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平原微丘区公路设计
第一章 平面线形设计

公路是一条三维空间的实体。它由桥梁、路面、路基、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。对路段平面线形设计，是道路最基础的，也是最重要的设计阶段，此阶段的设计将决定后面的道路构造物设计，排水设计，土石方数量，路面工程与其他结构物，对汽车行驶的安全、舒适、经济以与公路的通行等都产生很大的影响。因此，路线线形设计必须在结合汽车动力学，司机视觉和心理的要求，必须与地物环境相协调，与沿线的土地利用，自然资源开发和社会经济等相适应。合理利用地形，正确选用标准，确保路线线形的均衡性，处理好远期和近期的关系，总体与局部的关系，充分考虑农业等方面的要求既要使工程量小，投资少，又要考虑施工养护管理、经济效益、交通运营等方面的利弊得失。选用较合理的技术标准，以提高道路的使用质量，严格按照规范做到技术上可取、经济上合理。
1.1 平面线性的约束条件
1.1.1平面线形设计的原则
平面线性设计含有很多设计要素，包括圆曲线设计，缓和曲线设计和直线设计。不论哪个要素的设计都必须符合平面线形设计的原则。平面设计原则总结如下：
(1) 平面线形须直捷、连续、顺畅，并和地形相适应，与周边自然环境相协调。
(2) 设计时不仅要考虑车辆行驶力学，还应考虑驾驶员以与乘客视觉上和心里上的感受。
(3) 为了尽可能的使车辆可以匀速行驶不能出现各种技术指标突然。
(4) 应避免连续急弯的线形。这不仅增加了驾驶的难度更影响乘客乘车的舒适性。设计时我们可以在两个圆曲线中加入直线或者缓和曲线保证车辆行驶的安全性和舒适性。
(5) 如果道路中平曲线过短会使驾驶者来不与控制发生交通意外，所以设计中我们要保证平曲线具有一定的长度避免车祸的发生，我们以平曲线的最小长度为指标。

1.1.2 平面线形设计各要素
如上所述，平面线形设计的要素有三个，分别是直线、圆曲线和缓和曲线。这三条线就构成了公路平面线形，在实际公路中直线是常见的也是最方便驾驶员操作的，但是由于公路是带状构造物，几十上百公里甚至几千公里，全部的直线是不合实际也不利于安全驾驶，在特殊地段和必要地段公路需要转弯，在转弯处就需要圆滑过渡，若是过渡太急可能会造成交通事故等危险。在这个时候圆曲线和缓和曲线就帮助公路在转弯处圆滑转弯，使公路更加通畅安全。
1.1.2.1直线
直线是公路线性的主要组成部分，在直线段，司机的视野开阔，才能加快速度，直线是公路交通速度的保证，试想一下若是一条公路到处弯弯扭扭，行驶速度如何加快，运输能力又如何体现呢。虽说这样但是公路的直线长度也不能太大，因为直线段太长会增加驾驶的危险性，以为长时间的直线驾驶会使驾驶员出现疲劳，当突然转弯时会出现反映不与时，这样反而容易出现危险。
但是在转弯处以与两个转弯之间，直线长度就要满足最小值要求，只是因为直线长度过小会造成驾驶员视觉反弯的错觉，出现错误反应和操作。为了公路行驶的安全，直线的最小长度，同向曲线的最小长度，当设计速度大于60km/h时，同向曲线间的最小长度以不小于行车速度（以km/h计）的6倍为宜。反向曲线间的最小长度以不小于行车速度的2倍为宜。

1.1.2.2 圆曲线
圆曲线指的是道路平面走向改变方向或竖向改变坡度时所设置的连接两相邻直线段的圆弧形曲线。由单独一个圆曲线组成的曲线称为单曲线；由两个或两个以上同一方向圆曲线构成的曲线称为复曲线。转向相同的两相邻曲线连同其间的直线段所组成的曲线称为同向曲线；转向相反的两相邻曲线连同其间的直线段所组成的曲线称为反向曲线。
圆曲线最小半径需要满足汽车行驶的安全性和舒适性，由二者共同控制。规定圆曲线最小半径的实际上就是确保轮胎与路面的摩阻力能客服车辆在弯道上产生的离心力等，之所以对圆曲线的最小半径做出一定的限制就是为了保证车辆过弯时的安全不至于脱离弯道，也就是平常说的圆滑过渡。
圆曲线的最小半径和公路的设计时速、公路的横坡度与横向力系数有关。由公式（u为设计速度单位km/h，为横向力系数，为路面横坡，无超高时是路拱横坡，有超高时是超高横坡）。
圆曲线最小半径计算中所用的数据和限制，详见下表：
表格 1–1 公路圆曲线最小半径
设计速度（km/h）
12

0
20
一般值（m）
1

0
100
65
30
极限值（m）
65

0
30
15
不设超高的最小半径(m)
路拱≤2.0%
55

路拱＞2.0%
75

9

表格 1–2 公路圆曲线的横向力系数与超高值
设计速度
12

0
20
横向力系数
0.10
0.12
0.13
0.15
0.15
0.16
0.17

超高值（%）
6
6
6
6
6
6
6
8
8
8
8
8
8
8
1

10

1.1.2.3 缓和曲线

缓和曲线指的是平面线形中，设置在直线与圆曲线，圆曲线与圆曲线中间的曲率连续变化的曲线。缓和曲线也是道路平面线形要素之一，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。《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）规定，除了四级路可以不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置。在现代高速公路上，有时候为了满足需要缓和曲线所占的比例甚至比直线或者圆曲线还要多，它充当了平面线性的主要部分。
缓和曲线设置的目的：由于曲率的逐渐变化，汽车方向也逐渐变化回降低过弯难度保证车辆安全形势同时路线也更顺畅，缓和行车方向的突变和离心力的突然产生；使离心加速度逐渐变化，避免突然产生侧向的冲力，使乘客更舒适；并缓和超高，作为超高变化的过渡段，减少行车来回摆动，使其平稳行驶。
为了保证圆曲线与直线段的缓和过渡，也为了驾驶的安全性和操作的简便性，我们也需要对缓和曲线的最小长度加以限制。查看资料可知缓和曲线最小长度（u为设计速度km/h，v为设计速度m/s，t为汽车在缓和曲线上最短行驶时间s，一般t=3s）
表格 1–3 缓和曲线最小长度
设计速度（km/h）
12

0
20
最小长度（m）
1

5
20

1.1.2.4 平曲线要求
平曲线是指道路转弯处的曲线，因此它由圆曲线和缓和曲线共同组成。平曲线负责连接两直线，使车辆能够从一根直线安全、平稳地行驶到另一根直线。也就是说平曲线就是平面线形设计中圆曲线和缓和曲线的组合。
同样为了车辆更容易控制，提高行车的舒适性和满足行车视距的要求，必须对平曲线的最小长度加以控制。

表格 1–4 平曲线的最小长度
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
平曲线最小长度(m)
一般值
6

200
极限值
2

70

1.2 平面线形设计的设计步骤
1.2.1 平面线形设计的资料
根据任务书所给的设计资料，本次设计为平原微丘区一级公路设计，公路的平面路线图共七段QD~JD1,JD1~JD2,JD2~JD3,JD3~JD4,JD4~JD5,JD5~JD6,JD6~ZD,分别长为839.5m，965.2m，977.2m，955.1m，764.1m，724.1m，752.1m。六条线路的夹角分别为151°，159°，156°，139°，125°，136°。
任务书所给资料中一级公路的设计时速为80km/h，由规范可知，设计年限是20年。因为是在平原微丘区，所以地质环境、水文环境和气候环境都不会恶劣，在设计中除特殊段需要特殊考虑，大多都是普通处理措施。

1.2.2平面线形的数据确定
上文所述，平面线形设计中就是直线、圆曲线和缓和曲线三个要素。在设计前先确定它们的相关数据，有利于设计的完成。
圆曲线半径大小由计算做参考。查表资料知u=80km/h，=0.13，i=0.02（路面采用2%横坡），计算得最小半径R=458m 满足公路圆曲线最小半径一般值要求400m。我在实际设计中情况允许下适当的增大了，这样更加有利行车安全，下文有详细介绍。
对于缓和曲线的长度计算用到了公式。根据设计资料u=80，t=3 =66.67 不满足缓和曲线最小长度要求，故取最小为80m。和圆曲线一样，在实际设计中情况允许下可以适当的增大。
1.3平面线性设计成果
1.3.1公路逐桩坐标确定
根据任务书所给设计的线形图，我用纬地软件首先确定公路的走向和逐桩坐标，坐标从K0+000到K5+886.469。详见附图1－1 一级公路路线图。
1.3.2公路平曲线设计
公路的逐桩坐标确定后，根据上述的数据在纬地软件上进行平曲线设计，设计过程中要注意数据的限制和相关处理。
Ⅰ.在JD1处综合考虑后选用直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线的形式
设计取R为600m 前后缓和曲线半径为90m得到JD1处的平曲线，长度为394.0m满足平曲线最小长度140m的要求。
Ⅱ. J同J一样，设计取R为550m 取前后缓和曲线半径为90m，得到JD2处的平曲线，长度为297.9m符合平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为614.4m，符合反向曲线间直线最小长度2u即160m的要求。
III. JD3设计取R为550m 取前后缓和曲线半径为90m，得到JD3处的平曲线，长度为312.9m符合平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为668.7m满足同向曲线间直线最小长度6u的要求。
IV. JD4 设计取R为600m 取前后缓和曲线半径为100m，得到JD4处的平曲线，长度为526.4m符合平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为524.1m满足反向曲线间最小直线长度2u的要求。
V. JD5处拐角大圆曲线半径过大会导致相邻拐点间直线长度过短，试取R为450m，取前后缓和曲线长度为80m得到JD5处的平曲线，长度为513.8m满足平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为215.4m满足反向曲线间最小直线长度2u的要求。
VI. JD6同JD5情况类似，取R为500m，取前后缓和曲线长度为90m得到JD6处的平曲线，长度为475.0m满足平曲线最小长度要求，两拐点间的直线长度为200.5m满足反向曲线间最小长度要求。
1.3.3平面线形设计的表格与图纸
平面线形设计完成后，绘制出了设计公路的路线图，路线图包括了里程桩号、圆曲线半径与长度、缓和曲线长度与公路的布局。详见附图1 一级公路路线图。路线图是直观表现公路情况，详细的数据是用表格记录。平面线形设计后，制出公路线性的直线、曲线与转角表和逐桩坐标表。详见附表1 直曲表和附表2 逐桩坐标表。

第二章 纵断面设计
沿着公路中线竖直方向剖切然后再展开得到的图形即为路线纵断面。由于受到周边环境、地形地物的影响以与经济性要求，路线纵断面总是一条连绵起伏的空间线。纵断面线形设计主要任务是确定纵断面中线形的尺寸、几何位子等等，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。纵断面设计应根据道路的等级、修建道路的目的并且要充分结合周边环境、地形地物等特点，考虑路基排水等的要求，对纵坡的大小、长短、前后纵坡情况、竖曲线半径大小以与与平曲线线形组合关系进行设计。
2.1 纵断面设计约束条件
与平面线形设计一样，纵断面设计主要也是公路的线形设计，纵断面设计是公路在不同高程上定点定线，纵断面设计主要注意的是公路的纵坡，在考虑纵坡之后还要考虑施工的填挖方工程量，具体设计原则如下。
2.1.1纵断面设计的原则
1． 纵面线形应与地形相适应，线形不能有断开的现象而且是一条圆顺的线从而保
证行驶安全。
2． 在尽可能使挖填平衡的基础上做到纵坡圆滑、平顺，有起有伏，变化和缓同时坡长和竖曲线的长度也要做到合理。
3． 平面与纵断面组合设计应满足：
4． 视觉要连续，道路能自然而然的引导视线。
5． 平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。
6． 平、纵线形的技术指标大小应均衡，避免产生不必要的浪费。
7． 合成坡度要合理，为的是有利于路面的排水以与行车的安全。
8． 与道路两旁的自然景色相互协调相互配合，这样不会使驾驶员在长时间驾车时感到太累，同时也能自然的引导驾驶员的视线。
2.1.2公路纵坡
纵坡指的是路线纵断面上同一坡段两点间的高差与其水平距离之比，以百分率表示。
2.1.2.1公路纵坡的限制

道路纵断面上的坡度线，一般由许多折线组成，当车辆遇到折线的时候，因为高差自然会产生颠簸，当线形凸起的时候，会影响驾驶员的视野，满足不了行车视距的要求，危害车辆行驶安全；当线形凹下去的时候，车辆行驶方向突然改变，不仅降低了行车的舒适性，严重时会产生失重或超重现象，由于猛然增加的向下的离心力作用，很容易破坏车架下的弹簧而发生车毁人亡等交通事故。
汽车在陡坡上行驶，行驶速度严重降低如果此时坡长又很长的情况下必然引起汽车水箱中的水温度过高，汽车可能发生熄火等情况，还有在过陡的坡度上汽车很容易打滑影响行车安全。
由于公路纵坡的大小对公路的通行能力与驾驶的安全性影响很大，所以国家规定了公路的最大纵坡。制定最大纵坡的依据有车辆类型、设计速度和自然条件，《标准》规定的最大纵坡如下表：
表格 2–1 公路最大纵坡
设计速度（km/h)
120
100
80
60
40
30
20
最大纵坡（%）
3
4
5
6
7
8
9
最大纵坡有限制，最小纵坡也是有限制的，之所以考虑最小纵坡是为了有利于公路的纵向排水。若是公路太过平坦，容易造成路面雨水排水不畅，从而伤害公路，规定，一般公路的最小纵坡为0.3%。
2.1.2.2纵坡的设计原则
1 纵坡设计必须满足《标准》的有关规定。
2 纵坡应当圆缓，避免陡坡、反坡的情况。
3 纵面线形应连续、平顺并重视纵面线形的组合，纵面线形组合应注意以下几点：
4 在短距离内避免线形连续多次起伏，因为这样会造成颠簸并且影响视距。
5 避免“凹陷路段，使驾驶员视觉不适，影响行车速度和安全。
6 在较长的连续上坡路段，纵坡应至下往上越来越缓。
7 纵坡变化小时，最好采用较大的竖曲线半径。
8 纵面设计时应注意与平面线形相协调，尽量作到“平包竖”。
9 纵坡设计应争取填挖平衡，这样可以降低工程成本，避免照成劳动力的浪费。
2.1.2.3 最大坡长
过长的陡坡对于车辆的行驶不利，连续的上坡会使发动机过热影响汽车的行驶性能，过长的下坡必然需要频繁的制动从而威胁车辆的行车安全，所以必须对最大坡长加以限制。《标准》规定的最大坡长如
表格 2–2 公路纵坡最大坡长
设计速度（km/h）
12

0
20
纵坡坡度
3
9

200

4
7

00
5

6

900
1000
6

5

800
7

500
500
600
8

300
300
400
9

200
300
10

200

2.1.3 竖曲线
竖曲线是指在线路纵断面上，以变坡点为交点，连接两相邻坡段的曲线称为竖曲线。公路纵断面线形常采用直线(又叫直坡段)和竖曲线两种线形，二者是纵断面线形的基本要素。竖曲线有凸形和凹形两种。
　　在道路纵断面上两个相邻纵坡线的交点，被称为变坡点。为了保证行车安全、舒适以与视距的需要，在变坡处设置竖曲线。竖曲线的主要作用是：缓和行车动量变化而产生的冲击作用，使车辆平稳行驶，确保道路纵向行车视距；将竖曲线与平曲线恰当地组合，有利于路面排水并且能自然而然的引导视线。
竖曲线技术指标主要有竖曲线半径和竖曲线长度。凸形的竖曲线一般情况下很难满足对视距的要求，所以必须选择足够大的竖曲线半径来保证行车安全。凹形的竖曲线有利于驾驶员获得足够的视距，但此时车辆会因为离心力产生附加重量，所以我们需要对该情况下的竖曲线半径加以控制以保证行车的平顺和舒适。
表格 3–3 公路竖曲线半径与最小长度
设计速度（km/h）
12

0
20
凸形竖曲线
半径（m）
一般值
17

200
极限值
11

100
凹形竖曲线
半径（m）
一般值
6

0
极限值
4

1

0
竖曲线最小
长度（m）
一般值
25

0
60
50
极限值
1

5
20

2.2纵断面设计步骤
2.2.1纵断面设计的资料
任务书所给的地面高程图与图中的相关高程数据最低高程65.7m，最高处为桩号K3+450处，高程是95.3m。高程的详细数据已知。
2.2.2纵断面设计的数据要求
首先要确定道路的纵坡要符合国家规定，纵坡最大不能超过5%，最小也不能低于0.3%。我在设计时需要控制纵坡在这一范围内。其次是竖曲线的半径需要满足要求，不能低于极限值，本人设计时都超过了一般值，满足要求，最后是竖曲线的长度要求，也要满足要求，
2.3纵断面设计成果
根据高程数据，本人在纬地道路软件中输入高程数据，生成高程图，之后用纬地软件在高程图上选线，选线时确定坡长不能超过设计要求，纵坡坡度要控制在0.3%—5%之间。选线时候除了要考虑纵坡坡度的影响，还要考虑沿路施工时候填挖方的工程量，我们选线尽量做到填挖平衡。
选线完成后，在边坡点处加竖曲线，本设计共有六个边坡点，其中四个凸型竖曲线，两个凹形竖曲线。凸型竖曲线中半径最小为7500m，满足最小4500m的要求，凹形竖曲线中最小半径为10000m，满足最小3000m的要求。竖曲线长度最小的是143m，也超过了极限值，接近一般值170m。同样满足要求。
纵断面设计完成后，绘制出公路的纵断面图，包括了纵断面的路线、高程与竖曲线等信息。得到纵坡、竖曲线表，里面的数据详细介绍了公路纵断面设计的成果。详见附表3。

第三章 横断面设计
公路的横断面是指中线上各点的法向切面，包括横断面设计线和地面线。横断面设计线由路肩，分隔带，边沟边坡，行车道，截水沟，护坡道，以与取土坑等组成。高速公路和一级公路上还有变速车道，爬坡车道等。而地面线是表现地面起伏和变化的线，一般通过现场实测等途径获得。路线设计中所讨论的横断面设计只限于与行车直接相关的那一部分，即各组成部分的宽度，横向坡度等问题。
3.1 横断面设计的原则
1从经济性和实用性两方面出发，结合公路的等级和周边自然环境等条件，充分考虑施工、养护等各方面情况，从实际出发，严格按照要求进行设计。
2设计路基时不仅要做好路基本身的设计包括路基横断面形式和边坡坡度，还要充分考虑到排水与边坡加固，二者相结合确保路基的稳定。
3应结合路线和路面进行设计。当实地情况不适合修筑公路时，例如地下土质松散，强度低或者有高填深挖的边坡应该改线或者设置防护工程，具体情况具体分析，在保证工程质量的前提下这可能选择节约成本的方案。
4当公路含有河流冲击的路段时，必须做好防护措施。
5当路基设计标高不得已受限时，路基可能会受到水的侵害，这种情况下就必须采取一些措施避免水都路基造成破坏。例如可以采用水稳定性好的材料进行填筑或者做好完善排水设施增加隔水层等。
6路基设计尽最大可能不破坏原有的自然环境与农田，防止打破其生态平衡。
3.2 横断面设计要素
3.2.1路拱坡度
根据规范，一级公路沥青混凝土与水泥混凝土路拱坡度均为1~2%，故取路拱坡度为2%；路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%~2%，故取路肩横向坡度为3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。
3.2.2路基边坡坡度
本设计路段属平原微丘区，路堑边坡多为土质边坡，根据《公路路基设计规范》路堑边坡采用1：0.5，在某些路段挖方较高，所以路堑边坡做成了二级台阶式，并采用了1：0.75的变坡。本设计路段路基填土为粘性土，根据《公路路基设计规范》路堤边坡，当H<8m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1：1.5设计。在某些路段填方较高，所以设置了挡土墙，保证路基稳定。
3.2.3边沟设计
查《公路路基设计规范》得边沟横断面形式一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为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。本设计路段采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，内侧边坡坡度为1：1。
3.2.4加宽设计
在玩道上行驶的汽车由于惯性车体多多少少会向外侧漂移，所以我们在弯道外侧要适当的加宽道路。同样道理，汽车在弯道行驶当中其后内轮的半径永远最小，为了防止车辆滑出轨道我们也需要在弯道内测设置加宽。
我国《规范》规定，平曲线半径等于或小于250m时，应在平曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值查表可得。一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。

为了使路面和路基均匀变化，设置一段从加宽值为零逐渐加宽到全加宽的过度段，称之为加宽缓和段。加宽的设置也要求平和不能太突兀，例如直线到曲线的加宽过渡时宽度要缓缓过渡与加入加宽缓和短。设置回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段的长度应采用与回旋线或超高缓和段长度相同的数值，布设在加宽缓和段上，路面具有逐渐变化的宽度。不设回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率为1：1.5且不小于10米的设置要求。
3.2.5超高设计
当车辆行驶在弯道上时会产生离心力将汽车往外侧拉，此时我们将公路路面做成外侧高于内测的形式，这样可以依靠汽车自重产生的分力抵消离心力从而保证车辆的安全以与平稳。如果一辆汽车匀速行驶在圆曲线上那么它的离心力是一定的而当其行驶在曲率逐渐变化的缓和曲线上时它的离心力是渐变的所以我们能得到以下结论：超高横坡设置在圆曲线路段上时应该是与圆曲线半径相关联的固定值，为一全程高，当在缓和曲线上设置超高时超高横坡是逐渐变化的。
在通常的公路实际施工中，路面的超高横坡以与路拱横坡很难用具体的坡度来衡量，我们采用道路中线和路基，路面边缘相对于路基设计高程的相对高差来控制的。因此，在设计中为便于施工，应计算出路线上任意位置的路基设计高程与路肩与路中线的高差。所谓超高值就是指设置超高后路中线，路面边缘与路肩边缘等计算点与路基设计高程的高差。
超高《规范》规定：设计车速为80km/h的一级公路的最大超高值为10％。本设计选用超高为8%。
超高的过渡方式应根据地形、车道数、中间带宽度、超高横坡度大小，从有利于路面排水、路面同地面或构造物的协调，以与路容美观等因素进行选择。按其旋转轴在公路横断面组成中的位置可分为几种情况。无中间带的公路：①绕路面内边缘旋转；②绕中线旋转；③绕路面外边缘旋转。有中间带的公路：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。本设计我选择绕中间带的中心线旋转的方式来进行超高的过渡。

第四章 路基与排水等附属设施设计
路基路面以与排水等公路的附属设施都可以定义为公路的横断面设计，所以路基与排水等附属设施设计没有完成的情况下，横断面设计就没有完成，继而横断面的设计成果也无法得到。
4.1路基设计
路基指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，它是一条公路的基础，不仅承受着来自各方面物理压力的作用还受到水的冲刷和侵蚀，这就要求填筑路基的材料必须具有一定的强度和稳定性。通常路基用土或者石料修筑而成。
4.1.1路基横断面布置
由横断面设计，查《标准》可知，一级公路，且根据交通量设计为双向四车道。路基宽度为24.5m，其中路面跨度为16.0m，设置中央分隔带硬路肩宽度为1.5×2=3.0m，土路肩宽度为1×2=2.0m。；路面横坡为2%，土路肩横坡为3%
4.1.2路基边坡
由横断面设计查《公路路基设计规范》可知本一级公路路基边坡由于路基填土高度均小于10m，且采用1：1.5的坡度，且由于该段公路非高填土，故不需要进行边坡稳定性验算。路堑开挖均小于15米，由规范采用1：0.5的边坡故不需要进行边坡稳定性验算。
4.1.3路基压实标准
路基压实采用重型压实标准，压实度应符合《规范》要求：
表格 4–1 路基压实度
填挖类别
路面以下深度（m）
路基压实度
一级公路
零填即挖方
0~0.30
0.30~0.80

≥95
填方
0~0.30
0.30~0.80
0.80~1.50
1.50以上
≥95
≥95
≥94
≥92
4.1.4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。
4.1.5路床处理
1路床的好坏直接影响到公路的稳定性，所以要求路床必须具有一定的强度、密实度。如果上路床的强度不符合要求时，可以采取晾晒等措施进行处理。
2挖方地段的路床为岩石或土基良好时，可直接利用作为路床，并应整平，碾压密实。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。
3填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理
基底土密实，地面横坡缓于1：2.5时，路基可直接填筑在天然地面上，地表有树根草皮或腐殖土土应予以处理深除。当陡于1：2.5时，地面须挖成阶梯式，梯宽2.0m，并做2%的反坡。
路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时，应采取拦截，引排等措施，或在路堤底部填筑不易风化的片石，块石或砂、砾等透水性材料。
水稻田，湖塘等地段的路基，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰与其它加固措施进行处理，当为软土地基说，应按特殊路基处理。
3.1.6路基防护
1 路基填土高度H<3m时，采用草坪网布被防护，为防止雨水，对土路肩边缘与护坡道的冲刷，草坪网布被在土路肩上铺入土路肩25cm，在护坡道上铺到边沟内侧为止。而对于高等级道路，则采用六角形空心混凝土预制块防护，本段公路采用六角形空心混凝土预制块。
2 路基填土高度H>3m时，采用浆砌片石衬砌拱防护，当3≤H≤4m时，设置单层衬砌拱，当4＜H≤6m时，设置双层衬砌拱，拱内铺设草坪网布被为保证路面水或坡面水不冲刷护坡道，相应于衬砌拱拱柱部分的护坡道也做铺砌，并设置20号混凝土预制块至边沟内侧。20号混凝土预制块的规格分为两种，拱柱与护脚采用5cm×30cm×50cm的长方体预制块，拱圈部分采用5cm×30cm×65cm的弧形预制块（圆心角30度，内径125cm，外径130cm），预制块间用7.5号砌浆灌注。
3 路线经过河塘地段时，采用浆砌片石满铺防护，并设置勺形基础，浆砌片石护坡厚30cm，下设18cm砂垫层，基础埋深60cm，底宽80cm，个别小的河塘全部填土。
4 路堑路段边坡为1：0.5，按规范采用浆砌片石防护。
4.2路基路面排水设计
4.2.1路基排水设计
路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水和急流槽，各类地段排水沟应高出设计水位0.2m以上。
边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为1:1，边沟的深度为0.6m，边沟纵坡宜与路线纵坡一致，边沟采用浆砌片石，水泥混凝土预制块防护，截水沟横断面采用梯形，边坡采用1:1，深度与宽度为0.6m。水流通过陡坡地段时可设置跌水等或急流槽，应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑，边墙应高出设计水位0.2m以上，其横断面形式为矩形，槽底应做成粗糙面，厚度为0.2~0.4m，混凝土为0.1~0.3m，跌水的台阶高度可采用0.3~0.6m，台面坡度应为2%~3%，急流槽纵坡不宜陡于1:1.5，急流槽过长时应分段修筑，每段长度不宜超过10m。
4.2.2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，主要由急流槽，路肩排水沟和截水沟组成。
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。
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与构造物附近，并考虑到地形、边坡状态与其它排水设施的联接。
4.3挡土墙设计
本设计的一级公路路基边坡由于路基填土高度均小于10m，且采用1：1.5的坡度，且由于该段公路非高填土，不需要进行边坡稳定性验算。路堑开挖均小于15米，由规范采用1：0.5的边坡，不需要进行边坡稳定性验算。由于公路主线位于平原微丘区，填挖方也不是很大，不需要过山开挖也不需要高填路堤，一般的边坡加固即可，无需设置挡土墙。
4.4横断面设计成果
第三章完成了常规横断面设计，第四章完成了路基与排水等附属设施的设计，这样就可以汇总横断面设计成果。
路基宽24.5m，边坡为1：1.5和1：0.5的坡度，边沟排水采用梯形边沟。完成这些，可以绘制出路基横断面图，详见附图。接着制出路基设计表、边沟排水沟设计表和路基超高加宽表。详见附表4、附表5和附表6。
最后结合纵断面设计，可以确定公路施工的土石方量，制出土石方计算表，详见附表7。

第五章 路面结构设计
与沥青混凝土路面相比较水泥混凝土路面对温度不敏感，这样有利于路面的稳定性和耐久性，沥青路面的水稳定性和热稳定性差，在多次碾压后难免产生老化、裂缝等病害，而水泥路面具有很高的抗压强度以与抗磨耗能力，水稳定性和热稳定性均比沥青路面好，而且其强度随着时间的推移在车辆荷载的多次反复作用下会越来越强不存在沥青路面的老化病害现象。所以综合两类路面的使用性能和技术性能的差异最后选用水泥混凝土路面作为本一级公路的路面类型。
5.1交通量计算
任务书所给设计资料如下
表格 5–1 交通量分配预测表
特征年
客车
货车
其它机动车
2

543
2

729
2

908

表格 5–2 各车型交通量所占比例
客车
红旗CA630
35%
武汉WH644B
30%
黄海DD690
35%
货车
江淮HF140A
30%
解放CA30A
30%
长征CZ361
40%
由上面特征年的交通量增长，计算出，2010到2020年车辆从5778辆增加到9093辆，假设这十年是均匀的增长率，那么每年的增长率是46%，从2020年到2030年车辆增长到11957辆，同样的思路，这十年的年增长率是2.8%，由于HPDS2003A软件默认的一级公路路面设计年限是30年，上述数据无法得到，从安全角度考虑，我最后十年年增长率取值为5%。
5.2路面设计的相关数据确定
路面结构我采用单层钢筋混凝土面层，由于是一级公路，变异水平等级取中等，在目标可靠度为90%的情况下，可靠度系数我取1.20，车辆轮迹横向分布系数取值0.22。
钢筋混凝土面层的配筋，纵向钢筋种类和横向钢筋种类都采用Q235，且直径都为8mm。
5.3路面结构的设计步骤
路面结果使用HPDS2003A软件设计，首先确定了一级公路且采用单层钢筋混凝土面层结构，变异水平等级为中等，可靠度系数我取1.20。如下图5-1：
图表 51 单层钢筋混凝土面层设计窗口

之后进行车辆的类型计算输入和交通量的输入计算，如下图5-2和5-3

图表 52 交通量增长输入窗口

图表 53 交通量与车辆参数输入窗口

再后进行钢筋混凝土面层的配筋计算：如下图5-4所示：
图表 54 钢筋混凝土路面配筋输入窗口

完成了钢筋混凝土面层的配筋计算后，是最后一步，即水泥混凝土路面基（垫）层的计算，如下图5-5所示：

图表 55 水泥混凝土路面砂（垫）层窗口

这样，单层钢筋混凝土路面面层结构设计完成。最后检验计算数据是否符合规定。

5.4路面结构设计成果
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 : 一级公路
变异水平的等级 : 中 级
可 靠 度 系 数 : 1.2
面 层 类 型 : 钢筋混凝土面层

序 路 面 行 驶 单轴单轮 轴载 单轴双轮 轴载 双轴双轮 轴载 三轴双轮 轴载 交通量
号 车 辆 名 称 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重 组的个数 总重
(kN) (kN) (kN) (kN)
1 单后轴客车 1 19.3 1 27.9 0 0 0 0 2052
2 单后轴客车 1 30.6 1 62.1 0 0 0 0 1759
3 双后轴客车 1 56 2 104 0 0 0 0 2052
4 单后轴货车 1 18.9 1 41 0 0 0 0 1555
5 双后轴货车 1 29.5 1 36.75 1 36.75 0 0 1556
6 双后轴货车 1 47.6 1 63 1 90.7 0 0 2074
7 其他车 2 30 0 0 0 0 0 0 908

序号 分段时间(年) 交通量年增长率
1 10 4.6 ％
2