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同济大学道路毕业设计
(2010-12-21 15:38:43)
标签：
交通运输无锡市路基曲线交通量教育 |
分类： 毕业设计 |
同济大学道路毕业设计
摘要
本设计是江苏无锡某新建高速公路。根据设计公路的交通量及其使用任务和性质，确定为平原微丘高速公路。结合沿线自然条件与主要技术指标，进行路线方案论证与比选，推荐最优方案。并进行详细设计，内容包括：路线设计，路基路面设计,排水设计，涵洞设计和桥梁设计。
本公路设计速度为100km/h,路线全长5408.191米，路基宽33.5米。全线有3个平曲线,5个竖曲线,12道涵洞。路面厚度为65（80）厘米。
关键字：
交通量 自然条件 技术指标 路基 路面 平曲线 竖曲线 排水 涵洞
Abstract
The subject of the design is a new highway on plain area. According
to the given traffic volume, service level, the highway is defined
as the top–grade road. With the local natural condition and main
technical standard, through analysis and comparison of several
feasible plans, the most proper one of these is recommended and
subsequently carried out in detail, including the design of
alignment, surgrade, pavement, drainage, culvert and bridge.
The design speed is 100km/h, the total length is 5408.191m, and the
width of the subgrade is 33.5m.There are 3 plan curve,5 vertical
curves , and 12 culverts on the road. The thickness of pavement is
65(80)cm on the road.
Keywords:
Traffic volume, natural conditions, technical standard, subgrade,
pavement, plan curves, vertical curves, drainage, culture
目 录
第一章
1.1该公路的建设意义………………………………………………………3
1.2沿线地形地质及自然环境………………………………………………4
第二章
2.1公路等级及其主要技术标准的论证与确定……………………………5
2.2路线方案设计……………………………………………………………7
2.3路线平面设计……………………………………………………………10
2.4纵断面设计………………………………………………………………13
2.5平纵组合设计……………………………………………………………15
第三章
3.1设计原则相关指标………………………………………………………15
3.2路基设计…………………………………………………………………17
3.3路面设计…………………………………………………………………21
3.4路基路面排水系统设计…………………………………………………30
第四章
4.1路线交叉设计……………………………………………………………31
4.2桥梁设计…………………………………………………………………32
4.3涵洞设计…………………………………………………………………32
4.4绿化工程与环境保护……………………………………………………34
结论…………………………………………………………………………………36
致谢…………………………………………………………………………………37
参考文献……………………………………………………………………………38
附录…………………………………………………………………………………39
第一章
1.1该公路建设意义
无锡市，地处江苏省东南部，东距上海128km，西离南京240km，南濒太湖，北靠长江。气候温和，土地肥沃，物产丰富，素有“鱼米之乡”之称，是江苏省的重要经济中心和著名的风景旅游区。
本新建公路是联接整个苏南东三角洲平原各主要城市中的一段，设计路段属于无锡地区管辖，它的新建有如下重要意义：
（1）苏南东三角洲平原地区，人口稠密，经济文化发达，水陆交通便利，是我国最发达的地区之一。该地区是我国民族工业的发源地之一，经济开发比较早，现代工业生产门类齐全，产品结构趋于合理。在传统的粮食加工及纺织工业基础上，已逐步发展为纺织、机械、轻工、电子、化工、冶金、医药、建材、食品等综合经济产业，配套能力较强，产品结构比较合理，轻重工业协调发展，具有一定规模和水平的工业体系。农村多种经济蓬勃发展，乡镇企业异军突起，被成为“苏南经济模式”。由于此地区工业技术力量雄厚、优先发展拳头产品，提高产品质量，产品在市场上富有竞争能力，使本地区工农业生产总值直线上升。无锡，苏州已成为全国第五大工业城市，令人刮目相看。
首先，公路运输快速灵活，直达门户。本公路的新建，将加速地区原材料和产品的流通，使货物运转缩短，资金周转加快，特别对于贵重商品，易碎物件，要求防腐保鲜货种的运输，本新建公路将发挥重要作用。
其次，由于本公路等级高，建成以后，沿线将吸引许多加工型企业，使企业分布趋于合理。
再次，将加强城乡关系，加快形成城乡一体化。本地区十分重视发挥城市经济中心的作用，建立了以城市为中心，以小城镇为纽带，以广大农村为基础的城乡经济和科技网络，本公路的修建，将拓宽和纵向发展城市工业与苏南乡镇企业间的横向联合，带动了农村的综合发展。
（2）将促进以“江河海湖相同、铁公水空相衔接”的立体综合运输体系的形成。无锡市水陆交通便利畅通，京沪铁路横贯全境；公路有九条干线向沪宁江浙和苏北地区辐射。全市每个乡镇有公路，水运依托太湖水系，境内工有航道1650km，有7条水运干线接通黄田港和张家港。京杭大运河北贯通长江，东与苏州河相连。机场距市中心近20多公里，现已开辟了北京、佛山的定期航班。无锡市已基本形成了铁路、公路、水运、空运的比较发达的交通网络。本公路的建设，无疑将快速灵活的汽车和运量大的火车以及廉价长距的水运，更加有机结合成联运网，使产品运输更加直接、便利、快速、准时。
（3）促进旅游事业的发展。无锡市是全国十个旅游城市之一，素有“太湖明珠”之称。碧波万倾的太湖，犹如人间仙镜。而无锡市占有太湖山水组合最优美的部分，锡惠公园等各具特色，太湖锦上添花。宜兴洞天，瑰丽奇幻。要塞炮台，充满了神奇色彩。全市古迹颇多，有商末周初的秦伯墓和秦伯庙，有南北朝古刹“惠山寺”，有唐代的“天下第二泉”，明代的“畅园”、东林书院旧址、徐霞客故居等。本公路的新建，使名胜古迹的参观更加便利、舒适，有利于吸引国内外的旅游者。
（4）具有防洪抗涝的作用。本公路在湖与无锡市区间通过了较高的路基可以说是一条抗太湖洪水的坚固大堤，有效地保护了无锡市区。
（5）加快外向型经济的发展。本公路建成后，改善了投资环境，将吸引不少外商来此地投资办厂，增加出口创汇产品，加快外向型经济的发展。
总之，本新建公路对于促进苏南地区经济加快发展，综合立体运输网的形成，旅游事业的发展及抗洪防灾等方面具有积极意义。
1.2沿线地形地质及自然环境
1.气候特点
路线所经地区为无锡市所辖地区，属公路自然区划Ⅳ区----长江下游平原湿润区。道路气候共分ⅡB区，不冰冻、中湿区。区内湿热度高，温暖湿润。最高月平均气温达30℃~30℃，一月份平均气温在3℃~16℃左右，7月份平均气温在24℃~30℃之间。亚热气候。
2.降水量及地下水
路线所经地区，年降水量多，年降水量在1000mm~1400mm之间，常年为1200mm左右。潮湿系数一般为1.0~1.5，最高月潮湿系数达2.5~3.5。雨型主要为春雨和梅雨，且梅雨期较长，该地区属中国暴雨分类第四区，地下水埋深一般为1.5米，丘陵地区为2m左右。
3.地形与地貌
该地区地处沿江、滨海的地理位置，具有以平原为主，兼有低山丘陵的地形特点。地貌类型，内陆为冲积平原和湿润丘陵低山。
在地形和气候的综合影响下，本区河川密布、湖泊成群，且终年有水。河流内水量充沛，季节变化不大，泥沙含量小，陆地水面约占总土地面积的8%左右。
4.地质与土质
在平原地区，地表土层覆盖较厚一般在15米左右；在地面自然横坡大于15%的丘陵低山地带，土层覆盖厚度一般为10米左右。该地区水稻田分布广泛。土质属红粘性土及砖红粘性土，属高液限粘性土，呈中密状态。本地区岩石坦藏较深，开采不易，一般砂石料缺乏。按施工难易分，土质25%为松土，75%为普通土。丘陵地带坦藏较深的岩石主要是石灰岩和花岗岩，为坚石，强度≮3级。
5．植被及作物等概况
路线所经地区属中国自然地理区划的Ⅲ1区，自然地理特征为亚热带常绿林，四季分明。农业以水稻为主，一年二熟，为我国重要的商品粮基地。经济作物种类多，以油菜、棉花、麻类为主。丘陵地区其竹、木等分布广泛，各种水果树木较多。地表植被覆盖茂密，除田地、林木等外，以灌木丛为主，林木地带，其郁闭度约为80%。本区水力资源丰富，日照时间长，自然条件优越，具有发展农、林、牧、副、渔业的巨大潜力。
第二章
2.1公路等级及主要技术标准的论证与确定
2.1.1交通量分析以及等级确定
1.设计原始资料及交通量分析
据调查,2005年交通组成及交通量如下：
表2.1
车型
辆/日
交通量年均增长率为8.0%。
拟建成年月:2007年7月
根据：
Nd = N0×(1+r)n-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)，包括现有交通辆和道路建成后从其它道路吸引过来的交通量；
r —年平均增长率(%)；
n —远景设计年限。
高速公路以小汽车为标准进行折算，各汽车代表车型与车辆折算系数
表2.2
汽车代表车型
小客车
中型车
大型车
拖挂车
初定设计年限为n=20年，则：
N0=1200×1+2100×1.5+1200×2+600×2+900×1.5=9300辆/日
Nα= N0（1+i）(n-1)=9300×（1+8.0%）(22-1)=46815辆/日
2.等级确定
1）分析：
①一般的规定：
四车道高速公路和六车道一级公路能适应将各种汽车折合成小汽车的交通量都为25000~55000辆/日；
六车道高速公路能适应将各种汽车折合成小汽车的交通量为45000~80000辆/日。而计算显示都满足这三种等级公路交通量的要求。
②地区经济状况
路线所处江苏无锡，属于平原微丘区，经济高度发达，是全国第五大城市，又是全国十大旅游城市之一，经济增长很快，物流及人流转移等都很大。因此对交通设施、公路等级、服务水平的要求很高。高等级公路新建后，一方面将大力促进该地区经济、旅游等的进一步发展，同时也会吸引附近的交通量向这里转移，引起交通量急剧增长；而且对公路交通的需求会更高，这就需要建造更好的高等级公路。站在发展的角度上，考虑到对交通增长的预留空间，同时也从长远来看，修建高速公路较合理。
2）结论：拟建为六车道高速公路。
3.主要技术指标的论证和确定
1）行车速度
无锡地区为平原微丘区区，该路设计为高速公路，选用行车速度V=100km/h
2）最小半径的确定
当汽车在弯道上行使时，会受到离心力的作用，为保证汽车行驶安全，曲线上的路面做成外侧高，内侧低的单向横坡形式，即超高。此时水平分力可以抵消离心力的作用。
X=F×cosα-G×sinα
Y= F×sinα+G×cosα
由于α较小，故可视为sinα=tgα=ih， cosα=1;
所以，X=F-G×ih=G(v2/gR-ih)
设μ=X/G=v2/gR-ih=
V2/127R-ih，该公式表达了横向力系数与车速、平曲线半径及超高之间的关系，μ值愈大，汽车在平曲线上的稳定性愈大。
式中：R--平曲线半径（m）；
V--行车速度（KM/h）;
v--行车速度(m/s);
ih--横向超高系数。
不产生横向倾覆的最小平曲线半径R≥ V2/[127(b/2hg+Ih)];
不产生横向滑移的最小平曲线半径R≥ V2/[127(φh+ih)]
汽车在平曲线上行使时的横向稳定性主要取决于横向力系数μ值得大小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般b≈2hg,而φh<0.5，所以φh<b/2hg。依旧是汽车在平曲线上行使时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，设计中只要保证不产生横向滑移，也就保证了横向倾覆稳定性。即半径满足R≥
V2/[127(φh+ih)]即可。
3)缓和曲线最小长度的确定
缓和曲线是道路平面线形要素之一，它曲率连续变化，便于车辆遵循，离心加速度逐渐变化，乘客感觉舒适，可增加视觉美观。当平曲线半径小于不设超高的最小半径时，应设缓和曲线。缓和曲线采用回旋曲线。缓和曲线的长度从以下几个方面考虑确定：
a.一般汽车驾驶员操作从容，旅客感觉舒适
b.超高渐变率适中
由于在缓和曲线上设置有超高渐变段，如果缓和曲线太短会因路面急的由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，对行车和路容均不利。按规范规定的适中的超高渐变率，导出缓和段最小长度。
c.行驶时间不过短
车在缓和曲线上的行驶时间不应少于3秒，即缓和曲线不应短于83.3m。
4.主要技术指标：
地形
计算行车速度
行车道宽度
路基宽度变化值
2.2路线方案设计
2.2.1选线原则与相关指标
1.选线原则
平原地区一般多为耕地,且分布有各种建筑设施,居民点较密;在天然河网湖区,还具有湖泊水塘河叉多等特点。虽然地势平坦，路线纵坡及曲线半径等几何要素比较容易达到较高的技术指标，但往往由于受当地自然条件和地物的限制，选线时应综合考虑多方面的因素。平原区地形对路线的限制不大，路线的基本线形应是短捷顺直，应采用较高的技术指标，尽量避免长直线或小偏角，但不应为避免长直线而随意转弯。
综合考虑平原区的特点，布线时应注意以下几点：
1）以平面线形为主，合理解决避让、穿越、趋就等问题，穿线过程不考虑纵坡的限制。
2）以设计数据为主导，远景设计为目标，大致控制细部。
3）线形要求短捷、平顺、有美感。
4）正确处理线形与环境的关系“少占田，避拆房，尽量不穿塘”，使路线的设置与周围环境相协调。
5）正确处理路线与城镇的关系：应尽量避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点，“靠村不进村，利民不扰民”；尽量避开重要的电力、电讯设施。
6）处理好路线与桥位的关系。
①一般情况下，桥位中线应尽可能与洪水的主流流向正交，桥梁和引道最好在直线上，条件受限时也可设置斜桥或曲线桥。
②小桥涵位置应服从路线走向，但遇到斜交过大或河沟过于弯曲，可采取改河措施或改移路线。
7）注意不良地质的处理。
平原区的水文土壤条件较差，特别是河网湖区，地势低平，地下水位高，使路基稳定性差，因此应尽可能沿接近分水岭的地势较高处布线。当路线遇到面积较大的湖塘﹑泥沼和洼地时，一般应绕避；如要穿越时，应选着最窄最浅和基底坡面平缓的地方通过，并采取措施保证路基的稳定。
8）正确处理新旧路的关系：平原地区通常有较宽的人行大路或等级不高的公路，正确布置平面交叉和立体交叉。
9）平原地区一般缺乏砂石建筑材料,路线应尽可能靠近建筑材料产地,以减少施工,养护材料运输费。
2.路线的基本走向和主要控制点
一条路线的起终点及中间必须经过的重要城镇或地点，通常是有公路网规划所规定或领导机关根据建设的需要指定。这些指定的点称为据点，把据点连接成线，就是路线的总方向或大走向。根据大致走向和公路等级，及其在公路网的作用，结合铁路﹑航运﹑空运﹑管道的布置和城镇﹑工矿企业﹑资源状况以及水文﹑地质﹑地形等自然条件确定一条最优路线方案。
平原区地形平缓，路线一般不受高程限制。路线上每一线段的具体方向，应以布局定下的控制点为依据，正确绕避平面上的障碍，力争控制点间路线短捷顺直。两控制点之间，如无地物地质等障碍和应趋就的风景﹑文物及居民点等，则与两点直接连线的路线最理想，但这只有在戈壁滩和大草原才有此可能。而在一般地区，农田密布，灌溉渠道网纵横交错，城镇﹑工业区较多居民点也较密。由于这些原因按照公路的使用性质和任务，有的需要靠近它，有的需要绕避，从而产生了路线的转折，虽增长了距离，但这是必要的。平原区选线，先把路线总方向上所规定经过的地点如城镇﹑工厂以及风景文物地点作为大控制点，然后在大控制点之间进行实地勘察，确定哪些该穿越，哪些该绕以及如何绕避，从而建立起一系列中间控制点
。路线应从一个控制点直达另一个控制点，不作任意扭曲。
本设计中间主要控制点主要有一座中桥、一座小桥的桥位﹑城镇﹑水库﹑大水塘﹑公路交叉等。
3.技术指标
1)全程设计均采用圆曲线及长缓和曲线的反向复合曲线形式，尽量做成1：1：1型复合曲线。由于高速公路一般半径较大，若保持1：1：1型复合曲线，缓和曲线长度会加长，因此很难满足。整段路都保持在1：2：1的比例左右。
2)偏角避免小偏角（小于7度的角），采用的角度均在15~30度。
3)最大纵坡不大于3%，最小纵坡不小于0.3%，而且考虑坡长限制。
4.综合分析
本设计图纸共三张（1/4~4/4），比例为1：2000，等高线高差为1米/每等高线。地形总体上是平坦的，障碍物较少，属于平原微丘。整个地段，主要是稻田，同时布满大小不等的水塘，还有高程不是很高的山包。第一、二、四张图纸的上部都主要是小型山包，第三张整个高程较低，地势非常平坦，是一片低洼的高产水稻田，总的面起伏情况为“U型”。结合考虑地形情况及所在地无锡的经济和社会效益等因素，在路线设计时，选取控制点重点应注意以下几个要点：
1)避让大塘、水库，尽量避开中小塘。
2)避开居民区、城镇，但应保持一定的距离。
3)由于原有老路基本没有利用价值，因此设计时不局限于利用，而是定出新的线路走向，尽量发挥老路的辅道作用。
4)起终点高差不大，属于典型的平原微丘区，基本上沿起终点的大致方向不变。
5)从填挖工程上看，起点和中间段为填方区，终点为挖方区，而且多为水稻田带（要保证最小填土高度），所以必须综合考虑整体的工程量及填挖平衡问题。
6)道路平面主线确定后，要注意细部的控制和处理。
5.方案拟定
在本设计中, 路线的起终点已是确定的,
因而在其中的走法有很多种。我们选线的任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求的、经济合理的最优方案。但影响选线的因素有很多,
这些因素有的互相矛盾, 有的又相互制约, 各因素在不同情况下的重要程度也不相同, 不可能一次就找出理想方案来,
所以最有效的方法就是进行反复比选来求最佳方案。在本设计的地形图上, 结合设计资料,
我最初拟定了两种可能的路线走向方案（如平面设计面所示）。
已采用的推荐方案为方案Ⅰ（红色铅笔绘制）；未采用的方案为方案Ⅱ（黑色铅笔绘制）。
6.方案比选
1）对各路线方案进行分析：
①
优点：路线较短，占水塘少，穿过较多的旱地，地基条件好，线形好，标准高，指标均衡，从整体上看，路线走向与起终点走向大体一致；同时工程量适中，填挖结合亦较合理。
缺点：除了要经过三个中等水塘外，施工工艺要求较高外，基本上没有明显的缺陷。
②
优点：地势平坦，填挖量少，施工方便，视野范围好。
缺点：路线长，占用较多大池塘，穿过较多小池塘，占用较多的稻田，很不经济，同时地基条件差，难以处理。
2）方案比选结果：
显然，方案1要比方案2好：路线短，占水塘少，线形好，标准高，指标均衡等，在一定程度上改善了线形的美观和行车的安全及舒适性。
所以，经过上面的综合分析，方案Ⅰ的优点很明显。于是，最后选定的路线为方案Ⅰ（红色铅笔绘制）。
2.3路线平面设计
2.3.1设计原则与相关指标
1.平面设计原则
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）行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速公路应尽量满足。
3）保持平面线形的均衡和连贯。
4）应避免连续急弯的线形。
5）平曲线应有足够的长度。
6）注意与纵断面线形的组合。
7）平面交叉前后应尽量缓和。
8）考虑与沿途土地利用的关系
9）考虑与既有公路网的关系，不形成多路交叉和变形交叉。
10）考虑施工上的因素。
2.相关指标
1）
2）
3）
超高（%）
曲线半径（m）
4）平原微丘区高速公路平曲线平曲线主要技术指标
一般最小半径
不设超高最小半径
圆曲线部分最大超高值
超车视距
同向曲线间直线最小距离
3. 确定曲线要素
1）直线
作为平面线形要素之一的直线，在公路和城市道路中最为广泛。一般在定线时，只要地势平坦，无大的地物障碍，定线人员都应首先考虑使用直线。笔直的道路给人以短捷直达的良好印象，具有明确的方向性，汽车受力简单，驾驶员操作简易。但是过长的直线并不好，直线线性大多难于与地形相协调，过长的直线易使驾驶员单调﹑疲倦
。所以运用直线适应根据路线所在地段的地形、地物、地貌并考虑驾驶者的视觉，心理状态等因素合理布设。直线的最大长度应有所限制，在长直线上纵坡不宜过大，长直线应与大半径凹形竖曲线组合为宜，道路两侧宜采取植不同的树种或设置一定的建筑物。
直线线形亦不宜过短，考虑到线性的连续和驾驶的方便，相邻两曲线之间应有一定的直线长度。同向曲线间若插以短直线，容易把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉，甚至把两个曲线看成是一个曲线。这种线形破坏了线形的连续性，容易造成驾驶员操作的失误。所以《规范》规定，当计算行车速度﹥60km时，同向曲线间的直线最短长度宜不小于6V（按米计）。转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和驾驶人员的转向操作需要，反向曲线间最小长度宜不小于2V（按米计）。本设计直线长度都满足以上要求。
2）圆曲线
各级公路不论转角大小均应设置圆曲线。在选用圆曲线半径时应与计算行车速度相适应，并尽可能选用较大的圆曲线半径，以提高公路的使用质量。在确定圆曲线半径时应注意：一般情况下宜采用极限最小曲线半径的4～8倍或超高为2%～4%的圆曲线半径；地形条件受限制时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；应同前后线性要素相协调，使之构成连续﹑均衡的曲线线形；应同纵面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合。本设计中圆曲线半径分别为2000m、2100m、2100m，满足极限最小半径400m的4～8倍的要求。
3
缓和曲线是道路线形要素之一，它是设置在直线与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。在一般情况下，特别是圆曲线半径较大时，车速较高时，应该使用较长的缓和曲线。
缓和曲线采用回旋线，它的基本公式为R×Ls＝A2，Ａ反映的是缓和曲线的缓和程度，A越大，缓和曲线变化越缓。经验证明，回旋线大小与连接的圆曲线具有以下关系：R/3<A<R
设计时，R<100m，A≧R
当R接近100m，A=R；
100<R<3000m，R/3<A<R，最好R/2<A<R。
R接近3000m，A=R/3；
R>3000m，A<R/3；
4．确定主平面线并进行综合指标校验
1）线形、直线长度要求、平曲线要素等都满足相关要求和规范。
2）本设计方案，直线长度为1895.226m，曲线长度为3512.965m，直曲比约为1：2，符合要求。
◆设计成果总结：①直曲转角表；②逐桩坐标表；③主平面线。
2.4纵断面设计
2.4.1设计原则相关指标（含填土高度和临界高度）
1.纵断面设计原则
1）纵坡的设计必须满足相关的各项规定。
2）纵坡应有一定的平顺性，起伏不宜过于频繁。
3）纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，保证道路的稳定和通畅，尤其平直线应注意排水。
4）
5）平原微丘地区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。
6）对连接纵坡，如大中桥等，纵坡应和缓，避免产生突变，交叉处前后的纵坡应缓一些。
7）在实地调查的基础上，充分考虑通道和农田水利等方面的要求。
2.相关指标
1）路线所经地区相应于干燥、中湿、潮湿的路基临界高度H1、H2、H3列表：
地下水
2）竖曲线半径的设置：]
一般最小半径
极限最小半径
3）其他指标：
竖曲线最小长度
最大纵坡
最大坡长
3.纵断面设计方法和步骤：
①准备工作；②标注控制点；③试坡；④调整；⑤核对；⑥定坡；⑦设置竖曲线
2.4.2读取纵断面沿线高程并进行设计
1.读取地面线数据
2.利用计算机打印出纵断面地面线，然后进行手工拉坡，过程如下：
1）初拟变坡点，进行拉坡：
①分析：
本设计为高速公路，所处为平原微丘，局部出现多处高程变化大小不等的山包，伴随出现较多的挖方，而中段是一片低洼稻田，需要较多的填方。因此在设计中，除主要要考虑平纵配合外，还应该注意顺应地形，保证填挖平衡。由于路线所经地段旧路较多，同时涉及过河，因而还得考虑桥梁、涵洞的架设。又因起终点位置的限制，该纵断面拉坡设计时还应考虑如何合理地克服局部地段的高程急剧升高，同时又不会引起过分的路基的填挖工程量。
②拟定结果：
由上面的分析，初步拟定如下变坡点：
表2.9
变坡点
桩号
高程
2）竖曲线要素确定及相关计算
拟定竖曲线半径如下：
表2.10
变坡点
竖曲线形状
拟定半径
3）进行综合指标校验，确定是否要调整，并最后确定纵断面设计线。
经过检查，可知上述设计符合要求，不需要再进行大的调整，局部是不是要调整，将在下一步的平纵组合设计中进行分析。
3.将手工拉坡得到的最优结果（变坡点数据）输入计算机，利用纬地出图，打印出纵断面设计线（包括竖曲线）图。
2.5平纵组合设计
2.5.1相关指标和原则（含填土高度和临界高度）
1.设计原则：
1）在视觉上应能自然地诱导视线，并保持视觉的连续性。
2）注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。
3）选择组合等到的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。
4）注意与道路周围环境的配合。
2.一般要求：
1）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。
2）平曲线与竖曲线大小应保持均衡。
3）注意明、暗弯与凹、凸竖曲线之间的配合：一般暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的。
4）平、竖曲线应避免不利组合：
①使凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部与反向平曲线拐点重合。
②小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。
③应避免凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。
2.5.2组合设计
结合前面的手工拉坡，利用纬地进行设计。
第三章
3.1设计原则及相关指标
3.1.1设计基本原则：
1.路基：稳定性好，强度高，防水性能好，整体性能好，经济耐用。
2.路面：平整度高，整体性好，抗滑能力强，高温稳定性好，水稳性好，
3.排水设施：
1）排水设施要因地制宜、全面规划、合理布局、综合治理、讲究实效、注意经济，并充分利用有利地形和自然水系。
2）各种路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相配合，必要时可适当地增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基稳定。
3）设计前必须进行调查，查明水源与地质条件，重要路段要进行排水系统的全面规划。
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）为了减少水对路面的破坏作用，应尽量阻止水进入路面结构，并提供良好的排水措施，以便迅速排除路面结构内的水。
7）降落在路面上的雨水，应通过路面横向坡度向两侧排走，避免行车道路面范围内出现积水。
8）路面纵坡平缓、汇水量不大、路堤较低且边坡破面不会受到冲刷的情况下，应采用在路堤边坡上横向漫坡的方式排除路面表面水。
9）在路堤较高，边坡未做防护，或者作了但还可能受到冲刷时，应沿路肩外侧边缘设置拦水带，并通过泄水口和急流槽排离路堤。
10）设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路上不得漫过右侧车道外边缘。
3.1.2相关设计指标：
1.
公路等级
高速
高速
2.各类水沟沟顶应高出设计水位0.2m以上；流水纵坡应＞0.3%，也应＜3%，一般取0.5%~1.0%
3.沥青混合料的动稳定度：＞800次/mm
4.设计洪水频率：1/100
5.通常护坡道宽度与边坡高度的关系：
边坡高度h（m）
护坡道宽度d（m）
6.碎落台一般宽度：1.0~1.5m
7.超高旋转方式：绕中央分隔带边缘旋转；加宽渐变方式：无加宽
8.横断面设置（平原微丘、高速公路、计算车速100km/h、六车道）：行车道横坡=2.0％，土路肩横坡=3.0％，中间带=2.0+2×0.75=4.50m，行车道=3×3.75=11.25m，硬路肩=3.00m，土路肩=0.75m。
3.2路基设计
公路路基是路面的基础, 是公路工程的重要组成部分。路基与路面共同承受交通荷载的作用, 应作为路面的支承结构物进行综合设计,
它必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。
为确保路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下不致产生超过允许值的变形，在路基的整体结构中还必需包括各项附属设施，其中有路基排水，路基防护与加固，以及与路基工程直接相关的其它设施。
路基应根据其使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材料情况等）并结合施工方案进行设计, 应有足够的强度、稳定性,
又要经济合理。影响路基强度和稳定的地面水和地下水, 必须采取拦截或排出路基以外的措施, 并结合路面排水, 做好综合排水设计,
形成完整的排水系统。
公路路基设计, 一般宜移挖作填, 当出现大量弃方或借方时,
应配合农田水利建设和自然环境等进行综合设计。一般路基，通常是在正常的地质与水文等条件下，路基填挖不超过设计规范或技术手册所允许的范围下进行。否则，为确保路基由足够的强度和稳定性，并具有经济合理的横断面形式，需进行个别特殊设计。
路基设计的基本要求：
路基必须密实、均匀、稳定。填方路基的填料选择、路床的质量要求以及填方路堤的基底处理应符合《公路路基设计规范》（JTJ013）的规定。
必须采取防治地面水和地下水侵入路面、路基的措施，以保证路基的强度和稳定性。设计时，宜使路基处于干燥和中湿状态。潮湿、过湿状态的路基应采取掺入固化材料或换填砂、砂砾、碎石渗水性材料，以及设置土工合成材料等加强路基排水的技术措施，进行综合处理，应使高速公路和一级公路的土基回弹模量值大于30Mpa，其他公路的土基回弹模量应大于25Mpa。
3.2.1.路基横断面的设计
公路横断面是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,
包括路面、路肩、边沟、边坡等。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、设计速度、地形条件等因素确定。在保证必要的通行能力和交通安全与畅通的前提下,
尽量做到用地省、投资少, 使道路发挥其最大的经济效益与社会效益。
路基横断面的典型形式，可归纳为填方路基﹙路堤﹚、挖方路基﹙路堑﹚和填挖结合等三种类型。在平原微丘的地区路线上，尤其是本路线经过大片稻田时,填方路基是路基横断面的主要形式。
1.填方路基
填方高度小于1.0～1.5m者，属于矮路堤。设计时要特别注意控制最小填土高度，力求不低于按自然区划和土质等所规定的临界高度，使路基处于干燥或中湿状态。矮路堤的高度，往往接近或小于应力作用区深度，除填方本身要求高质量以外，地基往往需加特殊处置和加固，路基排水亦极为重要。
填方高度在1.5～20.0m范围内，一般情况下属于正常的路堤，可以按常规设计，采用规定的横断面尺寸，不做特殊处治。
1）填料选择
填方路基应采用级配较好的粗粒土作为填料。砾（角砾）类土、砂类土应优先选做路填料，土质较差的细粒土可填于路堤底部。用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均应采用同类填料。
此路段特点：该路段所在地属于高液限红粘土，不能直接作为路基填料，由于是高等级高速公路，为保证路基强度，不利用挖方路段的高液鲜红粘土，采用级配好的粗粒土，填料最大粒径应小于150mm。
路基填料最小强度和最大粒径要求见下表：
项目分类
上路堤
下路堤
下路堤
2）压实
填方路基应分层铺筑，均匀压实。路基压实度(重型)应符合下表的规定
项目分类
上路堤
下路堤
3）填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理。
①基底土密实、地面横坡缓于1：5时，路堤可直接修筑在天然地面上，地表有树根草皮和腐殖土应予清除。
②路堤基底范围内由于地表水和地下水影响路基稳定时，应采取拦截、引排等措施，或在路堤底部修筑不易风化的片石、块石或砂砾等透水性材料。
③路堤基底为耕地和土质松散时，应在填筑前进行压实。
此路段特点：路基处于水稻田、湖塘等地段，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰及其它土加固措施进行处理。路堤基底设置排水隔离垫层，厚度30cm，采用渗水性好的砂砾，顶面设置反滤层。
2. 挖方路基
1)常见形式有全挖路基、台口式路基、半山洞路基。路堑开挖后破环了原地层的天然平衡状态，其稳定性主要取决于地质与水文条件，以及边坡深度和边坡陡度。
2)土质挖方边坡设计应根据边坡高度、土的湿度、密实程度、地下水、地表水的情况、土的成因类型及生成时代等因素确定。
3)挖方地段地质条件不良或土质松散、渗水、湿软、强度低时，应采取防水、排水措施或掺石灰处理或换填渗水性土等措施，处理深度可视具体情况确定。
此路段特点：由于路基处于高液限粘土区，地下水位较高，挖方过高可能回导致路基处于潮湿或过湿，威胁路基强度。因此对路堑路床0.8m范围内的高液限红粘土进行超挖，换填渗水性良好的砂砾。对于坡高大于6米的横断面，采用二级台阶的边坡。
3.挖填结合路基
位于山坡上的路基，尽量采用路中心线的设计标高即原地面标高。其目的为减少土石方数量，避免高填深挖和保持土石方数量的横向挖填平衡。这时即形成大量挖填结合的路基横断面。从路基稳定性需要考虑，较陡山坡上的路基宁挖勿填；在陡峭山坡上，尤其是沿溪路线，为减少石方的开挖数量，避免大量废方阻塞溪流，有时又需要少挖多填。因此，挖填结合的路基，在选定路线和线形设计时，应予统一安排，进行路线的平、纵、横三者综合设计，权衡利弊，择优而定。
挖填结合的路基横断面，兼有路堤和路堑的设置要求。填方部分的地面横坡陡于1:5时，土质应挖台阶或石质应凿毛；挖方部分应设边沟或同时设置截水沟。
4.路基基本构造
1)路基高度
路基高度的设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度，同时要考虑地下水、毛细水和冰冻水的作用，不致影响路基的强度和稳定性。
路基设计标高，无中央分隔带的公路，应为路基边缘高度；有中央分隔带的公路，应为中央分隔带外侧边缘的高度；在设置超高加宽路段，则为设置超高加宽前的路基边缘高度。
沿河及受水浸淹的的路基设计标高，应高出规定设计洪水频率的计算水位加壅水高、波浪侵袭高和0.5m的安全高度。
路堤最小填土高度，应根据临界高度，并结合沿线具体条件和排水及防护措施，按照公路技术等级有关规定，一般应保证路基处于干燥或中湿状态。
2)路基边坡坡度
公路路基的边坡坡度，可用边坡高度与边坡宽度的比值表示。
此路段特点：本设计中，选择K0～K1桩号路段做横断面设计。该路段有稻田、微丘、池塘，地形复杂，涵盖了路堤、路堑和填挖结合路基。相应采用路堤边坡坡度为1:1.5，路堑边坡坡度为1:1.5，对于红粘土高液限地区的挖方路基，不宜超过20米，路堑边坡设计遵循“缓坡率、宽平台、固坡脚”的原则，边坡高度超过6m时，采用了二级台阶式断面，坡度为1：1.25和1：1.5，平台宽度为2米。
5.超高设计
1)超高及作用
为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。合理的设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶的稳定性与舒适性。
2)超高计算
超高的横坡坡度按公路等级计算行车速度圆曲线半径路面类型自然条件和车辆组成等情况确定。该新建高速公路最大超高值为8％。
超高ih的确定可按下式：
——V取实际行驶速度
——u对行车不利,是u=0即i= V2/127R
适用范围：ihmax＞ih＞ihmin = iz
当ih＞ihmax
时
当iz﹤ih﹤ihmax
时
当ih﹤iz时
3)超高缓和段长度
由直线段的双向横坡断面逐渐变到圆曲线段全超高的单向横坡断面，其间必须设置超高缓和段。双车道公路超高缓和段长度按如下式计算：
Lc=BΔi / P
式中
B — 旋转轴执行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（米）；
Δi— 超高坡度与路拱坡度代数差（％）；
P
注：根据上式计算的超高缓和段长度，应凑整成5米的倍数，并不小于10米的长度。
一般情况下，超高缓和段与缓和曲线长度相等。但在本设计中, 所选的超高缓和段与缓和曲线长度就不相等, 而只是在回旋线的某一曲段内进行,
这样做是考虑了线形的协调性, 但从利于排除路面降水考虑, 横坡度2％（或1.5％）过渡到0％路段的超高渐变率不得小于1/335
故取超高缓和段的长度为160m。
4)超高过渡方式
有中间带道路的超高过渡有三种方法：①绕中间带的中心线旋转；②绕中央分隔带边缘旋转；③绕各自行车道中线旋转。
本设计为有中间带的高速公路，绕中央分隔带边缘旋转。
将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。具体见超高方式图。
3.2.2路基的防护
路基防护工程是防止路基病害、保证路基稳定的重要设施。随着公路等级的提高，为维护正常的汽车运输，减少公路灾害，确保行车安全，保持公路与自然环境协调，路基的防护更具有重要意义。
1.防护措施分类
路基防护的方法一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。
1)
主要是保护路基边坡表面免受雨水冲刷，减缓温差及湿度变化的影响，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，在一定程度上还可兼顾路基美化和协调自然环境。
坡面防护措施主要有种草、铺草皮、植树、抹面与捶面。
2)冲刷防护
主要对沿河滨海路堤、河滩路堤及水泽区路堤，亦包括桥头引道，以及路基边旁的防护堤岸等。此类堤岸常年或季节性浸水，受流水冲刷、拍击和淘洗，造成路基浸湿、坡脚淘空，或水位骤降时路基内细粒填料流失，致使路基失稳，边坡崩塌。所以堤岸防护主要针对水流的破坏作用而设，起防水治害和加固堤岸双重功效。
①护面墙
护面墙有实体护面墙孔窗式护面墙拱式护面墙及肋式护面墙等。适用于坡度在1：0.5~1:1易风化软质岩层的路堑边坡。
②浆砌片石防护
浆砌片石防护的厚度，一般为0.2~0.3用于冲刷防护时，根据流速大小或波浪大小确定最小厚度，一般不小于0.35m。
2.本设计中采取措施
本路线所处的无锡地区属平原微丘区，土质为高液限粘土，填方路段边坡坡度为1:1.5，故采用骨架植物防护，种草来稳定边坡，既美观又实用；在某些桩号附近，路线边坡伸进一个中等水塘或有擦过较大水塘，采用浆砌片石护坡加以保护。
3.3路面设计
概况：
本设计属于新建高等级高速公路路面设计，设计段处在江苏无锡市。气候特点、降水量及地下水、地形与地貌方面、地质与土质等资料见第一章介绍。
此设计包括沥青路面设计和水泥混凝土路面设计。
3.3.1沥青路面设计过程
1.交通分析：
1)
表3.5
车型
辆/日
现在标准交通量为N0，远景设计交通量为Nα，施工期为2年，交通量年均增长率为8.0%。
2)交通等级：高速公路（6车道）
2.路面结构和材料设计：
1）轴载分析：路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。
①以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次
A、轴载换算：
计算结果如下表所示：
车
解放CA10B
黄河JN150
长征CZ361
东风EQ140
N=∑Ni =∑ C1 C2 ni （Pi/P）4.35
注：凡小于或等于25KN的各级轴载不予考虑。
B、计算累计当量轴次
根据设计规范，高速公路高级路面的设计年限为15年，有中央分隔带的六车道的车道系数为0.35：
累计当量轴次：
Ne=[（1+r）t –1]×365×N×η/r
=12418397次
②验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次：
A、轴载换算
计算结果如下表所示：
车
解放CA10B
黄河JN150
长征CZ361
东风EQ140
N=∑Ni =∑ C1 C2 ni （Pi/P）8
注：凡小于或等于50KN的各级轴载不予考虑。
B、计算累计当量轴次
同上，高速公路沥青路面设计年限为15年，有中央分隔带的六车道的车道系数为0.35：
累计当量轴次：Ne=[（1+r）t –1]×365×N ×η/r
2）结构组合与材料选取
路面设计按高级路面处理，根据《公路沥青路面设计规范》推荐结构，路面结构面层采用沥青混凝土（厚17cm），基层采用水泥碎石（厚18cm），底基层采用二灰碎石（厚度待定），垫层拟用级配碎石或中砂，土基是红粘土。
查《公路沥青路面设计规范》中的“沥青混凝土类型的选择（方孔筛）”，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土AC-16（厚4cm），中面层采用中粒式密级配沥青混凝土AC-20（厚6cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土AC-25（厚7cm），垫层为级配碎石火中砂垫层（厚15cm）。
3）各层材料的抗压模量与劈裂强度
查《公路沥青路面设计规范》附录可得各材料设计参数如下：
表3.8
材料名称
中粒式密级配沥青混凝土AC-16
中粒式密级配沥青混凝土AC-20
粗粒式密级配沥青混凝土AC-25
水泥碎石
二灰碎石
级配碎石
中砂
4）土基回弹模量确定
该路段处于Ⅳ1区，土质为高液限中密粘性土，干燥段稠度为1.1，查表可确定该土基回弹模量为35.0MP；中湿段稠度为1.0，查表可确定该土基回弹模量为30.0MP。
5）设计指标确定
以设计弯沉值作为设计指标，并对面层、基层及底基层进行拉应力验算：
①设计弯沉值：
该公路为高速公路，公路等级系数Ac=1.0，面层系数As =1.0，底基层总厚度大于20cm，基层类型系数Ab=1.0
设计弯沉值进行计算采用公式：Ld=600Ne-0.2Ac×As×Ab：
Ld=600× 12418397-0.2×1.0×1.0×1.0=22.87（0.01mm）
②各层材料的容许拉应力
容许拉应力验算采用公式：σr=σsp/Ks，Ks为抗拉强度结构系数，验算如下：
Ⅰ、中粒式密级配沥青混凝土AC-16：
Ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.0×124183970.22/1.0=3.27
σr=σsp/Ks=1.0/3.27=0.3058 MPa
Ⅱ、中粒式密级配沥青混凝土AC-20：
Ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.0×124183970.22/1.0=3.27
σr=σsp/Ks=1.0/3.27=0.3058 MPa
Ⅲ、粗粒式密级配沥青混凝土AC-25：
Ks=0.09AaNe0.22/Ac=0.09×1.1×124183970.22/1.0=3.6
σr=σsp/Ks=0.8/3.6=0.2222 MPa
Ⅳ、水泥碎石
Ks=0.35AaNe0.11/Ac=0.35×124183970.11/1.0=2.11
σr=σsp/Ks=0.5/2.11=0.237 MPa
Ⅴ、二灰碎石：
Ks=0.35AaNe0.11/Ac=0.35×124183970.11/1.0=2.11
σr=σsp/Ks=0.65/2.11=0.3081 MPa
6）设计资料总结
设计弯沉值为22.87（0.01mm），相关资料如下：
材料名称
AC-16
AC-20
AC-25
水泥碎石
二灰碎石
级配碎石
中砂
土基
①干燥状态设计层（第五层）厚度确定：
通过计算机设计计算和综合考虑承受轴载类型及施工因素得到，二灰土的厚度为32cm，取设计层厚度为32cm，则设计湾沉值为22.87（0.01mm），竣工验收弯沉值为20.638（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，水泥碎石层底的最大拉应力为0.0159MPa，二灰碎石层底最大拉应力为0.1327MPa。
方案设计结果示意图如下：
上述设计结果经验算满足设计要求。
②中湿状态设计层（第五层）厚度确定：
通过计算机设计计算得到，二灰土的厚度为32cm，取设计层厚度为32cm，则设计湾沉值为22.87（0.01mm），竣工验收弯沉值为19.87（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，二灰碎石层底的最大拉应力为0.0121MPa，二灰土层底最大拉应力为0.1085MPa。
方案（1）设计结果示意图如下：
上面层
土
上述设计结果经验算满足设计要求。
通过计算机设计计算得到，二灰土的厚度为32cm，取设计层厚度为32cm，则设计湾沉值为22.87（0.01mm），竣工验收弯沉值为20.98（0.01mm），沥青面层的层底均受压应力，二灰碎石层底的最大拉应力为0.0148MPa，二灰土层底最大拉应力为0.1273MPa。
方案(2)其设计结果示意图如下：
上面层