高速公路毕业设计说明

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1、 . . . 摘 要本设计为至柳城高速公路K0+000至K1+686.75段的初步设计。主要容包括：平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基设计、挡土墙设计、公路排水及防护工程、路面结构设计。在设计过程中参阅了相关文献资料,并严格按照规标准设计。线形设计部分,充分考虑了地形地质、安全、环保、土地利用、施工条件及经济等因素；纵断面设计根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长,并设计竖曲线；在横断面设计部分综合考虑公路等级、行车要求、自然地质条件、施工方法,兼顾当地农田建设,保证路基的稳定和排水,来作出正确的设计。在路基设计部分选择合理的路堤填料与压实标准

2、；在挡土墙设计部分,采用了重力式挡土墙,倾斜基底,充分考虑了挡土墙的经济性和安全性；在公路排水及防护工程部分充分考虑到当地地质状况,以及美化环境、改善景观和舒缓驾驶人员视觉疲劳等因素,对该路段部分边坡采用草皮护坡以及窗式护面墙等进行防护；在路面结构设计部分,根据设计要求和实地情况选用了沥青混凝土路面。关键词：平纵横设计；路基设计；挡土墙设计；路面设计ABSTRACTThis design studies the highway from Guilin to Liucheng which covers K0 + 000 K1 + 686.75, including: graphic design

3、, alignment design, cross-sectional design, roadbed design, retaining wall design, road drainage as well as protective engineering and pavement structure design. The designis in strictaccordance with the code standard and consults related references.The factors of topography, geology, safety, enviro

4、nmental protection, land use, construction condition and economics were taken into consideration in linear desin; in the lignment design, according to the road grade, natural conditions and control elevation of structure, the design determines the appropriate elevation, the longitudinal slope and sl

5、ope length of each slope section, and designs vertical curve; in the part of cross-sectional design, the design considers highway grade, driving requirements, natural geological condition, the construction method, and local farmland construction in order to guarantee the stability of roadbed and dra

6、inage. In the roadbed design part we should select reasonable embankment packing and compacted standards; in the part of retaining wall design, the designer uses a gravity retaining wall andsloping base and the economy and safety of retaining wall are taken in account; in the design of highway drain

7、age and protective engineering, in view of the factors of local geology condition, landscaping, landscape improvement and relieving of visual fatigue of drivers, the design uses grass sod as well as facingwall of window-type to protect part of the side slope; in the part of pavement structure design

8、, according to the design requirements and local conditions, the design selects bituminous concrete pavement.Keywords:flat freely design; subgrade design; retaining wall design; pavement design目录第一章 前言- 1 -第二章 路线设计- 2 -2.1 线形设计一般原则- 2 -2.2 平面线形要素及组合类型- 2 -2.3 平面设计方法- 3 -2.4 平曲线设计- 4 -2.4.1平曲线要素计算- 5

9、 -2.4.2 逐桩坐标计算- 6 -2.5 纵断面设计- 6 -2.5.1 纵坡- 6 -2.5.2 纵坡设计的一般要求- 7 -2.5.3 纵坡设计的步骤- 7 -2.5.4 竖曲线- 8 -2.5.5 平、纵线形组合设计- 9 -2.6 横断面设计- 9 -2.6.1 横断面组成- 9 -2.6.2 行车道宽度- 10 -2.6.3 路肩- 10 -2.6.4 路拱- 10 -2.6.5 边沟- 11 -2.6.6 边坡- 11 -2.6.7 超高- 11 -2.6.8 行车视距的验算- 13 -2.6.9 填挖方计算- 15 -第三章 路基路面设计- 20 -3.1 概述- 20 -3

10、.1.1 路基路面工程特点- 20 -3.1.2 路基路面应具备的性能- 20 -3.2 一般路基设计- 21 -3.2.1 路基的类型和构造- 21 -3.2.2 设计依据- 21 -3.2.3 路基填土与压实- 22 -3.3 路基稳定性分析- 22 -3.3.1 路堑边坡稳定性验算- 23 -3.3.2 路堤边坡稳定性验算- 23 -3.4 路基防护与加固- 24 -3.4.1 路基防护工程- 24 -3.4.2 路基加固工程- 25 -3.4.3 挡土墙设计计算- 27 -3.4.4 挡土墙附属设施设计- 34 -第四章 排水设计- 35 -4.1 概述- 35 -4.1.1 公路排水

11、设计的容- 35 -4.1.2 设计依据- 35 -4.1.3 公路排水设计一般原则- 35 -4.2 路基排水- 36 -4.2.1 地表排水设备- 36 -4.2.2 边沟设计- 36 -4.2.3 截水沟设计- 37 -4.2.4 排水沟构造设计- 38 -第五章 涵洞设计- 40 -5.1 概述- 40 -5.1.1 涵洞分类- 40 -5.1.2 涵洞选用原则- 40 -5.2 涵洞拟定与设计- 40 -5.2.1 圆管涵设计- 40 -第六章 路面设计- 45 -6.1 计算累计标准轴次- 45 -6.2 拟定路面结构组合方案- 48 -6.3 路面结构层各个材料理论值- 49 -

12、6.4 路面结构层厚度确定- 50 -第七章 结论- 52 -参 考 文 献- 53 -致- 54 -附录A- 55 -附录B- 62 - 66 - / 72第一章 前言毕业设计是学生对大学四年所学专业知识及相关学科知识经行综合运用,是对学生动手能力和操作能力的重要检验手段。它能将专业基础知识、办公软件和相关学科综合起来以实践化,同时增强自己对电脑的动手能力及对专业转件的熟悉和学习等。本设计为省至柳城高速公路K0+000K1+686.75段的初步设计,要求在近三个月的时间里完成毕业论文,包括设计说明书和路线平面图、路线纵断面图、路线横断面图、路面结构图、路堤挡土墙设计图、坡面防护一般设计图、涵

13、洞构造图以及路基设计表、路基土石计算表、直线、曲线及转角表、纵坡、竖曲线表等图纸、表格及相关容。在本设计过程中部分设计资料不足,本人参考了交通部有关设计技术规、相关专业书籍、不断向老师和同学请教和讨论,争取做到规、合理。其论文共分八章进行阐述,并配有相关的插图和表格。由于理论知识和实践经验有限,尽管在设计中借助了一些文献及参考资料,在设计中仍存有许多不足的地方,敬请各位老师和同学们多多指正,本人将非常感！第二章 路线设计2.1 线形设计一般原则平面线形应与地形、地物相适应,与周围环境相协调在地势平坦的平原微丘区,路线以方向为主导,平面线形三要素中以直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区,路线以高

14、程为主导,为适应地形,曲线所占比例较大。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,不要片面强调路线以直线为主或曲线为主。保持平面线形的均衡与连贯长直线尽头不能接以小半径曲线。长直线和大半径曲线会导致较高的车速,若突然出现小半径曲线,会因减速不及而造成事故。高、低标准之间要有过渡。同一等级的道路由于地形的变化在指标的采用上会有变化,同一条道路按不同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。平曲线应有足够的长度汽车在曲线路段上行驶,如果曲线过短,司机就必须很快的转动方向盘,这样在高速行驶的情况下是非常危险的。同时,如不设置足够长度的缓和曲线,使离心加速度变化率小于一定数

15、值,从乘客的心理和生理感受来看也是不好的。当道路转角很小时,曲线长度就显得比实际短,容易引起曲线很小的错觉。因此,平曲线具有一定的长度是必要的。为了解决上述问题,最小平曲线长度一般应考率下述条件确定：汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难一般按6 s的通过时间来设置最小平曲线长度,当设计车速为60km/h时,平曲线一般值取200m,最小值取125m。小偏角的平曲线长度当路线转角7时称为小偏角。设计计算时,当转角等于7时,平曲线按6 s行程考虑；当转角小于7时,曲线长度与成反比增加；当转角小于2时,按2计。2.2 平面线形要素及组合类型平面线形的几何要素为直线、圆曲线和缓和曲线,这三种基本线形要素可

16、以组合得到很多种平面线形的形式。就公路平面线形设计而言,主要有基本型、S型、卵型、凸型、C型和复合型六种。直线以最短的距离连接两目的地,具有路线短捷、缩短里程和行车方向明确的特点。视距良好,易于排水。但从行车的安全和线形的美观来看,过长的直线,线形呆板,行车单调,容易使驾驶员产生疲劳感,也容易发生超车和超速行驶。采用直线线形时应该特别注意直线同地形的关系,在运用直线线形并决定其长度时,必须采取严谨的态度,不宜采用过长的直线。在我国,根据经验,直线的最大长度,在城镇及其附近或其他景色有变化的地点大于20V是可以接受的。但是直线的距离也不能过短,特别是同向曲线和反向曲线之间不能设置过短的直线。同向

17、曲线是指两个转向相同的圆曲线之间用直线或缓和曲线或径相连接而成的平面线形。其中间直线长度就是指前一曲线的终点至后一曲线的起点之间的长度。当此直线的长度很短的时候,在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉,使整个线形缺乏连续性,形成所谓的断背曲线。公路路线设计规JTG D202006规定,当计算行车速度60km/h时,同向曲线间直线最短长度以不小于设计行车速度的6倍以m计为宜； 反向曲线是指两个转向相反的圆曲线之间用直线或缓和曲线或径相连接而成的平面线形。公路路线设计规JTG D202006规定,当计算行车速度60km/h时,反向曲线间直线最短长度以不小于设计行车速度以m计的2倍为宜；当曲线

18、两端设有缓和曲线时,也可以直接相连,构成S形曲线。圆曲线半径是圆曲线的主要技术指标。汽车在圆曲线上行驶时,半径越小离心力越大,驾驶员操作困难,对行车不利。所以在选择圆曲线半径时应尽可能选择较大的值。圆曲线半径有最大半径和最小半径的要求公路路线设计规JTG D202006,规定最大半径不超过10000m。最小半径只有在地形困难时才采用,根据行车速度的不同而不同。本次毕业设计道路为高速公路某段,设计速度100km/h, 公路路线设计规JTG D202006规定规定其极限最小半径为400m,一般最小半径为700m。2.3 平面设计方法平面设计的重点公路平面设计的重点是选线和定线,在满足技术标准的前提

19、下,路线距离短,挖方量少,土石方平衡时公路平面的主要容。平面设计的具体步骤和要求资料收集 现场踏勘 选线与定线 校核与审核2.4 平曲线设计表2.1 本路段主要技术指标表序号指 标 名 称规 值序号指 标 名 称规 值1公路等级六车道高速公路8停车视距1602路基宽度33.59凸形竖曲线一般最小半径100003设计行车速度10010凹形竖曲线一般最小半径45004平曲线极限最小半径40011最短坡长2505平曲线一般最小半径70012设计洪水频率1/100;6不设超高最小平曲线半径400013汽车荷载等级公路I级7最大纵坡4根据指导老师给的地形图,由于本身地形图存在限制,最大化选线,总长168

20、6.75m。总共有2个交点。图2-1 平面线形图 2.4.1平曲线要素计算移值： 切线增长值： 缓和曲线角： 切线长： 平曲线长： 外距： 切曲差： 式中：转角缓和曲线长圆曲线半径 图2-2 基本型曲线计算图示2.4.2 逐桩坐标计算图2-3 中桩坐标计算示意图放线时一般是根据导线点坐标用全站仪或者CPS测量路线交点坐标,计算交点转角和方位角,交点间距；再根据计算的结果、选定的圆曲线半径和缓和曲线长度,计算中线上各桩坐标。2.5 纵断面设计2.5.1 纵坡最大纵坡：是指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。各级公路最大纵坡见下表2.2。表2.2 各级公路最大纵坡设计速度km/h120100

21、8060403020最大纵坡%3456789理想最大纵坡：是指设计车型在油门全开的情况下,持续以希望速度等速行驶所能克服的坡度。不限长度最大纵坡：是指设计车型在油门全开的情况下,持续以容许速度等速行驶所能克服的坡度。容许速度一般为设计速度的1/22/3高速路取低限,低速路取高限。最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。最小纵坡值：0.3%,一般情况下0.5%为宜。最小坡长限制：最小坡长规定汽车以设计速度的915S的行程为宜。60km/h的公路,最小坡长一般值为200m,最小坡长最小值为150m。最大坡长限制：指控制汽车在坡道上行驶,当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。各纵坡坡长

22、限制见下表2.3。表2.3 设计速度100km/h时纵坡长度限制表纵坡坡度%坡长m31000480056002.5.2 纵坡设计的一般要求纵坡设计必须满足公路工程技术标准JTG B012003的各项规定。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。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。纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑,视具体情况加以处理,以保证道路的稳定与通畅。一般情况下山岭重丘区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。对连

23、接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端接线等,纵坡应和缓、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些。在实地调查基础上,充分考虑通道、农田水利等方面的要求。2.5.3 纵坡设计的步骤准备工作：在坐标纸上,按比例标注里程桩号和标高,点绘地面线。如果给定地形图,则不用。标注控制点：如路线起、终点,越岭垭口,重要桥涵,地质不良地段的最小填土高度,最大挖深,沿溪线的洪水位,平面交叉和立体交叉点,城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。试坡：在已标出控制点的纵断面图上,根据技术指标、选线意图,结合地面起伏变化, 以控制点为依据,穿插与取直,试定出若干直坡线。反复比较各种可能的方案,最后定

24、出既符合技术标准,又满足控制点要求,且土石方较省的设计线作为初定试坡线,将坡度线延长交出变坡点的初步位置。调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定,平、纵组合是否适当等,若有问题应进行调整。核对：选择有控制意义的重点横断面,如高填深挖,作横断面设计图,检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况,若有问题应调整。定坡：经调整核对无误后,逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。变坡点一般要调整到10m的整桩号上。公路工程技术标准JTG B012003规定,连续上坡时,应在不大于规定的纵坡长度围设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3,其长度应符合

25、纵坡长度的规定。若地形限制不严,当设计速度60km/h时缓和路段宜小于2%,其长度为设置竖曲线后的直线段的长度。2.5.4 竖曲线图2-4 竖曲线要素示意图竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处,为了便于行车,起缓和作用的一段曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线,在使用围二者几乎没有差别。竖曲线要素计算：如图2-4所示,i1和i2分别为两相邻两纵坡坡度,= i2- i1,为+时,表示凹形竖曲线；为-时,表示凸形竖曲线。竖曲线长度L或竖曲线半径R： 竖曲线切线长T： 竖曲线任意一点竖距h： 竖曲线外距E： 以变坡点1为例计算如下：K0+347.676,高程37.221m,i1=-3.25%, i

26、2=2.079%,= i2-i1=2.079+3.25%=5.347%,为凹形。取竖曲线半径R=3000m。曲线长:L=3000*5.347%=160.41m切线长:T=160.41/2=80.205m外距:E=80.205*5.347%/4=1.1m计算设计高程竖曲线起点桩号= K0+347.676-80.205=K0+267.471竖曲线起点高程=37.221+T3.25%=39.83m2.5.5 平、纵线形组合设计平纵线形组合原则:应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线,并保持视觉的连续性。注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡,使线形在视觉上、心理上保持协调。选择组合得当的合成坡度,以利于

27、路面排水和行车安全。应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。平纵线形组合的基本要求:平曲线与竖曲线应相互重合,且平曲线应稍长于竖曲线平曲线与竖曲线大小应保持均衡平纵线形设计中应避免的组合：避免竖曲线的顶低部插入小半径的平曲线。避免将小半径的平曲线起、讫点设在或接近竖曲线的顶部底部。避免使竖曲线顶部底部与反向平曲线的拐点重合。避免小半径的竖曲线与缓和曲线重合。避免在长直线上设置陡坡或长度短、半径小的竖曲线。避免出现驼峰、暗凹、跳跃等使驾驶员视线中断的线形。2.6 横断面设计2.6.1 横断面组成行车道：公路上供各种车辆行驶车道,有快、慢车道。路肩：位于行车道外缘,具有一定宽度的带状结构部分。中间

28、带：高速公路及一级路中用于分隔对向车辆的组成部分。2.6.2 行车道宽度行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称,包括快车道和慢车道,在一般公路和城市道路上还有非机动车道。行车道的宽度要根据车辆宽度、设计交通量、交通组成和汽车行驶速度来确定。行车道宽度应该满足车辆行驶的需要,双车道公路应满足错车、超车行驶所必须的余宽,四车道公路应满足车辆并列行驶所需的宽度,高速公路、一级公路有四条以上车道,一般设置中央分隔带,分隔带两侧的行车只有同向行驶的汽车。根据公路路线设计规JTG D2020066.2规定如下表：表2.4 高速公路行车道宽度 公路等级高速公路设计速度km/h12010080车道数86486

29、464路基宽度m一般值42.0034.5028.0041.0033.5026.0032.0024.50最小值40.0025.0038.5023.5021.50本道路为高速公路根据设计车道数6和设计速度100km/h,行车道宽度采用34.0m。2.6.3 路肩行车道外缘至路基边缘之间的带状部分成为路肩。其作用在于：保护支撑路面结构。供临时停车之用。作为侧向余宽一部分,增加驾驶的安全和舒适感。这对保证设计车速是必要的。尤其在挖方路段,还可以增加弯道视距,减少行车事故。提供道路养护作业、埋设地下管线的场地对未设人行道的道路,可供行人及非机动车使用。本公路属于高速公路硬路肩取3m、土路肩取0.75m。

30、2.6.4 路拱为了迅速排除路面上的雨水,采用中间高两边低的直线型路拱。其倾斜的大小用百分率表示。路拱横坡的形式有抛物线形、直线形、直线接抛物线形、折线形等。沥青混凝土路面及硬路肩路拱横坡为2%,土路肩路拱横坡为3%。2.6.5 边沟边沟是路基两侧布置的纵向排水沟。设置于挖方和低填路段,路面和边坡水汇集到边沟后,通过跌水井或急流槽引到桥涵进出口处或通过排水沟引到路堤坡脚以外,排出路基。设计路线的边沟的断面形式依据公路路线设计规JTG D202006采用矩形和梯形两种形式。边沟底宽与深度都为0.6m。2.6.6 边坡路基边坡坡度对路基稳定十分重要,确定路基边坡坡度是路基设计的重要任务。路基边坡坡

31、度的大小,取决去边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡高度。拟建公路地处地势崎岖的山岭地区,边坡较为稳定,只设置一级边破,路堤边坡采用1：1.5,路堑边坡采用1：0.5.2.6.7 超高为了抵消曲线路段上行驶时所产生的离心力,将路面做成外侧高于侧的单向横坡的超高形式。合理的超高限制,可全部和部分抵消离心力,提高汽车在平曲线上行驶的稳定性和舒适性。当设计时速100Km/h,路线设计中平曲线的半径R4000m即不设超高最小半径时,必须设置超高段。设计中JD1、JD2处半径均小于4000m,所以均要设置超高。超高值计算公式如下： 其中：R圆曲线半径横向力系数 v汽车行驶速度具体超高值见

32、超高加宽表。超高过渡方式分有中间带和无中间带两种有中间带道路的超高过渡：绕中间带的中心线旋转、绕中央分隔带边缘旋转、绕各自车道中线旋转。无中间带的超高过渡：绕车道侧边缘旋转、绕路中线旋转、绕车道外侧边缘旋转。本道路为高速公路,设置1m中央分隔带,采用绕中间带边线旋转的超高过渡方式。超高缓和段由直线段的双向横坡断面渐变到圆曲线段全超高的单向横坡断面,其间必设超高缓和段,公路超高缓和段长度按下式计算：式中： Lc超高缓和段长度； B旋转轴至行车道外侧边缘的宽度。本设计中取7.5m；i超高坡度与路拱坡度代数差； p超高渐变率,采用1/175；超高缓和段长度确定主要从两个方面来考虑：一是从行车舒适性来

33、考虑,缓和段长度越长越好；二是从横向排水来考虑,缓和段长度短些好。确定缓和段长度Lc时应考虑一下几点：一般情况下,取Lc=Ls缓和曲线长度,即超高过渡段在缓和曲线全长围进行。若LsLc,应修改平面线性,使LsLc。当平面线性无法修改时,可将超高过渡段起点前移,超高过渡段起点可以设置在缓和曲线前的直线段处。若LsLc,但只要横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时,超高渐变率P1/330,仍取Lc=Ls。表2.5 绕中央分隔带边线旋转超高值计算公式超高位置计算公式x距离处行车道横坡值备注外侧C计算结果为与设计高之差D0设计高程为中央分隔带外侧边缘D点的高程侧C0加宽值按加宽计算公式计算D-当时。为圆曲线上

34、的超高值超高计算示例以正线JD1为例进行计算。R=1500m,Ls=90m, ZH= K0+103.351,路拱坡度2%,土路肩横坡3%。D道路中线,C右侧路缘带外缘,B硬路肩外缘,A土路肩外缘 计算超高值 确定超高缓和段长度缓和曲线Ls=90mLc=49.875m。取Lc=90m时,横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时的超高渐变率：所以超高过渡段长度取90m. 过渡段上取桩号K0+550,直缓点K0+523.148,缓圆点K0+613.148作为计算示例：过渡段加宽值：外侧：外侧抬高：侧：侧抬高：2.6.8 行车视距的验算行车视距定义：汽车在行驶中,当发现障碍物后,能及时采取措施,防止发生交通事故

35、所需要的必须的最小距离。高速公路采用停车视距,停车视距可分为反应距离、制动距离、安全距离三部分。时速100km/h的停车视距为160米。视距计算中需确定目高和物高。目高视线高：是指驾驶人员眼睛距地面的高度,规定以车体较低的小客车为标准,采用1.2m。 物高：路面上障碍物的高度,0.10m。对纵断面的凸形竖曲线,在规定竖曲线最小半径时已经考虑,只要满足规定的竖曲线半径,亦满足了竖曲线视距的要求。下穿式立体交叉凹形竖曲线的视距本公路没有涉及。所以,在视距检查中,应重点检查路线平面上的暗弯,即平曲线侧有树林、房屋、边坡等阻碍驾驶员视线的平曲线。视距曲线是指驾驶员视点轨迹线每隔一定间隔绘出一系列与视线

36、相切的外边缘线。在视距曲线与轨迹线之间的空间围,应保持通视,如有障碍物则要予以清除。在弯道各点的横断面上,驾驶员视点轨迹线与视距曲线之间的距离叫横净距,用h表示。本公路平曲线设计两个交点都设置缓和曲线,JD2圆曲线长度大于停车视距。JD2计算图示：图2-5 设置缓和曲线LS设置缓和曲线LS岩石路堑边坡坡度为1:0.5,离路面高度1.3m处驾驶员视点离地面1.2m加上物高0.1m,边坡离坡脚的水平距离为1.30.5=0.65m；坡脚离路基边缘有1.5m的碎落台和0.6的边沟；硬路肩宽度为3m,土路肩宽度为0.75m。所以0.65+1.5+0.6+3+0.75=6.5m4.64m,能保证视距要求,

37、不用特意开挖视距台。JD1计算： 图2-6 设置缓和曲线时横净距计算图因为2.80m6.5m,所以满足视距要求。2.6.9 填挖方计算路基土石方是公路工程的一项主要工程量,在公路设计和路线方案比较中,路基土石方数量的多少是评价公路测设质量的主要技术经济指标之一。地面形状是很复杂的,填、挖方不是简单的几何体,所以其计算只能是近似的,计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时采点的密度和计算公式与实际情况的接近程度等。计算时一般应按工程的要求,在保证使用精度的前提下力求简化。横断面面积计算：路基的填挖断面面积,是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积,高于地面线者为填,低于地面线者为挖,两者应分

38、别计算。通常采用积距法和坐标法。1.积距法：如图4-4将断面按单位横宽划分为若干个梯形和三角形,每个小条块的面积近似按每个小条块中心高度与单位宽度的乘积：Ai=b hi则横断面面积： A =b h1+b h2 +b h3 + +b hn =b hi当 b = 1m 时,则 A 在数值上就等于各小条块平均高度之和 hi 。 图2-7 横断面面积计算积距法2. 坐标法：如图4-5已知断面图上各转折点坐标xi,yi, 则断面面积为：A = xi yi+1-xi+1yi 1/2坐标法的计算精度较高,适宜用计算机计算。 图2-8 横断面面积计算坐标法土石方数量计算：路基土石方计算工作量较大,加之路基填挖

39、变化的不规则性,要精确计算土石方体积是十分困难的。在工程上通常采用近似计算。即假定相邻断面间为一棱柱体,则其体积为： 式中：V 体积,即土石方数量m3；A1、A2 分别为相邻两断面的面积m2；L 相邻断面之间的距离m。 此种方法称为平均断面法,如图。用平均断面法计算土石方体积简便、实用,是公路上常采用的方法。但其精度较差,只有当A1、A2相差不大时才较准确。当A1、A2相差较大时,则按棱台体公式计算更为接近,其公式如下： 式中：m = A1 / A2 ,其中A1 A2 。第二种的方法精度较高,应尽量采用,特别适用计算机计算。图2-9 土石方计算用上述方法计算的土石方体积中,是包含了路面体积的。

40、若所设计的纵断面有填有挖基本平衡,则填方断面中多计算的路面面积与挖方断面中少计算的路面面积相互抵消,其总体积与实施体积相差不大。但若路基是以填方为主或以挖方为主,则最好是在计算断面面积时将路面部分计入。也就是填方要扣除、挖方要增加路面所占的那一部分面积。特别是路面厚度较大时更不能忽略。土石方调配： 土石方调配原则：1.在半填半挖的断面中,应首先考虑在本路段移挖作填进行横向平衡,多余的土石方再作纵向调配,以减少总的运量。 2.土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响,一般大沟不作跨越运输,同时应注意施工的可能与方便,尽可能避免和减少上坡运土。 3.为使调配合理,必须根据地形情况和施工条件,选用适

41、当的运输方式,确定合理的经济运距,用以分析工程用土是调运还是外借。 4.土方调配移挖作填固然要考虑经济运距问题,但这不是唯一的指标,还要综合考虑弃方和借方的占地,赔偿青苗损失及对农业生产影响等。有时路堑的挖方纵调作路堤的填方,虽然运距超出一些,运输费用可能高一些,但如能少占地、少影响农业生产,这样,对整体来说未必是不经济的。 5.不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配,以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。 6.位于山坡上的回头曲线路段,要优先考虑上下线的土方竖向调运。 7.土方调配对于借土和弃土事先同地方商量,妥善处理。借土应结合地形、农田规划等选择借土地点,并综合考虑借土还田,整地造田

42、等措施。弃土应不占或少占耕地,在可能条件下宜将弃土平整为可耕地,防止乱弃乱堆,或堵塞河流,损害农田。 土石方调配方法 ：土石方调配方法,目前生产上采用土石方计算表调配法,直接在土石方表上进行调配,其优点是方法简单,调配清晰,精度符合要求。该表也可由计算机自动完成。具体调配步骤是： 1.土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的,调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡大沟等注明在表旁,供调配时参考。 2.计算并填写表中本桩利用、填缺、挖余各栏。当以石作填土时,石方数应填入本桩利用的土一栏,并以符号区别。然后按填挖方分别进行闭合核算,其核算式为： 填方= 本桩利用 + 填缺挖方= 本

43、桩利用+ 挖余 3.在作纵向调配前,根据填缺、挖余的分布情况,选择适当施工方法及可采用的运输方式定出合理的经济运距,供土方调配时参考。 4.根据填缺、挖余分布情况,结合路线纵坡和自然条件,本着技术经济少占用农田的原则,具体拟定调配方案。将相邻路段的挖余就近纵向调配到填缺加以利用,并把具体调运方向和数量用箭头表明在纵向调配栏中。 5.经过纵向调配,如果仍有填缺或挖余,则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点,然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏。 6.调配完成后,应分页进行闭合核算,核算式为：填缺=远运利用+借方 挖余=远运利用+废方7.本公里调配完毕,应进行本公里合计,总闭合核算除

44、上述外,尚有： 跨公里调入方+挖方+借方=跨公里调出方+填方+废方 8.土石方调配一般在本公里进行,必要时也可跨公里调配,但需将调配的方向及数量分别注明,以免混淆。 9.每公里土石方数量计算与调配完成后,须汇总列入路基每公里土石方表,并进行全线总计与核算。至此完成全部土石方计算与调配工作。土石方调配计算的几个概念 ： 1.平均运距 土方调配的运距,是从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。在路线工程中为简化计算起见,这个距离可简单地按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算,称平均距离。 2.免费运距 土、石方作业包括挖、装、运、卸等工序,在某一特定距离,只按土、石方数量计价而不计运费

45、,这一特定的距离称为免费运距。施工方法的不同,其免费运距也不同,如人工运输的免费运距为20m,铲运机运输的免费运距为100m。 在纵向调配时,当其平均运距超过定额规定的免费运距,应按其超运运距计算土石方运量。 3.经济运距 填方用土来源,一是路上纵向调运,二是就近路外借土。一般情况用路堑挖方调去填筑距离较近的路堤还是比较经济的。但如调运的距离过长,以至运价超过了在填方附近借土所需的费用时,移挖作填就不如在路堤附近就地借土经济。因此,采用借还是调,有个限度距离问题,这个限度距离既所谓经济运距,其值按下式计算： 2.16式中：B 借土单价元/m3； T 远运运费单价元/m3km； L 免费运距km

46、。 经济运距是确定借土或调运的界限,当调运距离小于经济运距时,采取纵向调运是经济的,反之,则可考虑就近借土。 4.运量 土石方运量为平均超运运距单位与土石方调配数量的乘积。 在生产中,例如工程定额是将人工运输免费运距20m,平均每增运距10 m 划为一个运输单位,称之为级,当实际的平均运距为40m ,则超远运距20m 时,则 为两个运输单位,称为二级；在路基土石方数量计算表中记作：总运量= 调配土石方数量n 2.17 n = L - L免/ A 2.18式中：n 平均超运运距单位,四舍五入取整数 L土石方调配平均运距m L免免费运距m A超远运距单位m例如人工运输A=10 m,铲运机运输A=5

47、0m； 5.计价土石方数量 在土石方计算与调配中,所有挖方均应予计价,但填方则应按土的来源决定是否计价,如是路外就近借土就应计价,如是移挖作填的纵向调配利用方,则不应再计价,否则形成双重计价。即计价土石方数量为： V计 = V挖 + V借 2.19式中：V计计价土石方数量m3 V挖挖方数量m3 V借借方数量m3 第三章 路基路面设计3.1 概述3.1.1 路基路面工程特点路基路面是道路的主要工程结构物。路基是在天然地表面按照道路设计的线形和设计横断面的要求开挖或堆填而成的岩土结构物。路面是在路基顶面的行车部分用各种混合料铺展而成的层状结构物。路基是路面结构的基础,坚强而又稳定的路基为路面结构长

48、期承受汽车荷载提供了重要保证,而路面结构层的存在又保护了路基,使之避免了直接经受车辆和大气的破坏作用,长期处于稳定状态。路基路面相辅相成,实际上是不可分离的整体。3.1.2 路基路面应具备的性能为了保证公路最大限度的满足车辆运行的要求,提高车速、增强安全性、舒适性,降低运输成本和延长道路使用年限,要求路基路面具有下述一系列性能。承载能力行驶在路面上的车辆,通过车轮把荷载传给地面,由路面传给路基,在路基路面结构部产生应力、应变、位移。如果路基路面结构整体或某一组成部分的强度或抗变形能力不足以抵抗这些应力、应变及位移,则路面会出现断裂,路面表面会出现波浪或车辙,路基路面结构会出现沉陷,使路况恶化,

49、服务水平下降。因此要求路基路面结构整体及其各组成部分都具有与行车荷载相适应的能力。稳定性在天然地表面建筑的道路结构物改变了地表自然的平衡,在达到新的平衡之前,道路结构物处于一种暂时的不稳定状态。新建的路基路面结构袒露在大气中,经受大气温度、降水与温度变化的影响,结构物的物理、力学性质随之发生变化,处于另外一种不稳定状态。路基路面结构能否经受这种不稳定状态,而保持工程设计所需要的几何状态及物理力学性质,称为路基路面的稳定性。耐久性路基路面工程投资大,从规划、设计、施工至建成通车需要较长的时间,对于这样的大型工程都应有较长的使用年限。表面平整度路面表面平整度是影响行车安全、行车舒适性以及运输效益的

50、重要使用性能。不平整的路表面会增大行车阻力,并使汽车产生附加的震动回应。这种震动回应会造成行车颠簸,影响行车的速度和安全、驾驶的平稳和乘客的舒适。同时,震动回应还会对路面施加冲击力,从而加剧路面和汽车机件的损伤和轮胎的磨损,并增加油料的消耗,不平整的路面还会积水,加速路面的破坏。因此,为了减少震动冲击力,提高行车速度,增加行车舒适性,路面应保持一定的平整度。表面抗滑性能路面表面要求平整,但不宜光滑,汽车在光滑的路面上行驶,车轮与路面之间缺乏足够的附着力和摩擦力。雨天高速行车、紧急制动,或爬坡、转弯时,车轮也易产生空转或打滑,致使行车速度降低,油料消耗增多,甚至引起严重的交通事故。所以,路面表面

51、应具有一定的抗滑性能。3.2一般路基设计3.2.1 路基的类型和构造由于填挖情况的不同,路基横断面的典型形式,可归纳为路堤、路堑和填挖结合三种类型。路堤是指全部用岩土填筑面成的路基,路堑是指全部在天然地面开挖面成的路基,此两者是路基的基本类型。当天然地面横坡大,且路基较宽,需要一侧开挖而另一填筑时,为填挖结合路基,也称为半填半挖路基,填挖结合是路基横断面的主要形式。1路堤按路堤的填土高度不同,划分为矮路堤、高路堤和一般路堤。填土高度小于1.01.5m者,属于矮路堤；填土高度大于18m或20m的路堤属于高路堤；填土高度在1518m围的路堤为一般路堤。2路堑路堑常见的横断面形式有全挖路基、台口式路

52、基及半山洞路基。挖方边坡可视高度和岩土层情况设置成直线或折线。挖方边坡的坡脚处设置边沟,以汇集和排除路基围的地表径流。路堑的上方应设置截水沟,以拦截和排除流问路基的地表径流。挖方弃土可堆放在路堑的下方。边坡坡面易风化时,在坡脚处设置0.51.0m的碎落台,坡面可采用防护措施3半填半挖路基位于山坡上的路基,通常取路中心的标高接近原地面标高,以便减少土石方数量,保持土石方数量横向平衡,形成半填半挖路基,若处理得当,路基稳定可靠,是比较经济的断面形式。3.2.2 设计依据公路工程技术标准 JTG B01-2003人民交通公路路基设计规 JTG D30-2004 人民交通公路路基设计手册第二版 人民交

53、通3.2.3 路基填土与压实路基填土需分层压实,使之具有一定的密实度。土质路堑开挖至设计标高后,需检验路基顶面工作区天然状态土的密实度,若密实度通常低于设计要求,应在挖开后再分层压实,使之达到一定的密实度。分层压实的路基顶面能防止水分干湿作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压密变形,确保路面的使用质量和使用寿命。从路基的实际工作状态分析,路基顶面约150cm围的土层,较强烈的感受到行车荷载的反复作用以及水温的反复干湿和冻融作用。在路堤下层上述影响小,但是土体的自重力和地下水或地面滞水的毛细作用影响较大。高路堤的中部,各项因素的影响都不严重。因此,对于路基的不同层位应提出不同的压实要求,上

54、层和下层的压实度应高些,中间层可低些。试验法分轻型与重型两种。重型击实试验法单位击实功为轻型的4.5倍,适用于高速公路、一级公路、二级公路。公路路堤除了80cm深度的路床土之外,以下部分的路基一律按重型击实实验法求得的最大干密度控制压实度。强度和压实度要求见下表：表3.1 路基压实度及填料要求表项 目 分 类路面底面以下深度cm填料最小强度CBR%压实度%填料最大粒径 cm0填方路基上路床03069510下路床308049510上路堤8015039415下路堤150以下29215零填及路堑路床030695103.3路基稳定性分析路基边坡的稳定性涉及岩土性质与构造、边坡高度与坡度、工程质量与经济

55、等多种因素。一般情况下,对于边坡不高的路基,例如不超过8米的土质路基、不超过12米的石质路基边坡,可按一般路基设计,采用规定的坡度值,不做稳定性验算。地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需要的路基,应进行边坡稳定性的分析验算,据此选定合理的边坡坡度及相应的工程技术措施。路基边坡稳定性的力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R,按静力平衡原理,取两者之比为稳定系数K。3.3.1 路堑边坡稳定性验算拟建公路路堑边坡为石质,由于无法实际勘察,根据边坡工程技术规,结构面类型为硬性结构面,结构面结合程度较好,按直线滑动面的解析法验算挖方最高处的边坡稳定性。取KO+100挖方边坡：摩擦

56、角=30,重度=25.48KN/m3,黏结力c=100kPa,H=13.7米,采用边坡1:0.5。2.6441.3,该路堑边坡稳定。所以本公路所有路堑边坡都比较稳定。3.3.2 路堤边坡稳定性验算一般来说土具有一定的黏结力,因此边坡滑动面多呈现曲面,通常假定为圆弧滑动面。按圆弧滑动面条分法的表解法验算最高路堤的边坡稳定性。已知K0+000路堤边坡: 摩擦角=20,黏聚力c=40,重度=18KN/m3,边坡坡度为1:1.5,H=9.64m。则行车荷载换算高度为0.6m,所以H=9.64m,查表的5个圆心的A、B值, 计算结果如表：表3.2 表解法计算结果表圆心项目Q1Q2Q3Q4Q5A3.062

57、.542.151.91.71B6.256.57.158.3310.1K2.552.372.432.62.95Kmin1.5,路堤边坡稳定。3.4路基防护与加固3.4.1 路基防护工程 一、路基防护工程类型 边坡坡面防护 1植物防护：种草、铺草皮、植树。 2工程防护：框格防护、封面、护面墙、干砌片石护坡、浆砌片石护坡、浆砌预制块护坡、锚杆钢丝网喷浆、喷射混凝土护坡。 沿河河堤河岩冲刷防护 1直接防护：植物、砌石、石笼、挡土墙等。 2间接防护：丁坝、顺坝等导治构造物以及改河营造护林带。 二、各种防护工程适用条件 植物防护 1种草防护适用于边坡稳定,坡面受雨水冲刷轻微,且易于草类生长的路堤与路堑边坡。播种方法有撤播法、喷播法和行播法。当前推广使用的两种新方法是湿式喷播技术和客土喷播技术。 2铺草皮适用于需要