双向四车道的高速公路设计.docx
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双向四车道的高速公路设计
一般部分设计
1设计原始资料1
1.1设计原始资料1
1.1.1地形、地貌1
1.1.2地质、地震、气候、水文等自然地理特征1
1.1.3沿线筑路材料、水、电等建设条件3
1.1.4交通量资料4
1.2设计依据4
2路线设计5
2.1道路技术等级确泄5
2.2路线方案的拟定与比选5
2.2.1选线原则5
2.2.2山岭区选线要点6
2.2.3平面设计技术指标的确定6
2.2.4路线方案拟定与比选8
2.3道路技术标准确定9
2.4道路平面设计12
2.4.1道路平而线性相关概念与要求12
2.4.2平曲线设计逐桩坐标表14
2.5道路纵断而设计16
2.5.1纵断而设计原则16
2.5.2平总组合设计16
2.5.3最小填土高度的确定17
2.5.4桥梁、通道控制标高的确定17
2.5.5道路破长及坡度确定17
3道路横断面设计和路基设计21
3.1横断面布置及加宽、超高21
3.1.1横断而布宜21
3.1.2路拱横坡21
3.1.3超髙及加宽21
3.1.4中央分隔带形式及开口21
3.2路基设计22
3.2.1一般路基设计22
3.2.2路基压实标准与压实度24
3.2.3路基施工要求及注意事项25
4路面结构设计26
4.1路而类型及结构层组合26
4.1.1设计原则26
4.1.2路面类型确定26
4.1.3标准轴载及轴载换算27
4.1.4路而结构层组合30
4.2路而结构层组成设计31
4.2.1基层组成设计31
4.2.2面层组合设计33
4.3路而结构层厚度确定36
4.3.1确定土基回弹模量36
4.3.2拟定路而结构及参数36
4.3.3计算设计弯沉36
4.3.4计算容许弯拉应力37
4.3.5按容许弯沉计算路面厚度38
4.3.6验算弯拉应力39
4.4路而施工要求41
4.4.1沥青混凝土而层施工要求41
4.4.2水泥稳定碎石基层施工要求41
4.4.3二灰土底基层施工要求42
4.4.4路面施工步骤及施工工艺42
5道路排水设计及桥涵方案设计45
5.1道路排水设计45
5.1.1路基排水目的和要求45
5.1.2路基排水设计一般原则45
5.1.3排水系统设计46
5.1.4排水结构物设计46
5.2桥涵方案设计50
5.2.1桥涵设计的基本要求50
5.2.2方案设计51
6道路工程量计算52
6.1路基土石方量计算52
6.2路面工程量计算53
专题设计部分
1概述55
2路面快速养护维修主要技术55
2.1微表处技术55
2.1.1应用情况56
2.1.2质量标准和技术要求56
2.1.3施工准备58
2.1.4施工工艺59
2.1.5施工过程检验要求59
2.1.6应用中应注意的问题59
2.2沥青路而就地热再生技术60
2.2.1技术特点及适用要求60
2.2.2就地热再生技术的工艺61
2.2.3施工质量的保证措施62
2.3超薄磨耗层62
2.3.1超薄磨耗层沥青混合料级配63
2.3.2超薄磨耗层的技术要求64
2.3.3超薄磨耗层的应用65
3工程实例65
3.1微表处技术在沪嘉髙速公路快速养护中的应用65
3.1.1路段概况65
3.1.2路而治理技术措施66
3.1.3微表处应用情况66
3.1.4结论66
3.2就地热再生技术在沪宁高速公路上的应用66
3.2.1再生前修复工作66
3.2.2就地热再生过程67
3.2.3混合料配合比设计67
3.2.4现场质量控制67
3.2.5施工总结67
3.3超薄磨耗层的应用实例68
4结语68
参考文献69
英文翻译部分
英语原文70
中文译文73
致谢75
1设计原始资料和依据
1.1设计原始资料
1・1・1地形、地貌
路线区位于南秦岭东段山区，北部为中低山，南部为低山丘陵和河谷阶地，地势总体北高南低，地形起伏较大，海拔在650-1460m之间，相对高差约800m。
地貌单元可划分为流水切割褶皱-断块中山地貌，流水侵蚀、剥蚀-断块低山地貌,剥蚀低山-丘陵地貌和河谷阶地地貌四种类型。
流水切割褶皱-断块中山地貌单元位于杨岩至下官坊段，山脊线连续，山坡多为陡坡，沟谷狭窄，多呈V型，局部呈I；型，海拔820-1460m,相对高差350-500m；流水侵蚀、剥蚀-断块低山地貌单元位于下官坊至王家坪段，山坡多为陡坡和中坡，沟谷较狭窄，多呈U型，海拔680-1300m,相对高差280-330m；剥蚀低山-丘陵地貌单元位于王家坪至高家村段，山岭低缓，山坡多为缓坡，沟谷呈U型，海拔670-880m,相对高差110-220m：
河谷阶地地貌单元位于高家村至赵家村段,地形开阔平缓，河床较宽，一、二级阶地发育，海拔650-780m,相对高差20-30mo1.1.2地质、地震、气候、水文等自然地理特征
1）地层岩性
路线区出露第四系全新统、上更新统、中更新统，第三系下统山阳组，泥盆系上统桐峪释寺组、下统青石HE组和池沟组、牛耳川组地层。
2）地质构造
路线区位于秦岭复合造山带中段南秦岭造山带构造单元，北侧为北秦岭造山带，两构造单元以黑山断裂为界。
属南北秦岭造山带拼接段和南秦岭造山带内，褶皱、断裂发育，地质构造复朵。
南秦岭造山带山新元古界耀领河岩组变质过度基底和震旦系一石炭系沉积盖层组成，基底为太古界。
岩浆活动较发育，以海西期闪长岩、印支期花岗岩为主。
为叠瓦式推覆一褶皱构造带。
断裂构造以东西向为主，北西向、北东向次之，南北向局部发育。
路线区主要地质构造有东西纬向构造体系、南北向构造和山阳红盆地。
东西纬向构造体系是区域内主要构造，其次级构造单元包括三十里铺断褶带、庙咀子-扁石河断裂-岩浆岩带和西芦山-桐峪寺复式向斜。
主要断裂有庙咀子-西牛槽（老）断裂带、庙咀子-扁石河断裂带、沙河湾-九台字断褶带、刘岭槽-黑山断裂带和碾盘村-晚阳沟断裂，主要褶皱有王庄-桐峪寺褶皱带和崔家沟-九岔沟褶皱带。
南北向构造主要位于路线区西侧，包括原子街-耳扒沟带、大圣岭-雷家沟断裂带、大圣岭-冯家沟断裂带和扫帚沟-韩家山沟向斜。
山阳红盆地位于山阳县河南北，盆地经喜山运动隆起，形成宽缓褶曲。
3）工程地质
该区属秦岭造山带，地质单元多，构造活动强烈，晚近构造作用，使秦岭山脉不断抬升，河谷切割加剧，地势陡峻，地貌类型复杂，岩体类型多样，稳定性差。
由于自然条件差异，本区基岩区风化程度高，基岩表层破碎强烈，松散堆积层非常广泛，构成滑坡、泥石流等自然灾害多发区，并具有活动性强、频次高、危害大等特点。
沿线的不良地质现象主要有崩塌、滑坡、泥石流、软弱地基等类型。
4）水文地质
路线区除下桃源2#隧道属丹江流域麻池河水系外，其余隧道属汉江流域金钱河水系，涉线的主要河流为麻池河、西河、甘河和县河，县河为金钱江支流，发源于山阳县鹃岭，由东向西汇聚桐木沟河、甘河、西河、恫峪河后，在色河铺附近与二峪河相汇，折而向南汇入金钱河。
西河、甘河为县河支流，流向由北向南,次级支沟众多。
中山区河道狭窄，比降较大，低山区河道较宽阔，比降较小；南段主要沿县河河谷布设，河床宽阔平缓，比降小。
县河及麻池河、西河、甘河均常年流水，枯水期流量较小，丰水期流量较大，汛期流量骤增，易形成洪水灾害。
1地下水主要类型
本区地下水主要类型可分为以下3类：
潜水为最发育类型之一，是形成地表水径流的主要来源，赋存状态与第四纪松散堆积层特征有关。
基本埋深为15〜20m,本区第四纪松散堆积层分布相对较少，厚度一般W20m,主要由冲积、洪积层、一级阶地和少部分高阶地（二级或二级以上阶地）、坡积、残坡积组成。
富水性在冲、洪积层中最好，阶地次之，坡积、残坡积中较差。
基岩中潜水多赋存在风化壳或破碎构造岩中，比土体的富水性要差。
上层滞水形成于各类基岩岩体和构造破碎岩体风化带中，属大气降水受局部隔水层所阻，停滞于不同岩体、土体及风化层中所形成。
富水性受气候（降水）、地形地貌、岩性及构造发育程度等因素控制。
富水性中等。
承压水在工作区主要表现为泉水，与区域断裂结构、裂隙、节理构造、顺层剪切构造等密切相关，埋深较潜水、上层滞水要深。
发育于山地断裂破碎带中的众多泉水，均属承压水。
另外花岗质岩石、变质火山岩中的裂隙水也可形成承压水。
承压水活动可导致岩体溶解、蚀变、风化及组构上的变化，造成岩体类别降低，形成软体岩石而不稳定。
2地下水补给、径流和排泄
路段内地下水主要流迳于地表河道，主要补给源为大气降水，水体的丰沛和枯萎与大气降水的多寡成正比。
本路段位于秦岭南坡，水系的分布走向基本取向南北，地表水流向自北向南,地下水总体径流方向呈东北向西南流入金钱河，再归入汉江。
地表水接受了大量大气降水后山地表快速下渗到岩层空隙和裂隙，沿裂隙和层隙自高向低排入河谷，后以泉水（多以下降泉）形式排出。
受补、径、排条件的综合控制，路段内基岩裸露，剥蚀和切割强烈，地下水的化学成分复杂多变。
由于区内地形较陡，水力坡度大，地下水径流流程较短，水交换循环迅速，溶滤作用强烈，矿化作用相对微弱，致使区内出现单一低矿化度的重碳酸一钙（HCO3-Ca）型水。
次为重碳酸一钙型和重碳酸一钠、钙型水（HCOs-Na,HC03-NaoCa）。
形成低矿化度（W1）的淡水资源。
除上述类型水化学成分外，还有HC03oS04——CaoMg（Mg.Ca）型、HC03oSO—CaoNa型。
5）地震
本区处于我国大陆地壳内古板块地体拼接的地带。
有记录的地震活动，一般都与活动断裂，特别是形成并控制盆地的地体拼合带继承性活动断裂相关。
据陕西活动性断裂与地震震中分布图（1980）显示，区内规模较大的活动性断裂有7条（F1-F7）,走向主要呈东西和北西西向，属板块边界和区域性深大断裂带，新生代以来有明显活动。
这些断裂带与主干断裂的截切部位是潜在地震的多发区。
地震灾害对该段公路建设和防护影响不大，但不能忽视活动断裂带及其所造成的岩石破碎和诱发的其他地质灾害。
业主已安排进行地震安全性评价工作，有关断裂的活动性和地震参数以地震安全性评价结果为准。
6）气象
路线地处山区，气候垂直变化较大，区内河谷年平均气温11〜14°C,一月平均气温0.5°C,七月平均气温25.6°C,极端最高气温37.1〜40.8°C，极端最低气温-12.1〜-18°C,年平均降雨量750〜850毫米,50%的降水集中于七、八、九三个月，夏多暴雨，间有春、伏旱，秋有连阴雨。
山区气温相对河谷区较低。
7）水文
本项目区域属于汉水流域，区内一级支流水系为乾佑河、金钱河和丹江，大部分河段弯度较大，落差明显，省内金钱河年平均流量37.1立方米/秒，最大洪峰量2040立方米/秒，最小枯水流量3.26立方米/秒。
路线沿线河流主要有南秦河、赤水峪、西河和县河。
南秦河年平均流量49.6立方米/秒，最大洪峰量1790.2立方米/秒，最小枯水流量13.7立方米/秒；赤水峪年平均流量8.3立方米/秒，最大洪峰量299.2立方米/秒，最小枯水流量2.3立方米/秒；西河年平均流量31.2立方米/秒，最大洪峰量866.6立方米/秒,最小枯水流量9.4立方米/秒；县河年平均流量66.7立方米/秒，最大洪峰量1856.4立方米/秒，最小枯水流量20.1立方米/秒。
1丄3沿线筑路材料、水、电等建设条件
1）沿线筑路材料
沿线筑路材料比较丰富，四季宜釆，运输方便，以购买为主。
对于外购和内釆材料，分别调查了其类型、储量、价格、运距等资料，并与协作单位签定了书面协议。
在两阶段外业勘察过程中已选取样品进行室内材料物理力学性质和混合料配合比设计试验。
2）水
路线所经处有南秦河、赤水峪、西河、县河等天然河流，水质纯净，对混凝土无侵蚀性，供应充足，均可作为工程用水。
3）电
沿线电力情况供应良好，110KV、35KV、10KV输电线路基本沿路线走向布设,具体工程用电可与地方电力部门协商解决。
同时建议施工单位也要准备一定量的自发电，以备急需。
1.1.4交通量资料
表1.1交通量表
车型
小汽车
黄河JN150
跃进NJ13O
解放A10B
太脱拉138
交通量（辆/日）
3000
1200
1000
750
450
预测交通量增长率为6%
1.2设计依据
根据批准的设计任务书、地质勘测报告、国家关于公路设计施工的《规范》、《规程》、《标准》等。
如：
1）《公路路线设计规范》（JTJ011-2006）
2）《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）
3）《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）
4）《公路排水设计规范》（JTJ018-1997）
5）《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034-2000）
6）《公路自然区划标准》（JTJ001-1986）
7）《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）
8）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
9）《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
10）《公路路基施I：
技术规范》（JTJ033-1995）
2路线设计
2.1道路技术等级确定
由交通量组成表，折算成以小客车为标准进行计算，见表2-1：
表2-1交通量折算表
车型
交通量（辆/日）
折算系数
折算交通量（辆/日）
小汽车
3000
1.0
1500
黄河JN150
1200
2.0
2400
跃进NJ130
1000
1.5
1500
解放A10B
750
1.5
1125
太脱拉138
450
2.0
900
总计
8925
计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式（2-1）计算
汕二凡（1+丫）小（2-1）
式中Nl远景设汁年平均日交通量，辆/日；
N。
一起始年平均日交通量，辆/日；
丫一年平均增长率，取6%；
n—远景设计年限，取20年；
所以Nd=8925x（1+6%）23=27004（辆/日）
根据《公路工程技术标准》JTGB01-2003,拟定该条道路为双向四车道的高速公路，设计车速为80km/h,设计釆用的服务水平为一级，采用整体式路基。
2.2路线方案的拟定与比选
2.2.1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。
2.2.2山岭区选线要点
山岭地区，山高谷深，坡陡流急，地形复杂，路线平纵横三方面都受到约束;同时地质、气候条件多变，都影响路线的布设。
但山脉水系清晰，给选线指明了方向：
不是顺山沿水，就是横越山岭。
纵面线形结合桥涵、通道、隧道等构造物的布局，合理确定路基设计高度,纵坡不应频繁起伏，也不宜过于平缓。
2.2.3平面设计技术指标的确定
1）直线
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。
规范规定，高速公路同向圆曲线的最小直线长度不小于6V、反向圆曲线的最小直线长度不小于2Vo本设计速度为80km/ho
2）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
1极限最小半径
2一般最小半径
3不设超高最小半径
表2-2圆曲线半径
技术指标
一级公路（80km/h）
一般最小半径
400
极限最小半径
250
不设超高
路拱＜2.0%
2500
最小半径
路拱＞2.0%
3350
（2）圆曲线的最大半径
选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线半径不可大于10000米。
（3）圆曲线半径的选用
在设计公路平面线形时，根据沿线地形情况，尽量采用不需设超高的大半径曲线。
（4）平曲线的最小长度
公路的平曲线一般情况下应具有设置缓和曲线（或超高，加宽缓和段）和一段圆曲线的长度；缓和曲线长度：
圆曲线长度：
缓和曲线长度宜在：
1：
1：
1到1：
2：
1之间。
平曲线的最小长度一般值：
400m
平曲线最小长度极限值取：
140m
3）缓和曲线
缓和曲线的最小长度一般应满足以下儿方面：
（1）离心加速度变化率不过大；
（2）控制超高附加纵坡不过陡；
（3）控制行驶时间不过短；
（4）符合视觉要求；
因此，《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定:
高速公路（80）缓和曲线最小长度为70m.<>一般惜况下，在直线与圆曲线之间，当圆曲线半径大于或等于不设超高圆曲线最小半径时，可不设缓和曲线。
4）行车视距
行车视距可分为：
停车视距、会车视距、超车视距。
《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定：
高速公路（80）停车视距S.取110m。
2.2.4路线方案拟定与比选
路线设计是确定路线空间位置和各部分儿何尺寸的工作，主要分为路线平面设讣、路线纵断面设汁和横断面设汁，三者应既分开考虑乂注意综合。
根据此路所处地区的自然地理环境、社会经济和技术条件，确定经过路线方案的比选设计出一条符合一定技术标准，满足行车要求，工程量最少最节省费用的路线。
综合考虑该地区自然条件、技术标准、工程投资等因素，初步拟定了两个方案，
方案一：
从点（527.53,3702.53）开始,到达点（528.38,3703.86）,线路总长为1826mo该线路高差相对较小，所经区域大部分是农田，土石方工程量相对较小，由于县河流经此区域，需设大桥一座。
该线路设置一条圆曲线，起点（527.51,3703.16）,终点（528.13,3703.74）,圆曲线转角为36°,R=1200m,因半径小于规范规定的当高速公路设计设讣车速为80Kni/h时的不设缓和曲线的最小半径，故需设缓和曲线，Ls=100mo
方案二：
从点（527.63,3702.53）开始，到达点（528.38,3703.86）,线路总长为1752.1m。
该线路前半部分所经区域大多为农田，后半部分为重丘区，土石方工程量大。
该线路设置一条缓和曲线，起点（527.63,3702.98）,终点（528.18,3703.58）,圆曲线半径为9.8°,R=4500,该半径大于规范规定的当高速公路设计设计车速为SOKnVh时的不设缓和曲线的最小半径，故不设缓和曲线。
表2・3方案比选
方案一
方案二
优点：
优点：
1•土石方工程量小，有利于环
1•平而线性指标髙，行车
境保护
舒适性好
优
2•桥梁规模相对较小，施工难
2.高边坡数疑少
缺
度低
缺点：
点
1•桥梁规模较大，施工难
缺点：
度较髙
1.平而线形指标略低，但可满
2•拆迁量大，土石方工程
足要求
2.征地规模较大
3.软基处理而积过大
量大
高速公路投资比较大，对所经过地区的经济起重要作用，所以在修建过程中应综合考虑沿线地带的自然地理特征，设计要特别注意线形设讣，使之在视觉上能诱导视线，保持线形的连续性，让司机和乘客在生理和心理上有安全感和舒适感，同时考虑到经济因素，尽量使工程量最小，造价最低。
综合考虑：
1）从景观、行车视觉上看，方案二优于方案一；
2）从路线平面指标上看，方案二较好；
3）从规模及施工难度上看，方案一较好；
综合考虑以上各种因素，最终选择方案二作为最终设讣方案。
2.3道路技术标准确定
1）高速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量25000-55000辆/日，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量45000-80000辆/日。
2）高速公路和具有干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测。
3）高速公路设计应做好总体设计，使各种技术指标的设置与平纵横线形组合恰当，平面顺适，纵面均衡：
各构造物的选型与布置合理、实用、经济。
4）车道宽度应符合规定要求，设计速度80km/h的车道宽度为3.75m,设计速度100km/h的车道宽度为3.75m。
5）高速公路、一级公路各路段的车道数应根据设计交通量、釆用的服务水平确定。
6）高速公路、一级公路整体式断面必须设置中间带。
中间带III两条左侧路缘带和中央分隔带组成，其各部分宽度应符合规定的要求。
设讣时速80km/h中央分隔带宽度的一般值为2.00m,最小值为1.00m：
左侧路缘带宽度一般值0.50m,最小值0.50m；中间带宽度一般值3.00m,最小值2.00m。
7）路肩宽度应符合规定。
高速公路设计时速80km./h右侧硕路肩一般值为2.50m,最小值为1.50m,土路肩宽度一般值取0.75m,最小值取0.75moi'n'j速公路、一级公路应在右侧硬路肩内设右侧路缘带，其宽度为0.50m。
高速公路的右侧硬路肩宽度小于2.50m时，应设置紧急停车带。
紧急停车带宽度应为3.50m,有效长度不应小于30m,间距不宜大于500m。
8）高速公路、一级公路的互通式立体交义、服务区、停车区、公共汽车停靠站、管理设施等的出入口处，应设置加减速车道。
高速公路、一级公路以及二级公路的连续上坡路段，当通行能力、运行安全受到影响时，应设置爬坡车道。
爬坡车道宽度应为3.50m。
9）各级公路路基宽度应符合规定。
高速公路四车道设讣时速80km/h的路基宽度一般值为24.50m,路基宽度最小值21.50m。
各级公路路基宽度为车道宽度与路肩宽度之和，当设有中间带、加减速车道、爬坡车道、紧急停车带、错车道等时，应计入这些部分的宽度。
确定路基宽度时，中央分隔带宽度、左侧路缘带宽度、右侧硬路肩宽度、土路肩宽度等的“一般值”和“最小值”应同类项相加。
10）髙速公路、一级公路的停车视距应符合规范要求，高速公路四车道设计时速80km/h的停车视距为llOmo高速公路、一级公路以及大型车比例高的二、三级公路，应采用货车停车视距对相关路段进行检验。
11）直线的最大与最小长度应有所限制。
一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。
圆曲线最小半径应符合规范规定，高速公路四车道设计时速80km/h的圆曲线最小半径一般值为400m,圆曲线最小半径极限值为250m。
路拱W2%时的不设超高最小半径为2500m,路拱$2%时的不设超高最小半径为3350m。
直线与小于规范规定的圆曲线最小
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