一级公路设计

PAGEPAGE32石家庄铁道学院毕业设计1TOC\o"1-4"\h\u97721设计资料 174461.1交通量资料 168241.2地形地貌以及工程地质资料 177891.3设计参照等高线地形图 1295371.4设计规范标准 147792道路等级的确定 2239442.1车型换算 2146402.2日交通量计算 236273确定线路技术标准 2167244路线方案的拟定 350494.1山岭区选线要点 346994.2路线方案的拟定 3186105平面设计 450975.1平面线形设计的基本要求 463395.2平曲线的设计 48055.2.1曲线半径 450905.2.2直线长度 54955.2.3缓和曲线的长度 5264065.2.4曲线计算 5145535.2.4.1平曲线要素 5208395.2.4.2里程桩号 6270685.3超高加宽设计 666415.3.1超高的确定 6335.3.2超高缓和段长度的确定 74695.3.2.1理论取值计算 7219805.3.2.1实际取值 7114085.3.3各曲线段超高计算 7218935.4纵断面设计 889985.4.1纵断面设计的一般要求 8127245,4.2纵坡的确定 9278785.4.3竖曲线半径确定 9243675.4.4竖曲线长度确定： 9213545.4.5竖曲线要素计算 9126455.5平纵组合设计 11214045.5.1组合原则 11132975.5.2组合方式 1130025.6平面纵面成果汇总 11289166.路基设计 11140086.1横断面布置 1150016.2路拱横坡 1219026.3超高及加宽 1237516.5设计成果 1226737路面结构设计 13297317.1路面类型的确定 13111527.1.1路面类型的确定 13175867.1.2确定路基潮湿类型及土基回弹模量 1392817.1.3轴载分析 1323357.1.3.1当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时 136567.1.3.1当进行半刚性基层层底拉应力验算时 14179387.1.4结构组合与材料选取 16133737.2沥青路面设计计算 16100057.2.2按容许弯沉计算路面厚度 1782487.2.3水泥碎石层的确定的 18252747.2.3.1按设计弯沉值计算设计层厚度 18267867.2.3.2按容许拉应力计算设计层厚度: 19105187.3最大拉应力的验算 204837.4路基路面成果 20140618道路排水设计 20285928.1排水的目的与要求 20151578.2排水系统设计 20161068.3地面排水构造物设计 21271158.4涵洞设计 21193879挡土墙的设计 211设计资料1.1交通量资料实测交通量资料车型交通量(辆/日)特大型货车178大中型货车276小型货车309大中型客车383小型客车1024拖拉机1675摩托车432自行车192531.2地形地貌以及工程地质资料本段黄河上游山岭区，设计路段中部有一片大致的顺着河流方向冲积平原地带，土壤肥沃，物阜人丰，是重要的商品粮基地，多属硬粘性土地区，地温较高，地下水一般为4~5米，地表水主要有河流、水塘、溪流、水库的地表水构成，接受大气降水的补给，水位及水量受降水量影响不大。地表水冲刷作用对路基影响不大。本工程地质为一般性粘土地段，工程地质良好，而且可以利用中部较大的冲积平原部分修建线性良好的公路。1.3设计参照等高线地形图比例1:2000。1.4设计规范标准(1)《道路工程制图标准》(GB50162-92)(2)《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)(3)《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)(4)《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)(5)《公路自然区划标准》(JTJ003-86)(6)《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006)(7)《公路排水设计规范》(JTJ018-97)为简单起见，一律用《规范》《标准》简称之

2道路等级的确定2.1车型换算高速、一级公路以小客车为折算标准。各汽车代表车型与换算系数如表1-1所示：各汽车代表车型与车辆折算系数汽车代表车型车辆折算系数说明小型客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车大中型客车及小型货车1.5＞19座的客车和载质量＞2t~≤7t的货车大中型货车2.0载质量＞7t~≤14t的货车特大型货车3.0载质量＞14t的货车2.2日交通量计算由《标准》中规定：畜力车、人力车、自行车等非机动车在设计交通量换算中按路侧干扰因素计，一、二级公路上行驶的拖拉机按路侧干扰因素计。将实测各种车型的交通量折算成小客车的交通当量。初始年交通量：N0=1024×1.0+383×1.5+309×1.5+276×2.0+178×3.0=2264辆/日由《标准》中规定：一级公路设计交通量按15年预测。交通当量年平均增长率按6%计，则15年后道路通行能力为：3确定线路技术标准根据《标准》双向四车道的一级公路应该能适应折合成小客车的年平均日交通量为15000-30000辆，可以选拟定该路采用一级公路，双向四车道，设计车速为80km/h,设计采用的服务水平为一级，采用整体式路基，查《标准》得知关于一级四车道相关的主要技术标准汇总如下表道路技术指标序号项目单位主要技术指标1设计车速km/h802路基宽度一般值m24.5最小值21.53平曲线半径一般值m400极限值250不设超高最小半径路拱≤2.0%m25004平曲线最小长度m140缓和曲线最小长度m705最小纵坡%0.36最大纵坡%57最小坡长m2008相应纵坡的最大坡长3%m11004%9005%700<3%不限制9停车视距m11010竖曲线半径凸形一般值m4500极限值m3000凹形一般值m3000极限值m200011竖曲线最小长度m7012平曲线最大超高%84路线方案的拟定4.1山岭区选线要点山岭地区，山高谷深，坡陡流急，地形复杂，路线平纵横三方面都受到约束；同时地质、气候条件多变，都影响路线的布设。但山脉水系清晰，给选线指明了方向：不是顺山沿水，就是横越山岭，。纵面线形结合桥涵、通道、隧道等构造物的布局，合理确定路基设计高度，纵坡不应频繁起伏，也不宜过于平缓。4.2路线方案的拟定此处中部的冲积平原地带对选线较为有利，主要考虑的就是要少占良田。由已确定的道路等级和主要技术标准指标，在原始设计交通量资料、地质地貌、等资料和现有地形、地物分布图资料的基础上，经分析，初步以下方案，线路走向如下所述。路线以西北部横河旁为起点，先大致沿河行至地图中部的河湾处，再大致沿着山脚走向并经杨树林后，穿越一居住区后直至终点。具体路线见以下截图：5平面设计5.1平面线形设计的基本要求(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)除满足汽车行驶力学上的基本要求外,还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求；(3)保持平面线形的均衡与连贯；=1\*GB3①长直线尽头不能接以小半径曲线。=2\*GB3②高,低标准之间要有过渡。(4)应避免连续急弯的线形；(5)平曲线应有足够的长度。5.2平曲线的设计5.2.1曲线半径根据标准段选定设计路段的曲线半径均选为500m。5.2.2直线长度(1)直线的最大长度我国目前的《标准》和《规范》中均未对直线的最大长度规定具体数值。日本和德国，以设计车速()的20倍数字为最大长度限值。当时，，本设计符合要求。(2)直线的最小长度《规范》推荐同向曲线间最短直线长度以不小于6V为宜，反向曲线间最短直线以不小于2V（160m）为宜。本设计采用基本型曲线，即直线两端设有缓和曲线，且相邻的曲线间均构成反向曲线，本设计将严格保证符合反向曲线间最短直线以不小于2V（160m）的要求。5.2.3缓和曲线的长度《标准》规定：设计速度为基本型平曲线80km/h的一级公路，缓和曲线的最小长度为=70m。此设计取缓和曲线长度均为=150m,符合《标准》规定。5.2.4曲线计算5.2.4.1平曲线要素、公式其中Ls=150m,R=500m参照《规范》计算如下=75.532(2-2)=0.469(2-3)=8.423(2-4)=430.999(2-5)=219.802(2-6)=22.361(2-7)=8.605(2-8)式中：T—切线长，m；L—曲线长，m；E—外距，m；J—校正数或称超距，m；R—圆曲线半径，m；α—转角，5.2.4.2主点桩号以JD1为例如下确定该平曲线各主点的主点桩号已知：JD11桩号为：k0+290.917，∴直缓点桩号为ZH=JD-T=K0+071.115，∴曲中点桩号为QZ=ZY+=K0+286.614，∴缓直点桩号为HZ=ZH+L=K0+502.114。其余的缓和曲线计算同理；结果汇总见表交点桩号，坐标，可以直接由纬地导出见表5.3超高加宽设计5.3.1超高的确定《规定》规定，超高横坡度按设计速度，半径大小，结合路面的类型，自然条件和车辆的组成情况确定。一级公路的超高横坡度不超过10％。超高由下面式子确定以交点处超高的计算为例：式中，—横向力系数取，=0.05，本设计路段选定的超高为5%。5.3.2超高缓和段长度的确定超高缓和段实际计算值应取下列三项中的最大值：(1)曲线加宽段长度；(2)超高缓和段的理论计算值；(3)缓和曲线的长度。5.3.2.1理论取值计算为了行车的安全舒适、路容的美观和排水的通畅，必须设置一定长度的超高缓和段，超高过渡则是在超高缓和段全长范围内进行的。双车道公路超高缓和段长度可按下式计算：式中：L—超高缓和段长(m)；β—旋转轴至行车道外侧边缘的宽度(m)；此处8m—超高坡度与路拱坡度的代数差(％)；p—超高渐变率。取1/200>1/300也就是满足最小的超高渐变率1/300本设计路段超高缓和段长度理论值为：8*7%/(1/200)=112m<=150m。5.3.2.1实际取值此路段没有加宽，超高缓和段的理论计算值为40m和缓和曲线的长度为150m，缓和曲线长大于理论计算超高缓和段长度，所以按照规范缓和曲线起始段就是超高缓和段，为150m。5.3.3各曲线段超高计算以JD1的超高值计算为例超高起点为K0+071.115，由直线段的硬路肩坡度与行车道相同，为2%，土路肩为3%。圆曲线内侧的土路肩、内外侧的硬路肩坡度与行车道的坡度相同，均为2%，外侧的土路肩坡度为-3%，内侧土路肩坡度的过渡段的长度为：取，内侧土路肩坡度在超高缓和段起点之前，即从(K0+071.115~K0+073.271)段内完成土路肩的过渡，变成-2%，与路拱横坡相同。=3\*GB3③分别计算各桩号的横断面上超高值，纬地5.88的计算结果见下表。JD1处平曲线超高值计算结果左土路肩左硬路肩左行车道桩号右行车道右硬路肩右土路肩-3-2-20-2-2-3-3--105.1153-2-2-2106.115-2-2-2171.829-2-2-2555221.115-5-5-5555352.114-5-5-5401.4-2-2-2-2-2-2467.114-2-2-25.4纵断面设计5.4.1纵断面设计的一般要求纵坡设计的一般要求为：1纵坡设计必须满足《标准》的各项规定；2应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。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，起伏不宜过大或过于频繁。3纵坡设计应对沿线的地形、地下管线、地质、水文、气候、排水等方面综合考虑，视具体情况妥善处理，以保证道路的稳定与畅通。4纵坡设计应考虑填挖平衡，减少借方和废方，以降低工程造价和节省用地。5平原微丘地区地下水埋藏较浅，池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小坡度要求外，还应满足最小填土高度的要求，以保证路基稳定。5,4.2纵坡的确定最大纵坡的确定《标准》规定，设计速度为80km/h时，公路最大纵坡为5%。结合设计路段定的是1.7079%。最小纵坡的确定各级公路的路堑以及其它横向排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计平坡或小于0.3%的纵坡时，其边沟应作纵向的排水设计。结合设计路段定的是1.0088%。最大坡长最小坡长限制《标准》规定一级公路（80km/h）相应纵坡的最大坡长3%1100m4%900m5%700m<3%不限制5.4.3竖曲线半径确定摘录《规范》如下竖曲线半径凸形一般值m4500极限值m3000凹形一般值m3000极限值m2000本设计采用R=15000m完全满足要求5.4.4竖曲线长度确定：《规范》要求一级公路竖曲线最小长度为70m,本设计最小竖曲线长度366.65m满足要求5.4.5竖曲线要素计算变坡角竖曲线长度L＝Rω竖曲线半径R＝L/ω竖曲线切线长竖曲线上任意一点P的竖距：竖曲线外距竖曲线要素计算示意如图竖曲线要素图现在以竖曲线中第一个变坡点（K1+050）为例本设计路段第一变坡点（凹形竖曲线）里程桩号为K1+050，高程为271.8585m，坡度-1.0088%，1.4355%竖曲线半径取R=15000m。(1)竖曲线要素计算：当为“+”时，表示凹形曲线，为“-”时为凸形曲线。所以该竖曲线为凸形竖曲线。曲线长L=Rw=150002.4443%=366.645m(满足最小长度要求)切线长T=L/2=183.323(m)外距=1.118m(2)计算设计高程：竖曲线起点桩号=K1+050-T=K0+866.675(m)竖曲线起点高程=273.7772+T=272.46(m)竖曲线终点桩号=K0+340+T=K1+233.325(m)竖曲线终点高程=271.8585+=274.476m(3)竖曲线任意点高程步骤如下=1\*GB3①计算切线高程=2\*GB3②计算设计高程具体计算结果最后由纬地导出5.5平纵组合设计5.5.1组合原则(1)保持视觉的连续性。应在视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断失误的线形都应避免。(2)保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。对纵面线形不断起伏，而在平面上却采用高标准的线形是无意义的。反之，在平面上线形迂回前进、弯道较多，而在纵断面设计上采用高标准也同样没有意义。(3)选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。(4)注意与周围环境相配合，可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。5.5.2组合方式(1)平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线这种组合是使平曲线与竖曲线对应，最好使竖曲线的起点和终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。(2)平曲线与竖曲线大小应保持均衡平曲线与竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。(3)暗、明弯与凸、凹竖曲线暗弯与凸形竖曲线组合，以及明弯与凹形竖曲线组合较为合理，且给人一种平顺舒适的感觉。(4)平、竖曲线应避免的组合平曲线与竖曲线重合是一种理想的组合，但由于地形等条件限制，这种组合并不是总能争取得到的。如果平曲线的中点与竖曲线的顶(底)点位置错开距离不超过平曲线长度的四分之一时，效果仍然令人满意。通过用纬地软件所进行设计平纵线形组合，对其形成的透视图检验，设计路段线形质量良好。5.6平面纵面成果汇总路基设计6.1横断面布置根据设计交通量，拟建高速公路，其横断面各组成部分的取值可根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件和抗震设防等因素确定，并且应该符合公路建设的基本原则和相关规范的具体要求。本路段路基按四车道一级公路（80km/h）标准，其标准横断面如图3-1：路基全宽24.5m，单向行车道2×3.75m，左侧路缘带0.5m，硬路肩2.5m(含右侧路缘带0.5m)，中央分隔带2.0m，土路肩为0.75m。路基宽度=行车道宽+分隔带宽+路肩宽＝24.5m图3-1标准横断面示意图6.2路拱横坡路拱坡度需要考虑路面类型和当地的自然条件。查《标准》，沥青路面横坡宜取1.0～2.0%。考虑到该地区降雨量，路面排水状况和施工行车安全舒适，拟采用2.0%的路拱横坡。公路的硬路肩，采用与行车道相同的横坡。土路肩的横坡采用3%，路拱形式拟采用直线形式。6.3超高及加宽该路段内有三曲线段，由于其半径小于不设超高的最小半径，所以要分别设超高，在上述平面现行设计中已经完成，具体的计算结果见附表。规范规定，当曲线半径小于等于250m时，需要进行加宽，高速公路，一级公路的平曲线半径均大于250m所以不需要加宽。6.5设计成果最后附上7路面结构设计7.1路面类型的确定7.1.1路面类型的确定由于沥青路面使用沥青结合料，因而增强了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到提高。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因而获得越来越广泛的应用。本段公路是高等级道路，结合实际情况，选用沥青混凝土路面。7.1.2确定路基潮湿类型及土基回弹模量根据《公路自然区划标准》该地区属于东南湿热区，路基临界高度参考值可知此区是粘性土中湿状态，临界高度，故土基属中湿状态，相对含水量，取土基回弹模量。7.1.3轴载分析交通组成表车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距(m)交通量红岩CQ30290621192双轮组<3178日野KF300D40.75792双轮组<3276解放CA34022.156.61双轮组309黄海DD690561042双轮组>3383东风CS93824702双轮组>31024解放CA10B19.460.851双轮组16757.1.3.1当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时=1\*GB3①轴载换算轴载换算采用如下计算公式：轴载换算系数(6-1)式中，—标准轴载，；—被换算车型的各级轴载，；—轴载系数；—轮组系数；—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日。 轴载换算结果下表所示，轴载换算结果车型东风CS938后轴701130064.03180848红岩CQ30290前轴6216.4540436.1438464后轴119115401146.864481日野KF300D前轴40.7516.412015.7475786后轴792.2112095.13257062黄海DD690前轴5616.415077.96961504后轴1042.21150391.0824246解放CA10B后轴56.61124020.412979解放CA340前轴22.116.41801.669825251后轴56.61118015.309734252264.364863注：轴载小于25kN的轴载作用不计。=2\*GB3②累计当量轴次计算根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η是0.4~0.5取0.45，γ=6%，累计当量轴次：7.1.3.1当进行半刚性基层层底拉应力验算时=1\*GB3①轴载换算验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为式中，为轴数系数，=1+2(m-1)；为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，四轮组为0.09。计算结果如下表所示，轴载换算结果车型东风CS938后轴701130017.294403红岩CQ30290前轴621154011.7903657后轴11911.85120892.7475471日野KF300D前轴40.75311200.273730635后轴7911.8515042.09976947黄海DD690前轴56311504.352279021后轴10411240328.4565721解放CA10B后轴56.6111801.895849921298.910517注：轴载小于50kN的轴载作用不计。=2\*GB3②累计当量轴次计算各参数值同上，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η是0.4~0.5取0.45，γ=6%，累计当量轴次7.1.4结构组合与材料选取由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为800万次左右，根据地地质水文等条件选择柔性路面结构，沥青混凝土路面。7.2沥青路面设计计算（说明：-一级沥青路面公路采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状理论,以路标弯沉值作为路面整体刚度的设计控制指标.并对沥青面层和半刚性基层,底基层（垫层否）的层底拉应力进行验算。）7.2.1拟定路面组合结构形式及材料选取根据《公路沥青路面设计规范》推荐结构，考虑本路段的交通量、路基水温状况及材料供应等具体情况，拟定该路段路面结构方案如下：其中第四层水泥碎石为设计层。路面结构设计路面厚度材料细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土=6cm粗粒式沥青混凝土？水泥碎石250cm石灰土土基查相关资料表表得各层厚度、劈裂强度、抗压回弹模量、弯拉模量和极限抗弯拉强度如表6-5所示：各层厚度、抗压回弹模量、弯拉模量、极限抗弯拉强度和劈裂强度表层次材料名称各层厚度(cm)抗压回弹模量20C(MPa)抗弯拉模量(MPa)极限抗弯拉强度(MPa)劈裂强度(MPa)1细粒式沥青混凝土3140015001.51.42中粒式沥青混凝土4120015001.51.03粗粒式沥青混凝土6900——0.84水泥碎石?150018000.50.65石灰土25055012000.50.256土基回弹模量按照当地地质资料综合取值40Mpa7.2.2按容许弯沉计算路面厚度(1)设计弯沉值式中，—设计年限内，一个车道上的累计当量轴次,(次)；—分别为公路等级系数，面层类型系数及基层类型系数。《公路沥青路面设计规范》规定：一级公路=1.0，=1.0，=1.0。由式得：=23.4(mm)(2)各层材料的容许层底拉应力对于沥青混凝土面层：K=细粒式密级配沥青混凝=1.4/3.02=0.44(MPa)同理可算出其余各层的容许拉应力值如下表层位结构层材料名称劈裂强度(MPa)容许拉应力(MPa)1细粒式沥青混凝土1.40.442中粒式沥青混凝土10.313粗粒式沥青混凝土0.80.254水泥碎石土0.50.195石灰土0.2250.097.2.3水泥碎石层的确定的利用东南大学教授编制Hpds（highwaypavementdesignsystem）路面设计程序系统计算计算相关结果如下表新建路面结构厚度计算公路等级:一级公路新建路面的层数:5标准轴载:BZZ-100路面设计弯沉值:23.4(0.01mm)路面设计层层位:4设计层最小厚度:200(mm)层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差15℃平均抗压标准差容许应力(mm)模量(MPa)(MPa)模量(MPa)(MPa)(MPa)1细粒式沥青混凝土301400015000.442中粒式沥青混凝土401200013000.313粗粒式沥青混凝土60900011000.254水泥碎石土?1500016000.195石灰土25055005500.096新建路基407.2.3.1按设计弯沉值计算设计层厚度LD=23.4(0.01mm)H(4)=250mmLS=25(0.01mm)H(4)=300mmLS=22.3(0.01mm)H(4)=279mm(仅考虑弯沉)7.2.3.2按容许拉应力计算设计层厚度:H(4)=279mm(第1层底面拉应力计算满足要求)H(4)=279mm(第2层底面拉应力计算满足要求)H(4)=279mm(第3层底面拉应力计算满足要求)H(4)=279mm(第4层底面拉应力计算满足要求)H(4)=279mm(第5层底面拉应力计算满足要求)路面设计层厚度:H(4)=279mm(仅考虑弯沉)H