土木工程道路桥梁毕业设计

本科毕业设计（论文）摘要随着社会经济的发展，公路起着越来越重要的作用。本文主要讲述了公路设计中的一个完整的过程。本设计主要分两个阶段：初步设计阶段和详细设计阶段。首先，讨论道路修建的可行性，从地形，地质，气象，水文条件等自然因素和交通量的增长情况来论述该公路修建的可行性与必要性，为道路修建进行理论研究。其次，本着合理利用当地资源，综合考虑地形，地质，水文气象条件等自然因素和当前交通量以及交通量增长情况来确定公路等级，并根据公路等级来确定道路设计中的技术指标。最后，为了作到路线方案的最优，选择两条方案分别进行初步设计。根据一定的技术指标来进行方案的比选，选择合理的路线方案来进行详细设计。关键词

公路设计

路基设计

路面设计-

I

-本科毕业设计（论文）AbstractAs

the

development

with

the

social

economy,

the

highway

plays

more

andmore

important

role.

This

design

contains

the

whole

stage

in

the

designingcourse

.First

of

all,

discussing

the

feasibility

building

in

road,

at

topograph,

and

thegrowth

situations

of

volume

of

traffic

come

and

expoud

the

fact

this

feasibilityand

necessity

who

highway

build

meteorological

hydrology

terms,

etc.

naturalfactorses

geology.

Build

the

theoretical

hydrology

research

for

the

road.Secondly,

in

line

with

utilizing

local

resources

rationally,

Consider

and

atpresent

and

volume

of

traffic

increase

traffic

situation

come

and

determinehighway

grade

topographies,

geologies,

hydrometorological

termeseses

naturalfactors.At

last,

come

and

determine

road

the

technical

indicators

of

designaccording

to

highway

grade.

Moreover,

for

accomplishing

scheme

optimum

route,choose

two

schemes

to

be

designed

tentatively

respectively.

Come

and

carry

onto

then

selecting,

choose

rational

route

scheme

design

in

detail

scheme

accordingto

certain

technical

indicator.Keywords

highway

designroad

bed

design

design

on

pavement-

II

-ClicktoeditMastertitlestyleClicktoeditMastersubtitlestyleClicktoeditMastertitlestyleClicktoeditMastersubtitlestyle本科毕业设计（论文）第

1

章

绪论1.1

课题背景我国公路运输特点：由于社会生产与消费的需要，人们必须克服空间上的阻隔，实现人和物的移动，为具体实现这种移动提供服务所进行的经济活动成为交通运输。交通运输与国民经济有着不可分割的的关系，是国民经济的命脉，是联系工业和农业、城市和乡村、生产和消费的纽带，是国民经济的“先行宫”。公路是交通运输方式中的一种。与其它方式相比，在整个交通运输系统中发挥着重要的作用。其特点是：（1）机动灵活

能适应各种地形条件，可以在规定的时间和地点迅速集中和分散货物。（2）“门到门”的运输

在货物集三点直接装卸，不需要中转。从而节省时间和费用，减少货损，尤其是短途运输。（3）通达性好

可以深入到边远地区或山区，直接与任何工矿企业厂区或居民点相连。（4）投资少，社会效益高

与铁路、航空方式相比公路运输投资较少，见效快。公路的建设给沿线广大地区带来显著的社会经济的效益。（5）运输成本偏高

由于汽车燃料价格偏高，服务人员多，单位运量小，导致公路运输成本一般高于铁路和水运。1.2

我国的公路现状新中国成立以来，经过四十多年的建设，我国已基本形成了具有一定规模的综合运输系统。公路建设有了长足进步。改革开放二十余年，特别是“七五”和“八五”的十年也是公路工程实现现代化过程的十年。这十年中高等级公路建设和深水大跨桥梁建设取得突破性进展。到

1995

年底，全国民用运输车辆

3000

万辆，全国公路客运辆占各种运输方式的总量的

88%。旅客周转量占

50.5%，公路货运量占

76.6%，货物周转量占

13.6%。公路交通这一运输方式已经得到广泛的重视。公路交通的快速发展势头将在未来相当长-

2

-本科毕业设计（论文）的一段时间内保持下去。公路的设计、建设与管理水平已得到较大的提高。在公路建设方面，通过推广应用

CAD

技术，引发了工程勘察设计行业发展史上的一场革命。截止到

1995

年底，全国

40

家部、省（区）、直辖市公路设计部门，在公路设计中全部应用了

CAD

技术，发展最快的设计部门人均计算机已达到

1.1

台，并取得了绘画版，设计文件

100%由计算机完成。在路线立体交叉和独立大桥工程的透视和动画显示中应用了三维技术。在公路设计管理方面，全国制定了一系列的管理文件和设计图示。在公路建设和管理上，我国普遍实行了招、投标管理制度，大大提高了公路建设的管理水平。我国确定了在相当长的一段时间内把交通继续作为经济建设重点之一，并规划在

2010

年是我国交通运输与国民经济发展想适应。公路基础设施，在交通运输中的地位和作用十分重要。我们应站在国民经济发展全局与交通相适应的战略高度上，为我国的公路建设贡献才华和力量。我国的公路建设以进入快速发展的阶段，包括建设公路主骨架在内的“两纵两横三条线”，行成几条通行能力大，规模效益好的南北向、东西向的公路运输大通道，建设其它国道主干线和对地区发展至关重要的其它公路，加强中西部地区、贫困地区的公路建设。-

3

-本科毕业设计（论文）第

2

章

公路建设的可行性研究可行性研究是在建设前期对建设项目的一种考虑与鉴定。对拟建项目在技术上是否可行，在经济上是否有利，建设上是否可能，所进行的综合分析和全面科学论证的技术经济研究活动。目的是为了避免或减少建设项目决策的失误，提高投资的综合效果。黑龙江省阿城市附近近年来经济发展较快，但在一些偏远山区，由于交通不便的原因，经济增长十分缓慢，既然早有“要想富，先修路”的口号在前，那么在那些偏远山区，要发展经济，修建公路是十分必要的。此次要修建的公路地处三大家—磨盘屯，此两地正是属于这样的地区。据交通调查，此段区间的交通近年来发展比较繁忙，年增长已达

7.0%,但两地间的道路皆是一些羊肠小路，无一条能直达的道路可行。大大影响了两地及附近地区的经济发展.虽说此两地经济力量不是很强，但此区间附近有石灰厂和小型采石场，沿线有丰富的沙砾,这些都为修建公路提供了材料，从而节省了开支，所以这为在此两地间修建公路提供了经济条件。先谈该项目建设的必要性：（1）适应交通量增长的需求

根据交通量调查和发展预测，S209

道的平均日交通量为

1800

余辆，交通增长率为

6%。该路段一直没有合理、合适的路线，为适应交通量迅速增长的需求和减少司机车辆的绕行，改善交通环境，该项目建设已是势在必行；（2）加快经济发展改善投资环境的需求

该地区的林业发达，矿产资源丰富，有着较多的铁矿、石灰等矿物资源。但因交通不便大量资源难以外运，致使长期经济之后严重影响人民生活水平的提高，更由于交通的不便利，使得大好旅游资源难以开发。投资环境也因没有路而显得窘迫，致使投资商对此地不感兴趣，因为商品难以大进大出，信息不能快捷传输，该路的修建必然能缓解交通制约因素，对吸引外资、对外开放、促进该地区经济的腾飞，使该处人民早日过上小康生活都有着重要意义；（3）改变交通基础设施落后的需要

黑龙江省山区交通不便，人民生活水准不高，都是因为交通闭塞，信息不灵所致。有句话讲的好“要想富，先修路”，改变落后的现状已成燃眉之急；（4）改善公路网络结构的需要

党中央国务院已及早提出“村村通公-

4

-本科毕业设计（论文）路的宏伟目标”，因此，修建这条公路不但能够完善黑龙江省的省内干道公路网络，而且还能使局部地区达到真正的村村通公路，这对于改善农村路网结构有着积极的意义。再看项目建设的可行性：车型数量车型数量(pcu/d)小客车4000中货车

EQ140特大日野车KB2221980中客车

SH130270014001300大客车

CA50小货车

B挂五十铃（1）交通发展的预测

该段公路的交通量预测年增长率为

7%，以上表格表明了该路段所承载的近期交通量为项目的可行性提供了量化标准。（2）资金来源

本段路采取省交通厅补助，银行借贷以及市县政府自筹三个渠道，这对于该段路建设来讲资金已基本上全部到位，为公路的建设提供了强有力的资金保障。（3）经济评价

先对本项目建成后采用国民经济评价，该路的修建使沿线旅游资源得到进一步开发，市场进一步扩大，促进了人员与商品的交流与交换，加速了货物的周转，减少了库存，提高了劳动生产率，从而为当地提供了必不可少的开发与发展条件。人口的流动加速了零售业的发展，能有力地促进经济发展，增加国民经济收入；另一方面，增加了就业机会，在道路的设计、施工及管理方面，都将增加许多就业机会，有助于社会的安定。如若修收费通道，还会增加一定的财务收入；降低运输成本，改善运输环境，运输量增大，运输成本降低；道路的使用者都同样也从中受益，减少行车时间，这也存在一定的潜在效益。路网规划方案已经确定。“九五”期间，主要是建设公路主骨架中的“两纵两横三条线”，形成几条通过能力大，规模效益好的南北向、东西向的公路运输大通道;建设其他国道主干线和对区域经济发展至关重要的其他公路及重要国防公路，加强中西部地区、贫困地区的公路建设。五年预计增长公路

里

程

11

万

km

，

其

中

高

速

公

路

6500km

，

一

、

二

级

汽

车

专

用

公

路3500km。因此从长远角度来看，在此段修建一条公路势在必行。-

5

-本科毕业设计（论文）第

3

章

自然条件对道路设计和施工的影响3.1

所在地区的自然条件3.1.1

所在地区的气象资料该公路地处黑龙江哈尔滨地区，归于自然区划Ⅱ2

区，属于平原微丘区，夏季最高气温为

31°，冬季最低气温为-34°，冬夏温差大，属寒冷地区，冻结指数平均值为

1623，最大值为

2140，最小防冻层厚度为

50cm。3.1.2

沿线工程地质及水文地质情况此公路需通过六个村庄，地势平坦，起伏小但水流较多，一年中降水量主要集中在

6—9

月，占全年降水量

70%以上。3.1.3

沿线植被及土壤分布情况农田较多，境内地层的构成岩石种类繁多，成土母质复杂，多为粘质土。3.1.4

道路建筑材料及分布情况沿线有丰富的砂砾，水泥和沥青均需外购。3.2

自然条件对道路设计与施工的影响3.2.1

气象资料的影响该道路位于黑龙江省北部地区，冬季比较寒冷，主要的病害有冻胀、翻浆、水毁和积雪等等。冬季气温较低，路面积雪结冰会严重影响行车安全。春融期又可能发生翻浆等病害，夏季水量暴涨会冲毁路堤，这些都对公路交通构成严重威胁。-

6

-本科毕业设计（论文）该道路属于季节性冰冻地区，主要矛盾是冬季冻胀，春季翻浆，形成明显的不利季节。冻胀常取决于三个条件：土的冰冻敏感性，冰冻温度，接近土基的地下水，这三个条件又常常是变化的，因而所产生的冻胀是不均匀冻胀，引起路面颠簸不平形成波浪，产生冻裂。春融期，从路表面开始向下融化了的水向下渗，并停留在未融化的那部分地基土之间，产生过多的空隙水压力，并持久的频繁的施加荷载，影响了路面的承载能力。设计时应使路基填土高度符合要求，采取措施隔温排水，以防止冻胀翻浆。由于冬季盛行北风，该路段属于多雪地区，当风雪流与公路中线垂直或接近垂直时，路堤或路堑都成为风雪流前进的障碍物，将产生积雪现象，因而应提高路堤放缓边坡。为防止冻胀和翻浆，路基路面结构应采取隔温，排水和截断毛细水上升等措施。3.2.2

工程地质及水文地质的影响路基的岩土性质和地质构造是产生各种病害与变形的内部原因和根本因素，地质构造不佳是造成路基滑塌边坡碎落的因素之一，因此应充分考虑路段内的泥炭地带，尽量避免直接穿过沼泽地带，可采取绕行的方法。水对道路能产生很多危害，因此当地的水文地质资料对设计也有一定的影响。由于填筑路堤，开挖路堑，修建桥涵的结果，必然会改变原有的地貌，不正确的设计回破坏自然情况，使路基不稳定，因此设计时一定要考虑与环境和协调。3.2.3

建筑材料分布的影响该路段内砂砾较多，有小型采石厂和石灰厂。其余筑路材料要外购。在进行路基和路面设计时要考虑到充分利用当地材料，从而减少工程造价。通过以上自然情况表明，道路设计应注意排水和防冻深度以及路基的加固。-

7

-本科毕业设计（论文）第

4

章

道路技术等级的确定4.1

道路等级的确定近期交通量：车型数量车型数量(pcu/d)小客车4000中货车

EQ140特大日野车KB2221980中客车

SH130270014001300大客车

CA50小货车

B挂五十铃交通增长率：7%折算成小货车近期日交通量为N=4000+2700+2000+2000+1980+1400+1300=28110（pcu/d）远期日交通量预测为N15

N1

7%15

28110

1

7%15

77560辆根据《公路路线设计规范》应建高速公路。-

8

-本科毕业设计（论文）第

5

章

初步勘测与初步设计5.1

路线设计5.1.1

选线原则及注意事项（1）应符合公路先行设计的基本要求（2）正确运用和掌握技术标准（3）做好方案拟定和比选（4）选线应尽量选择地质稳定﹑水文地质条件好的地带通过（5）大中桥位原则上服从路线的总方向（6）重视环境保护选线不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有的作用，即是否满足国家的政治﹑经济﹑国防上的要求和长远利益。路线选择的原则和方法如上所述，但结合实际的地形特点还应注意如下问题：（1）正确考虑路线和城镇的关系（2）处理好路线与桥涵的关系（3）处理好路线与农田的关系初选两条路线，选线成果如下：路线一：交N

(X)2点坐标E

(Y)3交点号交点桩号转

角

值145JD0

6538.55738

-16271.0391K0+00020°13′JD1

5854.95212

-13857.9291

K2+508.07005.8″(Z)-

9

-本科毕业设计（论文）49°51′JD2

6250.14065

-8723.74097

K7+631.490JD3

3695.45693

-6209.70242

K10+918.43739.3″(Y)路线二：交N

(X)2点坐标E

(Y)3交点号交点桩号转

角

值145JD0

4642.86174-15770.619K0+00028°17′03″(Y)JD1

5196.18943

-13445.4325JD2

3717.72033

-7888.30595K2+390.118K8+084.040K10+911.82526°27′24.7″(Y)JD3

1799.47735-5709.05725.1.2

平面设计5.1.2.1

平面设计路线平面线形设计，是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理的确定各线形要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采用长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路，线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。平面线形主要是对直线、曲线进行设计。直线应满足最大长度的要求，即不超过

20V（V

为设计速度，以

km/h计），以及最小长度的要求，因此《规范》规定：当设计速度≥60km/h

时，同向曲线间的直线最小长度（以

km

计）以不小于设计速度（以

km/h

计）的

6

倍为宜；反向曲线间的最小长度以不小于其设计速度的两倍为宜。圆曲线应满足最小半径的要求，高速公路设计速度

120km/h

的极限最-

10

-本科毕业设计（论文）小半径为

650m，一般最小半径为

1000m，不设超高的最小半径为

5500m（路拱≤2%），7500m（路拱≥2%）；半径最大值不得超过

10000m，圆曲线的最小长度一般要有

3s

的行程。当圆曲线半径大于或等于“不设超高的最小半径”时，可以不设缓和曲线，本设计缓和曲线最小长度一般值为

130m，最小值为

100m，当圆曲线半径大于

3000m

时，即使

A

小于

R/3

，在视觉上也是没有问题的。5.1.2.2

平面设计成果路线一：曲线要素值(m)直线长度交点号缓曲

缓和曲长度

线参数切

线长

度5曲

线长

度6直线段交点间距(m)8半径长

(m)71234JD01260.0282508.07JD1

70001248.042

2470.1292399.241

4501.1871502.092

5149.3751185.002

3584.243866.025JD2

5000150JD3路线二：曲线要素值(m)直线长度交点缓曲

缓和曲长度

线参数切

线长

度5曲

线长

度6直线段长

(m)7交点间距(m)8半径号1234JD02390.1181004.318JD1

55001385.82715.085-

11

-本科毕业设计（论文）5750.432248.994787.593272903.236JD2

9000JD32115.643

4155.8345.1.3

路线的纵断面设计5.1.3.1

纵坡的确定《规范》规定：高速公路最大纵坡为

3%，最大容许合成坡度（指公路横坡与纵坡的合成方向上的最大坡度）为

10.0%。各级公路的路堑以及其它排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，应采用不小于

0.3%的纵坡，在横向排水畅通路段其设计坡度为

0.0%或小于

0.3%的纵坡时，其边坡应做纵向排水设计。5.1.3.2

坡长的确定坡长限制，主要是对较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制。（1）

限制最小坡长

如果坡长过短，变坡点增多，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减少公路的使用寿命，为提高行车的平顺性，应限制最小坡长。《规范》规定：高速公路最小坡长一般值为

400

米，最小值为

300；（2）限制最大坡长

汽车沿长距离的陡坡上坡时，因需长时间低档行驶，易引起发动机效率降低。下坡时，由于频繁刹车将缩短制动系统的使用寿命，影响行车安全。故《规范》对纵坡最大长度进行了限制。高速公路当纵坡坡度为

3%时，纵坡最大长度为

900m，当纵坡坡度为

4%时，纵坡最大长度为

700m。5.1.3.3

竖曲线设计竖曲线的半径应该满足《标准》的规定，凸形竖曲线的规定一般值是17000m，极限值

11000m，最小长度为

100m；凹形竖曲线的极限最小半径是

4000m，一般最小半径是

6000m。竖曲线的长度还应满足

3s

的行程。注意进行平纵线形的组合，首先要保持平曲线与竖曲线大小的均衡；其次，竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线内，但对于平坦地区的高速公路设计，当平曲线缓而长，可不要求平竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线。-

12

-本科毕业设计（论文）竖曲线设计成果：路线一：路线二：-

13

-本科毕业设计（论文）5.2

方案比选现初定两种方案，从以下两个方面对方案进行必选：（1）通过地形、地质、环境等方面比选路线方案方案一在整个路段都处于地势平坦的地区，沿线地质都没有太多变化，大多为平原区，且线形好；方案二有部分路段需要穿过一段地势较复杂的地区，还需要穿过一段不良地段，需对土基进行特殊处理，工程较大。（2）通过具体要素指标比选路线方案-

14

-本科毕业设计（论文）表

5-2

方案主要指标比较表指标单位方案I方案

II6途经村庄数路线长度个6km10.9210.913.6土石方（填方）土石方（挖方）最大纵坡10104m3m33.72.842.6%0.661.36续表指标河流单位道方案I方案

II9292平曲线数个竖曲线数个141113与原有公路的交叉数目最小平曲线半径及个数竖曲线最小半径个11m/个m5000/2230005500/220000经过对两方案进行以上的分析比较，方案一均优于方案二，故选方案一。-

15

-本科毕业设计（论文）第

6

章

详细设计6.1

路线设计选取初步设计中选定的方案一的路线的

K1+000—K4+000

这段进行详细设计，沿路中线两侧各

200

米的地带上，将原地形图放大，

其比例尺为1：2000，

加密等高线，高差为

1

米。对选定的路段在小比例尺上进行道路平面、纵断面、横断面设计，并绘出详细的平面图、纵断面图和横断面图。6.2

路基设计路基是公路的重要组成部分，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物承受由路面传来的荷载，是公路的承重主体，因此必须具有足够的强度、稳定度和耐久性。路床是路面的基础，是指路基顶面以下

80cm范围的路基部分，承受由路面传来的荷载，主要在应力作用区内。在结构上分为上路床（0~30cm）及下路床（30~80cm）两层。对于平原微丘区的路基设计，应根据当地自然条件，特别是工程地质条件，选择适当的路基横断面形式和边坡坡度。在地形不良地质地段，不宜破坏天然植被；在狭窄的河谷地段不宜侵占河床，可视具体情况设置其他结构物和防护工程。沿河路基废方应妥善处理，以免造成河床堵塞、河流改道或冲毁沿线构造物、农田、房屋等不良后果。根据该公路等级、技术标准，结合当地地形、地质、水文、填挖等情况路基横断面可分为：一般路堤、沿河路堤、半填半挖路基、挖方路堑、护脚路基。对陡坡上的半填半挖路基，可根据地形、地质条件，采用护肩、砌石或挡土墙；季节性冰冻地区工程地质、水文地质不良地段，应采用水稳定性好的填料筑路堤或进行换填，结合防治冻害和翻浆的具体措施，进行路基、路面、排水等综合设计。路基与路面是一个整体结构，路基是路面的基础只有路基密实，均匀，稳定，才能为路面结构提供较好的工作环境。因此，必须进行路基路面综合设计。对于填方路堤的基底处理等，应符合《公路路基设计规范》的规-

16

-本科毕业设计（论文）定。6.2.1

填方路基（1）填方路基的基底的处理及填土标准

基底土密实、地面横坡缓于1:5

时，路堤可直接填筑在天然地面上，地表有树根草皮或腐质土应予清除。距路面

2

米以下至路基基底部分用碎石土填筑，其余部分以粘土填筑。（2）路基填方边坡

根据各种条件确定为

1：1.5。（3）取土坑

取土坑底应设纵、横向坡度，以利于排水。坑底纵坡坡度不宜小于

0.3%横坡坡度宜为

2%~3%，并向外侧倾斜。取土坑的边坡坡度，视具体情况而定，不宜陡于

1:1.0，靠路基一侧不宜陡坡于

1:1.5。当路基边缘与取土坑底之差大于

2m

时，本设计为高速公路应设置护坡道，护坡道的宽度为

1~2m。设计结果：6.2.2

挖方路基根据边坡高度、土的湿度、密实程度、地下水、地面水的情况、土的成因类型及生成时代等因素。挖方边坡取

1：1。路基的弃土堆放规则，不得任意倾倒，并采取必要的排水、防护和绿化措施。山坡上弃土应注意避免破坏或掩埋路基下侧的林木及其他工程设施。沿河弃土应避免堵塞河道或引起水流冲毁农田、房屋等。路侧弃土堆一般可设在附近低地或路堑处原地面下坡的一侧，当地面横坡缓于

1:5

时，可设在路堑两侧。弃土堆内侧坡脚到堑顶之间的距离应随-

17

-本科毕业设计（论文）土质条件和路堑边坡高度而定，一般不小于

5m；路堑边坡较高，土质条件较差时应大于

5m。弃土堆一般可堆成梯形横断面，边坡不应陡于

1:1.5，并应与周围环境相协调。设计结果如下：6.2.3

边坡稳定验算一般来说土均具有一定的粘结力，因此边坡滑动面多数呈现曲面，通常假定为圆弧滑动面。采用圆弧滑动面的解析法：

17kN

/

m

，

c

30kPa

，

0

，

H

4m

。3由下表可查的坡脚圆最危险滑动弧圆数值表坡率

m0.5坡度а63.4°53.3°45°а033.2°40°W37°0.75132.2°28.2°22.22°45°1.533.7°51.22°当边坡设计为

1：1

时，

45，0

45，

2215当

45时，可计算的

f

(0,,)

0.16-

18

-本科毕业设计（论文）c130H

f

(0,,)

17

4

0.16故此边坡设计较为合理当边坡设计为

1：1.5，得

33.7K

2.76

1.25，0

51.22

，

22.2当

33.7时，可计算的

f

(0,,)

0.16c130K

2.46

1.25H

f

(0,,)

17

4

0.18故此边坡稳定6.2.4

路基防护与支挡路基的防护要求与公路的等级、当地的气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布相适应。防护工程分为坡面防护和冲刷防护两大类。本设计采用坡面防护—铺方格网草皮形势。6.3

排水设计路基应设置完善的排水设施，以排除路基、路面范围内的地表水和地下水，保证路基和路面的稳定，防止路面积水影响行车安全。必须综合考虑公路的等级、沿线地形、地质、气象、桥涵位置，合理布置，以有足够的排水能力。6.3.1

路拱设计路拱设计的目的是为了迅速排除路面上的降水，保证行车安全。路拱设计包括路面路拱坡度、路肩横向坡度的确定以及路拱形式的选取。路拱坡度的确定，应以路面排水顺畅和保证行车安全、平稳为原则。当路面越粗糙，雨（雪）水在路面上流动就越迟缓，路拱的坡度就要做得大一些，但坡度过大又不利于行车，故路拱坡度应当限制在一定的范围内；当路面平整时，对排水有利，路拱坡度就要做的小一些，根据路面类型和当地的自然条件，本设计行车道横坡为

2%，路肩横坡为

3%。6.3.2

路基边坡及沟渠设计路基边坡设计主要是合理的确定路基边坡坡度。路基边坡坡度可用边-

19

-本科毕业设计（论文）坡高度

H

与边坡宽度之比表示。设置在挖方路基的路肩外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之为边沟，其主要功能在与汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。挖方路段及高度小于边沟深度的填方路段应设置边沟。边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡为

1：1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。边沟的深度及宽度取用

0.6m。边沟纵坡与路线纵坡一致，并不小于0.5%。在特殊情况下，边沟纵坡可采用

0.3%，此时边沟出口间距应减短。排水沟用来排除来自边沟、截水沟或其他水源的水流，并将其引到路基范围以外的指定点。排水沟横断面为梯形，边坡采用

1：1，深度及底宽用

0.6m，沟底纵坡宜大于

0.5%，易受水流冲刷的排水沟应视具体情况采取防护措施。排水沟距路基坡脚的距离取

3m。本设计边沟、排水沟均采用浆砌片石防护。设计如下：6.3.3

涵洞设计在以下情况下应设置涵洞：-

20

-本科毕业设计（论文）天然河沟与路线相交处凡路线与明显沟形的干沟、小溪、河流相交时，当路线上游汇水面积大于

0.1

km

时，原则上应设置涵洞。2农田灌溉渠与路线相交处。路线经过农业区、跨越水渠、堰塘或水库的排水渠以及通过大片梯田影响农田灌溉时应考虑设置涵洞等应设置涵洞。平原区，路线通过较长的低洼地带及泥沼地带，为保证路基稳定，避免排水不畅及长期积水的情况，在地面具有天然纵坡的地方设置多道涵洞等。本设计应设置涵洞，内容如下：涵洞的计算主要是先根据径流公式确定设计流量34Q

(h

Z)

F

25P式中

QP

-规定频率为

P

时的雨洪设计流量（

m3/s）F-汇水面积（

km

）

，根据详细设计平面图

F=0.082h-暴雨径流厚度（mm）根据《公路桥涵设计细则》查得本地区为暴雨分区的第十六区汇水区土的吸水类属第Ⅱ类汇流时间为

t=30min根据公路类型，本地区设计洪水频率为

1/100根据以上四个因素值查得

h=36

mmZ-被植物或坑挖滞流的径流厚度根据地面特征查得

Z=10φ-地貌系数，根据地型、汇水面积

F、主河沟平均坡度

IZ

决定查得φ=0.07β-洪峰传播的流量折减系数，以汇水区的长度和宽度中小者计当汇水区的长度或宽度小于

5

km

时可不予考虑，对于本设计取β=1γ-汇水区降雨不均匀的折减系数，查得γ=1δ-小水库或湖泊影响的折减系数，本地区没有水库，所以取δ=13245345QP

(h

Z)F

0.07（36

-

10）

0.08111

1.23m

/

s326.3.3.1

确定涵洞孔径采用进水不升高式的无压力圆管涵，假定其管径

R=1.5m。d33圆管涵净空高

，不升高的进水口水深

H

d

1.5

1.12

m，得/444-

21

-本科毕业设计（论文）H

'

1.12涵前水深

H0

1.28

m，0.87

0.87hcH0查表得

0.57

，管内收缩断面水深

hc

=0.57×1.28=0.73m，hc0.73则临界水深

hk

0.81m，0.9

0.9hkd0.811.5Q2

0.54

，查表得

0.076

，能够通过的最大故管内充水程度gd5泄流量Q

0.0769.811.5因为

Qs

1.23m/s＜

Q

，所以选用一孔

d

为

1.5m

的圆管涵是合适的。5

2.4

m/s336.3.3.2

确定涵洞纵坡（1）临界坡度的确定Q2P1.232

0.025g

d

9.811.5hkdKkKdWkWd

0.43

，

0.387

，

0.940

；

d=1.5m

时

，

Wd

39.97

，Kd

70.76临界水深

hk

0.431.5

0.65KkKd(()

Kd

0.38770.76

27.38)Wd

0.94039.97

37.57WkWd则临界坡度为：22Q

1.23

27.38

i

0.002

2.0

‰kKkKd)Kd

(（2）最大纵坡的确定-

22

-本科毕业设计（论文）dQ1.23

0.212

0.212

0.1162d21.5hdW

0.20

，

0.624，

h

0.201.5

0.30mWd则最大纵坡为：22

0.197

0.197i

0.0579

57.9

‰kW21.50.624

2)3d(3W

d涵洞本身应有适当的纵坡，为了便于排水，最小应为

0.3%。可见涵洞纵坡

I

可在

ik=3‰～57.9‰范围内选择。6.3.3.3

确定涵洞长度B上

m(H

h上)

211.5(2.51.5)L上

L下

21.84

m1

mi011.50.02B下

m(H

h下)

211.5(2.51)

23.97

m1

mi011.50.02其中

B-路基宽度，为

42

米B

上

,

B

下-由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为

0.5B，即为

21

米。H-路基填土总高度，即由路基中心至路基边缘高度，此涵洞为

2.5

米h

上，h

下-涵洞上下游洞口建筑高度，h

上取

1.5

米，h

下取

1

米m-路基边坡坡度（按

1：m），m=1.5i0-涵洞坡度（以小数表示）

i0

=2%L

上，L

下-涵洞上，下游长度所以，L

上=21.84mL

下=23.97m涵洞全长：

L=

L

上+L

下=21.84+

23.97=

45.81m6.4

路面设计6.4.1

沥青混凝土路面设计6.4.1.1

交通分析-

23

-本科毕业设计（论文）远景交通量如下表：前轴重后轴重(KN)后轴轮组数交通量(次/日)4000车型后轴数后轴距(KN)16.5小客车中客车SH130231111单轮组--------25.5528.713.445.168.227.4单轮组双轮组单轮组270020002000大客车

CA50小货车BJ130中货车EQ14023.750.26069.2112双轮组双轮组双轮组------198014001300特大日野车KB222104.3100（3

轴）拖挂五十铃当以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时轴载当量换算按下式计算：4.35k

p

N

C

C

n

ii12

p

i1式中

ni

——被换算的轴载作用次数（次／日）；P

——

标准轴载（KN）；Pi

——

被换算的轴载（KN）；C1

——

轴载系数；C2

——

轮组系数；本设计轴载当量换算为：7435.55以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时，轴载当量可按下式换算：8

p

N

C

C

n

k,,ii12

p

i1本设计轴载当量换算为：6657.09本设计为高速公路，设计年限为

15

年，车道系数为

0.3，交通增长率为

7%。

设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计当量标准轴次数按下-

24

-本科毕业设计（论文）式计算Ne

1

t

1365

N1

以弯沉值和沥青层层底拉应力为设计指标时Ne

2.10以半刚性材料结构层的层底拉应力为设计指标时Ne

21077属于重交通。6.4.1.2

土基回弹模量及路面等级类型的确定本设计处于

II2

区，土质为粘性土，属于中湿状态，稠度在

0.75--1.10

之间，取土基回弹模量为

30MPa，路面等级为高速公路，设计为沥青混凝土路面。6.4.1.3

拟定路面结构层厚度该公路地处黑龙江哈尔滨地区，夏季最高气温为

31°，冬季最低气温为-34°，冬夏温差大，属寒冷地区，冻结指数平均值为

1623，最大值为2140，最小防冻层厚度为

50cm。选择沥青就要兼顾沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，道路交通等级为重交通。面层要求高强耐磨、热稳性好和不透水，因而选用粘结力强的结合料和强度高的集料作为面层，本设计采用沥青混凝土面层，由三层组成，表面层选用型号为

AC-13

的细粒式沥青混凝土，厚

4cm；中面层选用型号为AC-16

的中粒式沥青混凝土，厚

6cm；下面层选用

AC-25

的粗粒式沥青混凝土，厚

8cm。基层要有足够的强度，一定的刚度和水稳定性，由于东北地区冬季寒冷，所以材料还要具有一定的抗冻性和低温抗裂性。本地区河流冲沟附近多砂砾，选用悬浮密集型石灰粉煤灰稳定沙砾作为基层，厚

30cm。设置隔水隔温垫层，厚度大于

15cm

为设计厚度，材料为水泥石灰沙砾土。6.4.1.4

计算设计弯沉值本设计为高速公路，取

A

1.0

，路面为沥青路面面层，取

A

1.0

，CsAB

1.0-

25

-本科毕业设计（论文）设计弯沉：0.2600

(2

10

)0.2

1.0

1.0

1.07ld

600Ne

A

A

AcsB

20.77(0.01mm)计算各层材料的容许层底拉应力

/

KsRsp细粒式沥青混凝土面层：取

1.6

MPaSP

/

K

1.6

/

3.64

0.44MPaKs

0.09

N

0.22

Ac

/3.64e，Rspspsps中粒式沥青混凝土：取

1.2

MPaSPKs

0.09

N

0.22

Ac

/3.64

R

/Ks

0.1.2

/

3.64

0.33MPae，粗粒式沥青混凝土：取

1.0

MPaSPKs

0.35

N

0.11

Ac

/3.64

R

/Ks

1.0

/

3.64

0.27MPae，石灰粉煤灰稳定砂砾：取

0.55

MPaSPKs

0.35

N

0.11

Ac

/2.23MPa

R

//Ks

0.55

/

2.23

0.25MPae，，sp水泥石灰沙砾土：取

0.4

MPaSPKs

0.35

N

0.11

Ac

/2.23MPa

R

Ks

0.4

/

2.23

0.18MPaesp路面结构设计报告设计名称：某平原微丘区高速公路

A

段设计设计内容：新建路面按弯沉、拉应力设计基本参数：本设计为高公路，路基路面总层数共

5

层，设计层为第

5

层，对路面结构将进行抗冻厚度验算。本结构面层为沥青混凝土类。结构参数：-26-本科毕业设计（论文）层位①②③厚度（cm）4.020°C

模量

15°C

模量

容许拉应力材料名称(MPa)150012001000(MPa)200018001200(MPa)细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土粗粒式沥青混凝土石灰粉煤灰稳定砂砾0.440.330.276.08.0④30.014000.25⑤⑥水泥石灰沙砾土土基？1000300.18----按设计弯沉值计算设计层厚度

:LD=

20.77

(0.01mm)H(

5

)=

20

cmH(

5

)=

25

cmLS=

22.1

(0.01mm)LS=

20.2

(0.01mm)H(

5

)=

23.5

cm(仅考虑弯沉)按容许拉应力验算设计层厚度

:H(

5

)=

23.5

cm(第

1

层底面拉应力验算满足要求)H(

5

)=

23.5

cm(第

2

层底面拉应力验算满足要求)H(

5

)=

23.5

cm(第

3

层底面拉应力验算满足要求)H(

5

)=

23.5

cm(第

4

层底面拉应力验算满足要求)H(

5

)=

23.5

cm(第

5

层底面拉应力验算满足要求)路面设计层厚度

:H(

5

)=

23.5

cm(仅考虑弯沉)H(

5

)=

23.5

cm(同时考虑弯沉和拉应力)按下述方程验算防冻厚度是否满足要求：Ｈj≥Ｈf其中

Ｈj——路面结构总厚度

(cm)，对于改建路面的补强设计，其路面总厚度应为补强厚度与原有路面厚度之和,最小防冻厚度Ｈf

值由规范查得为

50cm。本设计的结构厚度，满足防冻厚度要求！计算新建路面各结构层底面最大拉应力：当设计层厚度取

28.3cm

时的指标值第

1

层底拉应力为：-0.191MPa第

2

层底拉应力为：-0.018MPa第

3

层底拉应力为：-0.028MPaσr＝0.44σr＝0.33σr＝0.27-

27

-本科毕业设计（论文）第

4

层底拉应力为：

0.058MPa第

5

层底拉应力为：

0.093MPaσr＝0.25σr＝0.18由计算结果可得，各结构层容许拉应力均大于底面最大拉应力，故应力满足要求。设计层厚度满足要求。设计结果：6.4.2

水泥混凝土路面设计6.4.2.1

路面结构层组合水泥混凝土路面结构层组合设计应根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况。选择安排混凝土路面的结构层层次，它包括土基、垫层、基层和面层的结构组合设计，各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。该地区属于季节性冰冻地区，其冰冻线深度为

1.8m，因此其最小防冻深度为

0.6m。水泥混凝土面板要求具有较高的弯拉强度，表面平整、抗滑、耐磨。本设计采用普通混凝土路面。它强度高；稳定性好，不存在沥青路面的“老化”现象；耐久性好，一般能使用

20-40

年。对基层的首要要求是抗冲刷能力，不耐冲刷的基层表面，在渗入水和-

28

-本科毕业设计（论文）荷载的共同作用下，会产生唧泥、板底脱空和错台等病害，并加速和加剧板的断裂。提高基层的刚度，有利于改善接缝的传荷能力。根据以上要求和本地材料分布情况，本设计采用基层类型为水泥稳定砂砾。设置防冻垫层可以使路面结构免除或减轻冻胀和翻浆病害，跟据规范要求，垫层最小厚度为

15cm。6.4.2.2

混合料的要求面层混合料必须具有较高的抗弯拉强度和耐磨性，良好的耐冻性以及尽可能低的膨胀系数和弹性模量。还要有适当的施工和易性，一般规定其坍落度为

0-30mm，工作度约

30s。6.4.2.3

结构厚度计算（1）

交通分析标准轴载及轴次换算我国水泥混凝土路面设计规范规定：以后轴重

100kN

的双轮组轴载作为标准轴载。对于同一种路面结构，不同轴-轮型和轴载的作用次数按下式换算为标准轴载的作用次数：nnPiNs

f

N

N

(i)16iii100i1i1式中

Ns

──100KN

的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi

──单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型

i

级轴载的总重（KN）；n

──轴型和轴载级位数；Ni

──各类轴型

i

级轴载的作用次数；i

──轴-轮型系数。表

6-7

轴载换算表PiNiNs车型δi（KN）（次/日）

（次/日）前轴后轴前轴后轴前轴16.5236654000400027002700200000小客车576.555125.545.128.70中客车

SH130大客车

CA50431.6524.23.410-

29

-本科毕业设计（论文）后轴前轴后轴68.213.427.41.0200020002000198019801400140013004.380727.3534.7569.11.0小货车

BJ130中货车

EQ1400前轴

23.7后轴

69.205.489.382745.85139.97前轴50.2412.11.0特大日野车

KB222后轴

104.360381.7拖挂五十铃100（3

轴）后轴013000∑Ns--------2908.47由上表可得该路换算为标准轴载的当量轴次数

Ns=2908.47

次/日。设计基准期内面层设计车道所承受的标准轴载累计作用次数

Ne由《公路水泥混凝土路面设计规范》，二级公路的设计基准期为

30

年，安全等级为一级。查表

16-3（《路基路面工程》）临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取

0.20。按下式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

)

1]365tNe

2908.47[(10.07)30

1]365

0.20

200610次40.07由规范知道属特重交通。6.4.2.4

初拟路面结构由表

16-20（《路基路面工程》），相应于安全等级一级的变异水平等级为低。根据高速公路、特重交通等级和低级变异水平等级，查表

16-17（《路基路面工程》），初拟普通混凝土面层厚度为

0.26m。基层选用双水泥稳定粒料，上层（水泥用量

6％）厚

0.18m，下层（水泥用量

5％）厚0.18m。垫层为厚

0.2m

的低剂量无机结合料稳定土。普通混凝土板的平面尺寸为宽

4.5m，长

5.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝形式。6.4.2.5

路面材料参数确定-

30

-本科毕业设计（论文）按表

16-23

和表

16-25（《路基路面工程》），取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为

5.0Mpa，相应弯拉弹性模量标准值为

31Gpa。

查表

16-14（《路基路面工程》），路基回弹摸量取

30Mpa。查表

16-27（《路基路面工程》）基层回弹模量取

1300Mpa，低剂量无机结合料稳定土回弹模量取

600MP。计算基层顶面当量回弹摸量如下：h21E1

h22h22E213000.3626000.22Ex

Dx

1135MPah210.362

0.22211E

h

E

h

h113132h221124E1h

E2h2

11300

0.36

600

0.2

0.36

0.2211133

12.94

MN

m124

1300

0.36

600

0.21131212.94

12DxEx3

0.515

mhx11350.450.45Ex1135

30

6.22

1

1.51

4.389a

6.22

1

1.51

E0

0.550.55ExE01135

30

b

11.4411.44

0.805113ExE01135

30

3Et

ahxbE0

4.389

0.5150.805

30

259

MPa

其中

E0

——路床顶面的回弹模量（MPa）；E

、

E

——基层和底基层或垫层的模量（MPa）;12h

、

h

——基层和底基层或垫层的厚度（m）；12Ex

——基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）；hx

——基层和底基层或垫层的当量厚度（m）；Dx

——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度；-

31

-本科毕业设计（论文）a

、

b

——回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径rg

0.537h

E

/

E

0.537

0.26t

31000

/

259

0.688m

33c6.4.2.6

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

ps

0.077r0.6h2

0.0770.6880.6