间的直线最小长度

转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和驾驶人员的转向操作需要，其间直线最小长度应予以限制。《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以km/h计）的两倍为宜。

3.2.2 圆曲线

(1) 圆曲线的最小半径

我国《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）对于不同设计速度的公路圆曲线规定了一般最小半径、极限最小半径、不设超高最小半径。具体规定值见表3-1。

(2) 圆曲线半径的选用原则

选用曲线半径时，应尽量根据地形地物等条件，尽量采用较大半径的曲线，必须能保证汽车以一定的速度安全行驶。具体要求如下：一般情况下，宜采用极限最小平曲线半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径；地形条件受限时，应采用大于或接近于一

10

江西理工大学2013届本科生毕业设计

般最小半径的圆曲线半径；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形，使路线平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变；应同纵断面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合，最大半径不宜超过10000米。

表3-1 圆曲线最小半径

设计速度（Km/h） 极限最小半径（m） 一般最小半径（m） 不设超高最小半径（m） 路拱≤2% 路拱﹥2% 120 650 1000 5500 7500 100 400 700 4000 5250 80 250 400 2500 3350 60 125 200 1500 1900

本次设计中设计速度为60km/h，由表3-1查得该二级公路圆曲线极限最小半径为124米，一般最小半径为200米。

3.2.3 缓和曲线

(1) 缓和曲线的有关规定：

① 直线同半径小于不设超高最小半径的圆曲线径相连接处，应设置缓和曲线。 ② 半径不同的同向圆曲线相连接处，应设置缓和曲线，当符合规范规定的特定条件时可不设缓和曲线。

③ 各级公路的缓和曲线长度应满足规范规定的长度值要求。

④ 回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增大。当圆曲线部分按规定需要设置超高时，缓和曲线长度还应大于超高过渡段长度。

(2) 最小长度

为使驾驶员能从容地打方向盘、乘客感觉舒适、线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成，所以应规定缓和曲线的最小长度。从以下几方面考虑：

① 旅客感觉舒适 ② 超高渐变率适中 ③ 行驶时间不过短

《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度见表3-2所示

表3-2 缓和曲线最小长度

设计速度（Km/h） 缓和曲线最小长度（m） 120 100 100 85 80 70 60 60

11

江西理工大学2013届本科生毕业设计

查表3-2可得本设计缓和曲线最小长度的最小值为60米，一般值为80米。 回旋线参数应与圆曲线半径相协调，研究认为：回旋线参数A和与之相连接的圆曲线之间只要保持 ，便可得到视觉上协调而又舒顺的线形。当R在100m左右时，通常取A=R；如果R＜100m，则选择A=R或大于R。反之，在圆曲线半径较大时，可以选择A在R/3左右，如果R超过了3000m,即使A小于R/3，在视觉上也是没有问题的。

3.2.4平曲线长度

汽车在道路的曲线段上行驶时如果平曲线太短，驾驶员需要急转转向盘，高速行驶时候是不安全的，乘客也会因为离心力太大而感到不舒服。另外驾驶操纵来不及调整。所以《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）规定了平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）最小长度见表3-3。

表3-3 平曲线最小长度

设计速度（Km/h） 一般值（m） 最小值（m） 120 1000 200 100 850 170 80 700 140 60 500 100 40 350 70 30 250 50 20 200 40

3.3 平曲线计算

3.3.1 基本型曲线设计与计算

图3-1 对称基本型曲线计算图式

ZHLsβ0THYEQZLLRααYH

JDpHZLsO 12

江西理工大学2013届本科生毕业设计

LsL3s (m) (3-1) q??22240RL2L4ss (m) （3-2） p??24R2384R3L?0?28.6479s???(m) （3-3）

R ?T?(R?p)tan?q (m) （3-4）

2L?(??2??0)180R?2Ls (m) E?(R?p)sec?2?R (m) J?2T?L (m) 式中：

p-----设缓和曲线后圆曲线内移值(m)；

q-----缓和曲线切线增长值(m)；

Ls-----缓和曲线长度(m)；

??------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-------切曲差(m)。 主点桩里程计算如下：

ZH=JD-T ZH—一第一缓和曲线起点（直缓点）HY=ZH+LS HY—一第一缓和曲线终点（缓圆点）YH=HY+ -2LS YH—一第二缓和曲线终点（圆缓点）HZ=YH+LS HZ—一第二缓和曲线起点（缓直点）QZ=HZ-L2 QZ—一圆曲线中点 JD=QZ+

L2 13

（3-5）

（3-6）

（3-7）

江西理工大学2013届本科生毕业设计

由于本次设计中未采用非对称型基本曲线，所以非对称型基本曲线的计算图式及公式不再赘述。

3.3.2 计算实例

以本设计中交点3为例计算平曲线要素，计算过程如下： 交点3 已知?=52.841度

(1) 平曲线要素计算

3LsL38080sq????22240R2240?3502

切线增长值 ?40?0.0174?39.9826m??L2L4802804ssp????324R2384R24?3502384?3503

内移值 ?0.7619?0.1403?0.6216m???s??????6.55 0缓和曲线角 2R?7003.14L18080180 2切线长 =?350?0.6216??0.4968?39.9826=214.171?m?

L?(??2?0)T?(R?p)tan??q?180R?2Ls平曲线长 ??52.841?13.1??3.14?350?2?80?402.624?m?180?R 2外距 ??350?0.6216??1.1166?360?41.5?m?E?(R?p)sec

?切曲差 J?2T?L?2?214.171?402.624?25.718?m? (2) 计算主点桩里程

JD3 K6+710.267 -T 214.171 ZH K6+496.096 +Ls 80 HY K6+576.096 +L-2Ls 402.624-160 YH K6+818.720

14

江西理工大学2013届本科生毕业设计

+Ls 80 HZ K6+898.720

-L/2 201.312 QZ K6+697.408

+J/2 12.859 JD3 K6+710.267

3.3.3本设计中平面设计方法

本次设计主要是利用计算机辅助定线。将选定的路线的起点、终点和三个交点输入海地道路Hard2012软件后，利用软件和人工进行平面线的动态交互设计，最后由海地地系统进行曲线要素、主点桩里程的计算和相关成果图表的生成。相关成果详见附录-设计图纸文件部分。

15

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第四章 纵断面设计

4.1纵断面设计原则及要点 4.1.1一般原则

纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线的自然地理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、坡长和竖曲线长短适当、平面与纵断面组合设计协调、以及填挖经济、平衡。

(1) 一般要求：

① 设计必须满足《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）的各项规定。 ② 为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性。起伏不宜过大和过于频繁。

③ 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夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。

④ 一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量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、中桥引道等，纵坡应和缓、避免产生突变。 ⑦ 在实地调查基础上，充分考虑通道、水利等方面的要求。 (2) 组合设计原则

① 应在视觉上能自然的引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 ② 注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。

③ 选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。

④ 注意与道路周围环境的配合，它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。

(3) 平纵线形组合的要求

① 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 ② 平曲线与竖曲线大小应保持平衡。 ③ 要选择合适的合成坡度。

4.1.2 本次设计纵断面设计难点

本设计标段所处地势平坦，沟渠纵横，河道及地方道路众多，同时该地区经济发达，路网也相应发达，故需要修建的构造物较多。而且该区往往雨量充沛，对土基最小填土高度也要求较高。所以，该区公路在纵断面设计时十分复杂，困难也比较多。

16

江西理工大学2013届本科生毕业设计

国内近年来很多公路在纵断设计上采用了高填路堤方案，特别是在平原地区为了满足农村和地方上大量频繁的地方交通，通道和小河航航道下穿净高的要求，纵坡始终降不下来，将路堤填土高度大大高于地面，平原、微丘区的高速公路就宛如一条土堆的“长龙”，在自然地形中显著凸出，阻隔着人们的视线，破坏地形地物，严重影响自然景观，不能不说是一大遗憾，而且这种遗憾恐怕是永久性的。纵坡变换频繁，坡长过短，则汽车加速、减速时换档频繁，不仅增加了驾驶员的精神负担，诱发交通事故，而且还会造成环境污染。另外由于高填方路堤自身荷载很大，而且其作用在地基上的时间持久，可能会导致地基(尤其是软土地基)的变形和沉降，使路基失稳；路基的变形和沉降会导致路面出现反射裂缝，使路面丧失一定的使用性能，降低其服务水平。

4.1.3本次纵断面设计要点

本次纵断面设计的关键技术是有效降低填土高度。因为该标段地势平坦，公路沿线的沟壑、路网、地方道路以及农耕道路分布众多，所以公路的控制高程由路堤最小临界填土高度和结构物(通道、涵洞、桥梁等)标高两部分进行控制。所以如何合理的确定有关构造物的类型、控制标高和数量是有效降低填土高度的关键技术。

本次设计中在下面三个方面进行探讨了和论证。

(1) 构造物类型的选择。关于被交路上跨或下穿的选择，不仅对纵断面线形设计的工程造价有着举足轻重的作用，还对线形设计效果及其使用质量的优劣有着重要影响。

(2) 涵洞道的数量确定。涵洞的数目是确定排水的关键，数目越多则排水越流畅，数目太少则影响公路两侧的积水，造成对路基的侵蚀。二级公路作为地区交通动脉, 首先应该服务于区中心城市, 促进大范围的经济发展。在此前提下, 应充分考虑沿线乡镇群众的生产和生活, 保持群众间的生活交往, 更好地促进当地经济进一步发展。若道路切断灌溉水渠不仅不会带来经济的发展，还会影响当地农作物的发展。那么有的通道会利用率很低而失去了它应有的意义, 因而应根据地方当地地貌的性质适当取舍或归并，或者增加涵洞引水联系道路两侧，使之最小化损失。

(3) 通道的净空标准。对于通道净空的确定, 设计时一定要实事求是, 坚持设计的科学性和公证性, 不迁就地方政过高的要求, 以免增加填土高度、增加工程造价。通道路面标高应结合排水考虑, 一般应高于原地面, 原则上不下挖, 便于雨水自排；少数通道根据地势, 若能有效地解决自排水问题,也可适当下挖, 不能只为了追求降低填土高度, 而盲目下挖, 尤其在南方多雨和地基潮湿地区更应提起注意, 否则通道内易积水, 影响使用功能。在确定跨越形式的基础上，采用建筑高度低、轻巧的跨线桥结构型式，并精细设计纵断面，使交叉净空既满足使用要求又不浪费。

(4) 平纵面线形的组合设计时候平曲线与竖曲线一一对应, 变坡点对应于平曲线中点, 这是最理想的组合。设计中,必须充分考虑纵面线形与平面线形的对应关系。要想做到l:l的对应关系, 不但增加大量的土石方数量, 而且也难以满足各种构造物标高要求。实践证明, 在纵坡很缓时, 纵面多次起伏并不影响驾驶员行驶中视觉上的连续性。

17

江西理工大学2013届本科生毕业设计

实际应用时, 应灵活掌握, 有条件时应尽力做到一一对应, 确有困难时, 可以在平曲线外设置边坡点，设计过程中尽量作到平曲线包住好。但是应注意平纵面线形的技术指标应大小均衡, 平曲线内的竖曲线半径一般取平曲线半径的10-20倍；同时,若一个平曲线内包了几个竖曲线, 则几个竖曲线的半径、及竖曲线长度也应保持均衡。

4.2 各项设计参数确定 4.2.1 坡度

(1) 最大坡度

最大纵坡是公路纵断面设计中的重要控制指标。在地形起伏较大的地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。确定最大纵坡时，不仅考虑汽车的动力特性、道路等级、自然条件，还要考虑工程和运营的安全与经济等。我国《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）对各级公路最大纵坡值给出了具体的规定，最大纵坡应符合表4-1。

表4-1 最大纵坡表

设计速度（km/h） 最大纵坡（%） 120 3 100 4 80 5 60 6 40 7 30 8 20 9 本次设计速度为60km/h，查照表4-1可得本设计的最大纵坡为6%。 (2) 最小纵坡

我国《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）规定在长路堑、低填设边沟路段以及其他横向排水不通畅的路段，为保证排水通畅，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均采用不小于0.3%的纵坡。在干旱地区，以及横向排水良好不产生路面积水的路段如直坡段的路堤填段，可不受最小纵坡限制。由于高速公路的路面排水一般采用集中排水的方式，其直坡段或半径大于不设超高最小半径路堤路段的最小纵坡仍应不小于0.3%,本次设计中最小纵坡限制取0.3%。

4.2.2 坡长

（1）最小坡长

最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。最小坡长规定汽车以设计速度9-15s的行程为宜，高速公路以设计速度9s的行程即可。我国《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中对各级公路的最小坡长作了具体的规定见表4-2。

表4-2 最小坡长

设计速度（km/h） 最小坡长（m） 120 300 100 250 80 200 60 150 40 120 30 100 20 60 注：最小坡长还不应小于2.5V（m）

本次设计速度为60km/h，查表4-2可得本设计的最小坡长为150m。

18

江西理工大学2013届本科生毕业设计

(2) 最大坡长

查照《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）可得本设计速度下的不同纵坡值的最大坡长限制见表4-3所示。

表4-3 不同纵坡最大坡长表

设计速度 最大坡 度（km/h） 120 100 80 60 40 30 20 长（m） 坡度% 3 4 5 6 7 8 9 10 900 700 1000 800 600 1100 900 700 500 1200 1000 800 600 1100 900 700 500 300 1100 900 700 500 300 200 1200 1000 800 600 400 300 200 注；坡度小于3%的坡不限制坡长。

4.2.3竖曲线半径和长度

在纵断面设计中，竖曲线的设计受众多因素的影响和限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线最小半径或最小长度：

(1) 缓和冲击；(2) 行驶时间不过短；(3) 满足视距要求。

根据以上因素，我国《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中对各级公路的竖曲线最小半径和最小长度作了具体的规定，见表4-4。

表4-4 竖曲线最小半径和最小长度

设计速度（km/h） 凸型竖曲线半径（m） 凹形竖曲线半径（m) 竖曲线最小长度（m)

120 17000 11000 6000 4000 250 100 100 10000 65000 45000 3000 210 85 80 4500 3000 3000 2000 170 70 19

60 2000 1400 1500 1000 120 50 40 700 450 700 450 90 35 30 400 250 400 250 60 25 20 200 100 200 100 50 20 一般值 极限值 一般值 极限值 一般值 极限值 江西理工大学2013届本科生毕业设计

本次设计速度为60km/h，查照《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）可得本设计的竖曲线最小半径和最小长度见表4-5所示。

表 4-5 竖曲线最小半径和最小长度

一般值 最小半径 极限值 一般值 最小长度 极限值 50 50 1400 120 1000 120 凸型曲线 2000 凹形曲线 1500

4.2.4 本设计中各项参数

综上叙述，本次设计中纵断面设计各项参数规定汇总如表4-6所示：

表4-6 纵断面设计各项参数

设计 速度 最大纵坡最小 纵坡 最小 凸形竖曲线 坡长 极限最小一般最小极限最小一般最 小半径 （m） 半径（m） 半（m） 60 6 0.3 150 1400 2000 1000 半径(m) 1500 120 凹形竖曲线 竖曲线 一般最小长度 (m) （km/h） （%） （%） （m）

4.3 竖曲线计算 4.3.1 竖曲线要素计算

竖曲线要素的计算公式：

L=R? （4-1）

??i2?i1 （4-2）

T?L （4-3） 2T2T? （4-4）E??2R4

式中：

R——竖曲线半径(m)

20

江西理工大学2013届本科生毕业设计

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, 当ω﹥0时为凹型竖曲线；ω﹤0时

为凸型竖曲线。

图4-1 竖曲线计算示意图

4.3.2设计标高计算

设计标高计算公式

竖曲线起点高程=变坡点高程±Ti 切线高程=竖曲线起点高程+xi 设计高程=切线高程±h

x2 （4-5） h?2R式中：

i2— 前段坡线坡度； i1—后段

x—竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离(m)； h— 竖距。

4.3.3 计算实例

下面以变坡点4为例进行竖曲线计算。变坡点4桩号为K3+735.330，高程为602.303m， i1=-0.326%，i2=-1.204% ，R=43000m。则： 竖曲线要素： ω=-0.878% ，小于0为凸形。

曲线长 L=R??43000?0.00878?377.54?m?

21

江西理工大学2013届本科生毕业设计

L?188.77?m? 2T2T?188.772外距E????0.414?m?

2R42?43000计算设计高程（以计算桩号为K3+635.330处的设计高程为例）：

切线长 T?竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=（K3+735.330）－188.77= K3+546.56 竖曲线起点高程＝602.303+188.77?0.326%＝602.918（m） 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+ T=（K3+735.330）+188.77=K3+924.1 竖曲线终点高程＝602.303-188.77?1.024%＝600.03（m） 横距：x=（K3+735.330）－（K3+635.330）=100 (m)

x2竖距=h?=1.205(m)

2R切线高程=竖曲线起点高程+xi =602.918+100?（-0.326%）=602.592(m) 设计高程=切线高程—h=602.592 -1.205=601.387(m) 其它变坡点设计高程计算与上例类似，不再赘述。

4.3.4 本设计中计算方法

本次设计中纵断面设计是利用数字地面模型进行地面线插值并自动计算出其高程。确定出高程控制点后，运用海地Hard2010软件，利用软件动态交互进行纵断面拉坡设计。最后由设计系统进行竖曲线要素及主点桩里程计算和相关成果图表的生成。相关成果详见附录设计图纸部分。

22

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第五章 横断面设计

5.1设计原则

(1) 设计应根据该公路等级、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) 还应结合路线和路面进行设计。选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段。

(4) 沿河及受到水浸水淹的路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。

(5) 当路基设计标高受限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行压实，使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。

5.1.1标准横断面确定

由横断面设计部分可知，路基宽度为10m，行车道宽度为2×3.5=7m，硬路肩宽度为2×0.75=1.5m，土路肩宽度为0.75×2=1.5m；路面横坡为2%，土路肩横坡为3%。可 见横断面示意图5-1。

图5-1 路基标准横断面示意图 本设计标段公路为双向两车道二级公路，设计速度60km/h。根据表5-1中各项规定，标准横断面确定如下：采用整体式路基，路基全宽10米，行车道宽度3.75 m，硬路肩为0.75 m，土路肩为0.75 m。行车道路拱横坡为2%， 土路肩为3%，路基边坡为1:1.5。边沟采用梯形边沟，深度为0.6 m，宽度为0.6m，坡度均为1:1。横断面中，主要是对帽

23

江西理工大学2013届本科生毕业设计

子进行定制，尤其是对边坡、水沟、挡土墙等进行设置，帽子设置必须满足规范要求，设置完成以后，在对特殊路段帽子进行交互修改，直到符合要求，最后生成横断面图，具体成果见附录—设计图纸中的路基标准横断面设计图。

表5-1 各级公路路基宽度

公路等级 设计速度（km/h） 车道数 路基宽度（m） 最小值 42 26 41 24.5 21.5 20 一般值 8 45 120 6 34.5 4 28 8 44 高速公路、一级公路 100 6 33.5 4 26 6 32 80 4 24.5 60 4 23 公路等级 设计速度（km/h） 车道数 一般值 路基宽度（m） 最小值 10 8.5 80 2 12 60 2 10 二级公路、三级公路、四级公路 40 2 8.5 30 2 7.5 20 2或1 6.5（双） 4.5（单） 5.2 加宽、超高设计 5.2.1 加宽设计

根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）中规定当平曲线的半径小于或等于250m时，应对平曲线内侧的行车道加宽，相应的路基也应加宽。本设计标段内内所有有圆曲线曲线半径均大于250m，故不设加宽。所以关于加宽设计在此不再赘述。

5.2.2 超高设计

本设计公路时速为60km/h时，《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）规定的不设超高的最小半径为1500米，设计中所有平曲线的圆曲线半径都小于该值，所以在圆曲线上应设置超高。

(1) 超高过渡方式

本设计公路为整体式路基的二级公路，绕内边线旋转由于行车道内侧不降低，有利于路基纵向排水，一般新建工程多用此法。所以超高过渡方式的设置采用的是行车道内边缘旋转的方法。

(2) 最大超高值和过渡段渐变率确定

根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）规定，本次设计中圆曲线最大超高定

24

江西理工大学2013届本科生毕业设计

为5%，超高渐变形式为线性，各级公路圆曲线最大超高值见表5-2,最大超高渐变率见表5-3。

表5-2 各级公路圆曲线最大超高值

公路等级 一般地区（%） 积雪冰冻地区（%） 高速公路、一级公路 8或10 6 二、三、四级公路 8

表5-3 最大超高渐变率

设计速度（km/h） 120 100 80 60 40 30 20 中线 1/250 1/225 1/200 1/175 1/150 1/125 1/100 超高旋转轴位置 边线 1/200 1/175 1/150 1/125 1/100 1/75 1/50 (3) 超高缓和段布置

由于本设计中没有S型反向曲线。所以在缓和段布置的时候只有一种情况,在缓和曲线段内进行超高。

(4) 超高缓和段长度的确定 超高缓和段的长度按下式计算：

B'?iLc?

p （5-1）

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；绕中央分隔带边缘旋转时，其中，B为半幅行车道宽度；为左侧路缘带宽度；为右侧路缘带宽度； ?i——旋转轴外侧的超高与路拱坡度的代数差；

P——超高渐变率。

25

江西理工大学2013届本科生毕业设计

确定缓和段长度Lc时应考虑以下几点： ① 一般情况下，取Lc?Ls（缓和曲线长度）

② 若Ls?Lc，但只要横坡从路拱坡度（-2%）过渡到超高横坡（2%）时，超高渐变率p?1/330,仍取 Lc?Ls。否则，有两种处理方法：

a 在缓和曲线部分范围内超高

根据不设超高圆曲线半径和公式分别计算出超高缓和段长度，然后取两者中的较大值，作为超高过渡段的长度，并验算横坡从路拱坡度（-2%）过渡到（2%）时，超高渐变率是否P?1/330,如果不满足，则需采用分段超高的方法。

b 分段超高

超高过渡在缓和曲线全长范围内按两种超高渐变率分段进行，第一段以保证路面排水的最小超高渐变率1/330从双向路拱坡度iz过渡到单向超高横坡iz，则其长度为

''第二段的长度为LC2?Ls?LC1。 LC1?660Bi，z(B为外侧行车道宽度，包括路缘带)③ 若Lc?Ls，此时应修改平面线形，增加Ls的长度。平面线形无法修改时，宜按实际计算的长度取Lc，超高起点应从ZH(或HZ点)后退（或前进）Lc?Ls长度。

(5) 本设计中超高缓和段长度计算 计算实例：

以本设计中的JD3为例计算超高缓和段。 从ZH点的渐变,R=350

当设计速度为60km/h时 ? 与R的关系为：2359.10497.8030 ?=??0.03914 2RR?0.019258?0.022294?0.03914?0.036104V23600ih?????0.036104127R127*350 ?0.080988?0.036104?4.489%若ih小于路拱横坡iG时，取ih=iG

若ih大于路拱横坡iG时，取ih=ihmax，故ih=5%

B'?i7*5%??43.75?m?最小超高过渡段Lc?p1/125

26

江西理工大学2013届本科生毕业设计

Ls=80>Lc=43.75 取Lc=80m

B'*?i7*5%则p???0.004375?pmax?1/125?0.008

Lc80故满足要求。其他平曲线超高计算同上。 (6) 横断面超高值的计算见表5-4。

表5-4 绕内边缘旋转超高值计算公式

超高位置 外侧 C 计算公式 x距离处行车道横坡值 备注 1． 结果为与设计高之高差； 2． 设计高程为内侧边缘的高程； 3． 加宽值bx按加宽计算公式计(b1?B?b2)ix 0 0 ix?iG?ihx?iG LcD 内侧 D C ix??(b1?B?bx?b2)ix ih?iGx?iG Lc算； 4．当x?Lc时，为圆曲线上的超高值

表5-4中：

B——左侧（或右侧）行车道宽度（m）；b1——左侧路缘带宽度；b2——右侧路缘带宽度（m）;bx——x距离处路基加宽值（m）;ix——超高横坡度；iG——路拱横坡度；x——超高缓和段中任意一点至超高缓和段起点的距离（m）。本次设计中利用海地道路Hard2012软件进行横断面绘制，设计时横断面超高图详见附录—设计图纸。

5.3 土石方的计算和调配 5.3.1土石方计算

由于本设计路段可以采用平均断面法进行计算，即任意两相邻填方断面可以假定为一棱柱，其体积的计算公式如下：

V?1 (F1?F2)L2 (5-2)

式中：

27

江西理工大学2013届本科生毕业设计

V——体积，即土石方数量（m3）；F1,F2——分别为相邻两断面的面积（m2）； L——相邻两端面之间的距离（m）.5.3.2土石方调配

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。 针对本设计由于填方大于挖方，所以填土一部分为其他路段挖弃土，一部分为当地借土填方。并确定土石方调配最大运距为500m。

调配方法参照：

土石方调配在明确填挖情况、桥涵位置、纵坡、附近地形、施工方法和和借方地点的情况下进行。

调配在土石方数量上进行。首先进行横向调配，满足本桩号利用方的需要，然后计算挖余和填缺数量。

本设计利用海地软件对土石方自动进行调配，具体土石方调配见路基土石方计算表说明中的“土石方调配表”。

对于本设计，由于没有弃方，调配结果用下式复核： 横向调运+纵向调运+借方=填方 横向调运+纵向调运=挖方 挖方+借方=填方

最后计算得计价土石方数量，即 计价土石方数量=挖方数量+借方数量

计算过程：在本设计中由于利用海地道路Hard2012软件进行设计，所以没有人工计算土石方量和调配，具体调配和土石方量详见附录—设计图纸图表部分的土石方量计算表。

28

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第六章 边坡稳定分析和挡土墙设计

6.1 边坡稳定性分析 6.1.1边坡基本资料

本设计任务段为乔庄至玄道沟中途段，K3+330～K3+440总长110m，其中挖方路段的K3+340 路堑边坡处高度为5.228m，采用此处边坡为边坡稳定性验算对象。如图所示：假设次坡面高6米，其坡面坡度设为1:0.5，顶面宽度设为10米，边坡土层为两层土，第一层土厚5米，第二层为表面松土高度1米。两层土均为粘性土。边坡见图6-1。

图6-1 路堑边坡示意

各土层参数如下：

第一层：γ1=19 kN/m3，C=18 kpa，Ф=26°，h=5m 第二层：γ2=16 kN/m3，C=12kpa，Ф=20°，h=1m

6.1.2计算资料与参数

计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 [控制参数]: 采用规范: 通用方法 计算目标: 安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法 [坡面信息]：见表6-1。

表6-1 坡面几何尺寸

坡面线号 1

水平投影(m) 3.000 竖直投影(m) 6.000 超载数 0 29

江西理工大学2013届本科生毕业设计

[土层信息]：见表6-2和表6-3。

表6-2 土的物理参数

层号 层厚(m) 5 1 重度(kN/m3) 19 16 饱和重(kN/m3) 20 20 孔隙水压力系数 --- --- 上部土层 1 2 下部土层

1 10.000 19.000 表6-3 土的力学参数

20.000 --- 层号 上部土层 1 2 下部土层 1 粘聚力(kPa) 18.000 12.000 18.000 内摩擦角(度) 26.000 20.000 26.000 水下粘聚力(kPa) 20.000 15.000 20.000 水下内摩擦角(度) 28.000 30.000 28.000 注：不考虑水的作用

6.1.3最不利滑动面验算

圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法；土条重切向分力与滑动方向反向时: 当抗滑力对待；稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面；条分法的土条宽度: 0.500(m)； 搜索时的圆心步长: 1.000(m)； 半径步长: 0.500(m)。

计算结果图见图6-2。

图6-2 计算结果示意图

30

江西理工大学2013届本科生毕业设计

最不利滑动面:

滑动圆心 O(-2.880,8.160) 滑动半径 r = 8.653(m)

表6-3 计算表格

起x(m) -0.000 0.417 0.833 1.250 1.667 2.083 2.500 2.750 3.000 3.435 3.870 4.305 4.741 5.176 始终止x (m) 0.417 0.833 1.250 1.667 2.083 2.500 2.750 3.000 3.435 3.870 4.305 4.741 5.176 5.499 α (度) 20.917 23.903 26.960 30.102 33.348 36.721 39.515 41.697 44.837 49.068 53.702 58.929 65.151 72.063 li (m) 0.446 0.456 0.468 0.482 0.499 0.520 0.324 0.335 0.614 0.664 0.735 0.843 1.036 1.052 Ci(kPa) Φi (度) 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 18.000 12.000 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 26.00 20.00 条实重(kN) 2.67 7.90 12.93 17.73 22.29 26.57 17.69 18.67 31.54 27.67 23.15 17.72 10.85 2.59 下滑力(kN) 0.95 3.20 5.86 8.89 12.25 15.89 11.26 12.42 22.24 20.91 18.66 15.17 9.84 2.46 抗滑力(kN) 9.25 11.73 14.04 16.15 18.06 19.75 12.49 12.83 21.96 20.80 19.92 19.64 20.87 12.91

滑动安全系数 k = 1.440>1.2，满足边坡稳定性要求。

6.1.4某一滑动面稳定性验算

任意取一滑动面，以坡脚为坐标原点，按4.5H 法初定滑动圆心辅助线： (1) 由《路基路面》表4-1查得：?1=27°，?2 =40°,以坡角为圆心将AB线逆时针旋转27°，再以B点为圆心，BC为基线，旋转40°，两直线交于E点；

(2) 由坡角向下做垂线，量取路堤高H=6m得C点；

(3) 由C 点向右引水平线，在水平线上截取4.5H=27m得D点； (4) 连接点D、E得直线DE，即为滑动圆心辅助线； (5) 绘出五条不同的位置的滑动曲线； (6) 将圆弧范围土体分成若干段；

(7) 算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角α;

sinα=X/R (6-1) 式中：

X—分段中心距圆心竖直线的水平距离，圆心竖曲线左侧为负，右侧为正； R—滑动曲线半径m 。

31

江西理工大学2013届本科生毕业设计

验算其稳定性如图6-3所示：

图6-3 计算详图

将圆弧等分每0.5m为一块，共可以分为13块，分别计算出各参数见表6-4：

表6-4 计算表格

序号 土条宽度 土条面积A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.2002 0.5937 0.9727 1.3362 1.6829 2.0111 2.0686 1.8527 1.6094 1.3333 1.0164 0.6455 0.2017 Cosa 0.921 0.906 0.875 0.839 0.788 0.731 0.682 0.643 0.616 0.574 0.530 0.485 0.454 Sina 0.391 0.423 0.485 0.545 0.616 0.682 0.731 0.766 0.788 0.819 0.848 0.875 0.891 ACosa 0.1844 0.5379 0.8511 1.1211 1.3261 1.4701 1.4108 1.1913 0.9914 0.7653 0.5387 0.3131 0.0916 ASina 0.0783 0.2511 0.4496 0.7282 1.0367 1.3716 1.5121 1.4192 1.2686 1.0920 0.8619 0.5648 0.1797 粘聚力 内摩擦角 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 公式：

K?f??Ni?cL?Ti （6-2）

32

江西理工大学2013届本科生毕业设计

式中：

Ni ------各土条的法向分力 Ti ------各土条的切向分力

a i ------ 各土条重心与圆心连线对竖轴y的夹角 L ------滑动面圆弧全长 a0 ------ 圆心角

???1?h1??2?h219?5?16?1??18.5KN/m3?1??219?16

f?tan??tan25。=0.4663

???1?h1??2?h226?5?20?1 ??25。?1??226?20c?c1?h1?c2?h218?5?12?1??17kpa

c1?c218?12L?0.01475Ra。=0.01745?11.491?45。=9.0233

?N??Q?cosaiii?1i?11313i???Ai?cosai?1?199.6687KN

i?11313?T??Q?sinaiii?1i?11313i???Ai?sinai?1?200.0479KN

i?1稳定系数：K?f??Ni?cL?T?i0.4663?199.668717?9.0233?200.0479?1.56?1.2

满足稳定要求。

6.2 挡土墙设计与验算

挡土墙主要是防止路基或山体因重力作用而坍塌，起支撑作用的支挡结构物。本设计中的加固工程主要采用重力式挡土墙的形式。按照墙的设置位置，挡土墙可分为路肩墙、路堤墙和山坡墙等类型。

6.2.1 基本资料

本标段挡土墙均采用重力式挡土墙 拟定墙身尺寸:

墙身高: 5.000(m)；墙顶宽: 1.000(m)；面坡倾斜坡度: 1:0.250；背坡倾斜坡度:

33

江西理工大学2013届本科生毕业设计

1:0.250；墙底倾斜坡率: 0.000:1具体见图6-4。

图6-4 挡土墙示意

物理参数:

挡土墙类型: 一般挡土墙；圬工砌体容重: 23.000(kN/m3)；圬工之间摩擦系数: 0.400；地基土摩擦系数: 0.500；墙身砌体容许压应力: 1200.000(kPa)；墙身砌体容许弯曲拉应力: 140.000(kPa)； 墙身砌体容许剪应力: 90.000(kPa)；材料抗压极限强度: 3.500(MPa)；材料抗力分项系数: 2.310；系数醩: 0.0020；墙背与墙后填土摩擦角: 17.500(度) ；地基土容重: 19.000(kN/m3)； 地基土浮容重: 10.000(kN/m3)；修正后地基承载力特征值: 500.000(kPa)。

地基承载力特征值提高系数: 墙趾值提高系数: 1.200 墙踵值提高系数: 1.300 平均值提高系数: 1.000 墙底摩擦系数: 0.400 地基土类型: 土质地基

地基土内摩擦角: 30.000(度) 地基土粘聚力: 10.000(kP) 墙底摩擦系数: 0.400

地基土粘聚力: 10.000(kPa)

填土对横坡面的摩擦角: 26.000(度)

表6-5 墙后填土力学参数

土层号 1 2

34

层厚(m) 容重(kN/m3) 5.000 1.000 19.000 16.000 内摩擦角(度) 34.106 20.000 粘聚力(kPa) 0.000 12.000 土压力调整系数 1.000 1.000 江西理工大学2013届本科生毕业设计

作用效应组合组合Ⅰ 组合系数: 1.000

(1) 挡土墙结构重力 分项系数 = 0.900 (2) 墙顶上的有效永久荷载 分项系数 = 1.000 (3) 墙顶与第二破裂面间有效荷载 分项系数 = 1.000 (4) 填土侧压力 分项系数 = 1.400

(5) 车辆荷载引起的土侧压力 分项系数 = 1.400

6.2.2 土压力计算

计算高度为 5.000(m)处的库仑主动土压力

E1a?2?H2Ka?12cos2(??a) 2?Hcos2acos(a??)??1?sin(???)sin(???)?2?cos(??a)cos(a??)??式中：

?------ 墙后填土的重度KN/m3。 ?------ 填土的内摩擦角（度）。 ?------ 墙背与填土间的摩擦角（度）。 ?------ 墙后填土表面的倾斜角（度）。

a------ 墙背倾斜角（度），俯斜为正，仰斜为负。

H------ 挡土墙高度。

Ka------ 主动土压力系数。 土压力的水平和垂直分力为：

Ex?Eacos(a??)Ey?Easin(a??) 墙后土层参数：

第一层：γ1=19 kN/m3，C=18 kpa，Ф=26°，h=5m 第二层：γ2=16 kN/m3，C=12kpa，Ф=20°，h=1m 等效内摩擦角：

?cD?arctan(tan???h)?arctan(tan26?18?5)?34.106?119已知：tana?1:0.25?4 则 a?14? ????D?34.106

35

6-3）6-4） （ （

江西理工大学2013届本科生毕业设计

??17.5? ??18.43?

1Ka??H22cos2(??a)2?sin(???)sin(???)?2cosacos(a??)?1??cos(??a)cos(a??)??0.88180.8818?? 220.8027??1?0.49896??0.7838?0.27?0.9415?0.8526??1??0.8526?0.997???0.48891Ea??H2Ka 2?0.5?18.5?25?0.4889?113.06KNEx?Eacos(a??)?96.4KNEy?Easin(a??)?59.1KN

无荷载时的破裂角 = 28.338(度) 按实际墙背计算得到: 第1破裂角： 28.338(度)

Ea=113.06(kN) Ex=96.4 (kN) Ey=59.1(kN) 作用点高度 Zy=1.1.667(m)，因为俯斜墙背，需判断第二破裂面是否存在，计算后发现第二破裂面不存在，墙身截面积 = 11.250(m2) ，重量 = 258.750 (kN)

6.2.3挡土墙验算

(1) 滑动稳定性验算

为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外在作用下，基底摩阻力抵挡挡土墙滑移的能力。

?1.1G??Q1?Ey?Extana????Q2Eptana???????1.1G??Q1Ey?tana???Q1Ex??Q2Ep?0 （6-5）

式中：

G —— 作用于基底以上的重力(kN)； Ey——墙后主动土压力的竖向分量(KN)； Ex——墙后主动土压力的水平分量(KN)； Ep——墙前被动土压力的水平分量 (kN)； a0—— 基底倾斜角(。)，基底为水平时 ，a0为0；

aq1,rq2 —— 主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数； 基底摩擦系数 = 0.400 基底水平 a0=0 即 Ep=0 抗滑稳定系数：

36

江西理工大学2013届本科生毕业设计

''?N??Ex?Ep???Eptana??N??23?11.5?59.1??0.4?Kc???? Ex?Ntana?Ex96.4?1.324?1.3 抗滑力= 0.4（1.1G+1.4Ey）=146.946(kN) 滑移力 = 1.4*Ex=134.96(kN) 滑移验算满足: Kc = 1.324 > 1.300 滑动稳定方程验算：

滑动稳定方程满足: 方程值 =抗滑力-滑移力=11.99(kN) > 0

(2) 倾覆稳定性验算

为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。

0.8GZG??Q1?EyZx?ExZy???Q2EpZp?0 （6-6）

式中：

ZG——墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其他荷载的竖

向力合力重心到墙 趾的距离(m)；

Zx——墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离(m)； Zy——墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离(m)； Zp——墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离(m)；

其余符号意义同前。

相对于墙趾点，墙身重力的力臂 Zw = 1.750 (m) 相对于墙趾点，Ey的力臂 Zx = 3.083 (m) 相对于墙趾点，Ex的力臂 Zy = 1.667 (m) 验算挡土墙绕墙趾的倾覆稳定性

0.8GZG??Q1?EyZx?ExZy???Q2EpZp?0.8?11.25?23?1.75?1.4??59.1?3.038?96.4?1.667? ?362.25?1.4?21.5?392.34KN?m?0稳定系数

K??'GZG?EyZx?EpZpExZy?258.75?1.7559.1?3.083?0? 96.4?1.667?3.95?1.5倾覆力矩= 160.699(kN-m) 抗倾覆力矩= 635.018(kN-m) 倾覆验算满足: K0 = 3.95 > 1.500 倾覆稳定方程验算：

倾覆稳定方程满足: 方程值 = 474.319(kN-m) > 0.0

(3) 地基应力及偏心距验算

为保证挡土墙基底应力不超过低级承载力，应进行基底应力验算；同时，为了避免挡土墙不均匀沉陷，控制作用于挡土墙基底的合力偏心距。

37

江西理工大学2013届本科生毕业设计

基底合力偏心距e为

e?Md （6-7） Nd式中：

Md——作用于基底形心的弯矩组合设计 值(MPa)。

Nd——作用于基底上的垂直力组合设计值 (kN／m)。

Md?抗倾覆力矩?倾覆力矩=635.018?160.699=474.391KN?m

Nd=G?Ey=258.75?59.1=317.85KN 合力作用点对墙趾的力臂 Zn=e0=B/2-1.492=0.258m 对于土质地基

B3.5e0?0.258???0.583

66Md474.319==1.492m Nd317.85?6e??1???90.814?1.442?130.954kpa?600kpaB??故

N?6e??2?d?1???90.814?0.568?50.674kpa?650kpaA?B??1?NdA平均承载力???1??22?130.954?50.674?90.814?????500kpa

2基础类型为天然地基，验算墙底偏心距及压应力，作用于基础底的总竖向力等于 317.85(kN) ，作用于墙趾下点的总弯矩等于474.319(kN-m) 基础底面宽度 B = 3.500 (m) 偏心距 e = 0.258(m) 基础底面合力作用点距离基础趾点的距离 Zn = 1.492(m) 基底压应力: 趾部=130.954(kPa) 踵部=50.674(kPa)

作用于基底的合力偏心距验算满足: e=0.258 <= 0.167*3.500 = 0.583(m)

墙趾处地基承载力验算满足: 压应力=130.954 <= 600.000(kPa)

墙踵处地基承载力验算满足: 压应力=50.674 <= 650.000(kPa) 地基平均承载力验算满足: 压应力=90.814 <= 500.000(kPa)

(4) 基础强度验算

基础为天然地基，不作强度验算

(5) 墙底截面强度验算

验算截面以上，墙身截面积 = 11.250(m2) 重量 = 258.750 (kN) 相对于验算截面外边缘，墙身重力的力臂 Zw = 1.750 (m)

38

江西理工大学2013届本科生毕业设计

相对于验算截面外边缘，Ey的力臂 Zx = 3.083(m) 相对于验算截面外边缘，Ex的力臂 Zy = 1.667(m)

[容许应力法]: 法向应力检算:

作用于验算截面的总竖向力 = 317.85(kN) 作用于墙趾下点的总弯=474.319(kN-m)，相对于验算截面外边缘，合力作用力臂 Zn = 1.492(m)；截面宽度B = 3.500 (m)； 偏心距 e1 = 0.258(m)；截面上偏心距验算满足: e1= 0.258 <= 0.250*3.500 = 0.875(m)；截面上压应力: 面坡=131.740、背坡=49.252(kPa)； 压应力验算满足: 计算值= 131.740 <= 1200.000(kPa) 切向应力检算:

剪应力验算满足: 计算值= -9.201 <= 90.000(kPa)

[极限状态法]:

重要性系数：1.000；验算截面上的轴向力组合设计值Nd = 317.85 (kN)；轴心力偏心影响系数= 0.935；挡墙构件的计算截面每沿米面积A = 3.500(m2)；材料抗压极限强度Ra = 3500.000(kPa)；圬工构件或材料的抗力分项系数= 2.310；偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数= 1.000。

计算强度时:

强度验算满足: 计算值= 317.85 <= 4959.638(kN) 计算稳定时:

稳定验算满足: 计算值= 317.85 <= 4959.638(kN)

(6) 整体稳定验算 最不利滑动面:

圆心: (-1.76923,0.00000) 半径R = 6.44418(m) 安全系数 = 1.459 总的下滑力= 299.246(kN) 总的抗滑力= 436.496(kN) 土体部分下滑力= 299.246(kN) 土体部分抗滑力= 436.496(kN) 筋带的抗滑力= 0.000(kN)

整体稳定验算满足:最小安全系数=1.459 >= 1.250

39

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第七章 沥青路面设计

7.1 基本资料 7.1.1.自然地理条件

新建二级公路地处II4区，沿线土质为粘质土。路基最大填方高度为2.567m，最不利季节地下水位距路床2.2m。年降雨量为650mm，潮湿系数（K）为0.7左右。最高气温33℃，最低气温-3℃，多年最大冻深为400mm。该地碎石集料丰富，有优质水泥供应，并有大量石灰、粉煤灰提供。

7.1.2.近期交通组成及交通量

近期交通量组成及交通量见下表，预测交通量增长率为5.5%。设计年限为12年，建设年限为半年。

表7-1 作用车辆型号及交通量

序号 1 2 3 4 5 6 车型名称 黄河JN150 日野KF300D 依士兹TD50 标准轴载BZZ100 交通SH-141 解放CA10B 交通量 212 171 63 607 85 526 序号 7 8 9 10 11 12 车型名称 斯柯达706R 长征XD980 东风CS938 尼桑CK10G 东风SP9135 日野KB222 交通量 71 67 55 94 85 70

7.2轴载分析

7.2.1.运营第一年内轴载当量换算。

我国路面设计以BZZ-100为标准轴载，标准轴载P=100KN。

(1) 以弯沉值和沥青层层拉应力为设计指标时，轴载换算采用如下的计算公式：

N??c1c2ni(i?1kpi4.35 ) （7-1）

p式中：

N——标准轴载的当量轴次（次/d）；

ni——被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；

p——标准轴载（KN）；

； pi——被换算车型的各级轴载（KN）

40

江西理工大学2013届本科生毕业设计

C1——被换算车型的轴数系数；

双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38； C2——被换算车型的轮组系数，

k——被换算车型的轴载级别。

当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算,此时的轴系数为1；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴的轴数系数计算，轴数系数按C1=1+1.2（m-1）计算； 其中m——轴数 。

(2) 以半刚性基层层底拉应力为设计指标时, 轴载换算公式为：

P?c2?ni(i)8 （7-2）N???c1

Pi?1C'1——轴数系数。

kC'2——轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09；对于轴间距小

于3m的双轴及多轴的轴数系数按下式计算：

C'1?1?2(m?1) （7-3）

7.2.2.设计年限内累计当量轴载次数计算。

设计年限内累计当量标准轴载次数用下式计算

[(1?r)t?1]?365 Ne?N1?r （7-4）

式中：

； Ne—设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次（次）

t—设计年限（年）；

N1—路面竣工后第一年双向日平均当量轴次（次/日）；

r—设计年限内交通量的平均年增长率（%）应根据实际情况调查，预测交通

量增长，经分析确定；

?—车道系数。

根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限为12年，双向两车道的车道系数η取0.6～0.7，取0.6。交通量平均增长率为5.5%。

(1) 计算弯沉值及沥青层层底拉应力时：Ne=5361136 (次)。

41

江西理工大学2013届本科生毕业设计

(2) 计算半刚性材料结构层层底拉应力时： Ne=4137477 (次)。

表7-2 汽车路面设计参数

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 车型名称 黄河JN150 日野KF300D 依士兹TD50 标准轴BZZ100 交通SH-141 解放CA10B 斯柯达706R 长征XD980 东风CS938 尼桑CK10G 东风SP9135 日野KB222 前轴重(kN) 后轴重(kN) 后轴数 后轴轮组数 后轴距(m) 49 40.75 42.2 23 19.4 50 37.1 24 39.25 20.2 50.2 101.6 79 80 100 63.5 60.85 90 72.65 70 76 72.3 104.3 1 2 1 1 2 1 1 2 2 1 2 1 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 <3 >3 <3 >3 >3 交通量 212 171 63 607 85 526 71 67 55 94 85 70

设计年限为12年；车道系数取0.6；交通量平均年增长率为5.5 ％

一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量Nh= 1264 ,属中等交通等级。

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次为1494 。

设计年限内一个车道上的累计当量轴次为5361136， 属中等交通等级。 当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次为1153 。

设计年限内一个车道上的累计当量轴次为4137477 ，属中等交通等级。 综上：路面设计交通等级为中等交通等级。

7.3 路面等级确定及路面结构组合 7.3.1.确定路面等级和面层类型

交通量设计年限内累计标准轴次Ne=4137477次，由《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）可知该路交通等级为中等交通，二级公路路面等级采用高等级级路面，面层类型采用沥青路面。

42

江西理工大学2013届本科生毕业设计

7.3.2.路面结构组合及材料选用

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）规定以及本地区的路用材料，结合已有工程经验和典型结构拟定组合方案如下：3cm细粒式沥青混凝土+5cm中粒式沥青混凝土+25cm石灰粉煤灰碎石+？石灰土。以石灰土为设计层。

7.4 各结构层材料设计参数和指标 7.4.1.土基回弹模量的确定

（1）拟定土的平均稠度

由《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）表5.1.4-1土基干湿状态的稠度建议值确定路基土的平均稠度：中湿状态WC=1。

（2）预估土基回弹模量

根据《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中附录F查出土基回弹模量：中湿状态E0＝39MPa。

7.4.2.各层材料的设计参数确定

沥青混合料和基层材料的设计参数参考《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）中附录E选取如表7-3和7-4。

表7-3 结构层材料力学参数

层位 1 2 3 4 结构层材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰碎石 石灰土 劈裂强度(MPa) 1.4 1 0.6 0.25 表7-4 材料抗压回弹模量取值

层位 1 2 3 4 5 结构层材料名称 厚度 20℃平均抗压(mm) 30 50 250 ? 模量(MPa) 1400 1200 1500 550 39 标准差(MPa) 0 0 0 0 15℃平均抗压模量(MPa) 2000 1600 1500 550 标准差(MPa) 0 0 0 0 容许拉应力(MPa) 0.57 0.4 0.35 0.11 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰碎石 石灰土 新建路基

43

江西理工大学2013届本科生毕业设计

7.4.3.设计指标确定

(1) 设计弯沉值

该公路为二级公路，公路等级系数取1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20㎝，基层类型系数取1.0。

ld=600Ne -0.2AcAsAB （7-5）

式中：

ld------设计弯沉值（0.01mm）;

Ne------设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；

Ac------公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0；二级公路为1.1；

As------面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0； Ab------路面结构类型系数，半刚性基层为1.0。

计算得设计弯沉值为：

ld?600Ne?0.2AcAsAB?600*4137477?0.2*1*1*1.1 ?29.8?0.01mm?(2) 结构层拉应力

结构层弯拉应力设计控制指标容许拉应力：σR=σsp/KS 其中KS为抗拉强度结构系数，KS求解如下：

KS=0.09Ne0.22/Ac = 2.57 沥青混合料面层 （7-6） KS=0.35Ne0.11/Ac =1.87 无机结合料稳定集料 （7-7） KS=0.45Ne0.11/Ac = 2.4 无机结合料稳定集料 （7-8） 则计算得各结构层允许拉应力见表7-5。

表7-5 材料极限强度与容许应力值

结构层 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 石灰粉煤灰碎石 石灰土 材料的极限抗拉强度 1.4 1.0 0.6 0.25 KS 2.57 2.57 2.57 2.3170 各层容许拉应力（MPa） 0.57 0.4 0.35 0.11

44

江西理工大学2013届本科生毕业设计

7.5 设计层厚度确定

该结构为刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值为29.8（0.1mm）。利用设计程序计算满足设计弯沉指标和层底拉应力要求的水泥稳定碎石基层的厚度结果如下：

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 : 29.8 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 150 (mm) 按设计弯沉值计算设计层厚度 : Ld= 29.8 (0.01mm)

H( 4 )= 200 mm LS= 30.5 (0.01mm) H( 4 )= 250 mm LS= 27.7 (0.01mm) H( 4 )= 212 mm(仅考虑弯沉)

按容许拉应力计算设计层厚度 :

H( 4 )= 212 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 212 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 212 mm(第 3层底面拉应力计算满足要求) H( 4 )= 212 mm(第4 层底面拉应力计算满足要求)

路面设计层厚度 :

H( 4 )= 212 mm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 212 mm(同时考虑弯沉和拉应力)

验算路面防冻厚度 :路面最小防冻厚度 400 mm 验算结果表明 ,路面总厚度满足防冻要求 .

通过对设计层厚度取整, H(4)=220mm。最后得到路面结构设计结果如下:

----------------------------------------

细粒式沥青混凝土 30mm

---------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 50 mm

---------------------------------------- 石灰粉煤灰碎石 250 mm

---------------------------------------- 石灰土 220 mm

---------------------------------------- 新建路基

45

江西理工大学2013届本科生毕业设计

7.6交工验收弯沉值和层底拉应力计算

计算新建路面各结构层及路基顶面交工验收弯沉值 : 第 1 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 29.3 (0.01mm) 第 2 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 32 (0.01mm) 第 3 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 36.7 (0.01mm) 第 4 层路面顶面交工验收弯沉值 LS= 123 (0.01mm)

路基顶面交工验收弯沉值 LS= 238.9 (0.01mm) ( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算)

LS= 299.5 (0.01mm)( 根据“公路路面基层施工技术规范”公式计算) 计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数) 第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.287 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.12 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )= 0.154 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.096 (MPa)

46

江西理工大学2013届本科生毕业设计

第八章 水泥路面设计

8.1设计理论和方法

水泥混凝土路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度。对二级公路的水泥面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。

8.2面层、基层、垫层 8.2.1 面层

面层直接同行车和大气接触，承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水，表面还应具有良好的抗滑性和平整度。

通过计算设计年限内计算累计当量轴次7174938次，则确定该二级公路采用水泥混凝土高级路面，设计年限为20年。鉴于该地区交通荷载较重，车辙破坏严重，故根据规范推荐，面层厚度设计为24cm，采用密级配水泥混合料，提高动稳定度，以改善车辙影响。

8.2.2 基层

基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去，应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力。为增加基层的强度和稳定性，减少低温收缩裂缝，采用半刚性基层。半刚性基层整体性强，承载力高，刚度大，水稳定性好，且较为经济。

通过调查，基层缺陷是诱发水泥路面早期龟裂唧浆的主要因素，主要体现在基层厚度、分层施工上下层的分层厚度以及分层施工的时间间隔等方面，造成龟裂唧浆主要原因在于基层厚度太薄。基层分层一定要保证各分层的最小施工厚度，就我国目前施工状况及施工水平而言，基层厚度不合理易造成薄的夹层最终导致路面损坏。分层施工时间间隔应为10—18天。

(1) 石灰稳定类

石灰与土结合，使土的塑性降低，最佳含水量增大和最大密实度减少，提高土的强度和稳定性。由于石灰土强度形成需要一定的湿度和强度，高温和适当的湿度对其的强度形成有利，高温使反应过程加快，适当的湿度为Ca(OH)2结晶和火山灰反应提供了必要的结晶水。但是度过大会影响新生物的胶凝结晶硬化，从而影响石灰土强度的形成。

石灰稳定土具有较高的抗压强度，也具有一定的抗弯强度，且强度随龄期增长，但因其抗干缩、温缩能力较差，一般不选用作高级路面的基层。

(2) 水泥稳定类

水泥矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，改善土性，提高强度。水泥稳

47

江西理工大学2013届本科生毕业设计

定土强度随水泥剂量增加而增加，但应有一个合理的范围。含水量对其强度有重大影响，混合料中含水量不足时，水泥与土争水；若土对水有较大亲和力，就不能保证水泥充分作用。水泥稳定土强度的形成与含水量有着极大的关系，适用于温差不大的地区。

(3) 二灰稳定类

在石灰土中加入粉煤灰，石灰土最佳含水量增大，最大干密度减少，但其强度、刚度和稳定性均有不同程度的提高，尤其是抗冻性有显著改善，而湿度收缩系数比石灰土有所减少，对抗裂有重要意义。粉煤灰是一种缓凝物质，在火山灰中反应缓慢，这导致其后期强度高，而早期强度底。条件可能时，优先选用二灰稳定类，具有较强的胶结能力和稳定性，成板体，抗水、抗裂、抗冻性好，抗干缩与温缩能力都较强，适宜各种气候环境和水文地质，可适用于不同地区。主要解决早强不足的问题。

基层厚度一般按设计计算或经验得到，应不会对路面早期病害形成构成多大影响，然由于目前施工水平、施工设备等限制，以及施工管理不善，很容易造成施工缺陷而引发路面早期病害。

综合考虑以上问题，本设计中基层采用水泥稳定粒料18cm。

8.2.3垫层

垫层主要用于改善土基的湿度和温度状况，以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性，不受土基水温状况变化所造成的不良影响。常用松散材料或稳定类材料，选用粗、中砂。

在地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿的路段，以及排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段应该设置垫层。季节性冰冻地区中湿、潮湿路段、可能产生冻胀时需要设置防冻垫层，基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段，也需要设置垫层。

在本设计的路线中，路基均处于中湿状态，垫层采用无机结合料稳定土，根据计算为15cm，符合施工厚度的要求。

8.3混凝土路面板厚度计算

(1) 交通分析

设计原始资料见表7-1。 (2) 标准轴载及轴载当量换算

水泥混凝土路面结构设计以100KN单轴—双轮组荷载为标准轴载。不同轴—轮型和轴载的作用次数，按下式计算。

?P?Ns??aiNi?i? （8-1）

?100?i?1式中：

Ns-----标准轴载作用次数，次/d；

48

n16江西理工大学2013届本科生毕业设计

Ni-----各级轴载作用次数，次/d； n------轴载的分级数目；

Pi-----各级轴载单轴或双轴总重（KN） ai-----轴数系数，单独时，取1 双轴时，取ai?1.46?10?5?0.3767 Pi 小于40KN的单轴和80KN的双轴可略去不计。 (3) 交通分析

根据该公路等级为平原微丘区二级公路，车道数为双车道，按《公路水泥路面设计规范》JTJ014—2003公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.54。取交通量年平均增长率为5.5%。设计车道使用初期设计轴载日作用次数 : 1044，计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：

Ns[(1?gr)t?1]?365Ne?ηgr1044?[(1?0.05)20?1]?365??0.540.055 ?7174937.48次 属重交通等级。 (4) 初拟路面结构

安全等级为三级的道路对应的变异水平等级为中级。根据二级公路、重交通等级和中等变异水平等级，初拟普通混凝土面层厚度为0.24m。基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5%），厚0.18m。垫层为0.15m低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.25 m、长5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

(5) 路面材料参数确定

取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.5MPa，相应弯拉弹性模量为33MPa。 路基回弹模量取60MPa。低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。

计算基层顶面当量回弹模量如下：

2h12E1?h2E21300?0.152?600?0.182Ex???886.89MPa2222h1?h20.18?0.15 3E1h13E2h2(h1?h2)211?1Dx???(?)12124E1h1E2h21300?0.153600?0.183(0.18?0.15)211???(?)?1121241300?0.15600?0.18?1.89MN?m

49

江西理工大学2013届本科生毕业设计

hx?312Dx/Ex?312?1.89?0.295m

886.89a?6.22[1?1.51(Ex?0.45886.89?0.45)]?6.22?[1?1.51?()]?4.09 E060Ex?0.55886.89?0.55)?1?1.44?()?0.673 E060b?1?1.44(bEt?ahxE0(Ex1/3886.891/3)?4.09?0.2950.792?60?()?264.8MPa E060普通混凝土面层的相对刚度半径计算为：

r?0.537h3Ec/Et?0.537?0.24?33300/264.8?0.644m(6) 荷载疲劳应力

标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为：

σps?0.077r0.6h?2?0.77?0.6440.6?0.24?2?1.027MPa

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传力荷载能力的应力折减系数：Kr=0.87。 考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数：

Kf?Nev?(7.1749371?0)60.0572?.459

Kc=1.20。根据公路等级，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数： 荷载疲劳应力计算为：

σpr?KrKfKcσps?0.87?2.459?1.20?1.027?2.64MPa(7) 温度疲劳应力

0l/r?5/0.644?7.76,查图得Bx?0.66。II区最大温度梯度取88C/m。板长5m，

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

αEchTg1?10?5?33000?0.24?88σtm?Bx??0.66?2.3MPa22

0.041,c1?.323,温度疲劳应力系数Kt,查表可得a?0.828,b?Kt?Kt为：

σfr5.52.3[a(tm)c?b]??[0.828?()1.323?0.041]?0.527σtmfr2.35.0

50