二级公路设计说明书A4

目录摘要第1章绪论………11.1公路发展概况…………………1.2设计概况………………第2章平面设计…………………2.1公路等级的确定…………………2.2设计行车速度的确定…………………2.3选线设计…………………2.4平面线形设计…………………第3章纵断面设计…………………3.1纵断面设计原则…………………3.2纵坡设计的要求…………………3.3纵坡设计的步骤…………………3.4竖曲线设计…………………第4章横断面设计…………………4.1横断面设计原则…………………4.2超高的确定及过渡方法…………………4.3超高值的计算…………………4.4路基设计的内容…………………4.5横断面的绘制…………………第5章排水设计…………………5.1排水设计的原则…………………5.2排水设计的具体步骤…………………5.3路面排水设计…………………5.4排水系统分析…………………第6章路面设计…………………6.1路面设计的内容…………………6.2路面设计步骤…………………6.3路面设计…………………第7章挡土墙设计6.1挡土墙设计的内容…………………6.2挡土墙设计…………………第8设计总结…………………主要参考文献…………………摘要本设计的主要内容为公安至石首（麻口段)二级公路设计。设计的目的是在所提供的地形图上，采用纸上定线的方法，并根据交通量数据、地形情况等其他资料确定设计的公路等级，做出相应的设计，以此加深对公路设计原理和方法的认识。本设计包含工程概况、主要设计技术指标、路线设计（包括选线、平曲线设计和竖曲线设计）、路基设计、路面设计、排水设计、挡土墙设计、边坡防护设计、涵洞设计等。通过本次设计，加深了我对道路设计基本理论和重要概念的理解，熟悉具体设计的计算内容、步骤和方法，使大学期间所学的理论知识与实践较好地结合起来。关键词：平曲线设计竖曲线设计路基路面挡土墙涵洞工程概况.1设计标准本路段按交通部颁发《公路工程技术标准》JTJB01-2003等标准、规范、规程有关要求执行；本路段采用重丘二级公路标准，设计车速60km/h，路面宽9.5m，采用沥青混泥土路面。桥涵设计荷载：公路-Ⅱ级。设计洪水频率：特大桥、大、中桥1/100；路基、中小桥、涵洞1/50。主要技术指标见表Ⅰ-Ⅰ表Ⅰ-Ⅰ主要技术指标表设计车速60km/h平曲线最小半径一般值200极限值125不设超高最小平曲线半径（路拱≤2%）1500m会车视距220m最大纵坡6%竖曲线最小半径凸形一般值2000m极限值1400m凹形一般值1500m极限值1000m路基宽度9.5桥梁设计荷载公路-Ⅱ级设计洪水频率特大桥、大、中桥1/100小桥、涵洞、路基1/50主要工程数量路线测设总里程2km，全线主要工程数量如下：拆迁建筑物：无路面工程：沥青混泥土路面涵洞：7道1.1.2沿线自然地理特征及其公路建设的关系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区，所选设计路段为重丘区路段，该段地势比较复杂，一般的地面坡度都比较大，山高谷深，地形复杂，山脉水系分明，石多，土薄，地质和水文条件都比较复杂，地形变化很大，使得路线在平、纵、横三方面都受到很大的限制。1.1.2.2地质本区地处基底岩体由泥盆系砂页岩、砂岩，石炭系砂页岩、灰岩，二叠系灰岩、泥岩，侏罗系火山岩系与白垩系及第三系半固沉积岩组成，上覆粘性土、砂性土。区域构造断裂以NE向为主，次为NNW向，均为隐伏构造。晚第三纪以来新构造运动不明显，区域构造稳定性好。由于本区所特有的地形、地貌及地质构造条件，沿线不良地质现象一般不发育，而较为可能产生的不良地质现象主要表现在风沙路段、湿陷性黄土、黄土冲沟、砂土液化等。1.1.2.5气候本路段经过地区属温带大陆性半干旱季风气候区。气候基本特征是东夏风向更替明显，冬季寒冷，夏季炎热，春秋短暂，冬夏漫长；春季温暖多风，气候干燥，秋季凉爽连阴，气候宜人。雨季始于6月中旬，终于9月下旬，7、8月份雨量集中，常有大雨或暴雨发生，雨量之和占年平均的50%。全区无霜期150多天，沿线以偏北风和偏南风为主，最大风速13-34m/s。由于沿线黄土分布广泛，区内对沿线路线影响较大的灾害性天气为暴雨，因此，须加强排水及防护设计。1.1.2.6水文根据地层含水介质的特征、赋存条件、水理性质和水力特征，本区沿线勘探深度内赋存地下水均为第四季松散岩类孔隙水，按埋藏条件及地貌单元可分为浅层水和中层水。此路途径地地方河流交错、湖泊密布。有大小河流近百条，均属长江水系，主要有长江干流及其支流东青河、虎渡河、藕池河等。工程用水非常充足。1.1.3沿线筑路材料、水、电等建筑条件及与公路建设的关系沿线筑路材料、水、电资源丰富，可满足工程施工需要。当地筑路材料较多，沿线附近可采集到砂砾，石灰窑较多。渣油沥青、水泥、木材、钢材和石料可以从各城市采购。1.1.6与周围环境和自然景观协调情况 为了减少因公路建设而导致环境污染及破坏，切实做好防治措施，保护自然资源，维护生态平衡，在本施工图设计中我们已充分考虑了周围环境和自然景观协调措施：在路线、桥位选择时，充分考虑了沿线自然环境和社会环境，尽可能的绕避主要居民点和人文景观，在公路用地范围内适当考虑了景观设计，尽量使公路建设与沿线景观协调一致。如在选线定线时考虑与地形相协调，合理使用土地，减少填挖高度，避免大型建筑的拆迁和对植被的破坏，但由于沿线局部路段，工程施工对环境和自然景观仍有一定影响。合理设置桥涵，尽量减少对原有水系的破坏，保证沿线整体排水和农田灌溉，河流的畅通。在路基防护工程设计中，坡面防护优先采用植草皮、观赏花木等；经过渠堤、堰塘地段，采用浸水路堤浆砌片石护坡防护，减少对水体的破坏影响。在路基路面排水设计中，接顺排水系统，尽量保证公路排水不影响沿线耕地、鱼塘，通过形成良好多排水系统，减轻水土流失。专门做了环境绿化设计，通过种植草皮、观赏花木，尽量绿化美化公路并与周围环境相协调。此外，通过设置沿线交通安全设施，降低交通事故率。1.2.路线1.2.1平面、纵断面线形设计说明路线全长2000km，平曲线共设4个交点（不包括起点和终点），竖曲线交点3个（不包括起点和终点），平曲线最小半径180m/1处，平曲线占总线路总长70.36%，竖曲线最小半径：凸形6000m/1处和25000m/1处，凹形10000m/1处，最大纵坡为1.7461.2.2施工注意事项施工时严格按照设计线形放样，准确测定路线桩位、设计高程、道路结构物位置，保护好测量标志。建议用坐标放样并对路线水准点、导线点复测。施工中应严格执行《公路工程安全技术规程》〔JTJ076-95〕、《公路工程质量检验评定标准》〔JTJ071-98〕，避免施工事故。1.3路基、路面及排水1.3.1路基设计1.3.1.1路基横断面布置及加宽、超高说明〔1〕路基横断面：路基宽采用9.5m，路面宽7m，硬路肩2×0.75m。路〔2〕超高及加宽：路基超高按规范取值超高旋转轴为路基内边缘；平曲线半径大于250m，故不设置加宽。1.3.1.2路基设计路基边坡坡率根据土壤、地质等条件选取，本项目填方边坡高度小于6米，边坡坡率取1：1.5；挖方边坡坡率采用1：0.5路基设计标高为路基中心点标高，系指路面顶面中心点高程。1.3.1.3路基施工注意事项（1）路基压实标准及压实度路基压实宜采用分层填筑，分层碾压，最大松铺厚度不超过30cm。老路帮填应在其边坡控不小于1m向内倾斜2%-4%的水平台阶。碾压时，应控制在最佳含水量±2%以内。路基压实度采用重型压实标准，路基压实度应符合以下要求：填控类型路面底面以下深度压实度填方路基上路床0～30≥95下路床30～80≥95上路堤80～150≥94下路堤﹥150≥92零填及路堑路床0～30≥951.3.2路基、路面排水及防护工程1.3.2.1路基、路面排水路基挖方设置边沟，填方设置排水沟。边沟、排水沟的具体形式和尺寸见排水设计图。路面排水采用散排，依靠纵坡和横坡排除路表水至边沟或边坡，最终排入自然水系。1.3.2.2路基防护（1）路堤边坡防护①路堤边坡高度小于4m时，边坡采用植草防护。②路堤边坡高度大于4m的路段，边坡采用浆砌片石防护。（2）路堑边坡防护①路堑边坡高度不大于3m②路堑边坡高度大于3m，边坡采用方格骨架护坡加植草防护。1.3.3路面设计及施工注意事项依据路面使用要求，并结合路线所经地区的地形、气候、地质等自然条件，参照“省路网规划”意见，本着“因地制宜，就地取材”的原则，本设计采用沥青混泥土路面。根据计算分析，拟定路面结构如下：面层：4cm细粒式沥青混泥土8cm粗粒式沥青混泥土基层：20cm水泥稳定集料底基层：20cm石灰土土基回弹模量：54Mpa1.4桥梁、涵洞本路段全长2km，计有圆管涵7座，1.5.2施工注意事项施工以保证交叉路衔接平须、交叉处排水畅通为原则，路线接线纵坡、加铺转角半径可结合实际需要适当调整。1.6.交通工程及沿线设施1.6.1安全及服务设施沿线路堤填方高度大于4m路段沿两侧设示警桩，特殊路段设有指示、地名标志，全线均设路面标线，所有标志采用反光处理，以利于夜间行车安全。为养护管理需要，公路两侧每隔300-500m1.6.2施工注意事项标志立柱基础挖基后浇筑基础前应将基底夯实，浇筑时应预留立柱孔道，标志板面反光膜采用工程级，粘贴必须保持平整，无气泡，板面无凸凹，标线必须满足涂布率要求，以保证反光率。沿线防护设施在确保质量的前提下力求整齐美观。1.7.环境保护1.7.1公路工程及沿线设施与自然环境的协调情况及采取的措施公路路线结合地形、地貌布线，线形流畅较好地适应自然变化；路基尽可能地降低填挖方，力求土方平衡，减少水土流失；路面采用沥青路面减少震动、噪音更利于环保；桥梁布置在满足“安全、适用、经济、美观”的前提下尽可能减少压缩河床，确保河流畅通，涵洞布置一般“逢沟设涵”确保水系贯通，利于水利和农田灌溉；路面设置标志、标线，路面标线选取对人蓄无害的涂料，并在公路两侧植行道树，使之起到诱导作用，同时美化路容。1.7.2环境保护设施结构设计及布置路堤、路堑边坡进行防护植草，为防止水土流失，路堤边沟、浸水路堤采用浆砌片石加固，土路肩采用植草防护。道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。2.1公路等级的确定交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量（既单位时间通过道路某断面的车辆数目），根据对公安至石首近期交通量调查：经调查该地区近期交通量资料如下：表4－1交通量资料车型数量车辆折算系数三菱FR4155001.5五十铃NPR595G1401.5江淮HF140A2001.5江淮HF1502002.0东风KM3403501.5东风SP9135B1203.0五十铃EXR181L1103.0查《公路工程技术标准》得小客车和中型载重汽车折算系数如下：表4–2汽车折算系数汽车代表车型车辆折算系数小客车1.0中型车1.5大型车2.0托挂车3.0交通增长率：γ=5%交通量计算：N1=（119021853175）×1.5+200×2.0+（120+110）×3.0=3175辆/日远景设计年限为12年的年平均昼夜交通量为：N12=2009×（1+γ）=3175×（1+5%）=5430辆/日〉5000辆/日查《公路工程技术标准》可知一级公路一般能适应各种车辆折合成小客车的远景设计年限年平均日交通量为15000—30000辆（四车道）或25000－55000辆（六车道），二级公路一般能适应各种车辆折合成小客车的远景设计年限年平均日交通量为5000—15000辆。故根据《标准》，应建二级公路，为主要供汽车行驶的双车道公路。从给出的地形图不难看出，该段地势比较复杂，一般的地面坡度都比较大，山高谷深，地形复杂，山脉水系分明，石多，土薄，地质和水文条件都比较复杂，地形变化很大，使得路线在平、纵、横三方面都受到很大的限制，由此可以知道是山岭重丘。所以在设计的过程中很多时候的技术指标都达到最低限。例如平面设计中第2个点的就采用了小半径180m。2.2设计行车速度的确定“设计车速”是在气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。依据《标准》从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,各级公路的设计车速按地形分为两类,查表可知设计车速为60km/h。2.3选线设计2.3.1选线的基本原则：以平面线形为主，合理解决避让、穿越、趋就等问题。以设计数据为主导，远景设计为目标，大节控制细部。线形要求短捷、平顺、美感。注意不良地质的处理，例如最小添土高度问题。路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上，选定最优路线方案。路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省，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标准。要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。2.3.2选线的步骤和方法：2.3.2.1选线道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。2.3.2.2全面布局全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起终点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。具体的在方案比选中体现。路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很多，大门归纳起来主要有主观和客观两类。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用。而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文、气象等自然条件。上述主观条件是道路选线的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。2.3.2.3逐段安排在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。2.3.2.4具体定线在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。2.3.3方案比选：在两公里重丘地区的路线设计中路线走向基本确定，根据已确定的路线的大概走向，综合考虑地形状况和技术经济指标后，选定了两套方案。两个方案的总里程前一个方案较比后一个方案多了近一百米，但后一方案的填挖方量比较多，同时，后一个方案穿过沟谷存在过水问题，要修桥，大大增加了工程费用及工程难度。综合比较，最终选定第一方案。2.4平曲线要素值的确定2.4.1平面设计原则：在路线的平面设计中所要掌握的基本原则有：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；本设计地区大部分地势开阔，处于平原微丘区，路线直捷顺适，在平面线形三要素中直线与曲线所占比例相当。在设计路线后面地段，线性要绕山而行，路线弯曲较大，曲线所占比例较大。路线与地形相适应，既是美学问题，也是经济问题和保护生态环境的问题，这一点对于处于旅游区的地区来说特别重要。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，片面强调路线要以直线为主或以曲线为主，或人为规定三者的比例都是错误的。行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足；高速公路、一级公路以及计算行车速度≥60Km/h的公路，应注重立体线形设计，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适，计算行车速度越高，线形设计所考虑的因素越应周全。本路线计算行车速度为60Km/h(3)保持平面线形的均衡与连贯； 为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意各线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。在长直线尽头不能接以小半径曲线，高低标准之间要有过渡。本设计中未曾出现长直线以及高低标准的过渡。(4)避免连续急弯的线形； 连续急弯的线形给驾驶着造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。在设计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线，如果在两个平曲线之间不能满足长的直线的要求，最小也要满足最短直线距离限制，S型曲线为2V，同向曲线之间最短距离为6V。(5)平曲线应有足够的长度；平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整。缓和曲线的长度不能小于该级公路对其最小长度的规定；中间圆曲线的长度也最好有大于3s的行程，当条件受限制时，可将缓和曲线在曲率相等处直接连接，此时圆曲线长度为0。路线转角过小，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。这种倾向转角越小越显著，以致造成驾驶者枉作减速转弯的操作。一般认为，θ≤7°应属小转角弯道。在本设计中平曲线长度都已符合规范规定，也不存在小偏角问题。2.4.2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：2.4.2.1基本形曲线几何元素及其公式：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。例如设计中的大多数点都是应用这个的。如下图一。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。《标准》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1：1：1。这一点非常的重要，在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题，设计出来的路线非常不协调，美观，比例严重失调，后来在老师的指导下改正了不足之处，经过改正后，线形既美观又流畅，已经到达了要求。在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小，外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。（图一）缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2(m)圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3(m)切线长T=(R+p)tga/2+q(m)平曲线长度L=∏aR/180+Ls(m)外距E=(R﹢p)seca/2－R(m)校正值J=2T－L(m)a平曲线主要参数的规定根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006的规定如表：公路等级二级地形山岭重丘圆曲线一般最小半径（m）200圆曲线极限最小半径（m）125平曲线最小长度（m）100缓和曲线最小长度（m）60b主要几何元素的计算例如：桩号JD1：(1)平曲线几何元素计算：右偏30.8°R=280(m)Ls=70(m)缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2=70/2－403/240×2802=34.98177(m)圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3=702/24×280－704/2384×2803=0.729(m)切线长T=(R+p)tga/2+q=(280+0.729)tg30.8°/2+34.982=112.307(m)平曲线长度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)平曲线主点桩号计算及校正：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形曲线两个反向曲线间用两个反向的回旋线连接的组合，称为S形曲线。JD1、JD2和JD3三个桩号，由于这些桩号之间直线距离很短，设置圆曲线后，不能满足两圆曲线之间最短直线距离2V=120mS型曲线，相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等，或者两者之比小于2.0。两个反向曲线之间不设直线，不得已要插入直线时，必须尽量地短，其短直线长度或重合段长度应符合：l≤（A1+A2）/40式中：l—反向回旋线间短直线或重合段的长度（m）A1，A2—回旋参数S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为：R2/R1=1～1/3式中：R1—大圆半径（m）R2—小圆半径（m）由R1=280m，R2=180m，R3=244m，A1=140，A2=112.3，A3=130.56，l1=0m，l2=有l1≤（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；可见，该计算已经满足要求了。2.4.3各点桩号的确定在整个的设计过程中就主要用到了以上的两种线形，在两公里的路长中，充分考虑了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，既为路线的各个转角点（既桩号），并且测量出各个转角点的度数，再根据《公路工程技术标准JTGB01—2003》的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。各个桩号及几何元素的计算结果见直线、曲线及转角表。2.5纵断面设计纵断面设计的主要内容是根据道路等级及沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高，各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长度适当、平面与纵面组合设计协调、以及填挖经济、平衡，如果道路的设计纵坡太小，还要考虑路面的排水问题。这些要求虽在选定线阶段有所考虑，但要在纵面设计中具体加以实现。2.5.1纵断面设计的原则⑴纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。⑵纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。⑶平面与纵断面组合设计应满足：①视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。②平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”③平、纵线形的技术指标大小应均衡。④合成坡度组合要得当，以利于路面排水和行车安全。⑤与周围环境相协调，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并起到引导视线的作用。2.5.2纵坡设计的要求设计必须满足《标准》的各项规范⑴纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。⑵沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。⑶应尽量做到添挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。⑷纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。⑸对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。⑹在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。2.5.3纵坡设计的步骤⑴准备工作：在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。里程桩包括：路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩（50m加桩或20m加桩）、平曲线控制桩（如直缓或直圆、缓圆、曲中、圆缓、缓直或圆直、公切点等），桥涵或直线控制桩、断链桩等。⑵标注控制点：如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，铁路道口，城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。⑶试坡：在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直坡线。反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡线，将坡度线延长交出变坡点的初步位置。⑷调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。⑸核对：选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。⑹定坡：经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。坡度值要求取到0.1％，变坡点一般要调整到10m的整桩号上。⑺设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素。⑻计算各桩号处的填挖值：根据该桩号处地面标高和设计标高确定。2.5.4竖曲线设计竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。《标准》规定：凸形竖曲线最小半径和最小长度计算行车速度(km/h)停车视距ST(m)缓和冲击Lmin=V2w/3.6视距要求Lmin=S2Tw/4《标准》规定值极限最小半径Rmin一般最小半径竖曲线最小长度60751000w1406w1400200050凹形竖曲线最小半径和最小长度计算行车速度(km/h)停车视距ST(m)缓和冲击Lmin=V2w/3.6夜间行车照明桥下视距《标准》规定值极限最小半径Rmin一般最小半径60751000w1036w209w100015002.5.4.1计算过程例如：变坡点1：⑴竖曲线要素计算：里程和桩号K0+220I1=1.746%，i2=-0.418%，取半径R=6000w=i2﹣i1=-2.164%(凸形)曲线长L=Rw=6000×2.164%=129.84切线长T=L/2=129.84/2=64.931外距E=T2/2R=64.931m2/2×6000=⑵设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K0+220)﹣64.93=K0+155.069竖曲线起点高程=113.6731+64.931×(1.746%)=114.807竖曲线终点桩号=(K0+220)+64.931=K0+284.931竖曲线起点高程=113.6731+64.931×（-0.418%）=113.402各曲线的基本参数见纵曲线表。2.5平纵组合设计1．相关指标和原则（含填土高度和临界高度）（1）原则：①在视觉上应能自然地诱导视线，并保持视觉的连续性。②注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。③选择组合等到的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。④注意与道路周围环境的配合。（2）一般要求：①平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。②平曲线与竖曲线大小应保持均衡。③注意明、暗弯与凹、凸竖曲线之间的配合：一般暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的。④避免平、竖曲线的不利组合。2.6横断面设计道路横断面，是指中线上各点的法向切面，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、分隔带、边沟边坡、截水沟等设施构成的。2.6.1横断面设计的原则⑴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。⑵路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。⑶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。⑷沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。⑸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，设置隔离层及其他排水设施等。⑹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。2.6.1.1行车道宽度的确定此公路的等级是二级，则由《公路工程技术标准JTGB01—2003》确定此重丘区二级公路的路面宽7m，路基宽9.5m2.6.1.2平曲线加宽及其过渡汽车行驶在曲线上，由于各轮迹半径不同，其中以后内轮轮迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。⑴平曲线加宽值的确定：由《公路工程技术标准JTGB01—2003》规定，二级公路采用第3类加宽值。公路平曲线加宽加宽类型平曲线半径(m)汽车轴距前悬(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缓和曲线加宽采用比例过渡，则加宽缓和段内任意点的加宽值：Bx=LxB/LLx——任意点距缓和段起点的距离(m)L——加宽缓和段长(m)B——圆曲线上的全加宽(m)例如：桩号k0+396.304加宽的值见下表桩号加宽值桩号加宽值K0+326.3040K0+566.7781K0+396.3041K0+636.7780对于JD1和JD4的半径大于不设超高的最小半径了，即大于250m,由于加宽值很小,可以不加宽.2.6.1.3路拱的确定路拱是为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形。根据《公路沥青路面设计规范JTJ014—97》规定，水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的路拱横坡度1~2%。考虑到荆州处于亚热带温润季风气候，2.6.2超高的确定及过渡方法2.6.2.1超高的确定超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，而将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，而在缓和曲线上则是逐渐变化的超高。因此，从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，称作超高缓和段或超高过渡段。超高值的计算公式：ih+u=V2/127Ri—超高横坡度u—横向力系数V—行车速度(km/h)R—圆曲线半径(m)根据规范规定，二级公路一般地区圆曲线部分最大超高值不大于8%。且考虑到超高横坡度与路线纵坡组合而成的坡度，即合成坡度，规范规定二级公路重丘区的最大允许合成坡度不的大于10%。2.6.2.2超高的过渡此设计二级公路是无中间分隔带的，在直线路段的横断面均以中线为脊向两侧倾斜的路拱。在曲线路段路面由双向倾斜的路拱形式过渡到具有超高的单向倾斜的超高形式，外侧须逐渐抬高，在抬高过程中，若超高横坡度等于路拱坡度，则行车道外侧绕中线旋转，直至与内侧横坡度相等为止。当超高坡度大于路拱坡度时，先将外侧车道绕外边缘旋转，与此同时，内侧车道随中线的降低而相应降低，待达到单向横坡后，整个断面仍绕外侧车道边缘旋转，直至超高横坡度。绕内边线旋转超高值计算公式超高位置计算公式注X≦X0X≧X0圆曲线上外缘hcbJiJ＋(bJ＋B)ih1．计算结果均为与设计高之高差2．临界断面距缓和段起点：X=iGLc/ih3．X距离处的加宽值：bx=Xb/Lc中线hbJiJ＋Bih/2内缘hbJiJ－(bJ＋b)ih过渡段上外缘hcxbJ(iJ－iG)＋[bJiG＋(bJ＋B)ih]X/Lc中线hbJiJ＋BiG/2bJiJ＋B/2·Xih/Lc内缘hcxbJiJ－(bJ＋bx)iGbJiJ＋(bJ＋bx)Xih/LcBJ—路肩宽度iG—路拱坡度iJ—路肩坡度ih—超高横坡度Lc—超高缓和段长度X0—与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离X—超高缓和段中任一点至起点的距离hc—路肩外缘最大抬高值h—路中线最大抬高值h—路基内缘最大降低值hcx—X距离处路基外缘抬高值hX距离处路中线抬高值hcx—X距离处路基内缘降低值b—路基加宽值bx—X距离处路基内缘降低值2.例如：桩号JD1B=7.5mb=0mR=500mbJ=1miG=2%iih=V2/127R－u=802/127×1200－0.01=3%外缘hc=bJiJ＋(bJ＋B)ih=0.75×3%＋(0.75＋7.5)×2%=0.1875m中线h=bJiJ＋Bih/2=0.75×3%＋7.5×3%÷2=0.135m内缘h=bJiJ－(bJ＋b)ih=0.75×3%－(0.75＋0)×3%=0.0m具体的各点超高详见路基超高加宽表。2.6.4路基设计的内容路基设计的基本内容，就是确定路基边坡的形状和坡度。路基边坡的形状在本次设计中采用了直线、折线和台阶形。在填方边坡小于6时采用直线形，大于6小于20时采用折线形。当地形较陡，不容易放坡时，采用了重力式挡土墙。在挖方边坡坡高较小时用直线形，当边坡中混合了土、石时在分界处变坡，即采用折线形边坡；坡高较高时则采用台阶形。填挖方坡度值的取用综合了当地的地形和符合规范的规定。具体如下：填方边坡坡度边坡高度(m)边坡坡度全部上部下部全部上部下部1468—1：1.51：1.5挖方边坡坡度边坡高度(m)边坡坡度上部下部上部下部-6m1：0.751：0.52.6.5横断面的绘制道路横断面的布置及几何尺寸,应能满足交通\环境\用地经济\城市面貌等要求,并应保证路基的稳定性.此段路的路基土石方数量见附表路基土石方数量计算表。路基设计的主要计算值见附表路基设计表。3.1.1设计原则：路基应根据其使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材料情况等）并结合施工方案进行设计，即应有足够的强度和稳定性，又要经济合理。影响路基强度和稳定性的地面水和地下水，必须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，形成完整的排水系统。修筑路基取土和弃土时，应符合环保要求，宜将取土坑、弃土堆加以处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和淤塞河道。通过特殊地质、水文条件地带的路基，应做好调查研究，并结合当地实践经验，进行特别设计。3.1.2路基宽度路基宽度是根据路基各组成部分的宽度而定。本次设计严格依照《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)规定的路基宽度，规范中路基宽度是根据不同车速条件下路面、路基个组成部分的功能要求和节约公路用地、节省工程造价的原则确定的。3.1.3本设计路基设计主要技术指标设计为两车道二级公路，设计车速为60km/h。路基宽9.5m；车道宽度为3.5m；左右两侧硬路肩宽度为0.75m，土路肩宽度为0.5m；路基设计洪水频率1/50。详见“路基标准横断面图”。3.2.1路面设计的原则⑴路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50％以上。因此，做好路面设计是至关重要的。⑵路面设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和经济评价。3.2.1.1路面类型与结构方案设计路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物。必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。3.2.1.2路面建筑材料设计路面建筑材料设计往往是路面设计中不受重视的一块内容，原因在于设计仅仅依据设计规范或当地经验确定路面结构层次，指定各层次材料的标准规范名称。本次毕业设计运用了大学期间所学的工程技术与材料科学知识，合理考虑了道路所在地的自然环境、材料所在路面结构层次的功能等，论证合理地选择了材料类型和建议配比。3.2.1.3路面结构设计路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，学生应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。3.2.2路面设计步骤本设计路面采用沥青混凝土，沥青路面结构设计有以下四步：①根据设计任务书的要求，进行交通量分析，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。②按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于lkm)，确定各路段土基回弹模量③可参考规范推荐结构(见规范附录A)，拟定几种可能的路面结组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。④根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层为设计层，当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度，当求得基层厚度太厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。3.2.3路面设计现行《公路沥青路面设计规范》的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制指标、对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力标准轴载及轴载换算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示。标准轴载计算参数如表10－1所示。表10－1标准轴载计算参数标准轴载BZZ－100标准轴载BZZ－100标准轴载P(KN)100单轮传压面当量圆直径d（cm）21.3轮胎接地压强P(Mpa）0.7两轮中心距（cm）1.5d当以设计弯沉值为设计指标及沥青层层底拉应力验算时，凡是轴载大于25KN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）P1的作用次数n1，均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N。（10－1）式中N——标准轴载的当量轴次n1——被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）P——标准轴载P1——换算车型的各级轴载C1——轴数系数，C1=1+1.2(m－1),m是轴数。当轴间距大于3米时,按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3米时C2——轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38.由已知交通量资料，可得路面设计所需的交通个参数，如下表:表10－2路面设计交通参数表⑴轴载换算当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时凡轴载大于25KN的各级轴数（包括车辆的前、后轴）的轴载换算系数N1=∑C1C2(Pi/P)⑵累计当量轴次Ne=[(1＋r)t－1]×365N1η/rNe—设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次）t—设计年限，12年N1—路面竣工后第一年的平均日当量轴次（次/d）r—设计年限内交通量的平均年增长率5%η—车道系数，取0。65根据设计规范，二级公路沥青路面的设计年限取12年，双车道无分隔的车道系数是0.6-0.7，取中间值0.65，根据交通分析取使用期内交通量的年平均增长率3%。当计算弯沉和沥青混凝土层底拉应力时，轴载换算系数=C1C2(Pi/P)当计算半刚性基层层底拉应力时，轴载换算系数=CC(Pi/P)总换算系数=后轴换算系数＋前轴换算系数；累计当量轴次：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各层材料计算参数的确定⑴沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25℃和15℃时的抗压模量和经验法是参照规范中的参数建议值，考虑工程所在地的气候状况(自然区划和气候分区)和工程的具体情况适当选用。如，沥青路面设计规范建议粗粒式沥青混凝土，沥青标号≤90的抗压模量为1800～2200，设计时不能简单地取中值，如果所用沥青标号较低，如60、70，可考虑用较高的值，若为90，则应取低限；高速公路行车速度高，一般二级公路行车速度低，那么设计高速公路路面时可取上限值。设计诸如矿区道路时，因轴载较重车速低，则可取低限。（设计时可参考规范建议值采用）⑵基层材料类别与计算参数确定基层材料的类别。我国路面工程中最常用的当属半刚性基层，主要材料类别按沥青路面规范定义有水泥稳定类(水泥土、水泥稳定级配碎石(砂砾))、石灰粉煤灰碎石(砂砾)、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等综合稳定类。主要力学参数确定。设计中主要要确定的基层材料力学参数为设计沥青路面时有抗压模量和劈裂强度、设计水泥混凝土路面时只须确定抗压模量。同样，材料力学参数可通过配比试验确定，也可参照规范建议值确定。半刚性基层材料的参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期，材料配比，特别是结合料的含量；同时应考虑基层将来可能处于的潮湿状态。⑶垫层材料类别与计算参数垫层材料类别。垫层材料主要有石灰稳定类(石灰土、石灰稳定集料等)、级配碎石、砂砾等。垫层材料的力学参数。设计中一般只须确定垫层材料的抗压回弹模量，由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定，一般参照规范建议值确定即可。⑷土基回弹摸量的确定一般规定。新建公路初步设计时，土基回弹模量值应根据查表法(或现有公路调查法)、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。土基回弹模量是路面设计的关键参数，也是随机性大和比较难确定的参数。确定的方法有两种，可称为经验法(查表法)和现场测定法。经验法新建道路设计时，尚无法实测土基顶面的回弹模量，应对路基填土类型、地下水位、预测的路基潮湿状态综合分析，根据经验数据或通过室内试验确定。根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度，可参考《沥青路面设计规范》附录E表E2预测土基回弹模量值。当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高15％～30％。现场实测法。在已建成的路基上，在不利季节按照现行《公路路基路面现场测试规程》规定，用大型承载板测定土基0～0．5mm(路基软弱时测至lmm)的变形压力曲线，然后根据公式计算出回弹模量值。3.2.3.4结构组合和材料选取由上面的计算得到设计年限内一个车道的累计标准轴次约为700万次左右。根据规范推荐结构，路面结构面层采用沥青混泥土（取12cm），基层采用水泥稳定集料（取12cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。查规范中的第四节沥青路面的4.2高级路面中的表4.2.1“沥青混合料类型选择（方孔筛）”，二级公路采用二层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混泥土（厚度4cm），下面层采用粗粒式密级配混泥土（厚度8cm）。3.2.3.5各层材料的抗压模量与劈裂强度查《沥规》附录D表D1、D2，得到各层材料的抗压模量和辟裂强度。各值均取规范给定范围的中值。结果列入表3即设计资料汇总表。3.2.3.6土基回弹模量的确定查全国公路区划图，所建路段在山西，属Ⅲ1区，为粉质土，稠度约为1.05，查规范附录E表E2“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”。查得土基回弹模量为54MPa。3.2.3.7设计指标的确定对于二级公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉应力验算。⑴设计弯沉值路面设计弯沉值根据公式Ld=600Ne-0.2AcAsAb计算。该公路为二级公路，公路等级系数取1.1，面层是沥青混泥土，面层类型系数取1.0，半刚性基层、底基层总厚度大于20cm，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：Ld=600Ne-0.2AcAsAb=600×7058366-0.2×1.1×1.0×1.0=28.17（0.01mm）⑵各层材料的容许层底拉应力σR=σsp/ks细粒式密级配沥青混泥土：ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.0×70583660.22/1.1=2.63σR=σsp/ks=1.4/2.63=0.5323MPa粗粒式密级配沥青混泥土：ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.1×70583660.22/1.1=2.89σR=σsp/ks=0.8/2.89=0.308MPa水泥稳定集料：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设计资料总结设计弯沉值为28.17（0.01cm），相关设计资料汇总如表3。表3设计资料汇总表材料名称H（cm）20°C模量（MPa）15°C模量（MPa）容许拉应力（MPa）劈裂强度（MPa）细粒式沥青混泥土4140020000.53231.4粗粒式沥青混泥土8100014000.3080.8水泥稳定集料20150015000.2890.5石灰土待定5505500.10140.225土基—5454——3.2.3.9确定石灰土层厚度⑴计算石灰土层厚度轮胎接地压强P=0.7MPa当量圆半径δ=10.65cmLs=Ld=28.17（0.01cm）弯沉综合修正系数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）弯沉等效换算法（采用三层体系）：h/δ=4/10.65=0.38E2/E1=1000/1400=0.71，查图14-14，得α=7.58E0/E2=54/1000=0.054，查图14-14，得k1=0.94将各值代入（1）式，得k2=0.60，查图14-14，H/α=4.2所以，H=44.73cm中层厚度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验算层底拉应力采用结构中层弯拉应力的换算方法：此时即为计算路基之上的n-1层的弯拉应力，就是中层为H=hn-1（见下图），而上层则为n-2层以上各层换算为模量En-2的换算厚度，换算公式为h=∑hk（Ek/En-2）1/4对于沥青混泥土应采用15°C时土基的回弹模量表面层：上层厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=h1=4cm，E1中层：H，E2==2000MPah/δ=4/10.65=0.38E2/E1=1400/1200=0.70，查图14-18，得ā＜0，所以σ=pām1m底面层：上层厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=4×（2000/1400）1/4+8=12。37cm,E1=1400MPa中层：H，E2=1500MPah/δ=0.97，E2/E1=1500/1400=1.07，查图14-18，得ā＜0，所以σ=pām1m水泥稳定集料：上层厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=4×（2000/1400）1/4+8×（2000/1400）1/4+20=30.37cmE1=1500MPa中层：H，E2==550MPah/δ=2.84，E2/E1=550/1500=0.37，查图14-18，得ā=0.18，m1=1.16，m2=1.13所以σ=pām1m可见，满足要求。石灰土层：上层厚度：h=∑hk（Ek/En-2）1/4=4×（2000/1400）1/4+8×（2000/1400）1/4+20=30.37cmE1=1500MPa中层：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查图14-18，得ā=0.313，m1=1.08，m2=0.6所以σ=pām1m可见，满足要求。根据以上计算，沥青面层的层底均受压应力，水泥稳定集料层底的最大拉应力为0.157MPa，石灰土层底最大拉应力为0.0974MPa。该区属于干燥状态，不需进行防冻厚度验算。上述计算结果满足设计要求。3.2.3.10比选方案比选方案也采用沥青混泥土路面，沥青面层也选择12cm，分为三层。基层采用水泥稳定碎石（20cm）、底层采用石灰石。基本设计如下表：材料名称H（cm）20°C模量（MPa）15°C模量（Mpa）容许拉应力（MPa）劈裂强度（MPa）细粒式沥青混泥土3140020000.53231.4中粒式沥青混泥土4120018000.42321.0粗粒式沥青混泥土5100014000.3080.8水泥稳定集料20150015000.2890.5石灰土235505500.10140.225土基—5454——弯拉应力验算按照第一方案的方法测算各层底部弯拉应力，均满足要求。考虑到面层施工的方便，最终确定第一方案为推荐方案。4排水设计3.1.4路基排水设计3.1.4.1路基排水设计的原则路基排水的原则主要有功能性原则；满足设计标准和目标的原则；协调性原则；环境保护原则和维修方便等原则．具体的如下几个条件：①路基排水设计，首先应进行总体规划和综合设计，将针对某一水源和满足某个要求而设置的各项排水设施组成统一完整的综合排水系统。②路基排水系统的布置，应与道路的平纵面和横断面相联系，并结合沿线的的地形、地质等条件，因势利导、因地制宜布置适当的排水设施，完善对进出口的处理，使各项设施衔接配合，形成排水网络，把有害水及时排除掉。③排水系统的规划要与地表、地下排水相互协调，路基、路面排水综合考虑，排水沟渠与沿线的天然水系及桥涵等泄水结构物密切配合。④道路排水还应与当地的农田水利等建设规划结合起来考虑。⑤地表排水设计与坡面防护工程要协调配合⑥路表面水常含有有害物质，不得直接排入饮用水水源，也不宜直接排入养殖池、农田等，必要时应进行净化处理。3.1.4.2排水设计的具体步骤⑴在路线平面图上绘出必要的路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑的位置等。⑵在路基的上侧山坡上可设置截水沟等拦截地表径流。为提高截流效果，截水沟宜大体沿等高线布置，与地面水流方向接近垂直。路堑上侧有弃土堆时，弃土堆应连续而不中断，并在其上方设置截水沟。下坡一侧的弃土堆，应每隔50-100m设不小于1m宽的缺口，以利排水。⑶路基两侧按需要设置边沟或利用取土坑，必要时采用路肩排水系统和中央分隔带排水系统，汇集并排除道路表面的水。⑷根据沿线地下水的情况，设置必要的地下排水设施。⑸将拦截或汇集的水流，用排水沟管引排到指定的低地、河沟或桥涵等处。排水沟应力求短捷、远离路基，与其他水沟的联接应顺畅。⑹选定桥涵的位置，使这些沟管同桥涵连成一个完整的排水系统。对穿过路基的河沟，二般均应设桥涵，不要轻易改沟并涵。考虑到路基排水或农田排灌的需要，也可增设涵洞。3.3路面排水设计3.3.1路面排水设施由路肩排水和中央分隔带排水设施组成。设计时，按暴雨强度采用当地任意连续30min的最大径流厚度(mm)；设计重现期二级公路1～2年。3.3.2路肩排水设施主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成。路肩排水设施的纵坡与路面的纵坡一致。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保护。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，在硬路肩边缘设置拦水带，并通过急流槽将水排出路基。当硬路肩汇水量较大时，可在土路肩上设置路肩排水沟。路肩排水沟可采用“U”形水泥混凝土预制构件砌筑，沟底纵坡同路肩纵坡，并不小于0.3％。其他等级公路，当路堤较高时，为避免填方边坡被路面水冲刷，可在路肩上设置拦水带，通过路堤边坡上的急流槽将水排出。3.3.3中央分隔带排水设施由纵向排水沟(明沟、暗沟)、渗沟、雨水井、集水井、横向排水中央分隔带排水，同它的布置形式、路线线形等有关。凹形中央分隔带，可采用浅平式纵向排水沟，经集水井和地下横向排水管，排去表面水。凸形中央分隔带，可用预制混凝土小块封面，而将降水排到两侧路面上。在弯道超高地段，上半幅路面水会汇集于凸形中央分隔带旁的路缘带，对于干旱少雨(雪)地区，可在分隔带上设开口明槽，使水流经下半幅路面排出；而一般地区，则设路拦式排水沟或雨水口(井)，通过地下管道排出。多雨地区的中央分隔带，表面不作封闭时，降水会下渗，可在路床顶部设置纵向排水渗沟，并由横向排水管引出路基。中央分隔带排水沟(管)的断面尺寸及分段长度通过流量计算确定，一般采用孔径20～40cra，沟(管)底纵坡可与路面纵坡相同，最小纵坡不宜小于0．3％。扁平式排水沟横断面可采用蝶形、三角形、U形或矩形，路拦式排水沟多用圆形或侧沟形。3.3.4路面内部排水为了保持路面基层和路基的干燥状态，可设置良好的路面内部排水系统。其中，透水性基层可用多孔水泥稳定碎石、沥青稳定碎石、贫水泥混凝土等。为排除通过路面缝隙，或者由路基或路肩渗入并滞留在路面结构内的自由水，可设置路面边缘渗沟或排水基(垫)层。3.4排水系统分析本地区雨季始于6月中旬，终于9月下旬，7、8月份雨量集中，常有大雨或暴雨发生，雨量之和占年平均的50%。由于沿线黄土分布广泛，区内对沿线路线影响较大的灾害性天气为暴雨，因此，碎落台主要是用以迎接碎落的土石、碎块等，以保护边沟不阻塞。当挖方高度小于6时，碎落台宽取1m；大于6时，则取2m。护坡道是设置在填方坡脚处，用以加宽边坡距离，减小边坡平均坡度。宽度取1～2m。涵洞计算4．2．1涵洞的设计原则洞设计应遵循适用、经济、安全和适当美观的原则，并使涵洞与公路等级、任务、使用性质和规范的需要相适应。因地制宜，就地取材和便于施工养护。农田水利密切配合。4.2．2涵洞型式选择（1）新建涵洞以采用无压力式涵洞为主。为了提高宣泄设计流量，在不造成淹没上游农田、村庄的前提下，允许涵前较大壅水高度时，可采用压力式或半压力式涵洞。（2）按汇水面积的设计流量确定孔径，孔径在1.00米以内的采用石盖板涵，1.00米以上的采用石拱涵。涵洞基础对涵洞质量影响很大。砖管、拱涵都要求有较坚实的地基基础，其他类型的涵洞也要求基础不能有过大沉陷，而且沉陷必须均匀。涵洞位置应尽量避免在地基松软、坚硬不均匀或地质条件不良地段设置。当地基过分松软无法避让时，应采取对地基的加固或对基础的加强处理措施，也可以采用钢筋混凝土箱涵，选择时应对各种可行的处理方案进行技术和经济比较后确定。A．从经济角度，因地区不同，造价往往差异很大。在盛产石料的山区，一般选用石涵比较经济；在缺乏石料的地区，当设计流量较小时，选用钢筋混凝土盖板涵或拱涵比较经济。宣泄同样设计流量的圆管涵，单孔比多孔经济。B．涵洞设计要方便施工。一段线路上不宜采用过多的涵洞类型，应尽可能定型化，便于集中预制，以节省模板和保证质量。根据沿线实地调查，在充分考虑农田灌溉要求的基础上，合理选择涵洞位置、型式和孔径。涵洞设计以维持原有排、灌系统为原则。由于南宁地区降雨量大，要求涵洞过水面积较大，因此采用较大跨径的涵洞。同时考虑施工，整条路线尽可能采用统一型式，便于集中预制，因此采用较大跨径的涵洞。于是涵洞设计的结构型式主要采用了钢筋混凝土圆管涵和盖板涵，跨径一般为2—4m。考虑农民耕种要求，合理设置了农机通道。设置的通道兼有排水功能。4.2．3涵洞进出口的防护和加固（1）进水沟床加固处理为使进水洞口和天然河沟连接，防止水流冲涮洞口，致使洞口破坏必须对进水洞口进行处理。因为进水洞口的地势坡度很缓，几乎为平坡，因此采取的加固方式为仅对进口采用干砌片石进行加固，铺砌长度为一米，具体见涵洞布置图。(2)出口沟床的加固防护小桥涵对天然河床都有较大的压缩致使通过小桥涵下流速特别是下游的流速增大。流速增大导致桥涵下游产生局部冲涮。所以必须对桥涵的下游出口采取加固处理。现根据具体的情况采用铺砌加固型式涵洞的布设本路段小桥涵设置时主要考虑了：上游洞口应考虑流向，下游洞口以不危及农田村镇为原则，同时考虑到圆管涵利于施工，又经济简便，所以大部分形式均采用无压力式圆管涵形式（除K2+190处，设置盖板涵）。本设计所取标准跨径为1.0本设计中涵洞的位置以及孔径见表8－3所示：表8-3涵洞一览表序号涵洞位置结构类型交角（°）孔数及孔径洞口型式1K0+980钢筋混凝土圆管涵742×Φ1.5一字2K1+680钢筋混凝土圆管涵901-Φ1.25一字3K2+190钢筋混凝土盖板涵691×1.0一字4K2+256钢筋混凝土圆管涵541-Φ1.5一字5K2+740钢筋混凝土圆管涵1161-Φ1.0一字6K3+200钢筋混凝土圆管涵902×Φ1.5一字涵洞具体计算：圆管涵的标准跨径通常取50、75、100、125、150（cm）。下面以排水总体规划图中K1+680处的涵洞计算为例，参考资料为《公路排水设计手册》（人民交通出版社姚祖康编著），以下系数及表均由此书中摘取。采用的方法为径流形成法，此法是以暴雨资料为主推算小流域洪水流量的一种方法，是公路部门目前普遍使用的一种计算方法，该公式只适用于汇水面积F≤30km2我国公路系统最常采用的是公路科学研究所提出的简化公式，其中未考虑洪峰削减的公式为：（8-1）式中QP——规定频率为P时的雨洪设计流量（m3/s）F——汇水面积（km2），根据详细设计平面图计算得：F=0.204kmh——暴雨径流厚度（mm）由表3.2－5查得本地区为暴雨分区的第十六区（松花江平原）由表3.2－7查得汇水区土的吸水类属第II类（沿线多粘土）取汇流时间为t＝30min根据公路类型，本地区设计洪水频率为1/50根据以上四个因素值查表3.2－6得h＝32Z——被植物或坑挖滞流的径流厚度根据地面特征查表3.2－8得Z＝10mm（灌木丛，山地水稻田，结合治理，坡面已初步控制）φ——地貌系数，根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度Iz决定按主河沟平均坡度Iz（‰）＝10～20汇水面积F（km2）F＜10km2根据表3.2－9查得φ=0.09β——洪峰传播的流量折减系数，由汇水面积重心至桥涵的距离（L0＝0.3Km<1Km）及汇水区的类型（丘陵汇水区）综合查表3.2－10得，本设计取β=1；γ——汇水区降雨不均匀的折减系数，由于汇水区得长度宽度均小于5Km，故不予考虑，取γ=1；δ——考虑湖泊或小水库调节作用对洪峰流量影响的折减系数，本地区没有水库，所以取1；将各值带入公式计算得m3/s确定涵洞孔径d初选临界水深hk时的充满度为。查表的，k=0.382。则管径为：取管径d=1.25m。临界水深以d=1.25m代入计算时，可得查表得到相应的。故临界水深m。临界流速和临界坡度的确定查表可得，当时，，，。则：临界流速vk：m/s临界坡度为：5.84‰采用临界坡度时，涵内正常水深h0和流速v0均与临界水深hk和临界流速vk相同。涵洞底坡等于临界坡度，涵前水深小于允许水深，涵洞进水口处得净空高度大于要求得最小净空高度，涵洞出口处水深（涵内水深）大于下游正常水深，涵洞水流状态为无压自由流。最大纵坡的确定假设涵洞内正常流速采用允许流速（），则涵洞纵坡可增大。由流量公式，涵内过水断面面积为。则，查表的充满度。由此，正常水深m。查表知断面的流速特征相对值,其中,由此，。则‰。可见涵洞纵坡I可在ik=5.84‰～42.8‰