1、 摘 要本设计为湘潭某地区老屋塘梅子岭高速( ) ,本次选题,是依据大学专80kmh业课程,道路勘测设计、路基路面工程等内容而定的具有代表性,全面检测所学知识的结业性选题。巩固大学生在校期间所学的基本理论和专业知识;巩固、深化、拓宽所学过的基础课程、专业基础课和专业课知识,提高综合运用这些知识独立进行分析和解决实际问题的能力;以及锻炼自己画图、识图能力。解决道路工程设计中各方面问题所需的综合能力和创新能力,达到初步了解与掌握道路工程实际工作内容和设计工作的方法与步骤。设计内业详细资料有:路线设计,包括纸上定线,绘制路线平面图、路线纵断面设计;路基设计,包括两公里横断面和路基土石方的计算及路基排
2、水设计;路面设计,包括沥青路面设计和水泥混凝土路面设计;结构物设计包括立交桥设计,小桥涵设计,完成一项涵洞设计;在 K1+300-K1+350 设置重力式挡土墙,荷载标准为汽20;最后进行软件复核。通过对原始数据的分析,根据该路段的地质、地形、地物、水文等自然条件,依据公路工程技术标准 、 公路路线设计规范 等交通部颁发的相关技术指标 ,在老师的指导和同学的帮助下完成的。关键词:高速公路,路线,路基,路面,挡土墙,排水ABSTRACTThis design for the xiangtan house pond - plum hill high speed in a given area (8
3、0/h), the selected topic, is based on university courses, road reconnaissance design, roadbed engineering and so on as representative, comprehensive testing knowledge in graduation sexual topics. Consolidate college students during the period of school learning basic theories and professional knowle
4、dge; Consolidate, deepen and broaden the learned basic course, professional basic course and specialized course knowledge and improve the integrated use of these knowledge independent analysis and ability to solve practical problems; Able to read drawing and exercise myself,. Solve the problem of al
5、l aspects in the design of road engineering the comprehensive ability and innovation ability, to preliminary understanding and mastery of road engineering practice content and method and step of design work.Design details in the industry are: the route design, alignment, including paper and draw the
6、 route plan, route profile design; Cross-sectional roadbed design, including two kilometers and roadbed subgrade drainage conditions of the calculation and design; Pavement design, including the design of asphalt pavement and cement concrete pavement design; Structure design including the design of
7、overpass, small bridge culvert design, complete a culvert design; In K1 + 300 - K1 + 350 set gravity retaining wall, the load standard for steam - 20; Finally carries on the software review.Sections through the analysis of original data, according to the geology, topography, terrain, hydrology and o
8、ther natural conditions, on the basis of “highway engineering technical standards“, the “specification for highway route design, such as the ministry of communications issued by the relevant technical indicators, with the help of the teachers guidance and classmates.Key words: Expressway , route, su
9、bgrade, pavement, retaining wall, drainage 1目 录第一章 设计说明及主要技术指标 .11.1 设计说明 .11.2 主要技术指标 .1第二章 路线设计计算书 .22.1 选线的基本原则 .22.2 平面设计: .4第三章 纵断面设计 11第四章 路基设计 184.1 路基设计原则及规定 194.2 路基填挖土高度 194.3 边坡稳定性分析 194.4 公路用地宽度界限 194.5 软土路基处理 194.6 路基防护 204.7 排水设计 204.8 路基土方量计算 22第五章 路面设计 235.1 沥青路面设计计算 .235.2 水泥路面设计计算
10、.295.3 路面结构推荐 34第六章 结构物设计 356.1 挡土墙设计 356.2 桥梁涵洞设计 41总 结 43参 考 文 献 44致 谢 451 1第一章 设计说明及主要技术指标1.1 设计说明 本次设计是湘潭某地区老屋塘-梅子岭高速公路的设计,设计车速为 80km/h,双向四车道,设置中央分隔带。设计中主要包括以下几个阶段:(1)主线平面设计:在这段路上选了三个交点,交点半径为 1000m、1000m 和 1200m。(2)纵断面设计:考虑满足排水的最小纵坡要求进行了路线纵断面设计。全线共有两个变坡点,半径为 20000m 和 8000m。(3)本公路位于中国公路自然区划的5 区,为
11、东南湿热区(4)路基干湿类型为中湿,土类为粘质土,土基干湿状态的稠度值为 0.9。(5)横断面设计:以桩号为基本点,进行了横断面设计、路基设计表设计、土石方计算、排水平面设计等。(6)路面结构设计:采用手工和程序相结合的办法进行了路面结构设计。(7)在 K1+300-K1+350 设置重力式挡土墙,荷载标准为汽20 级。(8)预算:编制了路线范围内路基和路面部分的预算文件。关键词: 主线平面设计、纵断面、横断面、路面结构设计1.2 主要技术指标1设计行车速度为 80km/h。2路基宽度为 24.5m,其中中央分隔带 2m,路缘带 20.5m,行车道 43.75m,硬路肩 22.5m,土路肩 2
12、0.75m。3圆曲线一般最小半径:400m,圆曲线极限最小半径:250m,不设超高的最小半径为 2500m。缓和曲线最小长度为 60m。4竖曲线一般最小半径:凹型为 3000m,凸型为 4500m。竖曲线极限最小半径:凹型为 2000m,凸型为 3000m。5竖曲线最小坡长 200m。竖曲线最大纵坡为 5%。第二章 路线设计计算书2.1 选线的基本原则(1)正确处理道路与农业的关系,新建公路要占用一部分农田,这是不可避免的,但是要尽量做到不占或少占高产田;路线应与农田水利建设相配合,有利于农田灌溉,尽可能少与水渠相交;当路线靠近村庄或田地通过时,尽量沿河岸布线,利用公路的防护措施,兼作保村、护
13、田之用。(2)正确处理新、旧路的关系路线与原有道理相交时,等级较高时需要修建跨线构造物,使之成立体交叉,若为低等级道路相交,可做成平面交叉。(3)合理考虑路线与城镇的联系路线选择时,应坚持便民不扰民,靠村不进村的原则;路线应尽量避开重要的电力、电讯设施,尽可能减少拆迁民房,树木,电杆,通讯设施的数量。(4)处理好路线与桥位的关系大、中桥位常常是路线的控制点,原则上应服从路线总方向,并满足桥头接线的要求,桥路综合考虑;小桥位置应服从路线走向,但遇到斜交过大或河沟过于弯曲的情况,可采用改河措施或改移路线。(5)当地景区较多,道路路线经过风景区时,其线形要与当地风景协调一致,路线如果与当地历史古迹相
14、冲突时,必须改线避绕。(6)注意土壤水文条件2.2 平面设计:平面线形的设计主要是确定交点位置、曲线半径、缓和曲线的长度等。确定过程中应保证平面线形连续顺适,保持各平面线形指标的协调、均衡,而且要与地形相适应和满足行驶力上的要求。根据地图上的地形,我选定了两个路线方案,下面将两个方案均进行完整的平面设计,再将两方案进行进一步比选后,选择更为合理的方案进行纵断面设计。1方案一平面设计 设计的线形大致如下图所示:1 3图 2-1(1)交点坐标计算在路线上选取 A、B、C、D、E、F、G、H 点,其坐标为:A(529.280, 074.0) B(529.320, 074.8)C(529.313, 0
15、75.4) D(529.256,075.8)E(529.288,076.4) F(529.476,077.0)G(529.570, 077.4) H(529.594, 078.0)起点(529.260, 074.20) 终点(529.600, 078.13)已知交点前直线上两点的坐标为( , )和( ),后直线上两点坐标为( )1xy2,yx 3,yx和( ),则交点坐标为(x,y)4yx)-/()-(12121xk=3434)-/(21121kyx+)-(ky故 JD1(529., 75.)JD2(529., 76.)JD3(529., 77.)(2)交点间距、转角计算设起点坐标为 ( )
16、,第 i 个交点坐标为( ),i=1,2,3,n,则0JD0,yxiyx,坐标增量: , 1-iX=1-iY=交点间距: 2S+计算方位角:1iJ- arctn()如果 DX0,路线为右偏;i如果 0,路线为右偏;i如果 2.0m 的路段,路床顶面以下 0-60cm 采用 7%石灰土处理层,立即底部设 3%土拱,土拱设 30cm5%石灰土处理层,对于路基中部填土的掺灰,又施工建立根据具体情况,在保证路基压实度的前提下,决定处理的土层及掺灰量。本路段软土路基采用抛石挤淤方法处理。4.6 路基防护1.路基填土高度 H3m,时,采用浆砌片石衬砌拱防护,当 3H4m 时,设置单层衬砌拱,当 4H6m
17、时,设置双层衬砌拱,拱内铺设草坪网布被为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。20 号混凝土预制块的规格分为两种,拱柱及护脚采用 5cm30cm50cm 的长方体预制块,拱圈部分采用 5cm30cm65cm 的弧形预制块(圆心角 30 度,内径 125cm,外径 130cm) ,预制块间用 7.5 号砌浆灌注。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 30cm,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.桥梁两端各 10cm 及挖方路段采用浆砌片
18、石满铺防护,路基两侧边沟全部浆砌片石满铺防护,厚 25cm。4.7 排水设计常见的地面排水设施有边沟、截水沟、跌水与急流槽等。分别设于路基的不同部位,各有其主要功能。各类地表排水设施的沟槽顶面应高出设计水位 0.1-0.2m。地表排水设施的横断面形状和尺寸应满足排水设计流量的要求,不产生冲刷和淤积。1.排水明沟的设计与计算 在 K2+50 处进行排水计算,取设计流量为 0.70ms,沟底纵坡 i=0.005,沟渠粗糙系数 n=0.025,用选择法求沟渠的断面尺寸并验算水流速度。(1) 设置沟底宽度 b=0.5m,边坡坡率 m=0.83。沟底深度 ,h=0.60m.0.83bh(2) 计算湿周。
19、 21xbhm1 2120.52.610.83=2.06m(3) 计算过水断面面积。=bh+mh=0.50.6+0.830.6=0.60m(4) 计算水力半径。R= =0.602.06=0.29m(5) 计算流速。因 R=0.29m,y=1.5 1.502.4n=29.710.24/9/yCRn则 =1.13ms)(iV.7(.95)查规范可知 Vmax=1.6ms。根据 Vmin=R,并取 =0.45。则Vmin= =0.24ms0.45.29可知:VminvVmax(6) 计算通过流量Q= =0.601.13=0.68ms,通过流量 Q 与设计流量 Qs 相差未超过 ,w 5水流速度在允许
20、的范围内,无需要加固,故计算结果满足要求不需要验算,因此,该沟渠的尺寸可定为 0.5m,h=h+0.15=0.75m。2.截水沟设计采用矩形截水沟,沟底宽度和深度均为 0.6m.截水沟设置在路堑坡顶和路堤坡脚,截水沟与坡脚之间有 2.5m 的间距,并有 2%向沟倾斜的横坡,确保路堤不受水害。填方路段截水沟示意图(4-2)挖方路段截水沟示意图(4-3)4.8 路基土石方计算:经过路基土石方数量计算表计算得,本段路基的填方为 ,挖方为 ,本庄利用3m3为 24631.9 ,弃方为 12843 .3m3m1 23第五章 路面设计5.1 沥青路面设计路面是用各种材料混合料铺筑在路基上供车辆行使的层状结
21、构物。路面的基本功能是为车辆提供快速、安全、舒适和经济的行使表面,要求路面能够满足行车的使用要求,降低运输费用和延长路面的使用年限。路面设计说明(1)根据路面所适用的公路等级,高速、一级、二级公路面层类型为水泥混凝土与沥青混凝土,本设计公路对两种路面都进行了设计。(2) 在高等级公路建设中,为了将路面结构内的水分迅速排出,需要在路基全宽范围内铺筑路面。(3)根据规范要求沥青混凝土路面与水泥混凝土路面路拱在 1%2%之间,本设计公路取 2%。(4) 沥青混凝土路面:根据规范要求路面结构层采用 15cm 厚沥青混凝土面层(其中表面层采用 4cm 厚的中粒式密集配沥青混凝土抗滑表面,下面层采用 6c
22、m 厚的粗粒式密集配沥青碎石,基层采用 25cm 厚的二灰碎石,底基层采用 47cm 厚的级配碎石。(5)水泥混凝土路面:面层采用 25cm 厚的普通混凝土面层,基层采用 15cm 厚的碾压混凝土,底基层采用 20cm 厚的天然砂砾路面设计基本原则(1)路面应具有良好的稳定性和足够的强度,表面应满足平整、抗滑和排水要求;(2)面层、基层的结构类型及厚度应与公路等级、交通等级组成相适应;(3)要顾及各结构层本身的结构特性;(4)要考虑水文状况的不利影响;(5)适当的层厚和层数,各结构层既要满足最小厚度要求,又应考虑施工可行性;(6)应与当地的气候、水文、地质状况相适应,并充分利用当地筑路材料。5
23、.1.1 设计资料(1) 公路等级:高速公路(2)设计年限: 15 年 (3)车道系数:0.5(4)自然区划:(5)交通增长率:10%(6)车辆组成及交通量:5-1 交通量调查表型号 前轴载 (KN) 后轴载 (KN) 后轴数 轮组数 轴距(cm) 交通量(辆/日)三菱 T653B 29.3 48.0 1 双 - 400黄河 JN163 58.6 114.0 1 双 - 450湘江 HQP40 23.1 73.2 2 双 3 350解放 SPQ200 31.3 78.0 3 双 3 300东风 EQ155 26.5 56.7 2 双 3 500金杯 SY132 12.8 27.6 1 双 48
24、05.1.2 设计要求沥青路面应采用道路石油沥青或其加工产品,沥青的选择应根据公路等级、气候条件、交通量及其组成,路线线形、面层结构、施工工艺等因素,并结合当地使用经验确定。(1)沥青面层应具有坚实、平整、抗滑、耐久的品质,同时,还应具有高温抗车辙、低温抗开裂、抗水损害以及防止雨水渗入基层的功能。(2)基层是主要承重层,满足稳定、耐久、较高的承载能力。(3)底基层是设置在基层之下, 并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用的次要承重层,因此,对底基层材料的技术指标要求可比基层材料略低。(4)垫层是设置在底基层与土基之间的结构层, 起排水、隔水、防冻、防污及减少层间模量比、降低半刚性底基层拉应力的
25、作用。(5)基层、底基层设计贯彻就地取材、就近取材的原则。.(6)路基密实、均匀、稳定,填方路基的填料选择、路床的压实度以及填方路堤的基底处理等均符合公路路基设计规范(JTJ 013)的规定。5.1.3 标准轴载及轴载换算沥青路面设计以双轮组单轴载 100KN(BZZ100)为标准轴载。根据设计任务书所给的资料,先将各种轴载换算为标准轴载(1) 以设计弯沉值为设计指标及验算沥青层层底拉应力时,凡大于 25KN 的各级轴载(包括车辆的前后轴)的作用次数均按公式(6-1)换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N,轴载换算结果见表 6-1 所示。1 25(5-1)4.3512kiiPNC式中:N 标准
26、轴载当量轴次,次/日;被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日;inP标准轴载,100KN;被换算车辆的各级轴载,KN;ipK被换算车辆的类型数;轴载系数, ,m 是轴数。当轴间距离大于 3m 时,按1c1.2(1)C单独的一个轴载计算;当轴间距离小于等于 3m 时,应考虑轴数系数;轮组系数,单轮组为 6.4,双轮组为 1,四轮组为 0.38。2表 5-2 轴载换算结果表(弯沉) 车 型 (KN)iP1C2(次/日)iN4.3512()iPCN前轴 29.3 1 6.4 400 12.3三菱 T653B后轴 48.0 1 1 400 16.4前轴 58.6 1 6.4 450 281.7黄河 JN
27、163后轴 114.0 1 1 450 795.7湘江 HQP40 后轴 73.2 2 1 350 180.2前轴 31.3 1 6.4 300 12.3解放 SPQ200后轴 78.0 3 1 300 305.4前轴 26.5 1 6.4 500 9.9东风 EQ155后轴 56.7 2.2 1 500 93.2金杯 SY132 后轴 27.60 1 1 480 1.8合计 4.3521()niiPNC1708.9根据设计规范,快速路沥青路面的设计年限为 15 年,两车道的车道系数是 0.5,累计当量轴次: 1()365te NN153651708.9(.)0.=次(2) 当进行半刚性基底层
28、底拉应力验算时,凡大于 50KN 的各级轴载(包括车辆的前后轴)的作用次数均按公式(6-2)换算成标准轴载 P 的当量作用次数 N,轴载换算结果见表 6-2 所示:(5-2)812()kiipNcnP式中: 轴数系数,单轴时 ,双轴或多轴的轴载系数 ,1C1=C12()Cm其中 m 为轴载系数;轮组系数,单轮组为 18.5,双轮组为 1.0,四轮组为 0.09。2表 5-3 轴载换算结果表(拉应力) 车 型 (KN)iP1C2(次/日)iN812()niiPCNp前轴 58.6 1 18.5 450 115.8黄河JN163 后轴 114.0 1 1 450 1283.7湘江HQP40 后轴 73.2 2 1 350 57.7解放SPQ200 后轴 78.0 3 1 300 123.3东风EQ155 后轴 56.7 3 1 500 16.0合计 812()niiPNCp1596.51(1)365teN153659.(0.).=次根据计算在设计年限内一个行车道商店累计标准轴载次数为 1000 万次左右,路面面层使用沥青混凝土路面(15cm) ,基层拟用水泥稳定碎石(25cm),底基层采用石灰土(厚度待定)