刘新舜毕设开题报告.docx

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刘新舜毕设开题报告

城南学院

毕业设计（论文）开题报告

题目：

湖南省澧县（东岳庙）至常德高速公路

K68+000～K69+400段路基路面综合设计

课题类别：

设计论文　□

学生姓名：

刘新舜

学号：

200987250318

班级：

道路0903班

专业（全称）：

土木工程（道路方向）

指导教师：

张军辉方薇

2013年3月

一、本课题设计（研究）的目的：

二广高速公路湖南省澧县（东岳庙）至常德公路（以下简称东常高速）是交通部规划的《国家高速公路网规划》中的第六条纵线（二连浩特～广州国家高速公路）湘鄂省界至常德城区段，是湖南省“五纵七横”高速公路主骨架建设方案规划中的重要组成部分。

本项目路线起于湘鄂省界澧县东岳庙、接已在建的二广国家高速公路湖北段，经澧县、津市、临澧，止于常德，顺接二广国家高速公路常德至梅城段。

主线长111.8403公里，按双向四车道高速公路标准设计。

K0+000～K82+150段，设计时速100公里，路基宽度26米；K82+150～K111+840.3段，设计时速120公里，路基宽度28米；常德北绕城线（17.912公里）设计时速100公里，路基宽度26米；白鹤山连接线（3.86）设计时速80公里，路基宽度24.5米；津市连接线（4.8公里）和临澧连接线（10.397公里）设计时速60公里，路基宽度12米。

路面为沥青混凝土结构类型。

全线设计9处互通；特大桥5座，大桥23座；短隧道2座。

初步设计批复总概算83.3616亿元。

通过本次设计，可使学生对以往所学知识系统化，并提高对查阅《规范》等资料的熟练，加强对于AUTOCAD、microsoft等办公软件的运用能力。

了解掌握公路勘测设计程序、公路工程可行性研究、公路初步设计、公路施工图设计的基本内容，对于所提交的设计文件，应充分考虑施工的可行性，并注重经济性，选择最佳的设计方案。

熟悉高速公路路基路面，防护工程，排水工程，桥梁涵洞工程等的基本设计与施工方法，深入了解软土，膨胀土的处理方法。

掌握道路勘测设计的基本理论与实用方法，主要内容包括道路平面、纵断面和横断面设计，道路选线与定线方法等，基本掌握公路勘测设计的程序与方法，达到熟练从事公路专业工作的能力。

学习和熟悉如何搜集国内、外资料，了解国内外的现状和水平，吸取先进的设计内容和国内外有关设计、施工的优点，知识，去解决实际工程问题。

总体要求按照指导老师的要求，对具体任务进行合理的规划，提供完整的设计文件，能够掌握一定要求的专业知识，独立完成本毕业设计中的各项设计任务。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：

1988年上海至嘉定高速公路建成通车，结束了我国大陆没有高速公路的历史，1990年，被誉为“神州第一路”的沈大高速公路全线建成通车，标志着我国高速公路发展进入了一个新的时代，1993年京津塘高速公路的建成，使我国拥有了第一条利用世界银行贷款建设的、跨省市的高速公路。

新世纪我国公路总量继续增长，高速公路总里程稳居世界第二，东部地区基本形成高速公路网，长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网，国家高速公路网骨架基本形成，回顾历史，我国的高速公路虽然总里程在持续增长，但因起步比较晚，在设计，施工等方面仍存在许多不足，新建的高速公路维修频繁，质量得不到保证；展望未来，高速公路发展将更倾向于新设计，新理论，新材料。

2.1我国公路的发展现状与趋势

我国的高速公路发展比西方发达国家晚近半个世纪的时间，从80年代末开始起步，经历了80年代末至1997年的起步建设阶段和1998年至今的快速发展阶段。

在改革开放初期，随着我国国民经济的快速发展，公路客货运输量急剧增加，公路交通长期滞后所产生的的后果充分暴露出来，特别是主要干线公路交通拥挤、行车缓慢、事故频繁。

为改善主要干线公路交通紧张状况，缓解公路交通的瓶颈制约，从“六五”开始，公路交通部门重点对干线公路进行加宽改造。

尽管有些路段加宽到15米甚至20米以上，但收效甚微。

为了寻求缓解我国公路交通瓶颈制约的有效途径，公路交通部门开始深入研究发达国家解决交通问题的经验，并对我国主要干线公路的交通情况进行调查研究。

研究结果显示，我国公路交通存在着三个突出问题：

一是由于运输工具种类繁多，汽车、拖拉机、自行车、畜力车、行人混行，车辆行驶纵向干扰大；二是由于人口稠密，公路沿线穿越城镇较多，横向干扰大；三是公路平交道口多，通过能力低，交通事故严重。

以上三个问题严重影响了公路交通功能的发挥。

根据发达国家的实践经验，建设高速公路是解决主要干线公路交通紧张状况的有效途径。

我国现代高速公路发展大体经历了3个阶段：

第一阶段：

大体在96、97年以前，交通部制定了“五纵七横”国道主干线规划并付诸实践，为我国高速公路持续、快速发展奠定了基础。

这个阶段的实践总体上比较成功，路面的主要问题以及人们研究的重点是防止刚性基层引起的反射裂缝。

第二阶段：

大体是97至2002年，高速公路建设进入快速发展时期，年均通车里程超过4000公里，2002年底，我国高速公路通车里程已经突破了2.5万公里。

这个阶段高速公路已逐渐成网，但在规划管理、设计、工程、制造、科研等方面却有所欠缺，故导致高速公路发生大量早期损害，研究的重点在于路基路面技术及材料性能的提高。

第三阶段：

大体是2002年至2008年，这个阶段的特点是随着中国国民经济的快速发展，人民生活水平的提高，交通量增加，交通荷载车辆超载严重等原因，从而导致路基路面技术等问题上日益显现，比如：

车辙、开裂、泛油等，不得不在短时间内大量维修。

我国高速公路经过17年的持续快速发展，使公路基础设施总体水平实现了历史性跨越。

高速公路的快速发展，大大缩短了省际之间、重要城市之间的时空距离，加快了区域间人员、商品、技术、信息的交流速度，有效降低了生产运输成本，在更大空间上实现了资源有效配置，拓展了市场，对提高企业竞争力、促进国民经济发展和社会进步都起到了重要的作用。

2.2公路设计现状、趋势

1．路基设计

路基作为路面结构的基础应具有足够的强度和稳定性，我国较早就确定以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标，并形成了成套的室内外试验标准方法和仪器。

为了在施工中以物理量指标控制工程量从而保证达到规定的强度指标，广泛开展了不同土种的最佳含水量和最大密实度相关关系的研究，并且形成统一以重型击实实验法作为基本控制标准。

为了提高路基的强度和稳定性，根据不同类别土壤的特性，研究了粒料加固、石灰加固、水泥加固、专用水泥固化剂等行之有效的技术措施。

在多年冻土地区、膨胀土地区、沙漠地区、黄土地区、盐渍土地区等特殊地区，通过研究采用各种有效技术修建公路路基取得十分宝贵的经验。

2．路面设计

（1）历史

路面设计从20世纪初就开始研究，已有80多年的历史，目前，各国使用的设计方法达几十种。

早期偏重于经验法，它是根据道路试验结果或按照对道路进行一般观察的结果而建立的，具有一定的条件性和地区局限性，但由于方法简便，能解决实际问题，故仍有很多国家使用。

随着力学和数学的发展以及电子计算机的运用，可以按照弹性理论或粘弹性理论计算出多层路面结构内的应力与变形（见路面力学计算），辅以一定的试验和调查，逐步建立了理论法，它已成为路面结构设计方法的发展方向，并已开始在美国、苏联、中国等国家应用。

（2）原理

根据行车作用下路面的力学特性，可将路面分为柔性与刚性两种。

柔性路面多由沥青类面层和多层结构组成，比较柔韧具有一定塑性，在长期行车作用下，容易产生较明显的变形，在柔性路面设计中需要考虑它的极限垂直位移和高温季节面层（采用沥青面层时）的稳定，同时也要考虑不利季节面层底面的极限拉延和面层的低温缩裂。

刚性路面主要指水泥混凝土路面，在行车下工作于弹性状态，没有明显的垂直变形。

刚性路面设计主要取决于混凝土面层的抗弯强度，同时考虑温度变化对路面内应力的影响。

（3）过程

进行路面设计，首先要进行调查和收集资料。

为此，应着重了解政治、经济、国防等方面对路面的要求；调查当前以及预估今后远景内所承担的运输任务、交通量与车型的组成情况，查明道路所经地区的气候条件，路面材料的生产和供应情况，以及沿线的工程地质和水文地质条件。

此外，还应了解施工力量、机具设备等情况。

在调查研究的基础上，路面设计的具体内容和工作程序可概括如下：

①根据使用任务的要求和交通情况确定路面等级（高级、次高级、中级或低级），考虑路上车型组成和交通量大小，以及当地自然条件、材料供应情况和施工条件等因素，选定面层类型。

②根据面层与基层相互配合的需要，满足基层承重作用和传递、分布荷载的要求，按就地取材的原则，选取基层类型，基层可做成双层或多层。

对冰冻和水文条件不良地区，为防止路面冻胀翻浆，应作垫层设计和土基特殊处理。

③各个结构层应取得合理的组合,强度和厚度要配合得当,在各种自然因素的综合作用下，能在使用期限内始终保持足够强度，满足行车需要。

④根据路面力学计算方法或其他经验公式计算确定各结构层厚度。

⑤选配各结构层材料，包括粒料的级配组成、结合料（水泥、沥青等）的用量计算等。

随着电子计算机和系统工程的发展，路面设计不仅限于路面结构组合和厚度计算，还应综合考虑路面使用性能评价、寿命估计、维修管理、运输效益等因素有机地联系起来作为一个体系来处理，采用计算程序编制各个子系统，反复迭代，运用优化设计技术，获得更大经济效益，称为路面系统设计。

3．路基路面排水

路基排水的任务，就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性，常用的路基地面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流糙等，地下排水设备有盲沟、渗沟、渗水隧道和渗井等；路面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全，它包括路面表面排水，中央分隔带排水与路面内部排水。

总之，路基路面排水的目的是防止和减少水对路基路面产生的危害，使结构处于一种相对比较干燥的工作状态，路基路面排水遵循的一般原则是：

①排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。

一般情况下地面和地下设置的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过于集中，做到及时疏散，就近分流。

②各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。

路基边沟一般不应用作农田灌溉渠道，两者必须合并使用时，边沟的断面应加大，并予以加固，以防水流危害路基。

③设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与涵洞布置相配合，地下排水与地面排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到路基路面综合设计和分期修建。

对于排水困难和地质不良的路段，还应与路基防护加固相配合，并进行特殊设计。

④路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。

⑤为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进人路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水，亦可建筑具有能承受荷载和雨水共同作用的路面结构。

4．路线设计

在公路路线设计方面，随着计算机的成熟以及公路设计软件的大力发展，对于公路设计方面也已大大地减轻了设计人员的劳动强度，如纬地三维道路CAD、纬地挡土墙设计系统、海地公路设计系统、天正市政道路设计软件，鸿业系列设计软件等。

在公路勘测方面，3S技术（遥感RemoteSensing、地理信息系统GeographicalInformationSystem、全球定位系统GlobalPositionSystem）已经应用到了许多项目的实际勘测中间，不再是纸上谈兵。

无论是从设计量、计算量还是精确度上面来讲都已大大提高了效率。

5．边坡稳定性分析方面

边坡稳定性分析涉及到岩土性质与结构、边坡高度与坡度、工程质量与经济等多种因素。

根据规范，一般情况下工程上只对地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需要的路基进行边坡稳定性的分析与计算，据此选定合理的边坡坡度及相应的工程技术措施。

岩土质路基边坡的稳定性是土力学与岩体力学的重要研究课题，长期以来各国已经提出了多种计算方法与原理，计算机技术的发展，为边坡稳定计算开辟了新的途径。

土坡稳定性分析的各种方法，按失稳土体的滑动面特征，大体可归纳为直线、曲线和折线三大类，而且以土的抗剪强度为理论基础，按力的极限平衡原理建立相应的计算式。

直线滑动面的边坡稳定性分析方法包括试算法、解析法；通常假定边坡滑动面为圆弧滑动面，曲线滑动面的边坡稳定性分析中，通常假定边坡滑动面为圆弧滑动面，方法包括圆弧滑动面的条分法及其简化的表解法和图解法，此外还有应力圆法和圆法。

对于软土地基，路堤滑动面通常成圆弧滑面，稳定验算方法采用圆弧条分法，根据计算过程中参数选择不同，可以分为总应力法，有效固结应力法、有效应力法等。

浸水路堤的边坡稳定性，通常亦假定滑动面为圆弧，最危险的滑动面通过坡脚。

常用的稳定性计算的方法有：

假想摩擦角法、悬浮法和条分法。

岩石路堑边坡的稳定性，很大程度上取决于岩石产状与结构，边坡失稳岩体的滑动面主要是地质构造上的软弱面。

边坡稳定性分析应首先进行定性分析，确定失稳岩体的范围和软弱面（滑动面），然后进行定量力学计算。

路基边坡稳定性分析计算的方法还可以分为工程地质法（比拟法）、力学分析法和图解法。

工程地质法属于实践经验的对比，力学分析法是数解方法，对于某些比较复杂的数解法，亦可应用图解加以简化。

为了便于工程上的实际运用，一般是采取某些假设，抓主要因素，忽略次要因素，合理的选定岩石计算参数，如粘结力、内摩擦角及单位体积重力等，以确定采用何种方法。

路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析是失稳土体沿滑动面上的下滑力与抗滑力之比，及稳定系数K，工程一般规定采用K≥1.20～1.25为路基边坡稳定分析的界限值。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

3.1设计重点与难点：

公路初步设计阶段主要文件组成有：

总说明书、总体设计、路线、路基、路面及排水、桥梁、涵洞、隧道、路线交叉、交通工程及沿线设施、环境保护、其他工程、筑路材料、施工方案和设计概算。

其中需要注意的重点和难点有：

1．纵断面设计

主要是根据汽车的动力特征、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线性几何构成的大小和长度，以便达到形成安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。

从理论分析出发，道路纵断面的设计需要按照一定控制指标完成，如：

最大纵坡、坡长限制等，参考规范结合实际经验确定竖曲线半径以及平纵组合方法。

2．横断面设计

横断面图指道路中线上各点垂直于路线前进方向的竖向坡面图。

公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据规划交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素确定，在保证必要的通行能力和通行安全畅通的前提下，尽量做到用地省、投资少、使道路发挥最大的经济效益和社会效益。

公路横断面设计应最大限度地降低路堤高度，减小对沿线生态的影响，保护环境，使公路融入自然。

排水设计除应自成体系、满足功能要求外，设置在紧靠车道的边沟，其断面宜采用浅碟形或漫流等方式，否则应加盖板。

冬季积雪路段、工程地质病害严重路段等可适当加宽路基，以改善型车条件，保障行车安全。

公路在转弯半径小于规范要求值时需要采用加宽和超高设计，习惯上是在原路面的内侧加宽，超高方式有绕中间带的中心线旋转、绕中央分隔带边缘旋转、绕各自行车道中线旋转等。

横断面的目的是为了测算土方量和控制路基宽度。

3．路基排水设计

路基排水设计的任务就是把路基工作区内的土基含水量降低到许可范围内。

各种路基排水沟渠的设置和联结应尽量不占农田并与水利建设相配合，必要时适当加大涵管孔径或增设涵管以利于农田排灌。

排水设计要因地制宜，经济适用。

排水沟渠应选择地形、地质较好的地段通过，以节约加固工程投资，对于排水困难和地质不良地段应进行特殊设计。

排水构造物的设计，要能迅速有效地排除路基“有害水”，以免影响路基的强度和稳定性，保证公路运输畅通。

4．特殊土地区的路基设计

我国主要的特殊土地区或地段类型有滑坡地段、坍塌与岩堆地段、泥石流地段、岩溶地区、多年冻土地区、黄土地区、膨胀土地区、盐土地区、风沙地区、雪害地区、延流冰地段。

应充分了解沿线土质，考虑特殊土路基产生的病害，不同特殊土应用不同滑坡稳定性验算和设计参数、规范，应及时预防，减少设计的不足之处。

5．路基土石方调配

在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行，调配前应将影响运输调配的桥涵位置、陡坡、大沟注在表旁，弄清各桩号间路基填挖方情况并作横向平衡，明确利用填缺与挖余数量。

纵向调配前，应据施工方法及运输方式定出合理经济运距。

根据填缺挖余分布情况，结合路线纵坡的自然条件，本着技术经济和支农原则，拟定调配方案。

逐桩逐段地将毗邻路段的挖余就近纵向调运到填缺内利用，把具体调运方向和数量用箭头标在纵向利用调配栏中。

经纵向调配，如仍有填缺挖余，应同当地政府协商借土或弃土点。

调配后，应复核检查：

横向调运+纵向调运+借方=填方，横向调运+纵向调运+弃方=挖方，挖方+借方=填方+弃方。

6．路基防护工程设计

路基坡面防护工程应在稳定边坡上设置，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，对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综合设计。

路基的防护措施主要有边坡坡面防护、沿河路堤防护。

坡面防护的方法有植物防护、工程防护两种方法；对沿河路堤的冲刷防护主要有直接防护和间接防护两种方法。

为了确保路基的强度与稳定性选择合理的防护措施。

7．支挡工程设计

应满足各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固耐久；结构类型选择及设置位置的确定应安全经济、便于施工养护；结构材料应耐久、耐腐蚀。

据路基填挖情况，确定挡土墙形式，拟定尺寸，进行挡土墙设计，绘制挡土墙设计图，并计算工程数量。

8．涵洞布置

主要是为宣泄地面水流（包括小河沟）而设置的横穿路基的小型排水构造物。

设计原则：

应据所在公路使用任务、性质和将来发展需要，按照适用经济、安全美观的原则设计。

桥型的选择应因地制宜、就地取材、便于施工养护。

公路桥涵应适当考虑农田排灌需要。

靠近村镇城市、铁路及水利设施的桥涵，应结合各有关方面要求，适当考虑综合利用。

9．路面类型与结构技术方案设计

路面类型应在充分调查与勘测道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。

由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物，高速公路和一级公路的面层不仅考虑其结构承载力，更要考虑其防滑等表面特征，应采用优质耐久的路面建筑材料。

3.2研究途径

（1）查阅规范、文献、搜集资料，参考同类型设计方案，综合分析实际情况，指导设计。

（2）借助计算机软件，熟练运用word、office、autoCAD、道路设计软件（纬地道路设计等）等解决实际题。

（3）和指导老师保持联系，同组成员相互探讨，解决实际难题。

四、设计（研究）进度计划：

1．第三周：

明确设计任务，熟悉设计资料，收集设计参考书，撰写开题报告

2．第四周—第六周：

进行路线纵断面、路基横断面设计及土石方数量的计算与调配

3．第七周—第八周：

进行特殊路基设计和路基排水设计

4．第九周一第十周：

进行路基防护工程与支挡工程设计

5．第十一周：

公路涵洞设计

6．第十二周一第十三周：

路面工程设计（包括沥青路面与水泥混凝土路面设计）、路面（含基层）排水设计

7．第十四周一第十五周：

专题研究

8．第十六周一第十七周：

编写英文摘要，毕业设计文件装订，毕业设计答辩准备

9．第十八周：

毕业设计答辩

五、参考文献：

1．中华人民共和国行业标准.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）.北京:

人民交通出版社

2．中华人民共和国行业标准.《路线设计规范》（JTGD20-2006）.北京:

人民交通出版社

3．中华人民共和国行业标准.《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）.北京:

人民交通出版社

4．中华人民共和国行业标准.《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）.北京:

人民交通出版社

5．中华人民共和国行业标准.《公路排水设计规范》（JTJ018-97）.北京:

人民交通出版社

6．中华人民共和国行业标准.《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）.北京:

人民交通出版社

7．姚祖康.《路面设计手册》.北京:

人民交通出版社,2006

8．中华人民共和国行业标准.《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）.北京:

人民交通出版社

9．邓学均.路基路面工程.北京:

人民交通出版社,2005

10．杨少伟.道路勘测设计.北京:

人民交通出版社,2004

11．中华人民共和国行业标准.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）.北京人民交通出版社

12．EARLY-AGEBEHAVIOROFCRCPANDITSIMPLICATIONSFORLONG-TERMPERFORMANCE，byJeong-HeeNam,B.S.,M.S.TheUniversityofTexasatAustinAugust,2005

13．Perrin,J.Jr.andJhaveri,S.C.（2004）.“TheEconomicCostsofCulvertFailure,”Proc.TransportationResearchBoard2004AnnualMeetingCD-ROM

14．FederalHighwayAdministration.（2001）.“CulvertManagementSystem,UserManual,”ReportNo.FHWA–LT–02–001,Washington,D.C.

指导教师意见

签名：

月日

教研室（学术小组）意见

教研室主任（学术小组长）（签章）：

月日