湖南省永州至蓝山高速公路K78-600～K80-700段路基路面综合设计.docx

毕业设计（论文）题目： 湖南省永州至蓝山高速公路 K78+600K80+700段路基路面综合设计摘要 本次毕业设计主要任务是对永州至蓝山高速公路K78+600-K80+700段进行路基路面综合设计。该路段全长2100m，双向四车道，设计车速100Km/h，路基宽26m，属于比较典型的山区高速公路。我们所做的工作主要包括：路线设计、路基工程设计、路基工程设计和桥梁涵洞的布设四部分。整个设计过程严格按照最新规范，手册进行，设计过程力求原理、方法和公式计算准确，对应的图纸、表格满足相关编制办法的要求。此外，英文翻译及计算机程序设计也是本次设计的重要组成。本次设计不但让我们熟悉了公路设计的基本原理、方法和设计步骤，而且也让我们对大学四年所学知识进行了一次全面的总结。关键词：毕业设计；永州至蓝山高速公路；路基路面；翻译；编程Abstract The main task of this graduation design is the comprehensive design of subgrade and pavement of Yongzhou to Lanshan Expressway K68+100-K70+200. The section of full-length 2100m, two-way four driveway, design speed of 100Km/h, the roadbed width 26m, belongs to the typical mountainous expressway. Our work mainly includes: route design, subgrade engineering design, design of subgrade and Bridge Culvert layout four. The whole design process is strictly in accordance with the latest specification manual, design process, to principle, method and accurate calculating formula, the corresponding drawings, form to meet the relevant measures for requirements. In addition, English translation and computer program design is the design of the important. The design not only makes us familiar with the basic principles, methods and steps of design of highway design, but also let us to the university four years learning conducted a comprehensive summary.Keywords: graduation design; Yongzhou to Lanshan Expressway Subgrade and pavement; translation; programming;目录 第一章线形设计1.1 平面线形设计 道路平面线形设计，是根据汽车行驶的力学性质和行驶的轨迹要求，合理地确定各线形的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采用长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。在设计中注意直线的长度符合规范要求，对于同反向曲线间的直线要满足直线最小长度要求。规范规定当设计速度60Km时，同向直线最小长度以不小于设计速度的六倍为宜。对于反向曲线间的直线不应小于设计速度的两倍为宜。对于圆曲线半径的选择应遵循如下原则：在地形条件许可的情况，应力求是半径尽可能接近不设超高最小半径；选取半径时，最大半径值一般不应超过10000m.1.1.1 平曲线要素的计算已知：JD1桩号为: K79+002.560，圆曲线半径R=1600m，转角= 393651.7(Y)，缓和曲线Ls=260。计算：切线角：0=28.6479Ls/R =28.6479260/1600 =4.655切线增值：q=Ls/2=260/2=130m内移值：p=Ls/(24R)= 260/(241600) =1.76m切线总长：T=(R+p)tg/2+q=（1600+1.76）0.827+130=1454.655m曲线总长：Lh=(20)R/180+2Ls=(393651.724.655)1600/180+520=1366.257m超距：D=2TL=21454.6551366.257=1383.053m各主点桩号：直缓点桩号：ZH=JDT= K79+002.5601454.655= K77+547.905缓圆点桩号：HY=ZH+Ls= K77+547.905+260= K77+807.905圆缓点桩号为：YH=HY+Lh2Ls= K77+807.905+13666.257520 = K78+654.162缓直点桩号为：HZ=YH+Ls= K78+654.162+260= K78+914.162曲中点桩号为：QZ=HZLh/2= K78+914.1621366.257/2=K78+231.0335交点桩号：JD=QZ+= K79+002.560（校核）。验算与交点桩号一样，设计合格。1.2 纵断面设计1.2.1 纵坡设计的原则纵断面设计首先要注意坡度的选择符合各级道路规定的最大坡度。本次设计公路为100Km/h，根据规定允许最大坡度为6%,合成坡度不能大于10.5%。其次为了保证排水，防止水渗入路基影响稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡，最小合成坡度不宜小于0.5%。相邻竖曲线衔接时应注意：（1）同向竖曲线：特别是两同向凹曲线间如果直线坡段不长，应合并为单曲线或复曲线形式的竖曲线，避免出现断背曲线。（2）反向竖曲线：反向竖曲线间应设置一段直线坡段，直线坡段的长度一般不小于设计速度的3秒行程。以使汽车从失重渡到增重有一个缓和段。本组设计从K78+600- K80+700共2100m设置5个变坡点。变坡点的桩号为K78+640 ，设计高程为285.22，竖曲线半径R1=571.1442m，i1= 3.98%，i2=-0.940%， w1= i1i2 = 4.92%为凸形曲线。竖曲线一： 曲线长 L1=R1w1=574.14423%=40.848m 切线长 T1=L1/2=40.8482=20.424m 外距 E1=T/(2R1)=20.424 （2571.1442）=0.365m变坡点2的桩号为K78+980，设计高程为282.02，竖曲线半径R2=12000m，i1=-0.940%，i2=2.830%，w1= i1i2=-3.77%为凹曲线。竖曲线二： 曲线长 L2=R2w1=120003.77%=452.4m 切线长 T1=L1/2=452.42=226.2m 外距 E1=T/(2R1)=226.2 （212000）=2.13m变坡点3的桩号为K79+380，设计高程为293.3408，竖曲线半径R3=20000m，i1=2.830%，i2=1.156%，w1= i1i2=1.674%为凸曲线。竖曲线三： 曲线长 L2=R2w1=200001.674%=334.8m 切线长 T1=L1/2=334.82=167.4m 外距 E1=T/(2R1)=167.4 （220000）=0.7m变坡点4的桩号为K80+020，设计高程为300.7388，竖曲线半径R4=10000m，i1=1.156%，i2=-1.032%，w1= i1i2=2.188%为凸曲线。竖曲线四： 曲线长 L1=R4w1=100002.188%=218.8m 切线长 T1=L1/2=218.82=109.4m 外距 E1=T/(2R1)=109.4 （210000）=0.598m变坡点5的桩号为K80+580，设计高程为294.9586，竖曲线半径R5=3000m，i1=-1.032%，i2=4.525%，w1= i1i2=-5.557%为凹曲线。竖曲线五： 曲线长 L1=R5w1=30005.557%=166.71m 切线长 T1=L1/2=218.82=83.355m 外距 E1=T/(2R1)=83.355 （23000）=1.158m1.2.2 竖曲线要点桩号及高程的计算竖曲线一：起点桩号 = K78+640T1= K78+619.576终点桩号 = K78+640T1= K78+660.424变坡点一对应桩号设计高程 = 284.85竖曲线一起点设计高程 = 283.78m竖曲线一终点设计高程 = 285.23m竖曲线二：起点桩号 = K78+980T= K78+753.8终点桩号 = K78+980T= K79+206.2变坡点一对应桩号设计高程 = 282.0218竖曲线一起点设计高程 = 284.12m竖曲线一终点设计高程 = 288.41m竖曲线三：起点桩号 = K79+380T= K79+212.6终点桩号 = K79+380T= K79+547.4变坡点一对应桩号设计高程 = 293.3408竖曲线一起点设计高程 = 288.64m竖曲线一终点设计高程 = 295.25m竖曲线四：起点桩号 = K80+020T= K79+910.6终点桩号 = K80+020T= K80+129.4变坡点一对应桩号设计高程 = 300.7388竖曲线一起点设计高程 = 299.41m竖曲线一终点设计高程 = 299.58m竖曲线五：起点桩号 = K80+580T= K80+496.645终点桩号 = K80+580T= K80+663.355变坡点一对应桩号设计高程 = 294.9586竖曲线一起点设计高程 = 295.86m竖曲线一终点设计高程 = 298.82m1.3 平纵线形组合设计尽管平纵线形设计均是按照标准进行设计，但若平纵线形组合不好，不仅有限于其优点的发挥，而且会加剧两方面的缺点，造成行车上的危险，也就不能获得最优的立体线形、平纵线形的合理设计。因此平纵组合设计要注意以下几点要求：（1）当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线之内，切平曲线应稍长与竖曲线。这种布置的优点是：当车辆驶入凹行曲线的顶点之前，即能清楚的看到平曲线的始端，辩明转弯的走向，不致因判断错误而发生交通事故。（2）要保持平曲线和竖曲线大小的均衡，这样有利于驾驶员视觉上的均衡。（3）要选择适当的合成坡度。本段设计中竖曲线变坡点的起点和终点基本落在平面曲线的缓和曲线内，平纵组合符合设计要求。 第二章 边坡稳定性分析取K75+920段横断面做路堤边坡稳定性验算。路基左侧填土高度12.49m，顶宽26m，路基填土为粘性土，土粘聚力为20kPa，内摩擦角为25，边坡坡度采用1：1.5。由于填方边坡要受到路基顶部车辆荷载的影响，在进行稳定性验算时要先化为换算土柱高度。容重为=18KN/m3，荷载为公路I级。其横截面初步拟定如图1所示：图2-1 K21+940横断面图2.1 汽车荷载当量换算 将车辆荷载换算成土柱高（当量高度）。车辆按最不利情况排列，即假设一辆车停在硬路肩上，另两辆以最小间距d=0.6m与它并排。按以下公式换算土柱高度为：=式中： N横向分布并列的车辆数，因为按最不利布载，中线每边各布3 辆，取N=4； Q每一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）； L前后轮最大轴距，按公路工程技术标准（JTG B012003）规定对于标准车辆荷载为12.8m；r路基填料的容重；B荷载横向分布宽度，表示如下：B=Nb+（N-1）m+d式中：b后轮轮距，取1.8m；m相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m；d轮胎着地宽度，取0.6m则：B=Nb+（N-1）m+d=31.8+(3-1)1.3+0.6=8.6m故按双向布6辆车，布满行车道时，h=(3550)/(188.612.8)=0.83m2.2 简化Bishop 法求稳定系数K2.2.1 最危险圆弧圆心位置的确定以坡脚为坐标原点，按4.5H 法初定滑动圆心辅助线： （1）由表查得：=26， =35,以坡角为圆心将AB线逆时针旋转26，再以B点为圆心，BC为基线，旋转35，两直线交于F点；（2）量得坡角到路面的距离h=12.49m，由坡角向下做垂线，量取路堤高H=12.49+0.83=13.32m得D点；（3）由C 点向右引水平线，在水平线上截取4.5H=53.28m得E点；（4）连接点E、F得直线EF，即为滑动圆心辅助线；（5）绘出五条不同的位置的滑动曲线；（6）将圆弧范围土体分成若干段；（7）算出滑动曲线每一分段中点与圆心竖曲线之间的偏角; sin=式中：X分段中心距圆心竖直线的水平距离，圆心竖曲线左侧为负，右侧为正； R滑动曲线半径m 最危险滑动面圆心的确定如图2所示：图2-2 最危险圆弧圆心位置的确定图示 2.2.2 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： -第i土条底滑面的倾角；-第i土条垂直方向外力；-系数，按计算；-第i土条滑弧面所在地基土层的内磨檫角和粘结力；-滑动圆弧全长； -第i土条宽度； -第i土条路堤部分的重力； -第i条土地基部分的重力； U-地基平均固结度，根据地基情况，此处取U=1。 (1)在圆心辅助线上取圆心点O1，作半径为R1=29.51m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11个土条，如图2-3 验算其稳定性，计算结果见表2-1。2-3 圆心为O1的滑动面示意图表2-1 土坡稳定性计算表用迭代法试算假定计算结果Fs 与假定接近，故得土坡的稳定安全系数Fs1=1.843。一、 在滑动圆弧圆心辅助线上取同一圆心点O2，作半径为R2=30.86m的圆弧滑动面，按断面形式将滑动面分为10条，如图2-4验算其稳定性，计算结果见表2-2。图2-4 圆心为O2的滑动面示意图表2-2 土坡稳定性计算表用迭代法试算假定计算结果Fs 与假定接近，故得土坡的稳定安全系数Fs2=1.757。二、 在滑动圆弧圆心辅助线上取同一圆心点O3，作半径为R3=29.04m 的圆弧滑动面，按断面形式将滑动面分为13个土条，如图2-5计算其稳定性，计算结果如下表：图2-5 圆心为O3的滑动面示意图 表2-3 土坡稳定性计算表用迭代法试算假定计算结果Fs 与假定接近，故得土坡的稳定安全系数Fs3=2.092（4）确定第四个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆4，半径R=28.97m，将结果列入表中，验算其稳定性：图2-6 圆心为O4的滑动面示意图表2-4 土坡稳定性计算表 用迭代法试算假定计算结果Fs 与假定接近，得土坡的稳定安全系数，Fs4=2.186。 （5）确定第五个过坡脚滑动面，在辅助线上做圆5，半径R=28.93m，将结果列入表中，验算其稳定性：图2-7 圆心为O5的滑动面示意图表2-5 土坡稳定性计算表 用迭代法试算假定计算结果Fs 与假定接近，得土坡的稳定安全系数，Fs4=2.23。2.3 绘制K值曲线：我们得到Kmix=2.32结论：由公路路基设计规范（JTG D30-2004）知粘性土稳定安全系数为1.35。 以上可知K=2.321.35，故边坡稳定性符合要求。 第三章 挡土墙设计与验算说明书3.1设计资料 3.1.1墙身构造本设计段中的K79+480到K79+580许多处横断面路基高度太高，为了收缩边坡，增强路基的稳定性，在本路段按需求设计路堤挡土墙，其尺寸与分布见平面图与横断面图。拟采用浆砌片石俯斜式路堤挡土墙，墙高H=5.81米，墙顶填土高为3.43米，墙顶宽1.48米，底水平宽1.61米，墙背俯斜坡度为0.22 (=1226)，基底倾斜0.19(=1058 ), = /2=15。3.1.2土壤地质情况填土为粘性土,土的粘聚力C=20kpa,采用等效内摩擦角 =arctan(tan +c/rH)计算得=30,容重为，粘性土地基,容许承载力为350Kpa,基底摩擦系数f=0.4。3.1.3墙身材料采用M7.5号砂浆砌25号片石,砌体容重为k=24KN/m3;按规范:砌体容许压应力为600KPa,容许剪应力为100KPa,容许拉应力为60KPa。3.1.4车辆荷载根据(JTGD30-2004)，车辆荷载为计算方便,可简化换算为路基填土的均布土层,并采用全断面布载。 换算土层厚: hq/r=12.5/18=0.694h0:换算土层高度q:车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2米，20KN/m2;墙高大于10米，取10KN/m2；墙高在210米之间，附加荷载强度用直线内插法计算。为墙后填土容重=18 KN/m3.2墙背土压力计算对于墙趾前土体的被动土压力Ep，在挡土墙基础一般埋深的情况下，考虑到各种自然力和人畜活动的作用，以偏于安全，一般均不计被动土压力,只计算主动土压力。本设计任务段的路堤挡土墙，采用一级台阶,分析方法采用“力多边形法”，按粘性土的公式来计算土压力；边坡坡度为1：1.5,（）.其计算如下：图3-1墙截面尺寸图3.2.1破裂面计算假设破裂面交于荷载中部,则: =（3.43+5.81+2*0.694）*（3.43+5.81）/2 =49.101 =3.43*5.15/2+（5.15+0.75）*0.694-0.5*5.81*（5.81+2*3.43+2*0.694）*0.22=3.942其中：破裂角：=arctg=37.19 3.2.2破裂面的验算：破裂面至墙踵(H+a)tg=(5.81+3.43)tg37.19=7.011m荷载内缘至墙踵-H tg+b+d=-5.810.20+5.15+0.75=4.738m荷载外缘至墙踵b+d +bo-H tg=5.15+0.75+3.942-5.81*0.2=8.68m由以上数据知4.7387.011=0.5 由于=282.73350Kpa故基底应力符合要求。方案优化： 设计的尺寸能够满足验算要求，并且比较经济，所以不需要优化。第四章 排水设计4.1 路基排水设计规定 路基排水是关系到路基稳定性的关键，是把路基工作区内的土基含水量降低到许可范围内。排水设计的原则： （1）各种排水设施的设置和联结应尽量不占农田，并与农田水利相接合；必要时可增大涵管孔径或数量； （2）排水设计要因地制宜，经济实用； （3）排水沟渠的出入口不应直接流入农田，尽量与天然边沟联结减少桥涵工程量； （4）排水构造物的设计要贯彻就地取材的原则，要能迅速的排除路基有害水，以免对地基的强度和稳定性。4.2 排水设施的设置 本设计区内的地形状况和对汇水的计算：设置了边沟、排水沟、急流槽等，具体结构见图纸。4.2.1 边沟 在 K80+280K80+380 之间的左侧挖方段为挖方最大汇水面积段，本次设计以沥青混凝土路面为例。膨胀土路堑（坡度为1：0.5），路基宽度26m,取单侧路面和路肩横向排水宽度为12m,路拱横坡为2%在纵断面方面，边沟坡脚和路肩边缘间设置矩形边沟。4.2.3 排水沟排水沟是用来引出路基附近低洼处积水的沟渠，在本区内设置排水沟是因为原地面沟渠弯曲且影响路基稳定，用以改善沟渠路线，边沟、截水沟、取土坑或路基附近的积水可用排水沟排至桥涵或天然河流。排水沟一般为直线，沟底纵坡不小于 0.3%，路基边坡应 设急流槽，排水沟距路基坡角大于 2m, 边坡平台应做成 25% 的向内侧倾斜的排水坡度。4.3 路基排水综合设计 在综合设计中对路基的排水系统应进行整体规划，要照顾农田水利，对地面水的排除可利用边沟、排水沟等排水设备，将流向路基的山坡水和表面水分段截留，引入自然沟中排出路基范围之外。本段所设的涵洞与周围的沟渠相适应，使汇集的水能及时迅速的流出，避免了对路基的冲刷，又不能形成淤积而危害路基。4.4 路堑边沟验算4.4.1 基本资料本项目位于湖南，属大陆性中亚热带季风湿润气候。省境东南亚边境距海400公里，受东亚季风环流的影响密切相关。气候具有三个特点：第一、光、热、水资源丰富，三者的高值又基本同步。湖南4-10月，总辐射量占全年总辐射量的70-76%，降水量则占全年总降水量的68-84%。第二，气候年内与年际的变化较大。冬寒冷而夏酷热，春温多变，秋温陡降，春夏多雨，秋冬干旱。气候的年际变化也较大，极大