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计算说明书
目录
总说明书……………………………………………1
技术经济指标表……………………………………10
计算书………………………………………………11
公路路线设计计算…………………………………11
挡土墙稳定性验算…………………………………13
路基边坡稳定性验算………………………………17
沥青混凝土路面设计计算…………………………19
水泥混凝土路面设计计算…………………………22
小桥涵洞设计计算…………………………………26
路面材料配合比设计………………………………29
沥青混凝土路面下基层配合比设计………………29
沥青混凝土路面上基层配合比设计………………31
沥青混凝土面层配合比设计………………………35
水泥混凝土面层配合比设计………………………41
总说明书
一.概述
城西公路，起点为恩施市里湾沟，桩号K0+000，终点为恩施市城西水电局宿舍，桩号K1+131.38。
设计总里程1.131公里，它是恩施市城西开发的重要交通基础设施，是开发城西建设的保障，对当地的国民经济建设和公路交通事业的发展起着十分重要的作用。
1.设计依据
有关部门对该项目工程可行性研究报告的批复意见；
恩施市公路局与设计部门签订的设计合同及下达的委托书；
交通部颁发的公路工程技术标准及路线、路基、路面、桥涵等有关标准、规范和规定。
2.设计标准
根据该项目的交通量调查资料和预计交通量增长率，结合项目所在地的实际情况和地形特征，本项目采用山岭重丘区二级公路标准。
按交通部《公路工程技术标准》JTJ001-97，相应勘察、设计主要技术指标如下：
公路等级：
二级
地形类别：
山岭重丘区
计算行车速度：
40km/h
路基宽度：
8.5米
行车道宽度：
7.0米
路面类型：
沥青碎石路面
平曲线极限最小半径：
60米
平曲线一般最小半径：
100米
不设超高的最小半径：
600米
最大纵坡：
7.0%
竖曲线极限最小半径：
凸形450米、凹形450米
桥梁宽度：
与路基同宽
桥涵设计荷载：
汽-20、挂-100
设计洪水频率：
1/50
3.测设经过
接到设计任务后，按照主管部门关于城西公路工程可行性研究报告的批复意见和恩施市公路局设计委托书的要求，于2004年元月份组织有关技术人员对该路段进行了外业测量，完成外业测量后，立即进行内业工作，并于2004年2月完成设计。
4.起讫点，中间控制点，所经主要河流，垭口及城镇
起点为恩施市里湾沟，桩号K0+000，终点为恩施市城西水电局宿舍，桩号K1+131.38。
所经主要河流为城西河及人工开挖的灌溉沟渠。
5.沿线自然地理特征
5.1.沿线地理位置及地形、地貌
本项目位于恩施市境内，地处湖北省中部，路线经过区域属山区地貌，以低山、丘陵、岗地地貌单元为主，地势大致为北高南低走势。
沿线地形条件比较复杂，地形起伏较大。
5.2.气候
路线所在区域属亚热带大陆季风湿润气候，气候温和，雨量充沛，四季分明。
年平均气温16.9℃，1月份气温最低，月平均气温为3.6℃，7月份气温最高，月平均气温为28.7℃。
年平均降水量在1213.4毫米左右，夏季降水量占年总降水量的43.5%，年平均降雪7.4天，累计年平均相对湿度为77%，年平均无霜期261天，初霜日一般在11月中旬，终霜日一般在3月中旬，年平均日照时数2082小时，年平均风速2.7米/秒，一般风力2～4级。
按全国公路自然区划，本路线处于长江平丘润湿区（Ⅳ2），气候条件对施工有利。
5.3.地质构造
本项目所经地区属中国地层区划华北区南部子区，大地构造单元属中朝准地台之阳迭台隆，无海浸记录，基底岩系暴露较为广泛。
地层构造为新生界第四系全新统冲、洪积层或残积层，上太古界大别山岩群变粒岩岩组和片麻岩岩组，其地层自地表而下为人工填土、冲洪积土、坡残积土、强风化基岩和弱（微）风化基岩。
区域内断裂构造较为发育，但是在沿线路段内，从地质调查和已建工程情况观察，未见明显的现代活动现象，地质构造处于相对稳定阶段。
沿线不良地质状况主要是高填深挖路段的边坡稳定。
6.占用土地与城镇规划及其他建设工程的协调情况
项目平纵设计考虑了少占耕地的原则，沿线以荒地和林地为主，山冲及河畈有少量耕地和水塘。
土地占用主要是路基占地、取土弃土、预制场等工程占地地和其它临时占地组成，路基永久占地按路基边沟或截水沟外2米考虑，临时占地根据施工具体情况及需要确定。
路线根据城西开发的总体规划进行，与沿线的其他建设工程包括已建、在建和规划建设的工程都在总体规划中一起考虑，该项目与之相互协调。
二.路线
1.主要技术指标采用情况
根据《公路工程技术标准》（JTJ001-97）规定执行，考虑到公路服务水平的需要，结合项目的实际情况和建设条件，采用比较适中的技术指标，视距、直线长度、平曲线半径、纵坡、合成坡度、竖曲线半径等都高于标准、规范中所规定的一般值，同时考虑平纵结合和线形美观进行路线设计，具体指标见《主要技术经济指标表》。
2.方案比选
推荐方案：
全线设一个交点，路线由起点经城西河穿过山脊、李家湾到灌溉渠，根据地形情况大致沿山坡至JD1，采用坡脚线到达止点。
JD1左偏41°58′20.5″，偏角较大，考虑到汽车行驶的安全和舒适性，半径采用350米，同时避免视觉影响，有利于曲线平顺和美观，缓和曲线采用曲线总长的三分之一左右，即125米。
比较方案：
由起点经城西河沿山坡至李家湾，设JD1，左偏11°53′32.3″，沿山坡、山冲穿过塘堰到JD2，JD2左偏45°28′0.3″，基本上沿坡脚线到达止点。
JD1半径采用1000米，JD2半径采用250米，缓和曲线长90米。
方案比较及结果
推荐方案较比较方案平面线形更为顺适舒畅，弯道偏角小、半径较大，汽车行驶比较安全舒适。
推荐方案路基土方工程量相对较小，占用耕地和拆迁量小，造价较低。
由于地形起伏较大，路堤填土高，比较方案经过的山冲、田畈及塘堰等软基路段较多，可能造成路基不稳定，增加了路基处理和防护工程数量。
推荐方案路基位置相对较高，与原有水系衔接较好，有利于路基排水和桥梁涵洞的布置。
综合比较平面线形、工程量、施工难度、与周围自然环境协调等情况，采用推荐方案。
三.路基路面
1.一般路基设计原则及依据
本路段路基根据其使用要求及当地自然条件并结合施工方案进行设计，一般设计原则：
满足标准和规范的要求，结合地形，尽量见效填挖及路基土石方、防护、排水工程数量，少占土地良田，保证路基安全和稳定，经济合理，同时注重环保的要求。
路基设计依据交通部颁《公路路基设计标准》（JTJ001-97）、《公路路基设计规范》（JTJ013-95）、《公路环境保护设计规范》（JTJ006-98）及有关标准、规范，同时根据沿线地区地质勘察资料和土质分析确定。
路幅布置：
路基设计标准横断面根据《公路工程技术标准》中山岭重丘二级公路标准指标，路基宽度为0.75米（土路肩）+7.00米（行车道）+0.75米（土路肩）。
边坡：
路基填方边坡坡度为1:
1.5，石质挖方路段边坡坡度采用1:
0.33（次坚石）和1:
0.5（软石），土质挖方路段边坡坡度采用1:
1.0。
路基设计标高：
路基设计洪水频率为1/50，根据当地的实际情况，以内渍水位控制路基设计标高。
2.不良地质地段及特殊地区路基设计原则及设计方案
沿线不良地质地段主要是软土路基，为了保证路基安全稳定，对沿线软基进行换填预压处理。
3.路基路面排水系统及防护工程设计
路基路面排水设计按现行规范设计，保证路基、路面的安全和稳定为原则，做到既行之有效，又经济合理。
路面横向排水：
土路肩横坡为3%，行车道横坡为2.0%。
纵向排水：
设计为浆砌片石边沟、截水沟等，其截面形式均为梯形。
在填方路段根据地形设置排水沟，当地形平缓或向路基倾斜时，设置排水沟，边沟坡度与路线纵坡一致，用以集中排除流向路基的地面水，并结合原有水系和排灌沟渠，将沟内水引至河流、涵洞。
路基防护工程设置挡土墙。
4.路面设计原则及依据，结构类型比选
根据本工程的预测交通量，按交通部颁布的《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTJ012-94）及《公路沥青路面设计规范》（JTJ014-97），结合本地气候、水源、地质和筑路材料的调查情况，本着技术可行、施工便利、经济合理的原则进行设计。
路面结构方案：
拟定水泥混凝土路面和沥青碎石路面两种结构类型进行比较。
水泥混凝土路面结构：
C35水泥混凝土路面，厚23cm；
水泥稳定石屑上基层，配合比为水泥：
石屑=6：
94，厚18cm；
水泥稳定砂砾土，配合比为水泥：
砂砾土=5：
95，厚20cm；
沥青碎石路面结构：
细粒式沥青混凝土4cm
中粒式沥青混凝土5cm
水泥稳定碎石上基层，配合比为水泥：
碎石=6：
94，厚18cm；
石灰土下基层，石灰剂量10％，厚30cm；
路面结构类型比较：
水泥混凝土路面面层强度高，使用寿命长，稳定性好，筑路材料比较丰富。
但相对沥青路面平整度较差，接缝处容易破坏产生跳车现象，影响行车平稳，行车舒适性较差，噪音大，施工工期较长，维修困难费用大。
沥青路面表面平整，无接缝，行车平稳舒适，噪音小，施工工期短，维护方便费用小。
但相对水泥混凝土路面使用寿命较短，施工质量较难控制，施工工艺要求较高。
综合考虑两种路面结构类型，根据当地的具体情况和施工能力、工艺水平，推荐采用沥青混凝土路面结构。
四.桥梁涵洞
1.桥涵设计标准采用情况
主要技术标准：
采用交通部颁《公路工程技术标准》（JTJ001-97）,《公路桥涵通用设计规范》（JTJ0022-85）,《公路桥涵地基预基础设计规范》（JTJ024-85）等规定的有关技术指标。
设计荷载标准：
汽汽-20、挂-100，设计洪水频率：
1/50年，桥梁宽度：
与路基同宽，桥面横坡：
2％。
2.沿线桥涵分布情况
本路段设小桥1座，桥长25.04米，跨越城西河,桩号K0+041.8。
设圆管涵6道，主要布设在排灌沟渠及路基汇流排水处,桩号分别为K0+240、K0+379.5、K0+573、K0+740、K0+930、K1+120。
五.总结
本次毕业设计自己调查收集相关资料，在选线、比线、计算平纵设计数据、路基路面桥涵设计计算、材料配合比设计等方面进行了认真的作业，对设计的全过程有了较深的认识，有了自己动手进行设计的初步经验，收获较大。
在设计的过程中，注重向指导老师及周围有较丰富设计经验的同志请教，巩固了原来在课堂中学习的理论知识，。
该设计里程较短，但涉及面较广，基本上运用了所学的专业知识。
但时间仓促、基础资料准备不足，平面线形在地形图上展线受到约制，与地形地貌协调不理想，路基填挖工程量较大，受地形图限制，比较线与推荐线没有太大的实质性区别。
路基路面设计上下的功夫较多，从设计技术标准、路面结构计算、方案比较等方面比较过细。
但桥涵设计比较简单，水文地质资料收集不够，需要进一步完善。
主要技术经济指标表
序号
指标名称
单位
数量
备注
1
2
3
4
5
一、基本指标
1
公路等级
级
二级
2
地形类别
山岭重丘
3
计算行车速度
公里/小时
40
二、路线
4
路线总长
公里
1.13138
5
平曲线最小半径
米/处
350/1
6
最大纵坡
%
5.343
7
竖曲线最小半径
凸型
米/处
1500/1
凹型
米/处
1500/1
三、路基、路面
8
路基宽度
米
8.5
9
路基土石方数量
立方米
108424.9
土方
立方米
64515.7
石方
立方米
43909.2
10
平均每公里土石方
立方米
95834.2
11
排水及防护工程
立方米
349
12
沥青混凝土路面
细粒式沥青混凝土
平方米
314.55
中粒式沥青混凝土
平方米
393.18
13
水泥稳定碎石上基层
平方米
8650
14
石灰土下基层
平方米
9548.7
15
路缘石
立方米
50.55
16
培路肩
平方米
1685
17
护肩带
立方米
168.5
四、桥梁涵洞
18
设计车辆荷载
汽-20，挂-100
19
桥面净宽
净-7+2×0.75米人行道
20
小桥
米/座
25.04/1
21
涵洞
m/道
187.5/6
计算书
一.公路路线设计计算
1.转点坐标和导线方位角
根据已知控制点引测路线起点坐标X:
52226.413Y:
96094.213，JD1坐标X:
52335.836Y:
96921.823，计算起点和JD1方位角
A起－JD1=tg-1（ΔY/ΔX）=tg-1（109.423/827.61）
=82°28′05.8″
JD1偏角α左=41°58′20.5″,JD1-止点边方位角:
AJD1－止=A起－JD1-α左=40°29′45.3″
止点至JD1间距D=309.977m,计算止点坐标:
X止=XJD1+D×cosAJD1－止=52571.559
Y止=YJD1+D×sinAJD1－止=97123.120
2.平曲线及桩号
起点至JD1距离834.812m，JD1桩号K0+834.812，R=350,JD1偏角α左=41°58′20.5″。
缓和曲线长选取：
（1）计算回旋缓和曲线长度
按山岭重丘二级公路标准计算超高缓和段Lc长度
Lc=BΔi/P=7×[3-（-2）]%×100=35（m）
B：
旋转轴至车道外侧边缘宽度；
Δi:
超高坡度与路拱坡度代数差（%）;
P:
超高渐变率,查《公路路线设计规范》表7.5.4,按绕路面边缘线旋转过渡，取1/100；
L=0.035v3/R=0.035×403/350=6.4（m）
L≥V/3.6×3=3.7（m）
根据《公路路线设计规范》表7.4.3规定缓和曲线最小长度为35m,从线形美观出发，缓和曲线长取曲线总长的1/3左右,即125m。
（2）曲线要素计算
圆曲线内移值ΔR计算
ΔR=Lh2/24R=1252/24/350=1.86（m）
总切线长Th计算
Th=T+q=（R+ΔR）tgα+q
=（350+1.86）×tg41°58′20.5″+125/2-125/（240×3502）
=197.402（m）
外距Eh计算
Eh=（R+ΔR）secα/2-R
=26.856（m）
曲线总长度Lh计算
Lh=π/180×R×（α-2β）+2L（β=L/2R×ρ）
=381.395（m）
要素点桩号计算
ZH:
JD1-Th=834.812-197.402=K0+637.410
HY:
ZH+L=637.410+125=K0+762.410
HZ:
HY+（Lh-L）=762.410+381.395-125=K0+893.805
YH:
HZ-L=893.805-125=K1+018.805
QZ:
YH-（Lh-2L）/2=K0+828.108
3.竖曲线及设计标高
以第一个竖曲线为例计算（变坡点桩号K0+145）
L=Rω=1500×（4.069+-3.2075）=109.147（m）
T=L/2=109.147/2=54.574
E=T2/2R=54.5742/2/1500=0.9928
以竖曲线上K0+140为例计算其设计标高
竖曲线起点桩号：
145-T=90.426
y=x2/2R=（140-90.426）2/3000=0.82
K0+140为设计标高=440.4-140×3.2075%-0.82=435.09
其余各竖曲线上地面设计标高依此分别计算，不在竖曲线上地面设计标高为变坡点高程＋纵坡×各点与变坡点桩号差，结果见路线纵断面设计图。
4.挡土墙稳定性验算
K0+540处路基填方最高，取该处挡墙进行设计计算。
相关的设计参数如下：
墙身高7米，基础高1米，顶宽0.5米，墙顶上部填土高度7.3米，填土地面坡度为β=29º,伸缩缝间距15米，基础埋深2.1米；采用俯斜重力式截面，外墙坡比1：
0.1，内墙坡比1：
0.33,内墙背倾斜角a=18º26;
墙身材料为浆砌片石，r=22KN/m3；
填土为粘性土，r=18.2KN/m3，土内摩擦角Ф=18º，墙与填土间的外摩擦角δ=2/3Ф=12º，土与基底的摩擦系数f=0.4;
地基容许承载力[б0]=250Kpa；
土压力计算
计算填土表面活载分布面积B×L0
L0=5.6+（H+2a）tg30º=5.6+（8+2×11）×tg30º=22.92m
L0=22.3m>15m取L0=15m
B=（H+a）tgθ+Htga-b
其中θ为破裂角tgθ=-tgΨ+2√（ctgФ+tgΨ）（tgΨ-tga）
而Ψ=Ф+δ+a=18º+12º+18.26º=48.26º
tgθ=-tg48.26º+2√（ctg18º+tg48.26º）（tg48.26º-tg18.26º）
=0.8588
B=（8+11）×0.8588+8×tg18.26º-11tg30º=12.64m>8.5m
取B=8.5m
计算等代土层厚度h
在8.5×15M范围内可布置的货载，
汽车—20：
h=200×4/（8.5×15×18.2）=0.34m
挂车—100:
h=1000×2/（8.5×15×18.2）=0.86m
实际计算中取挂车h=0.86m
计算主动土压力
E=1/2rH（H+2h）Ka
Ka=cos2（Ф-a）/cos2a/Cos（δ+a）/[1+sin（δ+Ф）sin（Ф-β）/cos（δ+a）/cos（a-β）]2=0.4511
E=18.2×8×（8+2×0.86）×0.4511÷2=319KN/m
Ex=Ecos（δ+a）=319×0.8637=276KN/m
Ey=Esin（δ+a）=319×0.504=161KN/m
Zx=H/3+（H+3h）/（H+2h）=2.90m
Zy=Htga/3+（H+3htga）/（H+2htga）=0.95m
初步拟定挡土墙设计尺寸，计算挡墙自重
将基础底部外断上抬tga0=1/8〈1/5a0=7º08″
则挡墙重量G按抗滑至少满足：
G=Ex（KcCosa0-fsina0）/fCosa0+KcSina0）-Ey
=452KN
圬工体积V=G/r=452/22=20.537m3
假定挡墙顶宽b=0.6m,高H=8m,则底宽B为:
B=2V/H-b=2×20.537/8-0.6=4.53m
计算土压力作用点和墙自重及其力臂：
Zx=2.90-0.50=2.40m
Zy=5.00-0.3-（2.40-0.5）tg18.26º=4.07m
墙自重及力臂:
G1=1.47×7×22÷2=113.2KN
Z1y=0.3+1.47×2÷3=1.18m
G2=0.6×7×22=92.4KN
Z2y=0.3+1.47+0.6÷2=2.07m
G3=2.33×7×22÷2=179.4KN
Z3y=0.3+1.47+0.6+2.33÷3=3.11m
G4=0.5×5×22=55KN
Z4y=5÷2=2.50m
G5=0.5×5×22÷2=27.5KN
Z5y=5×2÷3=3.33m
G=467.5KN
抗滑稳定性验算
ΣPi=Ey+G=161+467.5=628.5Kn
Kc=（ΣPicosa0+Exsina0）f/（Excosa0-ΣPisina0）
=（629×0.99+276×0.124）×0.4/（629×0.99-561×0.124）
=1.34>1.3满足要求!
抗倾覆稳定性验算
ΣMA=ExZx-EyZy-G1Z1y-G2Z2y-G3Z3y-G4Z4y-G5Z5y
=276×2.4-161×3.77-113.2×1.18-92.4×2.07-179.4×3.13-55×2.5-27.5×3.33=-1060.011KNm
ΣPi=Ey+G=161+467.5=628.5Kn
d=ΣMA÷ΣPi=-1.69m
e=B/2-d=2.5-1.69=0.81m
K0=y/e=2.5/0.81=3.09>1.5
满足要求!
基底应力验算
бmax=（G+Ey）/B×（1+6e/B）=247.9Kpa<[б0]=250Kpa
бmin=（G+Ey）/B×（1-6e/B）=3.52Kpa<[б0]=250Kpa
满足要求!
墙身压应力验算
作用在墙身上的土压力:
E¹=18.2×7×（7+2×0.86）×0.4511÷2=250.6KN/m
E¹x=250.6×0.8637=216KN/m
E¹y=250.6×0.504=126KN/m
Z¹x=7/3×（7+3×0.86）÷（7+2×0.86）=2.56m
Z¹y=7/3tga×（7+3×0.86）÷（7+2×0.86）=0.84m
Z¹1y=2/3×1.47=0.98m
Z¹2y=1.47+0.3=1.77m
Z¹3y=1.47+0.6+1/3×2.33=2.85m
ΣM¹0=E¹x×Z¹x=216×2.56=552.96KNm
ΣM¹y=E¹y×Z¹y+G1×Z¹1y+G2×Z¹2y+G3×Z¹3y
=126×0.84+113.2×0.98+92.4×1.77+179.4×2.85
=891.6KNm
d¹=（ΣM¹y-ΣM¹0）÷ΣP¹i=338.64÷511=0.66m
e¹=（B-0.6）/2-d¹=2.2-0.66=1.54m
бmax=（G¹+Ey¹）/B¹×（1+6e¹/B¹）=145.9Kpa<[бa]=784Kpa
бmin=（G¹+Ey¹）/B¹×（1-6e¹/B¹）=86.32Kpa<[б1]=78Kpa
墙身剪应力验算
ζ=（Ex-（G1+E¹y）×f）/B¹=（276-511×0.4）/4.4
=16.3<[бj]=157Kpa
5.路基边坡稳定性验算
根据路基横断面情况，0+380~0+460，0+560~0+580两处路基较高，填土高达11~12米，其中0+400处填土最高（不包括设挡墙部分），为12.03米。
现选择该位置进行边坡稳定性验算。
根据该地区情况，相关指标选择如下：
土质粘性土，填料容重r=18.2KN/m3，粘结力c=42.5KN/m3，内摩擦角Φ=15°
路基设计参数：
路基宽B=8.5米，边坡上部8米以内边坡坡率为1：
1.5，8米以下部分为1：
1.75。
汽车货载汽车—20级。
将汽车换算为相应的土柱高度h0
h0=NG/rBL=2×20×10/（18.2×5.5×5.6）=1.01米
二级公路:
B=nb+（n-1）d+e=2×1.8+
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