1、XX 高速公路路基路面综合设计摘要：本设计是 XX 高速公路 K0+000K2+910 段路基路面综合设计，该高速公路段设计行车速度 80km/h，双向四车道，路基宽度宽 21.5m。预计交通量年平均增长率4.5%，路基填料为粘质土。本设计内容主要包括路面设计、路基设计、防护与支挡工程设计和桥涵等八个部分。该设计首先对设计路段进行路面设计，设计包括沥青路面设计和水泥混凝土路面设计。其中沥青路面设计有 2 种结构组合，水泥混凝土也有 3 种结构组合。分别对各种路面进行性能技术经济比较后推荐一种路面。再根据路基平面图和纵断面图进行路基横断设计，主要包括排水设计和路堤路堑边坡设计，计算出路基土石方数
2、据并进行了调配。针对高填方路基进行挡土墙设计，本路段挡土墙采用衡重式挡土墙，对于挡墙施工有简单说明。最后对桥涵进行了初步的设计。共设计了 1 座连续 T 梁桥和 2 个圆管涵、6 个钢筋混凝土盖板涵。本设计中各个设计阶段均有方案比选，本文阐明了本设计的方法依据和设计步骤，对其它路段的设计可提供一定的参考。关键词：沥青混凝土路面；水泥混凝土路面；衡重式挡土墙；The comprehensive and subgrade pavement design of Taojiang-Majitang ExpresswayAbstract：This design is the Pavement and S
3、ubgrade Design of Taojiang to Majitang Expressway from K0+000 to K2+910. The designed speed is 80km/h, two-way four-lane, the width of the roadbed is 21.5m. Traffic volume is expected to be average annual growth rate of 4.5%. This design includes eight main parts of pavement design, roadbed design,
4、protection and retaining engineering and design of bridge and culvert. Firstly, the section of the road for pavement design, it includes the design of asphalt pavement and cement concrete pavement design. The design of asphalt pavement has three kinds of structure combination,cement concrete also ha
5、s two kinds of structure combination. On various road performance comparison of technology and economy of the recommendation of a pavement. Secondly according to roadbed plan and longitudinal section of roadbed transection and design, including the design of road and drainage design Embankment slope
6、 design, calculating the embankment of earth data and deployment. For high fill roadbed for the design of retaining walls, the road retaining wall use balance weight retaining wall for retaining wall construction. Finally, the bridge and culverts on the preliminary design. Designed a total of one T
7、continuous beam bridge and two circular pipe culvert, six cover plate culvert. This design in each design stage are scheme selecting, this paper presents the design method of foundation and design steps, and can provide some reference to other sections of the designKey Words：asphalt concrete pavemen
8、t; cement concrete pavement; balance weight retaining wall.1设计总说明1.1地理位置图XX 高速公路全长 2.91 公里，起于桃江县近桃村，与规划的杭瑞国家高速公路相接，经白鸡坡、都格火车站、发耳、营街，在望龙包跨过北盘江，经茅草坪、营盘、兰花箐、雨格、松河、鸡场坪，穿过扎营山，经滑石、垭密，终于马迹塘县，与沪昆国家高速公路相接。该公路是贵州省骨架公路规划方案“三纵三横八联八支”公路网中的毕节至安龙高速公路中的一段。1.2设计依据设计依据及参考资料1JTG B01-2003，公路工程技术标准 S2 JTG D20-2006，公路路线设
9、计规范S 3 JTG D30-2004，公路路基设计规范S 4 JTG D40-2011，公路水泥混凝土路面设计规范S 5 JTG D50-2006，公路沥青路面设计规范S 6 JTG F10-2006，公路路基施工技术规范S 7 JTJ018-97，公路排水设计规范 S8 JTG D60-2004，公路桥涵设计通用规范S 9 JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范S 10 JTG D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范S - 3 -11交公路发 2007 358 号，公路工程基本建设项目文件编制办法Z 2007-09-0112 JTG F10-2006，公路
10、路基施工技术规范S13 JTG/TD65-04-2007，公路涵洞设计细则 S 14杨少伟道路勘测设计M北京：人民交通出版社，2009.07（第三版）15邓学钧路基路面工程M北京：人民交通出版社，2002.216曾革公路路基稳定理论与设计方法M长沙：中南大学出版社，2010.101.3 路线及工程概况本路线是山岭重丘区的一条高速公路，路线设计技术指标为：路基宽度为21.5m，双向四车道，有中央分隔带，土路肩为 2 0.75m，硬路肩为 2 1.5，行车道为 2 3.75m。设计速度为 80km/h，路线总长 2910m，起点桩号 K0+000.000，终点桩号为 K2+910.000。设计路线
11、共设置了四个平曲线，半径均分别为460，560，480，710m。本次纵断面设计设置了四个变坡点，最大纵坡为 4.9% ，最小纵坡为 0.2%，最大坡长 559m，最小坡长 71m。3 个凸形竖曲线， 3 个凹形竖曲线，半径分别为 4100，7400，17600，26900，5000，500m 。本路线设计中有 1 座钢筋混凝土 T 梁桥，桥梁全长为 506.1 米；涵洞共 8 个，其中 2 个圆管涵、6 个钢筋混凝土盖板涵。1.4沿线气候、水文特征、地形地震地理及其与公路的关系1根据实地走访调查，了解本地区属亚热带湿润季风气候区，整体气温变化幅度小，年均温 13-14，1 月均温 3.0-6
12、.3，7 月均温 19.8-22.0。极端最高气温为 32.8，最低气温为 -12。多年平均降水量达到 1350 毫米/ 年。蒸发量最大的月份为 25 月份，无霜期 230-300 天。冬暖夏凉，气候宜人。2本路线所属境内岩溶地貌类型齐全，发育典型。山峦众多，延绵起伏；沟壑纵横，深履险峻。地势西北高，东南低。地面最高点为乌蒙山脉的韭菜坪，海拔在 2900.3 米，人称“贵州屋脊” ；最低点在六枝特区毛口乡北盘江河谷，海拔 586 米。境内平均海拔在 1400-1900 米之间。沿线地质情况为覆盖层以种植土、亚砂土和亚粘土为主，含少量的碎石质土，覆盖层厚 2m 左右，稻田中种植土厚 0.6m 左
13、右。下伏基岩为硅化 板岩。3境内地理环境复杂，植被种类繁多，展布错杂，地理区域分异明显。地带性植被为中亚热带常绿阔叶林，东部植被为湿润性中亚热带常绿阔叫林，西部植被为中亚热带半湿润阔叶林。由于境内海拔差异较大，垂直分异特征也较明显。境内原生植被破坏严重，现存植被多为次生植被。4根据国家质量技术监督局发布的 1:400 万的中国地震动峰值参数区划图 (GB183062001)，本路线段地震动峰值加速度Q=0.03m3/s改水深 ha=0.06m，按上述方法知：hb=ha-Bwia=0.06-0.60.04=0.036mm3/s016.3.06.13.04721381 =0.028-0.0016=
14、0.0264m3/saQm3/s021036.1.037218b- 15 -总泄水量 Qa+Qb=0.0264+0.0021=0.0285m3/s，接近设计流量 Q=0.03m3/s，拦水带边沟水深为 6cm，沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.02/0.03=1.27m。4.2.1确定拦水带尺寸水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内侧边缘） 。根据拦水带边沟水深为 6cm，以及水面宽度为 1.27m(硬路肩宽度为3m)，选择拦水带的形式为水泥混凝土拦水带，拦水带堤高 12cm，正面边坡1：1，
15、背面边坡直立。具体尺寸见下图。本节设计的公式均来自于公路排水设计规范 （JTJ018-97） 。图 4.4 拦水带尺寸图（单位：cm） 5路基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。5.1横断面设计的原则1 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。2 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。3 还应结合路线
16、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。4 沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。5 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。6 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5.2横断面设计综述在 XX 高速公路的横断面设计中，为保证最小的填、挖土高度，全线以挖方为主，最高挖土高度为 28.58m。5.2.1横坡的确定查公路线路
17、设计规范 （JTGD202006）得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为 12%，故取路拱坡度为 2%；硬路肩与行车到一致，土路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大 1%2%，故取路肩横向坡度为 3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。5.2.2弯道的超高为抵消车辆在曲线路线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。合理的设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶在曲线上的稳定性与舒适性。当汽车等速行驶时，圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行驶则因回旋线曲率是变化的，其离心力也是变化的。因此，超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的
18、全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。绕中央分隔带边线旋转超高值计算公式见表 5-1。表 5-1 绕中央分隔带边线旋转超高值计算公式超高位置 计算公式 x 距离处 行车道横坡度 备注C ()ib+B21外侧D 0i-xL+i=chxGD 0内侧C-()ix21b+iichG1. 计算结果为与设计高之差；2. 设计高程为中央分隔带外侧边缘 D 点高程；3. 加宽值 bx按加宽计算公- 17 -式计算；4. 当 x= LC时，为圆曲线上的超高值iJCiGiJ C iG DDb1b2bj2 b1 B b2bj1bj2bj1 B图 5.1 超高计算点位置图B 左侧（或右侧）行车道宽度（m） ；b1
19、左侧路缘带宽度（m） ；2 右侧路缘带宽度（m） ；x x 距离处路基加宽值（m） ；ih 超高横坡度；G 路拱横坡度；x 超高过渡段中任意一点至超高过渡段起点的距离（m ） 。6土石方的计算和调配6.1调配要求1 土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。2 纵向调运的最远距离一般应小于经济运距（按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距） 。3 土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响，一般情况下，不跨越深沟和少做上坡调运。4 借方、弃土方应与借土还田，整地建田相结合，尽量少占田地，减少对农业的影响，对于取土和弃土地点应事先同地方商量。5 不同性质的土石应分别调配。回头曲
20、线路段的土石调运，要优先考虑上下线的竖向调运。6.2调配方法土石方调配方法有多种，如累积曲线法、调配图法、表格调配法等，由于表格调配法不需单独绘图，直接在土石方表上调配，具有方法简单，调配清晰的优点，是目前生产上广泛采用的方法。表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。一般采用分段调用，故本项目采用该方法，表格调配法的方法步骤如下：6.2.1准备工作调配前先要对土石方计算惊醒复核，确认无误后方可进行。调配前应将可能影响调配的桥涵位置、陡坡、深沟、借土位置、弃土位置等条件表于表旁，借调配时考虑。6.2.2横向调运即计算本桩利用、填缺、挖余，以石代土时填入土方栏，并用符号区分。6.2.3纵向调运
21、1确定经济运距根据填缺、挖余情况结合调运条件拟定调配方案，确定调运方向和调运起讫点，并用箭头表示。2计算调运数量和运距调配的运距是指计价运距，就是调运挖方中心到填方中心的距离见区免费运距。6.2.4计算借方数量、废方数量和总运量借方数量=填缺纵向调入本桩的数量废方数量=挖余纵向调出本桩的数量总运量=纵向调运量+废方调运量+借方调运量6.2.5复核1横向调运复核填方=本桩利用 +填缺 挖方=本桩利用 +挖余2纵向调运复核填缺=纵向调运方 +借方 挖余+纵向调运方 +废方3总调运量复核挖方+借方 =填方+借方6.2.6复计算计价土石方计价土石方=挖方数量+ 借方数量7路基防护与支挡工程设计7.1路
22、基防护工程设计- 19 -7.1.1路基防护形式选择1 路基填土高度 H3m 时，采用草坪网布被防护，为防止雨水，对土路肩边缘及护坡道的冲刷，草坪网布被在土路肩上铺入土路肩 25cm，在护坡道上铺到边沟内侧为止。而对于高等级道路，则采用六角形空心混凝土预制块防护，本段公路采用六角形空心混凝土预制块。2路基填土高度 3H8m 时，设三维土工网护坡，当 H8m 时，设浆砌片石人字骨架防护，骨架内铺设草坪网布被保证路面水或坡面水不冲刷护坡道，相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌，并设置 20 号混凝土预制块至边沟内侧。3 路线经过河塘地段时，采用浆砌片石满铺防护，并设置勺形基础，浆砌片石护坡厚 30
23、cm，下设 10cm 砂垫层，基础埋深 60cm，底宽 80cm，个别小的河塘全部填土。4 路堑路段边坡为 1：0.5，按规范采用浆砌片石防护。7.1.2路堤边坡稳定性分析桩号 K2+010 处的路堤高 13.01m，顶宽 21.5m，为本路段的最大填方路段，且填土为粘土, 有必要进行边坡稳定性验算。本次稳定性验算分为三个部分：（1）计算参数的的选用；（2）确定最危险滑动面；（3）路堤稳定性验算。图 7.1 路堤设计计算模型7.1.3计算参数的选用1 对本段路堤土为粘土 , 土的容重 , 粘聚力 ，内3/19mkNkpaC10摩擦角 。252 车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压
24、力换算成等代均布土层厚度 mBLGh48.015.6408.71907.1.4最危险滑弧圆心位置的确定1 采用 4.5H 法：如图，首先确定圆心 O 与半径 OA，一般情况下，圆心的位置是在圆心辅助线 EF 的延长线上移动，E 点和 F 点的位置可用以下的4.5H 法确定。由 A 点作垂直线，取深度为 H 确定 G 点，由 G 点作水平线，取距离为 4.5H 确定 E 点，F 点位置由角度 1 与 2 的边线相交而定，其中由边坡角为 30查路基设计手册取 1=2627， 2=3524交点为 F，圆心在辅助线上向左上方移动，计算 K 值最小时的圆心即为最危险滑动面的圆心，滑动面通过坡角 A，作出
25、圆。 267354图 7.2 4.5H 法计算简图2 滑动圆心的确定：在 EF 的延长线上取个点分别画出个滑动面 , 对 4个滑动面在不考虑水作用影响下，且不考虑土基与路堤填土的差异时采用条分法求安全系数 K 值，然后取最小的 K 值所对应的滑动面为最危险滑动面。7.1.5分析计算过程- 21 -将土体划分为若干块，用 CAD 工具量取各个条快的面积 Fi；用 CAD 工具量取个土条重心垂线与滑动动圆弧交点的法向方向与重心垂线的夹角 （有正负之分，法向量在垂线左侧为负，右侧为正） ；用 CAD 工具量取圆弧弧段所对应的圆心角，在计算弧长 L 值。1O图 7.3 一号点计算 表 7-1 一号点条
26、分法边坡稳定计算表 土条号土条宽 m/ib倾角 /im/li土条面积 2/SkN/icltanosiW/in1 3.000 -14.610 3.100 3.745 61.42 -17.00 2 3.000 -7.510 3.026 10.654 118.92 -25.06 3 2.770 -0.800 2.770 14.924 152.95 -3.75 4 1.500 4.150 1.504 9.256 92.53 12.06 5 3.000 9.410 3.041 20.766 202.37 61.11 6 3.000 16.560 3.130 24.518 228.56 125.79 7
27、3.000 24.000 3.284 27.177 241.23 198.97 8 3.000 31.900 3.534 28.373 237.52 269.88 9 3.000 40.580 3.950 26.170 206.33 306.43 10 3.000 50.640 4.730 16.588 135.60 230.85 11 1.860 60.520 3.780 3.073 50.49 48.14 431. 1207.9sin)taco(1 iiWclKO图 7.4 二号点计算图 表 7-2 二号点条分法边坡稳定计算表 土条号土条宽 m/ib倾角 /im/li土条面积 2/SkN/
28、icltanosiW/in1 3.000 -6.590 3.020 3.092 55.98 -6.39 2 3.000 0.000 3.000 8.756 103.50 0.00 3 2.770 6.290 2.787 12.200 129.66 24.06 4 1.500 10.990 1.528 7.539 77.40 25.87 5 3.000 16.060 3.122 15.985 160.15 79.60 6 3.000 23.030 3.260 18.777 177.64 132.22 7 3.000 30.380 3.477 20.226 181.23 184.12 8 3.00
29、0 38.360 3.826 20.026 170.06 223.71 9 3.000 47.370 4.430 21.237 165.02 281.25 10 2.140 56.440 3.871 8.215 76.83 123.23 - 23 -215. 1067.94sin)taco(2 iiWclK图 7.5 三号点计算图 表 7-3 三号点条分法边坡稳定计算表 土条号土条宽 m/bi倾角 /im/li土条面积 2/SKN/cltanosWii/snii1 3.000 -2.980 3.004 2.794 53.46 -2.61 2 3.000 3.370 3.005 7.914 96
30、.36 8.37 3 2.770 9.480 2.808 10.969 118.89 32.52 4 1.500 14.060 1.546 6.506 68.44 28.45 5 3.000 19.030 3.173 13.897 142.00 81.56 6 3.000 25.890 3.335 16.160 155.38 127.01 7 3.000 33.170 3.584 17.035 155.52 167.76 8 3.000 41.150 3.984 16.161 141.98 191.42 9 3.000 50.290 4.696 16.370 134.74 226.67 214
31、. 903.517sin)taco(3 iiWclK10 0.950 57.070 1.748 2.799 30.25 42.29 - 25 -图 7.6 四号点计算图 表 7-4 四号点条分法边坡稳定计算表 土条号土条宽 m/bi倾角 /im/li土条面积 2/SkN/cltanosWii/snii1 3.000 -4.760 3.010 2.944 54.73 -4.40 2 3.000 1.700 3.001 8.327 99.88 4.45 3 2.770 7.910 2.797 11.578 124.22 28.68 4 1.500 12.550 1.537 6.926 72.11
32、27.09 5 3.000 17.580 3.147 14.926 150.90 81.15 6 3.000 24.490 3.297 17.451 166.26 130.21 7 3.000 31.810 3.530 18.610 168.05 176.57 8 3.000 39.780 3.904 18.072 155.61 208.14 9 3.000 48.860 4.560 18.833 149.60 255.30 10 1.530 56.760 2.791 5.200 51.84 78.29 21. 985.4130sin)taco(4 iiWclK由计算公式可得以上四种情况的 K
33、 值分别为：31.215.21.3.4图 7.7 计算点结果分析图 由上图可知最小 K 值的危险滑动面圆心位于 处，所以，最危险滑动面的4O圆心位于过 点且与之相垂直的线上。故以 点向两边取圆心点，计算并得4O到最小 K 值。图 7.8 五号点计算图 - 27 -表 7-5 五号点条分法边坡稳定计算表 21. 985.4130sin)taco(4 iiWclK土条号土条宽 m/bi倾角 /im/li土条面积 2/SkN/cltanosWii/snii1 3.000 -2.350 3.003 2.757 53.14 -2.03 2 3.000 4.550 3.009 7.724 94.73 11
34、.03 3 2.770 11.230 2.824 10.588 115.41 37.11 4 1.500 16.260 1.562 6.188 65.48 31.19 5 3.000 21.760 3.230 12.923 133.05 86.24 6 3.000 29.130 3.434 14.591 141.32 127.85 7 3.000 37.710 3.792 14.528 134.39 159.96 8 3.000 47.130 4.410 12.248 114.04 161.58 9 3.000 56.930 5.498 8.924 95.85 134.61 图 7.9 六号点
35、计算图 表 7-6 六号点条分法边坡稳定计算表 土条号土条宽 m/ib倾角 /im/il土条面积 2/SkN/tancosiiilW/snii1 3.000 -6.860 3.022 3.114 56.16 -6.69 2 3.000 0.800 3.000 8.859 104.35 2.23 3 2.770 5.010 2.781 12.446 131.87 19.56 4 1.500 9.320 1.520 7.569 77.90 22.07 5 3.000 13.960 3.091 16.651 166.54 72.30 6 3.000 20.280 3.198 19.869 188.4
36、1 123.96 7 3.000 26.880 3.363 21.924 197.77 178.42 8 3.000 34.640 3.646 22.534 192.08 230.56 9 3.000 40.960 3.973 25.001 198.20 295.00 10 3.000 50.330 4.700 14.737 125.96 204.19 - 29 -11 0.830 56.570 1.507 0.519 17.47 7.79 267.1 49.350sin)taco(4 iiWclK最终计算得： K5=1.267 K6=1.267 图 7.10 计算点结果分析图 最危险滑动面的
37、确定：由以上计算可知滑动面 4 为最危险滑动面，同时采用简化毕绍普法来计算滑动面 6，算得的 故，该边坡能够自稳。1.2K.7.2路基支挡工程设计基本资料见表 7-21表 7-21 基本资料墙身及基础 填料及地基挡土类型 仰斜式路堤墙填料种类重度 (kN/m )3砂类土18墙高 H(m) 11填料内摩擦角 ( )351:0.25 填料与墙背摩擦角 2墙面坡度墙背坡度 -1:0.25 基础顶面埋深（m） 106砌筑材料M7.5 浆砌MU50 片石地基土类别重度(kN/m )J3亚砂土、亚粘土18砌筑材料的重度(kN/m )13 23地基土承载力特征值(kN)af 350地基坡度 tan 0 0.32 基底与地基土摩擦系数 i0.35圬工砌体间的摩擦系数 0.70地基土内摩擦系数 n0.7公路等级及荷载强度 片石砂浆砌体强度设计值公路等级 高速公路 抗压 )MPa(edf 0.71轴心抗拉 t 0.059弯曲抗拉 )a(tmdf0.089汽车荷载标准 公路 I-级直接抗剪 Pv0.1477.2.1 挡土墙自重及重心计算取单位墙长（1m） ，如图 7.21 所示，将挡土墙截面划分为三部分，截面各部分对应的墙体重量为：)kN(36.821.09.1G7532)9./.613 （
