《某段一级公路设计》15000字【论文】

第7章路基设计7.1一般路基设计7.1.1路堤按照填土高度，可分为矮路堤填土1～1.5m；高路堤填土大于18m（土质）或20m（石质）及介于两者之间的一般路堤。7.1.2路堑一般说的路堑，是指挖方深度小于30m（岩质）和高度小于20m（土质）条件下的路堑，超过上述界限则属于挖方高边坡，需要特殊处理。7.1.3填挖结合路基为了减少土石方数量，采用挖填结合，保持土石方数量的横向填挖平衡。若处理得当，是比较经济的路基横断面形式且路基稳定可靠。7.2路基边坡设计（1）填方路基边坡设计由于本项目平、纵线形局部路段作适当调整或弯道加宽，存在路基需填土路段，填方高度≤8m时，坡率采用1：1.5；填方高度＞8m时，上边坡1：1.5，下边坡1：1.75。上下边坡之间设置2m宽平台。（2）挖方路基本项目在纵坡设计需降坡造成的挖方路段、或原状边坡坡率过大需开挖边坡路段，开挖边坡设计为台阶式。土质挖方路段：高度在8m以下边坡采用1:0.75坡率；挖方高度在8m以上路段,第一级采用1:0.75坡率、高度为8m的边坡，第二级起边坡高度每10m为一级，坡率1:1.0，每两级边坡之间设2m宽3%向内侧倾斜的坡度的平台。石质挖方路段：边坡坡率1:0.5～0.75。挖方路段均设置宽度1.0m的碎落台。图6.1一般路堤横断面形式图6.2一般路堑横断面形式图6.3半填半挖路基横断面形式7.3路基附属设施设计7.3.1土坑与弃土堆本设计中存在大量弃土问题，弃土场选址应与当地政府联系确定。取土坑应设置纵横坡，便于排水，当弃土场边坡≤1:1时，靠近路基一侧≤1:1.5，地面横坡＞1:10。7.3.2护坡道与碎落台设置护坡道是为了路基边坡稳定性，使其经济与设计的可行性。设置护坡道宽为1m。设置碎落台是为保护护坡边沟不阻塞，碎落台宽度为2m。第8章边坡稳定性分析8.1设计资料根据本标段土质情况，边坡稳定性分析选择填方最高的K1+744.170段，已知路基高度12.97m，边坡1:1。5、路基宽度26m，路基填方主要为开挖及周边粘土，其粘聚力,容重,内摩擦角=250，验算荷载为标准车辆荷载550KN的公路一级。8.2按4.5H法确定滑动圆心辅助线根据《公路工程技术标准》，行车荷载是边坡稳定性分析的主要作用力之一，在计算中，考虑滑坡的严重性，将车辆荷载换算成基岩和土体的厚度。计算式如下：式中： ——行车荷载换算高度（m）; L——前后轮最大轴距，按《公路工程技术标准》，对于标准轴载取12.8； Q——一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）； N——并列车辆数，双车道N=2 ——路基填料的重度 B——荷载横向分布宽度，表示如下：式中： 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。由上式得：由边坡坡度1:1.5查表得，=26°，＝35°。则由A点做垂线，取深度H确定G点，由G点作水平线，取距离为4.5H确定E点，据两角分别从A点和B’点作直线相交于F点，则EF的延长线为圆心辅助线。（如下图）图6.14.5H线法确定圆心位置图示8.3用简化Bishop法求稳定系数Fs简化毕肖普法的计算公式如下：（1）在圆心辅助线上取圆心点，其距离F点距离为0.3H=4.15m，其他圆心点依次距前一圆心点4.15m。过圆心做半径为的圆弧滑动面(坡脚圆)，对滑动面范围内的土体按断面形式将滑动面分为15个土体，土条宽度前14个为2m，第15个为2.04m，如下图，验算其稳定性，第一次假定为1.2，通过迭代法分析，计算结果见表6.1。图6.2O1对应的边坡滑动面分析第四次试算假定结果与假定接近，得土坡的稳定系数。（2）做半径为的圆弧滑动面于圆心点(坡脚圆)，根据断面形状，滑动面分为14条土条，前13条土条宽2m，14条宽0.55m。如下图，验算其稳定定性，同样第一次假定为1.2，通过迭代法分析，计算结果见表6.2。图6.3O2对应的边坡滑动面分析第四次试算假定结果与假定接近，所以土坡的稳定安全系数。（3）做半径为的圆弧滑动面于圆心点(坡脚圆)，对于滑动面内的土体，根据断面形状将滑动面分为12条土条，前11条土条宽2m，12条宽2.02m。如下图，验算稳定性，同样第一次假定为1.2，通过迭代法分析，结果见表6.3。图6.4O3对应的边坡滑动面分析第四次试算假定结果与假定接近，得土坡的稳定系数。（4）做半径为的圆弧滑动面于圆心点(坡脚圆)，对于滑动面内的土体，根据断面形状将滑动面分为11条土条，前10条宽2m，第11条宽1.95m。如下图，验算稳定性，同样第一次假定为1.2，通过迭代法分析，结果见表6.4。图6.5O4对应的边坡滑动面分析第四次试算假定结果与假定接近，得土坡的稳定系数。表6.1滑动面为的坡脚圆计算表土条号bisrcuWiwi*sinaWi*tanuc*bimiki=(c*bi+wi*tanu)/miK=1.2K=2.03K=2.14K=2.15K=1.2K=2.03K=2.14K=2.1512.001.102.3218.020.02541.8337.2618.10400.780.640.630.6374.9090.1791.5691.6822.000.948.7718.020.025157.83127.6468.30400.880.760.750.75123.09142.39144.07144.2132.000.8013.7118.020.025246.79177.46106.80400.950.850.840.84153.83173.06174.68174.8242.000.7017.5618.020.025316.10203.10136.79401.000.900.900.90177.15195.73197.27197.4052.000.5920.6418.020.025371.47207.63160.75401.030.950.940.94194.76211.68213.06213.1762.000.4922.3718.020.025402.71188.97174.27401.050.980.980.98203.62217.95219.10219.2072.000.4021.7218.020.025391.01152.71169.20401.061.001.001.00197.10208.40209.30209.3782.000.3120.5218.020.025369.42114.10159.86401.061.021.011.01188.11196.53197.19197.2592.000.2318.9318.020.025340.7876.62147.47401.061.021.021.02177.62183.37183.82183.86102.000.1416.9818.020.025305.5742.51132.23401.041.021.021.02165.54168.87169.12169.14112.000.0514.6718.020.025264.0913.81114.28401.021.011.011.01151.63152.79152.87152.88122.00-0.0312.0318.020.025216.49-7.5593.68400.990.990.990.99135.47134.77134.71134.71132.00-0.129.0418.020.025162.77-19.8370.44400.950.970.970.97116.42114.25114.10114.08142.00-0.215.7118.020.025102.81-21.3644.49400.900.930.940.9493.5490.4790.2590.23152.04-0.302.0218.020.02536.30-10.6115.7140.80.850.890.900.9066.4163.2162.9862.96合计1094.762219.172343.642354.062354.96Fs值2.032.142.152.15第一次假定，计算；第二次假定，计算；第三次假定，计算；第四次假定，计算；故稳定安全系数为。

表6.2滑动面为的坡脚圆计算表土条号bi面积rcuWiwi*sinaWi*tanuc*bimiki=(c*bi+wi*tanu)/miK=1.2K=2.11K=2.26K=2.28K=1.2K=2.11K=2.26K=2.2812.001.011.8518.020.02533.2528.1914.39400.840.700.690.6965.0577.2378.5278.6822.000.917.5718.020.025136.30107.3658.98400.900.780.770.77109.97127.29129.07129.3032.000.7912.1318.020.025218.29154.2994.46400.960.850.840.84139.73157.75159.55159.7842.000.6815.6918.020.025282.47177.69122.23401.000.910.900.90161.55178.99180.70180.9152.000.5816.7718.020.025301.91164.36130.65401.040.950.940.94164.85179.54180.95181.1262.000.4916.4518.020.025296.07138.93128.12401.050.980.970.97159.77171.67172.80172.9472.000.4015.6618.020.025281.87110.08121.97401.061.001.000.99152.60161.86162.73162.8482.000.3114.4618.020.025260.3180.40112.64401.061.011.011.01143.67150.47151.10151.1792.000.2312.8918.020.025232.0552.17100.42401.061.021.021.02133.04137.59138.01138.06102.000.1410.9718.020.025197.5527.4885.49401.041.021.021.02120.61123.17123.40123.43112.000.078.7318.020.025157.0910.9567.98401.021.011.011.01105.58106.71106.81106.83122.000.026.1918.020.025111.391.9448.20401.011.001.001.0087.6787.9087.9287.93132.00-0.103.2718.020.02558.77-6.1425.43400.960.970.970.9768.3867.2467.1467.13140.55-0.160.4618.020.0258.24-1.293.57110.930.960.960.9615.6415.2415.2115.21合计770.811628.111742.681753.921755.32Fs值2.112.262.282.28第一次假定，计算；第二次假定，计算；第三次假定，计算；第四次假定，计算；故稳定安全系数为。

第9章路基防护工程9.1路堤边坡防护（1）对于土质填方路堤边坡0m＜H≤4m时，填方路堤边坡采用植草进行坡面防护。（2）对于土质填方路堤边坡4m＜H≤8m时，填方路堤边坡采用拱形骨架进行坡面防护。9.2路堑边坡防护开挖边坡的防护应经济、方便、安全、方便，在保证边坡安全的前提下，尽量采用植保，尽量减少实体面墙、石挡土墙等防护形式。对土质挖方路堑边坡：当挖方0m≤H＜4m时，边坡采用喷播植草防护；当挖方4m≤H＜8m时，采用路堑拱形骨架防护。第10章排水设计10.1排水设计目的与原则路基的强度与稳定性与水的关系密切，水的作用是导致路基病害的主要因素之一，因此路基设计、施工和养护中，必须重视路基排水工程。公路排水设计应遵循以下原则：（1）各种路基排水沟渠的设置和联结营尽量不占农田并与水利建设相配合，必要时可适当的加大涵管孔径或增设涵管以利于农田排灌。（2）设计前应进行调查，使排水系统规划设计正确合理。（3）排水设计应因地制宜，经济合理，排水沟应穿越地形、地质条件较好的地段，以节省加固工程投资，对排水困难和地质条件差。（4）排水沟进出口应尽量与天然（原）边沟连接，尽量减少桥涵工程，不允许水直接流入农田，破坏农业生产。（5）排水结构设计应遵循因地制宜的原则，应能迅速有效地排除路基的有害水，避免影响路基的强度和稳定性，保证路基的畅通，道路运输。10.2路基排水设计10.2.1边沟设计（1）开挖段和填方高度小于80cm的地段，应设置与线路纵坡一致的边沟，边沟不小于0.3%。（2）一般挖方段采用的是矩形边沟，尺寸为0.6m×0.6m，采用M7.5水泥浆砌片石，边沟尺寸如图所示。（3）侧沟用于收集路面和上坡的水，这些水通过瀑布流入人工或天然排水沟、涵洞或沟渠。。（4）边沟不宜过长，边沟出口距正常区域不大于500m，雨区不大于300m。（5）边沟纵坡应与线路纵坡一致，且不小于0.5%。图7.1边沟设计图10.3.3排水沟设计（1）路堤两侧的排水沟应位于路堤外侧，以排出路基内的地表水，并与桥涵及排水灌溉系统形成一个完整的排水系统。（2）排水沟断面一般为矩形，底宽0.6m，沟深0.6m。砌筑采用M7.5砂浆。（3）排水沟应有适当的纵坡，沟底纵坡一般为0.5%～1.0%，且不小于0.5%。（4）排水沟坡度为1:1.0～1:1.5，路基边坡设溜槽，排水沟距路基坡脚不小于2m。（5）路堤两侧有既有沟渠，路基水直接排入既有沟渠，无排水沟。（6）排水沟应尽量平直，转弯半径不小于10-20m，排水沟长度应根据实际需要确定，并应小于500m。（7）排水沟与渠道路面相交时，在渠道路面下设置盖板，边沟与两侧排水沟连接。排水沟设计图如图所示。图7.2排水沟设计图第11章路面结构设计11.1设计原则(1)路面结构设计应结合工程地区实际情况拟定路面结构层方案,并在建材性质、来源、经济利益等方面综合考虑来进行比较选择,最终选择出经济、合理、适用、耐久的方案作为设计方案(2)材料的相关设计参数应尽可能通过相应的试验选取，切忌不合实际的凭空捏造，影响甚至危害工程的整体质量。(3)在施工过程中尽量采用机械智能化施工，在鼓励技术创新的同时，还要求保证工程质量和工人的安全。本标段为一级公路，设计速度为100km/h。根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）和《公路路线设计规范》（JTJD20-2017）等相关标准规范，选取相关设计数据。11.2路面类型的拟定我国的一级公路路面结构设计通常以沥青路面和水泥路面为主流，二者各有所长，下面来进行二者的性质比较，确定最终所要采取使用的路面结构类型。比较详见表8-1。表8-1路面类型比较表比较项目沥青混凝土路面水泥混凝土类型柔性刚性接缝无有噪音小大机械化施工容易较困难施工速度快慢稳定性易老化水稳、热稳均较好养护维修方便困难开放交通快慢晴天反光情况无稍大强度高很高行车舒适性好较好对于道路路面结构设计，考虑到设计道路为一级公路，沥青混凝土路面具有施工速度比较快、而且能够尽早完工交付使用、后期养护十分方便、驾驶开车舒适性较强等特点，我决定采用沥青混凝土路面。11.3交通量数据1.交通资料：据调查，近期（起始年）交通组成及数量如下：车名车型数量折算系数换算后数量三菱FR4153150011500切贝尔D4203120011200扶桑T653ZD3100011000东风LZ3413120011200东风AS141DL3100011000解放CA30A

.45001.5750东风EQ15548002.52000瓦房店WK173A48002.52000华龙SK171A46002.51500解放SP913445002.51250东风SP9135B46002.51500五十铃EXR181L76002.51500换算后平均日交通量164002.预测交通量年平均增长率：5％。3.初定设计年限：15年。11.4标准轴载及轴载当量换算我国现今路面设计（2017新规范）的标准荷载为双轮组单轴载100kN。以BZZ－100作为代表表示，BZZ－100的各项参数见表8-2：表8-2BZZ－100参数标准轴载名称标准轴载P（kN）两轮中心距（cm）轮胎接地压力（MPa）单轮当量圆直径（cm）BZZ－1001001.5d0.7021.3011.4.1当量轴载换算根据我国最新规范，当量轴载的换算步骤如下所示：11.5交通量计算（1）．公路技术等级为一级公路（2）．据预测该路竣工初年的交通组成如下表所示，使用年限内交通量年平均增长率为5％。新建沥青路面设计年限为15年。方向系数为0.5。单向车道数为2的车道系数：0.75。 设计车道的年平均日货车交通量计算如下：表5-3车型技术参数（%）编号123车型分类三类车四类车七类车车型分类中型车大型车拖挂车折算系数11.52.5比重（%）57.336.95.8数量（辆/d）59003800600公路TTC分类标准见表5-3。表5-3公路TTC分类标准（%）TTC分类整体式货车比例半挂式货车比例TTC1<40>50TTC2<40<50TTC340-70>20TTC440-70<20TTC5>70--本设计中半挂车所占比重为5.8%，整体式货车所占比重为94.2%，所以为TTC4。车辆类型分布系数(%)车辆类型2类3类4类5类6类7类8类9类10类11类TTC428.943.95.50.09.42.04.63.42.30.1计算车辆轴载换算系数：车型二类三类EALFml沥青混合料0.800.40无机结合料0.501.30路基顶面0.600.40EALFmh沥青混合料2.804.10无机结合料35.50314.20路基顶面2.905.60PERml0.850.90PERmh0.150.10EALFm沥青混合料1.100.77无机结合料5.7532.59路基顶面0.950.92得到各类车辆轴载换算系数：换算方法沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形量无机结合料稳定层疲劳开裂（层底应力）路基顶面竖向压应变VCDFm×EALFm0.5020.390.70根据各等级公路的设计使用年限、第一年双向日当量轴数（N1）平均值、年平均交通量增长率确定设计交通量。从车道系数和道路交通特性中得出设计使用寿命内车道在一个方向上的等效轴的累计数量,按以下公式计算：轴载计算（以沥青层永久变形为指标）30421729 此设计准备采用沥青混凝土路面。年增长率定为5%，车道系数定为0.75（一级公路双向4车道有中央分隔带），设计年限为15年，属于极重交通。计算初始年设计车道日平均当量轴次：其中2轴6轮及以上车辆的双向年平均日交通量N1=10300当量设计轴载累作用次数算结果换算方法沥青混合料层层底拉应变、沥青混合料层永久变形无机结合料稳定层层底拉应力路基顶面竖向拉应变N11929.3478770.802712.46Ne15195805.58620412672.9221363811.0711.5沥青路面结构设计按《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2017中表4.4.2、表4.5.2和附录C.0.1，根据交通荷载等级为重，拟定合适的路面组合类型并选取相应的材料级配类型。同时按表4.4.5、表4.5.4，根据结构层类型选取相应的厚度。无机结合料稳定类材料的结构力学参数选取按《公路沥青路面设计规范》(JTGD50—2017)中表5.4.5中同时结构计算时，弹性模量应乘以结构层模量，系数应调整为0.5。沥青混合料层的弹性模量应按表5.5.11选取,其中面层采用20ºC、10Hz的情况下的动态压缩模量,沥青类基层采用20ºC、5Hz条件下的动态压缩模量。各结构层的泊松比都按表5.6.1确定。各参数整理好后如下表所示:11.5.1路面结构确定细粒式沥青混凝土40mm中粒式沥青混凝土60mm粗粒式沥青混凝土80mm水泥稳定碎石320mm水泥稳定碎石160mm新建路基11.5.2环境参数确定kT2表示为温度调整系数，根据《JTGD50-2017公路沥青路面设计规范》附录G有：沥青混合料层疲劳开裂：AABB无机结合料稳定层疲劳开裂：AABB路基顶面竖向压应变：AABBλλλλ由此计算出：KKK根据规范G.1.2，该项目所在区域为湖江西萍乡市地区，本次设计沥青混合料层底拉应变,以及无机结合料的稳定层底拉应力按照江西南昌取值设定为1.45;本次设计路基顶面竖向压应变为1.3;本次设计基准等效温度为23.8。11.5.3疲劳开裂验算无机结合料稳定层的疲劳开裂时间当依据路面结构分析来求出各无机结合料稳定层层底拉应力,依照沥青规范中式B.2.1-1计算:：NKcℎaβ—目标可靠系数σtσσσ现场综合修正系数C1=14；C2=-0.0076；C3=-0.0076。疲劳试验回归参数按照规范中表B.2.1-1确定a=13.24，b=12.52。其余参数已知，最后将前面一系列算出来的参数一齐代入算式可以算得初拟结构方案的Nf2N在之前算出的无机结合料层层底拉应力的当量设计轴载累计作用次数为Ne=620412672.92次，显然初拟结构方案的Nf2均大于N同理进行沥青混合料层疲劳开裂验算，满足要求。11.5.4沥青混合料层永久变形量验算根据标准要求下的车辙试验,得出各层沥青混合料的车辙试验永久变形量,依据沥青规范中B.3.2式计算各分层的永久变形量和沥青混合料层全体的永久变形量。RRKddppp根据前面的方案可知沥青混合料层的组成是一样的，厚度ha=180mm，将d1和d2代入4-6可得各个分层的KRi。Tpef则是根据《JTGD50-2017公路沥青路面设计规范》附录G可知：T根据《JTGD50-2017公路沥青路面设计规范