高速公路施工图设计说明书

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真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 1 目录 引言........................................................................................................................................1 第一章 总论..........................................................................................................................2 1.1 设计任务与依据.......................................................................................................2 1.1.1 设计任务.........................................................................................................2 1.1.2 设计依据.........................................................................................................2 1.2 技术标准...................................................................................................................2 1.3 本次设计技术指标...................................................................................................4 1.4 设计总体情况..........................................................................................................5 第二章 沿线地质工程条件及评价......................................................................................6 2.1 地形、地貌及气候条件..........................................................................................6 2.2 地质构造及地震......................................................................................................6 2.3 地质水文评价..........................................................................................................7 2.4 筑路材料评价..........................................................................................................7 第三章 选线..........................................................................................................................8 3.1 布线线原则..............................................................................................................8 3.1.1 布线原则........................................................................................................8 3.1.2 选线步骤........................................................................................................8 3.2 选线过程...................................................................................................................9 3.2.1 选线整体思路................................................................................................9 3.2.2 比选方案........................................................................................................9 第四章 平面设计................................................................................................................10 4.1 平面线形要素及设计原则....................................................................................10 4.1.1 平面线形要素...............................................................................................10 4.1.2 设计原则......................................................................................................11 4.2 平面线设计............................................................................................................12 4.2.1 平面线形总体设计......................................................................................12 4.2.3 平面线形各参数数据..................................................................................12 4.2.4 具体设计过程..............................................................................................13 4.3 平面设计的整理....................................................................................................19 第五章 纵断面设计............................................................................................................19 5.1 纵断面设计原则....................................................................................................20 5.2 纵断面设计标准....................................................................................................20 5.2.1 纵坡设计标准...............................................................................................20 5.2.2 竖曲线设计标准..........................................................................................21 5.3 平纵组合设计........................................................................................................22 5.3.1 平纵组合设计原则......................................................................................22 5.3.2 直线与纵断面的组合..................................................................................22 5.3.3 平曲线与纵断面的组合..............................................................................22 5.4 纵断面设计............................................................................................................23 真正的价值并不在人生的舞台上,而在我们扮演的角色中。 2 5.4.1 纵断面设计过程..........................................................................................23 5.4.2 纵断面具体设计过程..................................................................................24 5.4.3 竖曲线要素计算........................................................................................25 5.4.4 竖曲线上任意点设计高程计算..................................................................25 5.4.5 直线段设计计算高程..................................................................................26 5.4.6 反算反向曲线间的直线距离......................................................................26 5.5 纵断面设计整理....................................................................................................26 第六章 横断面设计............................................................................................................26 6.1 横断面构造及尺寸................................................................................................27 6.1.1 行车道..........................................................................................................27 6.1.2 中间带..........................................................................................................27 6.1.3 路肩..............................................................................................................27 6.1.4 路基宽度......................................................................................................28 6.1.5 路拱..............................................................................................................28 6.1.6 路基..............................................................................................................28 6.2 路基横断面............................................................................................................28 6.2.1 路堤..............................................................................................................28 6.2.2 路堑..............................................................................................................29 6.2.3 填挖结合路基..............................................................................................29 6.3 横断面设计............................................................................................................29 6.3.1 横断面设计过程..........................................................................................29 6.3.2 横断面布置过程..........................................................................................29 6.3.3 路基土石方调配..........................................................................................31 6.4 横断面设计整理....................................................................................................32 第七章 路基防护工程及排水............................................................................................32 7.1 路基防护工程........................................................................................................33 7.1.1 挡土墙设计资料与断面设计......................................................................33 7.1.2 编程计算实例..............................................................................................35 7.2 路基排水设计........................................................................................................35 7.3 桥涵设计................................................................................................................36 7.3.1 涵洞设计......................................................................................................36 7.3.2 天桥设计......................................................................................................36 7.3.3 桥梁设计......................................................................................................36 第八章 路面设计................................................................................................................36 8.1 路面结构组合设计................................................................................................37 8.2 路面结构设计........................................................................................................37 8.3 路面结构层厚度设计............................................................................................37 8.3.1 相关资料和控制指标..................................................................................37 8.3.2 具体设计过程..............................................................................................38 结 论..................................................................................................................................44 致 谢..................................................................................................................................45 参考文献..............................................................................................................................46 附 录..................................................................................................................................47 1 引言 交通运输古已有之，自古公路运输在交通运输途径中占据重要位置。随着社会发 展，公路由原来的官道马路，发展为现代公路。随着人们对效率的看重，对时间的珍 惜，对能够高速安全行驶的公路的需求也逐渐增大。高速公路应运而生，设计施工技 术逐步走向成熟。 公路交通运输是国民经济的基础性、服务性产业，公路运输的发展关系到国家经 济社会发展的全局，是国民经济的命脉，是联系工业与农业、城市与乡村、生产与消 费的纽带。公路工程项目的建设，直接为国民经济各部门提供技术物质服务设施的关 联，在促进社会和经济发展方面发挥了巨大的作用。公路运输本身具有机动灵活、迅 速方便及建设投资少、周期短、适应性强等特点。普通公路也存在线形标准低、路面 质量不高、等弊端易造成行人与机动车等相互干扰、事故多、安全性差。高速公路有 汽车专用、分道行驶、完全控制出入、行车速度高，通行能力大、安全性好、运输效 益高等优点。在时间和效率的优势上，市场对高速公路的需求大幅上升，高速公路近 年来得到飞速的发展。政府对公路等基础建设的投资大幅增加，国家公路网也在逐步 完善中。 本设计的课题为 XX 高速公路第二标段施工图设计，该地区为山岭重丘区，设计 车速为 80km/h。设计结合现场实际情况，严格按照相关技术标准、设计规范的规定 进行设计。并尽量满足“经济、适用、安全、美观、环保”的设计宗旨。设计包括路 面平面设计、路面在纵断面设计、路线横断面设计、有关构筑物设计（桥涵横、纵断 面设计）、路面结构设计、防护工程及排水设计。 毕业设计是对大学教学的继续、深化、补充和检验。在毕业设计完成的过程中， 可以使我们巩固专业知识，扩大知识面，掌握本专业学科的主要内容，并通过设计， 能进一步培养我们综合运用所学基础理论、专业知识和基本技能，从而提高分析和解 决实际问题的能力。在设计过程中参考了大量文献，设计遵循相关技术标准、规范。 初次做这样的综合性设计，无经验可循，限于自身学识水平疏浅，设计中难免会 存在不足和疏漏。在此，恳请各位老师给予建议与斧正，以便在今后的学习和工作中 不断改正缺点，进一步完善自己。 2 第一章 总论 1.1 设计任务与依据 1.1.1 设计任务 根据给定的地形图、沿线的土壤、地质、水文资料等，选择适合路线起终点，结 合公路等级、交通量、路线段地形地貌等，严格按照有关技术标准、设计规范进行设 计，并尽量满足“经济、适用、安全、美观、环保”的设计宗旨，同时充分考虑沿线 环境保护，综合各项指标 完成 XX 高速公路第二标段施工图设计。设计应包括路线平面设计、路线纵断面 设计、路线横断面设计、路基防护工程及排水设计、路面结构设计等。为使行车舒适 安全，各项指标尽量不采用极限值。 1.1.2 设计依据 1.《公路路线设计规范》（JTG D20-2006） 2.《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） 3.《公路路基设计规范》（JTG D30-2004） 4.《公路排水设计规范》（JTJ 018-97） 5.《公路沥青路面设计规范》（JTG D50-2006） 6.《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 7.《公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-04-2007） 8.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） 1.2 技术标准 根据路段预测交通量，结合项目的功能作用以及沿线地形、地质、气候条件，设 计时全线采用完全控制出入的 4 车道高速公路标准(具体计算过程如下)，设计为车速 为 80km/h，路基为整体式宽度为 24.5 米，路面类型为沥青混凝土路面。 在选用各项指标时，取一般值或大于一般的值，避免取极限值，使设计在经济和 技术指标上都占优 ，根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）《公路路线设计规 范》（JTJ D20-2006）及《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），各项具体指标见下 表： 3 表 1-1 技术标准 序号 指标名称 单位 技术指标 1 公路等级 高速公路 2 设计行车速度 km/h 80 3 平曲线一般最小半径 m 400 4 平曲线极限最小半径 m 250 5 不设超高平曲 线半径 路拱≤2.0% m 2500 6 路拱＞2.0% m 3350 7 不设加宽平曲线半径 m >250 8 竖曲线一般最小半径 凸 m 4500 9 凹 m 3000 10 竖曲线极限最小半径 凸 m 3000 11 凹 m 2000 12 根据视觉所需竖曲线最小半 径 凸 m 12000 13 凹 m 8000 14 竖曲线最小长度（m） m 70 15 缓和曲线最小长度 m 70 16 平曲线长度 m 一般值 200 最小值 140 17 最小纵坡长度 m 200 18 最大纵坡坡度 ％ 5 19 最大纵坡长度(纵坡为 3%时) m 1100 20 路基宽度 m 24.5 21 路基设计洪水频率 ％ 1/100 22 路面结构 沥青混凝土 4 1.3 本次设计技术指标 本设计标段，路线长 4491.373m。具体使用参数如表 1-2，表 1-3，表 1-4. 表 1-2 技术标准 公路等级 高速公路 设计时速（km/h） 80 平面交点数 3 纵面变坡点 3 路基宽度（m） 24.5 路拱（%） 2 路基设计洪水频率 1/100 路面结构 沥青混凝土 表 1-3 平面线设计参数 起点 JD1 JD2 JD3 终点 坐标 N(X) .59 .22 .80 .82 .26 左边 E(Y) .57 .54 .35 .68 .67 半径 -- 900m 600m 750m -- 转角值 16°58′ 48.4″ 42°18′ 43.9″ 20°25′ 36.2″ 直线长度 -- 1490.954m 481.883m 603.240m 558.095m -- 切线长 -- 194.437m 312.836m 273.861m -- 缓和曲线 -- 120m 160m 100m -- 圆曲线 -- 146.723m 283.092m 167.385m -- 外距 -- 10.646m 45.267m 12.640m -- 表 1-4 纵断面设计参数 起点 变坡点 1 （JD1） 变坡点 2 （JD2） 变坡点 3 （JD3） 终点 地面高程 1722.743m 1737.615m 1763.514 1739.081m 1736.823 竖曲线类型 -- 凹 凸 凹 -- 半径 -- 13000m 10000m 15000m -- 直坡段长 -- 1573.650m 610.091m 724.828m 579.760m -- 坡率（%） -- 0.88 2.67 -2.20 -0.31 -- 交 点 数 据 参 数 变 坡 数 据参 数 5 切线长 -- 116.350m 243.559m 141.613m -- 外距 -- 0.521m 2.966m 0.668m -- 1.4 设计总体情况 本次设计路线总长 4491.373m，共设置 3 个交点，大桥 1 座，涵洞 10 个（其中 盖板涵 7 个，圆管涵 3），天桥 7 个。纵断面设置有 3 个变坡点。设置有挡墙以保护 路堤。各个设计细节具体参见以下章节。 6 第二章 沿线地质工程条件及评价 2.1 地形、地貌及气候条件 该标段位于成都平原东缘，沿河两岸的冲击平原与沿山深丘构成山岭重丘地貌 区，海拔 1690~1790m。沿线膨胀土分布广泛，路线位于安宁河中段，主要为侵蚀堆 积河谷平原地貌和侵蚀构造陇装中山地貌，可分为峡谷区和宽谷区。峡谷区两岸为褶 皱侵蚀中山地貌，基岩裸露，山麓及山坡有多期夷平作用形成的缓斜坡地貌，覆盖有 后层的松散堆积物，山顶、山坡上覆盖有厚薄不均的残坡积，崩坡积物；宽谷区侧大 面积分布第四系冲洪积、冰水堆积、泥石流堆积物等，形成漫滩、多级阶地和冲积、 冰水扇、泥石流扇等地貌。 路线经过地区为典型的亚热带气候，干热少雨、旱雨季明显，夏季多雨，冬季多 风，日照充足，气候垂直差异大。该区属湿润季风气候区，年平均降水量 900~1100 毫米，最大为为 1300 毫米，最小为 729 毫米。测区内降雨多以暴雨或阵雨为特征、 地域性强、中心集中、易发生洪水、泥石流、滑坡、崩塌等自然地质灾害。全年平均 气温 17.4~19.4℃，无霜期 294 天；春早，夏热，秋短，冬温，气候温和，热量充沛。 2.2 地质构造及地震 沿线地层由老到新如下： （1）下元古界震旦系（Pt1） 变质石英砂岩：灰色，矿物成分以石英为主，具变余结构，中～厚层状结构。 辉绿岩：绿灰色，矿物成分以辉石、长石为主，辉绿结构，块状结构。 前震旦系晋宁期花岗岩（γ2 1），褐黄色、褐红色、褐灰～灰白色，中～粗粒自形～ 半自形结构，块状结构。 （2）中生界三叠系（T） 测区主要出露中生界三叠系印支期花岗岩（Tr）. 三叠系印支期花岗岩（Tr）:青灰、灰黑色，中~粗粒结构，块状构造。全风化层 质软，呈粗粒状：强风化层岩裂隙非常发育，岩芯破碎呈碎石状：弱风化层岩体裂隙 发育，岩芯较完整，呈块石状或柱状，岩质坚硬。 （3）第四系（Q） 第四系全新统冲积层（Q4 al）：分布在安宁河河漫滩上，呈二元结构，上部为粉土 7 质砂，厚度薄，一般在 2 米以内，下部为漂、乱石土，稍密~密实，卵石成分为花岗 岩、石英岩、玄武岩等，质硬，呈亚圆~圆状。 第四系全新统崩坡积层（Q4 c+dl）:多分布在斜坡坡脚地带，厚薄不均，土性以快 碎石土为主，结构松散~稍密。 地震状况： 路线通过的地震带为龙门山地震带，此区地质构造复杂，构造断裂纵横分布，大 多数现今仍有活动迹象。 地震情况在“5.12”尤为严重。 沿线的地震震动峰值加速度为0.05g 和0.1g，对应的地震烈度为 VI 度和 VII 度。 2.3 地质水文评价 区内水系主要为安宁河水系，属金沙江的二级支流，自北向南径流。 路线通过区域，主要分布于阶地上部坡洪积、滑坡堆积等松散层中，主要由于沟 渠渗漏、农田用水及大气降水形成，分布不均，无统一水位。路线范围内存在有滑坡、 崩塌、泥石流、地震液化等不良地质现象。 2.4 筑路材料评价 沿线花岗岩储量丰富，开采方便，岩质坚硬，料、块、片石材料非常丰富。此外， 安宁河及沿线天然河流中，卵碎石和天然砂储量较丰富，便于采购。砂砾石主要用于 混凝土细骨料和路面底基层，能满足线路建（构）筑物要求。水泥，钢材，木材可在 当地区县物资公司采购。 筑路材料采挖和采购方便，在沿线的护坡、挡墙及石拱涵的施工时，可以从沿线 就进的采石场购买块石、片石等石材。便于合理利用沿线的材料，也可降低工程费用， 节约资源。 8 第三章 选线 3.1 布线线原则 3.1.1 布线原则 路线位于山岭重丘区，在布线时充分考虑地形地貌因素，进行布线。 （1）应针对路线所经地域的生态环境、地形和地质的特性与差异，按拟定的各 控制点，由面到带，由带到线，由浅入深，由轮廓到具体，进行比较、优化与论证。 同一起终点内有多个可行方案时，应对各个方案进行同等深度比较。 （2）影响选择控制点的因素多且相互关联、又相互制约，应根据公路功能和使 用任务，全面权衡、分清主次，处理好全局与局部的关系，并注意由于局部难点的突 破而引起的关系转换给全局带来的影响。 （3）应对路线所经区域、走廊带及其沿线的工程地质和水文地质进行深入调查 勘测，查清其对公路工程的影响程度。遇到有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软 土、泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待，视其对路线的影响程度，分别对绕、避、 穿等方案进行论证比选。当必须穿过时，应当选择合适的位置，缩小穿越范围，并采 取切实可行的工程措施。 （4）应当充分利用建设用地，严格保护农用耕地。 （5）国家文物是不可再生的文化资源，路线应尽量避让不可移动的文物。 （6）保护生态，并同当地生态景观相协调。 （7）高速公路、具有干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相连接时， 以接城市环线或以直线连接为宜，并与城市发展规划相协调。 （8）路线设计是立体线形设计，在选线时即考虑平、纵、横面得相互间组合与 合理配合。 3.1.2 选线步骤 （1）选线可采用纸上定线或现场定线的方法。 高速公路、一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法。 （2）选线应在广泛收集与路线方案有关的规划、计划、统计资料，相关部门的 个中国地形图、地质、气象等资料的基础上，深入调查、勘测，并运用遥感、航测、 GPS、数字技术等新技术，确保其勘测工作的广度、深度和质量，以免遗漏有价值的 9 比较方案。 3.2 选线过程 3.2.1 选线整体思路 在电子地图上整体观察，记住基本的控制点，然后进行选线。 （1）选好控制点，以备选线时考虑。 （2）记住需要绕避的河流，大型厂矿，山丘等。 （3）开始选线，根据预先选好的控制点根据规范要求进行选线。 （4）选线好了之后，再从不同的角度考虑，选择备选路线，以备考虑更改路线。 （5）在选好的路线上，设置平曲线，根据地形地貌和需要绕避的构筑物和自然 状况，根据规范选择合适的曲线半径和缓和曲线（回旋线）长度。 （6）初步选线确定后，再根据地图上的地形地貌、地貌作方案修改以达到在规 范范围内与地形、地貌相融合。选择合理的路线，控制造价，节约资源。 3.2.2 比选方案 该地区为山岭重丘区，设计车速为 80km/h，考虑道路等级和沿线地质水文情况， 结合道路线形设计的技术标准和基本原则进行选线。地形图上山岭、平坝地区分布清 晰，山岭之间有可供路线通过的垭口，选线时首先应尽量避开大型建筑物和山体，另 外，在路线区域有采石厂，路线尽量避让。本地区的河谷分布不多，这样相应的过水 桥涵工程量相应会少些，因此本次设计选线的过程主要是处理好路线与沿线建筑物， 按照全面布局，逐段安排原则，本设计总共选用了两条路线，以便进行方案的比选， 从而选出最优路线。 方案比选过程：方案一与方案二走向大致相同，都要占大量农田。 方案一： 1、路线部分地段需要占一个采石场。 2、路线经过的最大高程达到了 1788，高程起伏突变较大，挖方量相对较大。 3、需要拆除部分房屋。 方案二： 1、路线需占两个采石场，路线通过一个鱼塘。 2、路线经过的最大高程为 1787，高程起伏突变较小，挖方量相对较小。 3、需要拆除少量房屋。 综上所述：经过综合考虑采用方案二。 10 第四章 平面设计 道路是带状的三维空间结构实体，一般由线形、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道 和沿线设施等组成。为了研究和设计上的方便，通常把它分解为路线的平面设计、纵 断面设计和横断面设计。三者既需要分别进行设计，又需要综合考虑。道路平面设计 就是在平面图上研究确定路中线几何形状的原理和方法的工作。 直线是最简单的平面线形。然而从道路的起点到终点之间往往不能用一条直线将 其连接起来。由于受到地形、地物等因素的制约，路线在平面上往往出现很多的转折， 为了保证行车的安全性喝平稳性，在转折处需要用圆曲线加以连接。如果圆曲线的半 径较小，还要进行曲率过渡，即加设缓和曲线。所以，道路的平面线形要素是由直线、 圆曲线和缓和曲线构成的，通常称之为“平面线形三要素”。直线是曲率为零的线形， 圆曲线是曲率为常数的线形，缓和曲线是曲率逐渐变化饿线形。三要素是道路平面线 形最基本得组成，在道路上各要素所占比例难以量化规定，但只要各要素使用合理、 组合得当，均可以得到较为理想的平面线形。 4.1 平面线形要素及设计原则 4.1.1 平面线形要素 （1）直线 作为平面线形要素之一的直线，在公路和城市道路中的使用最为广泛，当地势平 坦、地物障碍较小时，定线人员往往首先考虑使用直线通过。汽车在直线上行驶时受 力简单、方向明确、驾驶操作容易；同时，路线测设简单、方便。 直线同时具备缺点：直线线形灵活性差，难以与地形、地物等周围的环境相协调； 过长的直线易使人感到单调、疲倦、注意力难以集中；直线路段上难以目测车辆之间 的距离；长直线容易导致高速行车，引发交通事故等。因此，在运用直线线形和确定 其长度时，需要谨慎对待，尽量不采用过多过长的直线线形。 （2）圆曲线 圆曲线也是道路平面设计中最常见的线形之一，各级公路和城市道路不论转角大 小，在转折处均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线的主要组成部分。圆曲线具有易于 与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，故使用十分广泛。 （3）缓和曲线 11 缓和曲线是道路平面线形要素之一，它设置在直线与圆曲线之间或两个圆曲线之 间的曲率半径逐渐变化的线形。《标准》规定，除四级公路可不设置缓和曲线外，其 余各级公路在半径小于不设超高最小半径时都应设置缓和曲线。在高速公路和城市道 路上，缓和曲线得到了广泛运用。 4.1.2 设计原则 （1）直线 宜采用直线路段 A． 不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地。 B． 市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区。 C． 长大的桥梁、隧道等构造物路段。 D． 路线交叉点及其前后。 E． 为双车道公路提供超车的路段。 直线路段的注意事项 A．长直线上的纵坡不宜过大，因为长直线与下陡坡相重合的路段更容易导致高 速行驶 B．长直线尽头的平曲线半径应尽量大一些，以保证线形的连续性，除了保证曲 线超高、视距等符合相应的规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等必要 的安全措施。 C．为了缓和长直线带来的呆板，长直线宜与大半径凹形竖曲线组合为宜。 D．道路两侧地形过于空旷时，宜采用不同的植被条件或设置建筑物雕塑、广告 牌等各种措施，以改善单调的景观。 直线长度原则 A．直线的最大长度。我国在道路设计中参照国外的经验，根据德国和日本的规 定：直线的最大长度（单位为20v）（v—设计速度，km/h）。一般情况下应尽量避免追 求过长的直线指标。 B．直线的最小长度。为了保证行车安全，相邻两曲线间具有一定的直线长度。 这个直线长度是指前一曲线的终点（缓直 HZ 或圆直 YZ）到后一曲线起点（直缓 ZH 或直圆 ZY）之间的长度。 对于最小直线长度：JTG D20—2006 《公路路线设计规范》（以下简称规范）规 定同：设计速度大于或等于60km/h 时，同向圆曲线的最小长度（以 m 计）以不小于 12 设计时速（以 km/h 计）的6倍为宜；反向圆曲线间的最小长度（以 m 计）以不小于设 计时速（以 km/h）的2倍为宜。设计时速小于或等于40km/h 时可参照上述规定执行。 （2）圆曲线 A．各级公路平面不论转角大小，均应设置圆曲线。在选用曲线半径时，应与设 计时速相适应。 B．圆曲线半径应按设计速度规定来选用。在设计时速为8km/h 时，一般最小半 径为400m，极限最小半径为250m。一般值为正常情况下的采用值，极限值是条件受限 制时采用的值。 C．圆曲线半径不宜超过10000m。 （3）回旋线 A．除四级公路外，各级公路在规范表7.4.1不设超高圆曲线最小半径想接连处， 应设置回旋线。 B．半径不同的圆曲线径相连接处，应设置回旋线。但符合下列条件时可以不设 置回旋线：小圆半径大于规范中表7.4.1规定时；小圆半径大于规范表7.4.2规定，且 符合小圆按最小回旋线长度设置回旋线时，大圆与小圆的内移值之差小于0.1m，设计 时速大于或等于80km/h，大圆半径与小圆半径之比小于1.5，设计时速小于80km/h， 大圆半径与小圆半径之比小于2。 C．回旋线长度规定如规范表7.4.3。回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增长。 圆曲线按规定需设置超高时，回旋线长度还应大于设置超高过度段长度。 4.2 平面线设计 4.2.1 平面线形总体设计 成得南高速公路第二标段施工图设计，全线总长4491.373m。全线共设置3个平曲 线，每个曲线均设置有缓和曲线。路线设置4段直线，从起点开始，分别长1490.954m， 481.883m，603.240m，558.095m。所设置的曲线，缓和曲线，前后缓和曲线和后缓和 曲线长度设置相同，分别为：交点1，半径900m，缓和曲线长120m；交点2，半径600m， 缓和曲线长160m；交点3，半径750m，缓和曲线长100m。 4.2.3 平面线形各参数数据 直线段1：1490.954m； 直线段2：481.883m； 直线段3：603.204； 13  180.20 R Ls 直线段4：558.095； JD1：R1=900m；Ls=120m；Lh=386.723m；Th=194.437m；Eh=10.646m；Jh=2.151m； JD2：R2=600m；Ls=160m；Lh=603.092m；Th=312.836m；Eh=45.267m；Jh=22.580m； JD3：R3=750m；Ls=100m；Lh=367.385m；Th=185.220m；Eh=12.640m；Jh=3.054m； 4.2.4 具体设计过程 在选定了选线方案，确定了路线交点后，进行曲线要素的计算，本设计按新建高 速公路标准设计，计算行车速度为 80km/h，极限最小半径为 250m，一般最小半径为 400m，根据实际地形，结合地质条件、规划等各方面情况，同时结合平面路线设计标 准，本段共设了 3 个交点，取值分别如下：JD1 处平曲线半径为 900 米，缓和曲线长 120m，平曲线长度为 386.723m；JD2 处平曲线半径为 600 米；缓和曲线长 160m，平 曲线长度为 603.092m，JD3 处平曲线半径为 750 米；缓和曲线长 100m，平曲线长度 为 367.385m，均满足设计标准的要求。然后在 CAD 图上量取两相邻交点的直线距离， 同时结合起终点的坐标，可算出交点的坐标，然后计算各直线的坐标方位角，进而计 算出转点处的转角值，具体如下： 具体结果可由下列公式计算， （1）切线角公式： （2）曲线要素公式：内移值： 切线增值： 切线长： 曲线长： 外距： 切曲差： hhh LTJ  2 （4-7） )14(  3 42 238424 R L R Lp ss  )24(  2 3 2402 R LLq ss  )34(    qpRTh  2tan  )44(  sh LRL  180  )54(    RpREh  2sec  )64(  14 （3）旋曲线参数公式 A= RLs = （4-8） （4）主点桩号的计算公式： 直缓点： hTJDZH  （4-9） 缓圆点： sLZHHY  （4-10） 圆缓点： )2( sh LLHYYH  （4-11） 缓直点： SLYHHZ  （4-12） 曲中点： 交点(校核)： 由在第三章选线中，在方案比选后，已选择了最佳方案。故此处路线要素校正， 只计算最佳方案之路线要素，即方案二之路线要素。 1、平曲线已知条件 起点 A A： X= .5911 Y= .5689 JD1： X=.2152 Y= .5388 JD2： X=.8018 Y= .3450 JD3： X=.8206 Y=.6847 终点 B B ： X= .2574 Y= .6749 交点间的直线长度：A-JD1（ 1l ）：1685.391m JD1-JD2（ 2l ）：989.156m JD2-JD3（ 3l ）：1101.296m JD3-B（ 3l ）：743.314m 2、各交点的转角及其曲线要素的计算: JD1 的转角及其曲线要素的计算: （1） JD1 转角的计算 由平面图的几何关系可得出 JD1 的转角 1 =-16°58′48.4" 左偏 取 R =900m 缓和曲线长度： ss LLL :: =1:2:1 1803  RLs  2 hLHZQZ  )134(  2 hJQZJD  )144(  15 =88.908m 设计速度 80 km/h 缓和曲线最小长度 70m 所以缓和曲线长度 sL 取 5 的整数倍，缓和曲线可取 90m。为使线形连续协调，最 终和缓和曲线取 sL =120m。 （2） JD1 曲线要素的计算： 取 sL =120m> minL =70m ，则 JD1 的曲线要素为： =0.667m =59.991 m 切线长： =194.437m 曲线长： =386.723m 外 距 ： =10.646m 切 曲 差 ： hhh LTJ  2 =2.151m （3） 回旋曲线参数计算： A= RLs = 900120 =328.634, 满足 R/3≤A≤R 的关系 （4） 主点桩号计算： 已知 JD1 桩号： 起点桩号+ 1l = K1+685.391 直缓点： hTJDZH  = K1+490.954 缓圆点： sLZHHY  = K1+610.954 圆缓点： )2( sh LLHYYH  = K1+757.677 缓直点： SLYHHZ  = K1+877.677 曲中点： QZ=HZ- 2 hL =K1+684.316 3 42 268824 R L R Lp ss  2 3 2402 R LLq ss    qpRTh  2tan  sh LRL  180    RpREh  2sec  16 交点(校核)：JD=QZ+ 2 hJ = K1+685.391（校核无误） JD2 的转角及其曲线要素的计算: （1） JD2 转角的计算 由平面图的几何关系可得出 JD1 的转角 1 =42°18′43.9" 右偏 取 R =600m 缓和曲线长度： ss LLL :: =1:1:1 =147.696m 设计速度 80km/h 缓和曲线最小长度 70m 所以缓和曲线长度 sL 取 5 的整数倍，缓和曲线可取 150m。为使线形连续协调， 最终和缓和曲线取 sL =160m。 （2） JD2 曲线要素的计算： 取 sL =160m> minL =70m ，则 JD2 的曲线要素为： =1.778m =79.953m 切 线 长 ： =312.836m 曲线长： =603.092m 外 距 ： =45.267m 切曲差： hhh LTJ  2 =22.580m （3） 回旋曲线参数计算 ： A= RLs = 600160 =309.839, 满足 R/3≤A≤R 的关系 （4） 主点桩号计算 1803  RLs  3 42 268824 R L R Lp ss  2 3 2402 R LLq ss    qpRTh  2tan  sh LRL  180    RpREh  2sec  17 已知 JD2 桩号：起点桩号+ 1l + 2l - hJ = K2+672.396 直缓点： hTJDZH  = K2+359.560 缓圆点： sLZHHY  = K2+519.560 圆缓点： )2( sh LLHYYH  = K2+182.111 缓直点： SLYHHZ  = K2+802.653 曲中点： = K2+661.106 交点(校核)： （校核无误） JD3 的转角及其曲线要素的计算: （1） JD3 转角的计算 由平面图的几何关系可得出 JD1 的转角 1 =20°25′36.2" 左偏 取 R =750m 缓和曲线长度： ss LLL :: =1:2:1 =89.128m 设计速度 80km/h 缓和曲线最小长度 70m 所以缓和曲线长度 sL 取 5 的整数倍，缓和曲线可取 90m。为使线形连续协调，最 终和缓和曲线取 sL =100m。 （2） JD3 曲线要素的计算： 取 sL =100m> minL =70m ，则 JD3 的曲线要素为： 2 hLHZQZ  672.396K2 2  hJQZJD 1803  RLs  18 =0.555m =49.993m 切 线 长 ： =185.220m 曲 线 长 ： =367.385m 外 距 ： =12.640m 切曲差： hhh LTJ  2 =3.054m （3） 回旋曲线参数计算 ： A= RLs = 750100 =278.816, 满足 R/3≤A≤R 的关系 （4） 主点桩号计算 已知 JD3 桩号：起点桩号+ 1l + 2l - hJ = K3+751.112 直缓点： hTJDZH  = K3+565.893 缓圆点： sLZHHY  = K3+665.893 圆缓点： )2( sh LLHYYH  = K3+833.278 缓直点： SLYHHZ  = K3+933.278 曲中点： = K3+749.586 交点(校核)： （校核无误） 3、反向曲线之间直线长度的反算过程 3 42 268824 R L R Lp ss  2 3 2402 R LLq ss    qpRTh  2tan    RpREh  2sec  2 hLHZQZ  751.112K3 2  hJQZJD sh LRL  180  19 已知，交点间的直线长度： A-JD1（ 1l ）：1685.391m JD1-JD2（ 2l ）：989.156m JD2-JD3（ 3l ）：1101.296m JD3-B（ 3l ）：743.314m 1hT = 194.437 2hT = 312.836 3hT = 185.220 故： 曲线 1 和曲线 2 之间的直线长度为： 989.156 – 194.437 – 312.836＝481.883m>200m（2V） 满足要求。 曲线 2 和曲线 3 之间的直线长度为： 1101.296-312.836-185.220=603.240 满足要求。 4.3 平面设计的整理 通过线路初选的比对后，选择好最佳方案。通过平面线形要素的验算合格后，用 CAD 在电子地图上确定平面线形。 第五章 纵断面设计 20 5.1 纵断面设计原则 高速公路、一级公路应考虑通道、农田水利等方面的要求。 1、纵断面线形设计应对地形、地质、水文、地下管线、气候和排水等进行综合 考虑，线形应平顺而圆滑。 2、纵坡设计应考虑填挖平衡，并利用挖方就近做填方，以降低造价、节省用地， 减轻对自然地面横坡与景观的影响。山岭重丘区地形应考虑纵向填挖平衡，尽量使挖 方运作就近路段填。 3、相邻纵坡之代数差较小时，宜采用较大的竖曲线半径。 4、路线交叉处前后的纵坡应平缓。 5、位于积雪或冰冻地区的公路，应避免采用陡坡。 5.2 纵断面设计标准 5.2.1 纵坡设计标准 1、最大纵坡 是道路纵断面设计的重要控制指标，直接影响路线长短、线形的好坏、使用质量 的好坏、工程数量和运输成本。制定最大纵坡的依据是汽车的动力特性、道路等级、 自然条件、车辆安全行驶以及工程、运营经济等因素制定的。由文献[1]可知，设计 车速 80km/h，最大纵坡为 5％；设计车速在 120Km/h，100Km/h，80Km/h 的高速公 路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证合理，最大纵坡可增大 1％； 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%。任意连续 3km 路段的平均纵 坡不应大于 5.5%。 2、最大纵坡长度 长距离的陡坡对行车不利，连续上坡发动机过热影响机械效率，使行驶条件恶化， 下坡则因制动频繁而危及行车安全，故应对纵坡最大长度有所限制。由文献[1]可知 可知，在本次设计车速（80km/h）情况下，纵坡为 3％时，最大坡长为 1100m；纵坡 为 4％时，最大坡长为 800m；纵坡为 5%时，最大坡长为 700m；纵坡为 6%时，最大 坡长为 500m。 3、最小纵坡长度 由文献[1]可知，本设计车速的最小坡长为 200m。 4、缓和坡段 21 在连续陡坡长度大于最大坡长限制的规定时，根据文献[1]在不大于最大坡长所规 定的长度处设置不大于 3％的纵坡，称为缓和坡段，坡长应满足最小坡长的规定，本 次设计无需设置缓和坡段。 5、合成坡度 它是指在有超高的路段上，由路线纵坡和超高横坡或路拱横坡组合所构成的坡 度，其值用下式计算： I= 22 iih  （5-1） 其中，I——为合成坡度%； hi ——为路线纵坡%； i ——为超高横坡% 由文献[2]可知，本次设计的最大合成坡度为 10.5％。 6、最小纵坡 为防止积水渗入路基而影响起稳定性，由文献[2]可知，最小纵坡设为 0.3％。一 般情况下以不小于 0.5%为宜。 7、平均纵坡 是指由若干坡段组成的路段所克服的高差与路线长度之比，是衡量线形质量的重 要指标： 式中 均i ——连续陡坡路段的平均纵坡 % il ——i 坡度的实际坡长，m 8、桥头上及桥头纵坡 小桥与涵洞处的纵坡与路线相同，大中桥纵坡不宜大于 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，其长度不宜小于 3s 设计 速度行程。 5.2.2 竖曲线设计标准 1、竖曲线最小半径 竖曲线有凸形和凹形两种，在本设计车速下，由文献[2]可知，凸形竖曲线半径一 般最小值为 4500m，极限最小值为 3000m，满足视距要求的最小值为 12000m；凹形 竖曲线半径一般最小值为 4500m，极限最小值为 3000m，满足视距要求的最小值为 8000m。 2、竖曲线最小长度 i i l ili  均 )25(  22 规定汽车在竖曲线上 3s 的行程时间控制竖曲线最小长度，本设计车速下，为 70m。 5.3 平纵组合设计 5.3.1 平纵组合设计原则 1、应保持线形在视觉上连续性,能自然地引导驾驶员的视线,使之在高速行驶的情 况下,能安全舒适地行车。 2、注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡，使线形在视觉和心理方面保持 协调。 3、选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。 4、注意与道路周围自然环境和景观的配合。 5.3.2 直线与纵断面的组合 1、平面直线与纵面直线组合 从视觉心理分析来看，由于这种线形单调、枯燥、在行车过程中视景无变化，容 易使司机产生疲劳和超车频繁，因而在组合时一般应避免这种情况。 2、平面直线与竖曲线组合要素 只要路线有起伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化略加转折， 并把平、竖曲线合理地组合，但要避免驾驶员一眼能看到路线方向转折两次以上或纵 坡起伏三次以上。直线与凹形竖曲线组合具有较好的视距条件，咱应避免采用较短凹 形竖曲线，一般以采用大于最小竖曲线半径约 3～4 倍为宜，以避免产生折点。直线 与凸线竖曲线组合线形视距条件差，线形单调，应尽量避免。 5.3.3 平曲线与纵断面的组合 1、平曲线与纵断面组合要素 只要平曲线半径选择适当、平面的直线与圆曲线组合恰当，在透视图上显示的视 觉效果应是良好的。组合时要注意平曲线半径过小，直线长度过短等都将在视觉上产 生折曲现象。 2、平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 使平曲线和竖曲线相对应，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“平包竖”。如果平曲线的中点与竖曲线的顶（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。 平曲线与竖曲线大小应保持均衡，平曲线半径小于 1000m，竖曲线半径大约为平 曲线半径的 10～20 倍，便可达到均衡的目的。 23 选择适宜的合成坡度最大合成坡度不宜大于 8%，最小合成坡度不宜小于 0.5%。 平、竖曲线应避免组合： （1）避免凸形竖曲线顶部与凹形竖曲线底部与反向平曲线的拐点重合。 （2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。 （3）避免在凸形竖曲线顶部与凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。 （4）在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的、半径小的竖曲线。 避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线。避免出现“暗凹”，“跳跃”等不良 现象。 （5）平、竖曲线半径都很小时不宜重合，此时应将两者分开，把二者拉开相当 距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。 5.4 纵断面设计 纵断面线形设计应根据道路登记、沿线自然条件和构造物控制高程等，确定路线 合适的高程等，确定路线合适的高程、变坡点、各坡段的纵坡和坡长设计竖曲线及与 平面线形的组合。 5.4.1 纵断面设计过程 1、根据平面地形图上已知的等高线，每隔 20m 确定各个里程桩的地面高程。 2、绘制完地面线后，绘出平面直线，平曲线，以便之后的平纵的组合设计，结 合区域内实际地形地貌，在路线纵断面图上选择控制点。 3、根据已选的控制点，结合纵断面技术指标、选线意图、结合地面起伏变化及 平曲线形，在纵断面图上补充添加控制点，初步定出变坡点位置。 4、结合地面的起伏状况，本着填挖平衡的原则，在小范围内调整各个变坡点及 控制点的桩号、高程及坡度等。填方地段应尽量选设凹形曲线的变坡点；挖方地段应 尽量选设凸形曲线的变坡点，并结合平曲线的起始点，注意满足“平包竖”。变坡点 一般要调整到 10m 整桩号上。 5、根据各设计变坡点的桩号和地面高程，需设桥梁的路段，应使桥梁设在竖曲 线起终点 10m 之外，小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上，为保证行车平顺，应尽 量避免在小桥涵处出现驼峰式纵坡。 根据以下公式计算纵坡坡度： ii＝（Yi+1-Yi）/X （5-3） ωi＝ii+1-ii （5-4) 24 式中：ii——第 i 纵坡坡度，上坡为正，下坡为负； Yi——第 i 变坡点高程; X——第 i～i+1 变坡点之间坡长； ωi——变坡角 当ωi 为“+”时，表示凹形竖曲线，当ωi 为“-”时，表示凸形竖曲线。 6、结合地形、地貌，根据设计标准及规定，并结合平竖曲线匹配的原则，选定 适当的竖曲线半径，然后利用如下公式计算竖曲线的几何要素，同时检查竖曲线设计 是否与平曲线发生冲突。 L ＝ Rω （5-5） T ＝ L/2 （5-6） E ＝ （5-7） 式中：L ——竖曲线长（m）； T ——竖曲线切线长（m）； E ——竖曲线的外距长（m）； ω——坡度差。 7、在路线纵断面图上，描绘出设计线路；然后计算对应桩号的设计高程和填挖 高度，在纵断面图上绘制竖曲线及其要素，加以标注，完成纵断面设计。 5.4.2 纵断面具体设计过程 本路全线共设变坡点 3 个，第一个变坡点在 K1+690 处，第二个变坡点在 K2+660 处，第三个变坡点在 K3+770 处。从起点到第一变坡点坡长为 1690m，满足坡长要求， 纵坡 0.88%；从第一变坡点到第二变坡点纵坡坡长为 970m，满足坡长要求，纵坡为 2.67%；从第二变坡点到第三变坡点纵坡坡长为 1110m，满足坡长要求，纵坡为-2.10%； 从第三变坡点到终点纵坡坡长 721.373m，满足坡长要求，纵坡为-0.31%。 第一变坡点处为凹形竖曲线，半径为 13000m，起点为 K1+573.650，终点为 K1+806.350，对应平曲线起终点为 K1+490.954，K1+877.677，满足平包纵的要求； 第二变坡点处为凸形竖曲线，半径为 10000m，起点为 K2+416.441，终点为 K2+903.559，对应平曲线起终点为 K2+359.560，K2+962.653，满足平包纵的要求； 第三变坡点处为凹形竖曲线，半径为 15000m,起点为 K3+628.387，终点为 K3+911.613，对应平曲线起终点为 K3+565.893，K3+933.278。 R T 2 2 25 5.4.3 竖曲线要素计算 1、第一变坡点竖曲线要素计算： R=13000m 1i =-0.88% 2i =2.67% ω= i2-i1＝1.79%, L=Rω=237.70m T ＝ L/2＝ 116.35m E= Tω/4=0.52m 2、第二变坡点竖曲线要素计算： R=10000m 1i =2.67% 2i =-2.20% ω= i2-i1＝-4.87%, L=Rω=487m T ＝ L/2＝243.5m E= Tω/4=2.97m 3、第三变坡点竖曲线要素计算： R=15000m 1i =-2.20% 2i =－0.31% ω= i2-i1＝1.89%, L=Rω=283.5m T ＝ L/2＝ 141.75m E= Tω/4=0.67m 5.4.4 竖曲线上任意点设计高程计算 竖曲线上任意点设计高程计算用下式计算： 切线高程=变坡点标高－（竖曲线切线长 T－X）×i （5-8） 设计高程=切线高程±Y （5-9） 式中：i 为纵坡度,带正负号计算 Y 为竖曲线上计算点距切线（即坡度线）的纵距 Y=X2/2R （5-10） X＝计算点桩号-竖曲线起点桩号 （5-11） 竖曲线起点桩号＝变坡点桩号-T （5-12） 1、第一变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：1737.62m 前切点高程：1737.62-116.35×0.88％＝1736.59m 后切点高程：1737.62+116,35×2.67％＝1740.72m 其余的每隔 20m 公式 5-8，5-10 计算设计高程。 2、第二变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：1763.51m 前切点高程：1763.51-243.56×2.67％＝1757.01m 后切点高程：1763.51-243.56×2.20％＝1758.15m 其余的每隔 20m 公式 5-8，5-10 计算设计高程。 26 3、第三变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：1739.08m 前切点高程：1739.08+141.61×2.20％＝1742.20m 后切点高程：1739.08-141.61×0.31％＝1738.64m 其余的每隔 20m 公式 5-8，5-10 计算设计高程。 5.4.5 直线段设计计算高程 直线段上的设计高程里可通过切点高程，根据坡度，每隔 20m，依次递减或递增 就可以得到各里程桩号的高程。 5.4.6 反算反向曲线间的直线距离 由文献[2]可知，反向竖曲线间宜插入直线坡段，直线坡段应大于等于 3s 设计速 度行程，本次设计车速 80km/h，即 70m 长的距离，反算如下： 已知，交点间的直线长度： A - 1: 1690m 1 - 2: 970m 2 - 3: 1110m 3 -B: 721.373m T1=116.35m, T2=243.56m, T3=141.61m 故： 曲线 1 和曲线 2 之间的直线长度为： 970-116.35-243.56＝610.09m>70m 曲线 2 和曲线 3 之间的直线长度为： 1110-243.56-141.61＝724.83m>85m 满足要求。 5.5 纵断面设计整理 纵断面设计整理资料见附录纵坡、竖曲线表。 第六章 横断面设计 27 6.1 横断面构造及尺寸 高速公路横断面一般由行车道、中间带、路肩三个部分组成，下面分别介绍横断 面的构造及尺寸。 6.1.1 行车道 行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称，高速公路有四条以上的车道，以中 央分隔带将上下行车辆分开，行车道宽度直接影响公路的通行能力、行车速度、行车 安全，其宽度必须有能满足对向车辆错车、超车或并列行驶以及车辆与路肩之间所必 须的余宽。高速公路的车道数应根据预测交通量、服务水平等确定车道数，对本次设 计车速为80km/h 的高速公路，由文献[1]可知，单条车道宽度为3.75m。 此次设计，单条车道宽度采用3.75m。 6.1.2 中间带 高速公路为保证行车安全必须设置中间带，它是由中央分隔带和两条左侧路缘带 组成，中央分隔带是用来分隔往返车流，避免因快车驶入对向车道而造成严重的交通 事故，路缘带既能引导驾驶员视线，又增加行车所必须的侧向余宽，从而提高行车的 安全性和舒适性。中间带的宽度有一般值和极限值，正常情况下采用一般值，遇到特 殊情况下采用极限值。由文献[1]可知，一般情况下，对于 80km/h 的设计车速，中间 带宽度为 3.00m，其中中央分隔带为 2.0m，左侧路缘带为 0.50m，条件受限时，中间 带宽度为 2.00m，其中中央分隔带为 1.0m，左侧路缘带为 0.50m。 此次设计采用的参数是：中间带宽度为 2.50m，其中中央分隔带为 1.50m，左侧 路缘带为 0.50m。 6.1.3 路肩 高速公路路肩通常由右侧路缘带、硬路肩、土路肩三部分组成，其主要作用是增 加路幅的富余宽度，供临时停车及错车之用，同时为填方路段通车后的路基提供宽度 损失。路肩宽度的确定应在满足路肩功能要求的条件下，尽量采用较窄的宽度，对本 次设计车速为 80m/h 的高速公路，由文献[1]可知，硬路肩宽度一般值为 2.50m，最小 值为 1.50m，土路肩宽度为 0.75m，右侧路缘带宽度一般为 0.5m。 此次设计采用参数为：右侧硬路肩宽度 2.75m；土路肩宽度 0.75m；在右侧硬路 肩内设右侧路缘带，宽度 0.5m。 28 6.1.4 路基宽度 路基宽度即是设置的车道宽度、中间带宽度、路肩宽度的总和，由文献[1]可知， 对于4车道整体式的路基宽，其宽度一般值取24.50m。 此次设计路基采用整体式路基，宽度为24.50m。 6.1.5 路拱 为了利于路面排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称为路拱。路拱有抛 物线形、直线型、折线形、双曲线拱四种形式，其倾斜的大小用百分率表示。路拱坡 度值的确定应有利于行车安全和路面排水，其大小与当地自然条件、设计路面类型等 因素有关。 路拱一般采用直线型，对本次设计的沥青混凝土路面，路拱坡度大小其大小为 1 ％～2％之间，由于土路肩的排水性远低于路面，其横向坡度一般比路面坡度大 1％～ 2％。直线段的硬路肩横坡度与行车道横坡度相同。综合考虑，此次设计路拱直线段 采用 2%的坡率，在有超高渐变的路段路拱按超高渐变要求设计，根据平曲线半径采 用 2%~5%的超高渐变过程。 6.1.6 路基 路基高度指路基设计标高与路中线原地面标高之差，即路堤的填筑厚度或路堑的 开挖深度。但对路基边坡高度来说，则指填方坡脚或挖方坡顶标高与路基设计标高之 差。路基高度是在纵坡设计时就已经确定了的。在设计中，要注意路基最小填土高度， 其必须保证路基不因地面水、地下水、毛细水及冻胀作用的影响而降低其强度和稳定 性。 确定路基边坡坡度是路基设计的根本任务，对于路堤边坡，一般的土质边坡，均 采用1：1.5，当边坡高度高时，下部可改用1：1.75的坡度，以保障路基的稳定；对于 石质路堤边坡，一般采用未风化的石块砌筑，边坡坡度一般可取1：1；对于路堑边坡， 一般情况下，具有一定粘性土质的挖方边坡坡度，取值为1：0.5～1：1.5，个别情况 下，可放缓至1：1.75。此次设计中路堤和路堑边坡采用工程防护加生态防护，以保 障边坡稳定性。 6.2 路基横断面 路基的典型横断面形式有：路堤，路堑和填挖结合三种。 6.2.1 路堤 按其填土高度可划分为矮路堤，高路堤和一般路堤。填土高度在 1～1.5m 的属于 29 矮路堤；填土高度大于 18m（土质）或 20m（石质）的属于高路堤；介于两者之间的 属于一般路堤。 6.2.2 路堑 路堑开挖后，在一定范围内改变了原地层的自然平衡状态，其稳定性主要取决于 地质与水文条件以及边坡的高度及陡度上。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。 6.2.3 填挖结合路基 填挖结合路基兼有路堤和路堑两者的特点，此种形式位于山坡的路基，通常取路 中心的标高接近于原地面标高，目的是为了减少土石方数量，保持土石方数量的横向 填挖平衡。若处理得当，路基稳定可靠，是比较经济的路基横断面形式。 6.3 横断面设计 6.3.1 横断面设计过程 1、在所拟路线上任选 1km 路段进行设计，对路中线上的点每隔 20m 进行一次横 断面量测，左右各量测大约 30（高填、挖方路段延伸到 50m）米，平曲线上特殊点 需读出来。（本设计选取 K0+000~K1+000） 2、点绘横断面的横向地面线。 3、根据路线、路基资料，填写路基设计表，根据路基设计表的成果，将横断面 的填挖值及有关资料抄于相应桩号的断面上。 4、在路基宽度确定的后，按照排水要求，确定边沟、截水沟的形状及尺寸 5、绘制横断面的设计线，俗称“戴帽子”。 设计线应包括路基、边沟、截水沟、加固及防护工程等。 6、计算横断面的填挖面积。 7、土石方计算及调配，完成路基土石方工程数量表。 6.3.2 横断面布置过程 1、横断面布置 由文献[1]可知，在设计车速为 80km/h 的高速公路下，此次设计取 4 车道路基宽 度为 24.50 米，单条车道宽度为 3.75m，路面宽度为 15.00 米，中间带 2.5m(包括两侧 左侧路缘带各 0.50m 在内),路肩宽度为 3.50 米，其中硬路肩为 2.75 米（包括右侧路缘 带 0.50m 在内），土路肩为 0.75 米，采用的路拱横坡为 2%，路肩横坡为 2%。 30 2、加宽 由文献[1]可知，当平曲线半径小于或等于 250 米时，应在平曲线内侧加宽。在设 计中平曲线半径都远大于 250m，不需要加宽。 3、超高值的计算 对于各种中间带宽度，都可绕中央分隔带的边缘旋转；对于车道数大于 4 条的公 路可绕各自行车道中线旋转。本次设计采用绕中央分隔带旋转。由文献[1]可知，路 拱横坡≦2.0%时，不设超高的半径为 2500m，本次选取所选路段横断面设计中圆曲线 半径为 JD2（此处设计详细说明，其余设计见表 6.4），R=600m，小于 2500m，要设 超高。由文献[2]可知，该平曲线上的圆曲线上全超高横坡分别为 5％，在超高缓和段 上要逐渐过渡到全超高，设计车速为 80km/h 超高渐变率为 1/200。 因为在确定缓和曲线长度时已经考虑了超高缓和段的长度，所以一般情况下超高 缓和段的长度与缓和曲线的长度相等。所以取：Lc=160m， Lc 满足 5 的倍数。在全 缓和曲线范围内设超高， Lc 第一缓和曲线从 K2+359.560 处设为超高缓和段起点，终点结束于 K2+519.560， 全长 160m ；第二缓和曲线从 K2+802.653 开始设缓和段，终点结束于 K2+962.653， 全长 160m。 然后利用下表公式计算缓和段的超高值： 表 6-1 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式 超高 位置 行车道外边缘 h1 硬路肩外边缘 h2 土路肩外边缘 h3 双坡 阶段 x≤ x0 曲线内侧 111 )( ibbh xi  2212 ibhh ii  3323 ibhh ii  曲 线 外 侧 硬路肩宽 <2.25 11 0 01 )12( ibx xh  121 0 02 ))(12( ibbx xh  1321 0 03 ))(12( ibbbx xh  硬路肩宽 ≤2.25 220102 ibhh  330203 ibhh  旋转 阶段 x≥ x0 曲线内侧 xxi ibbh )( 11  xii ibhh 212  xii ibhh 323  曲 线 外 侧 硬路肩宽 <2.25 xibh 101  xibhh 20102  xibhh 30203  硬路肩宽 ≤2.25 220102 ibhh  330203 ibhh  31 全超 高阶 段 曲线内侧 bi ibbh )( 11  bii ibhh 212  bii ibhh 323  曲 线 外 侧 硬路肩宽 <2.25 bibh 101  bibhh 20102  bibhh 30203  硬路肩宽 ≤2.25 220102 ibhh  330203 ibhh  中 间 变 量 0x xi xb 注：计算结果为与设计高程之高差，设计高程为中央分隔带外侧边缘高程 表中，b1、b2、b3——行车道（含左侧路缘带）、硬路肩、土路肩宽度； 321 iii 、、 ——分别为行车道、硬路肩、土路肩的横坡度； 321 iii hhh 、、 ——分别为曲线内侧行 车道、硬路肩、土路肩外边缘的超高值； 030201 hhh 、、 ——分别为曲线外侧车道、硬 路肩、土路肩外边缘的超高值；x ——超高缓和段中任意一点至超高缓和段起点的距 离； xi 旋转阶段计算点的横坡度； 1p ——双坡解答超高渐变率； 0x ——双坡阶段长 度；LC——为超高缓和段长度，b——路面加宽值，p——超高渐变率， ci ——超高横 坡， gi ——路拱横坡。 计算结果见 6.4。 6.3.3 路基土石方调配 路基土石方计算及调配土石方计算与调配的主要任务是，计算路基土石方工程数 量，合理进行土石方调运，并计算土石方的运量。路基土石方量的多少是评价公路测 设质量的主要技术经济指标之一。 1、土石方量计算 （1）用 AutoCAD 的面积查询工具查得横断面的挖、填面积（平方米）。 （2）再采用平均断面法求出土石方数量，采用平均断面法：假定两相邻断面之 间为一棱柱体，其体积公式为： (6-1) V ——体积，即土石方量， 3m ； 11 11 1 11 0 0 11 1 1 1 0 660003.0 22,003.02,2 bibi p bixx bipLii ix c b  时当 )003.0)((,003.02, 10 0 1 1 0 11 1   pxxxL iiiix bipiL xi c b xb c x 同时适用于时当 c x L xkbkkb  ，其中高次抛物线过渡； )34( 43 LAAV )(2 1 21  32 1A 、 2A ——相邻两断面的面积， 2m L——相邻两断面之间的距离，m 此设计中取值为：挖方：70%为土，30%为石；填方：30%为土，70%为石。 2、土石方的调配要求 （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应不超过经济运距； （3）一般不做上坡或跨深沟的调运； 土石方调用的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响； （4）考虑对农业的影响，少借少弃，作到修路筑田与还田结合； （5）土方、石方应分别调配，缺土可以石代土，但不能以土代石； （6）回头曲线的土石方调运要优先考虑上、下调运，后纵向调运； （7）土石方集中的路段可单独调运。 3、土石方的调运 横向调运：计算本桩利用、填缺、挖余，在土石方表上依次完成； 纵向调运: （1）采用汽车运输，由于本段 1000 m，在经济运距范围内，故可直接纵向调运； （2）根据填缺、挖余情况结合调运条件拟定调运方案，确定调运方向和调运起 讫点，并用箭头表示，满足就近原则； （3）计算弃方数量，借方数量和总运量,其中，弃方数量=挖余-纵向调运数量， 经计算，本段需要借方（石方）m3。 6.4 横断面设计整理 横断面设计资料的整理详见路基设计表及路基土石方数量表（此处土石方数量设 计表选取段为 K0+000~K1+000）。 第七章 路基防护工程及排水 33 路基防护工程可以加固稳定路基，还可以美化路容，提高公路的使用品质。路基 排水，则涉及沿线的生态平衡以及农田和水利，也是影响路基工程质量的重要因素。 7.1 路基防护工程 路基边坡的防护工程，按其作用不同可分为坡面防护、冲刷防护和支挡防护工程。 坡面防护常用的类型有：种草、铺草皮、植树、抹面、喷浆、勾缝、灌浆、石砌护坡、 护面墙等；冲刷防护有：抛石防护、石笼防护、钉坝、顺坝及格坝铺等；支挡防护工 程主要是挡土墙。防护与加固的重点是路堑边坡。本路段防护工程主要是坡面防护和 支挡防护两类，对一般路段的坡面防护以植被防护为主，对于高填方、深挖方或有地 质灾害的路段，采用预应力锚杆混凝土框架植物防护。支挡防护主要采用挡土墙，在 K0+120～K0+180 路段，为防止填方坡脚拉的过长伸入和阻挡路基填土的侧向压力， 设路堤挡土墙；在 K0+760~K0+800 路段，为防止坡脚的过长延伸和阻挡路基填土的 侧向压力，设置路堤挡土墙；在 K2+310~K0+320 路段，为防止坡脚的过长延伸和阻 挡路基填土的侧向压力，设置路肩挡土墙；在 K2+340~K2+350 路段，为防止坡脚的 过长延伸和阻挡路基填土的侧向压力，设置路堤挡土墙。其设计资料如下： 7.1.1 挡土墙设计资料与断面设计 已知 K0+120～K0+180 路段，挡土墙容重为γ2=2.5KN/m3 ，路堤上填土高 10m ，填土容重γ1=1.85KN/m3 计算挡土墙上墙高：H1=1.81 下墙高：H2=2.71 填料内摩擦角Φ=30° 计算内摩擦角δ=20° 摩阻系数 f=0.65 挡土墙自重计算：由衡重式挡土墙稳定验算表可得： 上墙重：W1=4.60kN 对于墙趾的力臂：Z1= 2.15m 下墙重：W2=17.66Kn 对于墙趾的力臂：Z2= 2.10m 挡土墙自重：G= W1+ W2=4.60kN+17.66kN=22.26 kN 上墙土体重量：E=2.53 kN 对于墙趾的力臂：Z3= 3.53m 上墙土压力:Ea =3.57kN 上墙土体沿 x 方向的分力：E1x=1.78kN 对于墙趾的力臂：Z1x= 0.66m 上墙土体沿 y 方向的分力：E1y=3.09kN 对于墙趾的力臂：Z1y=0.38m 下墙土压力:Ea =4.03 kN 下墙土体沿 x 方向的分力：E2x=4.03kN 对于墙趾的力臂：Z2x= 1.20m 下墙土体沿 y 方向的分力：E2y=0.07kN 对于墙趾的力臂：Z2y=0.30m 34 1、 挡土墙稳定性验算： （1）抗滑稳定性验算： 由可知：容许抗滑稳定性系数[Kc]取 1.3。基底摩阻系数 f 取 0.65 抗滑稳定系数： Kc=[（G+ E1y+ E2y）—（E1x + E2x）×0.01] ×f ／[（E1x + E2x）－（G+ E1y+ E2y） ×0.01]= [（22.26+ 3.09+ 0.07）—（1.78+4.03）×0.01] ×0.65 ／[（1.78+4.03） －（22.26+ 3.09+ 0.07）×0.01]=4.43＞[Kc]= 1.3 因此：此挡土墙抗滑稳定性验算满足要求。 （2）抗倾覆稳定性验算： 由已知知：容许抗滑稳定性系数[K0]取 1.5。 墙趾的总稳定力矩： ∑My=W1·Z1﹢W2·Z2﹢E·Z3﹢E1y·Z1y﹢E2y·Z2y =4.60×2.15﹢17.66×2.10﹢2.53×3.53﹢3.09×0.38﹢0.07×0.30 =57.10 kN·m 墙趾的总倾覆力矩： ∑M0 = E1x·Z1x＋E2x·Z2x =1.78×0.66﹢4.03×1.20 =6.01 kN·m 抗倾覆稳定性系数: K0＝∑My／∑M0＝57.10／6.01＝9.50＞[K0] ＝1.5 因此，此挡土墙抗倾覆稳定性满足要求。 2、 基底应力验算： 本次设计的地基容许承载力为σmax＝86 Mpa 则[e0 ] ＝86 Mpa 已知 B=2.37 作用于基底合力的法向分力： ∑N＝﹙W1＋W2＋E＋E1y＋E2y﹚·cos(arctan0.01) ＋﹙E1x＋E2x ﹚·sin(arctan0.01) ＝﹙4.60＋17.66＋2.53＋3.09＋0.07﹚×cos(arctan0.01) ＋﹙1.78＋4.03 ﹚·sin(arctan0.01) ＝28.007 kN·m ∑N 对墙趾的力臂： ZN＝﹙∑My－∑M0﹚／∑N＝﹙57.10－6.01﹚／28.007＝1.82m 35 基底面积：A=B×1＝2.37 基底截面模量 W=B2／6＝0.936 基底截面核心面：ρ=W／A＝0.936／2.37＝0.395 本次设计中[e] ＝1.2·ρ＝1.2×0.58＝0.474 m 作用于基底合力的偏心距 e 为： e＝（B／2）／cos(arctan0.01) －ZN＝（2.37／2）／cos(arctan0.01) －1.82 ＝-0.63m＜[e]＝0.696 m 因此，合力偏心距满足要求。 基底最大法向应力:σ1＝∑N／A＋∑M／W ＝[﹙G＋E＋E1y＋E2y﹚／B ] ·﹙1＋6e／B﹚ ＝[﹙22.26＋2.53＋3.09＋0.07﹚／2.37 ] ×﹙1＋6× （-0.63）／2.37﹚ ＝-7.01 Mpa ＜[e0 ] ＝100 Mpa 基底最大法向应力:σ2＝∑N／A＋∑M／W ＝[﹙G＋E＋E1y＋E2y﹚／B ] ·﹙1－6e／B﹚ ＝[﹙22.26＋2.53＋3.09＋0.07﹚／2.37] ×﹙1－6× （-0.630／2.37﹚ ＝4.98 Mpa＜[e0 ] ＝100 Mpa 因此,地基应力满足要求。 7.1.2 编程计算实例 采用采用编程表格进行计算和验算，具体内容参见附录 SⅦ-7。 7.2 路基排水设计 此次设计中，边沟采用矩形横断面，沟深 0.60m，底宽为 0.60m。边沟均用 7.5 号浆砌片石加固。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致，并不宜小于 0.3%，边沟出水口 间距宜缩短。在高挖方路段在护坡平台内侧设计截水沟，沟深 0.60m，底宽为 0.60m。 连续挖方路段设置排水沟或急流槽将边坡内的水排出边坡和路基。 中央分隔带排水可通过路线纵坡排到泻水口，由管道排到边沟或桥涵水道中。路 36 面排水通过路拱向路基两侧排水。 路面内部排水采用边缘排水方案。沿路面外侧边缘设置纵向集水沟和管。渗入路 面结构内的水分，先沿路面结构层的间隙或某一透水层次横向流入由透水性材料组成 的纵向集水沟，并汇流入沟中的带孔（或槽口）集水管内，再由间隔一定距离布设的 横向出水管排引出路基。 7.3 桥涵设计 公路跨越沟谷、溪沟、人工渠道以及排除路基内侧边沟水流时，常常需要修建各 种横向排水构造物。本路段只设置了 10 道涵洞（其中圆管涵 3 处，盖板涵 7 处），大 桥 1 座，天桥 7 处），其具体设计步骤如下： 7.3.1 涵洞设计 （1）先在纵断面上选出设置涵洞的位置。 （2）再在平面图上检查设置涵洞位置是否合理。 （3）根据涵洞的作用、及涵洞所在位置的地理环境，选择在涵洞的类型、跨径。 在本次设计中，考虑到地形的特点，在桩号为 K0+160（直径 1m 圆管涵）， K0+268.56（2m 宽，2.5m 高盖板涵），K0+920（直径 1m 圆管涵），K0+970（4m 宽， 4.5m 高盖板涵），K1+120（4m 宽，4.5m 高盖板涵），K2+040（直径 1m 圆管涵）， K2+383.530（4m 宽，4.5m 高盖板涵），K3+740（2m 宽，2.5m 高盖板涵），K4+292.049 （2m 宽，2.5m 高盖板涵），K4+482.84（2m 宽，2.5m 高盖板涵）处设置了涵洞，涵 洞尽量设置为正交，在与相交路线处尽量满足原路线方向，设置涵洞与路线的夹角在 为 75°或正交。根据当皇帝的过水和排水要求，加之满足通行要求，结合各处材料 的采购获取方便程度和经济成本，在各处设置合适的涵洞类型，和跨径（直径）。 K0+180、K0+920 和 K2+040 设置圆管涵，其余设置成钢筋混凝土盖板涵。 7.3.2 天桥设计 该段路拱设置天桥 7 座，其中人行天桥（主要用于人行和动物通过）2 座，车行 天桥（主要考虑车辆通行）5 座。根据不同位置需要，设置 12~20m∕跨的简支梁桥。 7.3.3 桥梁设计 桥梁 1 座，为预应力混凝土简支梁桥，K1+280 至 K2+600 处为 16 跨 20 米预应力 混凝土简支梁桥，桥长 320 米。 第八章 路面设计 37 路面是直接供车辆行驶的部分，设计的好坏直接影响行车速度、安全和运输成本。 本次设计采用沥青混凝土路面，它是一种多层结构，各组成成分在结构体系中具有不 同的功能，发挥各自的作用。 8.1 路面结构组合设计 路面结构组合应结合交通荷载、环境因素、当地筑路材料等条件，从技术经济角 度出发，选择合理的路面结构体系。本次设计为新建沥青混凝土高级路面，设计年限 为 15 年，按照作用在路面上的行车荷载，在路面结构中所产生的应力和应变随深度 增加而递减的规律，路面结构层材料强度和刚度也应遵循自上而下递减的规律，以便 充分发挥各层次材料的性能，同时考虑到面层强度和刚度高、造价高，而基层、底基 层强度、刚度比面层低，造价也低这一情况，在厚度结合时，宜从上到下由薄到厚， 以达到经济的目的。由于面层直接承受行车荷载，故高速公路的沥青面层宜采用前辈 设计人员的三层结构，高速公路的沥青层厚度宜为 12～18cm。基层主要是承受行车 荷载应力的承重层，应该具有强度、刚度和稳定性。高等级路面宜采用强度和和刚度 较高的沥青稳定类或无机结合料稳定类，而底基层那顾客充分利用当地筑路材料，采 用强度、刚度稍低的材料，由于本路段沿线出露大面积玄武岩，岩质坚硬，料、块、 片石材料非常丰富，且开采较为方便。另外，白云岩、卵碎石和天然砂储量较丰富， 故底基层考虑采用级配碎石结构。由于本地区的路基类型为干燥路基类型，故可考虑 不设垫层。为了保证路面结构层之间传递应力的连续性和结构的整体性，层间结合应 尽量紧密稳定。 8.2 路面结构设计 通过路面结构层组合分析，再综合沿线交通量、水文地质、沿线筑路材料，拟定 的路面材料如下： 面层：沥青混凝土 基层：沥青碎石 底基层：石灰土、天然砂砾 8.3 路面结构层厚度设计 8.3.1 相关资料和控制指标 我国现行沥青路面设计方法，采用双圆垂直均布荷载下的多层弹性层状理论，以 路表设计弯沉值作为路面整体刚度的设计控制指标。对高速公路沥青混凝土面层和半 38 刚性基层、底基层，应对层底弯拉应力进行验算。 本路段设计车速为 80km/h，交通量增长率为 13.5%，公路按自然区划属Ⅴ2 区， 地下水位 1m，平均填土高度>2m，地表土质由由灰黄、灰白等色的粘土、淤泥质粘 土，砂粘土、细砂和粉砂相互沉积而成，结构稍密，局部松散，结合有关规范，本路 段路基干湿类型为干燥类型。 8.3.2 具体设计过程 1、车道数的确定： 由文献[2]可知，高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车 道公路。 四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通 25000~55000 辆； 六 车 道 高 速 公 路 应 能 适 应 将 各 种 汽 车 折 合 成 小 客 车 的 年 平 均 日 交 通 两 45000~80000 辆； 八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通两 60000~辆； 由文献[2]可知，高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按 20 年预测 交通量预测见下表： 表 8-1 近期交通量预测表 注：高速公路年增长率 13.5%。 由文献[1]可知，交通量换算采用小客车为标准车型。确定公路登记的各汽车代表 车型和车辆折算系数规定如下表： 表 8-2 各汽车代表车型与车辆折减 汽车代表类型 汽车代表车型 说明 路面等级 车型 流量 一级公路（辆/日） 高速公路（辆/日） 跃进 NJ130 车 630 500 解放 CA10B 车 1230 800 黄河 NJ150 车 255 350 东风 EQ140 车 155 235 小客车 460 1000 39 小客车 1.0 ≤19 座的客车和载质量≤2t 的 货车 中型车 1.5 >19 座的客车和载质量>2t～≤ 7t 的货车 大型车 2.0 载质量>7t～≤14t 的货车 拖挂车 3.0 载质量>14t 的货车 0N =500×1.5+1000×1.5+350×2+240×1.5+500×1.0=4002.5≈4003 1 0 )1(  n d NN  = 1-2013.5%)(14688  =44392.2≈44392 0N ——起始年平均日交通量  ——年平均增长率 n —— 设计年限 因为 25000≤ dN =44392≤55000，所以该高速公路选用 4 车道。 2、轴载分析：路面设计以双轮组单轴载 100KN 为标准轴载。 （1）当以设计弯沉为指标及验算沥青层底拉应力时：各级轴载换算采用以下公 式，小于 25KN 的不计。 式中： N——标准轴载的当量轴次（次/日）； ni——被换算车辆的各级轴载作用次数（次/日）； P——标准轴载（KN）； Pi——被换算车辆的各级轴载（KN）； C1——轴数系数； C2——轮组系数，单轮组为 6.4，双轮组为 1；k 表示被换算车辆的类型数。 当轴间距大于 300 时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为 m；当轴检举 小于 3m 时，按双轴或多轴计算，轴数系数按以下公式计算： C1=1+1.2(m-1)， （8-2） m——轴数； 计算结果见下表： 表 8-3 预测交通量组成 35.4 1 21        P PnCCN i i k i )18(  40 车型 前轴重/KN 后轴重/KN 后轴数 后轴轮组数 交通量（辆/日） 跃进 NJ130 16.20 38.30 1 双 500 解放 CA10B 19.40 60.90 1 双 800 黄河 JN150 49.00 101.60 1 双 350 东风 EQ140 23.70 69.20 1 双 235 小客车 <20.00 <20.00 1 单 1000 表 8-4 轴载换算结果汇总（以弯沉为标准时） 高速公路沥青路面的设计年限为 15 年，由文献[5]可知：4 车道的车道系数为 0.4～ 0.5。此处取 0.45，则累计当量轴次为： (2)当验算半刚性基层层底层底拉应力时：各级轴载采用以下公式换算，大于 50KN 车型 Pi/KN C1 C2 Ni/( 辆 / 日) C1﹒C2. 35.4      P Pn i i 跃进 NJ150 后轴 38.30 1 1 500 5.38 解放 CA10B 后轴 60.90 1 1 800 92.51 黄河 JN150 前轴 49.00 1 6.4 350 100.60 后轴 101.60 1 1 350 375.02 东风 EQ140 后轴 69.20 1 1 235 47.37 合计： 35.4 1 21       P PnCC i i k i 620.88 次09.429257145.088.620135.0 365]1)135.01[( 365]1)1[( 15 1     NN t e )38(  8' 1 ' 2 ' 1 '        P PnCCN i i k i 41 的轴载不计， 式中， '1C ——轴数系数， '1C ＝1+2（m-1），m 为轴数； '2C ——轮组系数，单轮组为 18.5，双轮组为 1.0， 计算结果见下表： 表 8-5 轴载换算结果汇总 则用于验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次为： （8-5） 2、路面结构组合设 计 由文献[5]可知，高速公路和一级公路路面，面层选择沥青混凝土。面层采用 16cm 沥青混凝土，面层采用三层结构（4cm），表面层(5cm)、中面层和地面层(6cm)。设计 使用年限内一个车道上累计标准轴次大于 400 万次,基层采用 20cm 沥青碎石，底基层 采用 41cm 石灰土和 30cm 天然砂砾。 3、土基回弹模量的确定 该区位于西南潮暖区，且土质以粘性土为主，地理区划为 V2，地下水位为 1m， 高度介于平均填土高度>2m 由文献[8]可知，此高度位于 H1（2.0～2.2），属干燥路基， 由文献[9]可知，路基平均稠度大于 1c =1.08，取ω＝1.15，由文献[9]可知，E0=40MPa。 车型 Pi/KN '1C '2C Ni/(辆/日) 8 ' 2 ' 1      P PnCC i i 解放 CA10B 后轴 60.90 1 1 800 15.14 黄河 JN150 后轴 101.60 1 1 350 379.39 东风 EQ140 后轴 69.20 1 1 235 12.36 合计： 8' 1 ' 2 ' 1 '        P PnCCN i i k i 406.89 )48(  次82.281311045.089.406135.0 365]1)135.01[( 365]1)1[( 15 1 '     NN t e )58(  42 4、确定各层的材料的抗压模量与劈裂强度 按设计弯沉计算厚度时采用 20℃抗压模量，沥青混凝土为 1200MPa，验算面层 底弯拉应力时，采用 15℃抗压模量，沥青混凝土为 1600MPa，沥青碎石为 800MPa， 石灰土为 600MPa，天然砂砾为 200MPa。 各层材料劈裂强度为：沥青混凝土为 1.5MPa，石灰土为 0.25MPa。 初拟路面结构及力学计算参数 表 8-6 设计参数汇总表 材料名称 厚度 /cm 20°C 抗压模量 /Mpa 15°C 抗压模量 /Mpa 允许拉应力 /Mpa 沥青混凝 土 12 1200 1600 0.558 沥青碎石 20 800 石灰土 -- 600 0.102 天然砂砾 30 200 土基 -- 40 5、设计指标的确定 (1) 设计弯沉 用下列公式计算： bsced AAANL   2.0600 （8-6） Ld——路面设计弯沉值（0.01mm） Ne——设计年限内一个车道上的累积当量轴次； Ac——公路等级系数，高速公路取 1.0； As——面层类型系数，沥青混凝土面层为 1.0； Ab——基层类型系数，对半刚性基层、底层基层总厚度等于或大于 20cm 时为 1.0 由公式（8-6）算得：Ld＝600×.09-0.2×1×1×1＝28.29（0.01mm） 综合修正系数： 将五层体系简化成上层为沥青混凝土，中层为沥青碎石以及土基组成的三层体 564.0)7.0 40()65.102000 29.28(63.1 )()2000(63.1 36.038.0 36.0038.0   P ELF d  )78(  43 系。 由 由文献[9]可知： =7.00， 1k =0.99 由文献[9]知： 835.6265.109.5 H 58.403 h cm，采用石灰土厚 41cm 验算沥青官能团面层曾底拉应力 仍以上述求算 3h 时简化的三层体系求解。 抗拉强度结构系数： 对沥青混凝土面层： ce ANA /09.0K 22.0 s   （8-10） Aα——反映沥青混合料性质的混合料级配系数，细、中粒式沥青混凝土为 1.0； 粗粒式俩混凝土为 1.1； (2) 计算材料容许弯拉应力 用下式计算： ssPR K/  （8-11） 式中：， R 为容许拉应力， sp 为劈裂强度， sK 为抗拉强度结构系数。 沥青混凝土 灰土层 MPaK ssPR 526.085.2/5.1/   （8-13） 由 13.1h 5.0160080012 EE 05.08004020 EE 34.4H 由文献[9]可知，拉应力系数已不能从图中查到，表明沥青混凝土层底将手压应力， 50.165.10161 h 05.08004020 EE 564.0564.099.0765.102 02737.01200 2 1 1 2   Fkp lEk   9.5H 4.24.23 1 3 4.2 2 2 800 20030800 60010835.62      h E EhhH n i i i 667.0120080012 EE )88(  )98(  85.20.1/09.42925711.109.0 /09.0K 22.0 22.0 s   ce ANA )128(  44 视为拉应力验算通过。 验算石灰土层层底拉应力 对无机结合料稳定细粒土类： ce AN /45.0K 11.0 s  （8-14） 石灰土： 41.20.1/09.429257145.0/45.0K 11.011.0 s  ce AN （8-15） MPaK ssPR 104.046.2/25.0/   （8-16） 由于石灰土层下有天然砂砾层，故天然砂砾层作为中层，以上作为上层。 75.565.1026.61 h 33.060020034 EE 82.265.10304 h 2.02004040 EE 由文献[9]可知： 105.1 0.11 m 85.02 m Rmmp   062.085.00.1105.07.021 （8-17） 所以石灰土层层底拉应力验算通过。 结 论 本次设计的 XX 高速公路第二标段施工图设计，设计过程中，本着严谨的设计态 度，参考了多种标准及规范，进行了公路的选线、平面的线形设计、纵断面的设计、 cmh 26.6141600 80010600 12008 44  45 横断面的设计、路基路面的排水设计（包括桥涵设计）、路面的设计等内容。在选线 过程中，本文通过初拟的两条线路比选择优，并最终结合二者的优点选择最佳方案； 平面、纵断面、横断面的设计则是在已选最佳方案的基础上，同时结合地形条件对所 选路线从技术指标方面进行了优化设计；路基路面排水设计主要涉及边沟的设计，而 桥涵设计主要以涵洞为主，排水及农田灌溉情况共设有 4 座，其中钢筋混凝土圆管涵 2 座，钢筋混凝土盖板涵 2 座，主要用于灌溉或排水；行车（行人）涵洞 5 座，但同 时考虑到地形及河流的限制，建有 16 跨(320m)大桥一座；路面设计结合沥青路面设 计标准及沿线建筑材料，采用了 3 层的高级路面结构，其中，沥青砼第 1 层沥青砼（细 粒式沥青砼 3cm，中粒式沥青砼 4cm，粗粒式沥青砼 5cm），第 2 层基层沥青碎石 （20cm），第 4 层底基层石灰土(41cm)天然沙砾（30cm）。以上所有设计均是严格以 有关标准及规范为依据进行的。 致 谢 通过对 XX 高速公路第二标段施工图的设计，对专业基本知识有了进一步的巩固 和了解。 46 两个多月的努力完成了这份毕业设计，感谢唐颂老师在设计期间，给予的指导及 建议，在设计遇到问题设计进行困难的时候，给了很好的建议使促使设计能够继续进 行，在既定的时间内的完成任务，同时也感谢在设计中给予关心和帮助的其他老师和 同学们！感谢在此次设计中，给与英语翻译指导的黄娟同学。 参考文献 [1] JTG B01-2003，公路工程技术技术标准[S].北京：人民交通出版社，2004. [2] JTJ D20-2006，公路路线设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006. 47 [3] JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004. [4] JTJ 018-97，公路排水设计规范[S].北京：人民交通出版社，1998. [5] JTG D50-2004，公路沥青路面设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004. [6] 赵永平，唐勇. 道路勘测设计[M].北京：高等教育出版社，2004. [7] 孙家驷. 公路小桥涵勘测设计[M].北京：人民交通出版社，2004. [8] 何兆益，杨锡武. 路基工程[M].重庆：重庆大学出版社，2001. [9] 何兆益，杨锡武. 路面工程[M].重庆：重庆大学出版社，2001. [10] 方守恩.高速公路[M].北京：人民交通出版社，2002. [11] 河北省交通规划设计院.公路小桥涵手册[M].北京：人民交通出版社，1987. [12] 李立寒，张南鹭. 道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2006. [13] 姚玲森. 桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1985. [14] 赵明阶，何光春，王多垠.边坡工程处治技术[M].北京：人民交通出版社，2003. [15] A.T.Papaqiannakis,E.A.Masad, Pavement Design and Materials [M] Wiley 2008 [16] ]S.H.Lee and H.Jeong,J.Korean Phys.Soc.48,186,(2006) [17] TU.Lauther.An Exteremely Fast,Exact Algorithm for Finding Shortest Paths in Static Networks with Geographical Background. In IfGIprints 22, Institutfuer Geoinformatik, Universitact Muenster (ISBN 3--22-1), pages 219-230, 2004. 附 录 [1] 路线平面图 SⅣ-1 [2] 路线纵断面图 SⅤ-1 [3] 路基横断面设计图 SⅥ-1 48 [4] 路基标准横断面图 SⅥ-2 [5] 路基排水设计图 SⅦ-1 [6] 圆管涵设计图 SⅦ-2 [7] 盖板涵设计图 SⅦ-3 [8] 天桥设计图 SⅦ-4 [9] 挡土墙设计图 SⅦ-5 [10] K1+280~K1+600 大桥设计图 SⅦ-6 [11] 路面结构图 SⅧ-1 [12] 逐桩坐标表 SⅣ-2 [13] 直线﹑曲线及转角表 SⅣ-3 [14] 纵坡、竖曲线表 SⅤ-2 [15] 路基设计表 SⅥ-3 [16] 路基土石方数量计算表 SⅥ-4 [17] 路基超高加宽表 SⅥ-5 [18] 衡重式挡土墙稳定性验算表 SⅦ-7