長(zhǎng)沙理工大學(xué)道路畢業(yè)設(shè)計(jì).doc

長(zhǎng)沙理工大學(xué)道路畢業(yè)設(shè)計(jì)第1章線(xiàn)形設(shè)計(jì)1.1 平曲線(xiàn)的計(jì)算平曲線(xiàn)包括直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)。直線(xiàn)設(shè)計(jì)要求：直線(xiàn)的運(yùn)用應(yīng)注意同地形與環(huán)境相協(xié)調(diào)，規(guī)范規(guī)定:當(dāng)設(shè)計(jì)速度60/h時(shí),同向曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(zhǎng)度以不小于設(shè)計(jì)速度(以/h計(jì))的6倍為宜,反向曲線(xiàn)間直線(xiàn)最小長(zhǎng)度以不小于設(shè)計(jì)速度的兩倍為宜，圓曲線(xiàn)的最小長(zhǎng)度一般要有3s行程。圓曲線(xiàn)設(shè)計(jì)要求：在選用圓曲線(xiàn)半徑時(shí)，最大半徑值一般不應(yīng)超過(guò)10000米，在地形條件許可時(shí)，就力求使半徑盡可能接近不設(shè)超高最小半徑，在一般情況下或地形有所限制時(shí)，應(yīng)盡量采用大于一般最小半徑，只有在地形特別困難不得已時(shí)，方可采用極限最小半徑。設(shè)計(jì)速度為100km/h時(shí)，一般最小半徑為700m，極限最小半徑為400m。緩和曲線(xiàn)設(shè)計(jì)要求：緩和曲線(xiàn)是設(shè)置在直線(xiàn)與圓同線(xiàn)之間或半徑相差較大的兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的園曲線(xiàn)之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線(xiàn)，其作用是使曲率連續(xù)變化，離心加速度、超高橫坡度及加寬逐漸變化，便于行車(chē)平穩(wěn)。設(shè)計(jì)速度為100km/h時(shí)，緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度一般值為120m，最小值85m。1.1.1平曲線(xiàn)要素的計(jì)算已知： 圓曲線(xiàn)半徑R=1500m, 緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度轉(zhuǎn)角 =462437.3(右)；計(jì)算：曲線(xiàn)總長(zhǎng) ；外距 ；切線(xiàn)長(zhǎng) ；切曲差 。1.1.2各主點(diǎn)樁號(hào)的計(jì)算已知: JD 樁號(hào)為:K164+500.859；計(jì)算：直緩點(diǎn)樁號(hào)為ZH=JD-T=K163+757.336；緩圓點(diǎn)樁號(hào)為HY=ZH+Ls=K163+957.336;曲中點(diǎn)樁號(hào)為QZ=ZH+ =K164+464.846；圓緩點(diǎn)樁號(hào)為YH=QZ+ =K164+972.356;緩直點(diǎn)樁號(hào)為HZ=YH+Ls=K165+172.356。1.1.3逐樁坐標(biāo)表表 1 1 逐樁坐標(biāo)表樁 號(hào)坐 標(biāo)樁 號(hào)坐 標(biāo)樁 號(hào)坐 標(biāo)N (X)E (Y)N (X)E (Y)N (X)E (Y)K164+000646375.225 517594.738 K164+500645976.859 517893.064 K164+980645706.454 518287.173K164+020646357.511 517604.023 K164+520645963.158 517907.634 K165+000645698.021 518305.308K164+040646339.923 517613.543 K164+540645949.652 517922.385 K165+020645689.797 518323.539K164+060646322.463 517623.297 K164+560645936.345 517937.315 K165+040645681.759 518341.852K164+080646305.134 517633.283 K164+580645923.237 517952.421 K165+060645673.882 518360.236K164+100646287.940 517643.499 K164+600645910.332 517967.700 K165+080645666.144 518378.678K164+120646270.884 517653.943 K164+620645897.632 517983.150 K165+100645658.519 518397.167K164+140646253.969 517664.614 K164+640645885.139 517998.768 K165+120645650.983 518415.693K164+160646237.197 517675.509 K164+660645872.856 518014.551 K165+140645643.513 518434.246K164+180646220.572 517686.627 K164+680645860.784 518030.497 K165+160645636.082 518452.814K164+200646204.097 517697.966 K164+700645848.926 518046.602 K165+172.356645631.500 518464.289K164+220646187.775 517709.523 K164+720645837.283 518062.864 K165+180645628.667 518471.389K164+240646171.608 517721.297 K164+740645825.859 518079.279 K165+200645621.252 518489.964K164+260646155.599 517733.285 K164+760645814.654 518095.846 K164+280646139.752 517745.486 K164+780645803.671 518112.560 K164+300646124.069 517757.897 K164+800645792.912 518129.419 K164+320646108.552 517770.516 K164+820645782.378 518146.420 K164+340646093.206 517783.340 K164+840645772.073 518163.561 K164+360646078.031 517796.369 K164+860645761.996 518180.837 K164+380646063.032 517809.598 K164+880645752.151 518198.245 K164+400646048.210 517823.026 K164+900645742.539 518215.784 K164+420646033.569 517836.651 K164+920645733.162 518233.449 K164+440646019.111 517850.469 K164+940645724.021 518251.238 K164+460646004.838 517864.479 K164+960645715.117 518269.147 K164+480645990.754 517878.679 K164+972.3561.2 豎曲線(xiàn)的計(jì)算縱坡設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)速度為100km/h時(shí)，最大縱坡為4%。最小縱坡應(yīng)不小于0.3%（一般情況下以采取不小于0.5%為宜）。設(shè)計(jì)速度為100km/h時(shí)，縱坡坡長(zhǎng)一般最小值350m，坡長(zhǎng)最小值為250m。表 1 2 豎曲線(xiàn)的縱坡要求設(shè)計(jì)速度縱坡坡度最大坡長(zhǎng)100km/h3%1000m4%800m5%600m表 1 3 豎曲線(xiàn)半徑要求設(shè)計(jì)速度線(xiàn)形半徑一般值半徑極限值曲線(xiàn)最小長(zhǎng)度100km/h凸形10000m6500m85m凹形4500m3000m85m1.2.1豎曲線(xiàn)要素的計(jì)算已知：第1變坡點(diǎn)：K164+170，高程：214.870m, 豎曲線(xiàn)半徑R =17000m，i =3.826%, i =0.370%,為凸形曲線(xiàn)；第2變坡點(diǎn)：K165+170，高程：218.572m,豎曲線(xiàn)半徑R =12000m，i =0.370%, i =2.902%,為凹形曲線(xiàn)；計(jì)算得：豎曲線(xiàn)一：,為凸形曲線(xiàn)，曲線(xiàn)長(zhǎng) ；切線(xiàn)長(zhǎng) ；外距 。豎曲線(xiàn)二：同理求得：曲線(xiàn)長(zhǎng)切線(xiàn)長(zhǎng)L =303.84；T =151.92m,外距E = 0.962m。1.2.2豎曲線(xiàn)要點(diǎn)樁號(hào)及高程的計(jì)算豎曲線(xiàn)一：起點(diǎn)樁號(hào)= K164+170T =K163+876.232；終點(diǎn)樁號(hào)= K164+170T =K164+463.768；變坡點(diǎn)對(duì)應(yīng)樁號(hào)設(shè)計(jì)高程=214.870E =212.332；豎曲線(xiàn)一起點(diǎn)設(shè)計(jì)高程=214.870T i =203.630m；豎曲線(xiàn)一終點(diǎn)設(shè)計(jì)高程=214.870T i =213.783m。豎曲線(xiàn)二：起點(diǎn)樁號(hào)=K165+170T =K165+094.052；終點(diǎn)樁號(hào)=K165+170+T =K165+245.948；變坡點(diǎn)二對(duì)應(yīng)樁號(hào)設(shè)計(jì)高程=218.572+E =219.053m；豎曲線(xiàn)二起點(diǎn)設(shè)計(jì)高程=218.572+T i =218.853m。第2章 路堤邊坡穩(wěn)定性分析樁號(hào)K165+060處的路堤高13.79米，頂寬26米，為本路段的最大填方路段，且填土為膨脹土,有必要進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算。本次穩(wěn)定性驗(yàn)算分為三個(gè)部分：（1）計(jì)算參數(shù)的的選用；（2）確定最危險(xiǎn)滑動(dòng)面；（3）路堤穩(wěn)定性驗(yàn)算。2.1 計(jì)算參數(shù)的選用：對(duì)本段路堤所填的包邊土為砂粘土(取值見(jiàn)路基設(shè)計(jì)手冊(cè))，潮濕程度為半干硬狀態(tài)，土的容重 ,粘聚力 ，內(nèi)摩擦角 .路堤土為中等膨脹土,土的容重 ,粘聚力 ，內(nèi)摩擦角 重。2.2 危險(xiǎn)滑動(dòng)面的確定：2.2.1路堤計(jì)算模型如圖2.2-1：圖 2.2 1 路堤設(shè)計(jì)計(jì)算模型荷載當(dāng)量高度計(jì)算：根據(jù)公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范，按以下公式換算土柱高度為 =0.765m。公式中：N為車(chē)輛數(shù)4Q為550KNB為橫向分布車(chē)輛最外輪中心之間的寬度加輪胎著地寬度，B=Nb+(N-1)m+,其中b為每一車(chē)輛的輪距,1.8米。m為左右兩車(chē)輛相鄰車(chē)輪之間的距離,1.3米。 為輪胎著地寬度,0.6米.故B=11.7米。L為縱向分布長(zhǎng)度，L=12.8m為填土的容重19.2kN/m3由此可得H=14.235+0.765=15m。2.2.2最危險(xiǎn)滑弧圓心位置的確定：采用4.5法：如圖2.2-2，首先確定圓心O與半徑OA，一般情況下，圓心的位置是在圓心輔助線(xiàn)EF的延長(zhǎng)線(xiàn)上移動(dòng)，E點(diǎn)和F點(diǎn)的位置可用以下的4.5H法確定。 由A點(diǎn)作垂直線(xiàn)，取深度為H確定G點(diǎn)，由G點(diǎn)作水平線(xiàn)，取距離為4.5H確定E點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)位置由角度1與2的邊線(xiàn)相交而定，其中由邊坡角為31查路基設(shè)計(jì)手冊(cè)取1=26，2=35交點(diǎn)為F，圓心在輔助線(xiàn)上向左上方移動(dòng)，計(jì)算K值最小時(shí)的圓心即為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心，滑動(dòng)面通過(guò)坡角A，作出的圓弧線(xiàn)如圖2.2-2所式。圖 2.2 2滑動(dòng)圓心的確定：在EF的延長(zhǎng)線(xiàn)上取個(gè)點(diǎn)分別畫(huà)出個(gè)滑動(dòng)面，如圖2.2-3, 對(duì)4個(gè)滑動(dòng)面在不考慮水作用影響下，且不考慮土基與路堤填土的差異時(shí)采用條分法求安全系數(shù)K值，然后取最小的K值所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)面為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。2.2.3計(jì)算過(guò)程如下將土體劃分為若干塊，用CAD工具量取各個(gè)條快的面積Fi；用CAD工具量取個(gè)土條重心垂線(xiàn)與滑動(dòng)動(dòng)圓弧交點(diǎn)的法向方向與重心垂線(xiàn)的夾角i（有正負(fù)之分，法向量在垂線(xiàn)左側(cè)為負(fù)，右側(cè)為正）；用CAD工具量取圓弧弧段所對(duì)應(yīng)的圓心角，在計(jì)算弧長(zhǎng)L值。圖 2.2 3由計(jì)算公式可得以上四種情況的K值分別為：如圖2.2-4所示：圖 2.2 4由上圖可知最小K值的危險(xiǎn)滑動(dòng)面圓心位于 處，所以，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的圓心位于過(guò) 點(diǎn)且與EF線(xiàn)相垂直的線(xiàn)上。故，以點(diǎn)向兩邊取圓心點(diǎn)，計(jì)算并得到最小K值。圖 2.2 5則由公式來(lái)計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)K值。其中f為土的內(nèi)摩擦系數(shù),Ni為個(gè)土條重量(包括外部荷載所產(chǎn)生的豎向力)的法向分量,其值為Wicosi,Ti為個(gè)土條重量的切向分量,其值為Wisini。最終計(jì)算得 K5=1.34 K6=1.33 K7=1.34圖 2.2 6最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的確定：由以上分析可知滑動(dòng)面6為最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，同時(shí)采用簡(jiǎn)化畢紹普法來(lái)驗(yàn)算滑動(dòng)面6，算得的K=1.33（計(jì)算見(jiàn)下表）,說(shuō)明采用條分法是偏安全的，而簡(jiǎn)化畢紹普法是與實(shí)際比較接近的。故最小穩(wěn)定系數(shù)K=1.331.25，邊坡屬于穩(wěn)定。表 2 1 土坡計(jì)算表mt土條編號(hào)iLiWiWisiniWitanicilicosi1.331.331-7.93.0361.757-8.4881616.5477460.02487350.9628191279.529592-33.005155.011-8.1126541.5350760.0176350.98808564102.777231.83.002229.1797.19868661.4083360.01037391.00583475120.714447.33.817370.06447.0220499.1583575.72122171.01749358171.8729512.83.078402.8289.24417107.935360.03019431.01978375164.707617.83.152417.02127.4811111.740260.02223691.01371647169.43837233.26439.692171.8014117.815160.01691640.99922372177.9702828.43.41456.013216.8908122.188359.99203270.97547047186.76159343.62450.825252.0981120.798260.02232030.94169568192.015910403.922366.331235.47398.158160.08852610.89554401176.70451147.14.975214.154156.87757.3823967.73172650.82830303151.04871252.71.88516.47413.104634.41419522.84576270.7662489135.575851300.591729.116第3章 擋土墻設(shè)計(jì)與驗(yàn)算說(shuō)明書(shū)擋土墻是支撐路基填土或山坡土體，以防其變形失穩(wěn)的構(gòu)造物。為了收縮邊坡內(nèi)占用土地，設(shè)置路堤擋土墻，同時(shí)也避免與其它建筑干擾或者多占農(nóng)田。設(shè)計(jì)驗(yàn)算擋土墻時(shí)需要計(jì)算其所受土壓力，一般為主動(dòng)土壓力。在計(jì)算土壓力時(shí)一般有兩種方法：等效內(nèi)摩擦角法與力多邊形法（數(shù)解法），以下采用等效內(nèi)摩擦角法來(lái)計(jì)算主動(dòng)土壓力的大小。以本設(shè)計(jì)段中K165+060樁號(hào)的橫斷面為例，如下圖所示，填方高度達(dá)13.79米，中線(xiàn)左側(cè)跨度達(dá)48.75米，占用了大量的魚(yú)塘面積，設(shè)置擋土墻后，將會(huì)大幅度收縮坡腳。為增強(qiáng)路基的穩(wěn)定性，又收縮邊坡，擬在本段設(shè)置重力式路堤擋土墻。原填方圖如下圖： 計(jì)算流程見(jiàn)圖3.1-1，本次設(shè)計(jì)是在選定最佳尺寸后進(jìn)行的設(shè)計(jì)。3.1 墻身構(gòu)造擬采用漿砌片石式路堤擋土墻，墻高H=5米，墻頂填土高度a=11米；頂寬2米，底寬3.88米，采用俯斜式重力擋墻，=20，基底斜角；墻身分段長(zhǎng)度為12米。設(shè)計(jì)荷載為公路級(jí)。采用7.5號(hào)砂漿,25號(hào)片石,砌體容重 =23kN/m 。墻身構(gòu)造見(jiàn)圖3。圖 3.1 13.2 計(jì)算參數(shù)選用（1）采用等效內(nèi)摩擦角法來(lái)求主動(dòng)土壓力，考慮到墻高與填土的性質(zhì)，取填土的綜合內(nèi)摩擦角 =32(取值范圍為3035)，則墻背摩擦角 =16，填土的容重 =19.2KN/m 。（2）對(duì)于地基土，則土基的粘聚力 =30Kpa，內(nèi)摩擦角 =19，則土的內(nèi)摩擦系數(shù) =0.344。根據(jù)土力學(xué)課本由土的孔隙比和液限指數(shù)查表得土的地基容許承載力 =380Kpa，基底與基底土間的摩擦系數(shù) =0.4。（3）砌體容許壓應(yīng)力為 =1300Kpa, 容許剪應(yīng)力為 =140Kpa, 砌體的極限抗壓強(qiáng)度為fcu=2700Kpa,極限抗剪強(qiáng)度f(wàn)uv=540Kpa 砌體的容重 =23KN/m3。（取值均來(lái)自于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理）3.3 車(chē)輛荷載換算據(jù)路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30-2004)，將車(chē)輛荷載簡(jiǎn)化換算為路基填土的均布土層,全斷面布載，由車(chē)輛荷載引起的附加土側(cè)壓力按等代均布土層厚度計(jì)算：依據(jù)規(guī)范當(dāng)墻高H m時(shí)，q取20.0；當(dāng)墻高H 10.0m時(shí)，q取10;墻高在2-10米之間時(shí)，附加荷載強(qiáng)度用直線(xiàn)內(nèi)插法計(jì)算。因此這里采用q=13.75kN/m3，所以h0=q/=0.716，為墻后填土容重19.2kN/m3。圖 3.3 1 幾何尺寸圖3.4 主動(dòng)土壓力計(jì)算 由于該部分粘性土的粘聚力很大，在采用數(shù)解法來(lái)計(jì)算土壓力時(shí)得到粘性土的開(kāi)裂深度實(shí)際情況偏差很大，則采用庫(kù)侖土壓主動(dòng)土壓力的計(jì)算方法，在取等效內(nèi)摩擦角時(shí)，考慮到填土高度取土的等效內(nèi)摩擦角為32，首先假定破裂面交與荷載內(nèi)部，已知條件為：H=5m,a=11m,b=20.55m,h0=0.72,d=0.75m,墻背傾斜角 =20,土的內(nèi)摩擦角 =32， =16， = =68。根據(jù)路基設(shè)計(jì)手冊(cè)公式，則有：=139.52所以tan= =1.142,故=48.78,破裂面交于內(nèi)邊坡。所以Ex= =177.75kN/m，Ey= =129.15 kN/m，Zy= =1.67m, 。其中，Zy為墻踵與土壓力作用力的垂直距離，橫向距離Zx=3.21m。3.5 砌體的重量砌體的面積A=13.26m2,則重量G=Ak=304.98kN。重力到到墻趾間的橫向距離 =1.52m。3.6 設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用容許應(yīng)力驗(yàn)算法與極限狀態(tài)驗(yàn)算法兩種方法分別驗(yàn)算本次設(shè)計(jì)，在擋土墻基礎(chǔ)一般埋深的情況下，考慮到各種自然力和人畜作用，以偏于安全，一般不計(jì)被動(dòng)土壓力,只計(jì)主動(dòng)土壓力。本節(jié)驗(yàn)算公式均見(jiàn)擋土墻設(shè)計(jì)手冊(cè)。3.6.1 容許應(yīng)力驗(yàn)算法（1） 穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算圖見(jiàn)圖3.6-1為保證擋土墻抗滑穩(wěn)定性，應(yīng)驗(yàn)算在土壓力及其他外力作用下，基底摩阻力抵抗擋土墻滑移的能力。其中 取1.4， 取0.4， 取10；所以 滿(mǎn)足要求。圖 3.6 1（2）抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算 （計(jì)算圖見(jiàn)圖3.6-2）為保證擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性，須驗(yàn)算它抵抗墻身繞墻趾向外轉(zhuǎn)動(dòng)傾覆的能力。 滿(mǎn)足要求。圖 3.6 23.6.2 基底合力及偏心距驗(yàn)算為了保證擋土墻基底應(yīng)力不超過(guò)地基承載力，應(yīng)進(jìn)行基底應(yīng)力計(jì)算；同時(shí)為了避免擋土墻不均勻沉陷，應(yīng)控制作用于擋土墻基底的合力偏心距e?；A(chǔ)地面的壓應(yīng)力（1）軸心荷載作用時(shí)傾斜基底的寬度B(傾斜長(zhǎng)度)=3.88m P基底平均壓應(yīng)力（kpa） A基礎(chǔ)底面每延米的面積，即基礎(chǔ)寬度，B1.0（ ）； 每延米作用于基底的總豎向力設(shè)計(jì)值（KN）；（2）偏心荷載作用時(shí)作用于基底的合力偏心距e為式中：M作用于基底形心的彎矩，e=0.49 滿(mǎn)足要求。 =380Kpa，滿(mǎn)足要求。（3）地基承載力抗力值 當(dāng)擋土墻的基礎(chǔ)寬度大于3m，或埋置深度大于0.5m時(shí)，除巖石地基外，地基承載應(yīng)力抗力值按下式計(jì)算：所以 P1.2f 滿(mǎn)足要求式中：f地基承載應(yīng)力抗力值； 地基承載應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值； 取0， 取1.03.6.3 墻身截面驗(yàn)算(1) 強(qiáng)度計(jì)算式中： 設(shè)計(jì)軸向力（KN）； 重要性系數(shù)，取1.0； 荷載組合系數(shù)，取1.0； 、 恒載引起的軸向力（KN）和相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)； 主動(dòng)土壓力引起的軸向力（KN）； 抗力分項(xiàng)系數(shù)； 材料極限抗壓強(qiáng)度（kpa）；A擋土墻構(gòu)件的計(jì)算截面積（ ）；軸向力偏心影響系數(shù)。所以 滿(mǎn)足要求(2) 穩(wěn)定計(jì)算因?yàn)?又所以 滿(mǎn)足要求綜上所述，擋土墻穩(wěn)定，設(shè)計(jì)合格，滿(mǎn)足要求。第4章排水設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)4.1氣候與地質(zhì)條件介紹項(xiàng)目工程區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，太陽(yáng)輻射較強(qiáng)，溫度較高，熱量豐富，雨量適中，氣候溫暖，大部分地區(qū)夏長(zhǎng)冬短，霜期短，雨熱同季。歷年平均氣溫22，最熱為7月份，平均氣溫22.327.6，最冷為1月份，平均氣溫7.312.7。極端最高氣溫為42.2，最低氣溫為-0.4。多年平均降水量達(dá)到1091毫m/年。蒸發(fā)量最大的月份為48月份，地面蒸發(fā)量一般都在150250毫m/月，在這幾個(gè)月中降雨量一般都大于蒸發(fā)量，其余季節(jié)，降雨量都小于蒸發(fā)量。年平均日照時(shí)數(shù)1375小時(shí)。年平均無(wú)霜期為358天。工程區(qū)年降水量具明顯的季候性特征，58月為雨季，多暴雨，降水量占全年總量的三分之二，暴雨常造成洪水災(zāi)害，并誘使崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生。同時(shí)該路段路線(xiàn)途徑寧明盆地邊緣，穿越第三系新統(tǒng)那那讀組粘土巖，泥質(zhì)粉砂巖及少部分砂巖，其中部分風(fēng)化粘土巖具有膨脹性，為膨脹泥巖。第三系始新統(tǒng)那讀組粘土巖的風(fēng)化殘破積物則普遍具有膨脹性，為膨脹土，其厚度一般在2到5米間。設(shè)計(jì)路段土層的基本分布情況為：表土層（1-2M），灰白粘土（2-4M以下），在往下是灰色粘巖。因此在這種地質(zhì)條件與氣候下有必要對(duì)排水溝渠進(jìn)行水文和水力計(jì)算，考慮到水對(duì)膨脹土影響非常大，在挖方路段為了減少水對(duì)坡面的沖刷，在邊坡平臺(tái)上設(shè)置了平臺(tái)溝。4.2 邊溝設(shè)計(jì)驗(yàn)算在K164+300至K164+460之間的左側(cè)挖方段為挖方最大匯水面積段，本次設(shè)計(jì)以瀝青混凝土路面為例。膨脹土路塹（坡度為1：1.5,坡面流長(zhǎng)度為15.85m），路基寬度24.5m,取單側(cè)路面和路肩橫向排水寬度為12m,路拱橫坡為2%在縱斷面方面，此處屬于豎曲線(xiàn)上，采用平均縱坡i=（290.18-37.02）/240=1.05%,邊溝坡腳和路肩邊緣間設(shè)置梯形邊溝。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4.2-1.4.2.1 計(jì)算匯水面積和徑流系數(shù)：由圖一計(jì)算匯水區(qū)域在路塹一側(cè)（由平臺(tái)溝到邊坡平臺(tái)）的面積A1=15.85160=2536m2。由于坡面上采用植草防護(hù)，則由公路排水設(shè)計(jì)規(guī)范得坡面徑流系數(shù)取C1=0.5。匯水區(qū)域在邊溝平臺(tái)上的面積A2=2160=320m2,取坡面徑流系數(shù)(漿砌片石護(hù)面)C2=0.4，匯水區(qū)域在路面一側(cè)(公路路中線(xiàn)到邊溝）的面積為A3=16012=1920m2,由表查得瀝青路面徑流系數(shù)為C3=0.95。由此，總的匯水面積為F=2536+320+1920=4776m2，匯水區(qū)的徑流系數(shù)為C= 。圖 4.2 1 邊溝計(jì)算示意圖4.2.2 計(jì)算匯流歷時(shí)：由克畢公式 計(jì)算坡面匯流歷時(shí)，其中：L 為坡面流長(zhǎng)度； i 為坡面流坡度； m 地表粗糙系數(shù)；由表查得草皮防護(hù)路塹邊坡的粗度系數(shù)m =0.4，且路塹坡度為1：1.5,得路塹坡面匯流歷時(shí) 。由表查得邊溝平臺(tái)（漿砌片石護(hù)面）的粗度系數(shù)m =0.02,橫向坡度為4%，則查表得瀝青混凝土路面粗糙系數(shù)為m =0.013，橫坡3%，坡面流長(zhǎng)度為12m，所以歷時(shí)時(shí)間為 。因此取坡面匯流歷時(shí)t =3.763min(取最大值)。設(shè)邊溝底寬為0.8m，高0.8m，兩邊坡度為1：0.5，以漿砌片石砌筑，溝壁粗糙系數(shù)n=0.025。設(shè)計(jì)水深為0.5m。求得過(guò)水?dāng)嗝娑蚊娣e為A= ，水力半徑為R= m。按曼寧公式,得溝內(nèi)平均流速為：，因此溝內(nèi)匯流歷時(shí)為 。由上可得匯流歷時(shí)為 。4.2.3計(jì)算降雨強(qiáng)度：據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)，高速公路路界內(nèi)坡面排水設(shè)計(jì)降雨重現(xiàn)期為15年。求設(shè)計(jì)重現(xiàn)期和降雨歷時(shí)內(nèi)的降雨強(qiáng)度（mm/min）,由于公路在廣西南寧境內(nèi)，據(jù)公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)，可取公式 。4.2.4 計(jì)算設(shè)計(jì)徑流量：可按降雨強(qiáng)度由推理公式確定： ，式中Q-設(shè)計(jì)徑流量；C-徑流系數(shù)；F-匯水面積（Km ）;所以 。4.2.5檢驗(yàn)徑流： 設(shè)定邊溝的截面形式為梯形，頂寬1.6m,底寬0.8m,兩斜邊坡率為1：0.5，過(guò)水?dāng)嗝鏋榈讓?.8m，水深0.5m，斷面積為0.6m2,則泄水能力Qc=0.52.084=1.042m /s。 因?yàn)樵O(shè)計(jì)徑流量Q=0.2199m /sQ=0.034m3/s改水深ha=0.06m,按上述方法知：hb=ha-Bwia=0.06-0.60.05=0.03m m3/s，Qa=0.034-0.0031=0.0299m3/s m3/s總泄水量Qa+Qb=0.0299+0.00457=0.0344m3/s,接近于設(shè)計(jì)流量Q=0.034m3/s，因而，攔水帶邊溝水深為6cm,溝內(nèi)水面寬度到達(dá)離硬路肩邊緣0.6+0.02/0.03=1.27m。4.3.3 確定攔水帶尺寸：水力計(jì)算主要關(guān)心邊溝排泄設(shè)計(jì)流量時(shí)的水深和水面寬度，前者影響到路緣帶或緣石的高度，后者用于檢驗(yàn)溝內(nèi)水面是否超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定的限值（硬路肩內(nèi)側(cè)邊緣）。根據(jù)攔水帶邊溝水深為6cm，以及水面寬度為1.27m(硬路肩寬度為3m),選擇攔水帶的形式為瀝青混凝土攔水帶，攔水帶堤高10cm,正面邊坡1：0.5,背面邊坡直立。具體尺寸見(jiàn)中間帶設(shè)計(jì)圖。本節(jié)設(shè)計(jì)的公式均來(lái)自于公路排水設(shè)計(jì)手冊(cè)。第5章 水泥混凝土路面設(shè)計(jì)5.1 交通量計(jì)算：根據(jù)我國(guó)的公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)（JTJ013-86），本項(xiàng)目屬于廣西省境內(nèi)，為東南濕熱 區(qū)。現(xiàn)擬新建一條高速公路，雙向四車(chē)道，建設(shè)期為兩年，平均增長(zhǎng)率為5%；設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為30年，交通量年平均增長(zhǎng)率為8.9%，路基土為粘性土。計(jì)算設(shè)計(jì)日通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)車(chē) 型車(chē) 軸軸輪型軸載系數(shù)交通量小客車(chē)前軸1-113736.81327001.32后軸1-125.6550.56727005.06中客車(chē)SH130前軸1-116673.8788009.94后軸1-22318004.91大客車(chē)CA50前軸1-128.7524.1605305.89后軸1-268.215301.16小貨車(chē)BJ130前軸1-113.55723.8017001.59后軸1-227.2117001.53中貨車(chē)CA50前軸1-128.7524.1606106.77后軸1-268.216101.34中貨車(chē)EQ140前軸1-123.7569.1308504.79后軸1-269.218502.35大貨車(chē)JN150前軸1-149.0416.4568503.91后軸1-2101.618501095.77特大車(chē)日野KB222前軸1-150.2412.1456004.02后軸1-2104.316001176.79拖掛車(chē)五十鈴前軸1-160.0381.723687.32后軸3-2100.08.13685.53合 計(jì)2292.667注：1-1表示單軸單輪組，1-2表示單軸雙輪組，3-2表示三軸雙輪組。 小于40KN的單軸和小于80KN的雙軸略去不計(jì)；則使用初期年平均日交通量=2292.667(1+5%)2=2527.665。方向分配系數(shù)采用0.5，因?yàn)槭请p向4車(chē)道，即單向2車(chē)道，所以車(chē)道分配系數(shù)取0.9（0.8-1.0）。故有：設(shè)計(jì)車(chē)道的年平均日貨車(chē)交通量（ADTT）Ns=2527.6650.50.9=1137.4495.2 交通參數(shù)分析5.2.1 累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次計(jì)算：使用年限內(nèi)的累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸次為5.2.2 交通等級(jí)劃分：由規(guī)范交通分級(jí)知，累計(jì)作用次數(shù)在106-2107之間，所以交通等級(jí)為重交通；水泥混凝土路面設(shè)計(jì)使用年限30年，車(chē)輪輪跡橫向分布系數(shù)=0.20。(由水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范中表A.2.2，對(duì)高速公路，為0.170.22)。5.3 路面結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)現(xiàn)在按設(shè)計(jì)要求，由表3.0.1得，相應(yīng)于安全等級(jí)一級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)。根據(jù)高速公路重交通等級(jí)和低級(jí)變異水平等級(jí)，查表4.4.6，面層厚度h取0.24-0.27m之間。根據(jù)路基干濕類(lèi)型，設(shè)計(jì)多種方案，并進(jìn)行方案比選如下：路基為中濕狀態(tài)時(shí)：方案一：參考公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D402002)1、初擬路面結(jié)構(gòu)：初擬普通混凝土面層，厚度為 ；基層選用瀝青穩(wěn)定碎石（瀝青用量一般為2.5%-3.5%），厚 ；設(shè)置的水泥穩(wěn)定碎石墊層。普通混凝土板的平面尺寸為寬3.75m，長(zhǎng)4.5m。縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。2、材料參數(shù)的確定：（1）混凝土路面設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量：本設(shè)計(jì)為普通混凝土路面為重型交通，查規(guī)范得：彎拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 Mpa，相應(yīng)的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為 Gpa。（2）土基的回彈模量：路基屬于中濕狀態(tài)，可選用路基土基的回彈模量值：（3）基層和半剛性墊層的回彈模量：基層選用瀝青穩(wěn)定碎石，回彈模量取： Mpa(600-800)墊層選用水泥穩(wěn)定碎石，回彈模量取： Mpa(1300-1700)（4）基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量：根據(jù)土基狀態(tài)擬定的基層、墊層結(jié)構(gòu)類(lèi)型和厚度，參照公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D402002)中，按式（B.1.5）計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按（B.1.3-2）計(jì)算為：3、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算：按式（B.1.3），標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為因縱縫為設(shè)拉桿平縫，對(duì)于瀝青穩(wěn)定碎石基層，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)可稍大，取 ?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù)。根據(jù)公路等級(jí)，由表B.1.2，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù) 。按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為4、溫度疲勞應(yīng)力分析：查表3.0 .8，因?yàn)閺V西省東南濕熱 區(qū)，海拔較低濕度大，所以在86-92之間取低值87，可選取最大溫度梯度 =87（/m）。取板長(zhǎng) ，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚 ， 。按式（B.2.2），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為：， 混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)。溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) 按式（B.2.3）計(jì)算為，其中a,b,c為回歸系數(shù)：本項(xiàng)目在廣西，為 區(qū)，分別取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為由表3.0.1，高速公路的安全等級(jí)為一級(jí)，相應(yīng)于一級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)，目標(biāo)可靠度為。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù) ，取為1.25按式（3.0.3）綜上所述，所選的普通混凝土面層厚度 可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。方案二：參考公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D402002)1、初擬路面結(jié)構(gòu)：初擬普通混凝土面層，厚度為 ；考慮到本路線(xiàn)為季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均降雨量達(dá)1091mm，為濕潤(rùn)多雨地區(qū)，因此設(shè)置多孔隙的開(kāi)級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石排水基層(水泥劑量9.511，孔隙率20%)，厚度 (0.10-0.14)；從而在排水基層下設(shè)置水泥穩(wěn)定碎石組成的不透水底基層，厚度（據(jù)規(guī)范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸寬3.75m，長(zhǎng)4.5m。縱縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。2、材料參數(shù)的確定：（1）混凝土路面設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量：本設(shè)計(jì)為普通混凝土路面為重型交通，查規(guī)范得：彎拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 Mpa，相應(yīng)的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為 Gpa。（2）土基的回彈模量：路基屬于中濕狀態(tài)，可選用路基土基的回彈模量值：（3）基層和半剛性墊層的回彈模量：排水基層選多孔隙開(kāi)級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石，回彈模量?。?Mpa（1300-1700）不透水底基層選用水泥穩(wěn)定碎石，回彈模量取： Mpa（1300-1700）（4）基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量：據(jù)土基狀態(tài)擬定基層、墊層結(jié)構(gòu)類(lèi)型和厚度，參照公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D402002)，按式（B.1.5）計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按（B.1.3-2）計(jì)算為：3、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算：按式（B.1.3），標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為因縱縫為設(shè)拉桿平縫，對(duì)于多孔隙開(kāi)級(jí)配水泥穩(wěn)定碎石排水基層，有一定剛性，所以接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)可取?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù) 。根據(jù)公路等級(jí)，由表B.1.2，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)。按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為4、溫度疲勞應(yīng)力分析：查表3.0 .8，因?yàn)閺V西省東南濕熱 區(qū)，海拔較低濕度大，所以在86-92之間取低值87，可選取最大溫度梯度 =87（/m）。取板長(zhǎng) ，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚 ， 。按式（B.2.2），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為：， 混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)。溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) 按式（B.2.3）計(jì)算為，其中a,b,c為回歸系數(shù)：本項(xiàng)目在廣西省，為 區(qū)，分別取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為由表3.0.1，高速公路的安全等級(jí)為一級(jí)，相應(yīng)于一級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)，目標(biāo)可靠度為。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù) ，取為1.25按式（3.0.3）綜上所述，所選的普通混凝土面層厚度 可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。方案三：參考公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D402002)1、初擬路面結(jié)構(gòu)：初擬普通混凝土面層，厚度為 ；考慮到本路線(xiàn)為季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，年平均降雨量達(dá)1091mm，為濕潤(rùn)多雨地區(qū)，因此設(shè)置多孔隙瀝青穩(wěn)定穩(wěn)定碎石排水基層（瀝青標(biāo)號(hào)選用AH-50，瀝青用量為3%），厚度 (0.08-0.10)；從而在排水基層下設(shè)置水泥穩(wěn)定碎石組成的不透水底基層，厚度（據(jù)規(guī)范：一般取0.2m）。普通混凝土板的平面尺寸寬3.75m，長(zhǎng)4.5m?？v縫為設(shè)拉桿平縫，橫縫為設(shè)傳力桿的假縫。2、材料參數(shù)的確定：（1）混凝土路面設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度與彎拉彈性模量：本設(shè)計(jì)為普通混凝土路面為重型交通，查規(guī)范得：彎拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值 Mpa，相應(yīng)的彎拉彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值為 Gpa。（2）土基的回彈模量：路基屬于中濕狀態(tài)，可選用路基土基的回彈模量值：（3）基層和半剛性墊層的回彈模量：排水基層選多孔隙瀝青穩(wěn)定穩(wěn)定碎石，回彈模量取： Mpa（600-800）不透水底基層選用水泥穩(wěn)定碎石，回彈模量?。?Mpa（1300-1700）（4）基層頂面的當(dāng)量回彈模量和計(jì)算回彈模量：據(jù)土基狀態(tài)擬定基層、墊層結(jié)構(gòu)類(lèi)型和厚度，參照公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D402002)，按式（B.1.5）計(jì)算基層頂面當(dāng)量回彈模量如下：普通混凝土面層的相對(duì)剛度半徑按（B.1.3-2）計(jì)算為：3、荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算：按式（B.1.3），標(biāo)準(zhǔn)軸載在臨界荷位處產(chǎn)生的荷載應(yīng)力計(jì)算為因縱縫為設(shè)拉桿平縫，對(duì)于多孔隙瀝青穩(wěn)定穩(wěn)定碎石基層，接縫傳荷能力的應(yīng)力折減系數(shù)可稍大，取?？紤]設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力累計(jì)疲勞作用的疲勞應(yīng)力系數(shù) 。根據(jù)公路等級(jí)，由表B.1.2，考慮偏載和動(dòng)載等因素對(duì)路面疲勞損壞影響的綜合系數(shù)。按式（B.1.2），荷載疲勞應(yīng)力計(jì)算為4、溫度疲勞應(yīng)力分析：查表3.0 .8，因?yàn)閺V西省東南濕熱 區(qū)，海拔較低濕度大，所以在86-92之間取低值87，可選取最大溫度梯度 =87（/m）。取板長(zhǎng) ，由圖B.2.2可查普通混凝土板厚 ， 。按式（B.2.2），最大溫度梯度時(shí)混凝土板的溫度翹曲應(yīng)力計(jì)算為：， 混凝土線(xiàn)膨脹系數(shù)。溫度疲勞應(yīng)力系數(shù) 按式（B.2.3）計(jì)算為，其中a,b,c為回歸系數(shù)：本項(xiàng)目在廣西省，為 區(qū)，分別取0.841，0.058，1.323。再由式（B2.1）計(jì)算溫度疲勞應(yīng)力為由表3.0.1，高速公路的安全等級(jí)為一級(jí)，相應(yīng)于一級(jí)安全等級(jí)的變異水平等級(jí)為低級(jí)，目標(biāo)可靠度為。再據(jù)查得的目標(biāo)可靠度和變異水平等級(jí)，查表3.0.3，確定可靠度系數(shù) ，取為1.25按式（3.0.3）綜上所述，所選的普通混凝土面層厚度 可以承受設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)荷載應(yīng)力和溫度應(yīng)力的綜合疲勞作用。路基為干燥狀態(tài)時(shí)：方案一：參考公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范(JT