二級公路設計說明書A4

目錄摘要第1章緒論………11.1公路發(fā)展概況…………………1.2設計概況………………第2章平面設計…………………2.1公路等級的確定…………………2.2設計行車速度的確定…………………2.3選線設計…………………2.4平面線形設計…………………第3章縱斷面設計…………………3.1縱斷面設計原則…………………3.2縱坡設計的要求…………………3.3縱坡設計的步驟…………………3.4豎曲線設計…………………第4章橫斷面設計…………………4.1橫斷面設計原則…………………4.2超高的確定及過渡方法…………………4.3超高值的計算…………………4.4路基設計的內(nèi)容…………………4.5橫斷面的繪制…………………第5章排水設計…………………5.1排水設計的原則…………………5.2排水設計的具體步驟…………………5.3路面排水設計…………………5.4排水系統(tǒng)分析…………………第6章路面設計…………………6.1路面設計的內(nèi)容…………………6.2路面設計步驟…………………6.3路面設計…………………第7章?lián)跬翂υO計6.1擋土墻設計的內(nèi)容…………………6.2擋土墻設計…………………第8設計總結…………………主要參考文獻…………………摘要本設計的主要內(nèi)容為公安至石首（麻口段)二級公路設計。設計的目的是在所提供的地形圖上，采用紙上定線的方法，并根據(jù)交通量數(shù)據(jù)、地形情況等其他資料確定設計的公路等級，做出相應的設計，以此加深對公路設計原理和方法的認識。本設計包含工程概況、主要設計技術指標、路線設計（包括選線、平曲線設計和豎曲線設計）、路基設計、路面設計、排水設計、擋土墻設計、邊坡防護設計、涵洞設計等。通過本次設計，加深了我對道路設計基本理論和重要概念的理解，熟悉具體設計的計算內(nèi)容、步驟和方法，使大學期間所學的理論知識與實踐較好地結合起來。關鍵詞：平曲線設計豎曲線設計路基路面擋土墻涵洞工程概況.1設計標準本路段按交通部頒發(fā)《公路工程技術標準》JTJB01-2003等標準、規(guī)范、規(guī)程有關要求執(zhí)行；本路段采用重丘二級公路標準，設計車速60km/h，路面寬9.5m，采用瀝青混泥土路面。橋涵設計荷載：公路-Ⅱ級。設計洪水頻率：特大橋、大、中橋1/100；路基、中小橋、涵洞1/50。主要技術指標見表Ⅰ-Ⅰ表Ⅰ-Ⅰ主要技術指標表設計車速60km/h平曲線最小半徑一般值200極限值125不設超高最小平曲線半徑（路拱≤2%）1500m會車視距220m最大縱坡6%豎曲線最小半徑凸形一般值2000m極限值1400m凹形一般值1500m極限值1000m路基寬度9.5橋梁設計荷載公路-Ⅱ級設計洪水頻率特大橋、大、中橋1/100小橋、涵洞、路基1/50主要工程數(shù)量路線測設總里程2km，全線主要工程數(shù)量如下：拆遷建筑物：無路面工程：瀝青混泥土路面涵洞：7道1.1.2沿線自然地理特征及其公路建設的關系1.1.2.1地形地貌本路段位于湖北省南部，沿途跨越平原及重丘區(qū)，所選設計路段為重丘區(qū)路段，該段地勢比較復雜，一般的地面坡度都比較大，山高谷深，地形復雜，山脈水系分明，石多，土薄，地質(zhì)和水文條件都比較復雜，地形變化很大，使得路線在平、縱、橫三方面都受到很大的限制。1.1.2.2地質(zhì)本區(qū)地處基底巖體由泥盆系砂頁巖、砂巖，石炭系砂頁巖、灰?guī)r，二疊系灰?guī)r、泥巖，侏羅系火山巖系與白堊系及第三系半固沉積巖組成，上覆粘性土、砂性土。區(qū)域構造斷裂以NE向為主，次為NNW向，均為隱伏構造。晚第三紀以來新構造運動不明顯，區(qū)域構造穩(wěn)定性好。由于本區(qū)所特有的地形、地貌及地質(zhì)構造條件，沿線不良地質(zhì)現(xiàn)象一般不發(fā)育，而較為可能產(chǎn)生的不良地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)在風沙路段、濕陷性黃土、黃土沖溝、砂土液化等。1.1.2.5氣候本路段經(jīng)過地區(qū)屬溫帶大陸性半干旱季風氣候區(qū)。氣候基本特征是東夏風向更替明顯，冬季寒冷，夏季炎熱，春秋短暫，冬夏漫長；春季溫暖多風，氣候干燥，秋季涼爽連陰，氣候宜人。雨季始于6月中旬，終于9月下旬，7、8月份雨量集中，常有大雨或暴雨發(fā)生，雨量之和占年平均的50%。全區(qū)無霜期150多天，沿線以偏北風和偏南風為主，最大風速13-34m/s。由于沿線黃土分布廣泛，區(qū)內(nèi)對沿線路線影響較大的災害性天氣為暴雨，因此，須加強排水及防護設計。1.1.2.6水文根據(jù)地層含水介質(zhì)的特征、賦存條件、水理性質(zhì)和水力特征，本區(qū)沿線勘探深度內(nèi)賦存地下水均為第四季松散巖類孔隙水，按埋藏條件及地貌單元可分為淺層水和中層水。此路途徑地地方河流交錯、湖泊密布。有大小河流近百條，均屬長江水系，主要有長江干流及其支流東青河、虎渡河、藕池河等。工程用水非常充足。1.1.3沿線筑路材料、水、電等建筑條件及與公路建設的關系沿線筑路材料、水、電資源豐富，可滿足工程施工需要。當?shù)刂凡牧陷^多，沿線附近可采集到砂礫，石灰窯較多。渣油瀝青、水泥、木材、鋼材和石料可以從各城市采購。1.1.6與周圍環(huán)境和自然景觀協(xié)調(diào)情況 為了減少因公路建設而導致環(huán)境污染及破壞，切實做好防治措施，保護自然資源，維護生態(tài)平衡，在本施工圖設計中我們已充分考慮了周圍環(huán)境和自然景觀協(xié)調(diào)措施：在路線、橋位選擇時，充分考慮了沿線自然環(huán)境和社會環(huán)境，盡可能的繞避主要居民點和人文景觀，在公路用地范圍內(nèi)適當考慮了景觀設計，盡量使公路建設與沿線景觀協(xié)調(diào)一致。如在選線定線時考慮與地形相協(xié)調(diào)，合理使用土地，減少填挖高度，避免大型建筑的拆遷和對植被的破壞，但由于沿線局部路段，工程施工對環(huán)境和自然景觀仍有一定影響。合理設置橋涵，盡量減少對原有水系的破壞，保證沿線整體排水和農(nóng)田灌溉，河流的暢通。在路基防護工程設計中，坡面防護優(yōu)先采用植草皮、觀賞花木等；經(jīng)過渠堤、堰塘地段，采用浸水路堤漿砌片石護坡防護，減少對水體的破壞影響。在路基路面排水設計中，接順排水系統(tǒng)，盡量保證公路排水不影響沿線耕地、魚塘，通過形成良好多排水系統(tǒng)，減輕水土流失。專門做了環(huán)境綠化設計，通過種植草皮、觀賞花木，盡量綠化美化公路并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。此外，通過設置沿線交通安全設施，降低交通事故率。1.2.路線1.2.1平面、縱斷面線形設計說明路線全長2000km，平曲線共設4個交點（不包括起點和終點），豎曲線交點3個（不包括起點和終點），平曲線最小半徑180m/1處，平曲線占總線路總長70.36%，豎曲線最小半徑：凸形6000m/1處和25000m/1處，凹形10000m/1處，最大縱坡為1.7461.2.2施工注意事項施工時嚴格按照設計線形放樣，準確測定路線樁位、設計高程、道路結構物位置，保護好測量標志。建議用坐標放樣并對路線水準點、導線點復測。施工中應嚴格執(zhí)行《公路工程安全技術規(guī)程》〔JTJ076-95〕、《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》〔JTJ071-98〕，避免施工事故。1.3路基、路面及排水1.3.1路基設計1.3.1.1路基橫斷面布置及加寬、超高說明〔1〕路基橫斷面：路基寬采用9.5m，路面寬7m，硬路肩2×0.75m。路〔2〕超高及加寬：路基超高按規(guī)范取值超高旋轉軸為路基內(nèi)邊緣；平曲線半徑大于250m，故不設置加寬。1.3.1.2路基設計路基邊坡坡率根據(jù)土壤、地質(zhì)等條件選取，本項目填方邊坡高度小于6米，邊坡坡率取1：1.5；挖方邊坡坡率采用1：0.5路基設計標高為路基中心點標高，系指路面頂面中心點高程。1.3.1.3路基施工注意事項（1）路基壓實標準及壓實度路基壓實宜采用分層填筑，分層碾壓，最大松鋪厚度不超過30cm。老路幫填應在其邊坡控不小于1m向內(nèi)傾斜2%-4%的水平臺階。碾壓時，應控制在最佳含水量±2%以內(nèi)。路基壓實度采用重型壓實標準，路基壓實度應符合以下要求：填控類型路面底面以下深度壓實度填方路基上路床0～30≥95下路床30～80≥95上路堤80～150≥94下路堤﹥150≥92零填及路塹路床0～30≥951.3.2路基、路面排水及防護工程1.3.2.1路基、路面排水路基挖方設置邊溝，填方設置排水溝。邊溝、排水溝的具體形式和尺寸見排水設計圖。路面排水采用散排，依靠縱坡和橫坡排除路表水至邊溝或邊坡，最終排入自然水系。1.3.2.2路基防護（1）路堤邊坡防護①路堤邊坡高度小于4m時，邊坡采用植草防護。②路堤邊坡高度大于4m的路段，邊坡采用漿砌片石防護。（2）路塹邊坡防護①路塹邊坡高度不大于3m②路塹邊坡高度大于3m，邊坡采用方格骨架護坡加植草防護。1.3.3路面設計及施工注意事項依據(jù)路面使用要求，并結合路線所經(jīng)地區(qū)的地形、氣候、地質(zhì)等自然條件，參照“省路網(wǎng)規(guī)劃”意見，本著“因地制宜，就地取材”的原則，本設計采用瀝青混泥土路面。根據(jù)計算分析，擬定路面結構如下：面層：4cm細粒式瀝青混泥土8cm粗粒式瀝青混泥土基層：20cm水泥穩(wěn)定集料底基層：20cm石灰土土基回彈模量：54Mpa1.4橋梁、涵洞本路段全長2km，計有圓管涵7座，1.5.2施工注意事項施工以保證交叉路銜接平須、交叉處排水暢通為原則，路線接線縱坡、加鋪轉角半徑可結合實際需要適當調(diào)整。1.6.交通工程及沿線設施1.6.1安全及服務設施沿線路堤填方高度大于4m路段沿兩側設示警樁，特殊路段設有指示、地名標志，全線均設路面標線，所有標志采用反光處理，以利于夜間行車安全。為養(yǎng)護管理需要，公路兩側每隔300-500m1.6.2施工注意事項標志立柱基礎挖基后澆筑基礎前應將基底夯實，澆筑時應預留立柱孔道，標志板面反光膜采用工程級，粘貼必須保持平整，無氣泡，板面無凸凹，標線必須滿足涂布率要求，以保證反光率。沿線防護設施在確保質(zhì)量的前提下力求整齊美觀。1.7.環(huán)境保護1.7.1公路工程及沿線設施與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)情況及采取的措施公路路線結合地形、地貌布線，線形流暢較好地適應自然變化；路基盡可能地降低填挖方，力求土方平衡，減少水土流失；路面采用瀝青路面減少震動、噪音更利于環(huán)保；橋梁布置在滿足“安全、適用、經(jīng)濟、美觀”的前提下盡可能減少壓縮河床，確保河流暢通，涵洞布置一般“逢溝設涵”確保水系貫通，利于水利和農(nóng)田灌溉；路面設置標志、標線，路面標線選取對人蓄無害的涂料，并在公路兩側植行道樹，使之起到誘導作用，同時美化路容。1.7.2環(huán)境保護設施結構設計及布置路堤、路塹邊坡進行防護植草，為防止水土流失，路堤邊溝、浸水路堤采用漿砌片石加固，土路肩采用植草防護。道路為帶狀構造物，它的中線是一條空間曲線，中線在水平面上的投影稱為路線的平面，路線平面的形狀及特征為道路的平面線形，而道路的空間位置成為路線。路線受到各種自然條件、環(huán)境、以及社會因素的影響和限制時，路線要改變方向和發(fā)生轉折。2.1公路等級的確定交通量是單位時間內(nèi)通過道路某斷面的交通流量（既單位時間通過道路某斷面的車輛數(shù)目），根據(jù)對公安至石首近期交通量調(diào)查：經(jīng)調(diào)查該地區(qū)近期交通量資料如下：表4－1交通量資料車型數(shù)量車輛折算系數(shù)三菱FR4155001.5五十鈴NPR595G1401.5江淮HF140A2001.5江淮HF1502002.0東風KM3403501.5東風SP9135B1203.0五十鈴EXR181L1103.0查《公路工程技術標準》得小客車和中型載重汽車折算系數(shù)如下：表4–2汽車折算系數(shù)汽車代表車型車輛折算系數(shù)小客車1.0中型車1.5大型車2.0托掛車3.0交通增長率：γ=5%交通量計算：N1=（119021853175）×1.5+200×2.0+（120+110）×3.0=3175輛/日遠景設計年限為12年的年平均晝夜交通量為：N12=2009×（1+γ）=3175×（1+5%）=5430輛/日〉5000輛/日查《公路工程技術標準》可知一級公路一般能適應各種車輛折合成小客車的遠景設計年限年平均日交通量為15000—30000輛（四車道）或25000－55000輛（六車道），二級公路一般能適應各種車輛折合成小客車的遠景設計年限年平均日交通量為5000—15000輛。故根據(jù)《標準》，應建二級公路，為主要供汽車行駛的雙車道公路。從給出的地形圖不難看出，該段地勢比較復雜，一般的地面坡度都比較大，山高谷深，地形復雜，山脈水系分明，石多，土薄，地質(zhì)和水文條件都比較復雜，地形變化很大，使得路線在平、縱、橫三方面都受到很大的限制，由此可以知道是山嶺重丘。所以在設計的過程中很多時候的技術指標都達到最低限。例如平面設計中第2個點的就采用了小半徑180m。2.2設計行車速度的確定“設計車速”是在氣候正常，交通密度小，汽車運行只受道路本身條件（幾何要素、路面、附屬設施等）的影響時，一般駕駛員能保持安全而舒服地行駛的最大行駛速度。依據(jù)《標準》從工程難易程度,工程量大小及技術經(jīng)濟合理的角度考慮,各級公路的設計車速按地形分為兩類,查表可知設計車速為60km/h。2.3選線設計2.3.1選線的基本原則：以平面線形為主，合理解決避讓、穿越、趨就等問題。以設計數(shù)據(jù)為主導，遠景設計為目標，大節(jié)控制細部。線形要求短捷、平順、美感。注意不良地質(zhì)的處理，例如最小添土高度問題。路線的走向基本走向必須與道路的主客觀條件相適應在對多方案深入、細致的研究、論證、比選的基礎上，選定最優(yōu)路線方案。路線設計應盡量做到工程量少、造價低、營運費用省，效益好，并有利于施工和養(yǎng)護。在工程量增加不大時，應盡量采用較高的技術標準。要注意保持原有自然狀態(tài)，并與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。選線時注意對工程地質(zhì)和水文地質(zhì)進行深入勘測調(diào)查，弄清其對道路的影響。2.3.2選線的步驟和方法：2.3.2.1選線道路選線的目的就是根據(jù)道路的性質(zhì)、任務、等級和標準，結合地質(zhì)、地表、地物及其沿線條件，結合平、縱、橫三方面因素。在紙上選定道路中線的位置，而道路選線的主要任務是確定道路的具體走向和總體布局，具體定出道路的交點位置和選定道路曲線的要素，通過紙上選線把路線的平面布置下來。2.3.2.2全面布局全面布局是解決路線基本走向的全局性工作。就是在起終點以及中間必須通過的據(jù)點間尋找可能通過的路線帶。具體的在方案比選中體現(xiàn)。路線的基本走向與道路的主觀和客觀條件相適應，限制和影響道路的走向的因素很多，大門歸納起來主要有主觀和客觀兩類。主觀條件是指設計任務書或其他的文件規(guī)定的路線總方向、等級及其在道路網(wǎng)中的任務和作用。而客觀條件就是指道路所經(jīng)過的地區(qū)原有交通的布局，城鎮(zhèn)以及地形、地質(zhì)，水文、氣象等自然條件。上述主觀條件是道路選線的主要依據(jù)，而客觀條件是道路選線必須考慮的因素。2.3.2.3逐段安排在路線基本走向已經(jīng)確定的基礎上，根據(jù)地形平坦與復雜程度不同，可分別采取現(xiàn)場直接插點定線和放坡定點的方法，插出一系列的控制點，然后從這些控制點中穿出通過多數(shù)點(特別是那些控制較嚴的點位)的直線段，延伸相鄰直線的交點，即為路線的轉角點。2.3.2.4具體定線在逐點安排的小控制點間，根據(jù)技術標準的結合，自然條件，綜合考慮平、縱、橫三方面的因素。隨后擬定出曲線的半徑，至此定線工作才算基本完成。做好上述工作的關鍵在于摸清地形的情況，全面考慮前后線形銜接與平、縱、橫綜合關系，恰當?shù)剡x用合適的技術指標，使整個線形得以連貫順直協(xié)調(diào)。2.3.3方案比選：在兩公里重丘地區(qū)的路線設計中路線走向基本確定，根據(jù)已確定的路線的大概走向，綜合考慮地形狀況和技術經(jīng)濟指標后，選定了兩套方案。兩個方案的總里程前一個方案較比后一個方案多了近一百米，但后一方案的填挖方量比較多，同時，后一個方案穿過溝谷存在過水問題，要修橋，大大增加了工程費用及工程難度。綜合比較，最終選定第一方案。2.4平曲線要素值的確定2.4.1平面設計原則：在路線的平面設計中所要掌握的基本原則有：平面線形應直捷、連續(xù)、順適，并與地形、地物相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)；本設計地區(qū)大部分地勢開闊，處于平原微丘區(qū)，路線直捷順適，在平面線形三要素中直線與曲線所占比例相當。在設計路線后面地段，線性要繞山而行，路線彎曲較大，曲線所占比例較大。路線與地形相適應，既是美學問題，也是經(jīng)濟問題和保護生態(tài)環(huán)境的問題，這一點對于處于旅游區(qū)的地區(qū)來說特別重要。直線、圓曲線、緩和曲線的選用與合理組合取決于地形、地物等具體條件，片面強調(diào)路線要以直線為主或以曲線為主，或人為規(guī)定三者的比例都是錯誤的。行駛力學上的要求是基本的，視覺和心理上的要求對高速路應盡量滿足；高速公路、一級公路以及計算行車速度≥60Km/h的公路，應注重立體線形設計，盡量做到線形連續(xù)、指標均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適，計算行車速度越高，線形設計所考慮的因素越應周全。本路線計算行車速度為60Km/h(3)保持平面線形的均衡與連貫； 為使一條公路上的車輛盡量以均勻的速度行駛，應注意各線形要素保持連續(xù)性而不出現(xiàn)技術指標的突變。在長直線盡頭不能接以小半徑曲線，高低標準之間要有過渡。本設計中未曾出現(xiàn)長直線以及高低標準的過渡。(4)避免連續(xù)急彎的線形； 連續(xù)急彎的線形給駕駛著造成不便，給乘客的舒適也帶來不良影響。在設計中可在曲線間插入足夠的直線或回旋線，如果在兩個平曲線之間不能滿足長的直線的要求，最小也要滿足最短直線距離限制，S型曲線為2V，同向曲線之間最短距離為6V。(5)平曲線應有足夠的長度；平曲線太短，汽車在曲線上行駛時間過短會使駕駛操縱來不及調(diào)整。緩和曲線的長度不能小于該級公路對其最小長度的規(guī)定；中間圓曲線的長度也最好有大于3s的行程，當條件受限制時，可將緩和曲線在曲率相等處直接連接，此時圓曲線長度為0。路線轉角過小，即使設置了較大的半徑也容易把曲線長看成比實際的要短，造成急轉彎的錯覺。這種傾向轉角越小越顯著，以致造成駕駛者枉作減速轉彎的操作。一般認為，θ≤7°應屬小轉角彎道。在本設計中平曲線長度都已符合規(guī)范規(guī)定，也不存在小偏角問題。2.4.2平曲線要素值的確定：平面線形主要由直線、圓曲線、緩和曲線三種線形組合而成的。當然三個也可以組合成不同的線形。在做這次設計中主要用到的組合有以下幾種：2.4.2.1基本形曲線幾何元素及其公式：按直線——緩和曲線——圓曲線——緩和曲線——直線的順序組合而成的曲線。這種線形是經(jīng)常采用的。例如設計中的大多數(shù)點都是應用這個的。如下圖一。緩和曲線是道路平面要素之一，它是設置在直線和圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線?！稑藴省芬?guī)定，除四級路可以不設緩和曲線外，其余各級都應設置緩和曲線。它的曲率連續(xù)變化，便于車輛遵循；旅客感覺舒適；行車更加穩(wěn)定；增加線形美觀等功能。設計是要注意和圓曲線相協(xié)調(diào)、配合，在線形組合和線形美觀上產(chǎn)生良好的行車和視覺效果，宜將直線、緩和曲線、圓曲線之長度比設計成1：1：1。這一點非常的重要，在剛開始做設計的時候就沒有注意到這個問題，設計出來的路線非常不協(xié)調(diào)，美觀，比例嚴重失調(diào)，后來在老師的指導下改正了不足之處，經(jīng)過改正后，線形既美觀又流暢，已經(jīng)到達了要求。在設計的時候還要注意一下緩和曲線長度確定除應滿足最小，外還要考慮超高和加寬的要求，所選擇的緩和曲線長度還應大于或等于超高緩和段和加寬緩和段的長度要求。（圖一）緩和曲線切線增值q=Ls/2－Ls3/240R2(m)圓曲線的內(nèi)移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3(m)切線長T=(R+p)tga/2+q(m)平曲線長度L=∏aR/180+Ls(m)外距E=(R﹢p)seca/2－R(m)校正值J=2T－L(m)a平曲線主要參數(shù)的規(guī)定根據(jù)《公路路線設計規(guī)范》JTGD20-2006的規(guī)定如表：公路等級二級地形山嶺重丘圓曲線一般最小半徑（m）200圓曲線極限最小半徑（m）125平曲線最小長度（m）100緩和曲線最小長度（m）60b主要幾何元素的計算例如：樁號JD1：(1)平曲線幾何元素計算：右偏30.8°R=280(m)Ls=70(m)緩和曲線切線增值q=Ls/2－Ls3/240R2=70/2－403/240×2802=34.98177(m)圓曲線的內(nèi)移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3=702/24×280－704/2384×2803=0.729(m)切線長T=(R+p)tga/2+q=(280+0.729)tg30.8°/2+34.982=112.307(m)平曲線長度L=∏aR/180+2Ls=3.14×103.051×280/180+140=220.517(m)外距E=(R﹢p)seca/2－R=(280+0.729)sec30.8°/2－280=11.18(m)校正值J=2T－L=2×112.307－220.517=4.0975(m)(2)平曲線主點樁號計算及校正：JD1：K0＋218.053ZY=JD1-T=K0+218.053-112.307=K0+105.746YZ=ZY＋L=K0+105.746＋220.517=K0+326.263QZ=YZ－L/2=(K0+326.263)－220.517/2=K0+216.0045JD1=QZ＋J/2=(K0+216.0045)＋4.0975/2=K0+218.05322.4.2.3S形曲線兩個反向曲線間用兩個反向的回旋線連接的組合，稱為S形曲線。JD1、JD2和JD3三個樁號，由于這些樁號之間直線距離很短，設置圓曲線后，不能滿足兩圓曲線之間最短直線距離2V=120mS型曲線，相鄰兩個回旋線參數(shù)A1與A2宜相等，或者兩者之比小于2.0。兩個反向曲線之間不設直線，不得已要插入直線時，必須盡量地短，其短直線長度或重合段長度應符合：l≤（A1+A2）/40式中：l—反向回旋線間短直線或重合段的長度（m）A1，A2—回旋參數(shù)S型兩圓曲線半徑之比不宜過大，宜為：R2/R1=1～1/3式中：R1—大圓半徑（m）R2—小圓半徑（m）由R1=280m，R2=180m，R3=244m，A1=140，A2=112.3，A3=130.56，l1=0m，l2=有l(wèi)1≤（A1+A2）/40，l2≤（A1+A2）/40及；R2/R1=180/280=0.642857=1～1/3，R3/R2=180/244=0.738=1～1/3；A2/A1=112.3/140=0.802＜1.5，A3/A2=130.56/112.3=1.1626＜1.5；可見，該計算已經(jīng)滿足要求了。2.4.3各點樁號的確定在整個的設計過程中就主要用到了以上的兩種線形，在兩公里的路長中，充分考慮了當?shù)氐牡匦危匚锖偷孛?，相對各種相比較而得出的。在地形平面圖上初步確定出路線的輪廓，再根據(jù)地形的平坦與復雜程度，具體在紙上放坡定點，插出一系列控制點，然后從這些控制點中穿出通過多數(shù)點的直線段，延伸相鄰直線的交點，既為路線的各個轉角點（既樁號），并且測量出各個轉角點的度數(shù)，再根據(jù)《公路工程技術標準JTGB01—2003》的規(guī)定，初擬出曲線半徑值和緩和曲線長度，代入平曲線幾何元素中試算，最終結合平、縱、橫三者的協(xié)調(diào)制約關系，確定出使整個線形連貫順直協(xié)調(diào)且符合技術指標的各個樁號及幾何元素。各個樁號及幾何元素的計算結果見直線、曲線及轉角表。2.5縱斷面設計縱斷面設計的主要內(nèi)容是根據(jù)道路等級及沿線自然條件和構造物控制標高等，確定路線合適的標高，各坡段的縱坡度和坡長，并設計豎曲線?；疽笫强v坡均勻平順、起伏和緩、坡長和豎曲線長度適當、平面與縱面組合設計協(xié)調(diào)、以及填挖經(jīng)濟、平衡，如果道路的設計縱坡太小，還要考慮路面的排水問題。這些要求雖在選定線階段有所考慮，但要在縱面設計中具體加以實現(xiàn)。2.5.1縱斷面設計的原則⑴縱面線形應與地形相適應，線形設計應平順、圓滑、視覺連續(xù)，保證行駛安全。⑵縱坡均勻平順、起伏和緩、坡長和豎曲線長短適當、以及填挖平衡。⑶平面與縱斷面組合設計應滿足：①視覺上自然地引導駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性。②平曲線與豎曲線應相互重合，最好使豎曲線的起終點分別放在平曲線的兩個緩和曲線內(nèi)，即所謂的“平包豎”③平、縱線形的技術指標大小應均衡。④合成坡度組合要得當，以利于路面排水和行車安全。⑤與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)，以減輕駕駛員的疲勞和緊張程度，并起到引導視線的作用。2.5.2縱坡設計的要求設計必須滿足《標準》的各項規(guī)范⑴縱坡應具有一定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值，合理安排緩和坡段，不宜連續(xù)采用極限長度的陡坡夾最短長度的短坡。連續(xù)上坡或下坡路段，應避免反復設置反坡段。⑵沿線地形、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候和排水等綜合考慮。⑶應盡量做到添挖平衡，使挖方運作就近路段填方，以減少借方和廢方，降低造價和節(jié)省用地。⑷縱坡除應滿足最小縱坡要求外，還應滿足最小填土高度要求，保證路基穩(wěn)定。⑸對連接段縱坡，如大、中橋引道及隧道兩端接線等，縱坡應和緩、避免產(chǎn)生突變。⑹在實地調(diào)查基礎上，充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。2.5.3縱坡設計的步驟⑴準備工作：在厘米繪圖紙上，按比例標注里程樁號和標高，點繪地面線。里程樁包括：路線起點樁、終點樁、交點樁、公里樁、百米樁、整樁（50m加樁或20m加樁）、平曲線控制樁（如直緩或直圓、緩圓、曲中、圓緩、緩直或圓直、公切點等），橋涵或直線控制樁、斷鏈樁等。⑵標注控制點：如路線起、終點，越嶺埡口，重要橋涵，地質(zhì)不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪線的洪水位，隧道進出口，平面交叉和立體交叉點，鐵路道口，城鎮(zhèn)規(guī)劃控制標高以及受其他因素限制路線必須通過的標高控制點等。⑶試坡：在已標出“控制點”的縱斷面圖上，根據(jù)技術指標、選線意圖，結合地面起伏變化，以控制點為依據(jù)，穿插與取直，試定出若干直坡線。反復比較各種可能的方案，最后定出既符合技術標準，又滿足控制點要求，且土石方較省的設計線作為初定試坡線，將坡度線延長交出變坡點的初步位置。⑷調(diào)整：對照技術標準檢查設計的最大縱坡、最小縱坡、坡長限制等是否滿足規(guī)定，平、縱組合是否適當?shù)?，若有問題應進行調(diào)整。⑸核對：選擇有控制意義的重點橫斷面，如高填深挖，作橫斷面設計圖，檢查是否出現(xiàn)填挖過大、坡腳落空或過遠、擋土墻工程過大等情況，若有問題應調(diào)整。⑹定坡：經(jīng)調(diào)整核對無誤后，逐段把直坡線的坡度值、變坡點樁號和標高確定下來。坡度值要求取到0.1％，變坡點一般要調(diào)整到10m的整樁號上。⑺設置豎曲線：根據(jù)技術標準、平縱組合均衡等確定豎曲線半徑，計算豎曲線要素。⑻計算各樁號處的填挖值：根據(jù)該樁號處地面標高和設計標高確定。2.5.4豎曲線設計豎曲線是縱斷面上兩個坡段的轉折處，為了便于行車而設置的一段緩和曲線。設計時充分結合縱斷面設計原則和要求，并依據(jù)規(guī)范的規(guī)定合理的選擇了半徑?！稑藴省芬?guī)定：凸形豎曲線最小半徑和最小長度計算行車速度(km/h)停車視距ST(m)緩和沖擊Lmin=V2w/3.6視距要求Lmin=S2Tw/4《標準》規(guī)定值極限最小半徑Rmin一般最小半徑豎曲線最小長度60751000w1406w1400200050凹形豎曲線最小半徑和最小長度計算行車速度(km/h)停車視距ST(m)緩和沖擊Lmin=V2w/3.6夜間行車照明橋下視距《標準》規(guī)定值極限最小半徑Rmin一般最小半徑60751000w1036w209w100015002.5.4.1計算過程例如：變坡點1：⑴豎曲線要素計算：里程和樁號K0+220I1=1.746%，i2=-0.418%，取半徑R=6000w=i2﹣i1=-2.164%(凸形)曲線長L=Rw=6000×2.164%=129.84切線長T=L/2=129.84/2=64.931外距E=T2/2R=64.931m2/2×6000=⑵設計高程計算：豎曲線起點樁號=(K0+220)﹣64.93=K0+155.069豎曲線起點高程=113.6731+64.931×(1.746%)=114.807豎曲線終點樁號=(K0+220)+64.931=K0+284.931豎曲線起點高程=113.6731+64.931×（-0.418%）=113.402各曲線的基本參數(shù)見縱曲線表。2.5平縱組合設計1．相關指標和原則（含填土高度和臨界高度）（1）原則：①在視覺上應能自然地誘導視線，并保持視覺的連續(xù)性。②注意保持平、縱線形的技術指標大小應均衡。③選擇組合等到的合成坡度，以利于路面排水和行車安全。④注意與道路周圍環(huán)境的配合。（2）一般要求：①平曲線與豎曲線應相互重合，且平曲線應稍長于豎曲線。②平曲線與豎曲線大小應保持均衡。③注意明、暗彎與凹、凸豎曲線之間的配合：一般暗彎與凸形豎曲線及明彎與凹形豎曲線的組合是合理的。④避免平、豎曲線的不利組合。2.6橫斷面設計道路橫斷面，是指中線上各點的法向切面，它是由橫斷面設計線和地面線構成的。橫斷面設計線包括行車道、路肩、分隔帶、邊溝邊坡、截水溝等設施構成的。2.6.1橫斷面設計的原則⑴設計應根據(jù)公路等級、行車要求和當?shù)刈匀粭l件，并綜合考慮施工、養(yǎng)護和使用等方面的情況，進行精心設計，既要堅實穩(wěn)定，又要經(jīng)濟合理。⑵路基設計除選擇合適的路基橫斷面形式和邊坡坡度等外，還應設置完善的排水設施和必要的防護加固工程以及其他結構物，采用經(jīng)濟有效的病害防治措施。⑶還應結合路線和路面進行設計。選線時，應盡量繞避一些難以處理的地質(zhì)不良地段。對于地形陡峭、有高填深挖的邊坡，應與移改路線位置及設置防護工程等進行比較，以減少工程數(shù)量，保證路基穩(wěn)定。⑷沿河及受水浸水淹路段，應注意路基不被洪水淹沒或沖毀。⑸當路基設計標高受限制，路基處于潮濕、過濕狀態(tài)和水溫狀況不良時，就應采用水穩(wěn)性好的材料填筑路堤或進行換填并壓實，使路面具有一定防凍總厚度，設置隔離層及其他排水設施等。⑹路基設計還應兼顧當?shù)剞r(nóng)田基本建設及環(huán)境保護等的需要。2.6.1.1行車道寬度的確定此公路的等級是二級，則由《公路工程技術標準JTGB01—2003》確定此重丘區(qū)二級公路的路面寬7m，路基寬9.5m2.6.1.2平曲線加寬及其過渡汽車行駛在曲線上，由于各輪跡半徑不同，其中以后內(nèi)輪輪跡半徑最小，且偏向曲線內(nèi)側，故曲線內(nèi)側應增加路面寬度，以確保曲線上行車的順適與安全。⑴平曲線加寬值的確定：由《公路工程技術標準JTGB01—2003》規(guī)定，二級公路采用第3類加寬值。公路平曲線加寬加寬類型平曲線半徑(m)汽車軸距前懸(m)250~200<200~150<150~100<100~70<70~50<50~30<30~25<25~20<20~1535.2+8.80.81.01.52.02.5⑵緩和曲線加寬采用比例過渡，則加寬緩和段內(nèi)任意點的加寬值：Bx=LxB/LLx——任意點距緩和段起點的距離(m)L——加寬緩和段長(m)B——圓曲線上的全加寬(m)例如：樁號k0+396.304加寬的值見下表樁號加寬值樁號加寬值K0+326.3040K0+566.7781K0+396.3041K0+636.7780對于JD1和JD4的半徑大于不設超高的最小半徑了，即大于250m,由于加寬值很小,可以不加寬.2.6.1.3路拱的確定路拱是為了利于路面橫向排水，將路面做成由中央向兩側傾斜的拱形。根據(jù)《公路瀝青路面設計規(guī)范JTJ014—97》規(guī)定，水泥混凝土路面和瀝青混凝土路面的路拱橫坡度1~2%?？紤]到荊州處于亞熱帶溫潤季風氣候，2.6.2超高的確定及過渡方法2.6.2.1超高的確定超高是為了抵消車輛在曲線路段上行駛時所產(chǎn)生的離心力，而將路面做成外側高于內(nèi)側的單向橫坡的形式。超高橫坡度在圓曲線上應是與圓曲線半徑相適應的全超高，而在緩和曲線上則是逐漸變化的超高。因此，從直線上的雙向橫坡漸變到圓曲線上的單向橫坡的路段，稱作超高緩和段或超高過渡段。超高值的計算公式：ih+u=V2/127Ri—超高橫坡度u—橫向力系數(shù)V—行車速度(km/h)R—圓曲線半徑(m)根據(jù)規(guī)范規(guī)定，二級公路一般地區(qū)圓曲線部分最大超高值不大于8%。且考慮到超高橫坡度與路線縱坡組合而成的坡度，即合成坡度，規(guī)范規(guī)定二級公路重丘區(qū)的最大允許合成坡度不的大于10%。2.6.2.2超高的過渡此設計二級公路是無中間分隔帶的，在直線路段的橫斷面均以中線為脊向兩側傾斜的路拱。在曲線路段路面由雙向傾斜的路拱形式過渡到具有超高的單向傾斜的超高形式，外側須逐漸抬高，在抬高過程中，若超高橫坡度等于路拱坡度，則行車道外側繞中線旋轉，直至與內(nèi)側橫坡度相等為止。當超高坡度大于路拱坡度時，先將外側車道繞外邊緣旋轉，與此同時，內(nèi)側車道隨中線的降低而相應降低，待達到單向橫坡后，整個斷面仍繞外側車道邊緣旋轉，直至超高橫坡度。繞內(nèi)邊線旋轉超高值計算公式超高位置計算公式注X≦X0X≧X0圓曲線上外緣hcbJiJ＋(bJ＋B)ih1．計算結果均為與設計高之高差2．臨界斷面距緩和段起點：X=iGLc/ih3．X距離處的加寬值：bx=Xb/Lc中線hbJiJ＋Bih/2內(nèi)緣hbJiJ－(bJ＋b)ih過渡段上外緣hcxbJ(iJ－iG)＋[bJiG＋(bJ＋B)ih]X/Lc中線hbJiJ＋BiG/2bJiJ＋B/2·Xih/Lc內(nèi)緣hcxbJiJ－(bJ＋bx)iGbJiJ＋(bJ＋bx)Xih/LcBJ—路肩寬度iG—路拱坡度iJ—路肩坡度ih—超高橫坡度Lc—超高緩和段長度X0—與路拱同坡度的單向超高點至超高緩和段起點的距離X—超高緩和段中任一點至起點的距離hc—路肩外緣最大抬高值h—路中線最大抬高值h—路基內(nèi)緣最大降低值hcx—X距離處路基外緣抬高值hX距離處路中線抬高值hcx—X距離處路基內(nèi)緣降低值b—路基加寬值bx—X距離處路基內(nèi)緣降低值2.例如：樁號JD1B=7.5mb=0mR=500mbJ=1miG=2%iih=V2/127R－u=802/127×1200－0.01=3%外緣hc=bJiJ＋(bJ＋B)ih=0.75×3%＋(0.75＋7.5)×2%=0.1875m中線h=bJiJ＋Bih/2=0.75×3%＋7.5×3%÷2=0.135m內(nèi)緣h=bJiJ－(bJ＋b)ih=0.75×3%－(0.75＋0)×3%=0.0m具體的各點超高詳見路基超高加寬表。2.6.4路基設計的內(nèi)容路基設計的基本內(nèi)容，就是確定路基邊坡的形狀和坡度。路基邊坡的形狀在本次設計中采用了直線、折線和臺階形。在填方邊坡小于6時采用直線形，大于6小于20時采用折線形。當?shù)匦屋^陡，不容易放坡時，采用了重力式擋土墻。在挖方邊坡坡高較小時用直線形，當邊坡中混合了土、石時在分界處變坡，即采用折線形邊坡；坡高較高時則采用臺階形。填挖方坡度值的取用綜合了當?shù)氐牡匦魏头弦?guī)范的規(guī)定。具體如下：填方邊坡坡度邊坡高度(m)邊坡坡度全部上部下部全部上部下部1468—1：1.51：1.5挖方邊坡坡度邊坡高度(m)邊坡坡度上部下部上部下部-6m1：0.751：0.52.6.5橫斷面的繪制道路橫斷面的布置及幾何尺寸,應能滿足交通\環(huán)境\用地經(jīng)濟\城市面貌等要求,并應保證路基的穩(wěn)定性.此段路的路基土石方數(shù)量見附表路基土石方數(shù)量計算表。路基設計的主要計算值見附表路基設計表。3.1.1設計原則：路基應根據(jù)其使用要求和當?shù)刈匀粭l件（包括地質(zhì)、水文和材料情況等）并結合施工方案進行設計，即應有足夠的強度和穩(wěn)定性，又要經(jīng)濟合理。影響路基強度和穩(wěn)定性的地面水和地下水，必須采取攔截或排出路基以外的措施，并結合路面排水，做好綜合排水設計，形成完整的排水系統(tǒng)。修筑路基取土和棄土時，應符合環(huán)保要求，宜將取土坑、棄土堆加以處理，減少棄土侵占耕地，防止水土流失和淤塞河道。通過特殊地質(zhì)、水文條件地帶的路基，應做好調(diào)查研究，并結合當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，進行特別設計。3.1.2路基寬度路基寬度是根據(jù)路基各組成部分的寬度而定。本次設計嚴格依照《公路路線設計規(guī)范》(JTGD20-2006)規(guī)定的路基寬度，規(guī)范中路基寬度是根據(jù)不同車速條件下路面、路基個組成部分的功能要求和節(jié)約公路用地、節(jié)省工程造價的原則確定的。3.1.3本設計路基設計主要技術指標設計為兩車道二級公路，設計車速為60km/h。路基寬9.5m；車道寬度為3.5m；左右兩側硬路肩寬度為0.75m，土路肩寬度為0.5m；路基設計洪水頻率1/50。詳見“路基標準橫斷面圖”。3.2.1路面設計的原則⑴路面結構是直接為行車服務的結構，不僅受各類汽車荷載的作用，且直接暴露于自然環(huán)境中，經(jīng)受各種自然因素的作用。路面工程的工程造價占公路造價的很大部分，最大時可達50％以上。因此，做好路面設計是至關重要的。⑵路面設計內(nèi)容應包括路面類型與結構方案設計、路面建筑材料設計、路面結構設計和經(jīng)濟評價。3.2.1.1路面類型與結構方案設計路面類型選擇應在充分調(diào)查與勘察道路所在地區(qū)自然環(huán)境條件、使用要求、材料供應、施工和養(yǎng)護工藝等，并在路面類型選擇的基礎上考慮路基支承條件確定結構方案。由于路面工程量大，基墊層材料應盡可能采用當?shù)夭牧?，并注意使用各類廢棄物。必要時，應考慮采用新型路面結構形式、新材料、新施工工藝。同時，應注意路面的功能和結構承載力等是通過設計、施工、養(yǎng)護等共同保證的，可采用壽命周期費用分析技術合理確定路面類型和結構。3.2.1.2路面建筑材料設計路面建筑材料設計往往是路面設計中不受重視的一塊內(nèi)容，原因在于設計僅僅依據(jù)設計規(guī)范或當?shù)亟?jīng)驗確定路面結構層次，指定各層次材料的標準規(guī)范名稱。本次畢業(yè)設計運用了大學期間所學的工程技術與材料科學知識，合理考慮了道路所在地的自然環(huán)境、材料所在路面結構層次的功能等，論證合理地選擇了材料類型和建議配比。3.2.1.3路面結構設計路面結構設計就是對擬訂的路面結構方案和選定建筑材料，運用規(guī)范建議的設計理論和方法對結構進行力學驗算?，F(xiàn)階段公路路面使用的路面類型主要有瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面，學生應綜合考慮當?shù)氐沫h(huán)境、降水、材料、交通量等各方面因素后選定路面的類型，然后進行設計。3.2.2路面設計步驟本設計路面采用瀝青混凝土，瀝青路面結構設計有以下四步：①根據(jù)設計任務書的要求，進行交通量分析，確定路面等級和面層類型，計算設計年限內(nèi)一個車道的累計當量軸次和設計彎沉值。②按路基土類與干濕類型，將路基劃分為若干路段(在一般情況下路段長不宜小于500m，若為大規(guī)模機械化施工，不宜小于lkm)，確定各路段土基回彈模量③可參考規(guī)范推薦結構(見規(guī)范附錄A)，擬定幾種可能的路面結組合與厚度方案，根據(jù)選用的材料進行配合比試驗及測定各結構層材料的抗壓回彈模量、抗拉強度，確定各結構層材料設計參數(shù)。④根據(jù)設計彎沉值計算路面厚度。對高速公路、一級公路、二級公路瀝青混凝土面層和半剛性材料的基層、底基層，應驗算拉應力是否滿足容許拉應力的要求。如不滿足要求，或調(diào)整路面結構層厚度，或變更路面結構組合，或調(diào)整材料配合比、提高極限抗拉強度，再重新計算。設計時，應先擬定某一層作為設計層，擬定面層和其他各層的厚度。當采用半剛性基層、底基層結構時，可任選一層為設計層，當采用半剛性基層、粒料類材料為底基層時，應擬定面層、底基層厚度，以半剛性基層為設計層才能得到合理的結構；當采用柔性基層、底基層的瀝青路面時，宜擬定面層、底基層的厚度，求算基層厚度，當求得基層厚度太厚時，可考慮選用瀝青碎石或乳化瀝青碎石做上基層，以減薄路面總厚度，增加結構強度和穩(wěn)定性。3.2.3路面設計現(xiàn)行《公路瀝青路面設計規(guī)范》的設計標準主要以路面表面設計彎沉值作為設計控制指標、對高等級道路路面還要驗算瀝青混凝土面層和整體性材料基層的拉應力標準軸載及軸載換算路面設計以雙輪組單軸載100KN為標準軸載,以BZZ－100表示。標準軸載計算參數(shù)如表10－1所示。表10－1標準軸載計算參數(shù)標準軸載BZZ－100標準軸載BZZ－100標準軸載P(KN)100單輪傳壓面當量圓直徑d（cm）21.3輪胎接地壓強P(Mpa）0.7兩輪中心距（cm）1.5d當以設計彎沉值為設計指標及瀝青層層底拉應力驗算時，凡是軸載大于25KN的各級軸載（包括車輛的前、后軸）P1的作用次數(shù)n1，均應按下式換算成標準軸載P的當量作用次數(shù)N。（10－1）式中N——標準軸載的當量軸次n1——被換算車型的各級軸載作用次數(shù)（次/日）P——標準軸載P1——換算車型的各級軸載C1——軸數(shù)系數(shù)，C1=1+1.2(m－1),m是軸數(shù)。當軸間距大于3米時,按單獨的一個軸載計算；當軸間距小于3米時C2——輪組系數(shù),單輪組為6.4,雙輪組為1,四輪組為0.38.由已知交通量資料，可得路面設計所需的交通個參數(shù)，如下表:表10－2路面設計交通參數(shù)表⑴軸載換算當以設計彎沉值為指標以及驗算瀝青層層底拉應力時凡軸載大于25KN的各級軸數(shù)（包括車輛的前、后軸）的軸載換算系數(shù)N1=∑C1C2(Pi/P)⑵累計當量軸次Ne=[(1＋r)t－1]×365N1η/rNe—設計年限內(nèi)一個車道上的累計當量軸次（次）t—設計年限，12年N1—路面竣工后第一年的平均日當量軸次（次/d）r—設計年限內(nèi)交通量的平均年增長率5%η—車道系數(shù)，取0。65根據(jù)設計規(guī)范，二級公路瀝青路面的設計年限取12年，雙車道無分隔的車道系數(shù)是0.6-0.7，取中間值0.65，根據(jù)交通分析取使用期內(nèi)交通量的年平均增長率3%。當計算彎沉和瀝青混凝土層底拉應力時，軸載換算系數(shù)=C1C2(Pi/P)當計算半剛性基層層底拉應力時，軸載換算系數(shù)=CC(Pi/P)總換算系數(shù)=后軸換算系數(shù)＋前軸換算系數(shù)；累計當量軸次：Ne=[(1＋r)t－1]×365N1η/r=[(1＋0.03)12－1]×365×2096.3×0.65÷0.03 =7.058366×106(次)Ne=[(1＋r)t－1]×365Nη/r=[(1＋0.03)12－1]×365×1423.2×0.65÷0.03=4.791998×106(次)3.2.3.3各層材料計算參數(shù)的確定⑴瀝青路面結構設計主要須確定瀝青混合料在25℃和15℃時的抗壓模量和經(jīng)驗法是參照規(guī)范中的參數(shù)建議值，考慮工程所在地的氣候狀況(自然區(qū)劃和氣候分區(qū))和工程的具體情況適當選用。如，瀝青路面設計規(guī)范建議粗粒式瀝青混凝土，瀝青標號≤90的抗壓模量為1800～2200，設計時不能簡單地取中值，如果所用瀝青標號較低，如60、70，可考慮用較高的值，若為90，則應取低限；高速公路行車速度高，一般二級公路行車速度低，那么設計高速公路路面時可取上限值。設計諸如礦區(qū)道路時，因軸載較重車速低，則可取低限。（設計時可參考規(guī)范建議值采用）⑵基層材料類別與計算參數(shù)確定基層材料的類別。我國路面工程中最常用的當屬半剛性基層，主要材料類別按瀝青路面規(guī)范定義有水泥穩(wěn)定類(水泥土、水泥穩(wěn)定級配碎石(砂礫))、石灰粉煤灰碎石(砂礫)、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等綜合穩(wěn)定類。主要力學參數(shù)確定。設計中主要要確定的基層材料力學參數(shù)為設計瀝青路面時有抗壓模量和劈裂強度、設計水泥混凝土路面時只須確定抗壓模量。同樣，材料力學參數(shù)可通過配比試驗確定，也可參照規(guī)范建議值確定。半剛性基層材料的參數(shù)依據(jù)規(guī)范建議確定時應注意規(guī)定的齡期，材料配比，特別是結合料的含量；同時應考慮基層將來可能處于的潮濕狀態(tài)。⑶墊層材料類別與計算參數(shù)墊層材料類別。墊層材料主要有石灰穩(wěn)定類(石灰土、石灰穩(wěn)定集料等)、級配碎石、砂礫等。墊層材料的力學參數(shù)。設計中一般只須確定墊層材料的抗壓回彈模量，由于用于墊層材料的粒料很難進行試驗測定，一般參照規(guī)范建議值確定即可。⑷土基回彈摸量的確定一般規(guī)定。新建公路初步設計時，土基回彈模量值應根據(jù)查表法(或現(xiàn)有公路調(diào)查法)、室內(nèi)試驗法、換算法等，經(jīng)綜合分析、論證，確定沿線不同路基狀況的土基回彈模量設計值。土基回彈模量是路面設計的關鍵參數(shù)，也是隨機性大和比較難確定的參數(shù)。確定的方法有兩種，可稱為經(jīng)驗法(查表法)和現(xiàn)場測定法。經(jīng)驗法新建道路設計時，尚無法實測土基頂面的回彈模量，應對路基填土類型、地下水位、預測的路基潮濕狀態(tài)綜合分析，根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)或通過室內(nèi)試驗確定。根據(jù)土類和氣候區(qū)以及擬定的路基土的平均稠度，可參考《瀝青路面設計規(guī)范》附錄E表E2預測土基回彈模量值。當采用重型擊實標準時，土基回彈模量值可較表列數(shù)值提高15％～30％。現(xiàn)場實測法。在已建成的路基上，在不利季節(jié)按照現(xiàn)行《公路路基路面現(xiàn)場測試規(guī)程》規(guī)定，用大型承載板測定土基0～0．5mm(路基軟弱時測至lmm)的變形壓力曲線，然后根據(jù)公式計算出回彈模量值。3.2.3.4結構組合和材料選取由上面的計算得到設計年限內(nèi)一個車道的累計標準軸次約為700萬次左右。根據(jù)規(guī)范推薦結構，路面結構面層采用瀝青混泥土（取12cm），基層采用水泥穩(wěn)定集料（取12cm），底基層采用石灰土（厚度待定）。查規(guī)范中的第四節(jié)瀝青路面的4.2高級路面中的表4.2.1“瀝青混合料類型選擇（方孔篩）”，二級公路采用二層式瀝青面層，表面層采用細粒式密級配瀝青混泥土（厚度4cm），下面層采用粗粒式密級配混泥土（厚度8cm）。3.2.3.5各層材料的抗壓模量與劈裂強度查《瀝規(guī)》附錄D表D1、D2，得到各層材料的抗壓模量和辟裂強度。各值均取規(guī)范給定范圍的中值。結果列入表3即設計資料匯總表。3.2.3.6土基回彈模量的確定查全國公路區(qū)劃圖，所建路段在山西，屬Ⅲ1區(qū)，為粉質(zhì)土，稠度約為1.05，查規(guī)范附錄E表E2“二級自然區(qū)劃各土組土基回彈模量參考值（MPa）”。查得土基回彈模量為54MPa。3.2.3.7設計指標的確定對于二級公路，規(guī)范要求以設計彎沉值作為設計指標，并進行結構層底拉應力驗算。⑴設計彎沉值路面設計彎沉值根據(jù)公式Ld=600Ne-0.2AcAsAb計算。該公路為二級公路，公路等級系數(shù)取1.1，面層是瀝青混泥土，面層類型系數(shù)取1.0，半剛性基層、底基層總厚度大于20cm，基層類型系數(shù)取1.0。設計彎沉值為：Ld=600Ne-0.2AcAsAb=600×7058366-0.2×1.1×1.0×1.0=28.17（0.01mm）⑵各層材料的容許層底拉應力σR=σsp/ks細粒式密級配瀝青混泥土：ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.0×70583660.22/1.1=2.63σR=σsp/ks=1.4/2.63=0.5323MPa粗粒式密級配瀝青混泥土：ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.1×70583660.22/1.1=2.89σR=σsp/ks=0.8/2.89=0.308MPa水泥穩(wěn)定集料：ks=0.35Ne0.11/Ac=0.35×47919980.11/0.11=1.73σR=σsp/ks=0.5/1.73=0.289MPa石灰土：ks=0.45Ne0.11/Ac=0.45×47919980.11/0.11=2.22σR=σsp/ks=0.225/2.22=0.1014MPa3.2.3.8設計資料總結設計彎沉值為28.17（0.01cm），相關設計資料匯總如表3。表3設計資料匯總表材料名稱H（cm）20°C模量（MPa）15°C模量（MPa）容許拉應力（MPa）劈裂強度（MPa）細粒式瀝青混泥土4140020000.53231.4粗粒式瀝青混泥土8100014000.3080.8水泥穩(wěn)定集料20150015000.2890.5石灰土待定5505500.10140.225土基—5454——3.2.3.9確定石灰土層厚度⑴計算石灰土層厚度輪胎接地壓強P=0.7MPa當量圓半徑δ=10.65cmLs=Ld=28.17（0.01cm）彎沉綜合修正系數(shù)F=1.63（Ls/2000δ）0.38（Eo/P）0.36F=1.63×（28.17/2000×1.65）0.38（54/0.7）0.36=0.6279由Ld=Ls=1000×（2×Pδ/E1）αl×F，得αl=αk1k2=LdE1/（1000×2Pδ×F）彎沉等效換算法（采用三層體系）：h/δ=4/10.65=0.38E2/E1=1000/1400=0.71，查圖14-14，得α=7.58E0/E2=54/1000=0.054，查圖14-14，得k1=0.94將各值代入（1）式，得k2=0.60，查圖14-14，H/α=4.2所以，H=44.73cm中層厚度H=h2+∑hk（1500/1000）1/2.4+h4（550/1000）1/2.4解得h5=19.5cm即石灰土厚19.5cm。取20cm。⑵驗算層底拉應力采用結構中層彎拉應力的換算方法：此時即為計算路基之上的n-1層的彎拉應力，就是中層為H=hn-1（見下圖），而上層則為n-2層以上各層換算為模量En-2的換算厚度，換算公式為h=∑hk（Ek/En-2）1/4對于瀝青混泥土應采用15°C時土基的回彈模量表面層：上層厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=h1=4cm，E1中層：H，E2==2000MPah/δ=4/10.65=0.38E2/E1=1400/1200=0.70，查圖14-18，得?。?，所以σ=pām1m底面層：上層厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=4×（2000/1400）1/4+8=12。37cm,E1=1400MPa中層：H，E2=1500MPah/δ=0.97，E2/E1=1500/1400=1.07，查圖14-18，得?。?，所以σ=pām1m水泥穩(wěn)定集料：上層厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=4×（2000/1400）1/4+8×（2000/1400）1/4+20=30.37cmE1=1500MPa中層：H，E2==550MPah/δ=2.84，E2/E1=550/1500=0.37，查圖14-18，得ā=0.18，m1=1.16，m2=1.13所以σ=pām1m可見，滿足要求。石灰土層：上層厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=4×（2000/1400）1/4+8×（2000/1400）1/4+20=30.37cmE1=1500MPa中層：H=h4=20cm，E2==550MPah/δ=2.84，E2/E1=550/1500=0.37，E0/E2=54/550=0.10，H/δ=19.19/10.65=1.88查圖14-18，得ā=0.313，m1=1.08，m2=0.6所以σ=pām1m可見，滿足要求。根據(jù)以上計算，瀝青面層的層底均受壓應力，水泥穩(wěn)定集料層底的最大拉應力為0.157MPa，石灰土層底最大拉應力為0.0974MPa。該區(qū)屬于干燥狀態(tài)，不需進行防凍厚度驗算。上述計算結果滿足設計要求。3.2.3.10比選方案比選方案也采用瀝青混泥土路面，瀝青面層也選擇12cm，分為三層?；鶎硬捎盟喾€(wěn)定碎石（20cm）、底層采用石灰石?；驹O計如下表：材料名稱H（cm）20°C模量（MPa）15°C模量（Mpa）容許拉應力（MPa）劈裂強度（MPa）細粒式瀝青混泥土3140020000.53231.4中粒式瀝青混泥土4120018000.42321.0粗粒式瀝青混泥土5100014000.3080.8水泥穩(wěn)定集料20150015000.2890.5石灰土235505500.10140.225土基—5454——彎拉應力驗算按照第一方案的方法測算各層底部彎拉應力，均滿足要求?？紤]到面層施工的方便，最終確定第一方案為推薦方案。4排水設計3.1.4路基排水設計3.1.4.1路基排水設計的原則路基排水的原則主要有功能性原則；滿足設計標準和目標的原則；協(xié)調(diào)性原則；環(huán)境保護原則和維修方便等原則．具體的如下幾個條件：①路基排水設計，首先應進行總體規(guī)劃和綜合設計，將針對某一水源和滿足某個要求而設置的各項排水設施組成統(tǒng)一完整的綜合排水系統(tǒng)。②路基排水系統(tǒng)的布置，應與道路的平縱面和橫斷面相聯(lián)系，并結合沿線的的地形、地質(zhì)等條件，因勢利導、因地制宜布置適當?shù)呐潘O施，完善對進出口的處理，使各項設施銜接配合，形成排水網(wǎng)絡，把有害水及時排除掉。③排水系統(tǒng)的規(guī)劃要與地表、地下排水相互協(xié)調(diào)，路基、路面排水綜合考慮，排水溝渠與沿線的天然水系及橋涵等泄水結構物密切配合。④道路排水還應與當?shù)氐霓r(nóng)田水利等建設規(guī)劃結合起來考慮。⑤地表排水設計與坡面防護工程要協(xié)調(diào)配合⑥路表面水常含有有害物質(zhì)，不得直接排入飲用水水源，也不宜直接排入養(yǎng)殖池、農(nóng)田等，必要時應進行凈化處理。3.1.4.2排水設計的具體步驟⑴在路線平面圖上繪出必要的路塹坡頂線和路堤坡腳線，標明路側棄土堆和取土坑的位置等。⑵在路基的上側山坡上可設置截水溝等攔截地表徑流。為提高截流效果，截水溝宜大體沿等高線布置，與地面水流方向接近垂直。路塹上側有棄土堆時，棄土堆應連續(xù)而不中斷，并在其上方設置截水溝。下坡一側的棄土堆，應每隔50-100m設不小于1m寬的缺口，以利排水。⑶路基兩側按需要設置邊溝或利用取土坑，必要時采用路肩排水系統(tǒng)和中央分隔帶排水系統(tǒng)，匯集并排除道路表面的水。⑷根據(jù)沿線地下水的情況，設置必要的地下排水設施。⑸將攔截或匯集的水流，用排水溝管引排到指定的低地、河溝或橋涵等處。排水溝應力求短捷、遠離路基，與其他水溝的聯(lián)接應順暢。⑹選定橋涵的位置，使這些溝管同橋涵連成一個完整的排水系統(tǒng)。對穿過路基的河溝，二般均應設橋涵，不要輕易改溝并涵?？紤]到路基排水或農(nóng)田排灌的需要，也可增設涵洞。3.3路面排水設計3.3.1路面排水設施由路肩排水和中央分隔帶排水設施組成。設計時，按暴雨強度采用當?shù)厝我膺B續(xù)30min的最大徑流厚度(mm)；設計重現(xiàn)期二級公路1～2年。3.3.2路肩排水設施主要由攔水帶、急流槽和路肩排水溝組成。路肩排水設施的縱坡與路面的縱坡一致。當路面縱坡小于0.3％時，可采用橫向分散排水方式將路面水排出路基，但路基填方邊坡應進行保護。路堤邊坡較高，采用橫向分散排水不經(jīng)濟時，應采用縱向集中排水方式，在硬路肩邊緣設置攔水帶，并通過急流槽將水排出路基。當硬路肩匯水量較大時，可在土路肩上設置路肩排水溝。路肩排水溝可采用“U”形水泥混凝土預制構件砌筑，溝底縱坡同路肩縱坡，并不小于0.3％。其他等級公路，當路堤較高時，為避免填方邊坡被路面水沖刷，可在路肩上設置攔水帶，通過路堤邊坡上的急流槽將水排出。3.3.3中央分隔帶排水設施由縱向排水溝(明溝、暗溝)、滲溝、雨水井、集水井、橫向排水中央分隔帶排水，同它的布置形式、路線線形等有關。凹形中央分隔帶，可采用淺平式縱向排水溝，經(jīng)集水井和地下橫向排水管，排去表面水。凸形中央分隔帶，可用預制混凝土小塊封面，而將降水排到兩側路面上。在彎道超高地段，上半幅路面水會匯集于凸形中央分隔帶旁的路緣帶，對于干旱少雨(雪)地區(qū)，可在分隔帶上設開口明槽，使水流經(jīng)下半幅路面排出；而一般地區(qū)，則設路攔式排水溝或雨水口(井)，通過地下管道排出。多雨地區(qū)的中央分隔帶，表面不作封閉時，降水會下滲，可在路床頂部設置縱向排水滲溝，并由橫向排水管引出路基。中央分隔帶排水溝(管)的斷面尺寸及分段長度通過流量計算確定，一般采用孔徑20～40cra，溝(管)底縱坡可與路面縱坡相同，最小縱坡不宜小于0．3％。扁平式排水溝橫斷面可采用蝶形、三角形、U形或矩形，路攔式排水溝多用圓形或側溝形。3.3.4路面內(nèi)部排水為了保持路面基層和路基的干燥狀態(tài)，可設置良好的路面內(nèi)部排水系統(tǒng)。其中，透水性基層可用多孔水泥穩(wěn)定碎石、瀝青穩(wěn)定碎石、貧水泥混凝土等。為排除通過路面縫隙，或者由路基或路肩滲入并滯留在路面結構內(nèi)的自由水，可設置路面邊緣滲溝或排水基(墊)層。3.4排水系統(tǒng)分析本地區(qū)雨季始于6月中旬，終于9月下旬，7、8月份雨量集中，常有大雨或暴雨發(fā)生，雨量之和占年平均的50%。由于沿線黃土分布廣泛，區(qū)內(nèi)對沿線路線影響較大的災害性天氣為暴雨，因此，碎落臺主要是用以迎接碎落的土石、碎塊等，以保護邊溝不阻塞。當挖方高度小于6時，碎落臺寬取1m；大于6時，則取2m。護坡道是設置在填方坡腳處，用以加寬邊坡距離，減小邊坡平均坡度。寬度取1～2m。涵洞計算4．2．1涵洞的設計原則洞設計應遵循適用、經(jīng)濟、安全和適當美觀的原則，并使涵洞與公路等級、任務、使用性質(zhì)和規(guī)范的需要相適應。因地制宜，就地取材和便于施工養(yǎng)護。農(nóng)田水利密切配合。4.2．2涵洞型式選擇（1）新建涵洞以采用無壓力式涵洞為主。為了提高宣泄設計流量，在不造成淹沒上游農(nóng)田、村莊的前提下，允許涵前較大壅水高度時，可采用壓力式或半壓力式涵洞。（2）按匯水面積的設計流量確定孔徑，孔徑在1.00米以內(nèi)的采用石蓋板涵，1.00米以上的采用石拱涵。涵洞基礎對涵洞質(zhì)量影響很大。磚管、拱涵都要求有較堅實的地基基礎，其他類型的涵洞也要求基礎不能有過大沉陷，而且沉陷必須均勻。涵洞位置應盡量避免在地基松軟、堅硬不均勻或地質(zhì)條件不良地段設置。當?shù)鼗^分松軟無法避讓時，應采取對地基的加固或對基礎的加強處理措施，也可以采用鋼筋混凝土箱涵，選擇時應對各種可行的處理方案進行技術和經(jīng)濟比較后確定。A．從經(jīng)濟角度，因地區(qū)不同，造價往往差異很大。在盛產(chǎn)石料的山區(qū)，一般選用石涵比較經(jīng)濟；在缺乏石料的地區(qū)，當設計流量較小時，選用鋼筋混凝土蓋板涵或拱涵比較經(jīng)濟。宣泄同樣設計流量的圓管涵，單孔比多孔經(jīng)濟。B．涵洞設計要方便施工。一段線路上不宜采用過多的涵洞類型，應盡可能定型化，便于集中預制，以節(jié)省模板和保證質(zhì)量。根據(jù)沿線實地調(diào)查，在充分考慮農(nóng)田灌溉要求的基礎上，合理選擇涵洞位置、型式和孔徑。涵洞設計以維持原有排、灌系統(tǒng)為原則。由于南寧地區(qū)降雨量大，要求涵洞過水面積較大，因此采用較大跨徑的涵洞。同時考慮施工，整條路線盡可能采用統(tǒng)一型式，便于集中預制，因此采用較大跨徑的涵洞。于是涵洞設計的結構型式主要采用了鋼筋混凝土圓管涵和蓋板涵，跨徑一般為2—4m?？紤]農(nóng)民耕種要求，合理設置了農(nóng)機通道。設置的通道兼有排水功能。4.2．3涵洞進出口的防護和加固（1）進水溝床加固處理為使進水洞口和天然河溝連接，防止水流沖涮洞口，致使洞口破壞必須對進水洞口進行處理。因為進水洞口的地勢坡度很緩，幾乎為平坡，因此采取的加固方式為僅對進口采用干砌片石進行加固，鋪砌長度為一米，具體見涵洞布置圖。(2)出口溝床的加固防護小橋涵對天然河床都有較大的壓縮致使通過小橋涵下流速特別是下游的流速增大。流速增大導致橋涵下游產(chǎn)生局部沖涮。所以必須對橋涵的下游出口采取加固處理?，F(xiàn)根據(jù)具體的情況采用鋪砌加固型式涵洞的布設本路段小橋涵設置時主要考慮了：上游洞口應考慮流向，下游洞口以不危及農(nóng)田村鎮(zhèn)為原則，同時考慮到圓管涵利于施工，又經(jīng)濟簡便，所以大部分形式均采用無壓力式圓管涵形式（除K2+190處，設置蓋板涵）。本設計所取標準跨徑為1.0本設計中涵洞的位置以及孔徑見表8－3所示：表8-3涵洞一覽表序號涵洞位置結構類型交角（°）孔數(shù)及孔徑洞口型式1K0+980鋼筋混凝土圓管涵742×Φ1.5一字2K1+680鋼筋混凝土圓管涵901-Φ1.25一字3K2+190鋼筋混凝土蓋板涵691×1.0一字4K2+256鋼筋混凝土圓管涵541-Φ1.5一字5K2+740鋼筋混凝土圓管涵1161-Φ1.0一字6K3+200鋼筋混凝土圓管涵902×Φ1.5一字涵洞具體計算：圓管涵的標準跨徑通常取50、75、100、125、150（cm）。下面以排水總體規(guī)劃圖中K1+680處的涵洞計算為例，參考資料為《公路排水設計手冊》（人民交通出版社姚祖康編著），以下系數(shù)及表均由此書中摘取。采用的方法為徑流形成法，此法是以暴雨資料為主推算小流域洪水流量的一種方法，是公路部門目前普遍使用的一種計算方法，該公式只適用于匯水面積F≤30km2我國公路系統(tǒng)最常采用的是公路科學研究所提出的簡化公式，其中未考慮洪峰削減的公式為：（8-1）式中QP——規(guī)定頻率為P時的雨洪設計流量（m3/s）F——匯水面積（km2），根據(jù)詳細設計平面圖計算得：F=0.204kmh——暴雨徑流厚度（mm）由表3.2－5查得本地區(qū)為暴雨分區(qū)的第十六區(qū)（松花江平原）由表3.2－7查得匯水區(qū)土的吸水類屬第II類（沿線多粘土）取匯流時間為t＝30min根據(jù)公路類型，本地區(qū)設計洪水頻率為1/50根據(jù)以上四個因素值查表3.2－6得h＝32Z——被植物或坑挖滯流的徑流厚度根據(jù)地面特征查表3.2－8得Z＝10mm（灌木叢，山地水稻田，結合治理，坡面已初步控制）φ——地貌系數(shù)，根據(jù)地型、匯水面積F、主河溝平均坡度Iz決定按主河溝平均坡度Iz（‰）＝10～20匯水面積F（km2）F＜10km2根據(jù)表3.2－9查得φ=0.09β——洪峰傳播的流量折減系數(shù)，由匯水面積重心至橋涵的距離（L0＝0.3Km<1Km）及匯水區(qū)的類型（丘陵匯水區(qū)）綜合查表3.2－10得，本設計取β=1；γ——匯水區(qū)降雨不均勻的折減系數(shù)，由于匯水區(qū)得長度寬度均小于5Km，故不予考慮，取γ=1；δ——考慮湖泊或小水庫調(diào)節(jié)作用對洪峰流量影響的折減系數(shù)，本地區(qū)沒有水庫，所以取1；將各值帶入公式計算得m3/s確定涵洞孔徑d初選臨界水深hk時的充滿度為。查表的，k=0.382。則管徑為：取管徑d=1.25m。臨界水深以d=1.25m代入計算時，可得查表得到相應的。故臨界水深m。臨界流速和臨界坡度的確定查表可得，當時，，，。則：臨界流速vk：m/s臨界坡度為：5.84‰采用臨界坡度時，涵內(nèi)正常水深h0和流速v0均與臨界水深hk和臨界流速vk相同。涵洞底坡等于臨界坡度，涵前水深小于允許水深，涵洞進水口處得凈空高度大于要求得最小凈空高度，涵洞出口處水深（涵內(nèi)水深）大于下游正常水深，涵洞水流狀態(tài)為無壓自由流。最大縱坡的確定假設涵洞內(nèi)正常流速采用允許流速（），則涵洞縱坡可增大。由流量公式，涵內(nèi)過水斷面面積為。則，查表的充滿度。由此，正常水深m。查表知斷面的流速特征相對值,其中,由此，。則‰。可見涵洞縱坡I可在ik=5.84‰～42.8‰