道路工程毕业设计计算书

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；

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 (21)

3.2.1 破裂面计算 (21)

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 (22)

3.3 墙身截面性质计算 (22)

3.3.1 截面面积 (22)

3.3.2 各截面重心到墙趾的水平距离 (22)

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： (23)

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 (25)

3.4.6 正截面直接受剪验算 (26)

第四章排水设计 (26)

4.1 气候与地质条件介绍 (26)

4.2 边沟的设计 (27)

4.3 设计流量的确定与验算 (27)

4.3.1 计算汇水面积和径流系数 (27)

4.3.2 计算汇水历时 (28)

4.3.3 计算降雨强度 (28)

4.3.4 计算设计径流量 (29)

4.3.5 汇流历时检验 (29)

4.3.6 冲淤检验 (29)

第五章水泥混凝土路面 (31)

5.1 水泥混凝土路面设计总则 (31)

5.2 结构组合设计原则 (31)

5.2.1路基 (31)

5.2.2 垫层 (31)

5.2.3 基层 (32)

5.2.4 面层 (32)

5.2.5 路肩 (32)

5.3 交通量计算 (33)

5.4 交通参数分析 (34)

5.5 方案设计与验算 (34)

5.5.1 方案一 (34)

5.5.2 方案二 (40)

5.5.3 方案三 (47)

5.6 水泥混凝土路面结构设计及方案比选原则与总结 (53)

第六章沥青混凝土路面设计 (55)

6.1 据交通量确定累计标准轴次 (55)

6.2 方案一：半刚性 (57)

6.2.1 假定路基为干燥状态 (57)

6.2.2假设路基为中湿状态 (59)

6.2.3假设路基为潮湿状态 (61)

6.3.方案二：柔性基层 (63)

6.3.1：假设路基为干燥状态 (63)

6.3.2：假设路基为中湿状态 (65)

6.3.2：假设路基为潮湿状态 (67)

6.4方案三：组合路基 (69)

6.4.1：假设路基为干燥状态 (69)

6.4.2：假设路基为中湿状态 (71)

6.4.3：假设路基为潮湿状态 (72)

6.5.1 基层比选： (74)

6.5.2 面层比选 (75)

6.5.3经济上比较 (76)

6.5.4 沥青路面方案比选表 (77)

第七章程序设计 (79)

外文文献译文 (81)

参考文献 (81)

致谢 (82)

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1α=42o53ˊ05.3〞(右)；曲线总长

m R L L 48.998180=?

??=

=π

α圆总；Ls=250m 。

计算：

β0=28.6479×Ls/R=7.162，q=Ls/2=125m ，p=Ls2/24R=2.604m ， 外距m R R E 158.772

sec

=-?=α

；

曲线总长L h =(α-2β0)Rπ/180+2Ls =998.481 切线长；T=(R+p)×tgα/2+q =518.707 切曲差m L T J 634.382=-=总。 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+L S1= 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+L S1= K178+095.494 圆直点桩号为YZ=ZY+Ls= K178+345.494。

1.1.3 逐桩坐标表

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 1=21000m ，i 1= 2.209%， i 2= -0.748%，为凹形曲线；

第2变坡点：K176+980，高程：445m ，竖曲线半径R 2=10000m ，i 1=-0.748%，i 2=2.166%，为凸形曲线；

第3变坡点：K177+857.213，高程：464m ，竖曲线半径R 2=30000m ，i 1=2.166%， i 2=-0.623%，为凸形曲线；

计算得：

竖曲线一：0%847.11212>+=-=i i w ，为凸形曲线，曲线长m w R L 008.6181211=?=；切线长m L T 310.504211==；外距m R T E 2.29621

2

11==。 竖曲线二： 同理求得：曲线长切线长L 2=291.366m ；T 2=145.683m ，外距E 2= 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 1=K175+685.575； 终点桩号= K175+685.575＋T 1=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；

2

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kpa C 251=，填土容重

31/18γm kN =，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

BL

NQ

h γ=

0 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

h 0=0.8238m H = 19.03

其中h 0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：

ai

ti

i ti i ti i m tg Q W b c K ?)(++=

i i ai a k

a m cos tan sin +=

?

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K 1 值，代入公式的右边，计算出K 2；再将K 2 代入公式的右边，计算出K 3 ……，如此反复迭代，直至K n+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。

表2-1

16/ 83

表2-2

17/ 83

表2-3

18/ 83

表2-4

19/ 83

第三章挡土墙设计

3.1 设计资料

挡土墙是支撑路基填土或山坡土体，防止填土或土体变形失稳的构造物。为了收缩边坡坡脚，防止陡坡路堤下滑，设置路堤挡土墙，同时也避免与其它建筑干扰或者多占农田。设计验算挡土墙时需要计算其所受土压力，一般为主动土压力。而库伦理论本来只考虑不具有粘聚力的砂性土的土压力问题。当墙后填料为粘性土时，土的粘聚力对主动土压力的影响很大，因此应考虑粘聚力的影响。采用等效内摩擦角：通常将内摩擦角φ和单位粘聚力c，换算成比φ值大的等效内摩擦角φD，按砂性土的公式来计算土压力。但是影响土压力数值的因素是多方面的，不能用上述方法确

定一个固定的换算关系或固定的换算值。用上述方法换算的内摩擦角，只

与某一特定的墙高相适应，对于矮墙偏于安全，对于高墙则偏于危险。

3.1.1墙身构造

本设计任务段中K178+100～K178+220的左侧设置了俯斜式路堤挡土墙，以收缩坡脚，减少占地，减少填方量，增强路基的稳定性，现取K178+180截面的左侧进行挡墙设计计算，其断面尺寸如图3-1所示：

拟采用浆砌片石俯斜式路堤墙，墙高H=9.4米，墙顶填土高a =3m，顶宽2.8米，底水平宽5米，墙背府斜，坡度为1：0.2故(a=arctan (0.2/1)=11.94°)，墙面垂直，基底倾斜，坡度为1：5故(a0=arctan(0.2)= 11.31°)，路基边坡角β=33.69°故b=4.5m。设计荷载公路I