湖南省衡邵高速第十三合同段路线设计

一、毕业设计目的 训练学生综合应用所学的基础课、技术基础课和专业课知识，培养学生完成道路与桥梁工程设计的能力，它是培养专业人才教学过程中最后也是极为重要的一部分。通过设计，学生应了解和熟悉道路与桥梁工程设计的一般原则、步骤和方法；掌握道路与桥梁工程各单项构筑物的设计、计算方法以及编制设计说明书和绘制施工图的要求和方法。 二、设计任务 一）设计的任务与内容 衡邵高速第13合同段路线设计，要求按重丘高速公路设计、设计车速100km/h进行设计，车道为四车道，起点桩号为K74+700。设计文件必须符合有关设计标准与规范。 二）设计原始资料 1、地形图：比例尺1:2000地形图11张。 2、交通量：交通量年增长率3%，近期交通量20000辆/昼夜。 3、沿线地形、地质、地震、气候、水文等自然地理特征 1）地形、地貌 路线所经地区地貌单元属微丘-丘陵地貌，划分为：松木塘～佘田桥段(K0+100-K73+300)微丘地貌，相对高差156.6m；佘田桥～火厂坪段(K73+300-K77+900) 属微丘-丘陵过渡地貌；火厂坪～严塘(K77+900-K132+059)段为丘陵。项目区域主要表现为：星罗棋布的山丘之间多呈“U”型，个别路段呈“V”型的水田、鱼塘分布区，绕山丘分布着散落的民居，构成“山丘-民居-水田、鱼塘-民居-山丘”的地形地物分布的典型特点。公路沿线河流一般具有山溪性河流的特点，水力资源丰富。路线经过了不同的地貌单元，地层岩性差异较大，地质构造较复杂。 地貌单元属微丘～丘陵地貌。在衡阳境内K0+000～K32+000段起伏不大，切割不深，地面黄海高程在60～90m；在K32+000～K59+000段起伏较大，切割较深，地面黄海高程在85～182m；在邵阳境内起伏较大，切割深，地面黄海高程140～385m。公路所经过地区经济以农业为主，主要种植水稻。 2）地质构造 路线经过两个中生代盆地，即衡阳盆地和邵东盆地，盆地走向为北北东。穿越衡邵高速公路的主要断裂为宋家塘～芦山坳压扭性断裂、仙槎桥～花桥压性断裂及魏家桥～曹家冲断裂等。 （1）板桥断裂（第1合同段） 为东西向构造体系的次断裂构造。断层性质属扭性兼压性的非活动断裂。走向310°～ 320°，倾角70°。 （2）仙槎桥～花桥压性断裂（第16合同段） 北端处于仙槎东北，是祁阳山字型构造前弧中最为典型的行迹之一。北翼走向为北东 40°，南翼走向为南东30°，转折部位于五峰铺以南，两翼倾角较大，正见者为50°，与主线相交于仙槎桥附近， （3）宋家塘～芦山土扭压性断裂（第16合同段） 该断裂走向大体为北东30°区内走向呈波状弯曲，沿线被第四系堆积物覆盖，倾向、倾角不明。依其斜截祁阳山字型构造的前弧及两翼次级的北东向压性，扭性等分支断裂的出现，确认为新华夏系的构造行迹，延伸约30km，与主线相交于机场口附近，于测设路里程

K101+150—K101+300处。 （4）魏家桥～曹家冲断裂（第17合同段） 该断裂在魏家桥以北，走向近南北向，以南偏为南西向，南南西向两支，而后至曹家桥冲西南复合消失，长约34km。沿线被第四系堆积物覆盖，断裂面末露，仅依地层缺失破碎而推断。于测设路里程K105+350—K105+600处。 （5）高崇山～黄荆压扭性断裂（第19合同段） 该断裂同属宁乡～邵阳隆起带的主要断裂带之一。出露于白马铺～五丰铺一线，该断裂因受祁阳山字型构造的干扰和影响，断裂走向有向南偏转的迹象。局部呈南北向展开。断裂走向5º～40 º，倾向北西，倾角在55º～75º之间,长度大于100km,该断裂以斜切地层和缺失地层为主，带内挤压揉皱明显，局部可见断层角砾岩，角砾糜棱岩及逆冲擦痕和镜面等迹象。于测设路里程K110+800—K111+050处。 （6）半边街断裂（第20合同段） 该断裂属后期平推断层，出露于半边街附近,断层走向280º，倾向约70º，长度约4km，该断裂以平推呈反时针扭动为主，且常将地层和北北东向断裂切割位移，错距在50～100m左右，局部可见断层泥及水平擦痕等迹象。于测设路里程K117+695—K117+935处。 3）工程地质分区及评价 （1）道路工程地质分区与评价 ①道路地质分区 根据地貌和岩土类型特征划分为三个工程地质区。 a.K0+000～K34+185为剥蚀丘陵红层工程地质区（Ⅰ） b.K34+185～K70+550为剥蚀丘陵、砂岩、碳酸岩工程地质区（Ⅱ） c.K70+550～K132+059为剥蚀丘陵碳酸岩工程地质区（Ⅲ） ②路基工程地质评价 路基包括挖方路基、填方路基和挖方高边坡。 该拟建高速公路全线位于丘陵区，地势起伏，按微地貌可分为丘陵、丘陵平地及陵间洼地。挖方路基位于微地貌的丘陵上；填方路基一般位于丘陵间平地和陵间洼地上。 挖方路基位于丘陵上，表层岩性为残坡积堆积物，上部一般为强风化岩层，节理、裂隙发育，岩土结构一般为碎裂结构或散体结构，岩土不完整，一般边坡岩土类型为Ⅳ类。建议施工时应采取分级开挖，隔5～8m设边坡平台一道，并采取边坡防护措施及修好内外排水设施。降雨时要用防雨布遮盖边坡，防止雨水渗入强风化岩体，产生边坡滑塌。边坡施工时要时刻观测地下水出露情况，若发现地下水出露时，要停止施工，进行边坡支护处理，以免出现塌方事故。 填方路基一般位于丘间平地及陵间洼地上，上部岩性一般为硬塑亚粘土，局部分布有砂性土及碎石透镜体。表层稻田地、局部洼地、鱼塘、古冲沟内分布有软土及淤泥质土；下部为强、弱风化粘土岩、碎屑岩及碳酸盐岩类。挖除局部和表层软土及淤泥质土，置换好土，进行分层夯实或碾实。路基稳定性较好。 （2）桥梁地基工程地质评价 ①该路线所有桥梁都位于丘陵区，自然斜坡稳定。桥址区基岩浅埋或裸露，利于桥基持力层选择。桥址区位于地震基本烈度Ⅵ度或小于Ⅵ度，未发现活动性断裂构造，场地稳定性好，适于建桥。 ②全线桥基持力层大部分可选择弱风化粘土岩、碎屑岩、泥灰岩、含炭灰岩、泥质灰岩上，桥基持力层选在岩石上承载力高，岩体较完整，桥基稳定性好。根据桥位轴线上的岩层工程地质特征及桥型，可选择扩大基础或端承桩基础。 ③不良地质路段上的大桥

全线桥梁基础不良地质现象主要为碳酸盐类灰岩内溶洞，基础存在溶洞的桥梁详见《工程地质勘察报告》。 4）地震 根据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306～2001），路线经过的地震动反应谱特征周期为0.35s,邵阳地区地震动峰值加速度为0.05g，对应基本烈度为Ⅵ度区，衡阳地区地震动峰值加速度小于0.05g，对应基本烈度小于Ⅵ度区。依据公路规范，可考虑进行简易设防。 据区域地质资料，路线跨越断裂均为隐伏性断裂或非活动性断裂，对本工程无影响。 5）气象、水文及航运 （1）气象 路线所经地区属中亚热带季风湿润气候，具明显的性气候特征，光照时间长，雨水充沛，四季分明，气候温和，夏少酷热，冬少严寒。 衡阳境内年平均气温17.5～18.1℃，无霜期272～304天，日照时数1383.7～1753.8小时，降水量1223.0～1421毫米，雨水大多集中在4～6月。极端最高气温39.6℃以上，极端最低气温－6.6～9.9℃。 邵阳境内年平均气温16.1～17.1℃，无霜期272～304天，日照时数1347.3～1615.3小时，降水量1218.5～1473.5毫米，雨水大多集中在4～6月间，夏秋连旱，极端最高气温39.0℃以上，极端最低气温－6.8～8.8℃。 （2）流域水文情况 本地区属中亚热带温润性季风气候，年降水量在1200～1400毫米，这是境内河流水量主要补给来源，降水季节变化较大，春夏雨季降水量占全年70％，而9月至冬季降水量明显减少，所以境内大小河流随着夏季风的到来和梅雨的出现，河水补给（包括过境水）丰富，汛期也将开始。旱季气温升高，蒸发量加大，不少地方蒸发量大于降水量，降水补给减少，河水枯浅，几乎全靠地下水补给，地下水补给量占全年径流量的17～18％。过境河流的水量补给除境内补给外，主要靠上游流域的降水补给和地下水补给，源于境内的河流，有时还得到干流的逆向补给。最高水位多出现在5月，次为6月。 路线所经区域主要由两大水系组成：起点至邵阳火厂坪为湘江水系；火场坪至终点为资水水系。境内主要发育蒸水和邵水两大河流。 （3）桥位处水文及航运 蒸水河Ⅰ号大桥 主线在西渡镇枣塘村附近第一次跨越蒸水河，蒸水为湘江支流，桥位附近为Ⅶ级航道，通航净宽要求18米，通航净高要求4.5米。桥位处河道宽约100米，测时最大水深5.1m，测时水位为66.381m，流速较慢。调查历史洪水有漫过河堤淹没农田的历史。经水文计算其百年一遇洪水流量为3540m3/s，百年一遇洪水位72.01m。 白马河大桥 白马河全流域面积32.3Km2，桥位以上流域面积为22.5 Km2，白马河属于山溪型河源，洪水主要由暴雨形成，洪水主要发生在4～7月份。 桥位处河床宽约25米，深约2米，河道在路线右侧约50米处转弯，桥位处河床历年稳定。外业调查时，水面宽12米，水深0.5米，河底淤泥深0.5米，水流缓慢，河中长满杂草。测时水面高程为81.27米，通过计算，百年一遇设计流量为155.8m3/s。 蒸水河Ⅱ号大桥 主线在金兰寺镇高田村附近第二次跨越蒸水河，桥位处河道为Ⅷ级航道，通航净宽要求12米，通航净高要求3.6米，无升级规划。桥位处河道宽约70米，测时最大水深2.65m，测时水位119. 71m，水面宽度58m，水流比较平稳。调查历史洪水有漫过河堤淹没农田的情

形。经水文计算其百年一遇洪水流量为2410m3/s，百年一遇洪水位126.40m。 ④槎江河大桥 主线在仙槎桥镇元塘冲村附近跨越槎江。桥位处河道宽约20米，河水较浅约3.0m，河水流速缓慢。经水文计算其百年一遇洪水流量为850m3/s，百年一遇洪水位251.39m。 ⑤邵水大桥 主线在邵东县魏家桥镇姚家台附近跨越县道X018及邵水。邵水为资江支流，桥位处河道通航等级Ⅶ级，通航净宽要求18米，净高要求4.5米，但由于魏家桥镇上游约5公里处已筑坝发电，因此，事实已不通航。桥位处河道宽约70米，水深约4.7m，流速较慢。经水文计算其百年一遇洪水流量为1870m3/s，百年一遇洪水位230.24m。 4、沿线筑路材料、水、电等建设条件与公路建设的关系 沿线筑路材料包括砂、石、石屑（粉）、粘土、钢材、木材、沥青及其它外购材料，均可满足本项目需求。 1）砂料 本项目砂料储量丰富，但其料场主要集中分布在路线的起点和终点附近。 （1）路线起点左侧7.1km处的衡阳市北蒸水桥下沿河两岸的砂场，砂料储量丰富，主要为外运至此。料场供应砂料为中砂，日产砂料2000m3以上， 砂质纯净、质地坚硬，含泥量少，细度模数2.2～2.5，汽车运输，砂场负责装车，现有公路通往料场，在K0+100上路，支线运距7.1km 。 （2）路线起点左侧约11km处的呆鹰岭，砂料场较多且集中，砂料主要为外运河砂，主要成份为石英、长石，砂质纯净、坚硬，含泥量少，细度模数2.3左右，日产量1000m3～3000m3以上，汽车运输，砂场负责装车，现有公路通往料场，在K0+100上路，支线运距10.8～12.0km 。 （3）位于邵阳市大祥区梅子井资江河岸的交通局航运公司砂场，料场砂料储量丰富，砂料主要来源于上游邵阳县资江河道，主要成份为石英、长石，砂质纯净、坚硬，含泥量少，细度模数2.1～2.3，日产量1000m3以上，汽车运输，砂场负责装车，现有公路通往料场，在K118+370上路，支线运距22.5km 。 （4）邵阳市新邵县城的资水河岸有多处砂场，料场砂料储量丰富，砂料主要为卵石粉碎而成的人工砂，为粗砂，主要成份为石英、长石。含泥量少，细度模数3.2左右，日产量600m3左右，汽车运输，砂场负责装车，现有公路通往料场，在K131+300上路，支线运距14.1～16.0km 。 2）石料 路线主要经过石灰岩地区，石料储量丰富，沿线主要的石料场有：兴隆庵石场、鲁陂石场、德胜石场、礼梓石场、飞龙石场、堆金石场、石狮石场、谢姜石场、湾塘石场、马何石场、严塘石场等。 （1）强远石料场：位于株洲市攸县，石料为灰黑色间粒结构玄武岩，主要由中基性斜长石组成,次为辉石和橄榄石，质地坚硬，整体性好。目前已开采两年，矿区玄武岩储量约500万吨。料场可生产不同规格的面层碎石。碎石磨耗率为16.2％、压碎值为15.2％、坚固性8.0％、表观相对密度2.783、冲击值15.1％、与沥青的粘附性为5级，拟作为路面上面层用料。 （2）兴隆庵石场：位于衡阳县车江镇。主要生产片石、碎石、石粉，日生产能力2000吨，石料石质为灰黑色厚层灰岩，较坚硬，整体性好，储量丰富，可生产加工各种规格的碎石及片、块石。碎石压碎值为22.5％、与沥青的粘附性为4级。拟作各类构造物及路面中、下面层及基层、底基层用料。在K0+100上路,支线运距36.8km。 （3）飞龙石场：位于衡阳县库宗桥镇陈家町以北约1km。石料场为私人承包，主要生

产块石、片石及碎石。石料岩性为灰黑色厚层灰岩，未风化，较坚硬，整体性好，储量丰富。所产碎石压碎值为19.2％、抗压强度为Ⅲ级。拟作各类构造物及路面基层、底基层用料。在K50+660上路,支线运距2.75km。 （4）堆金石场：位于邵东县火厂坪镇西北向约3公里的堆金村，紧邻老1814线。石料场为私人承包，主要生产块石、片石及碎石。石料岩性为灰黑色厚层灰岩，未风化，较坚硬，储量丰富。料场生产规模正逐渐扩大。所产碎石压碎值为23.4％、抗压强度为Ⅰ级。拟作各类构造物及路面基层、底基层用料。在K75+485上路,支线运距8.1km。 （5）马何石场：位于新邵县严塘镇马何村，现由私人经营，开采面约150～200宽，现有碎石生产线2台，每天可加工生产块片石、各种规格的碎石约1000 m3,石料为灰黑色厚层状灰岩，石料新鲜，石质坚硬。所产碎石压碎值为24.4％、与沥青的粘附性为4级，拟作各类构造物及路面中、下面层及基层、底基层用料。 3）工程用水以及工程用电 沿线自然沟渠分布较多，且较均匀，其水质纯净，无污染，工程用水可就近解决；生活用水可采用打井解决或与当地水管部门联系，接通自来水管道。工程用电可直接与当地供电部门协商解决。 4）钢筋、水泥、木材、沥青及沥青砼路面上面层用碱性石料 钢筋、水泥、木材等三大外购材料可与当地物资管理部门联系购买，沥青可采用优质进口AH-70重交通道路石油沥青，沥青砼路面上面层所用碱性石料采用玄武岩或硅质石灰岩，为保证工程质量，主要材料建议由建设单位统购。 5、其它资料由指导教师给定。 三、毕业设计要求 1、按任务书的要求，完成设计、计算和绘图工作，认真提出完整的设计文件。 2、采用各种工艺、施工方法、设计方案。对总体方案进行必要的技术经济比较，然后选定较佳的设计方案。 3、每一阶段设计完成后，必须经指导教师审批后才能进行下一阶段的设计。 4、每一阶段设计都必须严格按计划进行，定期完成。 5、设计文件、说明书和计算书要求扼要、简明、清晰，设计图纸要求准确，主次分明。图幅要求：297×420（A3），按道路工程制图标准GB50162—92编制，毕业设计说明书按南华大学毕业设计要求编写。 6、设计文件经审查、考查及格后，才能作毕业设计答辩，并以此定为高等学校毕业的总结和质量检查。 四、毕业设计的内容与程序 准备工作： 1、熟悉设计对象及有关设计资料； 2、明确毕业设计任务； 3、设计的基本知识学习； 4、设计方案的初步考虑； 5、设计内容的文献资料查阅、工程调研和现场勘察，收集设计所需要的地质、地形、气象等资料。 在完成上述任务时，需逐项填写设计任务书（原始资料部分），并拟订出初步方案提纲。 方案比选： 1、不同方案的建立；

2、设计方案的技术经济比较； 3、推荐方案的确定与论证。 设计（论文）具体要求： 任务书 开题报告 中文摘要 英文摘要 目录 1、设计资料与依据 1）设计资料 2）沿线自然条件 3）设计标准 4）主要技术经济指标 2、方案比选 3、路线设计 1）平面设计 2）纵面设计 3）横断面设计 4）平纵组合设计 5）土石方计算与调配 4、路基设计 5、挡土墙及桥涵设计（布设） 6、环境保护与景观设计 7、结论 参考文献 谢辞 设计应提交的设计图表 （1）图纸编排次序 工程图纸应按封面、扉页、目录、说明、主体工程、次要工程等顺序排列。按照公路工程文件编制办法，图纸应按下面的次序排列： 第一篇 总体设计 1、地理位置图 2、说明书 3、路线平纵面缩图 4、主要技术经济指标表 5、公路平面总体设计图 第二篇 路线 1、说明 2、公路路线平面图 3、路线纵断面图 4、直线、曲线及转角表 5、路线逐桩坐标表 6、公路用地图 7、护栏设计图

8、防眩设计图 9、隔离栅设计图 10、标线设计图 第三篇 路基、路面 1、说明 2、路基设计表 3、边沟（排水沟）设计表 4、路基标准横断面图 5、路基一般设计图 6、路基横断面设计图 7、超高方式图 8、中间带设计图 9、分隔带开口设计图 10、路基土石方数量表 11、路基每公里土石方数量表 12、路基土石方运量统计表 13、路基支档及防护工程设计图 14、路基路面排水工程设计图 第四篇 桥梁、涵洞 仅做一涵洞布置与结构图 第八篇 环境保护与景观设计 对于工程没有涉及的部分，图纸中不列出，但“篇”的序号不能改变。例如，工程中没有隧道工程，因而没有第六篇 隧道，但路线交叉依然为第七篇。 （2）扉页及目录 扉页应绘制图框，各级负责人签署区应位于图幅上部或左部；参加项目的主要成员签署区、设计单位等级、设计单位证书号，应位于图幅下部或右部，排列应力匀称。图纸目录应绘制图框，目录本身不应编入图号与页号。 详细内容参看《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》交公路发[2007]358号。 五、毕业设计进度安排 1、12月15日～1月15日 收集资料 2、1月15日～3月15日 3、3月15日～4月15日 4、4月15日～5月15日 4、5月16日～5月25日 矢量化地形图、方案比选、路线设计工作 挡土墙、桥涵工作 毕业设计说明书编写工作 答辩准备、制作幻灯片、毕业答辩 六、设计依据及主要参考资料 （1）道路工程术语标准 GBJ 124-88 （2）公路自然区划标准 JTJ 003-86 （3）公路工程技术标准 JTG B01 2003

（4）公路工程抗震设计规范 JTJ 004- （5）公路路线设计规范 JTG D20－2006 （6）公路路基设计规范 JTGD30—2004 （7）公路路基施工技术规范（JTG F10－2006） （8）公路软土地基路堤设计与施工技术规范 JTJ017-96 （9）公路排水设计规范 JTJ018-97 （10）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) （11）公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) （12）公路涵洞设计细则JTGT D65-04—2007 （13）公路环境保护设计规范 JTJ/T006-98 （14）道路交通标志和标线 GB 5768-1999 （15）道路工程制图标准GB50162—92 （16）高速公路交通安全设施设计及沿线设施设计通用规范 JTJD80-2006 （17）公路交通安全设施设计细则 JTJ/TD81-2006 （18）公路工程基本建设项目设计文件编制办法（交公路发[2007]358号） 七、学生最终应提交的材料 1．开题报告1份。 2．外文资料译文1篇（附原件）。 3．毕业论文1份。 4．图纸1套。 5．除纸质版外，提交全套的电子版本。 八、成绩评定 毕业设计成绩由平时成绩（40分）、成果（40分）和答辩（20分）三部分组成，过程考核成绩由指导老师给出，论文成绩原则上由系部负责人指定熟悉该领域的教师或专家给出，答辩成绩由答辩委员会给出。

指导老师签字： 年 月 日

南华大学本科生毕业设计开题报告

设计题目 设计题目来源 设计题目类型 衡邵高速第13合同段[K74+700～K82+398]道路工程设计 自选题目 工程设计类 起止时间 2012.12.25～2013.5.25 一、设计依据及研究意义： （1）设计资料： ①地形、地貌 路线所经地区地貌单元属微丘-丘陵地貌，公路沿线河流一般具有山溪性河流的特点，水力资源丰富。路线经过了不同的地貌单元，地层岩性差异较大，地质构造较复杂,地貌单元属微丘～丘陵地貌。公路所经过地区经济以农业为主，主要种植水稻。 （2）地质构造 路线经过两个中生代盆地，即衡阳盆地和邵东盆地，盆地走向为北北东。穿越衡邵高速公路的主要断裂为宋家塘～芦山坳压扭性断裂、仙槎桥～花桥压性断裂及魏家桥～曹家冲断裂等。 （3）工程地质分区及评价 ①道路地质分区:K70+550～K132+059为剥蚀丘陵碳酸岩工程地质区. ②路基工程地质评价:该拟建高速公路全线位于丘陵区，地势起伏，按微地貌可分为丘陵、丘陵平地及陵间洼地。挖方路基位于微地貌的丘陵上；填方路基一般位于丘陵间平地和陵间洼地上。 ③桥梁地基工程地质评价:该路线所有桥梁都位于丘陵区，自然斜坡稳定,全线桥梁基础不良地质现象主要为碳酸盐类灰岩类溶洞. ④地震:据区域地质资料，路线跨越断裂均为隐伏性断裂或非活动性断裂，对本工程无影响。 （4）气象、水文及航运： ①气象：路线所经地区属中亚热带季风湿润气候，具明显的性气候特征，光照时间长，雨水充沛，四季分明，气候温和，夏少酷热，冬少严寒。 ②流域水文情况：本地区属中亚热带温润性季风气候，路线所经区域主要由两大水系组成：起点至邵阳火厂坪为湘江水系；火场坪至终点为资水水系。 （5）沿线筑路材料、水、电等建设条件与公路建设的关系 ①砂料:本项目砂料储量丰富，但其料场主要集中分布在路线的起点和终点附近。 ②石料：路线主要经过石灰岩地区，石料储量丰富。 ③工程用水以及工程用电：沿线自然沟渠分布较多，且较均匀，其水质纯净，无污染，工程用水可就近解决；生活用水可采用打井解决或与当地水管部门联系，接通自来水管道。 ④钢筋、水泥、木材、沥青及沥青砼路面上面层用碱性石料：沥青可采用优质进口AH-70重交通道路石油沥青，沥青砼路面上面层所用碱性石料采用玄武岩或硅质石灰岩。

（6）设计依据及主要参考资料 （1）公路自然区划标准 JTJ 003-86 （2）公路工程技术标准 JTG B01 2003 （3）公路路线设计规范 JTG D20－2006 （4）公路环境保护设计规范 JTJ/T006-98 二、研究意义： 通过设计研究，学生应了解和熟悉道路的一般原则、步骤和方法；掌握道路各单项构筑物的设计、计算方法以及编制设计说明书和绘制施工图的要求和方法。 三、设计主要研究的内容、预期目标：（技术方案、路线） 设计主要研究内容：采用各种工艺、施工方法、设计方案。对总体方案进行必要的技术经济比较，设计预期目标：选出最合理的路线 四、设计的研究重点及难点： 研究重点：设计内容的文献资料查阅、工程调研和现场勘察，收集设计所需要的地质、地形、气象等资料。 研究难点; 现场勘察、工程调研。 五、设计研究方法及步骤（进度安排）： 1、12月25日～1月15日 收集资料 2、1月15日～3月15日 矢量化地形图、方案比选、路线设计工作 3、3月15日～4月15日 挡土墙、桥涵工作 4、4月15日～5月15日 毕业设计说明书编写工作 4、5月16日～5月25日 答辩准备、制作幻灯片、毕业答辩 六、进行设计所需条件： （1）设计资料收集；根据业主方提供的资料，以及可行性研究报告、地质勘查报告等进行设计. (2）采用CAD,南方cass软件，纬地软件等。 七、指导教师意见： 签名： 年 月 日

摘 要

本设计为衡阳至邵阳高速公路K74+700至K82+398段的初步设计。主要内

容包括：平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基设计、挡土墙设计、公路排水及防护工程、路面结构设计。在设计过程中参阅了相关文献资料，并严格按照规范标准设计。线形设计部分，充分考虑了地形地质、安全、环保、土地利用、施工条件及经济等因素；纵断面设计根据道路等级、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；在横断面设计部分综合考虑公路等级、行车要求、自然地质条件、施工方法，兼顾当地农田建设，保证路基的稳定和排水，来作出正确的设计。在路基设计部分选择合理的路堤填料与压实标准；在挡土墙设计部分，采用了重力式挡土墙，倾斜基底，充分考虑了挡土墙的经济性和安全性；在公路排水及防护工程部分充分考虑到当地地质状况，以及美化环境、改善景观和舒缓驾驶人员视觉疲劳等因素，对该路段部分边坡采用草皮护坡以及窗式护面墙等进行防护；在路面结构设计部分，根据设计要求和实地情况选用了沥青混凝土路面。

关键词：平纵横设计；路基设计；挡土墙设计；路面设计

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ABSTRACT

This design studies the highway from hengyang to shaoyang which covers

K74 + 700 ~ K82+ 398, including: graphic design, alignment design, cross-sectional design, roadbed design, retaining wall design, road drainage as well as protective engineering and pavement structure design. The design is in strict accordance with the code standard and consults related references. The factors of topography, geology, safety, environmental protection, land use, construction condition and economics were taken into consideration in linear desin; in the lignment design, according to the road grade, natural conditions and control elevation of structure, the design determines the appropriate elevation, the longitudinal slope and slope length of each slope section, and designs vertical curve; in the part of cross-sectional design, the design considers highway grade, driving requirements, natural geological condition, the construction method, and local farmland construction in order to guarantee the stability of roadbed and drainage. In the roadbed design part we should select reasonable embankment packing and compacted standards; in the part of retaining wall design, the designer uses a gravity retaining wall and sloping base and the economy and safety of retaining wall are taken in account; in the design of highway drainage and protective engineering, in view of the factors of local geology condition, landscaping, landscape improvement and relieving of visual fatigue of drivers, the design uses grass sod as well as facingwall of window-type to protect part of the side slope; in the part of pavement structure design, according to the design requirements and local conditions, the design selects bituminous concrete pavement.

Keywords: flat freely design; subgrade design; retaining wall design; pavement design

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目录

摘 要........................................................................................................................... i ABSTRACT ..................................................................................................................... ii 第1章 设计原始资料和依据 ............................................................................................ 1

1.1 设计资料 ............................................................................................................ 1

1.1.1 历史背景 ................................................................................................... 1 1.2 沿线自然条件 ..................................................................................................... 1

1.2.1地形、地貌 ................................................................................................ 1 1.2.2 气候 .......................................................................................................... 2 1.2.3地质条件.................................................................................................... 2 1.2.4地震........................................................................................................... 2 1.3设计标准 ............................................................................................................. 2 1.4 主要技术经济指标 .............................................................................................. 3

1.4.1 交通量资料 ............................................................................................... 4

1.4.2影响路线方案的主要因素 ........................................................................... 4

第 2 章 方案比选............................................................................................................ 5 2.1 路线方案比选 ..................................................................................................... 5 第3章 路线设计 ............................................................................................................. 7

3.1路线设计依据 ...................................................................................................... 7

3.1.1道路技术等级确定...................................................................................... 7 3.1.2 选线原则 ................................................................................................... 7

3.1.3山岭区选线要点 ......................................................................................... 8 3.1.4平面设计技术指标的确定 ........................................................................... 8 3.2 道路平面设计 ..................................................................................................... 9

3.2.1道路平面线性相关概念与要求 .................................................................... 9 3.2.2 具体计算 ..................................................................................................11 3.2.3 平曲线设计逐桩坐标表 ............................................................................ 12 3.3纵断面设计 ........................................................................................................ 13

3.3.1 纵断面设计原则 ...................................................................................... 13

iii

3.3.2 最小填土高度的确定 ............................................................................... 13 3.3.3 桥梁、通道控制标高的确定 ..................................................................... 14 3.3.4 道路坡长及坡度确定 ............................................................................... 14 3.3.5纵断面设计结果 ....................................................................................... 16 3.4横断面形式及组成 ............................................................................................. 17

3.4.1横断面形式 .............................................................................................. 17 3.4.2横断面组成 .............................................................................................. 17 3.4.3路拱......................................................................................................... 18 3.4.4超高......................................................................................................... 18 3.4.5加宽......................................................................................................... 19 3.4.6视距保证.................................................................................................. 19 3.4.7 合成坡度 ................................................................................................. 20 3.5 平纵组合设计 ................................................................................................... 20 3.6路基土石方计算及调配 ...................................................................................... 23

3.6.1 横断面面积计算 ...................................................................................... 23 3.6.2 土石方数量计算 ...................................................................................... 23 3.6.3 路基土石方调配 ...................................................................................... 23

第4章路基设计 ............................................................................................................. 24

4.1 路基横断面布置 ................................................................................................ 24

4.2 路基边坡和路基压实标准 .................................................................................. 24 4.3 路基填料要求 ................................................................................................... 25 4.4 地基表层处理 ................................................................................................... 25 4.5 路基防护 .......................................................................................................... 26 第5 章 路面结构设计 ................................................................................................... 27

5.1 路面类型及结构层组合 ..................................................................................... 27

5.1.1 设计原则 ................................................................................................. 27 5.1.2 路面类型初步比较 ................................................................................... 27 5.1.3 标准轴载及轴载换算 ............................................................................... 28 5.1.4设计指标的确定 ....................................................................................... 31 5.2 结构组合 .......................................................................................................... 31

5.2.1结构组合与材料选取 ................................................................................ 31 5.2.2各层材料的抗压模量和和劈裂强度 ........................................................... 32 5.2.3土基回弹模量的确定 ................................................................................ 32 5.2.4设计指标的确定 ....................................................................................... 33 5.2.5设计资料总结........................................................................................... 34 5.2.6确定石灰层厚度 ....................................................................................... 35 5.2.7 验算各层层底拉应力 ............................................................................... 36 5.3水泥混凝土路面的结构层次设计 ........................................................................ 39

5.3.1轴载分析.................................................................................................. 39

5.3.2 初拟路面结构 ........................................................................................ 41 5.3.3 路面材料参数的确定.............................................................................. 41 5.3.4 荷载疲劳应力 .......................................................................................... 43 5.3.5 温度应力分析 .......................................................................................... 45 5.3.6 检验初拟路面结构 ................................................................................... 46

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5.3.7 水泥混凝土路面接缝设计 ........................................................................ 46

5.4 沥青混凝土路面与水泥混凝土路面的比较 ......................................................... 47 5.5 路面方案比选的确定 ......................................................................................... 48 第6章 挡土墙和桥涵设计 ............................................................................................. 48

6.1 挡土墙的设计 ................................................................................................... 48

6.2 桥梁布设 .......................................................................................................... 49 6.3 涵洞设计 .......................................................................................................... 50

6.3.1 涵洞的设计原则 ...................................................................................... 50 6.3.2 涵洞洞口加固与防护 ............................................................................... 50 6.3.3 涵洞的布设 ............................................................................................. 51

第7章 环境保护与景观设计 ........................................................................................ 52

7.1 设计的基本原则 ................................................................................................ 52 7.2自然环境与景观设计的结合 ............................................................................... 52 7.3 生态保护 .......................................................................................................... 53 7.4 本段公路具体景观设计 ..................................................................................... 53 8 结 论 ...................................................................................................................... 54 参 考 文 献 .................................................................................................................. 55 致 谢 ............................................................................................................................. 56

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第1章 设计原始资料和依据

1.1 设计资料

1.1.1 历史背景

湖南省衡阳至邵阳（简称衡邵）高速公路项目是湖南省高速公路网规划“五

纵七横”项目中的重要组成部分，也是连接湖南省两个重要地级城市衡阳市和邵阳市的主要交通通道，属于国家和湖南重点建设项目，总投资44.亿元人民币。衡邵高速全长130.579公里，其中衡阳段61.104公里，全线采用双向四车道高速公路标准建设，设计行车速度为100公里/小时，路基宽度26米，采用沥青混泥土路面。

该项目于2006年11月开工，于2010年12月30日建成通车。本项目的建设，对于完善湖南省高速公路网，提高区域公路通行能力和通达深度，改善投资环境，加快全省“三化”进程，推动全省经济社会发展，服务社会新农村建设等具有十分重要的意义。衡邵高速公路建成后，湖南西出云、贵、川、渝的重要通道。将与京珠、衡枣、衡大高速公路以及正在建设的衡炎高速公路及规划建设的衡岳高速公路、衡临高速公路形成高速公路网，将大大缩短各市之间的距离和行车时，进一步打通我市的对外交通通道，不仅有利于完善湖南省主骨架高速公路网布局，对改善区域交通环境，开发旅游源，发展地方经济也有重要意义。

1.2 沿线自然条件

1.2.1地形、地貌

本路段设计路线所经地区地貌单元属微丘-丘陵地貌，划分为：佘田桥～火

厂坪段(K74+700-K77+900) 属微丘-丘陵过渡地貌；火厂坪～严塘(K77+900-K82+400)段为丘陵。本路段区域主要表现为：星罗棋布的山丘之间多呈“U”型，个别路段呈“V”型的水田、鱼塘分布区，绕山丘分布着散落的民居，构成“山丘-民居-水田、鱼塘-民居-山丘”的地形地物分布的典型特点。公路沿线河流一般具有山溪性河流的特点，水力资源丰富。路线经过了不同的地貌 单元，地层岩性差异较大，地质构造较复杂。

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1.2.2 气候

路线所经地区属中亚热带季风湿润气候，具明显的性气候特征，光照时

间长，雨水充沛，四季分明，气候温和，夏少酷热，冬少严寒。

衡阳境内年平均气温17.5～18.1℃，无霜期272～304天，日照时数1383.7～1753.8小时，降水量1223.0～1421毫米，雨水大多集中在4～6月。极端最高气温39.6℃以上，极端最低气温－6.6～9.9℃。

邵阳境内年平均气温16.1～17.1℃，无霜期272～304天，日照时数1347.3～1615.3小时，降水量1218.5～1473.5毫米，雨水大多集中在4～6月间，夏秋连旱，极端最高气温39.0℃以上，极端最低气温－6.8～8.8℃。

1.2.3地质条件

路线经过两个中生代盆地，即衡阳盆地和邵东盆地，盆地走向为北北东。穿

越衡邵高速公路的主要断裂为宋家塘～芦山坳压扭性断裂、仙槎桥～花桥压性断裂及魏家桥～曹家冲断裂等。本路段为剥蚀丘陵碳酸岩工程地质区（Ⅲ）。

1.2.4地震

根据国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》（GB18306～

2001），路线经过的地震动反应谱特征周期为0.35s,邵阳地区地震动峰值加速度为0.05g，对应基本烈度为Ⅵ度区，衡阳地区地震动峰值加速度小于0.05g，对应基本烈度小于Ⅵ度区。依据公路规范，可考虑进行简易设防。

根据区域地质资料，路线跨越断裂均为隐伏性断裂或非活动性断裂，对本工程无影响。

1.3设计标准

根据批准的设计任务书、地质勘测报告、国家关于公路设计施工的《规范》、

《规程》、《标准》等。如：

1、《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） 2、《公路路线设计规范》（JTG D20-2006） 3、《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）

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4、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002） 5、《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006）

6、《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ 017-96） 7、《公路排水设计规范》（JTJ 018-97）

8．《公路土工合成材料应用技术规范》（JTJ/T 019-98） 9、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 10、《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ 022-85）

11、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

1.4 主要技术经济指标

表1.1道路技术指标 序号 1 2 路基宽度 项目 设计车速 一般值 最小值 一般值 3 平曲线半径 极限值 不设超高路拱≤2.0% 单位 km/h m m m m m % % 3% 8 相应纵坡的最大坡长 4% 5% <3% 9 停车视距 凸形 10 竖曲线半径 凹形 11 12 一般值 极限值 一般值 极限值 m m m m m m m % 主要技术指标 100 26 24.5 700 400 4000 400 85 0.3 4 250 1000 800 600 不 160 10000 6500 4500 3000 85 8 4 5 6 7 最小半径 平曲线最小长度 缓和曲线最小长度 最小纵坡 最大纵坡 最小坡长 竖曲线最小长度 平曲线最大超高 第 3 页 共 56 页

1.4.1 交通量资料

表1.2 交通量表 中客车SH130 3960 大客车CA50 3200 小货车BJ130 2440 中货车CA50 2400 大货车JN150 1680 特大车日野kb222 拖挂车五十铃 170 车型 小客车 近期交通量 5760 400 预测交通量增长率为3%,近期交通量20000辆/昼夜。

1.4.2影响路线方案的主要因素

本项目路线布设结合沿线地形、地貌、水文、地质等自然条件以及沿线主要

城镇发展规划、路网布局等进行路线的平纵面设计。尽量减少良田好地 ，减少房屋及其他拆迁，远离学校和环境敏感区，重视环境保护，减少对自然景观的破坏，减少噪音和废气污染。路线平纵指标掌握均衡，尽量采用较高平竖曲线半径，讲究平纵配合以及与自然景观相协调，影响路线方案的主要因素有： （1）路线起终点应充分考虑与前后衔接项目的顺接；

（2）本项目地处丘陵区，在路线设计时应讲究路线平纵横配合，使其具有流畅的立体效果，在争取较高的平纵技术指标时，更要注意合理运用技术指标，讲究平纵配合和前后指标的均衡掌握。

（3）平面线形在不过多增加工程数量的前提下，尽可能采用较高的技术指标，提高服务水平，以利于项目功能的发挥和运营效益的提高。

（4）重视环境保护，防止水土流失和环境污染，尽力少占良田，尤其是高产田，尽量避免过多拆迁房屋和重要的电力、电讯、水利设施。

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第 2 章 方案比选

2.1 路线方案比选

路线设计是确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作，主要分为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计，三者应既分开考虑又注意综合。根据此路所处地区的自然地理环境、社会经济和技术条件，确定经过路线方案的比选设计出一条符合一定技术标准，满足行车要求，工程量最少最节省费用的路线。

综合考虑该地区自然条件、技术标准、工程投资等因素，初步拟定了两个方案。

方案一：从桩号k74+700开始，到达桩号k82+398.575，线路总长为7698.575m。该线路高差相对较小，在地势较低处架了两座桥，占用农田较少，土石方工程量相对较小，且填挖能够基本平衡。平面线形比较好，占地面积相对方案小，并且路线直线段较小，开车不易疲劳。

方案二：从桩号k74+700开始，到达桩号k82+362.721，线路总长为7662.721。该线路前半部分所经区域农田较多，路经部分多为重丘区，土石方工程量大，且填挖不能保证平衡。

高速公路投资比较大，对所经过地区的经济起重要作用，所以在修建过程中应综合考虑沿线地带的自然地理特征，设计要特别注意线形设计，使之在视觉上能诱导视线，保持线形的连续性，让司机和乘客在生理和心理上有安全感和舒适感，同时考虑到经济因素，尽量使工程量最小，造价最低。

表2.1 路线方案定性综合评价比较表 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 指标名称 建设里程 造价 线形顺畅程度 乡镇规范 地方意见 实施难易程度 征用土地 施工期间影响交通 综合评价 方案1 好 好 好 好 好 较好 好 好 好 方案2 好 差 一般 差 差 差 差 差 备注

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(续)表2.1 路线方案定性综合评价比较表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 18 项目 里程 平曲线最小半径 最大纵坡 路基宽度 拆迁建筑物 拆迁电力电杆 征用土地 其中水田 计价土方数量 计价石方数量 路面面积（沥青混泥土） 隧道 大中桥 中小桥 涵洞 公路及公路平交 推荐意见 单位 km m/个 % m ㎡ 根 亩 亩 m³ m³ 1000㎡ m/道 m/座 m/座 m/座 处 方案1 7.698575 1100 2.726% 34.5 330 2 205000 20050 370421 0 3.65 0 2 1 6 0 推荐 方案2 7.662721 1200 2.033% 34.5 620 5 229800 41000 465266 0 3.67 0 0 1 8 0 综合考虑：

1)从景观、行车视觉上看，方案1优于方案2 2)从路线平面指标上看，方案1较好; 3)从规模及施工难度上看，方案一较好;

综合考虑以上各种因素,最终选择方案1作为最终设计方案。 方案1线形图如下图

图2.1 方案一线形图

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第3章 路线设计

3.1路线设计依据

3.1.1道路技术等级确定

计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式（3.1）计算 Nd=N0(1+γ)n-1 (3.1) 式中 Nd—远景设计年平均日交通量，辆/日； N0—起始年平均日交通量，辆/日； γ—年平均增长率，取3%； n—远景设计年限，取20年；

所以Nd=20000×(1+3%)20-1=35070（辆/日）

根据《公路工程技术标准》JTG B01-2003 ，拟定该条道路为双向四车道的高速公路，设计车速为100km/h，设计采用的服务水平为一级，采用整体式路基。

3.1.2 选线原则

1)在路线设计和选线中，应该尽量避开农田，做到少占或不站高产田。 2)路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小，造价低，运营费用省，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指标，不应轻易采用最小指标或低限指标，也不应片面追求高指标。 3)选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对工程的影响。一般情况下路线应设法绕避特殊地基地区。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。

对于高填，深挖路基地段，应该做好路基边坡岩土情况的勘察，查清边坡及基底情况，据以进行填挖边坡的稳定计算，必要时采取切实可行及安全的防护措施。

4)选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。

5）与路线周围景观协调。

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3.1.3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。

3.1.4平面设计技术指标的确定

1)直线

直线的最大长度应有所，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的措施。

规范规定，高速公路同向圆曲线的最小直线长度不小于6V，反向圆曲线的最小直线长度不小于2V。本设计速度为100km/h。

2)圆曲线

圆曲线是平面线形中常用的线形要素，圆曲线的设计主要确定起其半径值以及超高和加宽。 (1)圆曲线的最小半径 ①极限最小半径 ②一般最小半径 ③不设超高最小半径

表3.1 圆曲线半径 技术指标 一般最小半径 极限最小半径 不设超高 最小半径 (2)圆曲线的最大半径

路拱≤2.0% 路拱＞2.0% 高速公路（100km/h） 700 400 4000 5250 选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线半径不可大于10000米。

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(3)圆曲线半径的选用

在设计公路平面线形时，根据沿线地形情况，尽量采用不需设超高的大半径曲线。

(4)平曲线的最小长度

公路的平曲线一般情况下应具有设置缓和曲线（或超高，加宽缓和段）和一段圆曲线的长度；缓和曲线长度：圆曲线长度：缓和曲线长度宜在：1：1：1 到1：2：1之间。

平曲线的最小长度一般值：700m 平曲线最小长度极限值取：400m 3)缓和曲线

缓和曲线的最小长度一般应满足以下几方面： (1) 离心加速度变化率不过大; (2) 控制超高附加纵坡不过陡; (3) 控制行驶时间不过短; (4) 符合视觉要求;

因此，《公路路线设计规范》JTG D20-2006规定：高速公路（100 km/h）缓和曲线最小长度为85m.。一般情况下，在直线与圆曲线之间，当圆曲线半径大于或等于不设超高圆曲线最小半径时，可不设缓和曲线。 4)行车视距

行车视距可分为：停车视距、会车视距、超车视距。

《公路路线设计规范》JTG D20-2006规定：高速公路（100 km/h）停车视距St取160m。

3.2 道路平面设计

3.2.1道路平面线性相关概念与要求

1)道路是一条带状的三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道

和沿线附属设施所组成。路线在水平面上的投影线性称为道路的平面线型，而沿中线竖直剖切再沿着道路里程展开的立面投影线型成为道路的纵断面线型。中线上任意一桩号的法向切面是道路在该桩号的横断面。

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2)在设计顺序上，一般是在尽量顾及纵、横断面平衡的前提下定平面，沿这个平面线型进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其它必要的资料后，再设计纵断面和横断面、路线设计的范围，只限于路线的几何性质，不涉及结构。

3)现代道路平面线型是由基本几何线型即直线、圆曲线和缓和曲线的合理组合而构成，称之为“平面线型三要素”不受地形、地物的平坦地区或者山涧谷底、市镇及其近郊，或规划方正的农耕区、长大隧道、桥梁等构造物路段、路线交叉点及其前后路段、双车道公路提供超车的路段可以采用直线。但直线的最大长度应该有所：

(1)在长直线上纵坡不宜过大，因为长直线加上陡坡下坡行驶很容易导致超速行车。

(2)长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和或者改善。

JDaTqHYEQZLRaBoBoLsHZYHpZHo图3.1 平曲线几何元素图

q =Ls/2-Ls^3/(240×R^2) (m)

p=Ls^2/(24R)-Ls^4/(2384×R^3) (m)； β=Ls/2R (°)；

T=R+p)tan(α/2)+q (m)； L=(α-2β)πR/180+2Ls (m)； E=(R+p)/cos(α/2) -R (m)； J=2T-L (m)；

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其中： α —路线转角（°）； β—圆曲线对应角度（°）； q—偏移值（m）；

p—原曲线与直线偏移值（m）； T—切线长（m）； E—外移值（m）；

J—里程差（m）；

式中 α 为路线设计参数，R值对于设计道路可查相关规范。

3.2.2 具体计算

(1) 平曲线几何元素计算：对JD1 进行验算如下

a =17°07′15.9″ R=1100(m) Ls=150(m) 缓和曲线切线增值q = Ls/2－Ls3/240R2

=150/2－1503/240×11002 =75 (m)

圆曲线的内移值 p = Ls2/24R－Ls4/2688R3

= 1502/24×1100－1504/2688×11003 =0.852(m)

缓和曲线角 β。=2Ls /R×180/π =150/1100×180/π =3.909

切线长 T= (R+p) tg a/2+q

= (1100 + 0.852) tg 17°07′15.9″/2 + 75 =240.7(m)

平曲线长度 L =π（a-2β。）R/180 + 2Ls

= 3.14×（17°07′15.9″-2×3.909）×1100/180 + 2×150

=478.701 (m) 外距 E = (R﹢p)sec a/2－R

= (1100 + 0.852)sec17°07′15.9″/2－1100 = 13.255 (m)

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校正值 J =2T－L

= 2×240.7-478.701 = 2.701(m)

按以上面方法计算JD2 、JD3、JD4，JD5具体结果见下表3.2。

表3.2平曲线几何要素表

曲线要值(m) 缓和交点号 交点桩号 转角值 半径 曲 线长度 5 150 140 290 150 160 切线 长度 曲线 长度 外距 校正值 1 JD0 JD1 JD2 JD3 JD4 JD5 JD6 2 K74+700 3 4 6 240.7 7 478.701 8 13.255 9 2.701 1.043 K75+652.951 17°07′15.9″(Z) 1100 K77+011.395 11°1′24.1″(Z) 1600 224.4 447.8304 7.9445 473 K78+324.134 30°30′38.1″(Y) 1200 K79+942.461 4°42′4.5″(Z) 4000 2500 929.0124 46.854 16.992 0.202 0.619 239.2 478.2085 3.6032 254.6 508.485 6.5121 K81+406.517 7°59′12.1″(Y) K82+398.575 3.2.3 平曲线设计逐桩坐标表

表3.3 逐桩坐标表（以桩号k74+700-k74+731.352）为例

桩 号 N (X) 坐 标 E (Y) K74+700 K74+720 K74+728.572 K74+731.352

3006581.13 3006576.06 3006573.887 3006573.182 479098.9445 479118.2912 479126.5832 479129.2724 共 56 页 第 12 页

3.3纵断面设计

3.3.1 纵断面设计原则

纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线的自然地理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、坡长和竖曲线长短适当、平面与纵断面组合设计协调、以及填挖经济、平衡。纵坡设计的一般要求为：

1)纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》（JTG B01－2003）的各项规定。 2)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。起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，和理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。

3)纵坡设计应对沿线地形、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅。

4)一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量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。

5)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。

6)对连接段纵坡，如大、中桥引道等，纵坡应和缓、避免产生突变。 7)在实地调查基础上，充分考虑通道、水利等方面的要求。

3.3.2 最小填土高度的确定

由于设计路段属高速公路，故路基要求保持干燥或中湿以上状态。该区处于Ⅳ⒌区，路基所用填料为粘性土，根据规范，路基临界高度参考值为H1=1.7～1.9 m，H2=1.1～1.2 m，H3=0.9～1.0 m。根据地质条件，本地区只需考虑最小填土高度即可。所以查表得粘性土时路槽底至地下水的临界高度为1.7～1.9m时为干燥状态，由于无地表积水，地下水平均埋深为2～3m，地下水位较深，路面厚度一般为60～80cm,所以查出最小填土高度为0.4～0.7m。

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3.3.3 桥梁、通道控制标高的确定

道路纵断面设计标高是指路基顶面边缘的标高，高速公路则是指分隔带

外侧边缘的标高。在本设计中，路线所穿越的河流没有通航要求，河流上的桥梁只需满足路线和洪水的要求，要求如下。

表3.4 路基设计洪水频率 公路等级 设计洪水频率 高速公路 一级公路 l/100 1/100 二级公路 1/50 三级公路 1/25 四级公路 按具体情况定 （l）沿河及可能受水浸淹的路段，按设计标高推算的最低侧路基边缘标高，应高出表3.4规定洪水频率计算水位加壅水高、波浪侵袭高和0.50m的安全高度。 （2）沿水库上游岸边的路段，按设计标高推算的最低侧路基边缘标高应考虑水库水位升高后地下水位壅升，以及水库淤积后壅水曲线抬高及浪高的影响；在寒冷地区还应考虑冰塞壅水对水位增高的影响。

（3）大、中桥桥头引道（在洪水泛滥范围内）的按设计标高推算的最低侧路基边缘标高，应高于该桥设计洪水位（并包括壅水和浪高）至少0.50m；小桥涵附近的按设计标高推算的最低侧路基边缘标高应高于桥（涵）前壅水水位至少0.50m（不计浪高）。 本设计洪水位为1 m。

3.3.4 道路坡长及坡度确定

1）公路的最大纵坡规定如下表3.5。

表3.5 最大纵坡表 设计速度(km/h) 最大纵坡(% 120 3 100 4 80 5 60 6 40 7 30 8 20 9 （l）设计速度为120km/h、100km/h、80km/h的高速公路，受地形条件或其他特殊情况时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。

（2）设计速度为40km/h、30km/h、20km/h的公路，改建工程利用原有公 路的路段，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。

（3）四级公路位于海拔2 000m以上或积雪冰冻地区的路段，最大纵坡不应大于8%。

2）设计速度小于或等于80km/h位于海拔3 000m以上高原地区的公路，最大纵

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坡应按表3.6的规定予以折减。最大纵坡折减后若小于4%，则仍采用4%高原纵坡折减值。

表3.6 纵坡折减 海拔高度（m） 纵坡折减（% 3000～4000 1 4000～5000 2 5000以上 3 3）公路的纵坡不宜小于0.3%。横向排水不畅的路段或长路堑路段，采用平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，其边沟应作纵向排水设计。 4）桥上及桥头路线的纵坡

（l）小桥与涵洞处的纵坡应随路线纵坡设计。

（2）桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。大桥的纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%，引道紧接桥头部分的线形应与桥上线形相配合。

（3）位于市镇附近非汽车交通量大的路段，桥上及桥头引道纵坡均不应大于3%。 5）隧道及其洞口两端路线的纵坡

（l）隧道内的纵坡应大于0.3%并小于3%，但短于100m的隧道不受此限。 （2）高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受时，经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但不宜大于4%。

（3）隧道的纵坡宜设置成单向坡；地下水发育的隧道及特长、长隧道宜采用人字坡。

6）位于市镇附近且非汽车交通量较大的路段，其纵坡可根据具体情况适当放缓。 7）平均纵坡

二级公路、三级公路、四级公路越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为200～500m时平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时平均纵坡不 应大于5%，且任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。 8） 坡长

公路纵坡的最小坡长规定如表3.7。

表3.7 最小坡长

设计速度(km/h) 最小坡长（m） 120 300 100 250 80 200 60 150 40 120 30 100 20 60 公路不同纵坡的最大坡长规定如表3.8。

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表3.8不同纵坡最大坡长（m）

设计速度（km/h） 3 4 纵坡坡度（%） 5 6 7 8 9 10 120 900 700 ― ― ― ― ― ― 100 1000 800 600 ― ― ― ― ― 80 1100 900 700 500 ― ― ― ―

60 1200 1000 800 600 ― ― ― ― 40 ― 1100 900 700 500 300 ― ― 30 ― 1100 900 700 500 300 200 ― 20 ― 1200 1000 800 600 400 300 200 3.3.5纵断面设计结果

设计结果下表，各桩纵断面设计如下表3.9所示。

表3.9 纵断面设计结果

竖曲线 变坡点 标 高（m） 凸曲线R 凹曲线R 切线长T（m） ― 外距E（m） K74+700 273.9 ― ― ― K75+650 290.16 114000 ― 150 13.255 K77+020 310.15 12000 ― 140 7.9445 K78+340 297.46 74000 ― 290 48.8 K79+920 K81+410 K82+398.475

271.7 232.83 205.84 30300 282000 ― ― ― ― 150 160 ― 3.6032 6.5121 ― 共 56 页 第 16 页

表3.10各纵断面设计表（以k74+872.675-k74+920为例） 地 面 设 计 高 程 高 程 (ｍ) K74+872.675 +874.384 +880 +900 +906.298 +917.362 +920 (ｍ) 填 5.35 5.60 5.69 5.82 5.43 1.62 1.32 填 挖 高 度 (ｍ) 挖 ― ― ― ― ― ― ― 桩 号 271.50 276.85 271.28 276.88 271.29 276.98 271.50 277.32 272.00 277.43 276.00 277.62 276.35 277.67 3.4横断面形式及组成

3.4.1横断面形式

由于填挖情况的不同，路基横断面的典型形式，可归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。路堤是指全部用岩土填筑而成的路基；路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基；当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为半填半挖路基。

3.4.2横断面组成

高速公路的路基横断面分为整体式和分离式两类，本公路设计采用整体式横断面。

整体式断面包括行车道、中间带、路肩以及紧急停车、爬坡车道、变速车道等组成部分。 （1）路基宽度确定

路基宽度为行车道路面及其两侧路肩宽度之和。技术等级高的公路，设有中间带、路肩以及紧急停车、爬坡车道、变速车道等均包括在路基宽度范围内。本设计路线采用整体式路基横断面，由《公路工程技术标准》可知，路基宽度设为26米。整个路幅宽度组成如图3.2。

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图3.2 公路横断面图

整个路幅宽度划分为: 中间带宽度：3.5m 行车道宽度：2×7.5m

硬路肩宽度：2×3m（含2×0.5m路缘带） 分隔带宽度：2.0m 土路肩宽度：2×0.75m （2）路基高度

①《公路路线设计规范》（JTG 020—2006）规定新建高速公路路基设计位置为分隔带中心线，设计标高为分隔带外侧边缘标高。

②沿河及受水浸淹的路基设计标高应高出设计洪水频率（1/100）计算的设计水位0.5m以上。

3.4.3路拱

为了利于路面横向排水，将路面做成由向两侧倾斜的拱形，称为路拱。 由《公路路线设计规范》可知，高速公路整体式路基位于中等强度降雨地区时，路拱坡度宜取2.0%，本设计中路拱横坡度取2.0%，土路肩取3.0%。

3.4.4超高

（1）为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。 （2）绕中间带边缘旋转:将两侧行车道分别绕分隔带边缘旋转,使之各自成立的单向超高断面,此时分割带维持原水平状态。 （3）超高缓和段长度

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双车道公路超高缓和段长按下式计算：

Lc= ΔiB/p (3.2)

式中：Lc—超高缓和段长（m）

B—旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m） i—超高坡度与路拱坡度的代数差（%） p—超高渐变率

超高计算

iJCiGDDiGCbi点

J位

b图如下图3.3。

22置

bJ2bJ1Bb1b1bJ1bJ2

图3.3 超高计算点位置图

计算成果见附表——《路基设计表》。

3.4.5加宽

由《公路路线设计规范》可知，当平曲线半径大于250m时可不进行加宽。因为本设计中平曲线半径（R1=1100m,R2=1600m, R2=1200m, R2=4000m, R2=2500m）,所以五个曲线均不需要加宽。

3.4.6视距保证

高速公路、一级公路的视距采用停车视距。各级公路的每一条车道均应保证

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有大于《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）表中规定的停车视距，设计时速为100km/h的一级公路的停车视距为160m。

3.4.7 合成坡度

合成坡度是指在设有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡所组成的坡度。根据《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）中规定，设计时速为100km/h的一级公路的最大合成坡度为10%，同时规定最小合成坡度不宜小于0.5%。

本设计中超高横坡度为2.16%，纵坡坡度最大值为2.726%，验算如下：

iH =3.48％∈[0.5％,10％]

故所采用的坡度合理。

3.5 平纵组合设计

一、平、纵组合的设计原理

1、在视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性

避免任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断失误的线形。在视觉上能否自然地诱导视线是衡量平、纵线形组合的最基本问题。

2、保持平、纵线形的技术指标大小均衡

平、纵线形的技术指标不仅影响线形的平顺性，而且与工程费用相关。对纵面线形反复起伏，在平面上却采用高标准的线形是无意义的，反之亦然。

3、选择合适的合成坡度

选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。 4、注意与道路周围环境的配合

注重道路与其路周围环境的配合可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可能引导视线的作用。

二、平曲线与竖曲线的组合

当计算行车速度大于或等于60km/h时，必须注重平、纵面线形的合理组合。而当计算车速小于或等于40km/h时，首先应在保证行驶安全的前提下，正确地运用线形要素规定的限值，在条件允许情况下力求做到各种线形要素的合理组合，并尽量避免和减轻不理组合。

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1、平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍大于竖曲线

这种组合是使平曲线和竖曲线对应，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”。

平曲线与竖曲线的组合可形象的表达为图3.4所示。竖曲线的起点、屹点最好分别放在两个缓和曲线上，其中任意一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆曲线线段内。若平、竖曲线半径都很大，或相邻的坡度之差不大，则平、竖曲线的位置可不受上述；若做不到平、竖曲线较好地组合，宁可把二者拉开相当的距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上，本线路在平、竖曲线设计时都较好的考虑到了其组合可能产生的各种情况，在充分考虑地形地貌的前提下，对平、竖曲线进行了良好的组合设计。

图3.4平竖曲线的组合关系

2、平曲线与竖曲线大小应保持均衡

平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方也要注意大而平缓，切不能使另一方变化过多。因为这种线形中可能会出现一个长的平曲线内有两个以上竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上平曲线的情况，使得线形看上去非常别扭，失去了视觉上的均衡性。

3、暗、明弯与凹、凸竖曲线

暗弯与凸形竖曲线及明弯竖曲线的组合是合理的。

对暗与凹、明与凸的组合，当坡差较大时，会给人留下舍近路、坦坡不走，而故意绕弯、爬坡的感觉。此种组合在山区难以避免，在坡差不大时，矛盾不显突出。

4、平、竖曲线应避免的组合

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平、竖曲线重合时一种理想的组合，但由于地形等条件，这种组合时可遇不可求的，往往不是总能争取到。如果平曲线的重点与竖曲线的顶（底）点位置错开不超过平曲线长度的四分之一时，仍然可以获得比较满意的外观。但是如果错位过大或大小不均衡就会出现视觉效果很差的线形。

1）避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向曲线的拐点重合。由于凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部与反向曲线的拐点重合。由于凸形竖曲线的顶部和凸形竖曲线的底部与反向曲线的拐点重合时，二者都存在不同程度的扭曲外观。前者会使驾驶员操作失误，引起交通事故；后者虽无视线诱导问题，但路面排水困难，易产生积水。

2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。小半径竖曲线与缓和曲线相重合，对凸形竖曲线诱导性差，事故较高。对凹形竖曲线路面排水不良。

3）计算行车速度大于等于40km/h的道路，应避免在凹形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。在凸形竖曲线顶部插入小半径的平曲线会失去引导视线德 作用，驾驶员须接近坡顶才发现平曲线，导致不必要的减速或交通事故；凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线会出现汽车高速行驶时急转弯，行车不安全。

纵断面设计时所用图式如下：

LT1T2i2PQEi1

图3.5 竖曲线要素示意图

L=Rω ；E=T2/(2R)

T=L/2 (3.3) 式中 L—竖曲线长度，m；

ω—坡差，%； R—竖曲线半径，m； E—竖曲线外距，m；

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T—竖曲线切线长，m。

3.6路基土石方计算及调配

路基土石方是公路工程的一项重要工程量，在公路设计和路线方案比较中，路基土石方数量的多少是评价公路测设质量的主要技术经济指标之一。其工程量大小直接影响公路工程造价。

3.6.1 横断面面积计算

路基填挖的断面积是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积，高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算，本设中横断面面积计算在计算机上完成。具体数据见附图横断面图或附表《路基土石方数量计算表》。

3.6.2 土石方数量计算

本设计中采用的计算公式为

V=(F1+F2)/2L （3.4） 式中：V—体积即土石方数量（m ³）；

F1，F2—分别为相邻断面的面积（㎡）； L—相邻断面之间的距离（m）。

此法计算简易，较为常用，一般称之为“平均断面积”。

3.6.3 路基土石方调配

土石方调配的目的是为了确定填方用土的来源，挖方弃土的去向，以及计价土石方的数量和运量等。 （1）土石方调配原则

1）考虑横向平衡。 2）考虑桥隧的影响。

3）纵向调运及考虑经济运距问题。 4）考虑对农业生产的影响。

5）优先考虑上下线的土方竖向调配。 （2） 关于调配计算的问题

1）经济运距：是确定借土或调运的限界。当调运距离小于经济运距时采取

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纵向调运是经济的，反之，则可考虑就近借土。其值按下式计算：

经济运距 LJ=B/T+LM （3.5）

式中：B—单价（元/m3）； T—远运运费单价（元/m3·km）； LM—免费运距（km）

2）在土石方调配中，所有挖方无论是“弃”或“调”，都应予以计价。但对于填方则不然，要根据用土来源决定是否计价。如果是路外借土，须计价，若是移挖作填，则不应计价。

第4章路基设计

4.1 路基横断面布置

由横断面设计（查《公路工程技术标准》（JTGB01—2003））部分可知，路基宽度为26m，其中路面跨度为15m，中间带宽度为3.5m，其中分隔带宽度为2.0m，两侧路缘带宽度为0.75×2=1.5m，硬路肩宽度为3.0×2=6.0m，土路肩宽度为0.75×2=1.5m。；路面横坡为2%，土路肩横坡为3%

4.2 路基边坡和路基压实标准

根据《公路路基设计规范》（JTGD30—2004），本公路路基路堤边坡坡率设为1：1.5或1:1.75路堑边坡坡率设为1：0.75或1:1。

路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）表4.1的要求

表4.1路基压实度 填挖类别 零填即挖方 路床顶面以下深度（m） 0～0.30 0～0.80 0～0.80 填方 0.80～1.50 ＞1.5 路基压实度（%） （高速公路、一级公路） ― ≥96 ≥96 ≥94 ≥93 路基基底为耕地或土质松散时，应在填前进行压实，路基设计时，可考虑清

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理场地后进行填筑压实，厚度按0.2m计列压实下沉所填增加的土方量。

4.3 路基填料要求

沿线筑路用土采用备土形式，取土以利用低产田和被公路分割的边角地以及开挖河道、鱼塘等解决，在填土较高、沉降较大的地段可以利用工业废渣（粉煤灰等）做路基填料。填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。

砾（角砾）类土，砂类土应优先选作路床填料，土质较差的细粒土可填于路基底部，用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均采用同类填料。

细粒土做填料，当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时，应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。

高速公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表4.2的规定，砂类土填筑。

表4.2 路基填料最小强度和最大粒径要求 项目分类 上路床 填 方 路 基 下路床 上路堤 下路堤 路面底面以下深度（cm） 0～30 30～80 80～150 150以下 0～30 30～80 填料最小度（CBR）（%） 高速公路 8 5 4 3 8 5 填料最大粒径（mm） 100 100 150 150 100 100 零填及路堑路床 4.4 地基表层处理

稳定斜坡上地基表层的处理，应符合下列要求：

地面横坡缓于1：5时，清除地表草皮、腐殖土后，可直接在天然地面上填筑路堤。

地面横坡为1：5～1：2．5时，原地面应挖台阶，台阶宽度不应小于2m。当基岩面上的覆盖层较薄时，宜先清除覆盖层再挖台阶；当覆盖层较厚且稳定时，可予保留。

地面横坡陡于1：2．5地段的陡坡路堤，必须检算路堤整体沿基底及基底下软弱层滑动的稳定性，抗滑稳定系数不得小于《公路路基设计规范》

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（JTGD30—2004）表3.6.8规定。否则应采取改善基底条件或设置支挡结构物等防滑措施。

当地下水影响路堤稳定时，应采取拦截引排地下水或在路堤底部填筑渗水性好的材料等措施。

应将地基表层碾压密实。在一般土质地段，高速公路、一级公路和二级公路基底的压实度(重型)不应小于90%；三、四公路不应小于85%。路基填土高度小于路面和路床总厚度时，应将地基表层土进行超挖、分层回填压实，其处理深度不应小于重型汽车荷载作用的工作区深度。

在稻田、湖塘等地段，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、加筋、外掺无机结合料等处理措施。当为软土地基时，其处理措施应符合《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）第7.6节规定。

4.5 路基防护

各级公路应根据当地气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布情况，采取工程防护和植物防护相结合的综合措施，防治路基病害，保证路基稳定，并与周围环境景观相协调。

路基坡面防护工程应在稳定的边坡上设置，防护类型的选择应综合考虑工程地质、水文地质、边坡高度、环境条件、施工条件和工期等因素的影响，对于路基稳定性不足和存在不良地质因素的路段，应注意路基边坡防护与支挡加固的综合设计。

路基支挡结构设计应满足在各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固和耐久；结构类型选择及设置位置的确定应安全可靠、经济合理、便于施工养护；结构材料应符合耐久、耐腐蚀的要求。

在地下水较为发育路段，应注意路基边坡防护与地下排水措施的综合设计。在多雨地区，用砂类土、细粒土等填筑的路堤，应采取坡面防护与截排水的综合措施，防止边坡冲刷破坏。

防护支挡结构应与桥台、隧道洞门、既有支挡结构物协调配合，衔接平顺。 路基施工过程中应注意边坡临时防护措施，边坡临时防护工程宜与永久防护工程相结合。

沿河地段路基当受水流冲刷时，应根据河流特性、水流性质、河道地貌、地

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质等因素，结合路基位置，选用适宜的防护工程类型、导流或改河工程。

冲刷防护工程顶面高程，应为设计水位加上波浪侵袭、壅水高度及安全高度。基底埋设在冲刷深度以下不小于1m或嵌入基岩内。当冲刷深度较深、水下施工困难时，可采用桩基、沉井基础或适宜的平面防护。

设置导流建筑物时，应根据河道地貌、地质、水流特性、河道演变规律和防护要求等设计导治线，并应避免农田、村庄、公路和下游路基的冲刷加剧。在山区河谷地段，不宜设置挑水导流建筑物。

本设计路基防护情况见附图路基支档及防护工程设计图。

第5 章 路面结构设计

5.1 路面类型及结构层组合

5.1.1 设计原则

1)路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件，密切结合当地实践经验，进行路基路面综合设计。

2)在满足交通量和使用要求的前提下，应遵循因地制宜、合理取材、方便施工、利于养护、节约投资的原则，进行路面设计方案的技术经济比较，选择技术先进、经济合理、安全可靠、有利于机械化、工厂化施工的路面结构方案。

3)结合当地条件，积极推广成熟的科研成果，对行之有效的新材料、新工艺、新技术应在路面设计方案中积极、慎重的加以运用。

4)路面设计方案应注意环境保护和施工人员的健康和安全。 5)为提高路面工程质量，应进行机械化施工。

5.1.2 路面类型初步比较

目前，我国等级较高的公路一般采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面，两种路面类型各有优缺点，比较见表5.1。

比较项目 类型 表5.1 路面类型比较表 沥青混凝土路面 柔性 水泥混凝土 刚性 共 56 页 第 27 页

接缝 噪音 机械化施工 施工速度 稳定性 养护维修 开放交通 晴天反光情况 强度 行车舒适性 无 小 容易 快 易老化 方便 快 无 高 好 有 大 较困难 慢 水稳、热稳均较好 困难 慢 稍大 很高 较好 由交通量的计算知本道路为重交通，则路面要选择高等级路面。上面是对两

种不同类型路面的初步比较，另外也需结合当地材料来源及路面设计原则等各方面综合考虑，来确定所要选择的路面类型。本设计对两种路面均进行设计，最后确定路面类型。

5.1.3 标准轴载及轴载换算

设计采用现行路面设计规范中规定的标准轴载BZZ-100KN，p=0.7MPa ,δ=10.65cm，设计使用年限为20年。 1)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的各级轴载（包括车辆的前、后轴）Pi的作用次数ni，按式(4-1)换算成标准轴载P的当量作用次数N：

(5.1)

式中：N—标准轴载的当量轴次，次/d；

ni—被换算车型的各级轴载作用次数，次/d； P—标准轴载，kN；

Pi—被换算车型各级（单根）轴载，kN；

C1i—被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的一

个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数为C1i=1+1.2(m-1)；

C2i—被换算轴载的轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1.0，四轮组为0.38。 2)当进行半刚性基层层底拉应力验算时

凡轴载大于50kN的各级轴载（包括车辆的前、后轴）Pi的作用次数ni， 共 56 页 第 28 页

按式4-2换算成标准轴载P的当量作用次数N：

(5.2)

'式中：C1,i—被换算车型各级轴载的轴数系数。当轴间距大于3m时，按单独的

一个轴计算，轴数系数即为轴数m；当轴间距小于3m时，双轴或多轴的轴数系数为C2‟=1＋2（m-1）

'C2,i—被换算轴载的轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，四轮组为

0.09。

上述轴载换算公式仅适用于单轴轴载小于130kN的轴载换算。 各种汽车当量轴次计算见表

1、以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次

表5.2 累计当量轴次换算

车型 小客车 中客车 SH130 大客车 CA50 小货车 BJ130 中货车 CA50 大货车 JN150 特大车日野 KB222 拖挂车 五十铃 合计 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi(KN) 16.5 23 25.55 45.1 28.7 68.2 13.4 27.4 28.7 68.2 49 101.6 50.2 104.3 60 100 ― C1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 ― C2 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 ― Ni(次/日) 1440 1440 990 990 800 800 610 610 600 600 420 420 100 100 40 40 ― C1*C2*Ni*(Pi/100)^4.35 ― ― 16.74810223 30.99582155 22.44172374 151.3742543 ― 2.185469668 16.8312928 113.5306907 120.72083 450.02525 31．9331046 120.0982673 29.47995683 120 1226.375 注：轴载小于25KN的轴载作用不计。 （2）累计当量轴次

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根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取20年，双向四车道的车道系数η取0.4～0.5，取0.45。交通量平均增长率为3%。

Ne=N1*365*η*[（1+γ）^（t-1）]/r （5.3）

式中：Ne—设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次（次）；

t—设计年限（年）；

N1—路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）

r—设计年限内交通量平均增长率(%)；

η—与车道有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。 通过计算得出：Ne =10156052.29次。 2、验算半刚性基层层底拉应力累计当量轴次

表5.3 累计当量轴次换算

车型 小客车 中客车 SH130 大客车 CA50 小货车 BJ130 中货车 CA50 大货车 JN150 特大车日野 KB222 拖挂车 五十铃 合计 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi(kN) 16.5 23 25.55 45.1 28.7 68.2 13.4 27.4 28.7 68.2 49 101.6 50.2 104.3 60 100 ― C1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 ― C2 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 18.5 1 ― N（次/i日） 1440 1440 990 990 800 800 610 610 600 600 420 420 100 100 40 40 ― C1*C2*Ni*（Pi/P）^8 ― ― ― ― ― 37.44251258 ― ― ― 28.08188443 25.82198705 476.8688495 7.46107603 140.047212 13.2059808 120 848.9295023 注：轴载小于50KN的轴载作用不计 （2）累计当量轴次

根根据公路沥青路面设计规范，高速公路沥青路面的设计年限取20年，双向四车道的车道系数η取0.4～0.5，取0.45。交通量平均增长率为3%。

Ne=365* η*N1*[(1+r)^(t -1)]/r （5.4）

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式中：Ne—设计年限内一个车道沿一个方向通过的累计标准当量轴次（次）；

t—设计年限（年）；

N1—路面营运第一年双向日平均当量轴次（次/日）；

r—设计年限内交通量平均增长率(%)；

η—与车道有关的车辆横向分布系数，简称车道系数。

通过计算得出：Ne =7030349.182次。

5.1.4设计指标的确定

对于高速公路，《规范》以设计弯沉值作为设计指标并进行结构底基层拉应力验算。

⑴设计弯沉值

Ld=600×(Ne)-0.2 Ac×As×Ab

Ld—路面设计弯沉值（0.01mm）.

Ne—设计年限内一个车道上累计当量轴次；

Ac—公路等级系数，高速公路、一级公路1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；

As—面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌沥青碎石、乳化沥青碎石、沥青表面处治1.1；

Ab—基层类型系数，对半刚性基层、底基层，沥青路面为1，对应柔性基层系数为1.6，介于两者之间的用内插法的得到值

该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层总厚度大于20㎝，基层类型系数取1.0。

设计弯沉值为： Ld =600×(Ne)-0.2 Ac×As×Ab =600×10156052.29-0.2×1.0×1.0×1.0 =23.81(0.01mm)

5.2 结构组合

5.2.1结构组合与材料选取

由于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1016万次左右。属于重交通等级，根据规范推荐结构，并考虑到公路沿途可开采碎石、

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砂砾，并有石灰、水泥等材料供应。路面结构面层采用沥青混凝土（17cm），基层采用水泥稳定砂砾（取36cm）,底基层采用二灰土（厚度待定）。

规范规定高速公路的面层一般是三层组成。表层采用细粒式密实型沥青混凝土(DAC—13)厚度4cm，中面层采用中粒式密实型沥青混凝土（DAC--16）厚度6cm，下面层采用粗粒式密实型沥青混凝土（DCA—25）厚度7cm。 结构组合及材料选取如图5.1所示

面层17cm水泥稳定砂砾基层36cm二灰土层细粒式密级配沥青混凝土4cm中粒式密级配沥青混凝土6cm粗粒式密级配沥青混凝土7cm

图5.1 结构组合及材料选取简图

5.2.2各层材料的抗压模量和和劈裂强度

根据《规范》得到各层材料的抗压模量和劈裂强度，抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中值，结果总结如表5.4所示：

表5.4 抗压模量和劈裂强度

项目分类 细粒式密级配沥青混凝土 中粒式密级配沥青混凝土 粗粒式密实型沥青混凝土 水泥稳定砂砾 二灰土

厚度（cm） 4 6 7 36 ？ 抗压模量(Mpa) 1400 1200 1000 1300 1000 劈裂强度(Mpa) 1.4 1.0 0.8 0.5 0.35 5.2.3土基回弹模量的确定

该路段处于IV5区，为粘性土，处于中湿状态，拟定稠度为1.1。查表“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38.5MPa。

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5.2.4设计指标的确定

对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层底拉力验算。

一、设计弯沉值公式：

ld600Ne0.2AcAsAb （5.5） 公式说明：

ld——设计弯沉值（0.01mm）；

Ne——设计年限内一个车道累计当量标准轴载通行次数；

Ac——公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三四级

公路为1.2；

Ab——半刚性基层基层类型系数（取Ab=1.0）

As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0，热拌沥青碎石、乳化沥青碎

石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1，中低级路面为1.2。

二、弯拉应力设计控制指标容许拉应力公式： R公式说明：

spKs （5.6）

sp——路面结构材料的极限抗拉强度（MPa），由实验室按标准方法测得；

R——路面结构材料的容许拉应力，即该材料能承受设计年限Ne次加载的疲劳弯拉应力（MPa）

Ks——抗拉强度结构系数。根据结构层材料不同，按以下公式计算。

Ks0.09Ne0.22Aa/Ac （沥青混凝土面层） （5.7）

0.11Ks0.35Ne/Ac （无机结合料稳定集料） （5.8） 0.11Ks0.45Ne/Ac （无机结合料稳定细粒土） （5.9）

Ks0.25Ne0.05/Ac （贫混凝土） （5.10）

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三、计算：

该公路为高速公路，取Ac1.0；面层是沥青砼，取As1.0； 1、设计弯沉值：

ld600Ne0.2AcAsAb60010156052.290.21.01.01.023.81(0.01mm)

2、各层材料的容许层底拉应力： 细粒式密级配沥青砼：

Ks0.09Ne0.22/Ac0.0910156052.290.22/1.02.27

Rsp/Ks1.4/2,270.6167MPa 中粒式密级配沥青砼：

Ks0.09Ne0.22/Ac0.0910156052.290.22/1.02.27

Rsp/Ks1.0/2.270.44MPa 粗粒式密级配沥青砼：

Ks0.09Ne0.22/Ac0.0910156052.290.22/1.02.27

Rsp/Ks0.8/2.270.3524MPa

水泥稳定砂砾：（水泥稳定砂砾属于半刚性基层，故Ne7030349.182次）

Ks0.35Ne0.11/Ac0.357030349.1820.11/1.01.98

Rsp/Ks0.5/1.980.2525MPa

二灰土：(二灰土属于半刚性基层，故Ne7030349.182次)

Ks0.45Ne0.11/Ac0.457030349.1820.11/1.02.55

Rsp/Ks0.25/2.550.098MPa

5.2.5设计资料总结

设计弯沉值为：23.81(0.01mm)，相关设计资料汇总见表5.5。

表5.5 设计资料汇总表

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项目分类 细粒式密级配沥青混凝土 中粒式密级配沥青混凝土 粗粒式密实型沥青混凝土 水泥稳定砂砾 二灰土 土基

厚度（cm） 4 6 7 36 ? ― 20℃弹模量(Mpa) 1400 1200 1000 1300 750 38.5 劈裂强度(Mpa) 1.4 1.0 0.8 0.5 0.25 ― 容许拉应力（MPa） 0.6167 0.44 0.3524 0.2525 0.098 ― 5.2.6确定石灰层厚度

一、根据lsld，求理论弯沉系数c： 由：ld10002p LE1

有：标准轴载BZZ-100，轮胎接地压强p=0.7MPa，当量圆半径10.65cm 即：lsld1000得：L2.24

二、对多层路面体系进行等效换算，并计算如图5.2 所示

h1=4.0cm E1=1400MPa h2=6.0cm E2=1200MPa h3=7.0cm E3=1000MPa h4=36cm E4=1300MPa h5=？ E5=750MPa E0=38.5MPa E0=38.5MPa H E2=1200MPa h1=4.0cm E1=1400MPa 2p20.710.65L1000L23.81 E11400

图5.2 各层体系弯拉等效换算图示

已知：h4cm

Hh2h32.4E11400MPa

E21200MPa

E3EEh42.44h52.45E2E2E2 （5.11）

49.610.82h5(cm) 共 56 页 第 35 页

h4H71.610.82h5 0.38 10.8510.65E21200E38.5 0.86 00.032E21200E114006.00 查《规范》[4]中图得：K11.24 　由表面弯沉系数[4]：LK1K2 得：K20.301 查图得[4]：当K20.301时

H49.610.82h56.1

10.65得：h518.73cm

所以本设计取石灰层厚度为20cm。

5.2.7 验算各层层底拉应力

一、计算公式：

1、对多层路面体系进行等效，如图5.3所示

E1 h1Ei HiEi hiEi+1 Hi+1EnEn-1 hn-1

图5.3 多层体系等效换算图

求第i层的层底拉应力，则： 上层：H1hk4k1iEk （5.12） EiEk （5.13） Ei1下层：H22、计算：

ki1n1hk0.9 共 56 页 第 36 页

由公式：pm1m2或pn1n2 （5.14） 求各层层底拉应力 公式说明：

p——轮胎接地压强p=0.7MPa；

、m1、m2、n1、n2——由查诺模图中“三层连续体系上（中）层底面拉应力系数图”得到；

多层路面体系进行等效换算计算结果见表5.6所示.

表5.6 多层路面体系进行等效换算计算结果表

等效三层体系 层位i 多层体系 每一层底弯拉应力 每二层底弯拉应力 每三层底弯拉应力 每四层底弯拉应力 Ei MPa hi cm 4 4 30 Ei MPa 1400 hi Ei hi cm 9.16 Ei hi cm Ei MPa 1500 hi cm 4 MPa 1200 MPa cm 33.98 1 2 3 1400 1200 1000 1300 33.98 1200 4 5 6 1300 750 50 38.5 53.34 61 44.23 750 50 750 50 38.5 38.5 38.5 3、计算各层层底的弯拉应力

第一层底部弯拉应力：

H44.23h40.38 4.15 10.6510.65E21200E38.50.857 0 0.032E21200E11400 共 56 页 第 37 页

根据《规范》图得：0，m10，m20

结论：第一层底部弯拉应力 pm1m20（符合） 第二层底部弯拉应力：

h9.16H44.230.86 6.58 10.6510.65EE21300611.083 00.05 E11200E21300根据《规范》图得：0，m10，m20

结论：第二层底部弯拉应力 pm1m20（符合） 第三层底部弯拉应力：

h33.98H503.19 4.69 10.6510.65EE2550610.423 00.111 E11300E2550根据《规范》图得：0.16，m11.14，m20.75 结论：第三层底部弯拉应力计算：

pm1m20.70.161.140.750.0958MPa0.3524MPa（符合） 第四层底部弯拉应力： h33.98H503.19 4.69 10.6510.65EE2550610.423 00.111 E11300E2550根据《规范》图得： 0.125，n11.69，n20.25

pn1n20.70.1251.690.250.037MPa0.2525MPa（符合）

根据上述各设计结果和相关《规范》规定得出结论：本设计满足设计要求。

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5.3水泥混凝土路面的结构层次设计

5.3.1轴载分析

一、经交通调查，本路段现交通量为20000辆/日，交通量年增长率为3％，具体见表1.2.

二、轴载换算公式

水泥混凝土路面结构设计以100KN单轴双轮组荷载为标准轴载。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。

PNSiNi(i)16 （5.15）

100i1n公式说明：

NS——100kN的单轴—双轮组标准轴载的通行次数； Pi——各类轴—轮型；及轴载的总重（kN）； n——轴型和轴载的级位数；

Ni——各类轴—轮型i级轴载的通行次数；

i——轴—轮型系数。 单轴—双轮组： i1.0

30.43单轴—单轮组： i2.2 21P0i50.22双轴—双轮组： i1.0 710Pi标准轴载累计当量作用次数Ne:

Ns[(1gr)r1]Ne365 （5.16）

gr公式说明：

Ne——标准轴载累计当量作用次数；

r ——设计基准期（年）

gr——交通量年平均增长率；

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——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数[3]（本设计为高速公路，取=0.19）

三、计算：

具体结果见表5.7

表5.7 标准轴在换算表

车型 小客车 中客车 SH130 大客车 CA50 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi(kN) 16.5 23 25.55 45.1 28.7 68.2

（续）表5.7 标准轴在换算表

小货车 BJ130 中货车 CA50 大货车 JN150 特大车日野 KB222 拖挂车 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 13.4 27.4 28.7 68.2 49 101.6 50.2 104.3 60 100 ― 397.34 3.96E-0.6 407.98 4.08E-06 422.06 1 444.09 1 421.68 1 ― 610 610 600 600 420 420 100 100 40 40 ― ― ― ― 3.945747393 25.82198705 541.4378563 0.722321377 196.1322158 7.137633755 40 816.9477617 δi 1 1 1 1 1 1 （次/日） 1440 1440 990 990 800 800 iNi(Pi)16 100― ― ― ― ― 1．75 五十铃 后轴 合计 注：小于40kN的单轴和80kN的双轴不计 用次数：公路为高速公路，故取t=30年，η=0.18。

[(1)t1]365[(10.061)301]365816.9477 0.18NeNs r0.061 4318765.846次根据设计规范，高速公路的设计基准期为30年，安全等级为一级，按公路水泥混凝土路面设计规范中《交通分级》可确定轴载等级为：特重交通等级。

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5.3.2 初拟路面结构

根据《规范》查得其相应于安全等级一级的变异水平低级。根据高速公路、

特重等交通等级和低级变异水平等级，查规范得： 一、路面结构初步选定为（见图5.4）： 面层选用连续配筋混凝土厚度26cm。 基层选用贫混凝土20cm（水泥剂量5%）。 垫层为15cm的低剂量无机结合料稳定粒料。

水泥混凝土面层 厚26cm 贫混凝土基层 厚20cm无机结合料垫层 厚15cm图5.4 路面结构示意图

二、接缝的构造与布置：

混凝土板的平面尺寸为长5m，宽3.75m。 纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

5.3.3 路面材料参数的确定

一、计算公式：

新建公路的基层顶面当量回弹模量值：

EahbtxE0(ExE)13 0Eh21E1h22E2xh2h2 1212D13hxxE xDEh3311E2h2(h1h2)2111x12124(E) 1h1E2h2第 41 页

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5.17） 5.18）

5.19）

5.20）

（ （ （ （

a6.22[11.51(Ex0.45)] （5.21） E0b11.44(Ex0.55 （5.22） )E0公式说明：

； E0——路床顶面的回弹模量(MPa)（取E0=32MPa）

Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量(MPa)； E1、E2——基层和底基层或垫层的回弹模量（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（MNm）；

h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度； a、b——与ExE0有关的回归系数。 普通混凝土板的相对刚度半径（m）；

Ec3r0.537hE （5.23）

11公式说明：

h ——混凝土板的厚度（m）；

Ec——水泥混凝土的弯拉弹性模量（MPa）。

二、具体计算：（相关数据见图5.5）

水泥混凝土面层 E1=1300MPa 贫混凝土基层 E2=600MPa无机结合料垫层 E0=32MPa土基

图5.5 路面结构层简图

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面层选用连续配筋混凝土厚度26cm。

基层选用贫混凝20cm（水泥剂量5%）。 E1=1300 MPa h1=20cm 垫层为15cm的低剂量无机结合料稳定粒料。E2=600MPa h2=15cm

《规范》[3]取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5MPa，相应弯拉弹性模量标准值为Ec=31GPa，路基回弹模量取E0=32Mpa，低剂量无机结合料稳定土垫层回弹模量取600MPa，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300MPa。 计算基层顶面当量回弹模量如下：

2h12E1h2E20.2213000.152600Ex1048MPa2222h1h20.20.15 3E1h13E2h2(h1h2)2111Dx()12124E1h1E2h2213000.236000.153（0.20.15）11-1（）1212413000.26000.153.0829MN.m

12DxhxEx13123.080.328m 104813a6.22[11.51(Ex0.45)]E00.4510486.2211.514.266

32b11.44(Ex0.55)0.551048E011.440.7 32Ex131)10483E00.74.2660.32832181MPa

32bEtahxE0(普通混凝土面层的相对刚度半径：

Ecr0.537hE113310000.5370.26181130.775m

5.3.4 荷载疲劳应力

一、计算公式：

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标准轴载在临界荷位处产生的荷载疲劳应力按下式计算：

prKrKfKcps （5.24）

公式说明：

Kr——考虑接缝传荷能力的应力折减系数：

纵缝为设拉杆的平缝：Kr0.87~0.92，纵缝为不设拉杆的平缝或自由边界：

Kr1.0，纵缝为设拉杆的企口缝：Kr0.76~0.84；

Kc——考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数；

Kf——考虑设基准期内标准轴载荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数，按下

式计算：KfNev 公式说明：

Ne——设计基准期内标准轴载累计作用次数； v——与混合料有关的指数，连续配筋混凝土取0.057；

ps——标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力（MPa），按下式计算：ps0.077r0.6h2； 公式说明：

； r——混凝土板的相对半径（m）

h——混凝土板的厚度（m）。 二、计算：

标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为

ps0.077r0.6h20.0770.7750.60.2620.98MPa

因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数Kr0.90。考虑设计基准

v0.0572.45。 期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数KfNe6616170该公路级别为高速，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏的影响的综合系数

Kc1.30[3]

。

荷载疲劳应力计算为：

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prKrKfKcps0.92.451.300.982.81MPa

5.3.5 温度应力分析

一、计算公式：

在临界荷位处的温度疲劳应力按下式计算：

trKttm （5.25） 公式说明：

tm——最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力（MPa），按下式计算：

tmcEchTg2Bx （5.26）

公式说明：

c——混凝土的温度线膨胀系数，通常可取1105/oC[3]；

Tg——最大温度梯度，取用（8692oC/m）[3]；

Bx——综合温度翘曲应力和内应力作用的温度系数；

h ——混凝土板厚度（m）；

Kt——考虑温度应力累计疲劳作用于的疲劳系数，按下式计算：

Ktfrtm[a(tmfr)cb] （5.27）

公式说明：

a,b,c——回归系数，按所在地区的公路自然区划确定。 二、计算：

IV5区最大温度梯度取92（oC/m）[3]。板长5m，l56.45。查得

r0.775Bx0.58[3]，其中普通混凝土板厚h0.26。

最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

tmcEchTg21105310000.26920.582.15MPa Bx2温度疲劳应力系数Kt，根据自然区划为Ⅲ1区，取a0.841，b0.058，

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c1.323[3]，可得到Kt：

1.3235.02.15Kt[a()b]0.8410.0580.505

tmfr2.155.0frtmc进而得到温度疲劳应力为：

trKttm0.5052.151.08MPa

5.3.6 检验初拟路面结构

水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂

作为设计的极限状态，极限状态方程式如下：

r(prtr)fr （5.28）

公式说明：

r——可靠度系数，依据所选目标可靠度及变异水平等级确定；

fr——水泥砼弯拉强度标准值（MPa）。

根据高速公路的安全等级为一级，相对应的变异水平为低级水平，故其目标可靠度为95%。根据已得到的目标可靠度和变异水平等级，确定可靠度系数：

r1.26[3]。

根据以上计算设计数据得到：

rprtr1.262.811.084.9MPafr5.0MPa

结论：所选用的普通混凝土面层厚度（0.23m）可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合作用，初拟路面结构符合规范要求。

5.3.7 水泥混凝土路面接缝设计

混凝土面层是由一定厚度的混凝土板所组成，它具有热胀冷缩的性质。由于

一年四季气温的变化，或者在一昼夜中，白天气温升高，夜间温度降低，混凝土板会产生不同程度的膨胀和收缩。这些变形会受到板与基础之间的摩阻力和粘结力，以及板的自重、车轮荷载等等的约束，致使板内产生过大的应力，造成板的断裂或膨胀等破坏。

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为避免这些缺陷，混凝土路面不得不在纵横两个方向设置许多接缝，把整个路面分割成许多板块。 一、横缝：

横缝是垂直于行车方向的接缝，共有三种：缩缝、胀缝和施工缝。缩缝保证因温度和湿度的降低而收缩时沿该薄弱断面缩裂，从而避免产生不规则的裂缝。胀缝保证板在温度升高时能部分伸张，从而避免产生路面板在夏天的拱胀和折断破坏，同时胀缝也能起到缩缝的作用。另外，混凝土路面每天完工以及因雨天或其它原因不能继续施工时，应尽量在胀缝处收工。

无论哪种形式的接缝处，板体都不可能是连续的，其传递荷载的能力均无法达到连续板体的要求。而且任何接缝都不免要漏水。因此，对各种形式的接缝，都必须提供相应的传荷与防水措施。 本设计横缝采用设传力杆的假缝。 二、纵缝：

纵缝是指平行于混凝土路面行车方向的那些接缝。纵缝间距一般按3～4.5m设置，这对行车和施工都比较方便。当双车道路面按全幅宽度施工时，纵缝可做成假缝形式。按一个车道施工时，可做成平头式纵缝。 本设计纵缝采用设拉杆的平缝。 三、纵横缝的布置：

纵缝与横缝一般做成垂直正交，是混凝土具有90°的角隅。纵缝两旁的横缝一般成一条直线。实践证明，如横缝在纵缝两旁错开，将导致板产生从横缝延伸出来的裂缝。在交叉口范围内为了避免板块形成锐角并使板的长边与行车方向一致，大多采用辐射式接缝布置形式。

5.4 沥青混凝土路面与水泥混凝土路面的比较

从路面质量比较：沥青路面平整，驾驶舒适性高；水泥路面的平整性相对差，但采用现代水泥路面摊铺设备施工，可以保证较高的水泥路面平整度，也能铺筑高质量路面的高速公路。

从路面寿命比较：沥青路面有老化、耐水性差的缺点，设计寿命20年；水泥路面设计寿命30年。我国目前两种路面的设计寿命均难实现，一两年内就需要开

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始维修的状况非常普遍，与建造质量不高和超重现象普遍有关。对于重载交通、坡度较大的公路，水泥路面的优势比较明显。

从道路维修比较：沥青路面维修方便，维修完成后，可马上开放交通；混凝土路面维修比较麻烦，不能马上开放交通。

从造价比较：现在，石油价格居高不下，对于高等级公路（II级以上），两种路面造价差别不大。但从造价/寿命比（寿命成本），水泥路面占优势，但在中国„寿命成本‟目前还没有用于设计决策。

5.5 路面方案比选的确定

目前状况：高等级公路以沥青路面为主，约占九成。在中国，低等级公路

以水泥路面为主，这与中国水泥产量高、当地水泥资源丰富、水泥价格低有较大关系。且本地沥青等材料能够满足本项目的需求，十分丰富。 综上所述，本设计采用沥青混凝土路面。

第6章 挡土墙和桥涵设计

6.1 挡土墙的设计

挡土墙是为防止土体坍塌而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物。在

公路工程中广泛用于支承路堤填土或路堑边坡，以及桥台，隧道洞口及河流堤岸等。

一、路基在下列情况宜修建挡土墙： （1） 陡坡路或岩石风化的路堑边坡路段；

（2） 需要降低路基边坡高度以减少大量填方，挖方的路段； （3） 增加不良地质路段边坡稳定，以防止产生坍塌； （4） 防止沿河路段水流冲刷； （5） 桥梁或隧道与路基的连接地段； （6） 节约道路用地，减少拆迁和少占农田； 二、挡土墙的类型

（1）按挡土墙的位置不同分为：路堑挡墙，路堤挡墙，路肩挡墙和山坡挡墙等。

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(2)按挡土墙的墙体材料不同，分为：石砌挡墙，混凝土挡墙，钢筋混凝土挡墙，砖砌挡墙，木质挡墙和钢板挡墙等。

(3)按挡土墙的结构形式不同，分为：重力式，半重力式，衡重式，悬臂式，扶壁式，锚杆式，拱式，锚定板式，板桩式和垛式等。 本段公路左侧挡土墙分布情况见表6.1。

表6.1左侧挡土墙分布表

桩号 K75+140～K75+220 K75+220～K75+340 K76+040～K76+100 K77+080～K77+140 K79+240～K79+400 K79+0～K79+700 K79+960～K80+000 K80+980～K81+460 K82+020～K82+280 左侧挡土墙类型 路堑挡土墙 路堑挡土墙 路堑挡土墙 重力式路堤挡土墙 路堑挡土墙 路堑挡土墙 路堑挡土墙 小矮墙 小矮墙 墙身高度(m) 5.36 5 4 4 5 5 4 1.5 1.5 本段公路右侧挡土墙分布情况见表6.2。

表6.2 右侧挡土墙分布表

桩号 K75+140～K752+280 K75+280～K75+320 K75+920～K76+060 K79+320～K 79+0 K79+940～K80+000 K80+140～K80+260 K80+980～K81+460 右侧挡土墙类型 路堑挡土墙 路堑土挡土墙 路堑挡土墙 路堑挡土墙 路堑挡土墙 路堑挡土墙 小矮墙 墙身高度(m) 4 5 5 4 5 4 1.5 6.2 桥梁布设

本设计路线在K74+923桩号附近有一条近10m宽的河流经过，设计线路基

本与河流垂直，为了不影响河流的的畅通，故在此处布置一跨径为20m的简支梁桥，起始桩号桩号为K74+913，终点桩号为K74+933。

桩号K76+279至桩号K76+554地段地势较低，是高产稻田，该地段两侧是山地，地势很高，为了减少填挖，减少对耕地的占用，在此处架设一总跨径为11*25m的简支梁桥。起始桩号为K76+279，终止桩号为K76+554.

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桩号K77+215至桩号K77+515地段地势较低，是高产稻田，该地段两侧是山地，地势很高，为了减少填挖，达到总线路的填挖平衡，减少对耕地的占用，在此处架设一总跨径为12*25m的简支梁桥。起始桩号为K77+215，终止桩号为K76+515.

本段公路桥梁具体布置情况见表6.3

表6.3 桥梁布置表

起始桩号 K74+913 K76+279 K77+215 终止桩号 K74+933 K76+554 K77+515 桥梁名称 一号桥梁 二号桥梁 三号桥梁 跨径分布 1*20m 11*25m 12*25m 结构型式 简支梁桥 简支梁桥 简支梁桥 6.3 涵洞设计

6.3.1 涵洞的设计原则

涵洞位置应服从路线线位，注意与农田排灌相结合，适应路线平,纵要求，并与路基排水系统相协调，宜尽量使工程数量小，工程造价较低。

当天然沟床纵坡较大时，出水口涵底标高以下游洞口沟床标高为控制。 涵洞洞身沿整个长度进行分节，每节长度2—6m，节间用沉降缝分开，并将基础也分开，涵洞洞身分节后可防止由于荷载分布不均匀及地基不均匀沉降而使洞身产生裂缝。沉降缝间设置浸沥青的木板或填塞浸以沥青的麻絮，缝宽2—3cm。 涵洞洞底均应进行铺砌加固，并视地形、地质，水文情况，设置一定的坡度，洞底纵坡不宜大于6%，也不能小于0.4%。涵洞洞口建筑及毗连洞口建筑端节的基础，其砌筑深度应在冰冻线一下至少0.25m；中间节的基础厚度可以较进口减少30%。

洞口建筑用以连接洞身与上下游水道以及路基的边坡，保证洞口周围的路基稳定，并具有调节水流状态，保持水流顺畅通过洞身的作用。对于砂性土，粘性土，细砂及破碎岩石地基，可采用基础垫层30cm。

6.3.2 涵洞洞口加固与防护

涵洞水毁大部分是由于进出口处理不当所致，并且出水口引起的问题较进水口多。因此，必须做好涵洞进出口沟床的加固处理与防护，以保证涵洞的安全与行车畅通。纵坡小于10%的顺直河沟上，涵洞顺河沟纵坡设置，进水洞口一般在

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翼墙间采用干石铺砌加固。

洞出水口处的流速，一般都大于河沟的天然流速，当流速大于允许不冲刷流速时，可使出水口处的沟床产生不利的局部冲刷。因此，对涵洞出口沟床进行加固防护，不仅有利于涵洞下游沟床自身的稳定和防护，而且可以增大流速，减少孔径，降低工程造价。当河沟纵坡小于15%，设置缓坡涵洞时出水口可采用延长铺砌，加深截水墙的处理方法，以抵挡水流冲刷和稳定河床。

该设计采用八字翼墙式洞口，为了减少冲刷，翼墙敞开角做成30°，经验证明，其敞开角度不宜过大，过大时靠近翼墙处则发生涡流，使冲刷加剧。这种洞口形式适用于平坦顺直，河沟较宽，纵断面高差变化不大的河沟。它具有工程量小，水利条件好，施工简单，经济等特点。

6.3.3 涵洞的布设

公路跨越沟谷、溪沟、河流、人工渠道以及排除路基内侧边沟水流时，常常需要修建涵洞。涵洞是公路构造物的重要组成部分之一，其设计与该公路的等级、使用任务、性质和将来的发展需要相适应，遵循了安全、适用、经济、美观、有利于环保的原则同时也满足了行车、排水、净空等要求。全线涵洞是依据地形，地貌，水文特点及现有水系统情况而设置，设计孔径参照满足排水，灌溉，泄洪的需要而确定。本设计采用盖板涵和圆管涵形式。在K81+771.213处有小河经过，在该处布置涵洞，所取标准跨径为6m,为钢筋混凝土盖板涵。 本段公路涵洞布置情况见表6.4

表6.4 涵洞布置表 中心桩号 K77+870.461 K78+637.148 K81+070.631 K81+287.877 角度（°） 90 90 90 90 跨径说明 1m 4*6m 4*6m 1m 结构型式 圆管涵 钢筋混凝土盖板涵 钢筋混凝土盖板涵 圆管涵 涵底标高（m） 294.3 278.7 234.6 229.5 共 56 页 第 51 页

K81+070.631 K81+771.213

90 90 4*6m 4*6m 钢筋混凝土盖板涵 钢筋混凝土盖板涵 234.6 218.4 第7章 环境保护与景观设计

7.1 设计的基本原则

高速公路景观设计的目的，是通过以视觉为主的感受通道，借助物化了的景观环境形态，在人们行为心理上引起反应，创造共鸣。在进行景观设计时，要针对高速路特定的空间环境，综合多方面的因素进行协调，力求创造舒适、优美的道路景观,故景观设计遵循以下原则：

（1）必须保证道路的使用和安全，保证边坡稳定。

（2）应充分考虑高速行车所造的视觉特征，切忌过分追求技巧，趣味而纠缠于细节。

（3）尊重自然、服从环保生态要求，结合生态建设和生态保护，弥补和修复因主体建设所造成的影响和破坏。

（4）结合并展示沿线的地域文化，尊重民俗、民风。

7.2自然环境与景观设计的结合

生态绿化是随着现代环境意识运动的发展而注入景观设计的内容。绿化是改善环境的重要措施之一，它具有保持水土，净化空气，降低噪音，防止风沙危害，调节空气温湿度，吸收或减少有害气体等功能。高速公路绿化应乔、灌、草、地被相结合，营建多树种，多结构，多功能的复层生态植物群落；以大环境绿化为依托，与大环境绿化相融合，最大限度的保持和维护当地的生态景观。

边坡的生物防护绿化，在高速公路建设中越来越受到重视和推广。采用绿

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色植物材料对斜坡和山体进行覆盖，以防止坡面和山体的侵蚀，风化，同时丰富道路景观。如喷播草籽，铺植草皮，种植藤蔓植物或花灌木，在上边坡与车辆行驶方向相对的部位，还可用低矮草被和色彩鲜艳的低矮灌木，配置成简洁，优美的图案。

7.3 生态保护

生态问题包括生态恢复和水土保持两个方面。生态恢复的目的是使遭到破坏的植被系统尽快的恢复起来，使原有植物群落的结构和功能最大限度的得以恢复，不因建设主体的形成而遭到破坏；水土保持措施目的是在保护坡面稳定安全的前提下，采用生物的办法避免水土流失。在挖方段采用工程措施与生物措施相结合的方法，使之达到既防止山体滑坡和水土流失，又能减少视觉污染，并能产生良好的景观效果。在坡顶及填方路基处种植乔、花灌木、有花地被植物进行组合，产生美丽的景观效果。

7.4 本段公路具体景观设计

沿线分隔带的绿化以防眩为主，兼顾景观，其高度在1.5米左右，主要种植常绿灌木，如小蜡等，花灌木点缀其间，如火棘等，以高低错落进行搭配，形成富有变化的分隔带绿化景观。在地形、线形变化处，通过分隔带植物种类的变化，给驾乘人员以视觉上的提示。

路侧绿化主要选用开花乔木和常绿乔木种植，采用乡土树种，层次感强烈，季相变化丰富，给驾驶员创造一个安全、舒适的行车环境。高速公路追求宏观效果，两侧的行道树以列植形式形成线条，指示道路的方向。同时，用植物材料在立面上形成竖线条，加强视线的诱导，反映线性的变化，以达到良好的视觉效果。依据公路两侧用地性质进行适当调整，形成沿线多个与周边自然景观相协调的景观环境，主要栽植地方特色植物，与背景景观相连接，形成“路在景中”的自然生态环境。

在主线上行驶有时仰视丘陵茂密的森林与路堑两侧草坡花灌木构成的错落有致的风景；有时可俯视美丽整齐的路边行道树与开阔的田园风光相映成趣。

在转弯处，随着视觉的变化，用大块的花团衬在深绿色林木的背景下格外醒目。这样既丰富了景观内涵，又起到了安全和引导作用。

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8 结 论

衡邵高速第13合同段的设计终于完成了，该设计路段是从k74+700～k82+398，设计路线全长7699m，设计车速为100km/h，为双向四车道。。 （1） 路线设计

平曲线起点为坐标(N 3006581.13，E 479098.9445)，终点为坐标（E3005565.53，N 486582.9934）。设置5个交点，半径分别为1100m、1600m、1200m、4000m、2500m。缓和曲线长分别为150m,140m,290m,150m,160m。平曲线占路线总长36.919%。道路经过沿途村庄，有利于村庄交通、经济发展。 竖曲线1184m，最短坡长950m。竖曲线凸形最小半径为12000m。竖曲线占路线总长22.102%。 （2） 路基、路面

本设计路基采用宽度：26.00m。其中中间带宽度：2+0.75×2（含路缘带），行车道宽度：2×3.75×2m，硬路肩宽度：3.00m，土路肩宽度：0.75m，路缘带宽度：中间路缘带宽0.75，边缘路缘带宽0.5m。本设计由于地形复杂，因此采用了路堤、路堑和半填半挖三种形式，按照标准横断面形式进行设计。

本设计路面采用普通沥青混凝土路面。 （3）挡土墙及桥涵等设计

由于沿线经过山区地形较复杂，因此布设了3座高架桥，还包括6个涵洞，还进行了挡土墙的布设。 （4）排水系统

本设计排水系统路堑处采用矩形边沟、路堤处采用梯形排水沟，均设置为深0.6m，宽0.6m。其中梯形边沟斜坡比为1:1。

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参 考 文 献

[1]杨春风主编.道路勘测设计[M].北京：人民交通出版社，2010.7 [2]邓学钧编著．路基路面工程[M].北京：人民交通出版社，2011.11 [3]袁聚云主编．土质学与土力学[M].北京：人民交通出版社，2011.1

[4]任福田、刘小明、荣建编著.交通工程学[M].北京：人民交通出版社，2010.3 [5]中华人民共和国交通部发布.公路路基设计规范(JTGD30—2004)[M].北京：人民交通出版社,2004

[6]中华人民共和国交通部发布.公路路线设计规范(JTG D20-2006)[M].北京：人民交通出版社,2006

[7]中华人民共和国交通部发布.公路工程技术标准(JTG B01-2003)[M].北京：人民交通出版社，2003

[8]中华人民共和国交通部发布.公路自然区划标准(JTJ003-86)[M].北京：人民交通出版社，1997

[9]中华人民共和国交通部发布.道路工程制图标准（GB50162—926)[M].北京：人民交通出版社，1992

[10]中华人民共和国交通部发布.公路桥涵设计通用规范（JTG D-2004）[M].北京：人民交通出版社，2004

[11]中华人民共和国交通部发布.道路交通标志和标线（GB 5768-1999）[M].北京：人民交通出版社，1999

[12]德汉斯洛论茨著日中村英夫、中村良夫编译.公路线形与环境设计. 尹家騂、赵恩棠、张文魁、沈华春译. 北京：人民交通出版社，1984

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致 谢

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共 56 页 学生： 2013年5月25号于

指导老师意见： 评阅老师意见： 共 56 页 第 57 页