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1、第1章 线形设计1.1 平曲线的计算平曲线包括直线、圆曲线和缓和曲线。 直线设计要求：直线的运用应注意同地形与环境相协调，规范规定:当设计速度60/h时,同向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度(以/h计)的6倍为宜,反向曲线间直线最小长度以不小于设计速度的两倍为宜，圆曲线的最小长度一般要有3s行程。圆曲线设计要求：在选用圆曲线半径时，最大半径值一般不应超过10000米，在地形条件许可时，就力求使半径尽可能接近不设超高最小半径，在一般情况下或地形有所限制时，应尽量采用大于一般最小半径，只有在地形特别困难不得已时，方可采用极限最小半径。设计速度为100km/h时，一般最小半径为700m，极限最小
2、半径为400m。 缓和曲线设计要求：缓和曲线是设置在直线与圆同线之间或半径相差较大的两个转向相同的园曲线之间的一种曲率连续变化的曲线，其作用是使曲率连续变化，离心加速度、超高横坡度及加宽逐渐变化，便于行车平稳。设计速度为100km/h时，缓和曲线长度一般值为120m，最小值85m。1.1.1 平曲线要素的计算已知： 圆曲线半径R=1500m, 缓和曲线长度 转角=462437.3(右)；计算：曲线总长；外距；切线长；切曲差。1.1.2 各主点桩号的计算已知: JD桩号为:K164+500.859；计算：直缓点桩号为ZH=JD-T=K163+757.336；缓圆点桩号为HY=ZH+Ls=K163
3、+957.336;曲中点桩号为QZ=ZH+=K164+464.846；圆缓点桩号为YH=QZ+=K164+972.356;缓直点桩号为HZ=YH+Ls=K165+172.356。1.1.3 逐桩坐标表表 11 逐桩坐标表桩 号坐 标桩 号坐 标桩 号坐 标N (X)E (Y)N (X)E (Y)N (X)E (Y)K164+000646375.225 517594.738 K164+500645976.859 517893.064 K164+980645706.454 518287.173 K164+020646357.511 517604.023 K164+520645963.158 517
4、907.634 K165+000645698.021 518305.308 K164+040646339.923 517613.543 K164+540645949.652 517922.385 K165+020645689.797 518323.539 K164+060646322.463 517623.297 K164+560645936.345 517937.315 K165+040645681.759 518341.852 K164+080646305.134 517633.283 K164+580645923.237 517952.421 K165+060645673.882 518
5、360.236 K164+100646287.940 517643.499 K164+600645910.332 517967.700 K165+080645666.144 518378.678 K164+120646270.884 517653.943 K164+620645897.632 517983.150 K165+100645658.519 518397.167 K164+140646253.969 517664.614 K164+640645885.139 517998.768 K165+120645650.983 518415.693 K164+160646237.197 517
6、675.509 K164+660645872.856 518014.551 K165+140645643.513 518434.246 K164+180646220.572 517686.627 K164+680645860.784 518030.497 K165+160645636.082 518452.814 K164+200646204.097 517697.966 K164+700645848.926 518046.602 K165+172.356645631.500 518464.289 K164+220646187.775 517709.523 K164+720645837.283
7、 518062.864 K165+180645628.667 518471.389 K164+240646171.608 517721.297 K164+740645825.859 518079.279 K165+200645621.252 518489.964 K164+260646155.599 517733.285 K164+760645814.654 518095.846 K164+280646139.752 517745.486 K164+780645803.671 518112.560 K164+300646124.069 517757.897 K164+800645792.912
8、 518129.419 K164+320646108.552 517770.516 K164+820645782.378 518146.420 K164+340646093.206 517783.340 K164+840645772.073 518163.561 K164+360646078.031 517796.369 K164+860645761.996 518180.837 K164+380646063.032 517809.598 K164+880645752.151 518198.245 K164+400646048.210 517823.026 K164+900645742.539
9、 518215.784 K164+420646033.569 517836.651 K164+920645733.162 518233.449 K164+440646019.111 517850.469 K164+940645724.021 518251.238 K164+460646004.838 517864.479 K164+960645715.117 518269.147 K164+480645990.754 517878.679 K164+972.3561.2 竖曲线的计算纵坡设计要求：设计速度为100km/h时，最大纵坡为4%。最小纵坡应不小于0.3%（一般情况下以采取不小于0.5
10、%为宜）。设计速度为100km/h时，纵坡坡长一般最小值350m，坡长最小值为250m。 表 12 竖曲线的纵坡要求设计速度纵坡坡度最大坡长100km/h3%1000m4%800m5%600m表 13 竖曲线半径要求设计速度线形半径一般值半径极限值曲线最小长度100km/h凸形10000m6500m85m凹形4500m3000m85m1.2.1 竖曲线要素的计算已知：第1变坡点：K164+170，高程：214.870m, 竖曲线半径R=17000m，i=3.826%, i=0.370%,为凸形曲线；第2变坡点：K165+170，高程：218.572m,竖曲线半径R=12000m，i=0.370
11、%, i=2.902%,为凹形曲线；计算得：竖曲线一：,为凸形曲线，曲线长；切线长；外距。竖曲线二：同理求得：曲线长切线长L=303.84；T=151.92m,外距E= 0.962m。1.2.2 竖曲线要点桩号及高程的计算竖曲线一：起点桩号= K164+170T=K163+876.232；终点桩号= K164+170T=K164+463.768；变坡点对应桩号设计高程=214.870E=212.332；竖曲线一起点设计高程=214.870Ti=203.630m；竖曲线一终点设计高程=214.870Ti=213.783m。竖曲线二：起点桩号=K165+170T=K165+094.052；终点桩号
12、=K165+170+T=K165+245.948；变坡点二对应桩号设计高程=218.572+E=219.053m；竖曲线二起点设计高程=218.572+Ti=218.853m。第2章 路堤边坡稳定性分析桩号K165+060处的路堤高13.79米，顶宽26米，为本路段的最大填方路段，且填土为膨胀土,有必要进行边坡稳定性验算。本次稳定性验算分为三个部分：（1）计算参数的的选用；（2）确定最危险滑动面；（3）路堤稳定性验算。2.1 计算参数的选用：对本段路堤所填的包边土为砂粘土(取值见路基设计手册)，潮湿程度为半干硬状态，土的容重,粘聚力，内摩擦角.路堤土为中等膨胀土,土的容重,粘聚力，内摩擦角重。
13、2.2 危险滑动面的确定：2.2.1 路堤计算模型如图2.2-1：图 2.21 路堤设计计算模型荷载当量高度计算：根据公路路基设计规范，按以下公式换算土柱高度为=0.765m。公式中： N为车辆数4 Q为550KNB为横向分布车辆最外轮中心之间的宽度加轮胎着地宽度，B=Nb+(N-1)m+,其中b为每一车辆的轮距,1.8米。m为左右两车辆相邻车轮之间的距离,1.3米。 为轮胎着地宽度,0.6米.故B=11.7米。L为纵向分布长度，L=12.8m为填土的容重19.2kN/m3由此可得H=14.235+0.765=15m。2.2.2 最危险滑弧圆心位置的确定：采用4.5法：如图2.2-2，首先确定
14、圆心O与半径OA，一般情况下，圆心的位置是在圆心辅助线EF的延长线上移动，E点和F点的位置可用以下的4.5H法确定。 由A点作垂直线，取深度为H确定G点，由G点作水平线，取距离为4.5H确定E点，F点位置由角度1与2的边线相交而定，其中由边坡角为31查路基设计手册取1=26，2=35交点为F，圆心在辅助线上向左上方移动，计算K值最小时的圆心即为最危险滑动面的圆心，滑动面通过坡角A，作出的圆弧线如图2.2-2所式。图 2.22滑动圆心的确定：在EF的延长线上取个点分别画出个滑动面，如图2.2-3, 对4个滑动面在不考虑水作用影响下，且不考虑土基与路堤填土的差异时采用条分法求安全系数K值，然后取最
15、小的K值所对应的滑动面为最危险滑动面。2.2.3 计算过程如下将土体划分为若干块，用CAD工具量取各个条快的面积Fi；用CAD工具量取个土条重心垂线与滑动动圆弧交点的法向方向与重心垂线的夹角i（有正负之分，法向量在垂线左侧为负，右侧为正）；用CAD工具量取圆弧弧段所对应的圆心角，在计算弧长L值。 图 2.23由计算公式可得以上四种情况的K值分别为： 如图2.2-4所示：图 2.24由上图可知最小K值的危险滑动面圆心位于处，所以，最危险滑动面的圆心位于过点且与EF线相垂直的线上。故，以点向两边取圆心点，计算并得到最小K值。 图 2.25则由公式来计算稳定系数K值。其中f为土的内摩擦系数,Ni为个
16、土条重量(包括外部荷载所产生的竖向力)的法向分量,其值为Wicosi,Ti为个土条重量的切向分量,其值为Wisini。最终计算得 K5=1.34 K6=1.33 K7=1.34图 2.26最危险滑动面的确定：由以上分析可知滑动面6为最危险滑动面，同时采用简化毕绍普法来验算滑动面6，算得的K=1.33（计算见下表）,说明采用条分法是偏安全的，而简化毕绍普法是与实际比较接近的。故最小稳定系数K=1.331.25，边坡属于稳定。表 21 土坡计算表mt土条编号iLiWiWisiniWitanicilicosi1.331.331-7.93.0361.757-8.4881616.5477460.0248
17、7350.9628191279.529592-33.005155.011-8.1126541.5350760.0176350.98808564102.777231.83.002229.1797.19868661.4083360.01037391.00583475120.714447.33.817370.06447.0220499.1583575.72122171.01749358171.8729512.83.078402.8289.24417107.935360.03019431.01978375164.707617.83.152417.02127.4811111.740260.0222369
18、1.01371647169.43837233.26439.692171.8014117.815160.01691640.99922372177.9702828.43.41456.013216.8908122.188359.99203270.97547047186.76159343.62450.825252.0981120.798260.02232030.94169568192.015910403.922366.331235.47398.158160.08852610.89554401176.70451147.14.975214.154156.87757.3823967.73172650.828
19、30303151.04871252.71.88516.47413.104634.41419522.84576270.7662489135.575851300.591729.116第3章 挡土墙设计与验算说明书挡土墙是支撑路基填土或山坡土体，以防其变形失稳的构造物。为了收缩边坡内占用土地，设置路堤挡土墙，同时也避免与其它建筑干扰或者多占农田。设计验算挡土墙时需要计算其所受土压力，一般为主动土压力。在计算土压力时一般有两种方法：等效内摩擦角法与力多边形法（数解法），以下采用等效内摩擦角法来计算主动土压力的大小。以本设计段中K165+060桩号的横断面为例，如下图所示，填方高度达13.79米，中线左
20、侧跨度达48.75米，占用了大量的鱼塘面积，设置挡土墙后，将会大幅度收缩坡脚。为增强路基的稳定性，又收缩边坡，拟在本段设置重力式路堤挡土墙。原填方图如下图： 计算流程见图3.1-1，本次设计是在选定最佳尺寸后进行的设计。3.1 墙身构造拟采用浆砌片石式路堤挡土墙，墙高H=5米，墙顶填土高度a=11米；顶宽2米，底宽3.88米，采用俯斜式重力挡墙，=20，基底斜角；墙身分段长度为12米。设计荷载为公路级。采用7.5号砂浆,25号片石,砌体容重=23kN/m。墙身构造见图3。图 3.11 3.2 计算参数选用（1）采用等效内摩擦角法来求主动土压力，考虑到墙高与填土的性质，取填土的综合内摩擦角=32
21、(取值范围为3035)，则墙背摩擦角=16，填土的容重=19.2KN/m。（2）对于地基土，则土基的粘聚力=30Kpa，内摩擦角=19，则土的内摩擦系数=0.344。根据土力学课本由土的孔隙比和液限指数查表得土的地基容许承载力=380Kpa，基底与基底土间的摩擦系数=0.4。（3）砌体容许压应力为=1300Kpa, 容许剪应力为=140Kpa, 砌体的极限抗压强度为fcu=2700Kpa,极限抗剪强度fuv=540Kpa 砌体的容重=23KN/m3。（取值均来自于结构设计原理）3.3 车辆荷载换算据路基设计规范(JTG D30-2004)，将车辆荷载简化换算为路基填土的均布土层,全断面布载，由
22、车辆荷载引起的附加土侧压力按等代均布土层厚度计算：依据规范当墙高Hm时，q取20.0；当墙高H 10.0m时，q取10;墙高在2-10米之间时，附加荷载强度用直线内插法计算。因此这里采用q=13.75kN/m3，所以h0=q/=0.716，为墙后填土容重19.2kN/m3。图 3.31 几何尺寸图3.4 主动土压力计算 由于该部分粘性土的粘聚力很大，在采用数解法来计算土压力时得到粘性土的开裂深度实际情况偏差很大，则采用库仑土压主动土压力的计算方法，在取等效内摩擦角时，考虑到填土高度取土的等效内摩擦角为32，首先假定破裂面交与荷载内部，已知条件为：H=5m,a=11m,b=20.55m,h0=0
23、.72,d=0.75m,墙背倾斜角=20,土的内摩擦角=32，=16，=68。根据路基设计手册公式，则有：=139.52所以tan=1.142,故=48.78,破裂面交于内边坡。所以Ex=177.75kN/m，Ey=129.15 kN/m，Zy=1.67m,。其中，Zy为墙踵与土压力作用力的垂直距离，横向距离Zx=3.21m。3.5 砌体的重量砌体的面积A=13.26m2,则重量G=Ak=304.98kN。重力到到墙趾间的横向距离=1.52m。3.6 设计验算采用容许应力验算法与极限状态验算法两种方法分别验算本次设计，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜作用，以偏于安全，一般不
24、计被动土压力,只计主动土压力。本节验算公式均见挡土墙设计手册。3.6.1 容许应力验算法（1） 稳定性验算：抗滑稳定性验算，计算图见图3.6-1为保证挡土墙抗滑稳定性，应验算在土压力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗挡土墙滑移的能力。其中取1.4， 取0.4， 取10；所以 满足要求。图 3.61（2） 抗倾覆稳定性验算 （计算图见图3.6-2）为保证挡土墙抗倾覆稳定性，须验算它抵抗墙身绕墙趾向外转动倾覆的能力。 满足要求。图 3.623.6.2 基底合力及偏心距验算为了保证挡土墙基底应力不超过地基承载力，应进行基底应力计算；同时为了避免挡土墙不均匀沉陷，应控制作用于挡土墙基底的合力偏心距e。基
25、础地面的压应力（1）轴心荷载作用时倾斜基底的宽度B(倾斜长度)=3.88m P基底平均压应力（kpa） A基础底面每延米的面积，即基础宽度，B1.0（）； 每延米作用于基底的总竖向力设计值（KN）； （2）偏心荷载作用时作用于基底的合力偏心距e为式中：M作用于基底形心的弯矩，e=0.49 满足要求。 =380Kpa，满足要求。（3）地基承载力抗力值 当挡土墙的基础宽度大于3m，或埋置深度大于0.5m时，除岩石地基外，地基承载应力抗力值按下式计算：所以 P1.2f 满足要求式中：f地基承载应力抗力值； 地基承载应力标准值； 取0，取1.03.6.3 墙身截面验算(1) 强度计算式中：设计轴向力（
26、KN）； 重要性系数，取1.0； 荷载组合系数，取1.0； 、恒载引起的轴向力（KN）和相应的分项系数； 主动土压力引起的轴向力（KN）； 抗力分项系数； 材料极限抗压强度（kpa）；A挡土墙构件的计算截面积（）；轴向力偏心影响系数。 所以 满足要求 (2) 稳定计算因为 又 所以 满足要求综上所述，挡土墙稳定，设计合格，满足要求。第4章 排水设计计算说明书4.1 气候与地质条件介绍项目工程区属亚热带季风气候区，太阳辐射较强，温度较高，热量丰富，雨量适中，气候温暖，大部分地区夏长冬短，霜期短，雨热同季。历年平均气温22，最热为7月份，平均气温22.327.6，最冷为1月份，平均气温7.312.
27、7。极端最高气温为42.2，最低气温为-0.4。多年平均降水量达到1091毫m/年。蒸发量最大的月份为48月份，地面蒸发量一般都在150250毫m/月，在这几个月中降雨量一般都大于蒸发量，其余季节，降雨量都小于蒸发量。年平均日照时数1375小时。年平均无霜期为358天。工程区年降水量具明显的季候性特征，58月为雨季，多暴雨，降水量占全年总量的三分之二，暴雨常造成洪水灾害，并诱使崩塌、滑坡等地质灾害发生。同时该路段路线途径宁明盆地边缘，穿越第三系新统那那读组粘土岩，泥质粉砂岩及少部分砂岩，其中部分风化粘土岩具有膨胀性，为膨胀泥岩。第三系始新统那读组粘土岩的风化残破积物则普遍具有膨胀性，为膨胀土，
28、其厚度一般在2到5米间。设计路段土层的基本分布情况为：表土层（1-2M），灰白粘土（2-4M以下），在往下是灰色粘岩。因此在这种地质条件与气候下有必要对排水沟渠进行水文和水力计算，考虑到水对膨胀土影响非常大，在挖方路段为了减少水对坡面的冲刷，在边坡平台上设置了平台沟。4.2 边沟设计验算在K164+300至K164+460之间的左侧挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。膨胀土路堑（坡度为1：1.5,坡面流长度为15.85m），路基宽度24.5m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为12m,路拱横坡为2%在纵断面方面，此处属于竖曲线上，采用平均纵坡i=（290.18-37.02）/
29、240=1.05%,边沟坡脚和路肩边缘间设置梯形边沟。计算简图如图4.2-1.4.2.1 计算汇水面积和径流系数：由图一计算汇水区域在路堑一侧（由平台沟到边坡平台）的面积A1=15.85160=2536m2。由于坡面上采用植草防护，则由公路排水设计规范得坡面径流系数取C1=0.5。汇水区域在边沟平台上的面积A2=2160=320m2,取坡面径流系数(浆砌片石护面)C2=0.4，汇水区域在路面一侧(公路路中线到边沟）的面积为A3=16012=1920m2,由表查得沥青路面径流系数为C3=0.95。由此，总的汇水面积为F=2536+320+1920=4776m2，汇水区的径流系数为C=。图 4.2
30、1 边沟计算示意图4.2.2 计算汇流历时：由克毕公式计算坡面汇流历时，其中：L为坡面流长度； i为坡面流坡度； m地表粗糙系数；由表查得草皮防护路堑边坡的粗度系数m=0.4，且路堑坡度为1：1.5,得路堑坡面汇流历时。由表查得边沟平台（浆砌片石护面）的粗度系数m=0.02,横向坡度为4%，则查表得沥青混凝土路面粗糙系数为m=0.013，横坡3%，坡面流长度为12m，所以历时时间为。因此取坡面汇流历时t=3.763min(取最大值)。设边沟底宽为0.8m，高0.8m，两边坡度为1：0.5，以浆砌片石砌筑，沟壁粗糙系数n=0.025。设计水深为0.5m。求得过水断面段面积为A=，水力半径为R=m
31、。按曼宁公式,得沟内平均流速为：，因此沟内汇流历时为 。由上可得汇流历时为 。4.2.3 计算降雨强度：据设计手册，高速公路路界内坡面排水设计降雨重现期为15年。求设计重现期和降雨历时内的降雨强度（mm/min）,由于公路在广西南宁境内，据公路排水设计手册，可取公式。4.2.4 计算设计径流量：可按降雨强度由推理公式确定：，式中Q-设计径流量；C-径流系数；F-汇水面积（Km）;所以。4.2.5 检验径流： 设定边沟的截面形式为梯形，顶宽1.6m,底宽0.8m,两斜边坡率为1：0.5，过水断面为底宽0.8m，水深0.5m，断面积为0.6m2,则泄水能力Qc=0.52.084=1.042m/s。
32、 因为设计径流量Q=0.2199m/sQ=0.034m3/s改水深ha=0.06m,按上述方法知：hb=ha-Bwia=0.06-0.60.05=0.03m m3/s，Qa=0.034-0.0031=0.0299m3/s m3/s总泄水量Qa+Qb=0.0299+0.00457=0.0344m3/s,接近于设计流量Q=0.034m3/s，因而，拦水带边沟水深为6cm,沟内水面宽度到达离硬路肩边缘0.6+0.02/0.03=1.27m。4.3.3 确定拦水带尺寸：水力计算主要关心边沟排泄设计流量时的水深和水面宽度，前者影响到路缘带或缘石的高度，后者用于检验沟内水面是否超过设计规定的限值（硬路肩内
33、侧边缘）。根据拦水带边沟水深为6cm，以及水面宽度为1.27m(硬路肩宽度为3m),选择拦水带的形式为沥青混凝土拦水带，拦水带堤高10cm,正面边坡1：0.5,背面边坡直立。具体尺寸见中间带设计图。本节设计的公式均来自于公路排水设计手册。第5章 水泥混凝土路面设计5.1 交通量计算：根据我国的公路自然区划标准（JTJ013-86），本项目属于广西省境内，为东南湿热区。现拟新建一条高速公路，双向四车道，建设期为两年，平均增长率为5%；设计基准期为30年，交通量年平均增长率为8.9%，路基土为粘性土。计算设计日通过的标准轴载作用次数车 型车 轴轴轮型轴载系数交通量小客车前轴1-113736.813
34、27001.32后轴1-125.6550.56727005.06中客车SH130前轴1-116673.8788009.94后轴1-22318004.91大客车CA50前轴1-128.7524.1605305.89后轴1-268.215301.16小货车BJ130前轴1-113.55723.8017001.59后轴1-227.2117001.53中货车CA50前轴1-128.7524.1606106.77后轴1-268.216101.34中货车EQ140前轴1-123.7569.1308504.79后轴1-269.218502.35大货车JN150前轴1-149.0416.4568503.91后
35、轴1-2101.618501095.77特大车日野KB222前轴1-150.2412.1456004.02后轴1-2104.316001176.79拖挂车五十铃前轴1-160.0381.723687.32后轴3-2100.08.13685.53合 计2292.667注：1-1表示单轴单轮组，1-2表示单轴双轮组，3-2表示三轴双轮组。 小于40KN的单轴和小于80KN的双轴略去不计；则使用初期年平均日交通量=2292.667(1+5%)2=2527.665。方向分配系数采用0.5，因为是双向4车道，即单向2车道，所以车道分配系数取0.9（0.8-1.0）。故有：设计车道的年平均日货车交通量（A
36、DTT）Ns=2527.6650.50.9=1137.4495.2 交通参数分析5.2.1 累计标准轴次计算：使用年限内的累计标准轴次为5.2.2 交通等级划分：由规范交通分级知，累计作用次数在106-2107之间，所以交通等级为重交通；水泥混凝土路面设计使用年限30年，车轮轮迹横向分布系数=0.20。(由水泥混凝土路面设计规范中表A.2.2，对高速公路，为0.170.22)。5.3 路面结构方案设计现在按设计要求，由表3.0.1得，相应于安全等级一级的变异水平等级为低级。根据高速公路重交通等级和低级变异水平等级，查表4.4.6，面层厚度h取0.24-0.27m之间。根据路基干湿类型，设计多种
37、方案，并进行方案比选如下：路基为中湿状态时：方案一：参考公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)1、初拟路面结构：初拟普通混凝土面层，厚度为；基层选用沥青稳定碎石（沥青用量一般为2.5%-3.5%），厚；设置的水泥稳定碎石垫层。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.75m，长4.5m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。2、材料参数的确定：（1）混凝土路面设计弯拉强度与弯拉弹性模量： 本设计为普通混凝土路面为重型交通，查规范得：弯拉强度的标准值 Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Gpa。（2）土基的回弹模量：路基属于中湿状态，可选用路基土基的回弹模量值：（3）基层和半刚性垫层的回弹模量：基层选用沥青稳定碎石，回弹模量取：Mpa(600-800) 垫层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：Mpa(1300-1700) （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：根据土基状态拟定的基层、垫层结构类型和厚度，参照公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D402002)中，按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下： 普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.1.3-2）计算为：3、荷载疲劳应力计算：
