某高速公路分段第二段路基路面综合设计土木工程专业毕业设计毕业论文.doc
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本科生毕业论文（设计）
某高速公路分段第二段路基路面综合设计
院系：
城市与环境学院
专业：
土木工程
班级：
学号：
学生姓名：
联系方式：
指导老师：
2012年05月
独创性声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。
除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。
与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。
学生签名：
年 月 日
授权声明
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有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。
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学生签名：
年 月 日
指导教师签名：
年 月 日
许昌学院本科生毕业论文（设计）
摘要
本设计主要介绍了某高速公路路线的设计过程。
根据给定的资料，通过对原始数据的分析,以及该路段的地质、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。
该路段所经地区是平原微丘区，公路设计速度为100km/h，为双向四车道高速公路，路线全长1396.29米，路基宽度为26米，共设有1个平曲线，1个竖曲线。
路线设计内容包括平面设计、纵断面设计和横断面设计；其后进行了路面排水设计，采用边沟、排水沟和截水沟进行排水，保证路基路面的水稳定性；最后进行了路面结构的组合设计等内容。
整个设计计算了路线的平、纵、横要素,设计了路基、路面等内容,由此圆满完成了某高速公路的设计。
关键词：
平面设计 ；纵断面设计 ；横断面设计 ；排水设计 ；路面结构设计
-I-
Abstract
Thispapermainlyintroducesthedesignprocessofthehighway.Basedontheinformationgivenbytheanalysisoftherawdata,andthesectionofgeology,topography,terrain,hydrologyandothernaturalconditions,accordingto"HighwayEngineeringTechnicalStandard","RoadDesignStandards"issuedbytheMinistryofCommunicationsandotherrelatedtechnologiesindicators,Ihavefinishedthistaskundertheteacher'sguidanceandhelpfromstudents.
Theareathatthishighwaypassesthroughbelongstoplainwithmicro-hillarea.Thishighwayofdesignspeedis100km/hwithbi-directionalfour-lanefirst-gradehighway,withroutelengthof1396.29meters,embankmentwidthof26m,onehorizontalcurves,andoneverticalcurves.Linedesignincludinggraphicdesign,longitudinaldesignandcross-sectionaldesign;ThenIaccomplishedthepavementdrainagedesign,whichusesditches,drainsanddrainageditchesfordrainagetoensurethewaterstabilityofroadbedandpavement;atlast,acompositedesignofpavementstructureandotherdesignsarealsofinished.
Thewholedesignhavecalculatedtheplanar,verticalandhorizontalelementsofthisline,besidesroadbed,pavementandsoon,therebymakingitpossibletosuccessfullycompletethepreliminarydesignofthehighway.
Keywords:
Graphicdesign;Longitudinaldesign;Cross-sectionaldesign;Drainagedesign;Pavementstructuraldesign
-IV-
目录
摘要 I
Abstract II
引言 1
1选线 3
1.1选线原则 3
1.2沿线地形分析 3
1.3直线技术指标 3
1.4选线及定线 3
1.5路线交点坐标和转角的计算 4
2路线平面设计 5
2.1圆曲线 5
2.2缓和曲线设计 5
2.3路线总长 7
3路线纵断面设计 8
3.1坡度、坡长设计原则 8
3.2竖曲线半径设计原则 8
3.3平、纵线形组合设计原则 8
3.4纵断面设计 9
3.5竖曲线要素计算 9
3.6爬坡车道设计 10
4路基设计 11
4.1路基横断面设计 11
4.2路基边坡设计 13
4.3排水设计 15
4.4路基防护 16
4.5路基附属设施 16
4.6土石方计算和调配 17
5挡土墙设计 21
5.1挡土墙的构造和布置 21
5.2墙后土体的主动土压力计算 23
5.3挡土墙稳定性验算 24
6路面结构设计 27
6.1基本资料 27
6.2初拟路面结构 30
6.3设计层厚度计算 31
参考文献 32
致谢 33
附录图纸名称及编号 34
引言
1公路运输的功能，特点，地位及作用
公路运输分为直达运输、干线运输和短距离集散运输三种形式。
因此，公路运输有"通过"运输和"送达"或"集散"的功能，尤其是"送达"或"集散"功能作为其它几种运输方式（管道除外）的终端运输方式是交通运输中不可缺少的组成部分，在综合交通运输体系中发挥着非常重要的作用。
随着高速公路向网络规模的发展，利用高速公路的干线运输功能，公路运输作为一种具有功能齐全（"通过"和"送达"或"集散"齐备）的运输体系发挥越来越重要.
与其它运输方式比较，公路运输的特点是灵活性，尤其是高速公路建设，信息网络、通信技术以及计算机技术等的发展，又实现着快速性"门到门"运输和被称为零库存（justintime）的运输特点，促使着公路运输的快速发展。
公路运输的灵活性和快速性主要表现在批量、运输条件、时间和服务上的灵活性以及时间上的快速性。
由于公路运输的批量小和要求的运输条件相对宽松，所以在运输时间和服务水平上容易得到保障。
也正因为如此，公路运输具有生产点多、面广的特点。
2我国公路现状
改革开放以来，我国公路运输业快速发展。
从完成的运量和周转量看，公路客运已成为主要的客运方式，公路货运量远远超过其他运输方式，周转量也快速增长，这充分说明公路运输方式在国民经济及社会发展过程中发挥着愈来愈重要的作用。
我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势。
目前公路运输存在的主要问题为：
（1）公路交通的基础设施水平还较差。
截止到2001年底，我国修建各种级别的公路近140万公里，其中高速公路1.9万公里，居世界第二位。
然而，路网密度仍然较低，只相当于巴西的1/2，印度的1/5，美国的1/6，日本的1/30。
公路质量与发达国家相比差距仍很大，还不能满足国民经济及社会发展的需求公路数量少、等级低、质量差。
（2）运输车辆的车型结构不合理，技术性能还较差
（3）运输生产的效率，效益较低；
（4）运输经营组织与管理的手段还比较落后，经营主体结构不合理，建立高效、有序的运输市场缺乏基础。
3我国公路发展规划
随着科学技术的发展，尤其是IT（intelligenttechnology）产业和智能交通系统的发展，公路运输的发展呈如下趋势：
（1）随着高速公路由单线向跨区域和全国网络的发展，开展公路快速客、货运业务；
（2）随着全国高速公路网的形成和WTO的加入，促使公路运输企业按规模化要求建立集约化经营的运输企业；
（3）公路货运业将纳入物流服务业发展的系统中，更强调在专业化原则上的合作，包括不同运输方式之间的合作，与服务对象的合作；
（4）在经营管理方面，现在许多运输企业都建立并运用了运输信息管理系统；
（5）运输组织方式按生产力水平分层发展。
（6）逐步加强运输规划，使公路建设及运输站场设施的配置与客货流规律更好地协调起来，同时还根据效率与效益原则，把运输服务向纵深推进。
4设计背景
本次设计中的平面设计，纵断面设计，横断面设计，挡土墙，路面结构等内容主要采用了AutoCAD软件进行绘图和测量。
AutoCAD是广为流传的交互式通用绘图软件，该软件功能强大，操作方便，使用它可以代替手工快速画出各种精美的工程图样。
1选线
1.1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。
（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。
1.2沿线地形分析
（1）该路段属于平原微丘地形处，地面起伏不大，一般自然坡度都在3°以下，耕地较多，在农耕区密布有水塘、沟渠，居民点多，建筑设施多。
（2）路线位于湖南省东南部，地势总体东高西低，山体走向收构造和岩性控制，多为北东向和北北东向，山体植被较发育。
1.3直线技术指标
（1）直线的最大长度
直线的最大长度应有所限制，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。
平原微丘区高速公路最大直线长度为20V，即2000米。
（2）平原微丘区高速公路直线的最小长度为：
同向曲线间的直线最小长度为6V，即600米；
反向曲线间的直线最小长度为2V，即200米。
1.4选线及定线
平原地区地形对路线约束限制不大，路线平、纵、横三方面的几何线形很容易达到较高的技术指标，路线布设时，主要考虑如何绕避地物障碍等。
其路线特征是：
平面线形顺直，以直线为主体线形，弯道转角较小，平曲线半径较大，在纵断面上，坡度平缓，以矮路堤为主。
（1）布设要点：
路线起终点间仅一千多米，且必须穿越农田，应尽量少占农田，选择居民区和较大的水塘为主要控制点。
（2）定线：
结合穿越农田情况，确定必须通过的点、可以不考虑的点，然后将点连成线，并定出交点。
依据各技术指标，利用AutoCAD软件进行修正并最终确定路线。
具体的路线走向见平面图。
1.5路线交点坐标和转角的计算
利用AutoCAD软件进行详细定位，确定路线各要素坐标：
图1.1平曲线示意图
A点坐标：
N2970617，E488496，AO方位角为
B点坐标：
N2970109，E489788，BO方位角为
JD点坐标：
N2970223，E489252
则
转角=，JD点桩号为K0+851.84
2路线平面设计
2.1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
《标准》规定了圆曲线的极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半径，如下表：
表2.1圆曲线最小半径
设计速度（Km/h）
100
一般值/m
700
极限值/m
400
不设超高
最小半径/m
路拱
4000
路拱
5250
（2）圆曲线的最大半径
《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。
（3）圆曲线半径的确定
①在条件许可时，争取选用不设超高的圆曲线半径；
②一般情况下，宜采用极限最小平曲线半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径；
③地形条件受限时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；
④地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；
⑤圆曲线最大半径不宜超过10000米；
综上所述，结合考虑该路段的实际地形情况，在JD处选取圆曲线的半径为2000m。
2.2缓和曲线设计
2.2.1计算缓和曲线长度
（1）按离心加速度的变化率计算
（2）按驾驶员的操作及反应时间计算
（3）按超高渐变率计算
，由《规范》查得超高渐变率p=1/225，B=8.25m。
则
（4）按视觉条件计算
综合以上各项取5的整数倍得Ls,min=225m。
（5）《规范》规定了平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度，设计速度为100Km/h时平曲线的极限最小长度为170m，中间圆曲线的长度也宜有不短于3s的行程，即83.33m。
为使线性连续协调性将回旋线—圆曲线—回旋线的长度比设计成1:
1:
1；则
综上所述，JD处缓和曲线长度Ls=280m.
2.2.2平曲线要素计算
（1）曲线要素计算
（2）主点桩号计算
2.3路线总长
3路线纵断面设计
3.1坡度、坡长设计原则
（1）最大纵坡限制。
规范规定了设计速度为100Km/h时，各级公路的最大纵坡为4%，设计路线位于湖南省东南部，不考虑高原纵坡折减。
（2）最小纵坡限制。
长路堑以及其他横向排水不通畅地段，为防止积水渗入路基而影响其稳定性，各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。
（3）坡长限制。
从汽车行驶的平顺性和布设竖曲线的要求考虑，《规范》表8.3.1规定了设计速度为100Km/h时，各级公路的最短坡长为250m。
《规范》表8.3.2规定了坡度小于3%的最大坡长大于1000m。
（4）合成坡度限制。
《规范》规定设计速度为100Km/h的最大允许合成坡度为10.0%，最小合成坡度不宜小于0.5%。
3.2竖曲线半径设计原则
（1）《标准》规定竖曲线最小半径和最小长度。
表3.1竖曲线最小半径和最小长度
设计速度100Km/h
凸形
凹形
极限最小半径/m
6500
3000
一般最小半径/m
10000
4500
竖曲线最小长度/m
85
85
（2）按汽车行驶时间的要求确定竖曲线最小长度，即。
（3）视觉要求的凸形竖曲线最小半径为16000m。
3.3平、纵线形组合设计原则
考虑平纵线形的组合设计，使平曲线与竖曲线对应，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，平曲线终点与竖曲线顶点位置重合，即所谓的“平包竖”，如图：
图3.1平包竖设计
3.4纵断面设计
按照“拉坡”的设计步骤以及有关纵坡的设计要求，利用AutoCAD软件试坡、调整、校对，最后确定各路段坡度、坡长。
（1）设计为一个变坡点，变坡点桩号为K0+850，坡度i1=1.17%,坡度i2=0.69%，变坡角，该竖曲线为凸形竖曲线，坡长L1=850m，坡长。
（2）A点设计高程。
则
变坡点高程
B点高程
各段合成坡度为：
（3）确定竖曲线半径
按照以上原则取竖曲线半径R=80000m。
3.5竖曲线要素计算
曲线长：
切线长：
外距：
计算竖曲线起终点桩号：
3.6爬坡车道设计
由于该路线全线坡度较平缓，不符合设置爬坡车道的条件。
4路基设计
4.1路基横断面设计
4.1.1横断面布置
本设计为双幅四车道高速公路，设计速度为100Km/h。
横断面组成为：
路基宽度为26m，其路幅划分为2m（中央分隔带）+2×0.75m（左侧路缘带）+2×7.50m（行车道）+2×3.0m（硬路肩）+2×0.75m（土路肩）。
图4.1横断面示意图
4.1.2路拱横坡度
（1）路拱坡度需要考虑路面类型和当地的自然条件。
《规范》规定沥青混凝土、水泥混凝土路拱坡度宜取1%—2%。
考虑到该地区降雨量，路面排水状况和施工行车安全舒适，拟采用2%的路拱横坡。
（2）土路肩的排水性远低于路面，其横坡度较路面宜增大1.0%—2.0%，拟采用3%。
（3）直线段的硬路肩横坡度与行车道横坡度相同。
曲线段的硬路肩横坡度：
曲线外侧路肩坡度方向向外侧倾斜（-2%），路肩横坡过渡段的渐变率为1/100。
4.1.3平曲线加宽
当平曲线的半径小于或等于250m时，应对平曲线内侧的行车道加宽，相应的路基也应加宽，该路段内有一条半径为2000m的曲线段，故可以不设加宽。
4.1.4超高设置
该一级公路设计时速为100Km/h时，两个曲线段的曲线半径都小于《规范》规定的不设超高的最小半径，为让汽车在曲线上行驶时能够获得一个指向曲线圆心的横向分力，以克服离心力对行车的影响，故应设置超高。
在确定超高时应注意一下几点：
（1）高速公路、一级公路的超高横坡不应大于10%，其他各级公路不大于8%；
（2）在积雪、冰冻地区，最大超高不超过6%；
（3）各级公路圆曲线最小超高为直线段的路拱坡度值。
本设计中超高的设置方法采用的是绕中央分隔带边缘旋转的方法，即将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。
根据公路等级设计速度和平曲线半径查表得圆曲线的超高值=4%。
4.1.5超高缓和段长度确定
（1）该一级公路采用绕中央分隔带边缘旋转，超高渐变率p=1/225，所以超高缓和段长度为：
缓和曲线取时，横坡从路拱坡度（-2%）过渡到超高横坡（2%）时的超高渐变率：
（2）又因为不设超高的半径为4000m，此点距ZH点的距离为：
根据此条件确定的超高缓和段长度为：
280-140=140m.此时横坡从路拱坡度（-2%）过渡到超高横坡度（2%）时的超高渐变率：
但仍可在缓和曲线部分区段内采用超高，使得从双向路拱坡度过渡到单向超高横坡，且缓和过渡段的长度为
综上所述，取，所以超高起点桩号为（K0+710.55）-100=K0+610.55，终点桩号为（K0+989.06）+100=K1+089.06。
4.1.6超高值的计算
由于曲线处无加宽，超高值计算如下表：
表4.1绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式
超高位置
曲线内侧
曲线外侧
行车道外边缘
硬路肩外边缘
土路肩外边缘
注：
结果为与路基设计高程的高差，设计值为中央分隔带外侧边缘的高程，当时为圆曲线上的超高值。
b1，b2，b3——分别为行车道、硬路肩、土路肩宽度；
i1，i2，i3 ——分别为行车道、硬路肩、土路肩的横坡度；
x——超高缓和段中任一点至起点的距离；
x0为双坡阶段长度，；
——超高横坡度。
具体计算结果见超高值计算表。
4.1.7中央分隔带形式及开口
中央分隔带表面采用凸式，全宽2.0m，采用铺面封闭；为抢险、急救和维修方便，中央分隔带每2km左右设一处开口，开口端部为半圆形，开口长度为30m。
4.2路基边坡设计
路基填筑：
沿途部分路段在水田或水塘上填筑，水田与水塘内的淤泥一般厚约1或2米，路堤填筑前应清除淤泥，换填块石。
填方基底为耕地或松散土质段，填筑前应进行压实处理，当松散土厚度大于30cm时，应翻挖再回填压实。
地表有树根草皮或腐植土应予以清除，地面横坡大于1：
5时，应挖成向内倾2—4%的台阶后再填筑。
4.2.1边坡坡度设计
路基边坡的坡度，应根据当地的自然条件、岩土性质、填挖类型、边坡高度和施工方法等进行合理选定。
本设计沿线无不良地质状况，路堤、路堑均为砂性土。
故采用路堤的边坡为：
路堤上部坡度（H）1：
1.5，下部坡度1：
1.75（H）；路堑边坡为1:
1.5。
4.2.2边坡稳定性分析
该工程K0+000—K1+350段填挖深度在8m以下，按一般路基设计，采用规定的坡度值，可不做稳定性分析计算。
K1+350—K1+396.29段路基挖方深度超高8m，该段须做路基边坡稳定分析计算。
路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力T与抗滑力R，按静力平衡原理，取两者的比值为稳定系数K，即K=R/T，工程上规定采用作为路基边坡稳定性分析的界限值。
本设计中路堤路堑均为砂性土，砂类土路基边坡渗水性强、黏性差，边坡稳定主要靠其内摩擦力支持，失稳土体的滑动面近似直线形态。
桩号K1+396.29处，填挖高度为10.037m，路基左侧边坡高度H1=11.57m，右侧高度H2=8m。
取H=11.57m进行边坡稳定性验算。
内摩擦角=35°，土的容重r=19KN/m3，黏结力c=14.7KPa坡度为1:
1.5。
图4.2边坡稳定性分析示意图
按静力平衡可得
4.3排水设计
4.3.1路面表面排水
路面积水由2%路拱横坡排出，经坡面汇入边沟或农田，边沟水排至排水沟渠。
中央分隔带采用铺面封闭，坡面双向外倾，坡度2%；在超高路段上，可在分隔带上侧边缘处设置路缘石或泄水口，或者在分隔带内设置缝隙式圆形集水管或蝶形混凝土浅沟和泄水口，以拦截和排泄上侧半幅路面的表面水。
4.3.2边沟
（1）结合本设计的情况，采用梯形边沟，边沟采用浆砌片石，砌筑用的砂浆强度采用M7.5。
矮路堤路旁的取土坑常与路基排水设计综合考虑，使之起到边沟的排水作用。
（2）《公路排水设计规范》规定高速公路的边沟的深度不得小于0.4米，本设计中的边沟深度采用1米，底宽取1米。
（3）边沟的纵坡度应取0.5％，边沟出水口的间距，不超过300m，边沟出口水的排放应结合地形、地质条件以及桥涵水道位置，排引到路基范围外、使之不冲刷路堤坡脚。
（4
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