二级公路计算书.doc

毕业设计旨在使我们对所学过的基础理论和专业知识进行一次全面、系统

地回顾和总结，通过对具体题目的分析，使理论与实践相结合，巩固和发展所学理论知识，掌握正确的思维方法和基本技能，提高学生独立思考能力和团结协作的工作作风，提高我们利用计算机解决实际问题的能力及计算机实际操作水平，促进自己建立严谨的科学态度和工作作风。毕业设计是带有研究性质的专题研究分析、设计报告，是完成教学任务、培养合格人才的一个重要实践性教学环节。通过毕业设计，可以培养我们的开发和设计能力，提高综合运用所学知识和技能去分析、解决实际问题的能力，检验我们的学习效果等均具有重要意义。 本设计是针对某二级公路K0+000-K2+042.426段进行施工设计，主要设计内容包括：道路平面线形设计、道路纵断面设计、道路横断面设计、道路路基设计、土石方量的计算及调配、排水设计、路面结构设计。

路面设计以双轴组单轴载100KN作为标准轴载，沥青混凝土路面设计年限为12年。公路排水设计应包含以下两个方面的内容：其一是要考虑如何减少地下水、农田排灌水对路基稳定性及强度的影响，一般称之为第一类排水；其二是要考虑如何将路表水迅速排出路基之外，最大限度地减少雨水对路基、路面质量的影响，减少因路表水排水不畅或路表水下渗对路基、路面结构和使用性能产生的损害，这称为第二类排水。

设计时不但需要考虑地形、地质、水文、气象、地震等自然因素的影响，同时还要受到当地经济、土地资源，筑路材料来源、施工条件、劳动力状况诸多因素的限制，这要求我们在路线设计时要做到规范与实际相结合，在学习规范的同时，灵活应用规范，努力做到实用与经济相结合。必须认真观贯彻国家规定的方针政策，深入实际，综合考虑路线、路基、路面、桥涵等，最后选出合适的路线。

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2 工程总说明 2.1 工程概况

本设计为某二级公路K0+000-K2+042.426施工图的设计，起点桩号为K0+000，路段全长2042.426m，按平原微丘区二级公路设计，沿线有电力通讯管线纵横交错，地表植物主要为水稻等农作物。该地区水系发达，路线跨越季节河。 2.2 设计相关资料

1) 路线所经地区1：1000电子地形图（详见电子地形图附件1）； 2) 水文：沿线地表水系由河、塘、渠等地表水体组成，其补给来源主要为

大气降水；浅层地下水类型为微承压孔隙潜水；地下水位埋深为2.2～2.4米，地下水年变化幅度在2～3m之间，地下水的埋深对松散土层的含水量有较大影响，进而影响土的物理力学指标；

3) 地形、地貌：本项目范围内主要为淮北平原区，地形平坦，相对高差一

般不超过2米，地形横坡基本在1：5以内，路基填挖高度较小，无陡坡路堤和高填深挖路基；

4) 本项目工程地质条件较好，以粘土、粉土、粉砂为主；

5) 沿线地方材料有碎石、石灰、粉煤灰等，其他沥青、水泥、天然砂、矿

粉等需外购；

6) 土基回弹模量和路面材料回弹模量及材料强度试验资料如下：

土基回弹模量：

用D=30cm刚性承载板测得弯沉值（已考虑影响量）：

P(Mpa) （0.01mm）0.05 32 0.10 75 0.15 97 0.20 122 0.25 168 0.30 202 15℃劈裂强度(Mpa) 1.2 1.0 0.8 沥青路面材料抗压回弹模量：

20℃抗压回弹模量(Mpa) 材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 EP 1200 1300 1000 σ 180 90 60 15℃抗压回弹模量(Mpa) EP 1800 1800 1200 σ 320 170 70 基（垫）层材料抗压回弹模量： 材料名称 抗压回弹模量(Mpa) EP σ 劈裂强度(Mpa) 2

水泥稳定砂砾 水泥稳定碎石 水泥石灰砂砾土 二灰稳定砂砾 二灰稳定碎石 水泥混凝土抗折强度：

1300 1600 1200 1300 1400 220 760 240 700 600 0.5 0.6 0.4 0.7 0.6 水泥混凝土标准试件抗折强度实验最大破坏压力（KN）分别为： 39. 95; 41.28; 40.60; 41.75; 42.08; 41.89 7) 材料预算单价及机械台班费用查相应定额。

8) 交通组成：

本路建成初期每日双向混合交通量组成及交通量

汽车车型 日交通量（辆/d） 东风EQ140 1200 北京BJ130 200 日野KB222 570 预计年平均交通量增长率为5％。 3

3 公路等级选用

公路的等级选用应根据远景设计年平均日交通量来确定，可以根据历年交通观测资料推算求得，可按下式确定

NdN0(1)n1 （3-1） 式中：Nd-远景设计年平均日交通量(辆/日)； N0-起始年平均日交通量(辆/日)； -年平均增长率（%）; n-远景设计年限。

起始平均日交通量的计算需要将各汽车代表车折算为小客车来计算，折算系数如表3-1。

表3-1 各汽车代表型与车辆折算系数

汽车代表车型 小客车 中型车 大型车 拖挂车 车辆折算系数 1.0 1.5 2.0 3.0 说 明 小于19 座的客车和载质量小于2t 的货车 大于19座的客车和载质量大于2t 小于7t 的货车 载质量大于7t 小于14t 的货车 载质量大于14t的货车 根据所给的近期日交通量，经折算起始年平均日交通量为

N02301.04901.531022101.04201.552023465（辆/日）

推测远景设计年平均日交通量为

0.080.750.55151Nd=3465(1)8935（辆/日）

3应选择双车道二级公路，其通行能力为年平均日交通量5000-15000辆。本线路为客车和货车的混合交通，应作为集散公路，车速易选为60 km/h。

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4 技术指标

根据平原重丘的地形查阅相关文献，找出二级公路车速为60 km/h所对应技术标准如下：

计算行车速度 行车道宽度 60km/h 行车视距 60m 最大纵坡 6% 纵坡 坡长 凹形 <4% 800m 极限最小半径 1500 21m 圆曲线部分最大超高 8% 最大理想纵坡(h=1000m) 3.70% 4% 700m 路基宽度 24m 缓和曲线最小长度 50m 不限长度最大纵坡(h=1000m) 4.1% 纵坡坡长限制 5% 600m 6% 700m 最小长度 170 170 <100m 1.0m <70m 1.2m 7% 500m 8% 300m 150m 最小坡长 平曲线最小半径 一般值 200m 极限值 125m 最大纵坡 6% 停车视距 75m 最大合成坡度 9.5% 不设超高圆曲线最小半径 1500m 竖曲线最小半径和长度 一般最小半径 1000 1400 公路平面加宽 平曲线半径 加宽值

<150m 0.8m 超高渐变率 中线 1/175 <50m 1.4m 边线 1/125 <30m 1.8m 凸形 2000 5

5 选线 5.1 选线方式

（1）平坦地带——走直线

（2）具有较陡横坡的地带——沿匀坡线布线 （3）起伏地带——走直线和匀坡线之间 5.2 选线的原则

(1)应针对路线所经地域的生态环境、地形、地质的特性与差异，按拟定的各控制点由面到带、由带到线，由浅人深、由轮廓到具体，进行比较、优化与论证。同一起、终点的路段内有多个可行路线方案时，应对各设计方案进行同等深度的比较。

(2)影响选择控制点的因素多且相互关联、又相互制约，应根据公路功能和使用任务，全面权衡、分清主次，处理好全局与局部的关系，并注意由于局部难点的突破而引起的关系转换给全局带来的影响。

(3)应对路线所经区域、走廊带及其沿线的工程地质和水文地质进行深入调查、勘察，查清其对公路工程的影响程度。遇有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待，视其对路线的影响程度，分别对绕、避、穿等方案进行论证比选。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取切实可行的工程措施。

(4)应充分利用建设用地，严格保护农用耕地。

(5)国家文物是不可再生的文化资源，路线应尽可能避让不可移动文物。 (6)保护生态环境，并同当地自然景观相协调。

(7)高速公路、具干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相衔接时，以接城市环线或以支线连接为宜，并与城市发展规划相协调。

新建的二级公路、三级公路应结合城镇周边路网 布设，避免穿越城镇。 (8)路线设计是立体线形设计，在选线时即应考虑平、纵、横面的相互间组合与合理配合。

根据选线的方法和选线的原则，在地形图上定出主要的控制点，使道路尽量的靠近民房，沿线少占用或是不占用农田，同时应避开电力设施的塔柱。交点和交点之间的距离应尽量长，以便于平曲线设计。

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6 平面设计 6.1 平面设计原则

1．平面线形应直捷、连续、顺舒，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。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。

4．应避免连续急弯的线形，这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。

5．平曲线应有足够的长度，如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整，一般都应控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度。

6.2 平曲线要素值的确定

平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。当然三个也可以组合成不同的线形。

按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。这种线形是经常采用的。例如设计中的大多数点都是应用这个的。缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。《公路工程技术标准》规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车辆遵循、旅客感觉舒适、行车更加稳定、增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：1：1。这一点非常的重要，在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题，设计出来的路线非常不协调、美观，比例严重失调，后来在老师的指导下改正了不足之处，经过改正后，线形既美观又流畅，已经到达了要求。

在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定，除应满足最小长度外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。

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6.3 平面交点数据的确定

从起点开始记为K0+000，量测出起点至JD1的长度l1和方向角1，得出JD1的桩号，再依次量测出其他交点的数据。

根据交点间的距离和夹角，选取合适的圆曲线，对半径小于规范规定的不设超高的圆曲线最小半径200m的要设置缓和段，计算图示如图4-1所示。

图4-1平曲线几何要素计算图示

根据交点间的距离和夹角，选取合适的圆曲线。 JD1处：

圆曲线半径R200m，缓和曲线长Ls60m，测出夹角331825.4；则有：

LLLLSLsqss25.50m,ps0.749m,28.64798.594 032240R24R2384RR324JDaTqHYEQZLRaBoBoYHpZHLsHZo切线长T1RPtan曲线长L120外距E1RPsec2q90.028m

1802Ls176.264m

2R9.538m

JD2处：

R200m,Ls70m，测出410931.5。则有：

LLLLSLsqss27.854,ps1.020,28.647910.027 02240R24R2384R3R324切线长T2RPtan

2q110.440m

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曲线长L220外距E2RPsec1802LS213.671m

2R14.722m

JD3处：

R200m,Ls80m，测出433715。则有：

LLLLSLsqss31.467,ps1.066,28.64799.167 032240R24R2384RR324切线长T3RPtan曲线长L320外距E3RPsec2q120.516m 2LS232.265m

1802R16.854m

根据以上计算结果，再来计算两曲线间的直线长度是否满足规范的要求。

JD1和JD2之间：

直线段长度LD12T1T2162.577m2V260120m（根据规范反向曲线间直线的最小长度要求为2V），故符合要求。

JD2和JD3之间：

且直线段长度LD23T2T3363.089m6V660360m（根据规范同向曲线间直线的最小长度要求为6V），故符合要求。

再根据以上算得的各要素值，作出缓和曲线的圆曲线和回旋线：对应圆心位置在内角平分线上距交点ER处，圆曲线对应圆心角为20，得出各要素点的位置，然后依次画圆弧和回旋线，连接直线即可。同时可以算出个要素桩的桩号：

JD1处：

ZHJD1T1K0777.73590.028K0687.707mHYZHLSK0687.70760K0747.707mQZHY1R(20)K0775.839m2180

YHHYR20180HZYHLSK0803.97160K0863.971mK0803.971mJD2处：

ZHJD2T2=K1136.987110.440K1026.547m，

HYZHLSK1026.54770K1096.547m，

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QZHY1R(20)K1133.383m 2180YHHYR20180K1170.218m

HZYHLSK1170.21870K1240.218m JD3处：

ZHJD3T3=K1723.823120.516K1603.307m， HYZHLSK1603.30780K1683.307m，

QZHY1R(20)K1719.440m2180YHHYR20K1755.573m180HZYHLSK1755.57380K1835.573m

6.4 画线标桩

定出并画好缓和曲线后，求出路线的总长L总DL2T 其中：D—相连交点间距离（包括起终点）；

L—各段曲线长；

T—各段曲线切线长；

确定好各段曲线要素桩号后，再沿路线中线标出百米桩号和千米桩号。同时找出各20m桩的位置，以便为纵断面设计做准备。

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7 纵断面设计 7.1 设计基本思路

7.1.1沿路线中线作地面高程图

从起点开始，量测出每个20m桩的高程，若20m桩在等高线上就直接标出其高程，若不在等高线上，则要过该桩作等高线的法线，近似计算其高程。完成20m桩的高程计算后，在图纸上按合适比例连接相邻点绘出地面高程图。 7.1.2拉纵坡与定变坡点

计算起点，终点以及控制点的高程，再根据线路等级技术标准，结合地面起伏变化，并考虑平纵组合原则，选出一条合理又经济的初定坡度线。再将前后坡度线延长交会出变坡点的初步位置。经过调整和核对，按照文献[1]规定和实际情况，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。 7.1.3设置竖曲线

根据技术标准，以及平纵组合均衡等确定合适的竖曲线半径或切线长，计算竖曲线其他要素。竖曲线计算图示如图7-1所示。

图7-1竖曲线计算示意图

7.2计算成果

7.2.1变坡点位置确定

考虑线路长度与高差，以及地形变化和文献[1]的规定，确定纵坡的坡长L和坡度i，计算变坡点高程。以确定第二变坡点为例：

起点高程h018.285m，第一段与第二段坡长分别设置为

l1220m,l21140m，坡度分别设置为i1-0.590%,i20.461%，则第二变

坡点高程

h2h0l1i1l2i218.285220（-0.59%）11400.461%22.246m则根据坡长与高程可以确定变坡点位置。 7.2.2竖曲线设置

确定变坡点高程后，考虑平纵组合原则，需要设置合适的竖曲线。可以先设

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置竖曲线半径R或切线长T，根据相邻纵坡坡度计算出对应切线长T和竖曲线半径R以及其他要素，最后再检验是否符合规范要求（本方案先设置切线长）。以第一变坡点为例：

已知：i1-0.590%,i20.461%，设定R18000m，则：

（-0.590%）1.051%,为凹型； i2i10.461%R180001.051%T294.588294.588m,E0.249m T222R215000 竖曲线起点桩号= （K0+022）-94.588= K0+125.412 竖曲线终点桩号= （K0+022）+94.588= K0+314.588. 7.2.3确定路线中线高程

同样用20m桩的设计高程确定路线中线高程，连接各段即可作出路线中线：在直线段上可采取hihi120i确定，处于竖曲线上的则高程

hh12xi1x。以第一变坡点为例： 2R竖曲线起点高程=18.285+（K0+125.412-K0+000）（-0.590%）=17.545m 则处于竖曲线上的桩号为K0+140的点高程

h17.5451(140125.412)2（-0.590%）(140125.412)17.532m。

218000 7.2.4确定填挖高度

确定地面高程线和路线设计高程线后，两者高程之差即为填挖高度，正值为填，负值为挖。

最终计算成果见纵断面设计图和下表。

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8横断面设计

8.1 对设计技术指标的要求

（1）路基宽度

由任务书知道设计年限15年，公路等级为二级公路，设计车速60Km/h，车道数拟定两车道。查《公路路线设计规范》（JTGD20—2006）得二级公路车速为60Km/h，两车道的路基宽度一般值为10m，取设计车道宽度为3. 5m，得总车道宽度为3. 5×2＝7m，由规范二级公路车速为60Km/h的右侧硬路肩宽度一般值为0.75×2=1.5m，土路肩的宽度为0.75×2=1.5m。

（2）路拱坡度

查《公路路线设计规范》（JTGD20—2006）二级公路的路拱应采用双向路拱坡度，由路中央向两侧倾斜，路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件确定，但不应小于1.5%。路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%～2%，位于曲线路段外侧的土路肩横坡，应采用3%或4%的反向横坡值。

（3）路基边坡坡度

由《公路路基设计规范》得知，当H<6m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1：1.5设计。

（4）护坡道

查（JTJ001—97）《公路工程技术标准》得，当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时，取土坑内侧坡顶可与路坡脚位相衔接，并采用路堤边坡坡度，当高差大于2m时，应设置宽1m的护坡道；当高差大于6m时，应设置宽2m的护坡道。本设计的填土高度均小于6m，再结合当地的自然条件，护坡道均设置1m，且坡度设计为4%。

（5）边沟设计

查（JTJ013—95）《公路路基设计规范》得边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0～1：1.5，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：2～1：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原微丘区，故宜采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，内侧边坡坡度为1：1。 8.2 横断面设计步骤

（1）根据外业横断面测量资料点绘横断面地面线。

（2）根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等）抄于相应桩号的断面上。

（3）根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和尺寸。

（4）绘横断面设计线。设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防

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护工程、护坡道、碎落台、视距台等，在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。

（5）计算横断面面积（含填、挖方面积），并填于图上。 8.3 横断面上超高值的计算

依据规范，本设计中超高过渡方式采用绕中线旋转。

表8-1绕中线旋转超高值计算公式

超高位置 圆 曲 线 上 中线hc’ 内缘hc” 外缘hcx 过 渡 段 上 内缘hcx” bjijbjiG计算公式 x≤x0 bj(ijiG)(bj x≥x0 注 外缘hc B)(iGih)2 BiG2 BBbjijiG(bjb)ih22 bjijxhcLc 计算结果均为与设计高之高差； 临界断面距过渡段起点： iGx0iG2ihLc中线hcx’ BbjijiG2（定值） bjijBBxiG（bj）ih22Lc 表中：

B─路面宽度； bj─路肩宽度； iG─路拱坡度； ij─路肩坡度； ih─超高横坡度； Lc─缓和曲线长度；

lo─路基坡度由ij变为iG所需的距离，一般取1.0m; x0─与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离； x─超高缓和段中任一点至起点的距离； hc─路缘外侧最大抬高值； hc’─路中线最大抬高值；

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hc”─路基内缘最大抬高值； hcx ─ x距离处路基外缘抬高值； hcx’─ x距离处中线抬高值； hcx”─ x距离处内缘降低值。

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9 路基设计及排水设计 9.1路基设计

9.1.1 路基横断面的布置要求与最小填土高度

路基边坡由横断面设计可知（查《公路路基设计规范》（JTJ013—95））本公路路基边坡由于路基填土高度一般低于为6m，且采用1：1.5的坡度，护坡道为3.0m，且由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡稳定性验算。 9.1.2 路基压实标准及路基填料

路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《公路工程技术标准》（JTJ 001—97）的要求，见表9-1。

表9-1 路基压实度

填挖类别 零填即挖方

填方

路床顶面以下深度

（m） 0～0.30 0～0.80 0～0.80 0.80～1.50 ＞１.50

路基压实度 二级公路 ≥95 ≥95 ≥95 ≥95 ≥95

路基基底为耕地或土质松散时，应在填土前进行压实，路基设计时，可考虑清理场地后进行填筑压实，厚度按0.2m计列压实下沉所填增加的土方量。

沿线筑路用土采用备土形式，取土以利用低产田和被公路分割的边角地以及开挖河道、鱼塘等解决，在填土较高、沉降较大的地段可以利用工业废渣（粉煤灰等）做路基填料。填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。

砾（角砾）类土，砂类土应优先选作路床填料，土质较差的细粒土可填于路基底部，用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均采用同类填料。

细粒土做填料，当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时，应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。

桥涵台背和挡土墙墙背填料，应优先选用内摩檫角值较大的砾（角砾）类土，砂类土填筑。

二级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合的规定，砂类土填筑，见表9-2。

表9-2 路基填料最小强度和最大粒径要求

项目分类 路面底面以下深度（m） 填料最小强度（CBR）（%） 高速公路 填料最大粒径（m） 16

填 方 路 基 上路床 下路床 上路堤 下路堤 0～30 30～80 80～150 150以下 0～30 5 4 3 2 5 10 10 15 15 10 零填及路堑路床 理

注：①当路床填料CBR值达到表列要求时，可采取掺石灰或其它稳定材料处

②粗粒土（填石）填料的最大粒径，不应超过压实层厚度的2/3

9.1.3 路基施工时的注意事项

1、路基施工宜以挖作填，减少土地占用和环境污染。

2、路基施工中各施工层表面不应有积水，填方路堤应根据土质情况和施工时气候状况，做成2%~4%的排水横坡。

3、雨季施工或因故中断施工时，必须将施工层表面及时修理平整并压实。 4、施工过程中，当路堑或边坡内发生地下水渗流时，应根据渗流水的位置及流量大小采取设置排水沟、集水井、渗沟等设施降低地下水位。

5、排水沟的出口应通至桥涵进出口处。

6、取土坑应有规则的形状，坑底应设置纵、横坡度和完整的排水系统。 7、当设计未规定取土坑位置或规定的取土坑的贮土量不能满足要求须另寻土源,取土应遵循下列原则：

当地面横坡定于1：10时，路侧取土坑应设在路基上侧，在桥头两侧不宜设取土坑，特殊情况下，可在下游一侧设置，但应留有宽度不小于4.0m的护坡道。

取土坑的边坡，内侧宜为1：1.5，外侧宜小于1：1，沿河地段的坑底纵坡可减少至0.1%，沿线取土坑的坑底纵坡不宜小于0.2%，坑底一般宜高出附近水域的常年水位，取土坑的坑底横坡可做成向路线外侧倾斜的单向坡，坡厚为2%～3%，当取土坑坑底宽度大于6m时，可做成向中间倾斜的双向横坡，并在中间设置底宽0.4m的纵向排水沟，当坑底纵坡大于0.5%时，可以不设排水沟。

8、力求少占农田和改地造田。

9、当沿河弃土时，不得阻塞河流，挤压挤孔和造成河岸冲刷。 9.2 路基防护工程设计

根据不同的地基条件、边坡高度，并结合当地水文、地形、地质条件、筑路材料等情况，路基防护分别采用浆砌护坡、护肩、挡土墙、植草等防护形式，以保证路基稳定和路容美化。 9.2.1 填方路基

一般填方路段，路堤边坡小于6m时，采用种草防护。 特殊路段：

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经过水塘、河渠等受水浸淹和冲刷路段，临水侧边坡均采用浆砌片石护坡防护，浆砌护坡顶面高出常水位0.5m，顶边与路肩衔接平顺，种草防护。

桥头近河段路基填方较高、坡脚伸出较远时，为增强路基的稳定性，加固坡脚，采用浆砌片石矮墙护脚。 9.2.2 挖方边坡

一般土质挖方路段边坡采用种草防护。 9.2.3 施工注意事项

上述边坡防护措施可配合使用，但应注意相互衔接。

浆砌工程施工时应保证厚度及砌筑质量，砂浆要求饱满，座浆充实。 9.3 路面排水设计

本公路的路面排水主要是采用路肩排水措施，主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成以及中央分隔带排水设施组成。

路肩排水设施的纵坡应与路面的纵坡一致，当路面纵坡小于0.3%时，可采用横向分散排水方式将路面水排出路基，但路基填方边坡应进行防护。

路堤边坡较高，采用横向分散排水不经济时，应采用纵向集中排水方式，在硬路肩边缘设置排水带，并通过急流槽将水排出路基。

拦水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成，拦水带高出路肩12cm,顶宽8～10cm。急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m～50m为宜，急流槽可设置在凹形曲线底部及构造物附近，并考虑到地形、边坡状态及其它排水设施的联接。 9.4 土石方计算

若相邻断面均为填方会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11A2)L2(A

式中： V—体积，即土石方数量 （m3）

A1、A 2—分别为相邻两断面的面积 （m2）

L—相邻断面之间的距离 （m）

若A1和A 2相差甚大，则与棱台更为接近。其计算公式为：

mV(A1A2)L（1+)1m

13式中： m=A1/A2,其中，A2＞A1。

用上述方法计算土石方体积中，则包含了路面体积的。若路基是以填方为主或以挖方为主，则最好在计算断面面积是将路面部分计入。也就是要扣除挖方要增加路面所占的那一部分面积。特别是路面厚度较大时更不能忽略。

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10 挡土墙设计

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。按照墙的设置位置，挡土墙可分为路肩墙、路堤墙和山坡墙等类型。重力式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片（块）石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。重力式挡土墙圬工量大，但其型式简单，施工方便，可就地取材，适应性强，故被广泛采用。

本路段填挖方较小，可以不设置挡土墙。

19

11 公路路面结构设计计算 11.1 轴载分析

轴载分析：根据我国《混凝土路面设计规范》和《沥青路面设计规范》规定路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。 11.1.1 轴载换算

计算标准轴载的当量轴次计算公式

NC1C2ni(ikpi4.35) （11-1） P式中：N—标准轴载的当量轴次（次/日）；

ni—各种被换算车辆的作用次数（次/日）；

C1—轴数系数；

C2—轮组系数，双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38； Pi—各种被换算车型的轴数（KN）；

； P—标准轴载（KN）

2m1)，C21（双轮）其中C1、C2分别采用以下来计算：C111.（，计算结

果如下表所示：（单位为次/日） 车型 北京 BJ130 日野 KB222 东风 轴名 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 计算轴载（Pi） 13.55 27.2 50.2 104.3 23.7 69.2 kiC1 6.4 1 6.4 1 6.4 1 C2 1 1 1 1 1 1 ni Ni 200 200 570 570 1200 1200 0.21 0.694 182.016 684.56 241.904 14.639 1124.02 EQ140 后轴 NC1C2ni(pi4.35) P11.1.2 计算累计当量轴次

根据设计规范及道路设计的本身要求，本公路为二级公路沥青路面的设计年限取12年，根据规范规定的双向双车道的车道系数是0.6-0.7，本设计取0.65，计算累计当量轴次的公式：

20

Ne1r1365N （11-2） tr1式中：r—交通量在设计使用年限的平均增长率。 t—公路的设计使用年限，本公路取值为12年。 —车道系数。

N1—表示单日换算轴载次数。 因此有 累计当量轴次Ne10.05）136511240.65 1r1365N（t12r10.05=4244604（次）

11.2 确定路面等级和面层类型 11.2.1 路面等级

由以上计算可以得出，设计年限内一个行车道上的累计标准轴载次数约为420万次左右。根据由累计当量轴次划分的交通等级可以定出该路的设计路面等级为中等交通等级。 11.2.2 面层类型

对于本公路的设计，初步拟定采用三层式沥青面层，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土，中面层采用中粒式密级配沥青混凝土，底面层采用粗粒式密级配沥青混凝土。

11.2.3 结构组合与材料的选取

由上面的计算可以得出，设计年限内一个行车道上的累计轴载次数约为420万次左右，根据《公路沥青路面设计规范JTG D50-2006》规定的结构要求，查表4.1.3-1，路面结构面层采用的材料及厚度初步拟定如下：4cm细粒式沥青混凝土 + 8cm中粒式沥青混凝土 + 12cm粗粒式沥青混凝土 +？水泥稳定碎石基层 + 20cm水泥石灰砂砾土层，以水泥石灰砂砾土为设计层。 材料的具体厚度列表如下：

路面结构 面层 基层 底基层 材料选用 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 水泥稳定碎石 二灰沙砾 材料厚度（单位cm） 4 8 12 待定 20 11.3 确定各结构层材料设计参数

21

11.3.1 各层材料的抗压模量与劈裂强度

根据相关表格及设计规范，可以得到各层材料的抗压模量和劈裂强度。规范规定抗压模量取20C的模量，且在设计中各值均取规范给定范围的中值，因此得到20C的抗压模量如下：沥青路面材料抗压回弹模量：

20℃抗压回弹模量(Mpa) 材料名称 细粒式沥青混凝土 中粒式沥青混凝土 粗粒式沥青混凝土 EP 1200 1300 1000 σ 180 90 60 15℃抗压回弹模量(Mpa) EP 1800 1800 1200 σ 320 170 70 15℃劈裂强度(Mpa) 1.2 1.0 0.8 基（垫）层材料抗压回弹模量： 材料名称 水泥稳定砂砾 水泥稳定碎石 水泥石灰砂砾土 二灰稳定砂砾 二灰稳定碎石 11.3.2 土基回弹模量的确定

本路段为砂粘土，稠度为1.10，在《路基路面工程》一书中查表14-11有土基回弹模量为32MPa。 11.4 设计指标的确定 11.4.1 设计弯沉值 路面设计弯沉值公式为

Ld600Ne0.2AcAsAb （11-3）

抗压回弹模量(Mpa) EP 1300 1600 1200 1300 1400 σ 220 760 240 700 600 劈裂强度(Mpa) 0.5 0.6 0.4 0.7 0.6 由于该公路为二级公路，故公路等级系数Ac取1.1；面层是沥青混凝土，面层系数As取1.0；半刚性基层，底基层总厚度大于20cm，所以基层系数Ab取1.0。 则，设计弯沉值为

Ld600Ne0.2AcAsAb6004244604 31.2（0.01mm） 11.4.2 各层材料的容许底层拉应力 计算各层材料的容许底层拉应力的公式为

0.21.11.01.0

22

Rsp/Ks (11-4)

本式中：R—路面结构层材料的容许拉应力； sp—结构层材料的极限抗拉强度； Ks—抗拉强度结构系数， 对于沥青混凝土面层：

Ks0.09ASNe0.22/Ac

（11-5）

对于水泥碎石：

Ks0.35Ne0.11/Ac

（11-6） 对于二灰砂砾：

Ks0.45Ne0.11/Ac

（11-7） 所以有：

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 1.2 0.51 2 中粒式沥青混凝土 1.0 0.43 3 粗粒式沥青混凝土 0.8 0.31 4 水泥稳定碎石 0.6 0.36 5 石灰粉煤灰砂砾 0.7 0.42 11.5 设计资料总结

设计弯沉值为31.2（0.01mm）,相关设计资料汇总如下表：

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 水泥稳定碎石 二灰砂砾 土基 11.6 确定底基层的厚度

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h(cm) 4 8 12 20 待定 -- 20C模量（MPa） 1200 1300 1000 1600 1300 32 容许拉应力（Mpa） 0.51 0.43 0.31 0.36 0.42 -- 新建路面结构厚度计算

公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100 路面设计弯沉值 : 31.2 (0.01mm) 路面设计层层位 : 4 设计层最小厚度 : 15 (cm)

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) 抗压模量(MPa) 容许应力(MPa)

(20℃) (15℃) 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 .51 2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1600 .43 3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 .31 4 水泥稳定碎石 ? 1500 1500 .36 5 石灰粉煤灰砂砾 20 550 550 .42 6 土基 32 按设计弯沉值计算设计层厚度 : LD= 31.2 (0.01mm)

H( 4 )= 15 cm LS= 35 (0.01mm) H( 4 )= 20 cm LS= 30.5 (0.01mm) H( 4 )= 19.2 cm(仅考虑弯沉) 按容许拉应力验算设计层厚度 :

H( 4 )= 19.2 cm(第 1 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 2 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 3 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 4 层底面拉应力验算满足要求) H( 4 )= 19.2 cm(第 5 层底面拉应力验算满足要求) 路面设计层厚度 :

H( 4 )= 19.2 cm(仅考虑弯沉)

H( 4 )= 19.2 cm(同时考虑弯沉和拉应力) 11.7 弯沉值和应力验算

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:

24

--------------------------------------- 细粒式沥青混凝土 4 cm --------------------------------------- 中粒式沥青混凝土 6 cm --------------------------------------- 粗粒式沥青混凝土 8 cm --------------------------------------- 水泥稳定碎石 20 cm --------------------------------------- 石灰粉煤灰砂砾 20 cm --------------------------------------- 土基

竣工验收弯沉值和层底拉应力计算

公 路 等 级 : 二级公路 新建路面的层数 : 5 标 准 轴 载 : BZZ-100

层位 结 构 层 材 料 名 称 厚度(cm) 抗压模量(MPa) (MPa) 计算信息

(20℃) (15 1 细粒式沥青混凝土 4 1400 2000 计算应力

2 中粒式沥青混凝土 6 1200 1600 计算应力

3 粗粒式沥青混凝土 8 900 1200 计算应力

4 水泥稳定碎石 20 1500 1500 计算应力

5 石灰粉煤灰砂砾 20 550 550 计算应力

6 土基 32

计算新建路面各结构层及土基顶面竣工验收弯沉值 :

抗压模量℃)

25

第 1 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 30.5 (0.01mm) 第 2 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 34.3 (0.01mm) 第 3 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 41 (0.01mm) 第 4 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 50.9 (0.01mm) 第 5 层路面顶面竣工验收弯沉值 LS= 154.8 (0.01mm)

土基顶面竣工验收弯沉值 LS= 360.6 (0.01mm)(根据“基层施工规范”第88页公式)

LS= 291.1 (0.01mm)(根据“测试规程”第56页公式)

计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :

第 1 层底面最大拉应力 σ( 1 )=-0.242 (MPa) 第 2 层底面最大拉应力 σ( 2 )=-0.054 (MPa) 第 3 层底面最大拉应力 σ( 3 )=-0.026 (MPa) 第 4 层底面最大拉应力 σ( 4 )= 0.149 (MPa) 第 5 层底面最大拉应力 σ( 5 )= 0.091 (MPa)

26

12 刚性路面的设计 12.1 设计原则

水泥混凝土路面设计应根据公路交通量及公路的使用任务，性质，并结合当地气候，水文，地质，材料，实践经验及施工和养护条件等通过技术经济比较，做出符合使用要求并与环境条件相适应的经济合理的路面设计。 12.2轴载分析

混凝土路面设计双轮组单轴载100KN，以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。轴载换算：

PNsNi(i)16

Pi1n

表4.1轴载换算结果

车型 东风 EQ140 北京 BJ130 日野 KB222 前轴 后轴 前轴 后轴 前轴 后轴 Pi Ni Pi16N() iPi1n23.7 69.2 13.55 27.2 50.2 104.3 n1200 1200 200 200 570 570 0 3.32 0 0 0.01 1117.95 1121.28 PNsNi(i)16 Pi1根据表设计规范，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为一级，轮迹横向分布系数是0.54~0.62取0.60，gr0.05，则：

27

Ns（[1gr)t1]1121.28[(10.05)201] Ne3653650.60

gr0.05= 8119686次

其交通量在100×104~2000×104中，故属重型交通。 12.3 初拟路面结构

初拟普通混凝土面层，厚度为h0.26m；考虑到本路线为季风性湿润气候，年平均降雨量较大，为湿润多雨地区，因此设置多孔隙的开级配水泥稳定碎石排水基层(水泥剂量9.5％～11％，孔隙率20%)，厚度 h10.10m；从而在排水基层下设置水泥稳定碎石组成的不透水底基层，厚度h20.20m。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。 12.4 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

fr5.0Mpa，相应的弯拉弹性模量标准值为Ec31Gpa。

（2）土基的回弹模量：

路基属于干燥状态，可选用路基土基的回弹模量值：E032.0MPa （3）基层和底基层的回弹模量：

排水基层选多孔隙开级配水泥稳定碎石，回弹模量取：E11500MPa

不透水底基层选用水泥稳定碎石，回弹模量取：E21500Mpa （4）基层顶面的当量回弹模量和计算回弹模量：

据土基状态拟定基层、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 D40—2011)，按式（B.2.4）计算基层顶面当量回弹模量如下：

22Exh1E1h2E2h1h22215000.10215000.2021500(MPa) 220.100.20nhxhi0.10.20.3m

i10.860.26lnhx0.860.26ln0.30.547

28

Ex1500EtEE03200.54732262.5MPa

普通混凝土面层的相对刚度半径按（B.2.2-2）计算为：

Echc310000.263Dc46.60 2212(1c)12(10.16)r1.21（Dc/Et)1/31.21(46.60/262.5)1/30.680(m)

33、荷载疲劳应力计算：

按式（B.2.2），标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为

ps1.47103r0.7hc2ps0.941.259(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝，对于多孔隙开级配水泥稳定碎石排水基层，有一定刚性，所以接缝传荷能力的应力折减系数可取kr0.88。考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数kfNe8119686n0.057根据公路等级，2.477。

由表B.2.1，考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数kc1.05。 按式（B.1.2），荷载疲劳应力计算为

prkrkfkcps0.882.4771.051.2592.882(MPa) 4、温度疲劳应力分析：

查表3.0 .10，可选取最大温度梯度Tg=88（℃/m）。取板长l4.5m，

tl/3r4.5/(30.680)2.206

CL1sinhtcostcoshtsint0.842

costsintsinhtcoshtBL1.77e4.48hcCL0.131(1CL)1.77e4.480.260.8420.131(10.842)0.444

按式（B.3.2），最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为：

tmcEchcTg21105310000.2688BL0.4441.575(MPa)，c混凝

2土线膨胀系数。

温度疲劳应力系数kt按式（B.3.4）计算为

29

bt1.382frtm5.01.575atktc0.8370.0380.418， ttmfr1.5755.0再由式（B2.1）计算温度疲劳应力为

trkttm0.4181.5750.658(MPa)

由表3.0.1，二级公路的安全等级为一级，相应于一级安全等级的变异水平等级为低级，目标可靠度为85%。二级公路、中等变异水平条件下的可靠度系数

r取为1.13。

r(prtr)1.13(2.8820.658)4.0MPafr5.0MPa

综上所述，所选的普通混凝土面层厚度h0.26m可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。 12.5 路面方案比选

目前，我国高等级公路一般采用沥青混凝土路面或水泥混凝土路面，两种路面类型各有优缺点，比较见表11-1：

表11-2 路面类型比较表

比较项目 类型 接缝 噪音 机械化施工 施工速度 稳定性 养护维修 开放交通 晴天反光情况 强度 行车舒适性 沥青混凝土路面 柔性 无 小 容易 快 易老化 方便 快 无 高 好 水泥混凝土 刚性 有 大 较困难 慢 水稳、热稳均较好 困难 慢 稍大 很高 较好 通过对两种不同类型路面的比较，另外结合当地材料来源及路面设计原则等各方面综合考虑，选用沥青混凝土路面类型。

30

12 环境保护

12.1 公路工程及沿线设施与自然环境的协调情况及采取的措施

为了减少因公路建设而导致的环境污染及破坏，切实做好防治措施，保护自然资源，维护生态平衡，在本施工图设计中我们已充分考虑了与周围环境和自然景观的协调，采取了必要措施：

在路线、桥位选择时，充分考虑沿线自然环境和社会环境，尽可能的绕避重要居民点和人文景观，在公路用地范围内适当考虑了景观设计，尽量使公路建设与沿线景观协调一致。如在选线定线时考虑与地形相协调，合理使用土地，公路路线结合地形、地貌布线，线形流畅较好地顺应自然变化；避免大型建筑的拆迁和对植被的破坏。

路基尽可能地减小填挖高度，降低填挖方，力求土方平衡，减少水土流失；路面采用沥青碎石路面减少震动、噪音，更利于环保。

在路基防护工程设计中，坡面防护优先采用植草皮、观赏花木等；经过渠堤、堰塘地段，采用浸水路堤浆砌片石护坡防护，减少对水体的破坏影响。在路基路面排水设计中，接顺排水系统，尽量保证公路排水不影响沿线耕地、鱼塘，通过形成良好的排水系统，减轻水土流失。

合理设置桥涵，尽量减少对原有水系的破坏。桥梁布置在满足“安全、实用、经济、美观”的前提下，尽可能减少压缩河床，确保河流畅通；涵洞一般“逢沟设涵”确保水系贯通，利于水利和农田灌溉，保证沿线整体排水和农田灌溉、河流的畅通。

路面设置标志、标线，通过设置沿线交通安全设施，降低交通事故率。此外，路面标线选取对人蓄无害的涂料。

专门做了环境绿化设计，并在公路用地两侧植行道树，使之起到诱导视线作用，同时美化路容，尽量与周围环境相协调。 12.2 环境保护设施结构设计及布置

按部颁《公路养护技术规范》(JTJ076-96)第九章的要求，在公路两侧植行道树，使之起到诱导视线作用，同时美化路容，行道树植于公路用地内侧。

从保护公路沿线环境生态平衡、美化路容的角度出发，结合路基、路面防护工程对路堤、路堑边坡进行防护植草，以保护路基稳定。为防止路基水土流失对沿线农田（地）的危害，路田分界应尽可能贯通，以免边坡水直接冲入农田，同时，路基边沟、浸水路堤采用浆砌片石加固，土路肩采用植草防护。 13.3 施工注意事项

施工时应结合农田、水利基本建设，合理布置取土坑的位置，加强施工废水、废弃物处理，特别是在施工过程中不可避免地产生或强或弱的污染，主要为振动、水泥灰、尘土等的污染，应注意在民房30米内谨慎使用振动压路机。土石方施

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工时所产生的尘土，应采取洒水措施，尽量减少对自然环境的人为污染和破坏

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13 其它需要说明的问题

虽然在确定本路线修建方案时，我们尽量做到了减少公路修建对路两侧现有的水利、电力、电讯设施产生的破坏，但局部路段改建时还是不可避免地要与水利、提防、电力、电讯设施发生交叉，公路扩建不可避免要对原有设施产生破坏，虽然在本设计文件中我们对此破坏和影响制定了必要的措施，要求施工中按原工程建设规模和实物量进行还建，但考虑到此项工作的复杂性，我们还是建议本公路改建工程施工前组织一次有农业、水利、电力、电讯等部门参加的协调会议，与属主单位协商，进一步明确改建、还建方案，逐一落实施工过程中需要解决的重大问题。

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致 谢

我的毕业设计一直是在胡老师的悉心指导下进行的，胡老师治学严谨，学识渊博，为人和蔼可亲，对学生极其负责任，对我们的毕业设计要求很高，力争让我们做到精益求精。胡老师除了让我们通过电子邮件的方式保持联系外，每周还给我们安排了答疑时间，当面给我们解决毕业设计中遇到的难题。在此我向胡老师表示诚挚的感谢和由衷的敬意！

整个毕业设计我都本着认真的态度完成每一个细节，遇到棘手的问题，我还会及时去图书馆查阅资料以及请教身边的同学，在解决问题的同时扩宽了自己的视野，更好地培养了自己的独立思考能力以及与人沟通能力。通过老师的指导以及身边同学的帮助，让我更好地学会了如何去查阅资料和规范，同时，也引导了我用新的思维方法去学习，独立地思考，给了我一次锻炼自己的机会，也增强了我的思维能力，形成了良好的学习方法，这对今后学习和工作都是非常有好处的。 在完成这份毕业设计之后，我的本科学习阶段正式宣告结束，感谢母校给了我这么好的学习环境，感谢四年来各位老师和身边的同学们对我的关心和爱护，下一站我又将迎接人生的一个新的起点，我已经为新的启程做好了准备。

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参考文献

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