毕业设计（论文）江西永修至武宁高速公路某段施工图设计.doc

江西永修至武宁高速公路某段施工图设计设计说明书一、 本公路建设意义本设计公路为江西省永修至武宁（庐山西海）旅游高速公路。该公路东起福银高速公路昌九段，西连大广高速公路武吉段，全线位于庐山西海风景名胜区北岸，是沟通福银高速公路、庐山西海高速公路、大广高速公路的一条地方加密高等级公路，策应鄱阳湖生态经济区建设，发展环鄱阳湖区域旅游产业，完善赣西北地区公路布局，提高交通基础设施水平，带动赣西北区域经济社会的发展，建设永修至武宁（庐山西海）旅游高速是非常必要的。二、 公路等级确定及技术标准论证1、 公路等级确定（1）交通量换算根据“公路工程技术标准”各种车型的折算系数为小客车1.0、中型车1.5、大型车2.0、拖挂车3.0车型实际交通量（辆/日）折算系数换成小客车交通量（辆/日）大客车7002.01400解放CA3407101.51065东风EQ1405401.5810黄河JD1509502.01900小汽车35001.03500合计=8675根据“道路勘测设计”，交通换算公式为Dd=N0(1+r)n+1；式中： Nd 规划交通量（辆/日）；N0起始年平均日交通量（辆/日）；r年平均增长率（%）；n设计年限（年）；Nd=8675（1+0.1）15-1=32943.3（辆/日）（2）道路等级确定根据交通量换算和设计路段地形图，并查设计规范得该公路等级为高速公路，设计速度为100km/h，车道为双向四车道。2、 技术标准确定通过查“公路工程技术标准”，该公路的各项技术标准取值如下：（1）设计速度：100km/h；（2）路基宽度：整体式路基：26m,其横断面布置为：0.75m(土路肩)+3m(硬路 肩)+2×3.75（行车道）+0.75m（路缘带）+2.0m（中央分隔带）+0.75m（路缘 带）+2×3.75（行车道）+3m(硬路肩) +0.75m(土路肩)；（3）路面采用沥青混凝土路面，设计年限15年；（4）汽车荷载：公路-I级。三、 方案比选说明本次设计选用有地形图的纸上选线方法。该公路位于赣西北地区，属于丘陵地区。丘陵地区根据三类地形地带相应地进行三种布线方式：平坦地带走直线；较陡横坡地带走匀坡线；起伏地带走直线和匀坡线之间。在选线中，选用了两种方案比选如地形图所示。但由于方案在一个弯道上会穿过大量的房屋建筑，且填挖较多，直线最小长度满足不了要求，而方案平均圆曲线半径较大，因此综合考虑下，选用方案。四、 路线平面设计平面线形的几何要素为直线、圆曲线和缓和曲线。1、平面设计一般要求通过查“公路路线设计规范”，对于高速公路，设计时速100km/h，采用如下指标：对于同向圆曲线间直线最小长度为600m；对于反向圆曲线间直线最小长度为200m；圆曲线一般最小半径700m；路拱=2%时，不设置超高的最小半径为2500m；缓和曲线一般最小长度为120m；2、平曲线设计因此在整个路线中，共设置9个弯道，其中最小半径为700m，最大半径为2600m，设计中并包含一个反向曲线。五、 路线纵断面设计纵断面设计的几何要素为直坡线和竖曲线。1、纵断面设计一般要求依据道路勘测设计，对于时速100km/h：公路最大纵坡为4%，而为满足纵向排水的需要，公路最小纵坡一般不宜小于0.5%；当设计纵坡坡度为3%，公路的最大坡长为1000m；公路的一般最小坡长为350m；对于凸形竖曲线，半径一般值为10000m，竖曲线长度一般值为210m；对于凹形竖曲线，半径一般值为4500m；2、平纵组合设计此外，平纵组合设计是公路设计中应着重考虑的问题，平纵线形组合的基本要求：平曲线和竖曲线相应重合，且平曲线应稍长于竖曲线；平曲线和竖曲线的大小应保持均衡当平曲线缓而长，纵断面坡差较小时，可不要求平、竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线。选择合适的合成坡度3、竖曲线设计因此在整个路线中，共设置5个竖曲线，其中凸曲线最大半径12000m，最小半径9200m，凹曲线最大半径13000m，最小半径12300m，纵坡最大坡度2.6%，最小坡度0.5%，直坡段最长为1990.9m,最小为616.4m。六、 路线横断面设计1、路基横断面布置查“公路工程技术标准”得：路基宽度为26m，其整体横断面布置为：0.75m(土路肩)+3m(硬路肩)+2×3.75（行车道）+0.75m（路缘带）+2.0m（中央分隔带）+0.75m（路缘带）+2×3.75（行车道）+3m(硬路肩) +0.75m(土路肩)；路面横坡为2%，土路肩横坡为4%。2、路基边坡通过查“公路路基设计规范”，本公路路基填土高度均小于15m，路基边坡采用1：1.5设计。3、公路用地宽度“公路路基设计规范”要求公路用地宽度的界限为公路路堤两侧排水沟外边缘以外不小于1m范围内的土地；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m。因此此处设置为3m。4、特殊路基处理路基河塘地段，先围堰，进行放水或排水挖除淤泥，然后将原地面开挖成台阶状，台阶宽1.0m，内倾3%，并回填5%石灰土至原水面（标高按1.0m来控制），路基底部30cm采用5%石灰土处理，路床顶面以下080cm采用7%石灰土处理。5、超高加宽设计该路线设计时采用最大超高为6%，采用线性渐变并绕中央分隔带边缘旋转，土路肩随行车道一起超高。而对于该路面不设置加宽。6、路基防护对于该公路，通过查“公路路基设计规范”，路基防护工程设计要求为：路基填土高度H<3m，采用草坪网布被防护，为防止雨水，对土路肩边缘及护坡道的冲刷，草坪网布被在土路肩上铺入土路肩25cm，在护坡道上铺到边坡内侧为止。而对于高等级道路，则采用六角形空心混凝土预制块防护。因此本段公路采用六角形空心混凝土预制块。路基甜苦高度H>3m时，采用浆砌片石衬砌拱防护，当3H4m时，设置单层衬砌拱，当4H6m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，拱柱及护脚采用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°，内径125cm，外径130cm），预制块间用7.5号砌浆灌注。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10cm砂垫层，基础埋深60cm，底宽80cm，个别小的河塘全部填土。桥梁两端各10cm及挖方路段采用浆砌片石满铺防护，路基两侧边沟全部浆砌片石满铺防护，厚25cm。7、土方调配根据道路勘测设计，土方调配原则为：在半挖半填的断面中，应首先考虑在本段路段内移挖作填进行横向平衡，然后再做纵向调运，以减少总的运量；土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不做跨越调运，同时尚应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土；为了调配合理，必须根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，分析工程用土是调运还是外借；土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃土和借方占地，赔偿青苗损失及对农业生产的影响；不同的土方和石方应根据工程需要分别进行分配，以保证路基的稳定和人工构造物的材料供应；位于山坡和上的回头曲线路段，要优先考虑上下线的土方竖向调运；土石方调配对于借土和弃土应事先同地方商量，妥善处理。七、路线排水设计1、路基排水设计路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跃水井和急流槽，各类地段排水沟应高出设计水位02m以上。边沟横断面采用矩形，高速公路的边沟的深度不应小于0.6m，边沟纵坡宜与路线纵坡一致并不宜小于0.5%，边沟可采用浆砌片石，水泥混凝土预制块防护，高速公路当采用M7.5的砂浆强度，边沟长度不宜超过500m，截水沟横断面可采用梯形，边坡视土质而定，一般采用1:101:1.5，深度及宽度不宜小于0.5m，沟底纵坡不宜小于0.5%，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拧混凝土预制块砌筑，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0.20.4m，混凝土为0.10.3m，跃水的台阶高度可采用0.30.6m，台面坡度应为2%3%，急流槽以纵坡不宜陡于1:1.5，急流槽过长时应分段修筑，每段长度不宜超过10m。本设计公路边沟和截水沟都采用梯形。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，主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成以及中央分隔带排水设施组成。查“公路排水设计规范”，得路面排水设计要求如下：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。拦水带可采用水泥混凝土预制块或沥青混凝土筑成，拦水带高出路肩12cm,顶宽810cm。急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m50m为宜，急流槽可设置在凹形曲线底部及构造物附近，并考虑到地形、边坡状态及其它排水设施的联接。中央分隔带排水中央分隔带排水设施由纵向排水沟（明沟、暗沟）、渗沟、雨水井、集水井、横向排水管等组成。在设置超高路段，路面水由中央分隔带排水设施排出，在干旱少雨地区，采用凸形中央分隔带，可设开口明槽，雨水流向下半幅路面排出，开口明槽可采用封闭式，横断面尺寸为高×宽=15cm×20cm，间距宜为35m。中央分隔带纵向排水沟（管）与横向排水管联接时可采用集水井的形式，横向排水管直径一般采用2060cm水泥混凝土管成塑料排水管，管底纵坡不应小于1%，出口应采取防护措施。设置超高段的中央分隔带的排水沟可设雨水井，雨水井的设置间距应根据流量计算确定，一般为1030m。矩形雨水井尺寸采用长×宽×深=60cm×40cm×60cm，边墙采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑。相邻雨水井间用直径2040cm的水泥混凝土管纵向联接，管底最小纵坡不应小于0.3%，雨水井回击雨水可直接排入桥涵或通过横向排水管排出。多雨地区的中央分隔带，表面不作封闭时，可设地下排水渗沟，排水渗沟两侧可用沥青砂、沥青土工布或粘土封闭，排水渗沟顶与路床顶面齐平，渗沟宜采用直径5cm8cm的硬塑料管将水引致路基边坡以外。3、桥梁设计因为设计地形图上有一条宽度为200m左右的河流，且在河岸两侧高程差为8m，因此设计时采用主桥加引桥的方法，在K7+025K7+225处采用4×50m预应力混凝土简支梁桥，在K7+225K7+350处采用5×25m预应力混凝土简支梁引桥。八、路基路面设计计算1、基本资料本公路工程位于赣西北地区，通过查“公路自然区划标准”，为5区，属于江南丘陵过湿区，一月>0,全年平均温度1422，平均最大冻深<10cm，年降水量14002000mm，地表情况为中液限粘性土，细粒岩。路面结构方案是根据交通量对路面结构强度的要求，结合沿线附近可采集到砂、碎石、块石、片石、石灰及粉煤灰等主要材料和气候、水文、地形地质、路基工程特点、筑路材料及施工条件等方面的实际情况，经过技术、经济比较后确定采用沥青混凝土路面，基本情况如下：公路等级：高速公路 路面等级：高级路面设计年限：15年 设计车速：100km/h车道特征：双向四车道 车道系数：0.452、轴载计算路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。计算累计当量轴次：计算公式式中： 以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时的标准轴载的当量次数； 被换算车型的各级轴载换算次数（次/日）； 标准轴载（）； 各种被换算车型的轴载（）；C1轴数系数；C2轮组系数，单轮组为6.4,双轮组为1.0,四轴组为0.38； 被换算车型的轴载级别；车辆Pi(KN)C1C2ni(次/日)小汽车前轴<251135000后轴<251135000大客车前轴48.31170029.53后轴50.22.2170076.84东风EQ140前轴23.7115400后轴69.211540108.86解放CA340前轴22.1117100后轴56.61171059.70黄河JN150前轴49.01195042.67后轴101.6119501017.91合计1335.51注：轴载小于25KN的轴载作用不计。当轴间距离大于3m时，按单独的一个轴载计算；当轴间距离小于3m时，双轴或多轴的轴数系数按下面公式计算：式中： m轴数。根据设计规范，高速公路沥青路面的设计年限为15年，双向四车道的车道系数是0.40.5取0.45，设计初始年平均日交通量N1=5000,年增长率=10%。则累计当量轴次：=.709次3、初拟路面结构由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为697万次左右，属于中等交通等级。根据规范初步拟定两种结构组合方案，其路面组合与各层厚度如下：方案1：3cm细粒式密级配沥青混凝土+5cm中粒式密级配沥青混凝土+6cm粗粒式密级配沥青混凝土+18cm水泥稳定碎石基层+？水泥石灰砂砾土层，以水泥石灰砂砾土为设计层。方案2：4cm细粒式密级配沥青混凝土+8cm中粒式密级配沥青混凝土+12cm密级配沥青碎石+？石灰粉煤灰基层+16cm级配砂砾垫层，以石灰粉煤灰基层为设计层。4、路面材料配合比设计和设计参数的确定各层材料的抗压模量和劈裂强度通过查询“公路沥青路面设计规范”得各层材料的抗压模量和劈裂强度材料名称20抗压模量(MPa)15抗压模量(MPa)劈裂强度(MPa)细粒式密级配沥青土140020001.4中粒式密级配沥青土120018001.0粗粒式密级配沥青土100012000.8密级配沥青碎石120014000.3水泥稳定碎石150035500.225水泥石灰砂砾土100018500.35石灰粉煤灰75024000.25级配砂砾175土基回弹模量的确定该路段处于5区，为中液性粘质土，查相关表的土基回弹模量为40MPa。泊松比为0.35。5、设计指标的确定对于高速公路，规范要求以设计弯沉值作为设计指标，并进行结构层层底拉应力的验算。设计弯沉值该公路为高速公路，路面等级系数Ac=1.0，面层是沥青混凝土路面AS取1.0，方案1为半刚性基层，基层类型系数AB1=1.0；方案2为柔性基层与半刚性基层组合，沥青层较厚，根据工程经验采用内插法确定基层类型系数AB2=1.45。根据路面设计弯沉值公式：ld=600Ne-0.2AcAsAB ld1=600×.709-0.2×1.0×1.0×1.0 =25.675(0.01mm ) ld2=600×.709-0.2×1.0×1.0×1.45 =37.229(0.01mm)各层材料的容许层底拉应力、细粒式密级配沥青混凝土 =2.88 、中粒式密级配沥青混凝土 =2.88 、粗粒式密级配沥青混凝土 、密级配沥青碎石 =2.88 、水泥稳定碎石 、水泥石灰砂砾土 、石灰粉煤灰 6、设计资料总结方案一材料名称 厚度H(cm)20抗压模量(MPa)容许拉应力(MPa)细粒式沥青混凝土31400 0.486中粒式沥青混凝土51200 0.347粗粒式沥青混凝土61000 0.252水泥稳定碎石181500 0.114水泥石灰砂砾土？ 10000.137土基40该结构为半刚性基层，沥青路面的基层类型系数为1.0，设计弯沉值为25.675（0.01mm）相关资料汇总如下表：利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥石灰砂砾土层的厚度为21.7cm；满足层底拉应力要求的水泥石灰砂砾土层厚度为24.6cm。设计厚度取水泥石灰砂砾土层为25cm。路表计算弯沉为25.44（0.01mm）。方案二该结构为柔性基层与半刚性基层组合，沥青层较厚，根据工程经验采用内插法确定基层类型系数AB2=1.45。设计弯沉值为37.229（0.01mm）相关资料汇总如下表：材料名称厚度H(cm)20抗压模量(MPa)容许拉应(MPa)细粒式沥青混凝土414000.486中粒式沥青混凝土812000.347密级配沥青碎石1212000.104石灰粉煤灰？7500.098级配砂砾16175土基40利用设计程序计算出满足设计弯沉指标要求的水泥石灰砂砾土层的厚度为25.4cm；满足层底拉应力要求的水泥石灰砂砾土层厚度为30.8cm。设计厚度取水泥石灰砂砾土层为31cm。路表计算弯沉为25.59（0.01mm）。7、方案综合比较方案1沥青厚度14cm，总厚度为57cm。方案2沥青厚度24cm，总厚度为71cm。由于方案1的沥青厚度和总厚度都较方案2小，造价低，且最小防冻厚度为4050cm，故优先选用方案一。九、挡土墙设计验算1、设计需设挡墙路段根据设计要求，为了降低路基边坡高度以减少大量挖方，故在K2+800K3+000段设衡重式路肩挡土墙，最大深度8.000m。在K2+850K2+870处进行挡土墙验算。2、设计资料（1）墙体选择：拟采用浆砌块石，墙高5.68m，填土高a=2.0m，上墙=2.27m，墙背俯斜1:0.33（18º15´), 衡重台宽d1=1.22m,下墙=3.41m，墙背仰斜1:0.25（14º02´），墙面坡度1:0.05，b1=0.5m，B=1.8m，墙身分段长度20m。（2）车辆荷载：计算荷载：汽20级；验算荷载：挂100级。（3）土壤地质情况：公路处5区，填背填土容重，计算内摩擦角，墙背填土与墙背间的摩擦角，C=155KPa,容许承载力=360 KPa，摩阻系数f0.4。（4）墙身材料：50号砂浆砌片石，砌体容重=22.5KN/m3，容许压应力2450 KPa，容许剪应力862.4KPa。（1） 稳定系数：滑动稳定系数=1.3，=1.5。3、车辆荷载换算 计算荷载（汽20级）（1）求不计车辆荷载作用时的破裂棱体宽B，根据有关公式： =0.434 =3.208m（2）纵向分布长度L 汽20级作用时，取重车的扩散长度。当挡土墙分段长度小于等于10m时，扩散长度不超过10m，挡土墙分段长度在10m以上时，扩散长度不超过15m。 一辆重车扩散长度为： =11.189m<15m L前后轴距加轮胎着地长度或履带着地长度(m)（3）计算车辆荷载总重 车轮中心距路基边缘d=0.5m,B0=3.208m在破坏棱体内仅能布置一个半轴载。设置布置荷载为300KN。（4）换算土层厚度换算荷载（挂100级）（1）纵向分布长度L一辆挂车扩散长度为：（2）计算车辆荷载总重车轮中心距路基边缘d=1m,B0=3.208m。在破坏棱体内仅能布置四分之三个轴载。设置布置荷载为1000KN。（3）换算土层厚度4、上墙土压力计算（1）计算破裂角，判断是否出现第二破裂面假象墙背倾角为 假设破裂面交于荷载内， 验算破裂面位置第一破裂面距墙顶内缘（1）对于设计荷载汽20级，破裂面交于荷载内，与假设相符，采用公式正确。 而（27.5º<40.94º），故出现第二破裂面。（2）对于验算荷载挂100级<3.208m同样破裂面交于荷载内，与假设相符又由于（27.5º<40.94º），也将会出现第二破裂面。计算第二破裂面上的主动土压力（1）对于设计荷载汽20级 主动土压力 对上墙的力臂： 5、下墙土压力计算采用力多边形法，（1）对于设计荷载汽20级求破裂角假设破裂角交于荷载外。则tan=0.795验算破裂面位置破裂面交于荷载之外，与原假定相符，采用公式正确。计算下墙土压力6、墙身截面计算经试算后，取墙顶宽0.5 m，上墙底宽2m，下墙底宽B1.8 m。（1）每延米上墙重及对墙趾力臂（2）每延米下墙及对墙趾的力臂（3）第二破裂面与墙背之间的土重及力臂对于设计荷载汽20级其中，对墙址的力臂：（4）土楔上的荷载重及力臂对于设计荷载汽20级7、稳定性及强度计算稳定性验算对于设计荷载汽20级(1)抗滑稳定性验算 满足抗滑稳定性要求。(2)抗倾覆稳定性验算 满足抗倾覆稳定性要求。(3)偏心距及基底应力验算 满足要求。（4）截面应力验算已知作用于上墙墙后土体第二破裂面上的土压力及水平分力，现求上墙实际墙背上的土压力。对上墙的力臂a. 水平截面验算墙重对上墙轴线的力臂作用于上墙截面轴线的弯矩作用于截面的轴向力<0.3(=0.66m) <(=862.4kPa)b.斜截面验算(-0.767舍去)满足要求。综上可知该截面衡重式挡土墙满足各项强度指标，符合要求。十、总结作为一个在大学里学习了三年的道路桥梁工程的学生，亲手完成一个完整的道路桥梁项目的设计，是对我们三年所学专业知识的一次真实考验，也是非常难得的锻炼机会。目前，我国正在兴起公路建设的高潮，越来越多的高速公路投资兴建，成为我国交通、经济的大动脉。而这样一次与生产实际紧密相关的毕业设计，给即将走上工作岗位的我们上了最重要的一课。通过三年的学习，我开始对道路桥梁这个专业产生浓厚的兴趣，也对这个专业产生了一定的了解。和以前课程设计不同的是，毕业设计具有它本身很好的综合性，它为我们掌握所有知识提供了很好的平台。在设计中，我们毕业设计指导老师不厌其烦的为我们讲解我们遇到的所有问题，让我们尽量去选择更多的方案，只有通过这样我们才能遇到各种不同的问题，才能更了解这门学科的知识。所以毕业设计对我们每个人来说，无论对于将来的工作，还是学习，都是非常保存的财富。我们作为国家的接班人，我们一定会努力学习，对我们所学的专业去贡献我们自己的一份力量！