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5胡友信的开题报告

毕业设计（论文）开题报告

题目：

湖南省炎陵至汝城高速公路K100+000～K102+000

路基路面综合设计

课题类别：

设计☑论文　□

学生姓名：

胡友信

学号：

200710010423

班级：

道土07-04班

专业（全称）：

土木工程（道路方向）

指导教师：

应荣华孙志林

2011年3月

一、本课题设计（研究）的目的：

岳阳至汝城高速公路是规划的湖南省高速公路网（五纵七横）中一纵，全长约523km。

炎陵至汝城（湘粤界）公路为岳汝线湖南省境内的最南段，长约151km，起点接在建的衡炎高速公路炎陵西互通，终点接广东省粤湘高速公路仁化至翁源段，是湖南省连接广东、香港与澳门的又一重要通道。

本项目建设有助于完善湖南省高速公路主骨架，缓解京港澳国家高速公路交通压力，提高我国南北向交通抗击重大自然灾害和突发事件的能力，加强湘粤省际通道建设，改善湖南省交通运输条件及投资环境，促进区域经济和社会发展。

本设计以岳阳至汝城高速公路设计为依托，结合K100+000～K102+000段开展路基路面综合设计,内容涉及路线设计、路基设计、路基防护工程、支挡工程设计、路面工程设计、专题研究、编制计算机应用程序英文摘要与专业英语文献翻译。

其中路基设计中涉及岩溶和软土的不良地质，路基防护与加固需采取一些特殊的措施。

通过设计达到以下目的：

首先是熟悉高速公路路基路面，防护工程，排水工程，桥梁涵洞工程等的基本设计与施工方法；深入了岩溶，软土的处理方法。

其次是能够掌握公路勘测设计各阶段的设计内容，并掌握设计过程中设计原始资料的采集方法与内容，掌握路面设计参数的测定、选用及计算；基本掌握公路勘测设计的程序和方法，熟悉AutoCAD，纬地等工程实用软件及计算机数据处理和文字编辑系统，提高自己专业英语文献翻译的能力，达到熟练从事公路专业工作的能力。

再次是针对要解决的问题，学习和熟悉如何搜集国内、外资料，了解国内外的现状和水平，吸取先进的设计内容和国内外有关设计、施工的优点，知识，去解决实际工程问题。

最后是通过该课题设计使我们能综合运用所学课程，系统地巩固基本理论和专业知识；学习调查研究的方法，培养深入细致、联系实际，从经济，技术观点全面分析和解决问题的方法，并培养独立思考独立工作能力，提出个人见解。

二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）：

1988年沪嘉高速公路的建成通车实现我国大陆高速公路零的突破,到2011年初，我国高速公路通车总里程达到7.4万公里，高速公路总里程稳居世界第二，几年内将要超过美国，成为世界第一。

“十二五”期间，交通运输部将以国家高速公路网建设为龙头，来加强省际连接线建设，到2015年基本建成国家高速公路网届时东部地区基本形成高速公路网，长江三角洲、珠江三角洲和京津冀地区形成较完善的城际高速公路网。

目前国家高速公路网骨架基本形成，回顾历史，我国的高速公路虽然总里程在持续增长，但因起步比较晚，在设计，施工等方面仍存在许多不足，新建的高速公路维修频繁，质量得不到保证；展望未来，高速公路发展将更倾向于新设计，新理论，新材料。

2、1公路设计技术的发展现状与趋势。

2、1、1路基

（1）路基由路基本体和路基设施组成。

路基本体是指路基断面中的填挖部分；路基设施是指为确保路基本体的稳定性而采用的必要的附属工程设施，它包括排水设施和防护支挡加固设施。

路基是路面的基础，必须确保路基长期稳定，防止产生病害。

因此，必须扭转把路基工程当成一般土石方工程的简单化观念，真正把路基工程视为与桥隧工程同等重要的结构工程。

必须探明山体和地基的水文地质与工程地质条件，使设计符合实际。

（2）对路堤边坡高度和挖方边坡高度进行适当限制，在初步设计阶段加大围绕路基高边坡稳定问题所进行的路线方案比选力度，是十分必要的。

（3）在进行方案比选时，既要考虑建设期间的工程量、施工方法等因素，又要考虑运营期间因路基病害所增加的养护维修工程量和因此造成的运营效益损失，还要考虑整个社会效益。

在工程投资相差不多的情况下，应优先选用桥隧工程以及采用新技术、新工艺、新材料的工程方案。

（4）动态设计是路基设计的基本原则。

2、1、2路面

（1）选择路基断面形式，确定路基宽度与路基高度

　　路基宽度为行车道路面及两侧路肩宽度之和。

路面宽度根据设计通行能力及交通量大小而定，一般每个车道宽度为3.5~3.75m，技术等级高的公路及城镇近郊的一般公路，路基宽度尽可能的增大，一般取1~3m。

路基高度是指路堤的填筑高度和路堑的开挖深度。

路基高度分为中心高度和边坡高度。

（2）选择路堤填料与压实标准

　路堤填土要分层压实，使之具有一定的密实度。

土质路堑开挖至设计标高后，需检验路基顶面工作区内天然状态土的密实度，必要时应挖开分层夯实，使之达到一定的密实度。

（3）确定边坡形状与坡度

　　一般路堤边坡可根据填料种类和边坡高度选用。

设计路堑边坡时，首先因该从地貌和地质构造上判断其整体稳定性。

（4）路基排水系统布置和排水结构设计。

（5）坡面防护和加固设计。

附属设施设计。

⑷国外先进技术、材料和标准规范的引进。

2、1、3路基路面排水

路基路面的各种病害和变形的产生都与地面水和地下水的浸湿和冲刷有关，因此将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性。

2、1、3、1路基排水设计的一般原则：

（1）排水设施要因地制宜、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用地形和自然水系。

（2）各种路给排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可使当地增设函馆或加大函馆孔径，以防农业用水影响路基稳定。

（3）设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段做到路基路面综合设计和分期修建。

（4）路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系。

（5）路基排水要结合当地水文条件和道路等级等具体情况，注意就地取材，以防为主，既要稳固适用，又必须讲究经济效益。

（6）提高路面结构的防水和排水能力。

2、1、3、2路面排水设计的一般原则：

（1）降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排走，避免行车道路内出现积水。

（2）在路线平缓、汇水量不大、陆地较低且边坡坡面不会受到冲刷的情况下，应采用在陆地边坡横向漫坡的方式排除路面表面水。

（3）在路堤较高，边坡坡面在未作防护而易受路面表面水冲刷或者坡面虽已采取防护措施但仍有可能受到冲刷时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，汇集路面表面水，然后通过泄水口和急流槽排离路堤。

（4）设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧道外边缘，在二级及二级以下公路上不得漫过右侧道中心线。

2、1、4边坡稳定性分析

边坡稳定性分析一直是沿途工程中的重要研究课题。

我国当前相关的工程设计规范推荐的方法是建立在极限平衡理论基础上的极限平衡法，包括瑞典圆弧法，Bishop法等。

虽然这些概念清晰，计算简便，工程经验丰富，但没有考虑土体内部的应力--应变关系，无法考虑土体与支档结构的共同作用及变形协调。

有限元应力应变分析克服了极限平衡方法中将土条假设为刚体的缺点，可以考虑土体的非线性本构关系，模拟边坡的施工过程，适用于任意复杂的边界条件，近年来，基于有限元法的边坡稳定性分析得到越来越广泛的应用。

基于有限元应力分析评价边坡稳定性的方法主要有两种：

滑面应力分析法和强的折减法。

滑面应力分析法是以有限元应力分析为基础，应用非线性数学规划方法确定最危险滑动面，以不同的安全系数定义评价边坡稳定性。

滑面有限元应力分析法的优点，在于有限元数值计算和优化技术比较成熟。

它的不足之处在于最危险滑动面需要搜集确定。

有限元强度折减法的优点是安全系数可以直接得出，不需要事先假设滑动面的形式和位置，另外可以考虑边坡的渐进破坏过程。

其缺点在于破坏标准难以统一，曾有学者分别以解得不收敛性、迭代次数达不到上限值，广义剪应变或塑性应变分布区域是否贯通作为边坡失稳标准。

随着计算机技术和数值分析方法的发展与提高，一些依托计算机的新的边坡稳定性计算方法应运而生，也使得一些过去手算条件下难于得到普遍适用的方法在工程实际中得到应用，大大提高了工作效率和计算精度。

下面简单介绍一些新的方法：

快速拉格朗日分析法,适用于非规则区域的连续问题求解,能较好地考虑岩土体的不连续性和大变形特性,求解速度较快,缺点是计算边界、单元网格划分带有很大的随意性。

不连续变形分析法（DDA）是分析不连续变形问题的一种新的数值方法,可以反映岩体连续和不连续的具体部位,考虑了变形的不连续性和时间因素,既可计算破坏前的小位移也可计算破坏后的大位移,特别适合于边坡极限状态的设计计算。

遗传进化算法是一种新发展起来的全局搜索的算法。

它的特点是检索了少部分搜索空间后便能迅速地收敛于最优解,克服了传统方法容易陷入局部极小值的缺点,是一种全局优化算法。

人工神经网络评价法采用类似于人脑神经网络的体系结构来模拟大脑功能,可以尽可能多地将各种影响因素作为输入变量,因此,用于研究边坡工程具有独特的优势。

可靠度评价方法,用可靠指标或破坏概率来评价边坡安全度,与传统的确定性理论相比较,可靠性分析能更好地反映边坡工程的实际状态,但往往只作为确定性方法的一种补充和参考。

灰色系统评价法,可在不完全的信息中,找到主要特征和主要影响因素,因此特别适合于边坡稳定性计算这种数据有限,没有原型,复杂而且具有不确定性问题的分析与评价。

2、1、5国外先进技术、材料和标准规范的引进

我国在建高速公路已开始推广美国高性能（SUPERPAVE）沥青路面，苏嘉杭高速公路率先在全线沥青路面三层结构上使用这一技术。

这种路面结构形式出现时间相对较短，国外、国内经验相对缺乏[6]。

总的表现为：

设计理论的精确化、科学化；计算机的广泛应用；建筑材料的发展；设计可持续性的工程。

三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

3、1设计的主要内容：

3、1、1纵断面设计

纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和频繁。

尽量避免采用极限坡值。

山区道路的垭口处的纵坡应尽量放缓一些。

连续升坡或降坡时，应尽量避免设置反坡。

纵坡设计应对沿线的自然条件，如地形、土壤地质、水文、气候等做综合考虑，具体情况具体处理，最大限度地保证路基的稳定和道路交通的畅通。

填挖平衡是纵坡设计的重要控制因素，尽量就近移挖作填以减少借方，节省土石方数量和其他工程量，降低工程造价，尽量减少对生态环境的影响。

3、1、2横断面设计

横断面设计是路线设计的重要组成部分，它和纵断面设计、平面设计相互影响，所以在设计中应对平、纵、横三个方面结合起来综合考虑，反复比较和调整后，才能达到各元素之间的协调一致，做到组成合理、用地节省、工程经济和有利于环境保护。

考虑到该项设计中，图纸数量极大，相应的计算量也随之增加，故采用路线CAD软件进行自动化绘图计算，以减少时间消耗。

3、1、3排水设计、路基防护工程与支挡工程设计

路基排水的任务，就是将路基范围内的土基湿度降低到一定的限度以内，保持路基常年处于干燥状态，确保路基及路面具有足够的强度与稳定性，常用的路基地面排水设备，包括边沟、截水沟、排水沟、跌水与急流糙等，地下排水设备有盲沟、渗沟、渗水隧道和渗井等；路面排水的主要任务是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，以免造成路面积水而影响行车安全，它包括路面表面排水，中央分隔带排水与路面内部排水。

总之，路基路面排水的目的是防止和减少水对路基路面产生的危害，使结构处于一种相对比较干燥的工作状态。

根据路基的填挖情况，确定挡土墙的型式，并拟定尺寸，进行挡土墙设计。

绘制挡土墙设计图（本路段内所有挡土墙设计图），并计算工程数量。

应满足各种设计荷载组合下支挡结构的稳定、坚固耐久；结构类型选择及设置位置的确定应安全经济、便于施工养护；结构材料应耐久、耐腐蚀。

据路基填挖情况，确定挡土墙形式，拟定尺寸，进行挡土墙设计，绘制挡土墙设计图，并计算工程数量。

3、1、4路面设计

3、1、4、1沥青路面结构设计

拟定三种路面结构设计方案。

绘制沥青路面结构设计图。

按2006年颁布的规范，采用专用计算程序进行路面结构计算与分析。

我国沥青路面设计方法采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性体系理论，以路表面回弹弯沉值和沥青混凝土层弯拉应力、半刚性材料层弯拉应力为设计指标进行路面结构厚度设计。

设计控制指标是根据路面结构的损坏过程和损坏机理，从力学响应提出的控制指标。

路面结构设计中结构厚度分布若满足了控制指标的极限标准，就能保证路面结构在设计使用期内正常工作，不致出现破坏的极限状态。

控制指标包括：

弯沉指标，沥青面层、半刚性基层、下基层、刚性基层层底拉应力。

3、1、4、2水泥混凝土路面结构设计

拟定三种路面结构设计方案。

绘制水泥混凝土路面结构设计图。

我国水泥混凝土路面设计方法采用单轴双轮组100KN标准轴载作用下的弹性板空间地基有限大矩形薄板理论有限元解为理论基础，以路面板纵缝边缘荷载与温度综合疲劳弯拉应力为设计指标进行路面板厚度设计。

设计完成后，路面板的综合疲劳拉应力应满足以目标可靠度为依据的状态平衡方程式。

3、1、4、3路面结构技术方案比选

根据沿线所给的土质，考虑路基的干湿类型，对于沥青路面和水泥路面，要求根据土质和干湿类型设计多种路面结构，通过方案比选，选择一种合理的路面结构组合方案。

3、2设计重点、难点及采取的解决原则：

3、2、1不良地质

在本设计中，不良地质主要表现为岩溶和软土。

岩溶：

根据调查，在K100+920-K101+200段冲沟内发现几处小的泉眼，通过物探揭露，岩溶发育形态主要为溶沟、溶槽及溶蚀裂隙,规模较小。

在K100+980处发育一落水洞，洞径约1.5m，垂直发育，物探揭露发育深度约15m，碎石、黏土充填。

岩溶发育形态以溶蚀裂隙、溶沟溶槽为主，规模一般不大。

对于溶洞顶板完整岩石厚度小于溶洞的洞径或溶洞顶板完整岩石厚度很薄时，应根据填土厚度进行岩溶地基稳定性计算。

对于地下水较丰富岩溶溶洞，应设置暗沟。

局部岩溶裂隙、溶沟、溶洞等岩溶形态相对发育，若路基在填挖过程中发现溶沟、溶槽，建议采用片石回填加以处理。

其中：

K101+980处的落水洞建议开挖后片石充填，并适当设置地下暗沟疏排地下水。

软土：

本合同内边坡大部分为土质边坡，边坡岩土主要为坡洪积粘土，该路段切方岩层倾向坡外，倾角一般为40～60°，左侧边坡为顺向坡，且该类粘土遇水易软化，边坡开挖后，在雨水等外力作用下边坡极易产生滑塌，建议尽量顺层面进行开挖，建议边坡比采用1：

1～1：

1.25，采用网格梁锚杆防护，并加强坡面排水处理和坡面防护设计，在岩土交界面发育的溶沟、溶槽处的设置排水设施。

路线存在较多的高填深切，沿线边坡稳定较差，存在顺向坡等不良地质地层，对路基、边坡稳定非常不利，建议因地制宜，加强边坡勘察与设计结合的力度，将防护与地质有机结合，防护设计从地质条件出发，以达到安全、经济、合理、环保的效果为目的。

3、2、2边坡稳定

在本设计中，在K100+360~K100+460是高挖方路基，因此要注意边坡的稳定和防护。

边坡稳定性分析涉及到岩土性质与结构、边坡高度与坡度、工程质量与经济等多种因素。

根据规范，一般情况下工程上只对地质与水文条件复杂、高填深挖或特殊需要的路基进行边坡稳定性的分析与计算，据此选定合理的边坡坡度及相应的工程技术措施。

岩土质路基边坡的稳定性是土力学与岩体力学的重要研究课题，长期以来各国已经提出了多种计算方法与原理，计算机技术的发展，为边坡稳定计算开辟了新的途径。

土坡稳定性分析的各种方法，按失稳土体的滑动面特征，大体可归纳为直线、曲线和折线三大类，而且以土的抗剪强度为理论基础，按力的极限平衡原理建立相应的计算式。

直线滑动面的边坡稳定性分析方法包括试算法、解析法；通常假定边坡滑动面为圆弧滑动面，曲线滑动面的边坡稳定性分析中，通常假定边坡滑动面为圆弧滑动面，方法包括圆弧滑动面的条分法及其简化的表解法和图解法，此外还有应力圆法和圆法。

对于软土地基，路堤滑动面通常成圆弧滑面，稳定验算方法采用圆弧条分法，根据计算过程中参数选择不同，可以分为总应力法，有效固结应力法、有效应力法等。

浸水路堤的边坡稳定性，通常亦假定滑动面为圆弧，最危险的滑动面通过坡脚。

常用的稳定性计算的方法有：

假想摩擦角法、悬浮法和条分法。

岩石路堑边坡的稳定性，很大程度上取决于岩石产状与结构，边坡失稳体的滑动面主要是地质构造上的软弱面。

边坡稳定性分析应首先进行定性分析，确定失稳岩体的范围和软弱面（滑动面），然后进行定量力学计算。

路基边坡稳定性分析计算的方法还可以分为工程地质法（比拟法）、力学分析法和图解法。

建议进行坡面防护，主要是保护路基边坡表面，免受雨水冲刷，减缓温差及温度变化的影响，防止和延缓软弱岩土表面的风化、碎裂、剥蚀演变进程，从而保护路基边坡的整体稳定性，在一定程度上还可美化路容，协调自然环境。

（1）植物防护：

种草、铺草皮、植树。

（2）工程防护：

框格防护、封面、护面墙、干砌片石护坡、浆砌片石护坡、浆砌预制块护坡、锚杆钢丝网喷浆、喷射混凝土护坡。

四、设计（研究）进度计划：

1、第三周：

明确设计任务，熟悉设计资料，收集设计参考书，做好设计准备工作，撰写开题报告。

并开始着手计算机应用程序编制、英文文献翻译。

2、第四周—第六周：

进行路线纵断面、路基横断面设计及土石方数量的计算与调配。

3、第七周—第八周：

进行特殊路基设计和路基排水设计。

4、第九周一第十周：

进行路基防护工程与支挡工程设计。

5、第十一周：

公路涵洞设计。

6、第十二周一第十四周：

路面工程设计（包括沥青路面与水泥混凝土路面设计）、路面（含基层）排水设计。

7、第十五周—第十六周：

编写英文摘要，毕业设计文件装订，毕业设计答辩准备。

8、第十七周：

毕业设计答辩。

五、参考文献：

[1]张雨化《道路勘测设计》，北京人民交通出版社，1997年9月

[2]邓学钧《路基路面工程》，北京：

人民交通出版社，2008年5月

[3]方左英，王新明.《路基工程》，北京：

人民交通出版社，1987年12月

[4]方福森，《路面工程》（第二版），北京：

人民交通出版社，1987年6月

[5]高性能沥青路面SUPERPAVE在美国的应用状况（论文）.2006年1月4日

[6]EmpiricalRuttingModelsofRecycledMixturesContainingCRM

[7]JTGF10-2006,公路路基施工技术规范[S].北京:

人民交通出版社,2006年10月

[8]JTGD40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S].北京:

人民交通出版社,2003年3月

[9]JTGF30-2003,公路水泥混凝土路面施工技术规范[S].北京:

人民交通出版社,2003年6月

[10]JTGD50-2006,公路沥青路面设计规范[S].北京:

人民交通出版社,2006年12月

[11]JTGF40-2004,公路沥青路面施工技术规范[S].北京:

人民交通出版社,2004年11月

[12]JTGF80/1-2004,公路工程质量检验评定标准[S].北京:

人民交通出版社,2004年10月

[13]TJT018-97,公路排水设计规范[S],北京:

人民交通出版社,1998年3月

[14]交通部第二公路勘察设计院.公路设计手册《路基》（第二版）[M].北京:

人民交通出版社,1996年5月

[15]姚祖康主编.公路设计手册《路面》（第二版）[M].北京:

人民交通出版社,1999年7月

[16]顾克明,苏清洪,赵嘉行主编.公路桥涵设计手册《涵洞》[M].北京:

人民交通出版社,1997年6月

[17]FederalHighwayAdministration（FHWA）.LTPPbindsoftware[Computerprogram].USDepartmentofTransportation,Washington,DC;1999.

[18]AsphaltInstitute.SuperpaveMixDesignSeriesNo.2（SP-2）,AsphaltInstituteResearchCenter,Lexington,KY;2001.

指导教师意见

签名：

月日

教研室（学术小组）意见

教研室主任（学术小组长）（签章）：

月日