双向四车道的一级公路设计

1

1设计资料 ................................................................................................................................................ 3

1.1 交通量资料 ................................................................................................................................ 3 1.2地形地貌以及工程地质资料 ...................................................................................................... 3 1.3设计参照等高线地形图 .............................................................................................................. 4 1.4 设计规范标准........................................................................................................................... 4 2 道路等级的确定 ................................................................................................................................. 4

2.1车型换算 ..................................................................................................................................... 4 2.2 日交通量计算........................................................................................................................... 4 3 确定线路技术标准 ............................................................................................................................... 4 4 路线方案的拟定 ................................................................................................................................... 6

4.1山岭区选线要点.......................................................................................................................... 6 4.2 路线方案的拟定......................................................................................................................... 6 5 平面设计 ............................................................................................................................................. 7

5.1 平面线形设计的基本要求 ....................................................................................................... 7 5.2 平曲线的设计........................................................................................................................... 7

5.2.1 曲线半径........................................................................................................................ 7 5.2.2 直线长度........................................................................................................................ 8 5.2.3 缓和曲线的长度 ............................................................................................................ 8 5.2.4曲线计算........................................................................................................................... 8

5.2.4.1桩号里程 ................................................................................................................ 8 5.2.4.2平曲线要素、 ..................................................................................................... 9

5.3超高加宽设计.............................................................................................................................. 9

5.3.1超高的确定 ..................................................................................................................... 9 5.3.2超高缓和段长度的确定 ............................................................................................... 10

5.3.2.1理论取值计算 ................................................................................................... 10 5.3.2.1实际取值 ........................................................................................................... 10 5.3.3各曲线段超高计算 ....................................................................................................... 11 5.4纵断面设计 .............................................................................................................................. 11

5.4.1纵断面设计的一般要求 ............................................................................................... 11 5,4.2纵坡的确定 ................................................................................................................... 12 5.4.3竖曲线半径确定 ........................................................................................................... 12 5.4.4竖曲线长度确定： ....................................................................................................... 12

1

2

5.4.5 竖曲线要素计算 .......................................................................................................... 12 5.5平纵组合设计............................................................................................................................ 14

5.5.1 组合原则...................................................................................................................... 14 5.5.2 组合方式...................................................................................................................... 14 5.6平面纵面成果汇总 ................................................................................................................... 14 6. 路基设计 ........................................................................................................................................... 14

6.1 横断面布置 .............................................................................................................................. 14 6.2 路拱横坡 .................................................................................................................................. 15 6.3超高及加宽 ............................................................................................................................... 15 6.5设计成果 .................................................................................................................................. 15 7路面结构设计 ...................................................................................................................................... 15

7.1 路面类型的确定 ..................................................................................................................... 15

7.1.1 路面类型的确定 .......................................................................................................... 15 7.1.2 确定路基潮湿类型及土基回弹模量 .......................................................................... 16 7.1.3 轴载分析...................................................................................................................... 16

7.1.3.1当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时 .................................. 16 7.1.3.1当进行半刚性基层层底拉应力验算时 .............................................................. 17 7.1.4 结构组合与材料选取 .................................................................................................. 18 7.2 沥青路面设计计算 ................................................................................................................. 18

7.2.2 按容许弯沉计算路面厚度 .......................................................................................... 19 7.2.3 水泥碎石层的确定的 .................................................................................................. 20

7.2.3 .1 按设计弯沉值计算设计层厚度 ........................................................................ 21 7.2.3 .2按容许拉应力计算设计层厚度 : ...................................................................... 21

7.3 最大拉应力的验算 ................................................................................................................. 22 7.4 路基路面成果......................................................................................................................... 22 8道路排水设计 ...................................................................................................................................... 22

8.1 排水的目的与要求 ................................................................................................................... 22 8.2排水系统设计............................................................................................................................ 22 8.3地面排水构造物设计 ................................................................................................................ 23

8.3.1路基排水设计 ................................................................................................................. 23 8.3.2 沥青路面排水设 ............................................................................................................ 23

8.3.2.1路面排水： .......................................................................................................... 23 8.3.2.2中央分隔带排水： .............................................................................................. 24

2

3

8.3.2.3 路肩排水： ......................................................................................................... 25

9 挡土墙的设计 ..................................................................................................................................... 25

9.1说明 ........................................................................................................................................... 26

9.1.1设计说明......................................................................................................................... 26 9.1.2计算方法说明 ................................................................................................................. 26 9.2挡土墙尺寸拟定........................................................................................................................ 26 9.3挡土墙验算 ............................................................................................................................... 27 10 涵洞设计 ........................................................................................................................................... 30 11设计成果 ............................................................................................................................................. 30

11.1主点坐标 .................................................................................................................................. 30 11.2................................................................................................................................................... 30

1设计资料

1.1 交通量资料

实测交通量资料

车型 交通量(辆/日) 特大型货车 178 大中型货车 276 小型货车 309 大中型客车 383 小型客车 1024 拖拉机 1675 摩托车 432 自行车 19253

1.2地形地貌以及工程地质资料

本段黄河上游山岭区，设计路段中部有一片大致的顺着河流方向冲积平原地带，土壤肥沃，物阜人丰，是重要的商品粮基地，多属硬粘性土地区，地温较高，地下水一般为4~5米，地表水主要有河流、水塘、溪流、水库的地表水构成，接受大气降水的补给，水位及水量受降水量影响不大。地表水冲刷作用对路基影响不大。本工程地质为一般性粘土地段，工程地质良好，而且可以利用中部较大的冲积平原部分修建线性良好的公路。

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4

1.3设计参照等高线地形图

比例 1:2000。

1.4 设计规范标准

(1)《道路工程制图标准》(GB50162-92) (2)《公路路线设计规范》(JTG D20-2006) (3)《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) (4)《公路路基设计规范》(JTGD30-2004) (5)《公路自然区划标准》(JTJ003-86) (6)《公路沥青路面设计规范》(JTGD50-2006) (7)《公路排水设计规范》(JTJ018-97) 为简单起见，一律用《规范》《标准》简称之

2 道路等级的确定 2.1车型换算

高速、一级公路以小客车为折算标准。各汽车代表车型与换算系数如表1-1所示：

各汽车代表车型与车辆折算系数 汽车代表车型 小型客车

大中型客车及小型货车 大中型货车 特大型货车

车辆折算系数

1.0 1.5 2.0 3.0

说 明

≤19座的客车和载质量≤2t的货车 ＞19座的客车和载质量＞2t~≤7t的货车 载质量＞7t~≤14t的货车 载质量＞14t的货车

2.2 日交通量计算

由《标准》中规定：畜力车、人力车、自行车等非机动车在设计交通量换算中按路侧干扰因素计，一、二级公路上行驶的拖拉机按路侧干扰因素计。将实测各种车型的交通量折算成小客车的交通当量。

初始年交通量：

N0=1024×1.0+383×1.5+309×1.5+276×2.0+178×3.0=2264辆/日

由《标准》中规定：一级公路设计交通量按15年预测。交通当量年平均增长率按6%计，则15年后道路通行能力为：

N15N0(16%)151(2264)1.11413846辆/日

3 确定线路技术标准

根据《标准》双向四车道的一级公路应该能适应折合成小客车的年平均日交通量为15000-30000辆，可以选拟定该路采用一级公路，双向四车道，设计车速为80km/h,

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设计采用的服务水平为一级，采用整体式路基，查《标准》得知关于一级四车道相关的主要技术标准汇总如下表

道路技术指标

序号 1 2 路基宽度 项目 设计车速 一般值 最小值 一般值 3 平曲线 半径 极限值 不设超高最小半径 4 5 6 7 平曲线最小长度 缓和曲线最小长度 最小纵坡 最大纵坡 最小坡长 3% 8 相应纵坡的最大坡长 4% 5% <3% 9 停车视距 凸形 一般值 极限值 一般值 极限值 m m m m m m % m 路拱≤2.0% 单位 主要技术指标 80 24.5 21.5 400 250 2500 140 70 0.3 5 200 1100 900 700 不限制 110 4500 3000 3000 2000 70 8 km/h m m m m m % % m 10 竖曲线 半径 凹形 11 12 竖曲线最小长度 平曲线最大超高

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4 路线方案的拟定

4.1山岭区选线要点

山岭地区，山高谷深，坡陡流急，地形复杂，路线平纵横三方面都受到约束；同时地质、气候条件多变，都影响路线的布设。但山脉水系清晰，给选线指明了方向：不是顺山沿水，就是横越山岭，。

纵面线形结合桥涵、通道、隧道等构造物的布局，合理确定路基设计高度，纵坡不应频繁起伏，也不宜过于平缓。

4.2 路线方案的拟定

此处中部的冲积平原地带对选线较为有利，主要考虑的就是要少占良田。由已确定的道路等级和主要技术标准指标，在原始设计交通量资料、地质地貌、等资料和现有地形、地物分布图资料的基础上，经分析，初步以下方案，线路走向如下所述。

路线以西北部横河旁为起点，先大致沿河行至地图中部的河湾处，再大致沿着山脚走向并经杨树林后，穿越一居住区后直至

6

7

5 平面设计

5.1 平面线形设计的基本要求

(1)平面线形应直捷,连续,顺适,并与地形,地物相适应,与周围环境相协调； (2)除满足汽车行驶力学上的基本要求外,还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求；

(3)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。 ②高,低标准之间要有过渡。 (4)应避免连续急弯的线形； (5)平曲线应有足够的长度。

5.2 平曲线的设计

5.2.1 曲线半径

根据标准段选定设计路段的曲线半径均选为500m。

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5.2.2 直线长度

(1)直线的最大长度

我国目前的《标准》和《规范》中均未对直线的最大长度规定具体数值。日本和德国，以设计车速(km/h )的20倍数字为最大长度限值。当V=80km/h时，

lmax20V1600m，本设计符合要求。

(2)直线的最小长度

《规范》推荐同向曲线间最短直线长度以不小于6V为宜，反向曲线间最短直线以不小于2V（160m）为宜。本设计采用基本型曲线，即直线两端设有缓和曲线，且相邻的曲线间均构成反向曲线，本设计将严格保证符合反向曲线间最短直线以不小于2V（160m）的要求。 5.2.3 缓和曲线的长度

《标准》规定：设计速度为 80km/h的一级公路，缓和曲线的最小长度为ls=70m。 此设计取缓和曲线长度均为ls=150m,符合《标准》规定。 5.2.4曲线计算

5.2.4.1桩号里程

以JD1为例如下

确定该平曲线各主点的里程： 起点：K0+000

ZH=K0+71.1147

ZH K0+071.115 +ls +150 ————————————————

HY +221.114

L+ls +65.500 2————————————————

QZ K0+286.614

8

9

L+ls +65.500 2————————————————

YH K0+352.114 +ls +150 ————————————————

HZ K0+502.114

其余的缓和曲线计算同理；结果汇总见表交点桩号，坐标，可以直接由纬地导出见表

5.2.4.2平曲线要素、

公式其中Ls=150m,R=500m参照《规范》计算如下

qLs/2Ls3/240R2 = 75.532

pLs2/24RLs4/2688R3 = 0.469

028.647890Ls/R = 8.423

L(20)R/1802Ls = 430.999

T(Rp)tan(/2)q = 219.802 E(Rp)sec(/2)R =22.361

J2TL = 8.605

式中：T—切线长，m； L—曲线长，m；

E—外距，m；

J—校正数或称超距，m； R—圆曲线半径，m；

α—转角，

5.3超高加宽设计

5.3.1超高的确定

9

10

《规定》规定，超高横坡度按设计速度，半径大小，结合路面的类型，自然条件和车辆的组成情况确定。一级公路的超高横坡度不超过10％。 超高由下面式子确定

v2ic

127R以交点JD1处超高的计算为例：

802ic0.055%127500

式中，u—横向力系数取，u=0.05，本设计路段选定的超高为5%。

5.3.2超高缓和段长度的确定

超高缓和段实际计算值应取下列三项中的最大值： (1)曲线加宽段长度； (2)超高缓和段的理论计算值； (3)缓和曲线的长度。

5.3.2.1理论取值计算

为了行车的安全舒适、路容的美观和排水的通畅，必须设置一定长度的超高缓和段，超高过渡则是在超高缓和段全长范围内进行的。双车道公路超高缓和段长度

i可按下式计算：

LC p 式中： L—超高缓和段长 (m) ；

β—旋转轴至行车道外侧边缘的宽度 (m) ；此处8m  i—超高坡度与路拱坡度的代数差(％)；

p—超高渐变率。取1/200>1/300也就是满足最小的超高渐变率1/300

本设计路段超高缓和段长度理论值为：8*7%/(1/200)=112m< Ls =150m 。

5.3.2.1实际取值

此路段没有加宽，超高缓和段的理论计算值为40m和缓和曲线的长度为150m，缓和曲线长大于理论计算超高缓和段长度，所以按照规范缓和曲线起始段就是超高缓和段，为150m。

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5.3.3各曲线段超高计算

以JD1的超高值计算为例

超高起点为K0+071.115，由直线段的硬路肩坡度与行车道相同，为2%，土路肩为3%。圆曲线内侧的土路肩、内外侧的硬路肩坡度与行车道的坡度相同，均为2%，外侧的土路肩坡度为-3%，内侧土路肩坡度的过渡段的长度为：

取 l02m，内侧土路肩坡度在超高缓和段起点之前，即从(K0+071.115~ K0+073.271)段内完成土路肩的过渡，变成-2%，与路拱横坡相同。

③分别计算各桩号的横断面上超高值，纬地5.88的计算结果见下表。

JD1处平曲线超高值计算结果

l0(3%2%)0.75(1/200)1.5m左土路肩 左硬路肩 左行车道 桩号 -3 -3 -2 - 5 5 - -2

-2 - -2 - 5 5 - -2

-2 - -2 - 5 5 - -2

0 105.115 106.115 171.829 221.115 352.114 401.4 467.114

右行车道 右硬路肩 右土路肩

-2 - -2 -2 -5 -5 -2 -2

-2 - -2 -2 -5 -5 -2 -2

-3 -3 -2 -2 -5 -5 -2 -2

5.4纵断面设计

5.4.1纵断面设计的一般要求

纵坡设计的一般要求为：

1 纵坡设计必须满足《标准》的各项规定；

2 应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。为保证车辆能以一定速度安全、顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大或过于频繁。

3 纵坡设计应对沿线的地形、地下管线、地质、水文、气候、排水等方面综合考虑，视具体情况妥善处理，以保证道路的稳定与畅通。

4 纵坡设计应考虑填挖平衡，减少借方和废方，以降低工程造价和节省用地。

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5 平原微丘地区地下水埋藏较浅，池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小坡度要求外，还应满足最小填土高度的要求，以保证路基稳定。

5,4.2纵坡的确定

(1) 最大纵坡的确定

《标准》规定，设计速度为80km/h时，公路最大纵坡为5%。结合设计路段定的是1.7079%。

(2) 最小纵坡的确定

各级公路的路堑以及其它横向排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计平坡或小于0.3%的纵坡时，其边沟应作纵向的排水设计。结合设计路段定的是1.0088%。

(3) 最大坡长最小坡长限制 《标准》规定一级公路（80km/h）

3% 相应纵坡的最大坡长 4% 5% <3% 1100m 900m 700m 不限制

5.4.3竖曲线半径确定

摘录《规范》如下

凸形 竖曲线 半径 凹形 一般值 极限值 一般值 极限值 m m m m 4500 3000 3000 2000 本设计采用R=15000m 完全满足要求

5.4.4竖曲线长度确定：

《规范》要求一级公路竖曲线最小长度为70m,本设计最小竖曲线长度366.65m满足要求

5.4.5 竖曲线要素计算

变坡角   i2  i1 竖曲线长度 L＝Rω

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竖曲线半径 R＝L/ω

LRTTT1 2竖曲线切线长 2  2

22xx竖曲线上任意一点P的竖距： hPQyPyQi1xi1x2R2R 2 2

TRLTE 竖曲线外距 2 R 8 8 4竖曲线要素计算示意如图

竖曲线要素图

现在以竖曲线中第一个变坡点（K1+050）为例

本设计路段第一变坡点（凹形竖曲线）里程桩号为K1+050，高程为271.8585m，坡度i1-1.0088%，i21.4355% 竖曲线半径取R=15000m。

(1)竖曲线要素计算：

当w为“+”时，表示凹形曲线，为“-”时为凸形曲线。所以该竖曲线为凸形竖曲线。

曲线长 L=Rw=15000 2.4443%=366.645m (满足最小长度要求) 切线长 T=L/2=183.323(m)

w= i2-i1 =2.4443T2外距 E =1.118m

2R(2)计算设计高程：

竖曲线起点桩号=K1+050-T=K0+866.675(m) 竖曲线起点高程=273.7772+Ti1=272.46(m) 竖曲线终点桩号=K0+340+T=K1+233.325(m) 竖曲线终点高程=271.8585+Ti2=274.476m (3)竖曲线任意点高程步骤如下 ①计算切线高程

 H(Tx) H 切 0   i 1

②计算设计高程

H  H 切  h

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具体计算结果最后由纬地导出

5.5平纵组合设计

5.5.1 组合原则

(1)保持视觉的连续性。应在视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断失误的线形都应避免。

(2)保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。对纵面线形不断起伏，而在平面上却采用高标准的线形是无意义的。反之，在平面上线形迂回前进、弯道较多，而在纵断面设计上采用高标准也同样没有意义。

(3)选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。

(4)注意与周围环境相配合，可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。

5.5.2 组合方式

(1)平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线

这种组合是使平曲线与竖曲线对应，最好使竖曲线的起点和终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。

(2)平曲线与竖曲线大小应保持均衡

平曲线与竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。 (3)暗、明弯与凸、凹竖曲线

暗弯与凸形竖曲线组合，以及明弯与凹形竖曲线组合较为合理，且给人一种平顺舒适的感觉。

(4)平、竖曲线应避免的组合

平曲线与竖曲线重合是一种理想的组合，但由于地形等条件限制，这种组合并不是总能争取得到的。如果平曲线的中点与竖曲线的顶(底)点位置错开距离不超过平曲线长度的四分之一时，效果仍然令人满意。

通过用纬地软件所进行设计平纵线形组合，设计路段线形质量良好。

5.6平面纵面成果汇总

6.路基设计

6.1 横断面布置

根据设计交通量，拟建高速公路，其横断面各组成部分的取值可根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件和抗震设防等因素确定，并且应该符合公路建设的基本原则和相关规范的具体要求。

本路段路基按四车道一级公路（80 km/h）标准，其标准横断面如图3-1：

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路基全宽24.5m，单向行车道2×3.75 m，左侧路缘带0.5 m，硬路肩2.5 m(含右侧路缘带0.5 m)，中央分隔带2.0 m，土路肩为0.75 m。

路基宽度=行车道宽+分隔带宽+路肩宽＝24.5 m

路肩土路肩硬路肩路缘带行车道路缘带中央分隔带中间带路缘带行车道路缘带路肩硬路肩土路肩0.7520.53.75×2=7.50.5224.50.53.75×2=7.50.520.75

图3-1 标准横断面示意图

6.2 路拱横坡

路拱坡度需要考虑路面类型和当地的自然条件。查《标准》，沥青路面横坡宜取1.0～2.0%。考虑到该地区降雨量，路面排水状况和施工行车安全舒适，拟采用2.0%的路拱横坡。公路的硬路肩，采用与行车道相同的横坡。土路肩的横坡采用3%，路拱形式拟采用直线形式。 6.3超高及加宽

该路段内有三曲线段，由于其半径小于不设超高的最小半径，所以要分别设超高，在上述平面现行设计中已经完成，具体的计算结果见附表。规范规定，当曲线半径小于等于250m时，需要进行加宽，高速公路，一级公路的平曲线半径均大于250m所以不需要加宽。 6.4设计成果

最后附上

7路面结构设计

7.1 路面类型的确定

7.1.1 路面类型的确定

由于沥青路面使用沥青结合料，因而增强了矿料间的粘结力，提高了混合料的强度和稳定性，使路面的使用质量和耐久性都得到提高。与水泥混凝土路面相比，沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪声低、施工期短、养护维修简便、适宜于分期修建等优点，因而获得越来越广泛的应用。本段公路是高等级道路，结合实际情况，选用沥青混凝土路面。

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7.1.2 确定路基潮湿类型及土基回弹模量

根据《公路自然区划标准》该地区属于东南湿热区，路基临界高度参考值可知此区是粘性土中湿状态，临界高度H21.2~1.3m，故土基属中湿状态，相对含水量

wx0.6，取土基回弹模量E040MPa。 7.1.3 轴载分析

交通组成表

车型

红岩CQ30290 日野KF300D 解放CA340 黄海DD690 东风CS938 解放CA10B

前轴重 62 40.75 22.1 56 24 19.4

后轴重 119 79 56.6 104 70 60.85

后轴数 后轴轮组数 2 2 1 2 2 1

双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组 双轮组

后轴距(m) <3 <3 >3 >3

交通量 178 276 309 383 1024 1675

7.1.3.1当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时

①轴载换算

轴载换算采用如下计算公式：

PiCn轴载换算系数 N   C  (6-1) 121Pi1式中，p—标准轴载，kN；

Pi—被换算车型的各级轴载，kN；

k4.35C1—轴载系数； C2—轮组系数；

ni—被换算车辆的各级轴载作用次数，次/日。

轴载换算结果下表所示，

轴载换算结果

车型

东风CS938 后轴 红岩CQ30290

70 62 119

1 1 1

1 6.4 1

16

300 540 540

64.03180848 436.1438464 1146.864481

前轴 后轴

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日野KF300D 前轴

后轴

40.75 79 56 104 56.6 22.1 56.6

1 2.2 1 2.2 1 1 1

6.4 1 6.4 1 1 6.4 1

120 120 150 150 240 180 180

15.7475786 95.13257062 77.96961504 391.0824246 20.412979 1.669825251 15.30973425

黄海DD690 前轴

后轴

解放CA10B 后轴 解放CA340 前轴

后轴

2264.364863

注：轴载小于25kN的轴载作用不计。

②累计当量轴次计算

根据设计规范，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η是0.4~0.5取0.45，γ=6%，累计当量轴次：

N[(1)t1]365[(10.06)151]365N12264.40.458655449(次)0.06

7.1.3.1当进行半刚性基层层底拉应力验算时

①轴载换算

Pi''NC1,iC2,ini i1P'式中，c1'为轴数系数，c1'=1+2(m-1)；c2为轮组系数，单轮组为1.85，双轮组为1，

K8验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为

四轮组为0.09。

计算结果如下表所示，

轴载换算结果

17

18

车型

东风CS938 后轴 红岩CQ30290

后轴

119 40.75 79 56 104 56.6

8

70 62

1 1

1 1

300 540

17.294403 11.7903657

前轴

1 3 1 3 1 1

1.85 1 1.85 1 1 1

120 120 150 150 240 180

892.7475471 0.273730635 42.09976947 4.352279021 328.4565721 1.89584992 1298.910517

日野KF300D 前轴

后轴

黄海DD690 前轴

后轴

解放CA10B 后轴

Pi''NC1,Cni2,iii1PK

注：轴载小于50kN的轴载作用不计。

②累计当量轴次计算

各参数值同上，一级公路沥青路面的设计年限为15年，四车道的车道系数η是

[(1r)t1]365[(10.06)151]365NN212980.454962355r0.060.4~0.5取0.45，γ=6%，累计当量轴次 7.1.4 结构组合与材料选取

由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为500万次左右，根据地地质水文等条件选择柔性路面结构，沥青混凝土路面。

7.2 沥青路面设计计算

（说明：-一级沥青路面公路采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性层状理论,以路标弯沉值作为路面整体刚度的设计控制指标.并对沥青面层和半刚性基层,底基层的层底拉应力进行验算。） 7.2.1 拟定路面组合结构形式及材料选取

根据《公路沥青路面设计规范》推荐结构，考虑本路段的交通量、路基水温状况及材料供应等具体情况，拟定该路段路面结构方案如下：其中第四层水泥碎石为设计

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19

层。

路面结构设计

路面厚度 材料

h13cm E1 细粒式沥青混凝土 h24cm E2 中粒式沥青混凝土

h3=6cm E3 粗粒式沥青混凝土

h4？ E4 水泥碎石

h5250cm E5 石灰土

土基

查相关资料表表得各层厚度、劈裂强度、抗压回弹模量、弯拉模量和极限抗弯拉强度如表6-5所示：

各层厚度、抗压回弹模量、弯拉模量、极限抗弯拉强度和劈裂强度表

层次 1 2 3 4 5 6

各层厚度(cm) 3 4 6 ? 250

抗压回弹模量20C(MPa) 1400 1200 900 1500 550

抗弯拉模量

极限抗弯拉强度

劈裂强度(MPa) 1.4 1.0 0.8 0.6 0.25

材料名称

Esj(MPa)

1500 1500 — 1800 1200

Sf(MPa)

1.5 1.5 — 0.5 0.5

细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 水泥碎石 石灰土 土基

回弹模量按照当地地质资料综合取值 40Mpa

7.2.2 按容许弯沉计算路面厚度

(1)设计弯沉值

ld600Ne0.2ACASAb 式中，Ne—设计年限内，一个车道上的累计当量轴次,(次)；

AC,AS,Ab—分别为公路等级系数，面层类型系数及基层类型系数。 《公路沥青路面设计规范》规定：一级公路AC=1.0，AS=1.0，Ab=1.0。由式得：

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20

ld600Ne0.2ACASAb=23.4(mm) (2)各层材料的容许层底拉应力

Rsp/K

0.22对于沥青混凝土面层：K=0.09A.Ne细粒式密级配沥青混凝

/Ac

0.220.22 K0.09AaNe/Ac0.091.08655449/1.03.02

Rsp/K=1.4/3.02=0.44(MPa)

同理可算出其余各层的容许拉应力值如下表

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.44 2 中粒式沥青混凝土 1 0.31 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0 .25 4 水泥碎石土 0 .5 0.19 5 石灰土 0 .225 0 .09 7.2.3 水泥碎石层的确定的

利用东南大学教授编制Hpds（high way pavement design system）路面设计程序系统计算

计算结果如下表 新建路面结构厚度计算

公 路 等 级 : 一级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 23.4 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 200 (mm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度 20℃平均抗压 标准差 15℃平均抗压 标准差 容许应力

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(mm) 模量(MPa) (MPa) 模量(MPa) (MPa) (MPa) 1 细粒式沥青混凝土 30 1400 0 1500 0 .44 2 中粒式沥青混凝土 40 1200 0 1300 0 .31 3 粗粒式沥青混凝土 60 900 0 1100 0 .25 4 水泥碎石土 ? 1500 0 1600 0 .19 5 石灰土 250 550 0 550 0 .09 6 新建路基 40

7.2.3 .1 按设计弯沉值计算设计层厚度

LD= 23.4 (0.01mm)

H( 4 )= 250 mm LS= 25 (0.01mm) H( 4 )= 300 mm LS= 22.3 (0.01mm)

H( 4 )= 279 mm(仅考虑弯沉)

7.2.3 .2按容许拉应力计算设计层厚度 :

H( 4 )= 279 mm(第 1 层底面拉应力计算满足要求)

H( 4 )= 279 mm(第 2 层底面拉应力计算满足要求)

H( 4 )= 279 mm(第 3 层底面拉应力计算满足要求)

H( 4 )= 279 mm(第 4 层底面拉应力计算满足要求)

H( 4 )= 279 mm(第 5 层底面拉应力计算满足要求)

路面设计层厚度 :

H( 4 )= 279 mm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 279 mm(同时考虑弯沉和拉应力) 验算路面防冻厚度 :不用验算

21

22

通过对设计层厚度取整, 最后得到路面结构设计结果如下: 小结：设计弯沉值为23.4(0.01mm)，结果以表格形式列出：

材料名称

细粒式密级配沥青混凝土 中粒式密级配沥青混凝土 粗粒式密级配沥青混凝土 水泥碎石 石灰土

h(cm) 3 4 6 28 25

7.3 最大拉应力的验算

电算法得到,沥青面层层底拉应力为:水泥碎石层底拉应力为,石灰土的底拉应力为：均满足要求 分别如下表

层位 结 构 层 材 料 名 称 劈裂强度(MPa) 容许拉应力(MPa) 计算层底拉应力 1 细粒式沥青混凝土 1.4 0.44 0.32 2 中粒式沥青混凝土 1 0.31 0.15 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0 .25 0.21 4 水泥碎石土 0 .5 0.19 0.13 5 石灰土 0 .225 0 .09 0.02

很明显路面各层层底拉应力强度满足要求（层底拉应力均小于容许拉应力）。

7.4 路基路面成果 路面结构设计图

8道路排水设计

8.1 排水的目的与要求

道路结构受温湿变化影响很大，因此路基路面的强度和稳定性同是关系密切。道路的各种病害原因很多但是水是主要因素，道路排水的目的，就是要保证路基的强度刚度和稳定性，防止水侵入路基路面从而提高道路的耐久性，延长道路使用寿命。

8.2排水系统设计

路面积水由2%路拱横坡排出，经坡面汇入全线贯通的边沟，边沟水排至原有的排水沟渠。

中央分隔带采用凸形，坡面双向外倾，坡度4%；表面无铺面，为防表面水下渗，设置纵向碎石盲沟，并隔一定间距通过横向塑料排水管将中央分隔带渗水排出路界。

边沟的纵坡度应取0.5％，边沟出水口的间距，不超过500m，边沟出口水的排

22

23

放应结合地形、地质条件以及桥涵水道位置，排引到路基范围外、使之不冲刷路堤坡脚。

截水沟设在路堑坡顶5m或路堤坡脚2m以外，截水沟长度控制在200m-500m内；超过500m时，在中间适宜位置处增设泄水口，由急流槽或急流管分流排引。

8.3地面排水构造物设计

8.3.1路基排水设计

排水沟长度不大于500m，排水沟距离路堤坡脚不小于2m，边沟一般设置在路堑、矮路堤、零填零挖路基及其陡坡路堤边缘外侧或坡脚外侧，主要用来汇集和排除路基范围之内和流向路基的少量地面水。边沟的排水能力主要取决于以下几个设计参数：边沟底流水坡度、边沟截面尺寸、形状、边沟的表面粗糙程度。

通过水流量计算确定公路边沟采用梯形浆砌片石明沟排水，砂浆勾缝，底宽0.6m，沟深0.6m，内侧边坡 坡度我1：1如图可以满足要求

挖方路基边沟横断面 单位:m

8.3.2 沥青路面排水设

沥青路面排水由路面排水、路肩排水、中央分隔带排水三部分组成：

8.3.2.1路面排水：

路面排水设施主要由路面横坡、拦水带、泄水口和急流槽组成。路面横坡采用2%，泄水口间距为35m，泄水口长4m。拦水带横断面尺寸如图1-1；一般路段的拦水带和泄水口的平面布置如图1-2；纵坡坡段上的泄水口为提高泄水能力，做成不对

23

24

称的喇叭口式，如图1-3；

1-水流流向；2-硬路肩边缘；3-低凹区；4-拦水带顶；5-路堤边坡坡顶；6-急流槽

8.3.2.2中央分隔带排水：

· 中央分隔带未采用铺面封闭，故需设置地下排水设施示意图如图1-4；在分隔带

低凹区的流水汇集区设置隔栅式泄水口，隔栅式泄水口布置如图1-5；

24

25

1- 中央分隔带；2-路面；3-路床顶面；4-隔渗层；5-反滤织物；6-渗沟；7-横向排水管

1- 上游；2-隔栅；3-低凹区

8.3.2.3 路肩排水：

为了路面表面渗水的排除，设置了边缘排水系统，如图1-6：

1-面层；2-基层；3-垫层；4-路肩面层；5-集水沟；6-排水管；7-出水管；8-反滤织

9 挡土墙的设计

本设计为一级公路，路基宽24.5m，其中K1+900～K2+000的填方高度大于5m，见路基横断面所示。根据该路段的原地面横坡、地质及材料来源情况，拟在该路段左侧设置衡重式路堤挡土墙以保证其路基稳定。

25

26

9.1说明

9.1.1设计说明

（1）本设计采用的是纬地公路5.88软件，直接选定了典型标准的挡墙类型（路堤衡重式挡土墙见9.3）并对相应尺寸进行修正，所以只需要进行挡土墙的验算.挡土墙的验算采用的是葛洲坝设计院王林所编制的DangTu V1测试版，其中的物理参数设定均是查阅《规范》和《标准》而得，此验算主要包括抗倾覆稳定性验算、抗滑稳定性验算、偏心距验算，基底压力验算，墙身截面验算等。

9.1.2计算方法说明

1.容许应力法，库仑主动土压力理论。

2.采用破裂体力的平衡原理，搜索最不利破裂面的方法，求得破裂体土压力。 应力图形心法求得土压力作用点。

3.衡重式下墙土压力采用力多边形法，土压力作用点采用沿高度分段求土压力 得到分段应力图，然后求解应力图形心法。

4.第二破裂面求法采用破裂体平衡试算法，满足第二破裂面出现条件时， 求得第二破裂面上土压力水平分力最大时为第二破裂角。

5.衡重式上墙截面强度验算时，假定作用于墙背的土压力垂直于墙背，力作用点 为上墙下三分点处。

6.墙体截面强度剪应力验算未考虑截面摩擦力。

9.2挡土墙尺寸拟定

本设计为一级公路，路基宽24.5m，其中K1+900～K2+000的填方高度大于5m，见路基横断面所示。根据该路段的原地面横坡、地质及材料来源情况，拟在该路段左侧设置挡土墙以保证其路基稳定。

3.0jα1-0.38α 20.30.80.51:101.15

26

0.11572.121.445

27

挡土墙断面尺寸

9.3挡土墙验算

以下是DangTu Vi1.0测试版软件的输出结果

************************ * 衡重式挡土墙计算结果 * ************************ 计算时间：05/24/14 11:12:37

= = = = = = = = = = = = = = = = = = =

原始条件 墙身参数

墙高(米): 3.000 墙顶宽(米): 0.800 面坡(1:x): 0.050 上墙高(米): 1.445 上墙背坡(1:x): 0.230 衡重平台宽(米): 0.380 下墙背坡(1:x): 0.250 底坡(x:1): 0.100 墙趾宽(米): 0.300 墙趾高(米): 0.500 墙顶土坡

坡顶土坡度(1:x): 1.500 坡顶土坡高度(米): 2.000 坡顶均布荷载(KN/m): 15.000 荷载分布起点(距墙顶m):3.500

27

28

荷载分布宽度(m): 4.500 物理参数

墙后填土容重(KN/m3): 19.000 墙后填土内摩擦角(度): 35.000 墙背与填土之间摩擦角(度): 17.500 墙体材料容重(KN/m3): 22.000 墙体材料抗压强度(KPa): 600.000 墙体材料抗拉强度(KPa): 40.000 墙体材料抗剪强度(KPa): 110.000 基础

基底摩擦系数: 0.350 地基承载力(KPa): 300.000 基底土内摩擦角(度): 40.000 = = = = = = = = = = = = = = = = = = =

容许应力法计算结果(库仑主动土压力理论，下墙土压力采用力多边形法)

墙体面积: 3.941 平方米

上墙土压力: Ex=14.747 KN, Ey=14.561 KN 上墙土压力作用点: Y=0.593 米 上墙破裂角: 42.180 度

上墙出现第二破裂角: 9.636 度 (土压力为作用与第二破裂面上的值)

下墙土压力: Ea=25.431 KN 下墙破裂角: 39.345 度

抗滑稳定安全系数:

计算值kc=1.481 >= 允许值 1.300000, 满足要求.

28

29

基底土墙踵平面抗滑稳定安全系数:2.483 抗倾覆稳定安全系数:

计算值ko=2.835 >= 允许值 1.500000, 满足要求. 基底偏心e:

计算值e=0.036 米 <= 允许值 B*0.166000=0.256081 米, 满足要求. 基底反力:

前趾 = 88.739 KPa <= 允许值300.000 KPa , 满足要求! 后踵 = 66.704 KPa <= 允许值300.000 KPa , 满足要求!

墙趾顶处墙体水平截面强度验算： 偏心:

计算值e=0.109 米 <= 允许值 B*0.300000=0.412200 米, 墙趾处竖向应力:

前趾=102.554 KPa <= 允许值 600.000 KPa, 满足要求. 墙踵处竖向应力:

后踵=36.239 KPa <= 允许值 600.000 KPa, 满足要求. 水平剪应力：

剪应力=21.292 KPa <= 允许值 110.000 KPa, 满足要求.

上墙墙体截面强度验算： 偏心:

计算值e=0.209 米 <= 允许值 B*0.300000=0.361500 米, 墙面处竖向应力:

墙面=59.735 KPa <= 允许值 600.000 KPa, 满足要求. 墙背处竖向应力:

墙背=-1.201 KPa <= 允许值 40.000 KPa, 满足要求. 水平剪应力：

剪应力=12.242 KPa <= 允许值 110.000 KPa, 满足要求. 斜截面剪应力：

剪应力=26.344 KPa <= 允许值 110.000 KPa, 满足要求.

29

满足要求. 满足要求.

30 10 涵洞设计 11设计成果

11.1主点坐标

11.2

30