路基路面工程设计要点.docx
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路基路面工程设计要点
第1章平面设计
道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。
路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。
1.1公路等级的确定
交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量（既单位时间通过道路某断面的车辆数目），根据对此条公路近期交通量调查：
解放CA10B700辆/昼夜，黄河JN150400辆/昼夜，日野KB211200辆/昼夜，太脱拉T－138S50辆/昼夜，小汽车1600辆/昼夜，交通量年增长率5%。
由设计交通量计算公式：
Nd=N0（1+γ）n-1=（1+0.05）15-1
可得远景年平均交通量大概是5500（辆/日），依据《公路工程技术标准JTGB01—2003》可以确定此公路可设计成二级公路。
从给出的地形图不难看出，该段地势两边山岭中间比较平坦，一般的地面坡度都比较小，地形简单，山脉水系分明，石少，土厚，地质和水文条件都比较简单，地形变化不大，使得路线在平、纵、横三方面都受到很小的限制，由此可以知道是山区谷地。
所以在设计的过程中的技术指标都都用一般值。
1.2设计行车速度的确定
“设计车速”是在气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。
依据《标准》从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,各级公路的设计车速按地形分为两类,查表可知设计车速为60km/h。
1.3选线设计
1.3.1选线的步骤和方法：
A选线
道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。
在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。
1.3.2方案比选：
在一公里的路线设计中有许多路线走向可以选择，根据已确定的路线的大概走向，综合考虑地形状况和技术经济指标后，选定了两套方案。
此地形为山岭区和平原区，路线的平坦地都是庄稼地，根据此处的地形，布线应为少占庄稼地，有利于提高沿线地区的发展，线路在满足要求的时候要尽量选择直线的原则。
根据这些要求选了两条线进行比较，方案一为靠着平原区右侧的较为平坦的地形，路线少占庄稼地，只设计了一个弯道等优点。
方案二就是沿着平原区的中间走，且占用的庄稼地相比一方案较多，考虑到经济的关系及环境的因素，相比一方案要差。
综合比较后最后选择第一套方案。
1.4平曲线要素值的确定
1.4.1平曲线要素值的确定：
平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。
当然三个也可以组合成不同的线形。
在做这次设计中主要用到的组合有以下几种：
A基本形曲线几何元素及其公式：
按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。
这种线形是经常采用的。
《标准》规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。
它的曲率连续变化，便于车辆遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。
设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：
1：
1。
这一点非常的重要，在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题，设计出来的路线非常不协调，美观，比例严重失调，后来在老师的指导下改正了不足之处，经过改正后，线形既美观又流畅，已经到达了要求。
在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小，外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。
（图一）
缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2（m）
圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3（m）
切线长T=（R+p）tga/2+q（m）
平曲线长度L=∏aR/180+Ls（m）
外距E=（R﹢p）seca/2－R（m）
校正值J=2T－L（m）
a平曲线主要参数的规定
根据《公路工程技术标准JTGB01—2003》的规定如表：
公路等级
二级
地形
平原地区
圆曲线一般最小半径（m）
200
圆曲线极限最小半径（m）
125
平曲线最小长度（m）
60
缓和曲线最小长度（m）
60
b主要几何元素的计算
桩号JD
（1）平曲线几何元素计算：
右偏R=200（m）Ls=60（m）
缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2
=39.946（m）
圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3
=1.331（m）
切线长T=（R+p）tga/2+q
=156.973
平曲线长度L=∏aR/180+Ls
=290.611（m）
外距E=（R﹢p）seca/2－R
=32.872（m）
校正值J=2T－L
=23.335（m）
（2）平曲线主点桩号计算及校正：
JD：
K0＋335.812
ZH=JD－T=178.839
HY=ZH＋Ls=258.839
YH=HY＋Ly=389.45
HZ=YH＋Ls=469.45
QZ=HZ－L/2=324.145
（一）路线平面线型设计
设计行车时速为：
60km/h，圆曲线半径为：
200m,缓和曲线长为：
80m，路线总长为：
798.677m。
（二）、路线走向：
本路段起于k0+000.000，为新设路线，穿过农田并靠近村庄，本段路线平曲线共有交点1个，交点桩K0+335.812，终点桩号为k0+798.677。
1.4.2各点桩号的确定
在整个的设计过程中就主要用到了以上的三种线形，在大约一公里的路长中，充分考虑了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。
在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，既为路线的各个转角点（既桩号），并且测量出各个转角点的度数，再根据《公路工程技术标准JTGB01—2003》的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。
各个桩号及几何元素的计算结果见直线、曲线及转角表。
第2章纵断面设计
沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面，由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线，纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性，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的大小和长度，以便达到行车安全，迅速，运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
2.1纵坡设计的要求
（1）设计必须满足《标准》的各项规范
（2）纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。
连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。
（3）沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。
（4）应尽量做到添挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。
（5）纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。
（6）对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。
（7）在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。
2.2纵坡设计的步骤
（1）准备工作：
在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。
里程桩包括：
路线起点桩、终点桩、交点桩、平曲线控制桩，涵洞控制桩等。
（2）标注控制点：
如路线起、终点，桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深。
（3）试坡：
在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出直坡线。
反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡线。
（4）调整：
对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。
（5）核对：
选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。
（6）定坡：
经调整核对无误后，把直坡线的坡度值、桩号和标高确定下来。
坡度值取1％。
（7）设置竖曲线：
根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素，由于地形平坦，没设竖曲线。
（8）计算各桩号处的填挖值：
根据该桩号处地面标高和设计标高确定。
起点高程为1371.00m，终点高程为1381.38m，路线纵坡1.3%。
由于坡度较小，中间不设竖曲线，坡度和坡长都满足规范的要求。
第3章横断面设计
道路横断面，是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线构成的。
横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟等设施构成的。
3.1行车道宽度的确定
根据第二章确定下此公路的等级是二级，则由《公路工程技术标准JTGB01—2003》规定，二级公路山岭区的路面宽7.0m，路基宽10m。
3.1.2平曲线加宽及其过渡
汽车行驶在曲线上，由于各轮迹半径不同，其中以后内轮轮迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。
（1）平曲线加宽值的确定：
由《公路工程技术标准JTGB01—2003》规定，二级公路采用第3类加宽值。
对于JD1的半径为200，小于250m,可以考虑在圆曲线处加宽1m。
3.1.3路拱的确定
路拱是为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形。
根据《公路沥青路面设计规范JTJ014—97》规定，沥青混凝土路面的路拱横坡度1~2%。
考虑到气候，终年温和湿润，因此取用2%的横坡度，土路肩的排水性远低于路面，所以其横坡度取用3%。
3.2超高的确定及过渡方法
3.2.1超高的确定
超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，而将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。
超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，而在缓和曲线上则是逐渐变化的超高。
因此，从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，称作超高缓和段或超高过渡段。
超高值的计算公式：
ih+u=V2/127R
i—超高横坡度
u—横向力系数
V—行车速度（km/h）
R—圆曲线半径（m）
根据规范规定，二级公路一般地区圆曲线部分最大超高值不大于8%。
且考虑到超高横坡度与路线纵坡组合而成的坡度，即合成坡度，规范规定二级公路山里的最大允许合成坡度不的大于10%。
3.2.2超高的过渡
此设计公路是无中间分隔带的，在直线路段的横断面均以中线为脊向两侧倾斜的路拱。
在曲线路段路面由双向倾斜的路拱形式过渡到具有超高的单向倾斜的超高形式，行车道外侧绕中线旋转，直至与内侧横坡度相等为止。
3.3超高值的计算
桩号JD1
V=60km/hB=7mb=1mR=200mbJ=3miG=2%iJ=3%
ih=V2/127R－u外缘hc=bJiJ＋（bJ＋B）ih
中线h′c=bJiJ＋Bih/2内缘h′′c=bJiJ－（bJ＋b）ih
3.4路基设计的内容
路基设计的基本内容，就是确定路基边坡的形状和坡度。
路基边坡的形状在在本次设计中采用了直线。
在填方边坡小于8时采用直线形，大于8小于20时采用折线形。
当地形较陡，不容易放坡时，采用了重力式挡土墙。
在挖方边坡坡高较小时用直线形，当边坡中混合了土、石时在分界处变坡，即采用折线形边坡；坡高较高时则采用台阶形。
填挖方坡度值的取用综合了当地的地形和符合规范的规定。
具体如下：
填方边坡坡度
填料种类
边坡高度（m）
边坡坡度
全部
上部
下部
全部
上部
下部
粘质土、粉质土、砂类土
20
8
12
—
1：
1.5
1：
1.75
砂、砾
12
—
—
1：
1.5
—
—
砾类土、卵石土、漂石土
20
12
8
—
1：
1.5
1：
1.5
不易风化的石块
20
8
12
—
1：
1.5
1：
1.5
挖方边坡坡度
土、岩石种类
密实、风化程度
边坡高度（m）
﹤20
20-30
粉质土
胶结
1:
0.5
—
砂岩
微风化、弱风化
1:
0.3
—
泥岩
微风化、弱风化
1:
0.3
—
路基本段路基宽度为10米,其中路面宽为7m,路肩宽度2х1.5m,采用沥青混凝土路面,路肩宽度2х1.5米，土路肩宽为0.75m，硬路肩宽为0.75m。
路面坡度2%，路肩坡度3%，路基设计洪水频率为1/25。
涵洞设计荷载：
汽—20级，挂—100，涵洞与路基同宽。
路基横断面形式详见《路基标准横断面图》。
路基设计标高取于平面图，路基超高按路线技术规范规定进行。
路线根据排水需要设置0.5梯形边沟，坡度1：
1.5。
全路段边沟纵坡同路线纵坡，边沟与沿线的涵洞组成整个排水系统。
路基填方边坡采用1：
1.5形式。
路堑挖方边坡视地质情况采用1：
1.5。
施工时各开挖路段如发现地质情况与所采用的边坡坡率不符，不尽合理时，可按《公路路基设计规范》所给定的土、石质类别相应的边坡坡率进行调整。
3.5横断面的绘制
道路横断面的布置及几何尺寸,应能满足交通\环境\用地经济\城市面貌等要求,并应保证路基的稳定性.此路的路基土石方数量见路基土石方数量计算表。
路基设计的主要计算值见路基设计表。
第4章排水设计
4.1排水设计的具体步骤
（1）在路线平面图上绘出必要的路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑的位置等。
（2）在路基的上侧山坡上可设置截水沟等拦截地表径流。
为提高截流效果，截水沟宜大体沿等高线布置，与地面水流方向接近垂直。
路堑上侧有弃土堆时，弃土堆应连续而不中断，并在其上方设置截水沟。
下坡一侧的弃土堆，应每隔50-100m设不小于1m宽的缺口，以利排水。
（3）路基两侧按需要设置边沟或利用取土坑，必要时采用路肩排水系统和中央分隔带排水系统，汇集并排除道路表面的水。
（4）根据沿线地下水的情况，设置必要的地下排水设施。
（5）将拦截或汇集的水流，用排水沟管引排到指定的低地、河沟或桥涵等处。
排水沟应力求短捷、远离路基，与其他水沟的联接应顺畅。
（6）选定桥涵的位置，使这些沟管同桥涵连成一个完整的排水系统。
对穿过路基的河沟，二般均应设桥涵，不要轻易改沟并涵。
考虑到路基排水或农田排灌的需要，也可增设涵洞。
4.2路面排水设计
（1）路肩排水。
设计时，按暴雨强度采用当地任意连续30min的最大径流厚度（mm）；设计重现期二级公路1～2年。
（2）路肩排水设施主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成。
路肩排水设施的纵坡与路面的纵坡一致。
（3）在弯道超高地段，上半幅路面水会汇集于凸形中央分隔带旁的路缘带，对于干旱少雨（雪）地区，可在分隔带上设开口明槽，使水流经下半幅路面排出；而一般地区，则设路拦式排水沟或雨水口（井），通过地下管道排出。
（4）路面内部排水,为了保持路面基层和路基的干燥状态，设置良好的路面内部排水系统。
为排除通过路面缝隙，或者由路基或路肩渗入并滞留在路面结构内的自由水，设置路面边缘渗沟或排水基（垫）层。
4.3排水系统分析
本地区年平均降雨量956mm，属多雨潮湿地区，在路基排水系统设计时，充分结合当地的具体情况做了设计：
（1）边沟用以汇集和排除路面、路肩和挖方边坡上的径流及少量流向道路的地表水。
挖方地段的边沟在土质路段采用梯形，左右的坡度都设置为1:
1.5，底宽0.5m，沟深0.5m；在石质路段采用梯形，底宽0.5m，沟深0.5m，内坡与纵断面的坡度一样。
在低填方地段的路肩外侧根据具体地形设置不同形式的截面。
（2）护坡道是设置在填方坡脚处，用以加宽边坡距离，减小边坡平均坡度。
宽度取1～2m。
第5章路面设计
5.1路面设计的原则
路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。
路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50％以上。
因此，做好路面设计是至关重要的。
路面设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和经济评价。
5.1.1路面类型与结构方案设计
路面类型选择应在充分调查与勘察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。
必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。
同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。
5.1.2路面建筑材料设计
路面建筑材料设计往往是路面设计中不受重视的一块内容，原因在于设计仅仅依据设计规范或当地经验确定路面结构层次，指定各层次材料的标准规范名称。
本次毕业设计运用了大学期间所学的工程技术与材料科学知识，合理考虑了道路所在地的自然环境、材料所在路面结构层次的功能等，论证合理地选择了材料类型和建议配比。
5.1.3路面结构设计
路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。
现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，学生应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。
5.3路面设计
5.3.1沥青路面结构设计标准
现行《公路沥青路面设计规范》的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制指标、对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。
5.3.2累计当量轴次计算
A轴载换算
以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力
轴载换算系数
N1=∑C1C2（Pi/P）4.35
B累计当量轴次
Ne=[（1＋r）t－1]×365N1η/r
Ne—设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次）
t—设计年限，15年
N1—路面竣工后第一年的平均日当量轴次（次/d）
r—设计年限内交通量的平均年增长率5%
η—车道系数，取0。
65
当量轴次计算表
车型
交通量
（辆/d）
后轴
前轴
总换算系数
当量轴次
（次/d）
轴次系数
C1
轮组系数
C2
后轴重
（KN）
后轴换算系数
轴次系数C1
轮组系数
C2
前轴重
（KN）
前轴换算系数
解放CA-10B
700
1
1
60.9
0.116
（0.019）
1
6.4
（18.5）
19.4
—
0.116
（0.019）
81
（13）
黄河JN-150
400
1
1
101.6
1.071
（1.135）
1
6.4
（18.5）
49.0
0.287
（-）
1.358
（1.135）
543
（454）
日野KB211
200
1
1
100
1.000
（1.000）
1
6.4
（18.5）
47.6
0.253
（-）
1.253
（1.000）
251
（250）
太脱拉138S1
50
2.2
（3）
1
2×83.5
1.004
（0.709）
1
6.4
（18.5）
49.0
0.493
（-）
1.497
（0.709）
75
（35）
∑
950
（753）
当计算弯沉和沥青混凝土层底拉应力时，轴载换算系数=C1C2（Pi/P）4.35
当计算半刚性基层层底拉应力时，轴载换算系数=C′1C′2（Pi/P）8
总换算系数=后轴换算系数＋前轴换算系数；
累计当量轴次：
Ne=[（1＋r）t－1]×365N1η/r
=[（1＋0.05）12－1]×365×950×0.65÷0.05
=3.59×106（次）
N′e=[（1＋r）t－1]×365N′1η/r
=[（1＋0.05）12－1]×365×753×0.65÷0.05
=2.84×106（次）
5.3.3各层材料计算参数的确定
（1）沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25℃和15℃时的抗压模量和15℃的劈裂强度。
强度和模量的确定方法不外两种，试验法和经验法。
经验法是参照规范中的参数建议值，考虑工程所在地的气候状况（自然区划和气候分区）和工程的具体情况适当选用。
如，沥青路面设计规范建议粗粒式沥青混凝土，沥青标号≤90的抗压模量为1800～2200，设计时不能简单地取中值，如果所用沥青标号较低，如60、70，可考虑用较高的值，若为90，则应取低限；高速公路行车速度高，一般二级公路行车速度低，那么设计高速公路路面时可取上限值。
（2）基层材料类别与计算参数确定
基层材料的类别，我国路面工程中最常用的当属半刚性基层，主要材料类别按沥青路面规范定义有水泥稳定类（水泥土、水泥稳定级配碎石（砂砾））、石灰粉煤灰碎石（砂砾）、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等综合稳定类。
主要力学参数确定，设计中主要要确定的基层材料力学参数为设计沥青路面时有抗压模量和劈裂强度、设计水泥混凝土路面时只须确定抗压模量。
同样，材料力学参数可通过配比试验确定，也可参照规范建议值确定。
半刚性基层材料的参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期，材料配比，特别是结合料的含量；同时应考虑基层将来可能处于的潮湿状态。
（3）垫层材料类别与计算参数
垫层材料类别。
垫层材料主要有石灰稳定类（石灰土、石灰稳定集料等）、级配碎石、砂砾等。
垫层材料的力学参数。
设计中一般只须确定垫层材料的抗压回弹模量，由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定，一般参照规范建议值确定即可。
（4）土基回弹摸量的确定
经验法新建道路设计时，尚无法实测土基顶面的回弹模量，应对路基填土类型、地下水位、预测的路基潮湿状态综合分析，根据经验数据或通过室内试验确定。
根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度，可参考《沥青路面设计规范》附录E表E2预测土基回弹模量值。
当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高15％～30％。
现场实测法。
在已建成的路基上，在不利季节按照现行《公路路基路面现场测试规程》规定，用大型承载板测定土基0～0．5mm（路基软弱时测至lmm）的变形压力曲线，然后根据公式计算出回弹模量值。
第六章路基压实标准与压实度的说明
根据岩土工程勘察报告揭示，在钻探深度范围内未发现除松散素填土、植物层及淤泥粘土外的其它不良地质情况，软弱土层的埋深都比较浅，最大埋深仅为2.15米，因此对路基软土处理可采用换填处理，一般路段只需将表层松散填土及植物层挖除，换填粘性土，控制在最大干容重和最佳含水量下分层压实即可，施工时应注意地表水排水工作，减少对路基土的影响，路基回填土严禁回填腐殖土，淤泥及其它杂土，所有路基软土填土必须分层碾压压实。
路基压实标
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