道路工程毕业设计计算书.doc

摘 要
根据设计任务书提供的设计资料和设计要求以及交通部颁发的标准和规范对怀化至通道高速公路K176+500-K178+500段提供了路基路面综合设计。
此次设计主要内容包括：路线设计、路基、路面设计，英文翻译，计算机程序编制。根据提供的路线原始资料，考虑土石方填挖平衡、最大纵坡、最小纵坡、坡长、高程控制点等因素进行纵断面设计,由此结合平面图进行横断面设计。根据设计段内的地形状况，设置了边沟、截水沟、排水沟、圆管涵等排水设施。同时，进行挡土墙设计计算和防护工程设计,设置挡土墙，采用植草皮等形式进行边坡防护。高填路堤路段采用修筑挡土墙的方法收缩坡脚，减少填方，增加路堤边坡稳定性；用毕肖普法进行了边坡稳定性验算。设计进行了沥青混凝土路面的设计和水泥混凝土路面的设计，由给定的交通量等条件，按照路面结构组合设计的原则，选用不同路面结构层厚度和材料进行结构设计验算。
通过本次毕业设计，在专业知识方面得到了综合训练和提高，增强了独立分析问题和解决问题的能力。

关键词：高速公路、路基设计、路面设计、综合设计

ABSTRACT
According to the design information, demands of the design task instrument, the technical standards and specifications for highway design published by the Ministry of Communications of China, the comprehensive design of highway subgrade and pavement from K178+500 to K178+500 has been carried out based on the data of Huaihua—Tongdao expressway in HuNan province.
Our prime contents of the design project includes highway vertical alignment, the design of pavement, translating an English article into Chinese, and compile a simple computer programme. According to route firsthand information that is offered ,we must onsider the balance between the diging of filling out,heavy vertical slope, minimum vertical slope, the longth of slope, high control point,etc. During designing the vertical section, and combine the plane figure and design the cross section. According to the condition of climate district and remitting calculation water of quantity, set up side ditch, intercepting ditch, round culverts, cover pulls culverts etc. Meanwhile, do block design of wall of soil calculate and protect engineering design , set up the retaining wall to go on, adopt plant turf to protect the slope ,etc. In high embankment highway section, shrink slope foot by building the retaining wall, reduce the filling, increase the slope stability; make use of BISHOP to follow the checking stability calculation. Do the design which has carried on the pitch concrete road surface and design of the cement concrete road surface by giving volume of traffic definitely terms, according to the design principle of the road surface structure, select for different road surface structure layers of thickness and material then carry on structural design checking computations.
Through the graduation project, the specialized knowledge has been comprehensively applied and improved and the ability to analyse and solve problems on our own hai been enhanced.
Keyword：expressway; roadbed design; pavement design; integrated design；

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目录
第一章 线形设计 6
1.1平曲线的计算 6
1.1.1平曲线要素的计算 6
1.1.2各主点桩号的计算 6
1.1.3 逐桩坐标表 7
1.2竖曲线的计算 9
1.2.1 竖曲线要素的计算 9
1.2.2 竖曲线要点桩号及高程的计算 9
第二章 路堤边坡稳定性分析 11
2.2 计算分析 13
第三章 挡土墙设计 20
3.1 设计资料 20
3.1.1墙身构造 20
3.1.2土壤地质情况 21
3.1.3墙身材料 21
3.1.4车辆荷载换算 21
3.2 墙背土压力计算 22
3.2.1 破裂面计算 22
3.2.2 验算破裂面是否交于荷载内 22
3.2.3 主动土压力计算 22
3.2.4 主动土作用点位置确定 23
3.3 墙身截面性质计算 23
3.3.1 截面面积 23
3.3.2 各截面重心到墙趾的水平距离 23
3.4 墙身稳定性验算(分项安全系数法) 23
3.4.1 抗滑动稳定性验算 23
3.4.2 抗倾覆稳定性验算： 24
3.4.3 基底应力及合力偏心距验算 24
3.4.4 地基承载力抗力值验算 25
3.4.5 墙身截面强度计算 26
3.4.6 正截面直接受剪验算 27
第四章 排水设计 28
4.1 气候与地质条件介绍 28
4.2 边沟的设计 28
4.3 设计流量的确定与验算 29
4.3.1 计算汇水面积和径流系数 29
4.3.2 计算汇水历时 29
4.3.3 计算降雨强度 30
4.3.4 计算设计径流量 30
4.3.5 汇流历时检验 31
4.3.6 冲淤检验 31
第五章 水泥混凝土路面 32
5.1 水泥混凝土路面设计总则 32
5.2 结构组合设计原则 32
5.2.1路基 32
5.2.2 垫层 32
5.2.3 基层 33
5.2.4 面层 33
5.2.5 路肩 34
5.3 交通量计算 34
5.4 交通参数分析 35
5.5 方案设计与验算 35
5.5.1 方案一 35
5.5.2 方案二 43
5.5.3 方案三 50
5.6 水泥混凝土路面结构设计及方案比选原则与总结 57
第六章 沥青混凝土路面设计 59
6.1 据交通量确定累计标准轴次 59
6.2 方案一：半刚性 61
6.2.1 假定路基为干燥状态 61
6.2.2假设路基为中湿状态 63
6.2.3假设路基为潮湿状态 65
6.3.方案二：柔性基层 67
6.3.1：假设路基为干燥状态 67
6.3.2：假设路基为中湿状态 70
6.3.2：假设路基为潮湿状态 72
6.4方案三：组合路基 74
6.4.1：假设路基为干燥状态 74
6.4.2：假设路基为中湿状态 76
6.4.3：假设路基为潮湿状态 78
6.5.1 基层比选： 80
6.5.2 面层比选 81
6.5.3经济上比较 82
6.5.4 沥青路面方案比选表 83
第七章程序设计 85
外文文献译文 87
参考文献 88
致谢 89

第一章 线形设计
1.1平曲线的计算
1.1.1平曲线要素的计算
已知： JD4 圆曲线半径R=1000m，转角=42º53ˊ05.3〞(右)；曲线总长；Ls=250m。
计算：
β0=28.6479×Ls/R=7.162，q=Ls/2=125m，p=Ls²/24R=2.604m，
外距；
曲线总长Lh=(α-2β0)Rπ/180+2Ls=998.481
切线长；T=(R+p)×tgα/2+q=518.707
切曲差。
1.1.2各主点桩号的计算
已知： JD1桩号为： K177+865.720；
计算：
直缓点桩号为ZY=JD-T= K177+846.253；
缓圆点桩号为HY=ZH+LS1= K177+347.013
曲中点桩号为QZ=ZY+L总/ 2= K177+846.253；
圆缓点桩号为HY=ZH+LS1= K178+095.494
圆直点桩号为YZ=ZY+Ls= K178+345.494。

1.1.3 逐桩坐标表
桩 号
坐 标
桩 号
坐 标
N (X)
E (Y)
N (X)
E (Y)
K176+500
2886015.968
495782.0482
K177+000
2885519.923
495844.8127
K176+520
2885996.127
495784.5588
K177+020
2885500.082
495847.3233
K176+540
2885976.285
495787.0694
K177+040
2885480.24
495849.8339
K176+560
2885956.443
495789.5799
K177+060
2885460.398
495852.3444
K176+580
2885936.601
495792.0905
K177+080
2885440.556
495854.855
K176+600
2885916.759
495794.6011
K177+100
2885420.714
495857.3656
K176+620
2885896.918
495797.1117
K177+120
2885400.873
495859.8762
K176+640
2885877.076
495799.6223
K177+140
2885381.031
495862.3868
K176+660
2885857.234
495802.1328
K177+160
2885361.189
495864.8973
K176+680
2885837.392
495804.6434
K177+180
2885341.347
495867.4079
K176+700
2885817.55
495807.154
K177+200
2885321.505
495869.9185
K176+720
2885797.709
495809.6646
K177+220
2885301.664
495872.4291
K176+740
2885777.867
495812.1752
K177+240
2885281.822
495874.9397
K176+760
2885758.025
495814.6857
K177+260
2885261.98
495877.4502
K176+780
2885738.183
495817.1963
K177+280
2885242.138
495879.9608
K176+800
2885718.341
495819.7069
K177+300
2885222.296
495882.4714
K176+820
2885698.5
495822.2175
K177+320
2885202.455
495884.982
K176+840
2885678.658
495824.7281
K177+340
2885182.613
495887.4926
K176+860
2885658.816
495827.2386
K177+347.03
2885175.655
495888.3729
K176+880
2885638.974
495829.7492
K177+360
2885162.771
495890.0017
K176+900
2885619.132
495832.2598
K177+380
2885142.926
495892.49
K176+920
2885599.291
495834.7704
K177+400
2885123.075
495894.9259
K176+940
2885579.449
495837.281
K177+420
2885103.214
495897.2776
K176+960
2885559.607
495839.7915
K177+440
2885083.339
495899.5133
K176+980
2885539.765
495842.3021
K177+460
2885063.449
495901.6012

桩 号
坐 标
桩 号
坐 标
N (X)
E (Y)
N (X)
E (Y)
K177+480
2885043.54
495903.5091
K177+960
2884571.59
495844.5295
K177+500
2885023.612
495905.2051
K177+980
2884552.959
495837.2577
K177+520
2885003.665
495906.6571
K178+000
2884534.477
495829.6147
K177+540
2884983.7
495907.833
K178+020
2884516.152
495821.6037
K177+560
2884963.719
495908.7004
K178+040
2884497.991
495813.2278
K177+580
2884943.726
495909.2273
K178+060
2884480.001
495804.4904
K177+597.01
2884926.714
495909.3834
K178+080
2884462.189
495795.3949
K177+600
2884923.727
495909.3815
K178+095.49
2884448.518
495788.1049
K177+620
2884903.729
495909.139
K178+100
2884444.563
495785.9451
K177+640
2884883.739
495908.4966
K178+120
2884427.124
495776.1531
K177+660
2884863.767
495907.4545
K178+140
2884409.865
495766.0481
K177+680
2884843.819
495906.0133
K178+160
2884392.774
495755.6607
K177+700
2884823.904
495904.1734
K178+180
2884375.839
495745.0209
K177+720
2884804.03
495901.9356
K178+200
2884359.047
495734.1578
K177+740
2884784.205
495899.3008
K178+220
2884342.382
495723.0999
K177+760
2884764.436
495896.2701
K178+240
2884325.829
495711.8753
K177+780
2884744.732
495892.8446
K178+260
2884309.371
495700.5113
K177+800
2884725.1
495889.0257
K178+280
2884292.991
495689.0351
K177+820
2884705.549
495884.815
K178+300
2884276.672
495677.4731
K177+840
2884686.086
495880.2142
K178+320
2884260.395
495665.8519
K177+860
2884666.718
495875.225
K178+340
2884244.141
495654.1975
K177+880
2884647.455
495869.8495
K178+345.49
2884239.678
495650.9938
K177+900
2884628.302
495864.0898
K178+360
2884227.893
495642.536
K177+920
2884609.269
495857.9482
K178+380
2884211.63
495630.8943
K177+940
2884590.362
495851.4273
K178+400
2884195.334
495619.2997
1.2竖曲线的计算
1.2.1 竖曲线要素的计算
已知：第1变坡点：K175+996.079，高程：452.3568m， 竖曲线半径R=21000m，i= 2.209%， i= -0.748%，为凹形曲线；
第2变坡点：K176+980，高程：445m，竖曲线半径R=10000m，i=-0.748%，i=2.166%，为凸形曲线；
第3变坡点：K177+857.213，高程：464m，竖曲线半径R=30000m，i=2.166%， i=-0.623%，为凸形曲线；
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=291.366m；T=145.683m，外距E= 1.061m。
竖曲线三： 同理求得：曲线长切线长L3=836.472m；T3= 418.236m，外距E3= 2.915m。
1.2.2 竖曲线要点桩号及高程的计算
竖曲线一：
起点桩号= K175+685.575－T=K175+685.575；
终点桩号= K175+685.575＋T=K175+996.079；
变坡点对应桩号设计高程=450.061；
竖曲线一起点设计高程=442.364m；
竖曲线一终点设计高程=448.973m。
竖曲线二：
起点桩号= K176+834.317；
终点桩号=K177+125.683；
变坡点二对应桩号设计高程=445+E=456.062m；
竖曲线二起点设计高程=441.671；
竖曲线二终点设计高程=454.639m。
竖曲线 三：
起点桩号= K177+438.977；
终点桩号=K178+275.449；
变坡点三对应桩号设计高程=461.085m；
竖曲线三起点设计高程=453.950m；
竖曲线三终点设计高程=460m。

第二章 路堤边坡稳定性分析

2.1 边坡资料：
本路段中填方路堤K177+960横断面为最高路堤，所以路堤边坡稳定性验算采用此断面为验算对象。此横断面高19.03m，路基宽度24.5米，边坡坡度采用1：1.5 和1：1.75，路堤填土为粘性土，，根据《公路路基设计手册》取土粘聚力，填土容重，内摩擦角为35°，根据《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)，高速公路的汽车荷载等级为公路Ⅰ级，其分析过程如下： 2.1.1. 把汽车荷载换算成土柱高(当量高度)。按公式换算土柱高度为

公式中：L——纵向分布长度(等于汽车后轴轮胎的总距)，L=12.8m
B——横向分布车辆轮胎最外缘间总距。
B = N´b + (N -1)´m + d
其中：N为车辆数为3；m为两辆车后轮的中心距离，取1.3m；b为后轮轮距，为1.8m；d为轮胎的着地宽度，取0.6，则：B=12.8m
故
h0=0.8238m
H = 19.03
其中h0为荷载的换算高度，H 为荷载均匀分布于路基时路堤坡脚至荷载顶面的高度。
2.1.2确定滑动圆心辅助线EF。
用4.5H 法确定滑动圆心的辅助线。边坡坡度为30°由《路基设计手册》表1-2-14 得1＝26°， 2＝35°据此作AF、BF 线交于F 点；再在坡脚下H 处的C 点及沿水平线4.5H 处得E 点，连EF 线得最危险滑弧圆心位置的辅助线，见图2-1

图2-1 4.5H 法确定滑动圆心辅助线示意图
2.1.3 用简化毕绍普法求稳定系数Fs
通过计算选中的五个圆心点对应的安全系数Ki，得到最小值K 和对应的圆心点，再进行验算。计算Ki 时，采用简化bishop 法，并假设滑动面通过坡脚。简化bishop 法需要迭代，先假设一个K 值进行反复带入计算(具体迭代过程见表)。简化毕肖普法的计算公式如下：

式中： K——安全系数；
W i ——各土条重，KN；
c——填土的粘聚力，KPa；
b i ——各土条宽度，m；
h i ——各土条高度，包括堤顶车辆荷载的换算土柱高度。
用迭代法求解安全系数K计算步骤为：先假定一个K1 值，代入公式的右边，计算出K2；再将K2 代入公式的右边，计算出K3 ……，如此反复迭代，直至Kn+1≈K n为止；

2.2 计算分析
其计算过程为：
(1)在圆心辅助线上取圆心点O1，作半径为R1=42.35m 的圆弧滑动面，对滑动面范围内的土体按断面形式将滑动面分为10个土条，如图2-2验算其稳定性，计算结果见表2-1

图 2-2 圆心为O1时的滑动面
(2)在滑动圆弧圆心辅助线上取同一圆心点O2，作半径为R2=39.84m 的圆弧滑动
面，按断面形式将滑动面分为10 个土条，如图2-3 验算其稳定性，计算结果见表
2-2。

图2-3 圆心为O2 的滑动面示意图

(3)在滑动圆弧圆心辅助线上取同一圆心点O3，作半径为R3=38.01m 的圆弧滑动
面，按断面形式将滑动面分为11个土条，如图2-4 验算其稳定性，计算结果见表2-3。

图2-4 圆心为O2 的滑动面示意图

(4)在滑动圆弧圆心辅助线上取同一圆心点O4，作半径为R4=36.7m 的圆弧滑动面，按断面形式将滑动面分为10 个土条，如图2-5 验算其稳定性，计算结果见表2-4。

综合上述分析，得出K 值曲线图如下。

通过比较，过坡角的六个滑动面中Fs 最小的是过圆心O3 画的弧所得滑动面，Fs(min)= Fs3=1.402。所以，最不利滑动面圆心为O3；滑动半径R3= 40.01m。滑动安全系数Fs3= 1.402>[Fs]=1.25，所以验算的K177+960m 处的边坡处于稳定状态。

土条号
Li
α
sina
cosa
Fi(㎡)
Qi(KN)
Qitanφ
Qisina
CiLicosa
m
Ki
1
4.67
32.53
0.817
0.577
7.359
129.809
60.530
106.005
39.622
0.577
173.443
2
4.15
30.2
0.747
0.665
16.714
294.826
137.477
220.139
40.580
0.905
196.681
3
6.41
26.58
0.667
0.745
38.643
681.663
317.859
454.714
70.199
0.960
404.430
4
4.83
22.26
0.559
0.829
35.027
617.876
288.116
345.315
58.878
1.009
343.906
5
4.5
18.29
0.459
0.888
33.902
598.031
278.862
274.546
58.767
1.036
325.888
6
4.29
14.27
0.358
0.934
33.922
598.384
279.026
214.295
58.880
1.049
322.171
7
4.14
10.27
0.259
0.966
30.702
541.583
252.540
140.446
58.776
1.049
296.722
8
4.05
6.35
0.159
0.987
24.972
440.506
205.408
70.246
58.773
1.038
254.391
9
4.01
2.42
0.061
0.998
17.534
309.300
144.226
18.801
58.838
1.018
199.533
10
5.33
-1.54
-0.039
0.999
8.916
157.278
73.339
-6.070
78.293
0.987
153.653

∑

1838.438

2670.819

K
1.453

表2-1

土条号
Li
α
sina
cosa
Fi(㎡)
Qi(KN)
Qitanφ
Qisina
CiLicosa
m
Ki
1
4.67
32.53
0.817
0.577
7.359
129.809
60.530
106.005
39.622
0.577
173.443
2
4.15
30.2
0.747
0.665
16.714
294.826
137.477
220.139
40.580
0.905
196.681
3
6.41
26.58
0.667
0.745
38.643
681.663
317.859
454.714
70.199
0.960
404.430
4
4.83
22.26
0.559
0.829
35.027
617.876
288.116
345.315
58.878
1.009
343.906
5
4.5
18.29
0.459
0.888
33.902
598.031
278.862
274.546
58.767
1.036
325.888
6
4.29
14.27
0.358
0.934
33.922
598.384
279.026
214.295
58.880
1.049
322.171
7
4.14
10.27
0.259
0.966
30.702
541.583
252.540
140.446
58.776
1.049
296.722
8
4.05
6.35
0.159
0.987
24.972
440.506
205.408
70.246
58.773
1.038
254.391
9
4.01
2.42
0.061
0.998
17.534
309.300
144.226
18.801
58.838
1.018
199.533
10
5.33
-1.54
-0.039
0.999
8.916
157.278
73.339
-6.070
78.293
0.987
153.653

∑

1838.438

2670.819

K
1.453

表2-2

表2-3
土条号
Li
a
sina
cosa
Fi(㎡)
Qi(KN)
Qitanφ
Qisina
CiLicosa
m
Ki
1
4.96
31.77
0.836
0.549
7.791
137.424
64.081
114.893
40.004
0.818
127.318
2
4.19
29.45
0.775
0.632
17.802
314.018
146.427
243.291
38.942
0.881
210.312
3
3.72
26.88
0.707
0.707
25.756
454.327
211.853
321.297
38.663
0.934
268.090
4
6.02
23.23
0.611
0.791
52.520
926.444
432.001
566.277
70.038
0.988
508.130
5
4.61
18.89
0.497
0.868
44.689
788.310
367.589
391.865
58.801
1.028
414.956
6
4.35
14.91
0.392
0.920
42.024
741.298
345.667
290.851
58.818
1.046
386.700
7
4.18
10.89
0.287
0.958
40.710
718.124
334.861
205.832
58.868
1.050
374.903
8
4.07
6.94
0.183
0.983
36.060
636.098
296.613
116.149
58.823
1.042
341.139
9
1.01
2.98
0.085
0.996
29.061
512.636
239.042
43.788
14.793
1.024
247.931
10
4.01
-0.96
-0.025
1.000
20.270
357.563
166.732
-9.042
58.928
0.992
227.583
11
5.38
-4.92
-0.129
0.992
10.270
181.163
84.476
-23.430
78.422
0.950
171.470

∑

2261.772

3278.532

K
1.44954

表2-4
土条号
Li
α
sina
cosa
Fi(㎡)
Qi(KN)
Qitanφ
Qisina
CiLicosa
m
Ki
1
5.31
31.38
0.855
0.519
8.365
147.550
68.802
126.134
40.501
0.773
141.475
2
4.34
29.05
0.792
0.611
19.091
336.756
157.030
266.583
38.982
0.846
231.697
3
3.81
26.48
0.722
0.692
27.445
484.121
225.746
349.314
38.778
0.907
291.795
4
3.46
23.88
0.651
0.759
33.551
591.831
275.971
385.101
38.622
0.952
330.289
5
5.7
20.23
0.551
0.834
65.666
1158.348
540.138
638.509
69.911
0.998
611.289
6
4.44
15.88
0.433
0.902
53.937
951.449
443.661
411.646
58.843
1.030
487.877
7
5.77
11.15
0.309
0.951
67.600
1192.459
556.043
367.876
80.682
1.043
610.596
8
5.57
5.7
0.154
0.988
60.791
1072.353
500.038
164.795
80.906
1.034
561.986
9
5
0.5
0.014
1.000
42.377
747.530
348.573
10.098
73.493
1.004
420.419
10
4.03
-3.98
-0.108
0.994
22.918
404.274
188.513
-43.858
58.891
0.962
257.204
11
5.48
-7.94
-0.216
0.976
11.596
204.548
95.381
-44.276
78.646
0.912
190.810

∑

2631.923

4135.438

K
1.57126