石河子新建二级公路工程 毕业设计计算书.doc

i 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论1 1.1 沿线工程地质概况 1 1.2 主要设计内容 1 1.3 设计指标及技术标准 2 第二章第二章 路线设计路线设计4 2.1 概述 4 2.2 一般原则与设计原理 4 2.3 选线步骤 5 2.4 平面线性设计 5 2.5 平曲线计算 8 第三章第三章 纵断面设计纵断面设计11 3.1 概述 11 3.2 原则及方法 11 3.3 纵断面设计计算 14 3.4 纵断面设计成果 16 第四章第四章 横断面设计横断面设计18 4.1 概述 18 4.2 设计原则 18 4.3 设计步骤 19 4.4 设计综述 19 4.5 土石方的计算及处理 22 第五章第五章 路基设计与防护路基设计与防护27 5.1 概述 27 5.2 路基设计 27 5.3 路基排水设计 31 第六章第六章 挡土墙设计挡土墙设计32 6.1 挡土墙设计原则 32 6.2 挡土墙的横向布置33 6.2.1 平面布置 .33 6.3 排水设施 33 6.4 沉降逢与伸缩缝 34 6.5 挡土墙施工方法 34 6.6 挡土墙设计验算 34 第七章第七章 路面设计路面设计45 7.1 概述 45 7.2 路面结构设计原则 45 ii 7.3 结构层组合设计原则 45 7.4 路面设计步骤 46 7.5 沥青路面结构设计 46 7.6 水泥混凝土路面设计 54 第八章第八章 桥涵设计桥涵设计63 8.1 设计资料 63 8.2 设计要点 63 8.3 空心板截面几何特性计算 64 8.6 预应力钢筋数量估算及布置75 8.5 换算截面几何特性计算 77 8.6 承载能力极限状态计算78 8.7 正常使用极限状态计算 82 8.8 主梁变形验算88 8.9 持久状况应力验算 91 8.10 短暂状况应力验算 97 8.11 桩长计算102 附录附录104 参考文献： 104 1 第一章 绪论 1.1 沿线工程地质概况沿线工程地质概况 1.1.1 工程概况工程概况 工程设计地点为石河子，工程名称为石河子新建二级公路工程，路线全长 1408.834m。设计等级为二级公路，路基宽度为 12m，设计车速为 80km/h。 1.1.2 沿线地质情况沿线地质情况 拟建公路位于盆地，公路沿线地形总体比较平缓，属于平原微丘区， 地势由东南向西北倾斜，自然地面坡度约为 38。本段地处公路自然区 划的2 区，海拔高度在 500m700m 之间。残积坡积低山丘陵区岩性 以泥岩、粉砂岩、砾岩、凝灰岩、碎屑岩、煤层为主；剥蚀堆积平原区 岩性以泥质砂岩、细砂岩、红色砾岩、中、细砂、低液限粉土为主。风积 沙漠区岩性以细砂、中砂、低液限粉土为主。 1.1.3 沿线气候情况沿线气候情况 本项目沿线基本为戈壁荒漠，无大型沟河，降水稀少，无地表水流入。 路线全线有多处冲沟，沿线沟壑多呈漫流状，流程较短，水量不大，地表 水冲刷痕迹明显。主要的河沟有 2 条。沿线地下水的唯一来源是大气降水 补给，地势较低段落受地形条件影响形成洼地。项目区域地处荒漠、隔壁 地带，日照充足，蒸发强烈，夏季炎热，冬季寒冷，空气干燥，昼夜温差 较大，属于典型的大陆性干旱气候。区域内年平均气温 3.06.5，一月 平均气温-11.7-18.4，七月份平均气温 23.526.0，极端最低气温- 42.6，极端最高气温 43.0。 1.2 主要设计内容主要设计内容 本设计共分九个阶段： 1）收集熟悉资料，撰写开题报告 第 1 周 2）方案设计、平面设计 第 2、3 周 3）纵断面设计、编写平纵面的说明书 第 4 周 2 4）横断面设计 第 5、6 周 5）路基路面及挡墙设计 第 7 周 6）桥梁结构设计 第 8、9、10 周 7）编写设计说明书余下部分，并整理图纸 第 11、12 周 8）指导老师审查，修改、整理图纸 第 11、12 周 9）评阅人审阅、准备毕业答辩 第 11、12 周 1.3 设计指标及技术标准设计指标及技术标准 （1）设计等级：二级公路； （2）设计速度：80km/h； （3）设计标准轴载：bzz100； （4）桥涵设计荷载：公路级； （5）设计洪水频率：涵洞为 1/50； （6）沥青混凝土路面，设计年限为 12 年。水泥混凝土路面，设计年限为 20 年。 （7）道路的使用性质和交通量：主要供车辆交通使用，交通量年平均增长 率为 4.45%。具体交通量见表 1-1，主要设计指标见表 1-2。 表 11 初始年交通量 序号车型名称 交通 量 序号车型名称交通量 1小客车13506东风 eq140425 2交通 sh1414007黄河 jn-150425 3四平 spk6150 2658 特大车日野 kb222 300 4北京 bj1308509 拖挂车 五 十铃 29 5解放 a50305 表 12 主要设计标准 3 规范标准二级公路 设计速度（km/h）80 一般值12 路基宽度（m） 最小值8.5 车道宽度（m）375 一般值1.5 右侧硬路肩 最小值0.5 一般值1.5 路肩宽度（m） 土路肩 最小值0.5 一般值400 圆曲线最小半径（m） 极限值250 最大纵坡(%)5% 最小坡长（m）150 3 %1200 4 %1000 5 %800 最大坡长（m） 6 %600 一般值2000 凸形 极限值1000 一般值4500 竖曲线最小半径（m） 凹形 极限值1000 竖曲线最小长度（m）85 停车视距（m）75 回车视距（m）150 超车视距（m）350 4 第二章 路线设计 2.1 概述概述 路线方案是路线设计最根本的问题。路线方案是否合理，不仅关系到道路 本身的工程投资和运营效益，还关系到道路的使用功能和国家的路网规划、国 家的政策和国防要求等。因此，路线基本走向的选择应综合考虑公路的等级、 在路网中的作用、水文、气象、地质、地形等自然条件，结合铁路、航空、水 运、管道的布局和城镇、工矿企业、资源状况等，从所有可能的方案中，通过 调查、分析、比选，确定一条最优路线方案。 公路选线和定线，是根据公路的性质、等级、任务和标准，在路线起终点 间综合地形，地质,地物及其它沿线条件，综合平、纵、横三方面因素在实地或 纸上选定公路中线位置，然后进行测量和有关设计工作。路线的选定与公路线 形设计有密切的关系,线形设计是对公路路线平、纵、横设计的基础，平、纵、 横设计也是对其深一步细化和调整的依据，故选线定线应与几何设计相结合。 2.2 一般原则与设计原理一般原则与设计原理 2.2.1 选线定线原则选线定线原则 选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各种因素的关系，其基本原则如下： （1）在路线设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案做深入、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）路线设计应在保证行车安全、舒适、快捷的前提下，做到工程量小、 造价低、运营费用省、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，也不应片面追求高指； 。 （3）选线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等； （4）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）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 5 工程的影响； （6）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 污染等问题。 2.2.2 平面线性设计原理平面线性设计原理 公路平面线性由直线、圆曲线和缓和曲线组成。直线应根据路线所处的地 形、地物、地貌并综合考虑驾驶者的视觉、心理状态等合理布设。但是直线的 最大长度应有所限制，应结合具体情况采取相应的技术措施。不论转角大小均 应设置圆曲线，但不得已而设置小于 7 度的转角时则必须设置足够长的曲线， 当圆曲线半径小于不设超高最小半径时，应设超高，并且用超高缓和段连接。 缓和曲线长度还应大于超高过渡段的长度。超高的横坡度按公路等级、行车速 度，路面类型，自然条件和车辆组成等情况确定。 2.3 选线步骤选线步骤 一条道路路线的选定是经过由浅入深、由轮廓到局部、由总体到具体、由 面到带进而到线的过程来实现的，一般要经过以下三个步骤： （1）首先确定起终点的位置,根据地形图上的地形地貌及相关的设计数据 确定两点间路线的基本走向； （2）按地形、地质、水文等自然条件选定一些细部点，如沿线房屋、农田 等地点要重点控制,然后连接控制点，初步完成路线布局； （3）本设计本着方便城镇出入,少占田地,尽量避免穿越池塘,尽可能利用老 路,路线短,填挖少且平衡的原则，在满足技术标准的前提下,进行平纵横综合设 计,以定出道路的中线。 2.4 平面线性设计平面线性设计 2.4.1 一般原则一般原则 （1）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； （2）各级公路不论转角大小均应敷设曲线，并尽量地选用较大的圆曲线半 径； （3）两同向曲线间应设有足够长度的直线，不得以短直线相连； （4）两反向曲线间夹有直线段时，以设置不小于最小直线长度的直线段为 宜； 6 （5）曲线线形应特别注意技术指标的均衡性与连续性； （6）应避免连续急转弯的线形。 2.4.2 直线长度的限制直线长度的限制 （1）直线的最大长度 我国地域辽阔，各地区的地形条件差异非常大，很难统一规定直线的最大 长度。我国在道路辽阔设计中参考使用外国的经验值，根据德国和日本的规定： 直线的最大长度(单位 m)为 20 ( -设计速度，80km/h)即为 1600m。虽然地v v 域不同，环境不同，但一般情况下应尽量地避免追求过长地直线指针。 （2）直线的最小长度 为了保证行车安全，相邻两曲线之间应具有一定地直线长度。这个直线长 度是指前一曲线的终点(缓直 hz 或圆直 yz)到后一曲线起点(直缓 zh 或直圆 zy)之间的长度。 对于同向曲线间的最小直线长度：公路路线设计规范(jtg d20-2006) (以下简称规范)规定同向曲线间地最短直线长度(单位为 m)以不小于 6 (单v 位 km/h)即为 480m 为宜。 对于反向曲线间的最小直线长度：规范规定反向曲线间最小直线长 度(单位为 m)以不小于 2 (单位为 km/h)即 160m 为宜。v 2.4.3 平曲线要素值的确定平曲线要素值的确定 平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。当然三个 也可以组合成不同的线形。在做这次设计中主要用到的组合有以下几种： （1）基本形曲线几何元素： 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。缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直 线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续 变化的曲线。 公路工程技术标准(jtg b01-2003)规定，除四级路可以不设缓 和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车辆遵循； 旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线 相协调、配合，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成 1：1：11:2:1。这一点非常的重要。 （2）有缓和曲线的圆曲线要素计算公式 1）在简单的圆曲线和直线连接的两端，分别插入一段回旋曲线，即构成 带有缓和曲线的平曲线。其要素计算公式如下： 7 图 2-1 按回旋曲线敷设缓和曲线 3 42 238424r l r l p ss （2.1） 2 3 2402r ll q ss （2.2） r ls 6479.28 0 （2.3） qtgprt 2 )( （2.4） s lrl2 180 )2( 0 （2.5） rpre 2 sec)( （2.6） ltj 2 （2.7） sy lll2 （2.8） 式中： 总切线长，（）；tm 总曲线长，（）；lm 外距，（）；em 校正数，（）；jm 主曲线半径,（）；rm 8 路线转角，（）； 缓和曲线终点处的缓和曲线角，（）； 0 缓和曲线切线增值，（）；qm 设缓和曲线后，主圆曲线的内移值，（）；pm 缓和曲线长度，（）； s lm 圆曲线长度，（）。 y lm 2）主点桩号计算 （2-zhjdt 9） （2- s hyzhl 10） （2-y yhhyl 11） s hzyhl （2.12） /2qzhzl （2.13） /2jdqzj （2.14） 2.5 平曲线计算平曲线计算 jd1计算： 已知：圆曲线半径 r=400m，两端缓和曲线等长均为 ls=87m，交点桩号 jd1=k0+490.646，转角 =16220.1。 1）平曲线要素计算： 2424 33 8787 0.788 24238424 4002384 400 ss ll pm rr 33 22 8787 43.500 22402240 400 ss ll qm r 0 87 28.647928.64796.231 400 s l r 16 2 20.1 ()(4000.788)43.50099.949 22 trp tgqtgm 9 0 (2)2(16 2 20.12 6.231 )4002 87198.973 180180 s lrlm 16 2 20.1 ()sec0.788 sec4004.746 22 erprm （400） 22 99.9489 198.9730.925jtlm 2198.9732 8724.973 ys lllm 2）计算曲线 5 个主点里程桩号： 1 0490.64699.9490390.697zhjdtkk 0390.697870477.697 s hyzhlkk y 0477.69724.9730502.670yhhylkk h 0502.670870589.670hzyhlkk 198.973 0589.6700490.183 2 2 l qzhzkk (校核无误) 1 0.925 0490.1830480.646 2 2 j qzkkjd jd 计算： 2 已知：圆曲线半径 r=400m，两端缓和曲线等长均为 ls=87m，交点桩号 jd1=k0+934.738，转角 =253217.4。 1）平曲线要素计算： 2424 33 8787 0.788 24238424 4002384 400 ss ll pm rr 33 22 8787 43.500 22402240 400 ss ll qm r 0 87 28.647928.64796.231 400 s l r 25 32 17.4 ()(4000.788)43.500134.312 22 trp tgqtgm 0 (2)2(25 32 17.42 6.231 )4002 87265.2900 180180 s lrlm 25 32 17.4 ()sec0.788 sec40010.9510 22 erprm （400） 10 22 134.312265.29003.334jtlm 2265.2902 8791.29 ys lllm 2）计算曲线 5 个主点里程桩号： 1 0919.455134.3120785.143zhjdtkk 0785.143870872.143 s hyzhlkk y 0872.14391.290963.433yhhylkk h 0963.433871 050.433hzyhlkk 265.290 1 050.4330917.788 2 2 l qzhzkk (校核无误) 1 3.334 0917.7880919.455 2 2 j qzkkjd 计算结果见表 2-1。 表 2-1 平曲线要素表 曲 线 要 素 表 （m） 交 点 转 角 半 径切 线 长 缓和 曲线长 曲 线 总 长 外 距 t1(m)l1(m) 交 点 号 交 点 桩 号 ( ) r（m ）t2(m)l2(m) lh(m)e(m) jd0k0+000.000 000 jd1k0+490.646 160220(z) 40099.94987198.97284.7462 jd2k0+919.455 253217.4( y) 400134.31287265.290010.9510 11 第三章 纵断面设计 3.1 概述概述 沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以 及经济性的要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。 纵断面设计根据地形、 地质、水文、地物，综合考虑平面、横断面而设。 纵断面是道路纵断面设计的主要成果，也是道路设计的重要技术之一。在 纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中在线各桩点的高程而 点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况；另一条是设 计线，它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规 则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。纵断面设计线是由直线和 竖曲线组成的。直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济以及行 车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，是以通行的汽车类型及行 驶性能来决定的。 在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同， 竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。 3.2 原则及方法原则及方法 3.2.1 二级公路纵断面设计的总原则二级公路纵断面设计的总原则 纵断面的设计标准规定如下： （1）二级公路的最大坡度为 5%，长路堑以及横向排水不畅的路段采用不 小于 0.3%的纵坡，当采用平坡（0%）或小于 0.5%的纵坡时路基边沟应作纵向 排水设计。 （2）二级公路最小坡长为 150m。 （3）坡长限制： 纵坡坡度3%，最大坡长不大于 1200m； 纵坡坡度4%，最大坡长不大于 1000m； 纵坡坡度5%，最大坡长不大于 800m； 纵坡坡度6%，最大坡长不大于 600m； （4）满足视觉需要的竖曲线半径：凸形竖曲线为 4000、8000m，凹形竖曲 线为 6000m； 12 （5）竖曲线半径一般最小值 2000，凹形竖曲线半径一般最小值 1500m； （6）竖曲线最小长度为 85m； （7）最大合成坡度 9.0%，最小合成坡度为 0.5%，平均纵坡不宜大于 5.5%。 合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其 方向即为流水线方向。合成坡度的计算公式为： （3-1） 22 iii h 式中：i合成坡度，； 超高横坡或路拱横坡，； h i 路线设计纵坡坡度，。 i 各级公路最小合成纵坡不宜小于 0.5。当合成纵坡小于 0.5时，应采用 综合排水措施，以保证路面排水畅通。 纵断面的设计原则规定如下： （1）纵面线形与地形相结合,视觉成视觉连续,平顺而圆滑的线形，避免在 短距离内出现频繁起伏； （2）应避免出现能看见近处很远处而看不见凹处的线形； （3）在积雪或冰冻地区，应避免采用陡坡； （4）微丘地形的纵坡应均匀平缓，丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而 起伏过大； （5）计算行车速度60km/h 公路必须注重平纵合理组合，不仅应满足汽 车运动学和力学要求，而且应充分考虑驾驶员在视觉和心理方面的要求； （6）平纵配合的视觉应在视觉是能自然地诱导驾驶员的视线，保持视觉的 连续性； （7）平纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉心理上保持协调； （8）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线略大于竖曲线。即所谓的“平 包竖” ； （9）平纵面线形组合视觉应注意线形与自然环境和景观的配合与协调； （10）在直线段内不能插入短的竖曲线。 3.2.2 平、纵线形设计应避免的组合平、纵线形设计应避免的组合 （1）直线段内不能插入短的竖曲线； （2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重迭； （3）避免在长直线上设置陡坡及曲线长度短，半径小的凹形竖曲线。 3.2.3 纵坡设计的一般要求纵坡设计的一般要求 （1）满足“标准”中有关纵坡的规定要求； 13 （2）纵坡应尽量平缓，起伏不宜过大和频繁，并应尽量避免标准中的极限 值，对一般公路，应注意考虑运输，农业机械等方面的要求； （3）应综合考虑沿线的地形，地质，气候等情况，并根据需要采取适当的 技术措施，并保证公路的稳定和畅通； （4）尽量减少土石方和其它工程数量，以降低工程数量。 3.2.4 纵坡设计纵坡设计 纵坡设计方法步骤 （1）准备工作 海地软件自动生成路线纵断面的地面线及平面直线、平曲线的示意图，并 标注每个中桩的桩号和地面标高，而设计者要做的是分析沿线土壤地质说明资 料，并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。 （2）标注控制点 （3）试坡 试坡主要是在已标出控制点的纵断面图上，根据技术标准、选线意图，并 考虑各控制点和经济点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。 试坡应以控制点为依据，照顾多数经济点，试坡的要点可以归纳为：“前后照顾， 以点定线，反复比较，以线交点” 。 （4）调坡 调坡主要根据以下两方面进行： 综合选线意图。 对照技术标准或规范。 （5）核对 核对主要在有控制意义的特殊横断面上进行。其做法是：在纵断面图上直 接 由厘米格子读出相应桩号的填挖高度，将此值用“路基横断面透明范本”套 在相应横断面地面在线，检查若有填挖过大、坡脚落空、挡墙过高、桥涵填土 不够以及其它边坡不稳现象，则需要调整坡度线。 （6）定坡 结合以上原则，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度 3.012%，最小 纵坡坡度为 1.300%。本路段共设 2 个变坡点。曲线要素见表 3-1。 表 3-1 竖曲线要素 编号桩号高程(m)半径(m)切线长外距 14 t(m)e(m) 1k0+490.0001929.6501200089.1600.3312 2k0+917.7881935.210800068.4890.2932 3.3 纵断面设计计算纵断面设计计算 3.3.1 设计标高计算公式设计标高计算公式 坡线标高=变坡点标高+； （3- x i 2） 或坡线标高=变坡点标高-； （3- x i 3） 式中：x计算点到变坡点的距离，m； i坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。 3.3.2 竖曲线要素的计算公式 图 3-1 竖曲线计算 竖曲线长度 l 或竖曲线半径 r： （3- l rrl或 4） 竖曲线切线长 t： 15 （3- 22 rl t 5） 竖曲线上任一点竖距 h： （3- r x 2 h 2 6） 竖曲线外距 e： （3- 4882 22 tlr e r t e或 7） 式中：r竖曲线半径，m； 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； 两相邻纵坡的代数差，以小数计； h竖曲线上任意点到切线的纵距； x竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离，m。 3.3.3 竖曲线要素计算竖曲线要素计算 以变坡点 1 计算，变坡点的里程桩号为 k0+490.000，该点高程为 1929.650m，相邻两坡段纵坡为=+2.786，=+1.300，竖曲线半径 1 i 2 i r=12000m，试计算竖曲线要素以及 k0+490.000 的高程。 各变坡点竖曲线要素计算过程如下： ，为凸形 21 2.786 1.3001.486ii 12000 1.486%178.320lrm 178.32 89.160 22 l tm 22 89.16 0.3312 22 12000 t em r 设计高程的计算： 竖曲线起点桩号=变坡点桩号-t=(k0+490.000)-89.160=k0+400.840 竖曲线起点高程=1929.650-89.160 0.02786=1927.166（m） 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+t =(k0+490.000)+89.160=k0+579.160 竖曲线终点高程=1929.650+89.160 0.01300=1930.809（m） 16 变坡点 2 计算，变坡点的里程桩号为 k0+917.788，该点高程为 1935.21m， 相邻两坡段纵坡为=+1.300，=+3.012，竖曲线半径 r=8000m，试计算竖曲 1 i 2 i 线要素以及 k0+917.788 的高程。 各变坡点竖曲线要素计算过程如下： ，为凹形 21 1.3003.0121.712ii 8000 1.712%136.976lrm 136.976 68.488 22 l tm 22 68.488 0.2832 22 8000 t em r 设计高程的计算： 竖曲线起点桩号=变坡点桩号-t=(k0+917.788)-68.488=k0+849.300 竖曲线起点高程=1935.210-68.488 0.01300=1934.32（m） 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+t =(k0+917.788)+68.488=k0+986.277 竖曲线终点高程=1935.21+68.488 0.03012=1937.27（m） 结果见表 3-2。 表 3-2 竖曲线表 变坡点竖曲线半径 r(m) 切线 长 t 外距 e 竖曲线起点竖曲线终点 桩 号 变坡点 高程(m) 坡长 (m) 坡度 (%) 凹凸(m)(m)桩 号桩 号 k0+000.000 400.8402.786 k0+490.0001929.6501200089.1600.3312k0+400.840k0+579.160 270.1391.300 k0+917.7881935.210800068.4890.2932k0+849.299k0+986.277 422.5573.012 3.4 纵断面设计成果纵断面设计成果 路线纵断面图是纵断面设计的最终成果，是道路设计文件的重要组成部分。 在纵断面途中，主要有以下内容： 17 （1）里程桩号、地面高程与地面线、设计高程与设计线以及施工填挖值等； （2）设计的纵坡度和坡长； （3）竖曲线及其要素、平面上的直线及平曲线； 18 第四章 横断面设计 4.1 概述概述 横断面设计包括行车道、路肩、边沟边坡、截水沟等设施构成的。公路横 断面组成应根据公路等级、设计速度、地形、地质等调剂来确定，以保证公路 的交通安全、通行能力、路基的强度和稳定性。横断面要素的确定主要是确定 组成公路路幅的各部分的几何尺寸，在实际设计中，一般是根据公路等级和交 通量的大小，参考公路工程技术标准3.0.11 条，各级公路横断面来确定， 同时结合当地交通规划和有关要求进行适当地调整。 4.2 设计原则设计原则 公路是一带状结构物，垂直于路中心线方向上的剖面叫横断面，这个剖面 的图形叫横断面。道路横断面，是指中在线各点的法向切面，它是由横断面设 计线和地面线构成的。横断面设计线包括行车道、路肩、边沟边坡、截水沟等 设施构成的。 （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以外，还应设置完 善的排水设施和必要的防护加固工程以及其它结构物，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。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡，应与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换填并压实，使路面具有一定防冻总 厚度，设置隔离层及其它排水设施等。 （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。 19 4.3 设计步骤设计步骤 （1）根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。 （2）根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、 加宽值、设计边坡度等）抄于相应桩号的断面上。 （3）根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和 尺寸。 （4）绘横断面设计线，又叫“戴帽子”。设计线应包括路基边沟、边坡、截 水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台等，在弯道上的断面还应示出超高、 加宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。 （5）计算横断面面积（含填、挖方面积） ，并填于图上。 （6）由图计算并填写路基设计表、路基土石方计算表，并进行必要的调配。 标准横断面布置图如图 4-1 所示： 图 4-1 路基标准横断面图(单位：cm) 4.4 设计综述设计综述 4.4.1 路拱坡度路拱坡度 根据公路路基设计规范(jtg d30-2004)，二级公路沥青混凝土及水泥 混凝土路拱坡度均为 12%，故取路拱坡度为 2%；路肩横向坡度一般应较路 面横向坡度大 1%2%，故取土路肩横向坡度为 3%，路拱坡度采用双向坡面， 由路中央向两侧倾斜。 20 4.4.2 路基边坡坡度路基边坡坡度 设计路段以山地、丘陵为主，路堑边坡多为石质边坡，根据公路路基设 计规范(jtg d30-2004)路堑边坡采用 1：0.5。本设计路段路基填土为粘性土， 根据公路路基设计规范(jtg d30-2004)路堤边坡，当 h3m 时，采用浆砌片石衬砌拱防护，当 3h4m 时， 设置单层衬砌拱，当 4h6m 时，设置双层衬砌拱，拱内铺设草坪网布被为 保证路面水或坡面水不冲刷护坡道，相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌。 31 （3）路线经过河塘地段时，采用浆砌片石满铺防护，并设置勺形基础，浆 砌片石护坡厚 30cm，下设 10cm 砂垫层，基础埋深 80cm，底宽 60cm。 （4）路堑路段边坡为 1：1.5，按规范采用浆砌片石防护。 5.3 路基排水设计路基排水设计 5.3.1 路基排水设计路基排水设计 路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水和急流槽，各类地段排 水沟应高出设计水位 0.2m 以上。 边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为 1：1，边沟的深度为 0.4m，边沟纵坡宜与路线纵坡一致，边沟采用浆砌片石，截水沟横断面采用梯 形，边坡采用 1：1，宽度为 0.4m。水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽， 应采用浆砌片石，边墙应高出设计水位 0.2m 以上，其横断面形式为矩形，槽底 应做成粗糙面，厚度为 0.20.4m，混凝土为 0.10.3m，跌水的台阶高度可采 用 0.30.6m，台面坡度应为 2%3%，急流槽纵坡不宜陡于 1：1.5，急流槽过 长时应分段修筑，每段长度不宜超过 10m。 5.3.2 路面排水设计路面排水设计 本公路的路面排水主要是采用路肩排水措施，主要由急流槽，路肩排水沟 和截水沟组成。 路肩排水设施的纵坡应与路面的纵坡一致，当路面纵坡小于 0.3%时，可采 用横向分散排水方式将路面水排出路基，但路基填方边坡应进行防护。 路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济时，应采用纵向集中排水方式， 在硬路肩边缘设置排水带，并通过急流槽将水排出路 32 第六章 挡土墙设计 6.1 挡土墙设计原则挡土墙设计原则 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建物。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。由于部分路段 填挖方较大，为防止路基发生坍塌，要设置挡土墙以加定性。经分析填方路段 采用重力式挡土墙,挖方路段采用仰斜式挡土墙。 6.1.1 挡土墙的布置挡土墙的布置 路堑挡土墙大多设在边沟旁。山坡挡土墙应设在基础可靠处，墙的高度应 保证墙后墙顶以上边坡的稳定。 当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近，基础情况相似时，应优先 选用路肩墙，按路基宽布置挡土墙位置，因为路肩挡土墙可充分收缩坡脚，大 量减少填方和占地。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低，而且基础 可靠时，宜选用路堤墙，并作经济比较后确定墙的位置。 沿河堤设置挡土墙时，应结合河流情况来布置，注意设墙后仍保持水流顺 畅，不致挤压河道而引起局部冲刷。 6.1.2 挡土墙的纵向布置挡土墙的纵向布置 挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行，布置后绘成挡土墙正面图。 布置的内容有： （1）确定挡土墙的起讫点和墙长，选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接 方、式。路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中，或采用锥坡与路堤衔接，与桥台 连接时，为了防止墙后填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出，需在台 尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门， 翼墙的设置做到平顺衔接；与路堑边坡衔接时，一般将墙高逐渐降低至 2m 以 下，使边坡坡脚不致伸入边沟内，有时也可以横向端墙连接。 （2）按地基及地形情况进行分段，确定伸缩缝与沉降缝的位置。 （3）布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时，挡土墙的基底宜做成不 大于 5%的纵坡。但地基为岩石时，为减少开挖，可沿纵向做成台阶，台阶尺寸 视纵坡大小而定，但其高宽比不宜大于 1：2。 （4）布置泻水孔的位置，包括数量、间隔和尺寸等。 33 6.2 挡土墙的横向布置挡土墙的横向布置 横向布置，选择在墙高最大处，墙身断面或基础形式有变异处以及其它必 须桩号处的横断面图上进行。根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指针等 设计数据，进行挡土墙设计或套用标准图，确定墙身断面、基础形式和埋置深 度，布置排水设施等，并绘制挡土墙横断面图。 6.2.1 平面布置平面布置 对于个别复杂的挡土墙，如高、长的沿河曲线挡土墙，应作平面布置，绘 制平面图，标明挡土墙还应绘出河道及水流方向，防护与加固工程等。 （1）挡土墙的埋置深度 当冻结深度小于或等于 1m 时，基底应在冻结线以下不小于 0.25m，并应 符合基础最小埋置深度不小于 1m 的要求。 当冻结深度超过 1m 时，基底最小埋置深度不小于 1.25m，还应将基底至 冻结线以下 0.25m 深度范围的地基土换填为弱冻胀材料。 受水流冲刷时，应按路基设计洪水频率计算冲刷深度，基底应置于局部 冲刷线以下不小于 1m。 路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面不小于 0.5m。 在风化层不厚的硬质岩石地基上，基底一般应置于基岩表面风化层以下； 在软质岩石地基上，基底最小埋置深度不小于 1m。 基础位于横向斜坡地面上时，前趾埋入地面的深度和距地表的水平距离应 满足表 6-1 的要求。 表 6-1 埋深表 土层类别最小埋置深度 h (m)距地表水平距离 l (m) 较完整的硬质岩石0.250.250.50 一般硬质岩石0.600.601.50 软质岩石1.001.002.00 土质 1.00 1.502.50 34 6.3 排水设施排水设施 挡土墙应设置排水措施，以疏干墙后土体和防止地面水下渗，防止墙后积 水形成静水压力，减少寒冷地区回填土的冻胀压力，消除粘性土填料浸水后的 膨胀压力。 排水措施主要包括：设置地面排水沟，引排地面水；夯实回填土顶面和地 面松土，防止雨水及地面水下渗，不要时可加设铺砌；对路堑挡土墙墙趾前的 边沟应予以铺砌加固，以防止边沟水渗入基础；设置墙身泄水孔，排除墙后水。 浆砌片石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔。墙高时，可在墙上部加设 一排泄水孔。排水孔的出口应高出墙前地面 0.3m；若为路堑墙，应高出边沟水 位 0.3m；若为浸水挡土墙，应高出常水位 0.3m。为防止水分渗入地基，下排泄 水孔进水口的底部应铺设 30cm 厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置 粗粒料及滤层，以免孔道阻塞。 6.4 沉降逢与伸缩缝沉降逢与伸缩缝 为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂，需根据地质条件的变异和墙高， 墙身断面的变化情况设置沉降缝。为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而 产生裂缝，依情况设置伸缩缝。设计时，一般将沉降缝与伸缩缝合并设置，沿 路线方向每隔 1015m 设置一道，兼有两者的作用，缝宽 23cm，缝内一般可 用胶泥填塞，但在渗水量大，填料容易流失或冻害严重地区，则宜用沥青麻筋 或涂以沥青的木板等具有弹性的材料，沿内、外、顶三方填塞，填深不宜小于 0.15m。 6.5 挡土墙施工方法挡土墙施工方法 挡土墙施工方法：重力式挡土墙一般采用明挖基础，对岩石地基，应清除 表面风化层，墙址前应有足够的襟边宽度。砌筑时，应将石料表面清扫干净并 用水保持湿润，砌筑时外面线应顺直整齐，内面线可大致顺试，浆砌石底面应 卧浆铺砌。选用浆砌片石，片石分层砌筑应长短相间的与里层砌块咬接成一体。 35 6.6 挡土墙设计验算挡土墙设计验算 6.6.1 设计基本资料设计基本资料 墙身及基础填料及地基 挡土类型仰斜式路肩墙 填料种类 重度(kn/m ) 3 砂类土 19 墙高 h(m) 6.00 填料内摩擦角( ) 35 墙面坡度 1:0.25 填料与墙背摩擦角 2 墙背坡度 1:0.25 基础顶面埋深（m） 1.25 砌筑材料 m5 浆砌 mu50 片石 地基土类别重度 (kn/m ) j 3密实砂类土 21 砌筑材料的重度 (kn/m ) 1 3 23 地基土承载力特征值 (kn) a f 800 地基坡度 tan 0 0.20 基底与地基土摩擦系 数 i 0.40 圬工砌体间的摩 擦系数 0.70 地基土摩擦系数 n 0.70 公路等级及荷载强度 片石砂浆砌体强度设计值 公路等级 二级 抗压)(mpafed 0.71 汽车荷载标准公路 i-级 轴心抗拉)(mpaftd 0.048 墙顶护栏荷强度 )/( 2 mknql 7 弯曲抗拉)(mpaftmd 0.072 36 直接抗剪)(mpafvd 0.120 已建挡土墙的截面尺寸见图 1，试按本细则的规定对其进行验算： 6.6.2 挡土墙自重及重心计算：挡土墙自重及重心计算： 取单位墙长（1m） ，如图 2 虚线所示，将挡土墙截面划分为三部分，截面 各部分对应的墙体重量为： 11 1.60 6.0 1220.8()gkn 21 2.0 0.5 123()gkn 31 2.0 0.38/ 218.4)gkn（ h=6.0m h=6.88m h=0.38m b=1.94m b=1.9m b=1.6m 0.5m 1.0m 0.4mb=1.6m 1 2 4 41 1 3 b=2.0m 37 6.0m 0.29m 1.5m 0.5m 0.4m z 3 g 3 2 g 2 z 1 z o 1 2 o 1 g 截面各部分的重心至墙趾（）的距离： 1 1 0.40.5 0.25(6 0.25 1.6)/ 22.075( )zm 2 0.5 0.25/ 22/ 21.06( )zm 3 (1.22)/31.3( )zm 单位墙长的自重重力为： 0123 249.4()ggggkn 全截面重心至墙趾的距离： 01122330 z()/1.92( )zgzgzggm 6.6.3 后踵点界面处，墙后填土和车辆荷载所引起的主动土压力计算后踵点界面处，墙后填土和车辆荷载所引起的主动土压力计算 按本细则表按本细则表 4.2.5 的规定，当墙身高度为的规定，当墙身高度为 5m 时，附加荷载标准值：时，附加荷载标准值： 2 15.00(/)qkn m 换算等代均布土层厚度为： 0 15.00 0.83( ) 18 q hm 因基础埋置较浅，不计墙前被动土压力。 当采用库仑土压力理论计算墙后填土和车辆荷载引起的主动土压力时候， 38 计算图式如图 3 所示： h=6.88m 0.38m b=1.94m b=1.43m 1.6m 0.5m 4 41 h=0.86m 0 ex e y e z y 1 o o 2 0.2:1 x z 1:0.25 1:0.25 按本细则附录 a.0.3 条所列土压力计算公式，计算结果如下： 04.14)25 . 0 tan(arc 46.382/3504.1435 tan )2( 2 0 0 hhh dh a 因 d=0，故25. 0tana )(tantan(cottantana 11.36,73. 0)25. 046.38(tan)46.38tan35(cot46.38tan 16 . 0 )46.3811.36sin( 25 . 0 11.36tan )3511.36cos( )sin( )tan(tan )cos( k 0 tantan 1 d h 墙顶至后踵 o 的距离 h=6.88 1 39 001 1 222 0.83 11111.24 6