路基路面设计计算毕业设计.doc

湖南省郴州至宁远高速公路k44+800-k46+80段路基路面综合设计1 设计概况本设计湖南省郴州至宁远高速公路k144+800-k146+800段路基路面综合设计。设计任务全长为2.0公里，其整个设计任务主要包括纵断面、横断面设计；路基工程设计（路基排水、路基防护、支挡工程）；路面工程设计（水泥混凝土路面、沥青混凝土路面结构设计，方案比选）；外文翻译；专题研究；计算机程序设计与验证等。1.1 路线设计路线线形的设计以公路工程技术标准（jtg b01-2003）和公路路线设计规范（jtg d20-2006）为依据，主要是在已知平面线形参数的情况下进行路线的纵断面和横断面设计，以保证路线的整体的协调性，做到平面顺适，纵坡均衡、横断面合理，并且应当考虑车辆行驶时的安全舒适性以及驾驶员的视觉和心理的反应，并注意与当地的环境和景观相协调。1.2 路基设计路基设计是根据使用要求和自然条件（包括地质、水文和材料等情况），既保证有足够的强度和稳定性，又经济合理。 影响路基强度和稳定性的地面水和地下水，采取拦截或排出路基以外的措施，并结合路面排水，做好综合排水设计，形成完整的路基路面排水系统。路基综合设计除考虑路基稳定性、路堤填料选择、路床强度、压实度、排水、防护和特殊路基等方面外，还考虑到了施工、养护、使用等方面的情况。1.2.1 路基横断面设计在本路段的设计当中，根据公路工程技术标准（jtg b01-2003）对于公路路基宽度的一般要求，公路设计的等级及设计车速（100km/h），确定采用宽为26.00m的整体式路基。即：行车道宽27.5m，硬路肩宽23.00m,左侧路缘带宽20.75m,中央分隔带宽2.00m,土路肩宽20.75m。1.2.2 边坡稳定性分析用公路路基设计规范（jtg d30-2004）中的简化bishop法进行边坡稳定性分析计算。1.2.3 挡土墙设计用分项安全系数法进行挡土墙的设计计算。1.3 排水设计在本路段的排水设计当中，所有的挖方路段均设置了路堑边沟以配合涵洞迅速地将路基范围的水排走。根据地形设置了截水沟并与急流槽相配合排除流向路基范围的坡面水；在矮路堤段设置了路堤边沟；在填挖交界处设置排水沟，将边沟水排向鱼塘、农田等地段以排除路基范围。本路段设置的边沟，沟底纵坡同路线纵坡。山坡路段根据需要设置截水沟，沟底纵坡较大时设置急流槽，引水距离较远时设置排水沟。1.4 防护工程设计在进行路基边坡防护时，主要的形式有：骨架内植草、护面墙。1.5 路面设计按照公路水泥混凝土路面设计规范（jtg d40-2002）及公路沥青混凝土路面设计规范（jtg d50-2006）进行水泥混凝土路面设计和沥青混凝土路面设计。在路基不同干湿状态下，选用不同材料的结构组合，达到技术可行，经济合理，便于施工并满足各设计规范要求。1.6 涵洞设计按照涵洞布设的要求，本段路设置了4个涵洞，并绘制了k144+310处涵洞布置图。1.7 外文翻译专业英文文献effects of aggregate structure on hot-mix asphalt rutting performance in low traffic volume local pavement热拌沥青中混合料结构对低交通量路面车辙的影响1.8 专题研究题目热再生沥青混合料的现状与发展趋势1.9 计算机程序编制利用vb语言编制了新建水泥混凝土路面计算程序，该程序可计算水泥混凝土弯拉弹性模量、荷载应力、温度应力和总应力,对已作出的水泥混凝土路面成果进行验证。2.路线设计2.1 路线设计一般原则 2.1.1.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，平面线形三要素中一直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区，路线以高程为主导，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。2.1.2.保持平面线形的均衡与连贯（1） 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。（2） 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，同一条道路暗补同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。2.1.3.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。2.2 平曲线、竖曲线计算 2.2.1 平曲线本次设计中平曲线已知，在k144+800k146800，曲线要素桩：qz桩号k144+823.519,yz桩号k145+188.293，zh桩号k145+800.076，hy点桩号k146+150.076。2.2.2 竖曲线本次设计中竖曲线设计为相邻路段一起拉坡，本路段内竖曲线变坡点桩号：k145+910，k146+430；纵坡坡度和坡长分别为-1.912，1110m，-3.368%，520m；1.269，370m；竖曲线半径分别为10000m，4500m。具体设计计算过程如下：起点：k144+800设计高程：295.47m第1变坡点： k145+910 设计高程：276.22 m,竖曲线半径m第2变坡点： k146+430 设计高程：258.71 m,竖曲线半径m终点：k146+800 设计高程：263.41m，, (1) ,为凸形曲线长切线长外距竖曲线1起点桩号=竖曲线1终点桩号=(2) ,为凹形曲线长m切线长m外距m竖曲线2起点桩号=竖曲线2终点桩号=3.路基设计3.1边坡稳定性分析3.1.1. 设计资料根据本路段实际情况，选择较高填方路段k145+040断面作边坡稳分析，已知路基高度h1=9.007m，路堤边坡坡度1:1.5，路基宽26m。路基土为粘性土，土的粘聚力为c=23kpa，容重=18kn/m3，其中对于填土以下的地基土取=17kn/m3，内摩擦角为25，验算荷载为公路一级（车辆重力标准为550kn）。3.1.2 行车荷载换算高度按公路一级布载：b=nb + (n-1)m+d=21.8+11.3+0.6=5.5mh0=nq/（bl）=2550/（185.512.8）=0.87m式中：n-横向分布的车辆数;q-一辆车的重力（标准车辆荷载为550kn）；l-前后轮轴最大轴距，按公路工程技术标准（jtg b012003）规定对于标准车辆荷载为12.8m；b-荷载横向分布宽度；-路基填料的重度（kn/m3）；b-后轮轮距,取1.8m；m-相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；d-轮胎着地宽度，取0.6m。3.1.3 确定滑动圆心根据邓学钧主编的路基路面工程教材第77页查表4-1当边坡坡度为1：1.5时，1=26 , 2=35。据此两角分别自a点和b点作直线交于f点,由a点作垂直线，取深度为h确定g点，由g点作水平线，取距离为4.5h确定e点，ef的延长线为滑动圆心辅助线。一般情况下，圆心的位置是在圆心辅助线ef的延长线上移动。其中经过计算h= 9.899m。具体辅助线的做法如下图所示：图2.1 4.5h线法确定圆心辅助线图示在圆心辅助线ef上先定出圆心o1，圆弧过坡脚，作圆弧得到一个滑动面半径，按填土的断面的形状把整个路堤大致分为2m宽的土条，根据bishop法计算边坡稳定性系数k值。再过圆心o2作圆弧过坡脚，按相同的办法计算k值;再过圆心o3作圆弧过坡脚，按相同的办法计算k值,并比较3个k值作出轨迹线找出找出最小值kmin并与规范值进行比较，验算断面的稳定性。现手算一个点，其余用电算。3.1.4 简化bishop法计算bishop法稳定性分析见下表.具体计算过程列表计算如下：(1):a拟定圆心o1，r=18.528m，c=23kpa，=25，如图所示，将滑动土体划分为竖直土条，把滑动土体划分为9条，进行试算，计算结果如下表；其中 ; ; ; ;第 9 页 共 124 页土条号土条宽度bi (m)土条面积ai ()土条重度wi=rai (kn)土条重心到圆心距离xi (m) sinai (xi/r)wi*sinai (kn)cosaic*bi (kn)witan(kn)mai kik=2.107 k=2.107 k=2.107 k=2.107 12.0000 2.7577 49.64 14.5110 0.7832 38.877 0.62 46.0023.150.7952.110.7952.10786.96586.96522.0000 7.4548 134.19 12.9250 0.6976 93.607 0.72 46.0062.570.8712.110.8712.107124.669124.66932.0000 9.7895 176.21 11.0080 0.5941 104.692 0.80 46.0082.170.9362.110.9362.107136.953136.95342.0000 9.9669 179.40 9.0080 0.4862 87.223 0.87 46.0083.660.9812.110.9812.107132.107132.10752.0000 9.2345 166.22 7.0080 0.3782 62.871 0.93 46.0077.511.0092.111.0092.107122.358122.35862.0000 7.9490 143.08 5.0080 0.2703 38.674 0.96 46.0066.721.0232.111.0232.107110.229110.22972.0000 6.1522 110.74 3.0080 0.1623 17.978 0.99 46.0051.601.0232.111.0232.10795.44495.44482.0000 3.9462 71.03 1.0080 0.0544 3.864 1.00 46.0033.101.0112.111.0112.10778.27578.27591.8970 1.2907 23.23 -0.6250 -0.0337 -0.784 1.00 43.6310.830.9922.110.9922.10754.90654.906=447.004 =941.906941.906k=2.1072.107试算假定稳定安全系数为k=2.107，试算得到安全系数为 2.107；计算结果于假定值相似，故得到土坡的稳定安全系数k为2.107。此时k=2.1071.35（公路路基设计规范jtg d302004表3.6.8规定），此横断面是稳定的。 湖南省郴州至宁远高速公路k144+800-k146+800段路基路面综合设计3.1.5 使用计算机程序进行稳定性验算（1）坡脚圆-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 1-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 2 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 13.510 9.007 0 2 13.000 0.260 1 超载1 距离0.750(m) 宽5.500(m) 荷载(10.50-10.50kpa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 30.000 18.000 - 23.000 25.000 - 下部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 40.000 17.000 - 20.000 25.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 给定圆心、半径计算安全系数 条分法的土条宽度: 2.000(m) 圆心x坐标: 1.889(m) 圆心y坐标: 18.432(m) 半径: 18.528(m)-计算结果:- 滑动圆心 = (1.889,18.432)(m) 滑动半径 = 18.528(m) 滑动安全系数k = 1.996起始x终止x条实重浮力地震力渗透力附加力x附加力y下滑力抗滑力(m)(m)(度)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)0.0000.001-5.8490.000.000.000.000.000.00-0.000.030.970890.0013.7770.00085.580.000.000.000.000.000.00115.411.000003.7776.2109.645136.730.000.000.000.000.0022.91116.791.025166.2108.64317.390181.980.000.000.000.000.0054.39137.471.024398.64311.07725.481210.820.000.000.000.000.0090.70153.721.0036211.0713.51034.163220.070.000.000.000.000.00123.58165.340.9591413.5115.70143.341157.270.000.000.000.0015.1118.33147.250.8882415.7017.89253.57258.550.000.000.000.0023.065.62113.010.78251 总的下滑力 = 475.522(kn) 总的抗滑力 = 949.011(kn) 土体部分下滑力 = 475.522(kn) 土体部分抗滑力 = 949.011(kn)-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 2-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 2 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 13.510 9.007 0 2 13.000 0.260 1 超载1 距离0.750(m) 宽5.500(m) 荷载(10.50-10.50kpa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 30.000 18.000 - 23.000 25.000 - 下部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 40.000 17.000 - 20.000 25.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 给定圆心、半径计算安全系数 条分法的土条宽度: 2.000(m) 圆心x坐标: 0.991(m) 圆心y坐标: 20.391(m) 半径: 20.415(m)-计算结果:- 滑动圆心 = (0.991,20.391)(m) 滑动半径 = 20.415(m) 滑动安全系数k = 2.014 起始x终止x条实重浮力地震力渗透力附加力x附加力y下滑力抗滑力m(m)(m)(度)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)0.0000.002-2.7810.000.000.000.000.000.00-0.000.040.987560.0021.981-0.00023.550.000.000.000.000.00-0.0050.561.000001.9814.2876.02481.660.000.000.000.000.008.5789.431.018854.2876.59312.585129.700.000.000.000.000.0028.26110.581.026576.5938.89819.320165.990.000.000.000.000.0054.92127.821.020518.89811.20426.346189.230.000.000.000.000.0083.98141.390.9991811.20413.51033.830197.100.000.000.000.000.00109.73150.990.9599613.51015.75441.926151.540.000.000.000.0015.69111.74144.120.8991615.75417.99851.08455.780.000.000.000.0023.5661.73109.540.80884总的下滑力 = 458.929(kn) 总的抗滑力 = 924.464(kn) 土体部分下滑力 = 458.929(kn) 土体部分抗滑力 = 924.464(kn)-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 3-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 2 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 13.510 9.007 0 2 13.000 0.260 1 超载1 距离0.750(m) 宽5.500(m) 荷载(10.50-10.50kpa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 30.000 18.000 - 23.000 25.000 - 下部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 40.000 17.000 - 20.000 25.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 给定圆心、半径计算安全系数 条分法的土条宽度: 2.000(m) 圆心x坐标: -4.013(m) 圆心y坐标: 22.447(m) 半径: 22.803(m)-计算结果:- 滑动圆心 = (-4.013,22.447)(m) 滑动半径 = 22.803(m) 滑动安全系数 = 2.678起始x终止x条实重浮力地震力渗透力附加力x附加力y下滑力抗滑力(m)(m)(度)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)0.0012.25213.02719.870.000.000.000.000.004.4860.221.013882.2524.50418.91454.480.000.000.000.000.0017.6676.961.002974.5046.75525.01778.330.000.000.000.000.0033.1290.070.980506.7559.00731.44189.870.000.000.000.000.0046.8899.160.944849.00711.25838.34286.550.000.000.000.000.0053.69103.140.8933411.25813.51045.98063.710.000.000.000.000.0045.8299.230.8212813.51014.42152.0419.450.000.000.000.001.708.7834.700.75366 总的下滑力 = 210.431(kn) 总的抗滑力 = 563.483(kn) 土体部分下滑力 = 210.431(kn) 土体部分抗滑力 = 563.483(kn)根据以上计算结果，由3个k值作出轨迹线并找出最小值kmin，结果如下图所示：此时根据公路路基设计规范jtg d302004表3.6.8， =1.9541.35此横断面是稳定的。（2）坡底圆-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 1-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 2 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 13.510 9.007 0 2 13.000 0.260 1 超载1 距离0.750(m) 宽5.500(m) 荷载(10.50-10.50kpa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 30.000 18.000 - 23.000 25.000 - 下部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 40.000 17.000 - 20.000 25.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 给定圆心、半径计算安全系数 条分法的土条宽度: 2.000(m) 圆心x坐标: 1.889(m) 圆心y坐标: 18.432(m) 半径: 18.984(m)-计算结果:- 滑动圆心 = (1.889,18.432)(m) 滑动半径 = 18.984(m) 滑动安全系数k = 2.035起始x终止x条实重浮力地震力渗透力附加力x附加力y下滑力抗滑力(m)(m)(度)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)-2.6570.000-9.75810.350.000.000.000.000.00-1.7561.250.946530.0002.145-2.46546.000.000.000.000.000.00-1.9865.060.989182.1454.2904.013100.160.000.000.000.000.007.0188.401.013654.2906.43510.543145.340.000.000.000.000.0026.59107.951.025226.4358.79317.553199.620.000.000.000.000.0060.20144.031.022848.79311.15225.202226.860.000.000.000.000.0096.60159.581.0028011.15213.51033.369236.880.000.000.000.000.00130.29171.260.9617213.51015.96742.599197.860.000.000.000.0017.93146.06176.190.8918715.96718.42453.73574.310.000.000.000.0025.8080.72132.800.77707 总的下滑力 = 543.747(kn) 总的抗滑力 = 1106.514(kn) 土体部分下滑力 = 543.747(kn) 土体部分抗滑力 = 1106.514(kn)-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 2-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 2 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 13.510 9.007 0 2 13.000 0.260 1 超载1 距离0.750(m) 宽5.500(m) 荷载(10.50-10.50kpa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 30.000 18.000 - 23.000 25.000 - 下部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 40.000 17.000 - 20.000 25.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: bishop法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 给定圆心、半径计算安全系数 条分法的土条宽度: 2.000(m) 圆心x坐标: 0.991(m) 圆心y坐标: 20.391(m) 半径: 20.849(m)-计算结果:- 滑动圆心 = (0.991,20.391)(m) 滑动半径 = 20.849(m) 滑动安全系数k = 2.082起始x终止x条实重浮力地震力渗透力附加力x附加力y下滑力抗滑力(m)(m)(度)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)(kn)-3.3550.000-7.35412.390.000.000.000.000.00-1.5975.670.963000.0002.6690.94361.440.000.000.000.000.001.0181.731.003562.6695.3378.306137.050.000.000.000.000.0019.80114.761.021995.3377.38014.919145.890.000.000.000.000.0037.56112.311.024177.3809.42420.821171.650.000.000.000.000.0061.01125.211.014619.42411.46726.965188.290.000.000.000.000.0085.38135.710.9932311.46713.51033.466194.330.000.000.000.000.00107.17143.620.9581913.51016.01641.342189.680.000.000.000.0018.45137.48172.030.8992816.01618.52351.33270.390.000.000.000.0026.3275.51128.380.80035 总的下滑力 = 523.333(kn) 总的抗滑力 = 1089.411(kn) 土体部分下滑力 = 523.333(kn) 土体部分抗滑力 = 1089.411(kn)-计算项目： 等厚土层土坡稳定计算 3-计算简图控制参数: 采用规范:通用方法 计算目标:安全系数计算 安全系数计算目标: 圆弧滑动法 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 2 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 超载数 1 13.510 9.007 0 2 13.000 0.260 1 超载1 距离0.750(m) 宽5.500(m) 荷载(10.50-10.50kpa) 270.00(度)土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 30.000 18.000 - 23.000 25.000 - 下部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 粘聚力 内摩擦角 全孔压 (m) (kn/m3) (kn/m3) (kpa) (度) 系数 1 40.000 17.000 - 20.000 25.000 - 不考虑水的作用计算条件 圆弧稳定分析方法: bishop法 土条重切向分