某地区二级公路毕业设计.docx
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某地区二级公路毕业设计
摘要说明
为了巩固我们所学的知识，并在各方面得到更进一步的提高，我们选择了重庆某地区新建二级公路设计作为毕业设计，这是在毕业之前对自身学习状况的最后一次检查。
我所选择的设计路段是从K0+000至K1+692段，全长1692米，设计车速60km/h,路基宽度为10m。
此次毕业设计主要包括的内容如下：
1、路线设计：
在已知平面图的情况下，进行平面线路定线，要求线路顺畅、填挖平衡、经济合理。
路基设计：
包括各个桩号的填挖计算、填挖较大地段的稳定分析、整个线路的土石调运借配等。
路面设计：
路基在不同干湿状态下，所设计的沥青路面和水泥混凝土路面方案的比选，要求经济合理，便于施工并满足各设计规范要求。
路基、路面排水工程；高填挖地段的防护工程以及路基加固工程：
这一部分相当重要，对于路基排水，采用了边沟、截水沟、急流槽等排水设施；对于路面排水，除了对路面进行了路拱设计，还进行中央分隔带的排水设计；对于特殊路段的防护和加固主要采用了骨架内植草和挡土墙。
专题研究：
对此行业新观点或者新技术的综述。
一.平面路线设计
1.1线形设计一般原则
（1）平面线形应与地形、地物相适应，与周围环境相协调
在地势平坦的平原微丘区，路线以方向为主导，平面线形三要素中以直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区，路线以高程为主导，为适应地形，曲线所占比例较大。
直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等具体条件，不要片面强调路线以直线为主或曲线为主。
（2）保持平面线形的均衡与连贯
①长直线尽头不能接以小半径曲线。
长直线和大半径曲线会导致较高的车速，若突然出现小半径曲线，会因减速不及而造成事故。
②高、低标准之间要有过渡。
同一等级的道路由于地形的变化在指标的采用上会有变化，同一条道路按不同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。
（3）平曲线应有足够的长度
汽车在曲线路段上行驶，如果曲线过短，司机就必须很快的转动方向盘，这样在高速行驶的情况下是非常危险的。
同时，如不设置足够长度的缓和曲线，使离心加速度变化率小于一定数值，从乘客的心理和生理感受来看也是不好的。
当道路转角很小时，曲线长度就显得比实际短，容易引起曲线很小的错觉。
因此，平曲线具有一定的长度是必要的。
为了解决上述问题，最小平曲线长度一般应考率下述条件确定：
①汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难
一般按6s的通过时间来设置最小平曲线长度，当设计车速为60km/h时，平曲线一般值取200m，最小值取125m。
②小偏角的平曲线长度
当路线转角α≤7°时称为小偏角。
设计计算时，当转角等于7°时，平曲线按6s行程考虑；当转角小于7°时，曲线长度与α成反比增加；当转角小于2°时，按α＝2°计。
1.2平面线形要素的组合类型
平面线形的几何要素为直线、圆曲线和缓和曲线，这三种基本线形要素可以组合得到很多种平面线形的形式。
就公路平面线形设计而言，主要有基本型、S型、卵型、凸型、C型和复合型六种。
1.3平面设计方法
（1）平面设计的重点
公路平面设计的重点是选线和定线，在满足技术标准的前提下，路线距离短，挖方量少，土石方平衡时公路平面的主要内容。
（2）平面设计的具体步骤和要求
资料收集现场踏勘选线与定线校核与审核
1.4平曲线设计本路段主要技术指
序号
指标名称
规范值
序号
指标名称
规范值
1
公路等级
两车道二级公路
8
停车视距（m）
75
2
路基宽度（m）
10
9
凸形竖曲线一般最小半径（m）
2000
3
设计行车速度（km/h）
60
10
凹形竖曲线一般最小半径（m）
1500
4
平曲线极限最小半径（m）
125
11
最短坡长（m）
150
5
平曲线一般最小半径（m）
200
12
设计洪水频率
特大桥1/300;
6
不设超高最小平曲线半径（m）
1500
其他1/100
7
最大纵坡（％）
6
13
汽车荷载等级
公路－Ⅱ级
根据本段路线所处路段，综合全路段的路线走向及线形要求，本路段共有两个交点，
1.4.1逐桩坐标计算
设交点坐标为JD（XJ，YJ）交点相邻直线的方位角分别为A1和A2。
ZH点坐标：
XZH=XJ+Tcos（A1+180）（1-1）
YZH=YJ+Tsin（A1+180）（1-2）
HZ点坐标：
XHZ=XJ+TcosA2（1-3）
YHZ=YJ+TsinA2（1-4）
设直线上加桩里程为L，ZH，HZ表示曲线起终点里程，则直线上任意点坐标（L〈=ZH）
X=XJ+（T+ZH-L）cos（A1+180）（1-5）
Y=YJ+（T+ZH-L）sin（A1+180）（1-6）
后直线上任意点坐标（L>ZH）
X=XJ+（T+L-ZH）cosA2（1-7）
Y=YJ+（T+L-ZH）sinA2（1-8）
二.纵断面设计
沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面，它反映了道路中线地面高低起伏的情况及设计路线的纵向坡度情况，从而可以看出纵向土石方工程的挖填情况。
把道路的纵断面图与平面图结合起来，就能完整的表达出道路的空间位置。
2.1竖曲线设计
竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车，起缓和作用的一段曲线。
竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，在使用范围二者几乎没有差别。
竖曲线诸要素的计算：
以变坡点1为例计算如下：
K0+560，高程为388.97m，i1=-0.68%，i2=-3.78%,ω=i2-i1=-3.1%，为凸形。
取竖曲线半径R=2000m。
曲线长
=2000×3.1%=62
切线长
=31
外距
=0.24
（2）计算设计高程
竖曲线起点桩号=K0+591-T=K0+529
竖曲线起点高程=530-T*（-0.68%）=529.5784
变坡点2、3按照同样方法计算，具体结果见《纵坡、竖曲线表》。
三.横断面设计
公路的横断面，是指公路中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的。
其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及隔离栅、环境保护等设施。
公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素。
在保证必要的通行能力和交通安全与通畅前提下，尽量做到用地省、投资少，使道路发挥其最大经济效益与社会效益。
道路横断面的布置及几何尺寸应能满足交通、环境、城市面貌等要求，横断面设计应满足以下一些要求：
（1）设计应符合公路建设的基本原则和现行《公路工程技术标准》规定的具体要求。
（2）设计时应兼顾当地农田基本建设的需要，尽可能与之相配合，不得任意减、并农田排灌沟渠。
（3）路基穿过耕种地区，为了节约用地，如当地石料方便，可修建石砌边坡。
（4）沿河线的横断面设计，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。
3.1路基宽度的确定
路基宽度是指公路路幅顶面的宽度，即两路肩外缘之间的宽度，公路路基宽度为行车到与路肩宽度之和。
根据规范，二级公路采用单幅路形式，行车道宽2×3.5m，硬路肩宽度：
2×0.75m，土路肩宽度：
2×0.75m。
路基宽：
7+0.75+0.75=8m，路拱坡度1.5%。
布置如下图4-1所示：
图4-1路基设计简图
3.2路堤和路堑边坡坡度的确定
由《公路路基设计规范》，结合实际的工程地质条件综合考虑：
路堤边坡坡度取为1：
1.5～1：
1.75；路堑边坡取为1：
0.5～1：
0.75。
3.3超高与加宽
1）路线平曲线半径小于1500m时均设置超高，超高渐变率在缓和曲线内完成。
超高横坡的过渡方式采用：
绕内边缘旋转，先将外侧车道绕路中线旋转，当达到与内侧车道同样的单向横坡度后，整个断面绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至超高横坡度。
此时超高缓和段长度L按下式计算：
式中：
B——路面宽度，m；
——超高横坡，%；
——超高渐变率，即旋转轴与车行道外侧边缘之间相对升降的比率，车速60km/h时，取1/125。
超高具体渐变过程见《路线纵断面图》超高栏。
2）为保证汽车在转变中不侵占相邻车道，凡小于250m半径的曲线路段，均需要相应加宽。
本路段最小圆曲线半径为255m，所以不需要设置加宽。
四.路基设计
公路路基是路面的基础，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物，承受由路面传来的荷载，必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。
4.1一般路基设计
4.1.1路基的类型和构造
（1）路堤
路基设计标高高于天然地面标高时，需要进行填筑，这种路基形式称为路堤。
按填土高度的不同，划分为高路堤、矮路堤和一般路堤。
路基边坡坡度取1：
1.5和1：
1.75，在路基的两侧设置边沟。
高路堤的填方数量大，占地多，为使路基稳定和横断面济济合理，可以在适当位置设置挡土墙。
为防止水流侵蚀和坡面冲刷，高路堤的边坡采取适当的坡面防护和加固措施。
（2）路堑
路基设计标高低于天然地面标高时，需要进行挖掘，这种路基形式称为路堑。
挖方边坡根据高度和岩土层情况设置成直线或折线，一般坡度取1：
0.5和1：
0.75。
挖方边坡的坡脚设置边沟，以汇集和排除路基范围内的地表径流，路堑的上方设置截水沟，以拦截和排除流向路基的地表径流。
（3）半挖半填路基
半挖半填路基兼有路堤和路堑的特点，上述对路堤和路堑的要求均应满足。
4.1.2设计依据
《公路路基设设计规范》
《公路工程技术标准》
4.1.3路基填土与压实
（1）填土的选择
路基的强度与稳定性，取决于土的性质和当地的自然因素。
并与填土的高度和施工技术有关。
在填土时应综合考虑，据《路基设计规范》可知，二级公路的路基填料最小强度和最大粒径如下表：
路基压实度及填料要求表
项目分类
路面底面以下深度（cm）
填料最小强度
（CBR）（%）
填料最大粒径（cm）
填
方
路
基
上路床
0～30
6
10
下路床
30～80
4
10
上路堤
80～150
3
15
下路堤
150以下
2
15
零填及路堑
路床
0～30
6
10
（2）不同土质填筑路堤
如透水性较小的土层，位于透水性较大的土层下面，则透水性较小的土层表面应自填方轴线向两边做成不小于4%的坡度。
如透水性较大的土层位于透水性较小的土层下面，则透水性较大的土层表面应做成平台。
为了防止雨水冲刷，可覆盖透水性较小的土层。
允许使用取土场内上述各种土的天然混合物。
水的土与不透水的土，不能非成层使用，以免在填方内形成水囊。
（3）路基压实与压实度
路堤填土需分层压实，使之具有一定的密实度。
土的压实效果同压实时的含水量有关。
对于路基的不同层位应提出不同的压实要求，上层和下层的压实度应高些，中间层可低些。
据《路基设计规范》，高速公路路基压实度应满足下表：
路基压实度（重型）要求表
填挖类型
路面底面以
下深度（cm）
压实度（%）
填方路基
上路床
0—30
≥95
下路床
30—80
≥95
上路堤
80—150
≥94
下路堤
150以下
≥92
零填及路堑路床
0—30
≥95
4.2软基处理
软土地基，通常情况下地基承载力达不到其上面构造物要求的承载力，或虽在建筑物施工时能达到要求，但在后期使用过程中由于地基本身的原因或水的原因，使地基失稳，造成路面严重破坏，处理好路基，是设计的重大环节。
公路是一条带状的承受动静两种荷载的特殊人工建筑物，由于它分布较广，使用要求较高，因而对地基提出了较高的要求。
本设计所经过的路段除田间地段有淤泥的不良地段外，其它地段的地基承载力很好，地质也良好。
对于有淤泥层的地段，由于深度都在3m以内，一般通过清淤泥换填法进行处理。
填料采用碎石土，石渣等，其上铺0.5m的砂砾垫层土工隔栅。
对于地质条件差，且在路基范围内有少量地下水渗出的土质地段，边坡采用护面墙进行防护。
4.3路基防护
路基防护是确保道路全天候使用，使路基不致因地表流和气候变化而失稳的必要工程措施，是路基设计的主要项目之一。
路基的防护的方法，一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。
坡面防护主要有植物防护和工程防护两类。
对于土路堤的坡面铺砌防护工程，最好待填土沉实或夯实后施工，并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。
铺砌的坡面应预先整平，坑洼处应填平夯实。
冲刷防护有间接和直接防护两类。
对于冲刷防护，一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段，可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等。
（1）路堤边坡防护
路堤高度小于3米边坡均直接撒草种防护；路堤高度大于3米均采用方格网植草护坡，具体尺寸见图纸《路堤方格网植草防护图》。
（2）路堑边坡防护
路堑高度小于3米边坡均直接撒草种防护；路堑高度大于3米均采用人字形骨架植草护坡。
4.4支挡结构设计
（1）挡土墙的用途
挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。
在公路工程中广泛应用于支挡路堤或路堑边坡、隧道洞口、桥梁两端及河流岸壁等。
（2）挡土墙的类型及适用范围
挡土墙类型分类方法较多，一般以挡土墙的结构形式分类为主，常见的挡土墙形式有：
重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、加筋土式、锚杆式和锚定板式。
按照墙的设置位置，挡土墙可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙。
XX文库-让每个人平等地提升自我路肩墙或路堤墙设置在高填路堤或陡坡路堤的下方，可以防止路基边坡或基底滑动，确保路基稳定，同时可以收缩填土坡脚，减少填方数量，减少拆迁和占地面积，以及保护临近线路已有的重要建筑物。
路堑挡土墙设置在堑坡底部，主要用于支撑开挖后不能自行稳定的边坡，同时可减少挖方数量，降低边坡高度。
（3）本路段挡土墙设置
在路段K1+100～K1+160右侧，为收缩坡脚、加强路基的稳定性，设置挡土墙长60m，高7.4～8.2m，具体布置及构造见《挡土墙布置图》和《挡土墙构造图》。
五.路面结构设计
5.1路面结构组成
⑴面层
面层是直接承受车辆荷载作用及大气降水和温度变化影响的路面结构层次，并为车辆提供行驶表面，直接影响行车的安全性、舒适性和经济性。
因此，面层应具有足够的结构强度，抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水；其表面还有良好的抗滑性和平整度。
面层可由一层或多层组成；其上层可为磨耗层，其下层可为承重层、连接层或整平层。
修筑面层所用的材料主要有：
水泥混凝土、沥青混凝土、沥青碎石混合料等。
⑵基层
基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去。
它应具有足够的强度和刚度，具有良好的扩散应力的能力及足够的水稳定性。
基层厚度大时，可设为两层，分别称为上基层和底基层，并选用不同强度或质量要求的材料。
修筑基层所用的材料主要有：
各种结合稳定土、天然砂砾，各种碎石和砾石、片石，各种工业废渣等。
⑶垫层
垫层介于土基与基层之间，将基层传下来的车辆荷载应力加以扩散，以减小土基产生的应力和变形，阻止路基土挤入基层中，影响基层结构的性能。
修筑垫层的材料强度不一定要高，但水稳定性和隔温性能要好，常用的材料有：
砂、砾石、炉渣、水泥或石灰稳定土等。
按面层所用的材料来分，有水泥混凝土路面、沥青路面、砂石路面等。
高等级公路路面的特点是强度高、刚度大、稳定好、使用寿命长，能适应较繁重的交通量，一般采用水泥混凝土路面或沥青路面。
5.2新建沥青混凝土路面
5.2.1设计理论和方法
沥青混凝土路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度。
对二级公路的沥青面层和半刚性材料的基层、底基层应进行层底拉应力的验算。
5.2.2面层
面层直接同行车和大气接触，承受较大的行车荷载的垂直力、水平力和冲击抗变形能力，较好的水稳定性和温度稳定性，而且应当耐磨，不透水，表面还应具有良好的抗滑性和平整度。
通过计算设计年限内计算累计当量轴次200多万次，则确定该二级公路采用沥青混凝土高级路面，设计年限为12年。
鉴于该地区交通荷载较重，车辙破坏严重，故根据规范推荐，面层厚度设计为10cm，采用密级配沥青混合料，提高动稳定度，以改善车辙影响。
面层分为双层，沥青面层由双层沥青混合料组成，上面层为中粒式沥青混凝土（厚度4cm），用来防止雨水下渗。
下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚度6cm）。
沥青混合料中，沥青采用AH-90，中集料选用碎石，细集料选用石屑，填料采用石灰岩矿粉。
5.2.3基层
基层主要承受由面层传来的车辆荷载的垂直力，并扩散到下面的垫层和土基中去，应具有足够的强度和刚度，并具有良好的扩散应力的能力。
为增加基层的强度和稳定性，减少低温收缩裂缝，采用半刚性基层。
半刚性基层整体性强，承载力高，刚度大，水稳定性好，且较为经济。
通过调查，基层缺陷是诱发沥青路面早期龟裂唧浆的主要因素，主要体现在基层厚度、分层施工上下层的分层厚度以及分层施工的时间间隔等方面，造成龟裂唧浆主要原因在于基层厚度太薄。
基层分层一定要保证各分层的最小施工厚度，就我国目前施工状况及施工水平而言，基层厚度不合理易造成薄的夹层最终导致路面损坏。
分层施工时间间隔应为10—18天。
1.石灰稳定类
石灰与土结合，使土的塑性降低，最佳含水量增大和最大密实度减少，提高土的强度和稳定性。
由于石灰土强度形成需要一定的湿度和强度，高温和适当的湿度对其的强度形成有利，高温使反应过程加快，适当的湿度为Ca（OH）2结晶和火山灰反应提供了必要的结晶水。
但是度过大会影响新生物的胶凝结晶硬化，从而影响石灰土强度的形成。
石灰稳定土具有较高的抗压强度，也具有一定的抗弯强度，且强度随龄期增长，但因其抗干缩、温缩能力较差，一般不选用作高级路面的基层。
2.水泥稳定类
水泥矿物与土中的水分发生强烈的水解和水化反应，改善土性，提高强度。
水泥稳定土强度随水泥剂量增加而增加，但应有一个合理的范围。
含水量对其强度有重大影响，混合料中含水量不足时，水泥与土争水；若土对水有较大亲和力，就不能保证水泥充分作用。
水泥稳定土强度的形成与含水量有着极大的关系，适用于温差不大的地区。
3.二灰稳定类
在石灰土中加入粉煤灰，石灰土最佳含水量增大，最大干密度减少，但其强度、刚度和稳定性均有不同程度的提高，尤其是抗冻性有显著改善，而湿度收缩系数比石灰土有所减少，对抗裂有重要意义。
粉煤灰是一种缓凝物质，在火山灰中反应缓慢，这导致其后期强度高，而早期强度底。
条件可能时，优先选用二灰稳定类，具有较强的胶结能力和稳定性，成板体，抗水、抗裂、抗冻性好，抗干缩与温缩能力都较强，适宜各种气候环境和水文地质，可适用于不同地区。
主要解决早强不足的问题。
基层厚度一般按设计计算或经验得到，应不会对路面早期病害形成构成多大影响，然由于目前施工水平、施工设备等限制，以及施工管理不善，很容易造成施工缺陷而引发路面早期病害。
综合考虑以上问题，本设计中基层采用水泥稳定碎石16cm，底基层采用石灰土，符合施工厚度的要求。
5.2.4垫层
垫层主要用于改善土基的湿度和温度状况，以保证面层和基层的强度、刚度和稳定性，不受土基水温状况变化所造成的不良影响。
常用松散材料或稳定类材料，选用粗、中砂。
在地下水位高，排水不良，路基经常处于潮湿、过湿的路段，以及排水不良的土质路堑，有裂隙水、泉眼等水文不良的岩石挖方路段应该设置垫层。
季节性冰冻地区中湿、潮湿路段、可能产生冻胀时需要设置防冻垫层，基层或底基层可能受污染以及路基软弱的路段，也需要设置垫层。
在本设计的路线中，路基均处于干燥状态，不需要设置垫层
5.2.5路面设计计算过程
（一）交通分析
1.设计原始资料如表4.1。
表4.1
车
型
解放
CA10B
跃进
NJ130
黄河
JN150
小汽车
增长率
拟建成
时间
辆/日
1600
300
260
1000
0.07
2011.6.21
2.标准轴载及轴载换算
沥青路面设计以双轮组单轴载100KN（BZZ—100）为标准轴载。
根据设计任务书所给的资料，先将各种轴载换算为标准轴载
1）当以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时，将各级轴载（大于25KN）pi的作用次数ni换算成标准轴载P的当量作用次数N1，如表4.2。
表4.2
车型
Pi
C1
C2
ni（次/日）
Ni
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
1600
184.4
跃进NJ130
后轴
38.30
1
1
300
4.6
黄河JN150
前轴
49.00
1
6.4
260
74.7
后轴
101.60
1
1
260
278.6
N=∑Ni=∑C1C2ni（Pi/P）4.35
542.3
：
轴载小于25kN的轴载作用不计
。
2）半刚性基层层底拉应力验算时，凡轴载大于50KN的各级轴载Pi的作用次数ni均应换算成标准轴载P的当量作用次数N＇如表4.3。
表43
车型
Pi
C/1
C/2
ni（次/日）
Ni
解放CA10B
后轴
60.85
1
1
1600
30.07
跃进NJ130
后轴
38.30
1
1
300
0.14
黄河JN150
前轴
49.00
1
1.85
260
1.60
后轴
101.60
1
1
260
295.20
N=∑Ni=∑C/1C/2ni（Pi/P）8
327.01
注：
轴载小于50kN的轴载作用不计。
3.准轴载的累计当量轴次
根据该公路等级为平原微丘区二级公路，车道数为双车道，按《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97规定，双车道的车道系数η是0.6～0.7，取η=0.65，设计年限t=20年。
则累计当量轴次为：
=
次
由上面计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴载次约为200万左右，属于中交通，根据《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97推荐结构，并考虑当地材料来源，路面结构层采用沥青混凝土（15cm），基层采用水泥碎石（16cm），底基层采用石灰土（厚度待定）。
（二）确定路基土回弹模量
该路段为粘性土，查《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97附录E“土基回弹模量参考值”表E2“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”，干燥路基，取ωc=1.1，再查表确定E0=45.0Mpa。
（三）结构组合与材料选取
由上述计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次大于200万次。
根据规范推荐结构，并考虑到该地区含有丰富的石灰石，为了便于就地取材，节省造价，拟路面结构面层采用沥青混凝土（15cm）,基层采用水泥碎石（取20cm）,底基层采用石灰土（厚度待定）
规范规定沥青面层可由单层或双层或三层沥青混合料组成。
查《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97中表4.2.1“沥青混合料类型的选择（方孔筛）”,拟采用沥青面层由双层沥青混合料组成，上面层为中粒式沥青混凝土（厚度4cm），用来防止雨水下渗。
下面层采用粗粒式沥青混凝土（厚度6cm）。
（四）各层材料的抗压模量于劈裂强度
查《公路沥青路面设计规范》JTJ014—97附录D“材料设计参数”的表D1“沥青混合料设计参数”和表D2“基层材料设计参数”，选取各层材料的抗压模量与劈裂强度。
抗压模量取20℃的模量，各值均取规范给定范围的中
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