三级公路设计

1 绪论 1.1 地理位置图（略，详细情况见路线设计图）1.2 路线及工程概况本路线是山岭重丘区的一条三级公路，路线设计技术指标为：路基宽度为7.5米，双向车道，无中央分隔带，土路肩为2 0.5米，行车道为2 3.250米。设计速度为30Km/h，路线总长1981.451米,起点桩号K0+000.00，终点桩号为K1+1981.451。设计路线共设置了6个平曲线，半径分别为350m 210m 250m 337m 75m 58.460m，弯道处均设置缓和曲线，本次纵断面设计设置了8个变坡点，5个凸形竖曲线， 3个凹形竖曲线，半径依次为1800、4700、18000、2500、2500 3000、1400、1000米。 1.3 线自然地理特征吉林市地处东北腹地长白山脉，向松嫩平原过渡地带的松花江畔，三面临水、四周环山。东经1254012756，北纬42314440。东接延边朝鲜族自治州，西临长春市、四平市，北与黑龙江省接壤，南与浑江市、通化市毗邻。总面积27120平方公里。其中，市区3636平方公里。 吉林市的气候类型属于温带大陆性季风气候，四季分明。春季少雨干燥,夏季温热多雨，秋季凉爽多晴，冬季漫长而寒冷。全区年平均气温3-5，气温受地形影响，由西、西北向东、东南气温逐渐降低。一月份平均气温最低，一般在零下18-20，七月平均气温最高，一般在21-23，极端最高气温36.6。山区无霜期120天，平原区可达130-140天。全年降雨量约700毫米左右。全区日照时数2400-2600小时，全年总辐射量为1150千卡/平方毫米。 1.4 研究主要内容本毕业设计的任务就是在教师的指导下独立完成吉林白河露水河三级公路的设计工作，具体内容包括整理分析、平面设计、纵断面设计、横断面设计、公路排水规划设计及设计文件的编制和图纸绘制。1.4.1资料整理与分析设计资料是设计的客观依据，必须认真客观地分析。首先要对设计任务书提供的各种资料加以理解和必要的记忆，明确对设计的影响，在头脑中对工程要求、自然条件、材料供应情况和施工条件等，构成一幅明晰的画面；其次要对资料进行分析、概括和系统地整理，从中抽取、确定有关设计数据。1.4.2路线平面、纵断面及横断面设计1.4.3排水设计1.4.4设计文件毕业设计文件包括设计说明书和计算书。说明书交代设计内容、设计意图。计算书交代设计中的具体计算方法和过程。1.4.5设计图纸一般要求绘制路线平面图、纵断面图、路基标准横断面图、横断面设计图、路面设计图、路基排水设计图等主要图纸，编制直线、曲线及转角表、路基设计表、路基土石方数量计算表等表格，其中一部分图纸需要计算机绘图。2 路线设计2.1 公路等级的确定2.1.1 已知资料表2-1路段初始年交通量（辆/日，交通量年平均增长率6%）车型解放CA-10B东风EQ-140日野KB222黄河JN-150小汽车辆/日860820333516892.1.2 查标准由公路工程技术标准规定：交通量换算采用小客车为标准车型。表2-2各汽车代表车型与换算系数汽车代表车型车辆折算系数说 明小客车1.019座的客车和载质量2t的货车中型车1.519座的客车和载质量2t的货车大型车2.0载质量7t14t的货车拖挂车3.0载质量14t的货车2.1.3 交通量计算初始年交通量：N=8601.58201.5332.0352.016891.0=4345辆/日2.1.4 确定公路等级假设该公路远景设计年限为20年，则远景设计年限交通量N:辆/日根据规范：高速公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量25000辆以上。一级公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量1500030000辆。二级公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量500015000辆。由远景交通量可知本次设计道路等级为二级公路。所以根据给定的条件，要按二级要求设计一条三级公路。 2.2 选线设计2.2.1 选线的基本原则：（1）路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应（2）在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上，选定最优路线方案。（3）路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术标准。（4）选线应注意同农田基本建设的配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园。（5）要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。（6）选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。2.2.2 选线的步骤和方法：道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。a 全面布局全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起终点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很多，大门归纳起来主要有主观和客观两类。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用，我们的起终点就是由老师规定的。而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文、气象等自然条件。上述主观条件是道路选线的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。b 逐段安排在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。c 具体定线在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。2.3 选线分析2.3.1 选线方法（l）选线可采用纸上定线或现场定线。高速公路、一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法。二级公路、三级公路、四级公路可采用现场定线，有条件或地形条件受限制时，可采用纸上定线或纸上移线并现场核定的方法。（2）选线应在广泛搜集与路线方案有关的规划、计划、统计资料，相关部门的各种地形图、地质、气象等资料的基础上，深入调查、勘察，并运用遥感、航测、GPS、数字技术等新技术，确保其勘察工作的广度、深度和质量，以免遗漏有价值的比较方案。2.3.2 本设计选线分析本设计起点高程为864.85m，终点高程为782.00m。大致有两个方向可供选择：上线、下线。我选择的是上线，下线路线虽短，但是路面起伏较大。山岭地区路线弯多坡陡、标准低、工程量大，由于受山岭区地形、水文、地质、气候等因素的影响，道路平、纵、横都受限制。2.4 方案选定2.4.1 选择路线方案的因素选择路线方案一般应综合考虑以下主要因素：（1）路线在政治、经济、国防上的意义，国家或地方建设单位对路线使用任务、性质的要求，战备、支农、综合利用等重要方针的体现。（2）路线在铁路、公路、航道、空运等交通网中的作用，与沿线地区工矿、农业、城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况。（3）沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响，要求的路线技术等级与实际可能达到的指标（包括对低限指标的采用）及对路线使用任务、性质的影响，路线增长系数（两控制点问路线实际长度与空间直线距离的比值）、筑路材料来源、施工条件以及工程量、四材（钢材、水泥、木材、沥青）用量、造价、工期、劳动力等情况及其对运营、施工、养护等方面的影响。（4）其他如与沿线革命史迹、历史文物、风景区的联系等。2.4.2 本设计路线方案选定本方案路线总长1981.451m7个JD，直线段所占比重较平曲线大，选定线基本合理，满足规范要求，减少对耕地的破坏。但也有不足之处：填挖方较大。但是填挖基本平衡；在较填方多的路段需设置挡土墙，以保证道路安全，这势必使得筑路成本的增加。2.5 平曲线要素值的确定2.5.1 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2.5.2 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。在做这次设计中主要用到的组合有以下几种：(1) 基本型 按直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线的顺序组合，基本型中的缓和曲线参数、圆曲线最小长度都应符合有关规定。从线形的协调性看，宜将缓和曲线、圆曲线、缓和曲线之长度比设计成1:1:1。图2.4 基本型 图2.5 S型(2) S型两个反向圆曲线用回旋线连接的组合，S型相邻两个缓和曲线参数宜相等。当采用不同的参数时，A1与A2之比应小1.5为宜。 图2.8 复合型 图2.9 C型(3) C型 同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的形式，其连接处的曲率为零，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为零，这种线形对行车也会产生不利影响。因此，C型曲线只有在特殊地形条件下方可采用。 a 平曲线主要参数的规定 表2-3三级公路主要技术指标表设计车速30km/h平曲线一般最小半径65m极限最小半径30m缓和曲线最小长度30m不设超高的圆曲线最小半径路拱2.0% 350m2.0% 450m最大纵坡8%凸曲线一般最小半径400m极限最小半径250m凹曲线一般最小半径400m极限最小半径250m2.6 路线曲线要素计算2.6.1 有缓和曲线的圆曲线要素计算公式在简单的圆曲线和直线连接的两端，分别插入一段回旋曲线，即构成带有缓和曲线的平曲线。其要素计算公式如下：图2-1按回旋曲线敷设缓和曲线 （2-3） （2-4） （2-5） （2-6） （2-7） （2-8） （2-9）式中: 总切线长，（）；总曲线长，（）； 外距，（）；切曲差，（）；主曲线半径,（）；路线转角，（）；缓和曲线终点处的缓和曲线角，（）；缓和曲线切线增值，（）；设缓和曲线后，主圆曲线的内移值，（）；缓和曲线长度，（）；主点桩号计算 （1-1-15） （1-1-16） （1-1-17） （1-1-18） （1-1-19） （1-1-20）2.6.2 基本型曲线JD1：K0+286.000设=350m，=70m ， =31。则曲线要素计算如下： B: 主点里程桩号计算：ZH =JD - T= （K0+286.000）- 132.22 5= K0+153.775HY = ZH += （K0+153.775）+70=K0+223.775 2.6.3 S型曲线JD2与JD3构成S型曲线，故先计算出JD2的曲线要素，然后根据JD2的曲线要素反推JD3半径，确定JD3的曲线要素。计算曲线要素JD2=(K0+413.047)+318-132.225=K0+598.822 R=210m LS=70m交点桩号为 B: 主点里程桩号计算： 由于JD3反算后（已知LS=50）半径R为小数，故需取整R=250mJD3: JD3=(K0+709.771)+206-120.238=K0+795.533A.曲线要素计算如下： B: 主点里程桩号计算： 2.6.4 C型曲线JD4与JD5构成C型曲线，先计算JD4的曲线要素，然后根据JD4的曲线要素反推JD5的半径（已知LS），确定JD5的曲线要素。A.曲线要素计算如下： 主点里程桩号计算： B:JD5利用前交点JD4，及体T长，取LS=55,反算R,最后得R=75 JD5=(K1+190.629)+232-93.626=K1+392.003A.JD5曲线要素计算如下： 主点里程桩号计算： 2.6.5 回头曲线JD6和JD7之间转交都太大，接近了180度并且交点间直线段长度过短，不满足一般平曲线设计，故在此设置回头曲线。选定LS=40, JD6:JD7主点桩号计算JD6=(K1+390.614)+294-137.829=K1+546.785 计算结果汇总见“直线、曲线及转角表”。2.7 各点桩号的确定在整个的设计过程中就主要用到了以上的四种线形，在二公里的路长中，充分考虑了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，既为路线的各个转角点（既桩号），并且测量出各个转角点的度数，再根据公路工程技术标准JTG B012003的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。3 纵断面设计沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面。3.1 准备工作（1） 确定纵断面地面高程在路线平面图上一次截取个中点桩桩号点，并内插地形图得到对应的地面标高，纵断面地面高程见（纵断面设计图）（2） 点绘纵断面地面线按A3号图纸尺寸，在图纸下方，自下而上绘出超高、直线与曲线、里程桩号、坡度与坡长、地面高程、填挖高度和地质状况；填绘直线与平曲线栏、里程桩号栏；在图纸左侧绘制相应高程标尺；接高程1：200，水平1：2000的比例，点绘地面线。（3）标出控制点本设计中路线起、终点的设计标高的高程不变，为控制标高点。3.2 纵坡设计的指标1最大坡长限制（30KM/h）坡度（%）3456789最大坡长（m）11009007005003002002.缓和坡度各级公路为连续上坡下坡时，应不大于规定的纵坡长度，之间设置缓和坡段。标准规定缓和坡段的纵坡应不大于3%，且坡长应不小于最小坡长。3.最小坡长标准规定汽车以设计速度9-15s的行程为宜。设计速度（km/h）1201008060403020最小坡长（m）一般值40035025020016013080最小值300250200150120100604.最小纵坡标准规定最小纵坡以不小于0.5%为宜。5.平均纵坡：标准规定：二级、三级四级公路越岭线连续上坡（下坡）路段相对高差为200-500m时，平均纵坡不应大于5.5%。6.合成坡度:标准规定：在设有超高的平曲线上，三级公路超高与纵坡的合成坡度不得超过10%。3.3 竖曲线设计竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。标准规定：表3-1竖曲线指标设计车速（km/h）30最大纵坡（）8.0%最小纵坡（）0.5%凸形竖曲线半径（m）一般值400极限值250凹形竖曲线半径（m）一般值400极限值250竖曲线最小长度（m）25竖曲线基本要素计算公式： (3-1) L = (3-2) T = （3-3) E = (3-4)式中： 坡度差， L 曲线长， （m）T 切线长， （m）E 外距 （m）路线纵断面图大致如下图：A. 变坡点1： (1) 竖曲线要素计算：里程和桩号K0+100.000,，R=1800m,高程867.22m (凸型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K0+100.000)47.7=K0+052.300竖曲线起点高程=867.22-47.72.3%=866.12m竖曲线终点桩号=( K0+100.000) +47.7= K0+147.700竖曲线终点高程=867.22-47.73%=865.79m B 变坡点2：(1) 竖曲线要素计算：里程和桩号K0+280.000 ,，R=4700m,高程861.82m (凸型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K0+280)-70.5= K0+209.50竖曲线起点高程=861.82+70.53%=863.94m竖曲线终点桩号=(K0+280)+ 70.5= K0+350.50竖曲线终点高程=861.82-70.56%=857.59mC 变坡点3：(1) 竖曲线要素计算里程和桩号K0+590.000 ,，R=18000m,高程843.22m (凸型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K0+590.000)-90= K1+500.000竖曲线起点高程=843.22+906.0%=848.62m竖曲线终点桩号=( K0+590.000)+90=K1+680.000竖曲线终点高程=843.22-907.0%=836.92m D 变坡点4：(1) 竖曲线要素计算里程和桩号K0+800.000 ,，R=2500m,高程828.52m (凹型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K0+800.000)-50= K1+750.000竖曲线起点高程=828.52+507.0%=832.02m竖曲线终点桩号=( K0+800.000)+50=K1+850.000竖曲线终点高程=828.52-503.0%=827.02m E 变坡点5：(1) 竖曲线要素计算里程和桩号K0+940.000 ,，R=2500m,高程824.32m (凸型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K0+940.000)-56.25= K1+883.730竖曲线起点高程=824.32+56.253.0%=826.01m竖曲线终点桩号=( K0+940.000)+56.25=K1+996.250竖曲线终点高程=824.32-56.257.5%=820.11mF 变坡点6：(1) 竖曲线要素计算里程和桩号K1+290.000 ,，R=3000m,高程798.07m (凹型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K1+290.000)-67.5= K1+222.50竖曲线起点高程=798.07+67.57.5%=803.13m竖曲线终点桩号=( K1+290.000)+56.25=K1+996.250竖曲线终点高程=798.07+67.53.0%=820.11mG 变坡点7：(1) 竖曲线要素计算里程和桩号K1+720.000 ,，R=1400m,高程785.17m (凹型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K1+720.000)-42= K1+678.000竖曲线起点高程=785.17+423%=786.43m竖曲线终点桩号=( K1+720.000)+42=K1+762.000竖曲线终点高程=785.17+423.0%=786.43mH 变坡点8：(1) 竖曲线要素计算里程和桩号K1+850.000 ,，R=1000m,高程789.07m (凹型) (2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K1+850.000)-42= K1+678.000竖曲线起点高程=789.07-353%=788.02m竖曲线终点桩号=( K1+850.000)+42=K1+762.000竖曲线终点高程=789.07-354.0%=787.67m竖曲设计汇总表线计算表见附表：4 横断面设计4.1 平曲线加宽及其过渡 1.加宽值汽车行驶在曲线上，各轮轨迹半径不同，以其中后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线的内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。我国现行的公路工程技术标准根据各地的实际情况及车辆状况确定了不同的平曲线的加宽值。二级公路、三级公路、四级公路的圆曲线半径小于或等于250m时，应设置加宽。双车道公路路面加宽值规定如下表所示。圆曲线加宽类别应根据该公路的交通组成确定。四级公路和设计速度为30km/h的三级公路可采用第1类加宽值。2.加宽的过渡 为了便路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度，需设置加宽缓和段。在加宽过渡段上，路面的宽度逐渐变化。加宽过渡的设置根据道路性质和等级可采用不同的加宽过渡方式。 （1）按比例过渡：在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽，加宽缓和段内任意点的加宽值： 式中：任意点距缓和段起点的距离（m）； L加宽缓和段长（m）； b圆曲线上的全加宽值（m）。 这种方法一般适用于二、三、四级公路。4.2 路拱及超高 4.2.1 路拱坡度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%。取2%。4.2.2 土路肩的横坡土路肩的横坡：位于直线路段或曲线路段内侧，且车道或硬路肩的横坡值大于或等于3%时，土路肩的横坡应与车道或硬路肩横坡值相同；小于3%时，土路肩的横坡应比车道或硬路肩的横坡值大1%或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。本设计为三级公路，设计速度为30km/h，无硬路肩，土路肩0.5m。4.3 超高4.3.1 超高缓和段长度的确定 （1）超高规范规定：二级公路的最大超高值为8。（2）超高缓和段超高缓和段长度 （4.9）式中：旋转轴至行车道（设路缘带为路缘带）外侧边缘的宽度，（m）； 超高坡度与路拱坡度代数差，（%）； 超高渐变率，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间相对升降的比率。4.3.2 无中间带道路的超高过渡方式无中间带的道路，无论是双车道还是单车道，在直线段的横断面均为以中线为脊向两侧倾斜的路拱。路面要由双向倾斜的路拱形式过渡到具单向倾斜的超高形式，外侧须逐渐抬高，在抬高过程中，行车道外侧是绕中线旋转的，若超高横坡度等于路拱坡度，则直至与内侧横坡相等为止。若超高坡度大于路拱坡度时，可分别采用以下三种过渡方式。（b）绕内侧边缘旋转;（b）绕中线旋转;（c）绕外侧边缘旋转图为无中间带道路的超高过渡方式本设计为新建道路且无中间带，采用绕中线旋转的无中间带道路的超高过渡。由直线段的双向路拱横断面逐渐过渡到圆曲线段的全超高单向横断面，其间必须设置超高过渡段。超高渐变率按旋转轴位置规定如下表所示。前面讲到缓和曲线，已经考虑到超高缓和段所需的最短长度。所以一股情况下，超高缓和段与缓和曲线长度相等。但有时因照顾到线形的协调性，在平曲线中配置了较长的缓和曲线，则超高的过渡可仅在缓和曲线某一区段内进行。因为过小的渐变率对路面排水不利。从利于排除路面降水考虑，横坡度由2（或1.5）过渡到0路段的超高渐变率不得小于1/330。 取-1,超高渐变率不变, 则将超高缓和曲线向直线段延长来满足超高渐变率的要求, 处理办法有两种:将(-1)的长度值并入缓和曲线,即将展延,但要同时满足超高渐变率不得小于1/330的下限要求。保证缓和超高曲线长度和超高渐变率不变,将剩余的的长度并入圆曲线.本设计为三级柔性路面,路肩采用的是0.5m的路肩,考虑排水,保证路基的稳定采取保证缓和超高曲线长度和超高渐变率不变的方式.根据上式计算的超高缓和段长度，应凑成5m的整倍数，并不小于10m的长度。4.3.3 圆曲线和缓和超高段超高值计算 绕中线旋转超高值计算公式 超高位置计算公式注圆曲线上外缘1.计算结果均为与设计高之高差2临界断面距缓和段起点：3距离处的加宽值：中线内缘过渡段上外缘中线内缘已知本路段为三级公路，设计车速为30Km/h，行车道宽度为B=6.5m，路肩宽度0.5m（无硬路肩，土路肩宽0.5m），路拱坡度为，路肩坡度为。确定超高加宽值如下表交点JD1JD2JD3JD4JD5JD6-JD7曲线半径3502102503377558.460超高3%2%2%6%6%加宽值（m）0.40.41.02.54.3.1 各个特殊点的超高值计算JD2处平曲线：A. 确定超高缓和段长度根据同路等级设计时速和平曲线半径查表得，超高加宽值，如上表：新建公路采用绕道路中线旋转，超高渐变率最大为P=1/125，最小为1/330，则超高缓和段长度区间：mB 计算各桩号处的超高值处，桩号K0+498.735=HY=K0+548.735-50处，桩号K0+498.73+=K0+538.735处，桩号HY=K0+548.735处，桩号YH=K0+640.004处，桩号K0+650.004=(K0+640.004)+10处，桩号K0+690.004=HY=(K0+640.004)+50横断面各点与设计高高差：处外缘:中线：内缘：处 ：外缘:中线：内缘：处外缘:中线：内缘：JD3处平曲线：计算各桩号处的超高值处，桩号K0+720.687=HY=K0+760.687-40处，桩号HY=K0+760.687处，桩号HY=K0+760.687处，桩号YH=K0+828.497处，桩号828.497=YH处，桩号K0+868.497=YH=(K0+828.497)+40横断面各点与设计高高差：处外缘:中线：内缘：处 外缘:中线：内缘：JD4处平曲线：计算各桩号处的超高值处，桩号K1+015.764=HY=K1+055.764-40处，桩号HY=K1+055.764处，桩号HY=K1+055.764处，桩号YH=K1+141.044处，桩号K1+141.044=YH处，桩号 K1+181.044=YH=( K1+141.044)+40横断面各点与设计高高差：处外缘:中线：内缘：处 外缘:中线：内缘：JD5处平曲线：计算各桩号处的超高值处，桩号ZH=K1+191.178=HY处，桩号K1+218.678=ZH+=K1+191.178+27.5处，桩号HY=K1+246.178处，桩号YH=K1+336.041处，桩号K1+363.541=YH+-处，桩号 K1+391.041=HZ横断面各点与设计高高差：处外缘:中线：内缘：处 外缘:中线：内缘：处外缘:中线：内缘：JD6JD7处平曲线：计算各桩号处的超高值处，桩号ZH=K1+470.961处，桩号K1+490.961=ZH+=K1+470.961+20处，桩号HY=K1+510.961处，桩号YH=K1+632.681处，桩号K1+652.681=YH+-处，桩号 K1+672.681=HZ横断面各点与设计高高差：处外缘:中线：内缘：处 外缘:中线：内缘：处外缘:中线：内缘：4.4 横断面图绘制道路横断面的布置及几何尺寸,应能满足交通环境用地经济城市面貌等要求,并应保证路基的稳定性.本次横断面设计选择了全路线来绘制。其路基土石方数量见土石方数量计算表，路基设计的主要计算值见路基设计表。5 排水设计5.1 路基排水目的和要求路基的强度和稳定性与水的关系十分密切。路基的病害有多种，形成病害的原因亦很多，但水的作用是主要因素之一，因此，路基设计、施工和养护中，必须十分重视路基排水工程。路基设计时，必须将影响路基稳定性的地面水排除和拦截在路基用地范围以外，并防止地面漫流、滞积或下渗。对影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引到路基范围以外适当的地点。5.2 路基排水设计一般原则1.排水设计要因地制宜、全面规划、因势利导、综合整治、讲究实效、注意经济，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，必要时可适当增设涵管或加大涵管孔径，以防农业用水影响路基的稳定性，并做到路基排水有利于农田灌溉。3.设计前必须进行调查研究，查明水源与地质条件，重点路段要进行排水系统的全面规划，考虑路基排水与桥涵布置相配合，地面排水与地下排水相配合，各种排水沟渠的平面布置与竖向布置相配合，做到综合整治，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，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠，减少排水沟渠的防护和加固工程。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，有必须讲究经济效益。5.3 边沟本设计中，在路堑和矮路堤处设置双面边沟，高路堤处设置单面边沟（在迎水坡），边沟形式采用矩形边沟。边沟的深度及底宽为0.6m。边沟纵坡与路线纵坡一致，以25cm厚的浆砌片石铺筑，边沟纵坡为0.3%，坡长不小于300m，边沟水均应引离路基，排入原有水系中的河流、排水渠及取土坑内。5.3.1 边沟的作用边沟是沿路基两侧布置的纵向排水沟。设置于挖方和低填方路段，路面和边坡水会集到边沟内后，通过跌水井或急流槽引到桥涵进出口处通过排水沟引到路堤坡脚以外，排离路基。5.3.2 边沟的纵坡边沟的纵坡一般与路线纵坡一致，当路线纵坡为零时，边沟应仍保持0.3%0.5%的最小纵坡。6 路面设计6.1 路面设计原则路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50以上。因此，做好路面设计是至关重要的。 6.1.1路面类型与结构方案设计路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物。必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。6.2 路面设计步骤沥青路面结构设计有以下四步:1. 根据设计任务书的要求:进行交通量分析，确定路面等级和面层类型，计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。2. 按路基土类与干湿类型:将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于lkm)，确定各路段土基回弹模量。3. 根据设计弯沉值计算路面厚度:本设计为三级公路，设计速度为30km/h无须验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层为设计层，当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构。水泥混凝土路面结构设计：搜集并分析资料，根据规范进行交通分析，选择路面结构的面层，基层和垫层。确定各层路面材料的参数，进行荷载疲劳应力验算和温度疲劳应力验算，最后电算验算水泥混凝土路面。水泥混凝土路面结构设计包括下述内容：1.路面结构层组合设计，选择安排混凝土路面的结构层层次，它包括土基，垫层，基层和面层的结构层位，各层的路面结构类型，弹性模量和厚度。2.混凝土面板厚度设计3.混凝土面板的平面尺寸与接缝设计4.路肩设计5.混凝土路面的钢筋配筋率设计。目前世界各国的混凝土路面设计方法都是以弹性地基板的荷载应力，温度应力分析方法为基本理论，以混凝土路面板的弯拉应力作为极限状态和设计控制指标。6.3设计资料公路自然区划II2拟建一双车道三级公路,设计速度为30km/h,该地区为粘性土,稠度为1.0,山岭重丘区.沿线的工程地质及水文地质良好。山体附近有多处采石厂，砂石材料丰富,其他材料均需外购。拟设计道路路基宽度7.5米，路面宽度6.5米，土路肩宽度0.5米。所经地区多处为粘性土。在使用期内交通量前5年平均增长率为7.0%,剩余年限的交通量平均增长率为7.3%。预测该路竣工后第一年的交通组成见下表:表一 预测竣工后第一年的交通组成车型解放CA-10B东风EQ-140日野KB222黄河JN-150小汽车辆/日841625412915426.4混凝土路面设计6.4.1交通分析查规范，三级公路的设计基准期为20年，安全等级为四级。水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按下式算为标准轴载的作用次数。 式中：100KN的单轴一双轮组轴载的通行次数各类轴一轮型i级轴载的总重n轴型和轴载级位数各类轴轮型i级轴载通行次数；轴-轮型系数；单轴双轮组：=1单轴单轮组：=2.22103P -0.43双轴双轮组：=1.0710-5P -0.22 三轴双轮组：=2.4410-8P -0.22由已知交通组成资料计算的各轴载当量次数如下表：车型轴重（KN）轴轮型系数交通组成（辆/日）当量轴次解放CA-10B前轴19.40620.298600.00后轴60.8518600.30东风EQ-140前轴23.70569.138200.00后轴69.218202.27日野KB222前轴50.20412.15330.22后轴104. 313364.72黄河JN-150前轴49.00416.46350.16后轴101.6013545.12合计112.79 由表二可知，三级公路的设计基准期为20年，安全等级为四级。由表三可知,临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.58。使用期内交通量平均增长率6%。按下式计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：属于中等交通等级。式中： Ne标准轴载累计当量作用次数； T 设计基准期；gr 交通量年平均增长率； 临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表三选用 由表四查得，属重交通等级。 6.4.2路面结构 由表二可知，相应于安全等级四级的变异水平等级为中高级。根据三级公路、中等交通等级和中高级变异水平等级，查表五初拟普通混凝土面层厚度为O.22m。基层选用水泥稳定粒料(水泥用量5)，厚0.20m。垫层为0.18m石灰粉煤灰土。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.25m，长4m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆假缝。1) 纵向接缝的布设应路面宽度和施工铺筑宽度而定： 一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝；2) 每日施工结束或因临时原因中断施工时，必须设置横向施工缝，其位置应尽可能选在缩缝或胀缝处； 3) 横向缩缝可等间距或变间距布置，采用假缝形式,因本设计为重等级交通公路，所以采用设传力杆的假缝，具体构造如下图所示。6.4.3路面材料参数确定按表六，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值fr为4.50MPa，相应弯拉弹性模量标准值Ec为29GPa。表六 混凝土弯拉强度标准值fr交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0表七 中湿路基路床顶面回弹模量经验参考值范围(MPa)土 组公路自然区划土质砂26424050395035605060粘质土25453040254530453045粉质土22463254305027433045查表七，路基回弹模量E0取35MPa。查表八，水泥稳定粒料基层回弹模量E1取1600MPa,石灰粉煤灰土垫层回弹模量E2取800MPa。按下式计算基层顶面当量回弹模量如下： 式中：Et 基层顶面的当量回弹模量(MPa)； E0路床顶面的回弹模量(MPa)； Ex基层和底基层或垫层当量回弹模量(MPa)； E1、E2基层和底基层或垫层的回弹模量(MPa)； hx基层和底基层或垫层的当量厚度(m)； Dx基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度(MNm)； h1、h2基层和底基层或垫层的厚度(m)； a、b与ExE0有关的回归系数。普通混凝土面层的相对刚度半径按下式计算如下：式中： r 混凝土板的相对刚度半径(m)； H 混凝土板的厚度(m)； E c水泥混凝土的弯拉弹性模量(MPa)； Et 基层顶面当量回弹模量(MPa)6.4.4荷载疲劳应力按下式，标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为式中：ps标准轴载PS在四边自由板临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；r 混凝土板的相对刚度半径(m)；h 混凝土板的厚度(m)；因纵缝为设拉杆平缝，接缝传荷能力的应力折减系数kr=O.87。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根据公路等级，由表九，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=1.10。由下式，荷载疲劳应力计算为式中： pr标准轴载PS在临界荷位处产生的荷载疲劳应力(MPa)； ps标准轴载PS在四边自由板的临界荷位处产生的荷载应力(MPa)；k r考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为设拉杆的平缝时，kr =O.87O.92(刚性和半刚性基层取低值，柔性基层取高值)；纵缝为不设拉杆的平缝或自由边时，kr =1.O；纵缝为设拉杆的企口缝时，kr=0.76O.84；kf 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； kc考虑偏载和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数，按公路等级查表九确定。6.4.5温度疲劳应力由表十，区最大温度梯度取88(m)。板长4m， =40.598=6.689，由图B2.2.可查普通混凝土板厚h=0.22m，Bx=O.70（温度应力系数Bx）表十 最大温度梯度标准值Tg公路自然区划、最大温度梯度(/m)8388909586929398注：海拔高时，取高值；湿度大时，取低值。最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为 式中： tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)； c 混凝土的线膨胀系数(1)，通常可取为110-5；Tg 最大温度梯度，查表九取用；Bx 综合温度翘曲应力和内应力作用的温度应力系数，可按r和h查用图B.2.2确定； 板长，即横缝间距(m)。温度疲劳应力系数kt，由下式计算式中：a、b和c回归系数，按所在地区的公路自然区划查表十一确定。 再由下式计算温度疲劳应力为 式中：tr 临界荷位处的温度疲劳应力(MPa)；tm最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力(MPa)；考虑温度应力累计疲劳作用的疲劳应力系数。 查表二，三级公路的安全等级为四级，相应安全等级的变异水平为中高级，目标可靠度为80。再据目标可靠度和变异水平等级，查表十二，确定可靠度系数=1.07。表十二 可靠度系数变异水平等级目标可靠度（）95908580低1.201.331.091.161.041.08中1.331.501.161.231.081.131.041.07高1.231.331.131.181.071.11注：变异系数在表16-21范围的下限时，可靠度系数取低值；上限时取高值。引自邓学钧.路基路面工程（第二版）按下式验算： 因而，所选普通混凝土面层厚度(O.22m)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。6.4.6电算验算水泥混凝土水泥混凝土路面设计 设 计 内 容 : 新建单层水泥混凝土路面设计 公 路 等 级 : 三级公路 变异水平的等级 : 中 级 可 靠 度 系 数 : 1.07 面 层 类 型 : 普通混凝土面层序号路 面 行 驶车 辆 名 称单轴单轮组的个数轴载总重(kN)单轴双轮组的个数轴载总重(kN)双轴双轮组的个数轴载总重(kN)三轴双轮组的个数轴载总重(kN)交通量1解放CB-10B119.4160.8500008602东风EQ-140123.7169.200008403日野KB222150.21104.30000334黄河JN-1501491101.60000455小汽车12012000001689 行驶方向分配系数 1 车道分配系数 1 轮迹横向分布系数 .58 交通量年平均增长率 6 混凝土弯拉强度 4.5 MPa 混凝土