某山区四级公路改建工程2剖析.docx
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某山区四级公路改建工程2剖析
摘要
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+287.865段，全长12787.865米，设计车速20km/h,路基宽度为6.5m。
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，进行纵断面的设计，要求线路顺畅、填挖平衡、经济合理。
2、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。
3、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。
4、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。
5、桥涵设计：
包括桥梁和涵洞的形式、尺寸的设计。
6、英文翻译
7、专题研究：
对此行业新观点或者新技术的综述。
关键词：
路线，路基路面，桥涵
第1章路线设计
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20km/h时，平曲线一般值取100m，最小值取40m。
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
表1-1本路段主要技术指标表
序号
指标名称
规范值
序号
指标名称
规范值
1
公路等级
四级公路
8
停车视距（m）
20
2
路基宽度（m）
6.5
9
凸形竖曲线一般最小半径（m）
200
3
设计行车速度（km/h）
20
10
凹形竖曲线一般最小半径（m）
200
4
平曲线极限最小半径（m）
15
11
最短坡长（m）
60
5
平曲线一般最小半径（m）
30
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）
150
其他1/100
7
最大纵坡（％）
9
13
汽车荷载等级
公路－Ⅱ级
交点，见平曲线图
1.4.1平曲线要素计算
取JD1作为算例，具体计算如下：
图1-2圆曲线几何要素
JD1处:
取圆曲线半径R=255m，缓和曲线长度确定如下：
，
，取
因此曲线的几何要素为：
偏角α＝49°24′00″，半径R＝255m，
切线长
曲线长
外矢距
校正数
其中
，
，
主点桩号计算如下：
JD1桩号为K0+038.774，
直缓点桩号：
ZH=JD1-T=K0+002.936
缓圆点桩号：
HY=ZH+
=K0+027.936
曲中点桩号：
QZ=ZH+L/2=K0+037.755
圆缓点桩号：
YH=HZ-
=K0+047.574
缓直点桩号：
HZ=ZH+L=K0+072.574
以此方法计算
、
、
┈
，具体结果见设计图纸《直线、曲线及转角表》。
1.4.2逐桩坐标计算
图1-3中桩坐标计算示意图
1.5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。
1.5.1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：
（1）计算竖曲线要素
如图3-1所示，i1和i2分别为两相邻两纵坡坡度，ω=i2-i1，ω为“+”时，表示凹形竖曲线；ω为“-”时，表示凸形竖曲线。
图3-1竖曲线要素示意图
竖曲线长度L或竖曲线半径R：
或
（1-11）
竖曲线切线长T：
（1-12）
竖曲线任意一点竖距h：
（1-13）
竖曲线外距E：
或
（1-14）
以变坡点1为例计算如下：
K0+425，高程为676.805m，i1=6.0896%，i2=4.8977%,ω=i2-i1=1.192%，为凹形。
取竖曲线半径R=4000m。
曲线长
=4000×1.192%=47.68m
切线长
=23.839m
外距
=0.071m
（2）计算设计高程
竖曲线起点桩号=K0+425-T=K0+401.161
竖曲线起点高程=676.805+T×1.192%=677.089m
变坡点2、3、4、5按照同样方法计算，具体结果见《纵坡、竖曲线表》。
1.6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。
1.6.1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2×3m，土路肩宽度：
2×0.25m。
路基宽：
6+0.25+0.25=10m，路拱坡度2%。
1.6.2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。
1.6.3超高与加宽
根据《公路路线设计规范》之规定，对于半径等于或小于250m的平曲线均设置加宽。
全线采用一类加宽，加宽在缓和曲线全长范围内进行，对于不设回旋线或超高过渡段时，加宽过渡段长度应满足渐变率为1：
15且长度不小于10米的要求。
本段路线超高采用绕行车道中线旋转的过渡方式，超高缓和段长度根据超高渐变率和排水需要计算确定，最大超高值8%，超高的过渡应在缓和曲线全长范围内进行。
第2章路基路面设计
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。
2.1一般路基设计
2.1.1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。
2.1.2设计依据
《公路路基设设计规范》
《公路工程技术标准》
2.1.3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：
表2-1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
6
15
下路堤
150以下
4
15
零填及路堑路床
0～30
6
10
30～80
4
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：
表2-2路基压实度（重型）要求表
填挖类型
路床顶面以下深度（cm）
压实度（%）
填方
路基
0～80
≥95
80～150
≥94
〉150
≥92
零填及挖方路基
0～30
≥95
2.2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。
2.3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。
2.4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。
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）挡土墙排水设施
挡土墙的排水处理是否得当，对岩石或土坡的稳定性影响很大，直接影响到挡土墙的安全与使用效果。
挡土墙的排水设施通常由地面排水和墙身排水组成。
地面排水，主要是防止地表水渗入墙背填料或地基。
因此，可设置地面排水沟以截留地表水。
夯实回填土顶面和地表松土，以减少雨水和地面水下渗，必要时应加设铺砌，采取封闭处理。
为防止地表水渗入地基，可夯实墙前回填土及加固边沟等。
墙身排水，主要是为了迅速排除墙后积水。
通常是在非干砌的挡土墙墙身的适当高度处设置一排或数排泄水孔。
设计中采用10×10cm的方形孔，间距为2m。
最下一排泄水孔的底部距地面30cm。
沉降缝和伸缩缝：
为防止因地基不均匀沉陷而引起墙身开裂，应根据地基地质条件及墙高、墙身断面的变化情况，设置沉降缝。
为了减少圬工砌体因硬化收缩和温度变化作用而产生裂缝，须设置伸缩缝。
通常，把沉降缝和伸缩缝结合在一起，统称为变形缝。
设计中，沿墙身10m设置一道变形缝，缝宽20mm，缝内沿墙内、外、顶三边填塞沥青麻筋，塞入深度不应小于15cm。
（4）挡土墙施工注意事项
①施工前应做好地面排水工作，保持基坑干燥；
②基坑开挖后，若发现地基与设计情况有出入，应按实际情况调整设计；
③墙趾部分的基坑，在基础施工完后应及时回填夯实，并做成不小于4%外倾斜坡，以免积水下渗，影响墙身的稳定；
④浆砌挡土墙的砂浆水灰比必须符合要求，灰浆应填塞饱满，浆砌挡土墙应错缝砌筑，填缝必须紧密，不得做成水平通缝，墙趾台阶转折处，不得做成竖直通缝；
⑤墙体应达设计强度的75%以上，方可回填墙后填料；
⑥回填前，应确定填料的最佳含水量和最大干密度，根据碾压机具和填料性质，分层填筑压实，压实度应满足设计要求；
⑦墙后回填必须均匀摊铺平整，并设不小于3%的横坡，利于排水。
墙背1.0m范围内，不得有大型机械行驶或作业，防止碰坏墙体，并用小型压实机碾压，分层厚度不得超过0.2m。
⑧墙后地面坡度陡于1：
5时，应先处理填方基底（如铲除草皮，开挖台阶等）再填土，以免顺原地面滑动。
2.5路面结构设计
2.5.1.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。
2.5.2路面类型
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。
2.5.3沥青路面设计
2.5.3.1设计资料
新建路面厚度计算
新建路面的层数:
3
标准轴载:
BZZ-100
路面设计弯沉值:
63.2（0.01mm）
路面设计层层位:
2
设计层最小厚度:
180（mm）
层位结构层材料名称厚度20℃平均抗压标准差
（mm）模量（MPa）（MPa）
1中粒式沥青混凝土4010000
2水泥稳定砂砾?
13000
3级配砂砾1501500
4新建路基30
按设计弯沉值计算设计层厚度:
LD=63.2（0.01mm）
H
（2）=180mmLS=51（0.01mm）
由于设计层厚度H
（2）=Hmin时LS<=LD,
故弯沉计算已满足要求.
路面设计层厚度:
H
（2）=180mm（仅考虑弯沉）
通过对设计层厚度取整以及设计人员对路面厚度进一步的修改,
最后得到路面结构设计结果如下:
---------------------------------------
中粒式沥青混凝土4cm
---------------------------------------
水泥稳定砂砾18cm
---------------------------------------
级配砂砾16cm
---------------------------------------
土基
2.6路基土石方数量计算及调配
路基土石方是公路工程的一项主要工程量，在公路设计和路线方案比较中，路基土石方数量的多少是评价公路侧设质量的主要技术经济指标之一。
在编制公路施工组织计划和工程概预算时，还需要确定分段和全线的路基上石方数量。
地面形状是很复杂的，填挖方不是简单的几何体，所以其计算只能是近似的，计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时于点的密度和计算公式与实际情况的接近程度等。
计算时一般应按工程的要求，在保证使用的前提下力求简化。
2.6.1横断面面积计算
路基填挖的断面积，是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积，高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算，下面介绍几种常用的面积计算方法。
①积距法：
适用于不规则图形面积计算
把横断面图划分成若干条等宽的小条，累加每一小条中心处的高度，再乘以条宽即为该图形的面积。
将断面按单位横宽划分为若干个梯形与三角形条块，每个小条块的近似面积为：
Fi=bhi
则横断面面积：
当b=1m时，则F在数值上就等于各小小条块平均高度之和Σhi。
要求得Σhi的值，可以用卡规逐一量取各条块高度的累积值。
当面积较大卡规张度不够用时，也可用米厘方格纸折成窄条代替卡规量取积距，用积距法计算面积简单、迅速。
若地面线较顺直，也可以增大b的数值，若要进一步提高精度，可增加测量次数最后取其平均值。
②坐标法
已知断面图上各转折点坐标（xi，yi），则断面面积为：
A=[∑（xiyi+1-xi+1yi）]1/2
坐标法的精度较高，适宜于用计算机计算。
计算横断面面积还有几何图形法、数方格法、求积仪法等。
2.6.2土石方数量计算
若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱体其体积的计算公式为：
V=（A1+A2）
式中：
V——体积，即土石方数量（m3）；
F1、F2——分别为相邻两断面的面积（m2）；
L——相邻断面之间的距离（m）。
此法计算简易，较为常用，一般称之为“平均断面法”。
土石方数量计算应注意的问题：
（1）填挖方数量分别计算，（填挖方面积分别计算）；
（2）土石方应分别计算，（土石面积分别计算）；
（3）换土、挖淤泥或挖台阶等部分应计算挖方工程量，同时还应计算填方工程量；
（4）路基填、挖方数量中应考虑路面所占的体积，（填方扣除、挖方增加）；
（5）路基土石方数量中应扣除大中桥所占的体积，小桥及涵洞可不予考虑。
2.6.3路基土石方调配
土石方调配的目的是为确定填方用土的来源、挖方弃土的去向：
以及计价土石方的数量和运量等。
通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题，使从路堑挖出的土石方，在经济合理的调运条件下移挖作填，达到填方有所“取”，挖方有所“用”，避免不必要的路外借土和弃上，以减少占用耕地和降低公路造价。
填方土源：
附近挖方利用
借土
挖方去向：
调往附近填方
弃土
（一）土石方调配原则
（1）就近利用，以减少运量：
在半填半挖断面中，应首先考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡，然后再作纵向调配，以减少总的运输量。
（2）不跨沟调运：
土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不作跨越调运。
（3）高向低调运：
应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土；位于山坡上的回头曲线段优先考虑上线向下线的土方竖向调运。
（4）经济合理性：
应进行远运利用与附近借土的经济比较（移挖作填与借土费用的比较）。
远运利用的费用：
运输费用、装卸费等
借土费用：
开挖费用、占地及青苗补偿费用、弃土占地及运费
为使调配合理，必须根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，用以分析工程用土是调运还是外借。
土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃方或借方占地，赔偿青苗损失及对农业生产影响等。
有时移挖作填虽然运距超出一些：
运输费用可能稍高一些，但如能少占地，少影响农业生产，这样，对整体来说也未必是不经济的。
（5）不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。
（6）土
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