甘肅A縣M村至N灣村公路建設工程設計報告摘要本設計課題為A縣M村至N灣村公路建設工程。參照相關規范標準，完成相關的設計任務。A縣M村至N灣村公路屬于四級公路，位于甘肅省白銀市A縣，起點M村，終點至N灣村。全長共4.54km，設計速度20km/h，采用路基寬度為6.5m的雙向單車道形式。本設計包括緒論；平面設計；縱斷面設計；路基橫斷面設計；路面結構設計等。關鍵詞四級公路；平面設計；縱斷面設計；路基橫斷面設計；路面結構設計目錄第一章緒論 VIII1.1課題背景 VIII1.1.1公路運輸的特點、作用及地位 VIII1.1.2國內外研究現狀 VIII1.2建設該公路的意義 IX1.3公路概況 IX1.4公路沿線自然特征 IX1.4.1地形、地貌 IX1.4.2地質情況 X1.4.3氣候 X1.4.4溫度 X1.4.5降水、蒸發 X1.4.6.風 X1.4.7地溫、凍土 XI1.4.8場地地下水及地表水 XI1.4.10地震 XI第二章道路等級確定 XII2.1設計資料 XII2.2公路等級及設計速度確定 XII2.3公路工程技術指標 XIII2.3.1車道、路基寬度 XIII2.3.2圓曲線半徑 XIII2.3.3緩和曲線 XIII2.3.4平曲線 XIV2.3.5視距 XIV2.3.6縱坡 XIV2.3.7坡長 XIV2.3.8豎曲線 XV2.3.9公路主要技術指標 XV2.4路線方案比選 XV第三章平面設計 XVII3.1線形設計一般原則 XVII3.2平面線形要素的組合類型 XVII3.3平面線要素 XVII3.3.1直線的設計 XVII3.3.2圓曲線的設計 XVIII3.3.3緩和曲線的設計 XIX3.4平曲線要素計算 XX第四章縱斷面設計 234.1縱斷面設計的原則 234.2縱坡設計的要求 234.3縱坡設計的步驟 244.4平縱組合設計 244.5曲線要素計算 25第五章路基設計 275.1設計的原則 275.2橫斷面設計步驟 275.3公路橫斷面類型 275.4行車道寬度 285.4.1行車道寬度的確定 285.4.2路肩 285.5路基類型 295.6路基寬度的確定 305.7路基高度 305.8路基邊坡坡度 305.9路基壓實度 315.10路基排水設計 315.10.1邊溝設計 325.10.2涵洞設計 32第六章路面結構層計算 336.1瀝青路面設計 336.1.2確定公路TTC分類 336.1.3按水平三確定各類車輛設計軸載換算系數 336.1.4計算各類車輛的當量設計軸載換算系數 346.1.5當量設計軸載累計作用次數 356.1.6計算設計年限內設計車道累計交通量 376.1.7擬定路面結構 386.2水泥混凝土路面設計 406.2.1交通量軸載換算 416.2.1可靠度系數確定 426.2.2路基參數的確定 436.2.3結構組合初擬與設計參數確定 436.2.4平面尺寸、接縫及路肩形式的選擇 436.2.5計算地基綜合回彈模量 436.2.6荷載應力計算 436.2.7確定三個修整系數 446.2.8溫度應力的計算 446.2.9設計極限狀態驗證 456.2.10設計方案的優化 456.3路面方案比選 46第七章土石方調配 477.1土石方調配原則 477.2調配方法 477.3關于調配計算的幾個問題 487.3.1經濟運距 487.3.2平均運距 487.3.3土石方計算 48參考文獻 50

第一章緒論1.1課題背景1.1.1公路運輸的特點、作用及地位公路運輸其特點是：機動性和靈活性，主要表現在批量、運輸條件、時間和服務上的靈活以及時間上的快速；無論是人或貨物，車輛可以根據要求隨時調度，適應性強；并且現在進入了信息時代，公路網覆蓋較廣，可以實現“門到門”直達運輸；和其它交通運輸網相比，它的原始投資少，資金周轉快。公路運輸作為一種具有功能齊全（“通過”和“送達”或“集散”）地運輸體系發揮越來越重要，它是交通運輸網中不可或缺的一部分。1.1.2國內外研究現狀1.1.2.1國外研究現狀經過長時間的發展,目前全世界大部分國家和地區擁有高速公路,通車里程超過24萬千米,其中美國、德國、日本等發達國家更是已經構筑起與本國經濟社會發展相適應的高速公路網，。而且國外對公路設計理論的研究比較重視，在這方面他們擁有更多新技術，以致他們設計規范較為完整。1.1.2.2國內研究現狀我國對于四級公路的研究由于我國的國情和地方的差異性。不同地區的環境因素和低等級公路數據的積累程度，導致所得到的運行車速預測模型存在差異，現有的運行車速預測模型均存在局限性，現有的公路線形設計的評價指標則主要有運行車速與設計車速差以及相鄰斷面運行車速差等，近幾年我國也全面地對道路線形設計進行系統分析和研究，提出了一些合理、實用的研究方法和設計方法，但公路線形設計方面的研究和應用仍存在著缺陷，非常有必要對公路的線形設計進一步研究。1.2建設該公路的意義隨著時代的高速發展，為了能夠適應這個時代，特別是經濟這一方面。以前是要致富先修路，所以對于道路的建設是很重要的。該道路工程的實施會為沿線及周邊鄉鎮的生產、生活及出行將帶來極大的便利，為沿線村莊提供便利的交通條件，有力地保障沿線的物資運輸，可以加快區域內新農村的建設步伐，促進地方整體經濟發展、提高沿線村鎮整體形象，對公路網結構的完善、公路網服務水平的提高、以及公路網整體效能的加快有著十分重要的作用。1.3公路概況A縣M村至N灣村公路建設工程，建設里程為4.54km，起點位于M村路口，終點至N灣村。1.4公路沿線自然特征1.4.1地形、地貌A縣位于甘肅中部，南和通渭縣接壤，北與靖遠縣，平川區毗鄰，東靠靜寧、西吉、海源三縣，西接定西、榆中兩縣。A縣是隴西黃土高原的組成部分。地勢大致由東南向西北傾斜，山脈多南北走向。平均海拔2025米，整個地形大致可分為梁峁山地，河谷川地和北部殘塬區三個類型。根據公路自然區劃標準（JTJ003-86）本項目段屬甘東黃土山地區（Ⅲ3）為典型的黃土塬梁峁地貌類型。沿線地形起伏，溝壑縱橫1.4.2地質情況本項目地質情況根據甘肅大地構造單元劃分屬于祁連山褶皺系祁連中間隆起帶。該帶是古中國地臺解體后的殘塊——前震旦及震旦紀變質雜巖所組成。早古生代的地殼運動使該帶處于隆起狀態，僅局部沿斷陷帶發育有寒武紀和晚古生代的蓋層沉積，此后的歷次構造運動該帶持續抬升，因此，大部分地區長期遭受剝蝕。侏羅、白堊、第三紀主要以內陸斷陷為主，沉積了湖相含煤建造和紅色碎屑巖建造。本項目段按次級構造單元劃分，地處該帶中的A拗陷區。1.4.3氣候該地方氣候屬于溫帶大陸性氣候，年平均溫度6.4℃。地介亞熱帶、暖溫帶、中溫帶、青藏高原四個氣候區和半濕潤、半干旱、干旱三個干濕區的交匯區。1.4.4溫度本項目沿線地區年平均溫度6.4℃。北部川區溫度在8.0℃～8.5℃之間，溫度由北向南隨海拔增高遞減，氣溫平均遞減率為：-0.5℃/100m，月平均氣溫最高在7月，可達18℃；最低是1月溫度，在-6.8℃。極限最高氣溫為37.5℃，極限最低氣溫為-29.4℃。1.4.5降水、蒸發A年平均降水量為433.7mm，區內降水量受地形影響，由南向北遞減，北部郭城驛鎮年平均降水量312.8mm。A年最大降水量715mm（1967年），最少232.4mm（1971年），從3月份開始降水，逐月遞增，9月以后銳減，主要集中在7、8、9這三個月，降水多以小雨為主，大雨、暴雨頻率較小。每年月降水量大于10mm的第一次出現時間為4月下旬至5月上旬，5～9月大于10mm的降水次數僅占同期雨日的17%，降水量稀少不利于農業生產，反而干旱機率較高。1.4.6場地地下水及地表水（1）地表水本項目路段沿線地表水流均屬祖厲河水系。厲河，發源于華家嶺，北流至縣城與祖河相匯成祖厲河。集水面積412.3平方公里，河長33公里，坡降10‰，徑流量770萬立方米，徑流深22毫米，年輸沙量313萬噸，侵蝕模數6580噸/平方公里。（2）地下水本項目段地區水量有限且埋藏較深，對路基無影響。1.4.7特殊巖土及不良地質現象全線大部分路段均在濕陷性黃土上展布，調查時尚未發現陷穴，施工中凡遇暗穴均應回填夯實，同時，對排水邊溝坡度≥3%段均進行襯砌。1.4.8地震按照甘肅地震區帶劃分，本項目段地處與青藏北部地震區，南北地震帶蘭州—通渭地震亞帶，根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001）確定，地震動峰值加速度0.20g，地震動反應譜特征周期0.45s。第二章道路等級確定2.1設計資料（1）地形圖(1:2000)；（2）交通量資料：據調查，起始年交通量組成及數量如下表：表2-12020年各車型年平均日交通量（輛/日）車型小客車中型車大型車汽車列車交通量508128（49）=1\*GB3①10161（30）=2\*GB3②注：=1\*GB3①括號中為2軸6輪及以上整體式貨車的數量。=2\*GB3②括號中為半掛式貨車的數量。公路通車后，前5年交通量年平均增長率為5%；第六年開始交通量年平均增長率為3%；初定設計年限15年。（3）地質、水文資料：路線所經地區屬公路自然區劃Ⅲ3區—黃土高原干濕過渡區。年平均氣溫17.9℃，最低1月份平均4.8℃，最熱7月份平均24.8℃。全年總降雨量為800.6毫米。公路全線均處于濕陷性黃土地區，沿線土質疏松、地質破碎、陷穴縱橫密布、黃土地質病害嚴重，加之路線所經區域為中溫帶亞干旱區，干旱少雨、儲水量小、自然環境惡劣，施工難度非常大。2.2公路等級及設計速度確定表2-1各汽車代表車型及車輛換算系數汽車代表車輛小客車中型車大型車汽車列車車輛折算系數1.01.52.54.0根據車輛折算系數，計算初始年平均日交通量為:設計年平均日交通量根據《公路路線設計規范》（JTGD20—2017)的規定，本設計公路交通量2000輛以下確定道路等級為四級公路。四級公路設計速度宜采用30km/h，受地形、地質條件等限制，可采用20km/h。設計速度的選用表2-1設計速度公路技術等級高速公路一級公路二級公路三級公路四級公路設計速度（km/h）12010080100806080604040303020選用四級道路，綜合地形地貌、地質等情況，采用設計速度20km/h。2.3公路工程技術指標技術指標依據《公路路線設計規范》（JTGD20-2017）2.3.1車道、路基寬度表2-2車道寬度設計速度（km/h）1201008060403020車道寬度（m）3.753.753.753.53.53.253表2-3各級公路的基本車道數公路技術等級高速公路、一級公路二級公路三級公路四級公路車道數（條）≥4222（1）本次設計四級道路采用雙車道，路基寬度6.5m2.3.2圓曲線半徑表2-4圓曲線最小半徑設計速度（km/h）圓曲線最小半徑一般值（m）極限值（m）iii20302015152.3.3緩和曲線表2-5各級公路緩和曲線最小長度設計速度（km/h）1201008060403020緩和曲線最小長度（m）1008570503525202.3.4平曲線表2-6平曲線最小長度設計速度（km/h）1201008060403020平曲線最小長度(m)一般值600500400300200150100最小值2001701401007050402.3.5視距表2-7會車視距與停車視距設計速度（km/h）20會車視距（m）40停車視距（m）20超車視距（m）100（一般值）70（極限值）本設計會車視距為40m，停車視距為20m2.3.6縱坡表2-8最大縱坡設計速度（km/h）1201008060403020最大縱坡（%）3456789本設計最大縱坡3.131%2.3.7坡長表2-9最小坡長設計速度（km/h）1201008060403020最小坡長（m）30025020015012010060表2-10最大坡長設計速度（km/h）20縱坡坡度（%）3456789最大坡長（m）—12001000800600400300本設計最小坡長170m，最大坡長450m2.3.8豎曲線表2-11豎曲線設計速度（km/h）20凸型豎曲線半徑（m）一般值200極限值100凹型豎曲線半徑（m）一般值200極限值100豎曲線長度（m）一般值50極限值202.3.9公路主要技術指標表2-12該公路主要技術指標匯總表設計速度（km/h）20車道數2路基寬度（m）6.5車道寬度（m）3停車視距（m）20圓曲線最小半徑（m）一般值30極限值20緩和曲線最小長度（m）20最大縱坡（%）8最大合成縱坡（%）10最小坡長（m）100凸形豎曲線半徑（m）極限值200一般值100凹形豎曲線半徑（m）一般值200極限值100豎曲線最小長度（m）202.4路線方案比選圖2-1方案一（藍）：起點M村，終點N灣村，全線長4.32km。該路線部分新建，部分選擇沿原路布設，新建道路連接更多房屋，需要規劃與協調。該道路較為平緩，最大縱坡不超過4%，但在路線K2+430處經過一道溝壑，此處填挖量過大，增大了整體規劃投資額度。方案二（紅）：起點M村，終點N灣村，全線長4.54km。該路線全部按原路線布設，沿原道路布設.不占用耕地，不需要拆遷。該道路較為平緩，最大縱坡不超過4%，道路各段填挖量小。兩條路線均不涉及占用耕地、拆遷，但考慮其經濟性以及其它綜合條件比選下，選擇方案二作為最終設計路線。第三章平面設計3.1線形設計一般原則（1）平面線形設計要與地形、地物相適應，與周圍環境相協調路線不要是單獨以直線為主或著以曲線為主，直線、圓曲線、緩和曲線的選用與合理組合取決于地形地物等具體條件，（2）平面線形的均衡與連貫性=1\*GB3①長直線的盡頭不能接以小半徑曲線；=2\*GB3②不同曲線之間要設置過渡段；=3\*GB3③設置最小平曲線長度，在地形條件難以達到一般值時，對于設計車速為20km/h的平曲線一般值可取100m，最小值取40m。3.2平面線形要素的組合類型平面線形的幾何要素為直線、圓曲線和緩和曲線，這三種基本線形要素可以組合得到很多種平面線形的形式。就公路平面線形設計而言，主要有基本型、S型、卵型、凸型、C型和復合型六種。而最常用的是簡單型、基本型、S型，在地形條件相當困難、路線嚴格受限情況下以外應盡量避免采用C型曲線。3.3平面線要素3.3.1直線的設計為了保證行車安全，方便駕駛和線形連續，保證線性連續，提高行車安全性，兩條相鄰的曲線之間需要插入相應的直線長度。同向曲線之間的最小直線長度，要滿足《公路路線設計規范》規定：同向曲線間的最短直線長度（以m計）要不小于設計速度的6倍（6V），道路設計速度小于40km/h可以參考上述情況執行；反向曲線間的最小直線長度，《公路路線設計規范》規定：反向曲線間最小直線長度（以m計）要不小于設計速度的2倍（2V）。3.3.2圓曲線的設計（1）設置圓曲線時要與地形相匹配，其半徑宜采用超高為2％～4％的圓曲線半徑。（2）圓曲線設置條件受地形限制時，可以采用大于或接近于圓曲線最小半徑的“一般值”；極限值只可以是在地形條件特殊困難的時候采用。（3）設置圓曲線時，平、縱線形要素相協調。圖3-1同向曲線與反向曲線圖3-2 JD4.5示例圖3-3 JD15示例3.3.3緩和曲線的設計《公路路線設計規范》（JTGD20-2017)規定，設計速度小于80km/h，大圓半徑（R1）與小圓半徑（R2）之比小于2.0時可不設緩和曲線。對于四級道路圓曲線半徑大于250m，也可不用設置緩和曲線。其中緩和曲線的最小長度應滿足以下要求：（1）離心加速度變化率不過大；（2）超高漸變率適中；（3）行駛時間不過短；（4）與圓曲線配合得當，美化線形圓曲線與直線徑相連接，消除在連接處曲率突變，線形連續圓滑，增加線形美觀性。圖3-4 JD20示例3.4平曲線要素計算圖3-5平曲線要素平曲線幾何元素計算：圖3-6 JD5示例以JD5為算例:已知R=45m=20m緩和曲線內移值：由規范規定，當設置小半徑曲線（加緩和）時與大圓的內移值之差不應小于0.1m，所以滿足規范。緩和曲線切線增值：緩和曲線角：切線長：平曲線長：外矢距：切曲差：主點里程樁號計算:JD5 K0+860.101-T 31.26ZH K0+828.841+???? 20HYK0+848.841+（???2????）/2 9.725QZ K0+858.566+（???2????）/2 9.725YH K0+868.291+???? 20HZ K0+888.291校核：HZ樁號=JD2樁號+T-J=K0+860.101+31.26-3.07=888.291，經過校正滿足。第四章縱斷面設計4.1縱斷面設計的原則（1）為保證道路的行駛安全，縱面線形設置應與地形相適應，線形設計應平順、圓滑、保持視覺能夠連續。（2）縱坡設置要平順均勻，起伏緩和，坡長和豎曲線半徑要滿足規范、縱斷面填挖要平衡。（3）平面與縱斷面組合設計應滿足：=1\*GB3①視覺上能夠自然地引導駕駛員的視線，并保持視覺的連續性。=2\*GB3②平曲線與豎曲線應相互重合，最好使豎曲線的起終點分別放在平曲線的兩個緩和曲線內，即所謂的“平包豎”=3\*GB3③平、縱線形的技術指標大小應均衡，并滿足設計規范。=4\*GB3④合成坡度組合要得當，以利于路面排水和道路行車安全。4.2縱坡設計的要求（1）新建公路的設計高程：四級公路宜采用路基邊緣高程，設置超高并且加寬路段設置超高。（2）改建公路的路基設計高程：宜按新建公路的規定執行。（3）最大坡長滿足下表：表4-1坡長表縱坡坡度（%）345678910最大坡長（m）--120010008006004003002004緩和坡段的長度要大于下表：表4–2緩和坡長表設計速度km/h1201008060403020最小坡長（m）300250200150120100604.3縱坡設計的步驟（1）首先在縱斷面圖上點繪出每個中樁的位置、平曲線示意圖（起、訖點位和半徑等），標出每個中樁的地面高程，并繪出地面線。（2）檢查設計的最大縱坡、最小縱坡、坡長限制等是否滿足規范，選擇高填深挖等作橫斷面設計圖，檢查是否出現填挖過大，并做相應調整。（3）確定各段直坡線的坡度值、變坡點樁號和標高，設置豎曲線，根據規范等確定豎曲線半徑，計算豎曲線要素，控制各樁號處的填挖值。4.4平縱組合設計（1）平縱組合設計原則=1\*GB3①在視覺上能自然的引導駕駛員的視線，并保持視覺的連續性。=2\*GB3②注意保持平、縱線形的技術指標大小應均衡。=3\*GB3③選擇組合得當的合成坡度，以利于路面排水和行車安全。=4\*GB3④注意與道路周圍環境的配合，可以減輕駕駛員的疲勞和緊張程度，起到引導視線的作用。（2）平縱組合設計基本要求=1\*GB3①平曲線與豎曲線宜相互重合，且平曲線應稍長于豎曲線，做到“平包豎”。=2\*GB3②要保持平曲線與豎曲線大小均衡。=3\*GB3③要選擇適當的合成坡度。=4\*GB3④暗、明彎與凸、凹豎曲線的組合應合理、悅目。（3）平縱組合中避免的組合=1\*GB3①避免豎曲線的頂部、底部插入小半徑平曲線；=2\*GB3②避免將小半徑的平曲線起、訖點設在或接在豎曲線的頂部或底部；=3\*GB3③避免使豎曲線頂、底部與反向平曲線的拐點重合；=4\*GB3④避免小半徑的豎曲線與緩和曲線重合；=5\*GB3⑤避免在在長直線上設置陡坡或長度短、半徑小的豎曲線；=6\*GB3⑥避免出現駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛員視線中斷的線形。4.5曲線要素計算圖4-1曲線要素（4-1）（4-2）（4-3）（4-4）式中：ω—坡度差L—曲線長（m）

T—切線長（m）

E—外距（m）圖4-2邊坡點2以第2變坡點為例：變坡點K0+590，高程為1802.642m，豎曲線半徑R=6000m，i1=-0.69％，i2=計算豎曲線要素：w12=i2-i1=-0.49曲線長L=R×w12=6000×0.49％=29.4切線長(m),外距(m)。圖4-3豎曲線計算第五章路基設計5.1設計的原則（1）路基設計應根據公路等級、行車要求、當地自然條件及施工等情況。（2）選擇合適的路基橫斷面形式和邊坡坡度并設置相應的排水設施和防護加固工程以及其他結構物。（3）結合設計資料，路線選用和路面應盡量繞避一些難以處理的地質不良地段。（5）路基處于潮濕、過濕狀態和水溫狀況不良時，采用水穩性好的材料填筑路堤或進行換填并壓實，保證路面防凍總厚度，設置隔離層等。5.2橫斷面設計步驟（1）根據測量資料點繪橫斷地面線。（2）根據路線及路基資料，將橫斷面的填挖值及有關資料與相應樁號的斷面對應。（3）根據地質調查資料設計邊坡度，確定邊溝類型和尺寸。（4）繪橫斷面設計線應包括路基邊溝、邊坡，在彎道上的斷面還應示出超高、加寬等。5.3公路橫斷面類型（1）單幅雙車道，單幅雙車道公路是指整體式供雙向行車的雙車道公路。適用于二級、三級公路和部分四級公路，設計速度范圍為20~80km/h。（2）雙幅多車道，雙幅多車道是指設分隔帶的或分離的四車道及其以上多車道公路，適用于高速公路和一級公路。（3）單車道，單車道公路路基橫斷面僅設置一個車道，適用于地形困難或通行交通量極小的四級公路。本設計采用單幅雙車道。5.4行車道寬度5.4.1行車道寬度的確定行車道的寬度要根據車輛寬度、設計交通量、交通組成和汽車行駛速度來確定。公路的行車帶內一般包括兩條以上的車道。《公路路線設計規范》（JTGD20-2017）規定各級公路的車道寬度見下表：表5-1車道寬度表設計速度（km/h）1201008060403020車道寬度（m）3.753.753.753.503.503.253.00由此表可知，當為四級路雙車道（設計時速為20km/h）時，車道寬度為3m。5.4.2路肩各級公路都要設置路肩。直線路段的土肩一般應設置向外側傾斜的橫坡,路線縱坡較大時，應當設置攔水帶。《公路路線設計規范》（JTGD20-2017）規定各級公路的路肩寬度見下表：表5-2路肩寬度表設計速度（km/h）20一般值硬路肩寬度（m）最小值一般值0.25（雙車道）土路肩寬度（m）最小值0.50（單車道）圖5-1 橫斷面本設計為雙向單車道，土路肩寬度為：0.25m5.5路基類型當天然地面高程時高于路基設計高程時需進行挖掘；天然地面高程低于路基設計高程時，需進行填筑。由于填挖情況的不同，路基橫斷面形式分為路堤、路塹和半填半挖。圖5-2路堤圖5-3路塹圖5-4半填半挖5.6路基寬度的確定公路路基寬度為行車道與路肩寬度之和，四級公路設計速度20km/h，雙車道，行車道寬3m，路肩0.25m，因此路基寬度為6.5m。5.7路基高度路基高度分為中心高度和邊坡高度，中心高度是指路基中心線處設計標高與原地面標高之差。邊坡高度是指填方坡腳或挖方坡頂與路基邊緣的相對高差。路基高度的設計要結合地下水、毛細水和冰凍的作用，使路肩邊緣高出路基兩側地面積水高度。5.8路基邊坡坡度路基邊坡坡度指其高度與寬度的比值。路基邊坡坡度主要根據土的類別、密實度的不同以及邊坡的高度，按路塹路堤分別選取。本設計是土質邊坡，填方邊坡坡率為1：1.5，挖方邊坡坡率為1:0.5。5.9路基壓實度為了減少填料的孔隙率，同時提高密實度，須進行路基壓實。路基壓實可以增強填料之間的接觸面，提高了內摩阻力，減少了形變，為路基的正常工作提供一個良好的基礎。根據《公路路基設計規范》可知，路基的壓實度、填料的最大粒徑和路基填料的最小的強度如下表所示。表5-3路基壓實度、填料最小強度及填料的最大粒徑項目分類路面以下深度（m）填料最大粒徑（cm）填料最小強度（CBR）%壓實度（%）填方路基上路床0-0.3105≥94下路床0.3-0.8103≥94上路堤0.8-1.5153≥93下路堤1.5以下152≥90零填及挖方路基0-0.3105≥940.3-0.8153≥94路基的穩定性直接影響路面的使用質量，只有路基在外界因素下不產生過量的變形，路基整體加固性良好，排水良好，方可提供良好的使用。5.10路基排水設計本設計排水采用邊溝，涵洞。全線邊溝均采用底寬30cm，高30cm的漿砌片石排水，應當采用M7.5的砂漿強度，邊溝長度不宜超過500m設置橫向穿越路界排水（出水口），溝底縱坡不宜小于0.3%。路基排水的原則要遵循以下原則：（1）路基排水設計，先進行總體規劃和綜合設計，將針對某一水源和滿足某個要求而設置的各項排水設施組成統一完整的綜合排水系統。（2）路基排水系統的布置，應與道路的平縱面和橫斷面相聯系，并結合沿線的的地形、地質等條件，因勢利導、因地制宜布置適當的排水設施。（3）排水系統的規劃要與地表、地下排水相互協調，路基、路面排水綜合考慮，排水溝渠與沿線的天然水系及橋涵等泄水結構物密切配合。5.10.1邊溝設計挖方路基及填土高度低于路基設計要求的臨界高度的路堤，在路肩外緣均應設計縱向人工溝渠，稱之為邊溝，其主要功能在于排泄路基用地范圍內地面水。邊溝應采用溝底最小縱坡坡度，并縮短邊溝出水口的間距。5.10.2涵洞設計涵洞是為了排泄地面水流而設置的橫穿路基的小型排水構造物。（1）涵洞適用性和優缺點本設計采用圓管涵優缺點：①適用于有足夠填土高度的小跨徑暗涵。②對基礎的適應性及受力性能較好、不需墩臺，圬工數量少，造價低。（2）涵洞選用原則涵洞應根據所在公路的使用任務、性質和將來的發展需要，按照食用、經濟、安全和美觀的原則進行設計。同時，公路涵洞設計應適當考慮農田排灌的需要。適當考慮各方面的綜合利用。本道路設計新建圓管涵一座，其它五座圓管涵完全利用。圖5-5圓管涵第六章路面結構層計算6.1瀝青路面設計A縣M村至N灣村公路屬于四級公路，設計時速20Km/h，6.5m雙車道，設計使用年限15年，年平均交通量1956輛/日，方向系數取0.55，車道系數取1。路線所經地區屬公路自然區劃Ⅲ3區—黃土高原干濕過渡區。年平均氣溫17.9℃，最低1月份平均4.8℃，最熱7月份平均24.8℃。全年總降雨量為800.6毫米。瀝青混合料層層底拉應變、無機結合料穩定層層底拉應力對應的溫度調整系數1.12，路基頂面豎向壓應變對應的溫度調整系數0.98，基準等效溫度17℃。A縣屬于輕凍區取凍脹指數為600℃·日，蠕變勁度取200Mpa。6.1.2確定公路TTC分類整體式貨車比例：49/128×100%=38.3%半掛式貨車比例：30/61×100%=49.2%根據計算結果，查表6-1確定該設計公路TTC分類為TTC2類，由此可得車輛類型分布系數如表6-2所示。表6-1公路TTC分類標準（%）TTC分類整體式貨車比例半掛式貨車比例TTC1<40>50TTC2<40<50TTC340～70>20TTC440～70<20TTC5>70﹣表6-2TTC2車輛類型分布系數車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類TTC222.023.32.70.08.37.517.18.510.60.06.1.3按水平三確定各類車輛設計軸載換算系數根據路網相鄰公路的車輛滿載情況及歷史數據的調查分析，得到各類車型非滿載與滿載比例，如下表所示。表6-32類～11類車輛非滿載車與滿載車所占比例(%)車輛類型2類3類4類5類6類7類8類9類10類11類非滿載車比例85.090.065.075.055.070.045.060.055.065.0滿載車比例15.010.035.025.045.030.055.040.045.035.0不同設計指標下，各車型對應的非滿載車和滿載車當量設計軸載換算系數，如表6-4所示。表6-42類～11類車輛當量設計軸載換算系數設計指標瀝青混合料層層底拉應變、瀝青混合料層永久變形量無機結合料穩定層層底拉應力路基頂面豎向壓應變車輛類型非滿載車滿載車非滿載車滿載車非滿載車滿載車2類0.82.80.535.50.62.93類0.44.11.3314.20.45.64類0.74.20.3137.60.98.85類0.66.30.672.90.712.46類1.37.910.21505.71.617.17類1.46.07.8553.01.911.78類1.46.716.4713.51.812.59類1.55.10.7204.32.812.510類2.47.037.8426.83.713.311類1.512.12.5985.41.620.86.1.4計算各類車輛的當量設計軸載換算系數（1）瀝青混合料層層底拉應變、瀝青混合料層永久變形量同理可得：（2）無機結合料穩定層層底拉應力同理可得：（3）路基頂面豎向壓應變同理可得：6.1.5當量設計軸載累計作用次數2軸6輪及以上車輛的雙向年平均日交通量方向系數車道系數m類車輛類型分布系數=0.220，0.233，0.027，0.0，0.083，0.075，0.171，0.085，0.106，0.000=211×0.55×1.0×(0.220×1.1+0.233×0.77+0.027×1.925+0.0×2.025+0.083×4.27+0.075×2.08+0.171×4.315+0.085×2.94+0.106×4.47+0.000×5.21)=283.786=211×0.55×1.0×（0.220×5.75+0.233×32.59+0.027×48.355+0.0×18.675+0.083×683.175+0.075×171.36+0.171×399.805+0.085×82.14+0.106×212.85+0.000×316.515）=20613.989=211×0.55×1.0×(0.220×0.945+0.233×0.92+0.027×3.665+0.0×3.625+0.083×8.575+0.075×4.84+0.171×7.685+0.085×6.68+0.106×8.39+0.000×8.32)=503.478=1545×0.55×1.00×(22.0×0.92+23.3×0.955+2.7×1.75+0.0×1.68+8.3×3.81+7.5×2.78+17.1×3.91+8.5×2.94+10.6×7.17+0.0×4.53)（1）瀝青混合料層層底拉應變、瀝青混合料層永久變形量前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設計使用年限15年內設計車道上的當量設計軸載總作用次數=次（2）無機結合料穩定層層底拉應力前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設計使用年限15年內設計車道上的當量設計軸載總作用次數=次（3）路基頂面豎向壓應變前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設計使用年限15年內設計車道上的當量設計軸載總作用次數=次6.1.6計算設計年限內設計車道累計交通量前五年（交通量年平均增長率為5%）：得后十年（交通量年平均增長率為3%）：得所以設計使用年限15年內設計車道累計大型客車和貨車交通量為842038輛。查表6-5可知該道路的設計交通荷載等級為輕交通。表6-5瀝青路面交通荷載分級設計交通荷載等級極重特重重中等輕設計使用年限內設計車道累計大型客車和貨車的交通量（×106，輛）≥50.050.0～19.019.0～8.08.0～4.0﹤4.06.1.7擬定路面結構方案一：路面層：面層選用細粒式瀝青混合料AC-13（90號瀝青），厚5cm；無機結合料穩定類基層（無機結合料穩定類底基層）：基層選用水泥穩定級配碎石，20cm，底基層選用石灰粉煤灰穩定土，15cm。表6-6路面結構層材料名稱模量泊松比厚度飽和度彎拉強度AC-13110000.255cm65水泥穩定級配碎石180000.2520cm1.5石灰粉煤灰穩定土70000.2516cm1.0層位界面連續狀態模量泊桑比厚度界面接觸系數

1完全連續0.1100E+050.2500E+000.5000E+010.0000E+00

2完全連續0.9000E+040.2500E+000.2000E+020.0000E+00

3路基參數0.2500E+020.4000E+00

荷載號單位壓力荷載半徑位置x位置y

10.707010.65000.00000.0000

20.707010.650031.95000.0000

第1層NF1：

112585419974.998

第2層NF2：

575109150.869349

0.000000000000000E+000

第3層為壓應力，所以不需要驗算

永久變形為：0.2693

低溫開裂指數

-0.9925

路基頂面驗收彎沉路表頂面彎沉

746.592036.9708

設計厚度

41.0（1）瀝青混合料層疲勞開裂壽命：第

1層NF1：2059010<

112585419974.998

由瀝青混凝土設計程序結果，可得瀝青混合料層疲勞開裂壽命滿足要求；（2）無機結合料穩定層疲勞開裂壽命

第

2層NF2：149564640<575109150.869349，第

3層為壓應力，所以不需要驗算由瀝青混凝土設計程序結果，可得無機結合料穩定層疲勞開裂壽命滿足要求；（3）瀝青混合料永久變形量：由瀝青混凝土設計程序結果得，瀝青混合料永久變形量為：0.2693，《公路瀝青路面設計規范JTGD50-2017》，表3.0.6-1，四級路瀝青混合料層容許永久變形量為20mm，故滿足要求；（4）路基頂面豎向壓應變由瀝青混凝土設計程序結果得，

路基頂面驗收彎沉為

746.5920

，路表頂面彎沉為23.6276

（5）低溫開裂指數6-6低溫開裂指數表公路等級高速、一級公路二級三級、四級公路低溫開裂指數CI,不大于357由瀝青混凝土設計程序結果得，低溫開裂指數為-6.1701，由《公路瀝青路面設計規范JTGD50-2017》，表3.0.6-2，四級路低溫開裂指數要求CI為7，故滿足要求；防凍厚度驗算根據公路多年凍害，按《公路瀝青路面設計規范JTGD50-2017》表B.6.2的規定驗算防凍層厚度，當路面結構厚度小于表B.6.2規定的最小防凍厚度時，應設置防凍層，使其滿足最小防凍厚度的要求。查表B.6.2得:最小防凍厚度為400mm～500mm路面結構厚度：410mm。可知最小防凍厚度滿足要求。方案一驗算完畢。6.2水泥混凝土路面設計6.2.1交通量軸載換算查規范可知，四級公路設計基準年限不小于10年，本設計基準年限取15年，水泥混凝土路面結構設計以100KN單軸-雙軸輪組荷載作為標準軸載。表5-1各類車型軸重車輛類型代表車型前軸重后軸重后軸數后軸組數后軸距數量小客車三湘CK65601325.6120508中客車江淮1726.5120128大客車解放22.1056.612049小型貨車東風23.769.2120101中型貨車交通25.5555.012061大型貨車江淮46.397.212030查《公路混凝土路面設計規范JTGD40-2011》表A.1.3得車道系數為1。《公路混凝土路面設計規范JTGD40-2011》得輪跡橫向分布系數0.54-0.62，根據行車道寬度和交通量大小情況取0.55。本設計采用以車輛類型為基礎的換算方法。表5-2水泥混凝土路面輪跡橫向分布系數 公路等級 縱縫邊緣處高速公路、一級公路、收費站0.17～0.22二級及二級以下公路（行車道寬>7m）0.34～0.39二級及二級以下公路（行車道寬≤7m）0.54～0.62由《公路路線設計規范(JTGD20—2017)》規定四級公路以小客車為折算標準。計算標準軸載的當量軸次：N=C1C2N：標準軸載的當量軸次（次/天）niP：標準軸載pi其中C1計算結果如下表所示：（單位為次/日）表5-3標準當量軸載計算表車型軸名軸載計算軸載（piCCnN三湘CK6560前軸1313115080.071042346后軸25.625.6115081.3542771827江淮AL6600前軸17.017.0111280.0574993291后軸26.526.5111280.3965788246解放A340前軸4922.111490.0689132085后軸91.556.611494.1204775825東風EQ140前軸13.5523.7111010.1925203661后軸27.269.21110120.3602396085交通SH141前軸18.925.5511610.1612427771后軸41.855.111614.5639333132江淮HF352前軸46.946.311301.0529277353后軸99.997.2113026.5136492782Ns58.9133設計年限采用15年，則設計年限累計當量軸次為：N=365×58.9133×=229656（次）參考規范，設計的水泥混凝土路面交通荷載屬于“中等”交通荷載等級。查《公路混凝土路面設計規范JTGD40-2011》得，本設計在設計基準期內屬于中等交通等級,變異水平選中等變異。6.2.1可靠度系數確定查規范可得，四級公路安全等級為“三級”目標可靠度為70%，結合調研的變異水平等級為中等變異，查規范確定可靠度系數范圍為1.04-1.07，按中等水平取中值r=1.04。6.2.2路基參數的確定根據低液限黏土土質查表可得回彈模量的范圍為50-100MPa。根據設計資料，回彈模量取值為60MPa。6.2.3結構組合初擬與設計參數確定初擬定結構層組合：普通水泥混凝土面板（hc）+級配碎石基層（20cm）+路基（綜合回彈模量為60MPa）。其中hc根據預估混凝土板厚，四級公路、“中”變異水平的厚度為200-230mm，本路段變異水平為中，初擬定為20cm。彎拉強度標準值查規范，取值為4.5MPa，彎拉模量為29GPa，泊松比取值為0.15，采用砂巖石料粗集料，其膨脹系數為查表得級配碎石回彈模量為300MPa。6.2.4平面尺寸、接縫及路肩形式的選擇平面尺寸：長4m，寬度3m。接縫：接縫為不設傳力桿的假縫，縱縫為帶拉桿的平頭接縫。路肩：與路面板間設拉桿連接，面層采用水泥混凝土。6.2.5計算地基綜合回彈模量選著模型：單層級配碎石基層屬于粒料類材料，因此選著彈性地基上的單層板模型。除路基外只有單層基層，即：地基綜合回彈模量為：6.2.6荷載應力計算設計軸載（100KN）在四邊自由版的臨界荷位處產生的荷載應力板的彎曲剛度：面板的相對剛度半徑：荷載應力:6.2.7確定三個修整系數應力折減系數是由路肩情況決定的。采用混凝土路肩取值為0.87（路肩面層厚度與路面一樣）。考慮理論與實際差異及動載等因數影響的綜合系數，按照四級公路查規范為1.0。荷載疲應力系數，與累計軸次有關，由下公式確定：計算荷載疲勞應力單程面板在最重荷載作用下的荷載應力計算極限荷載在四邊自由板的臨界荷位處產生的荷載應力：最重的軸載應力計算公式與相同，但要用最重的軸載代替式中的標準軸載。最重的軸載在臨界荷位產生的最大荷載應力6.2.8溫度應力的計算1面層最大溫度應力面層的溫度翹曲應力系數:計算綜合溫度翹曲應力荷=和內應力的溫度應力系數:Ⅲ區最大溫度梯度范圍值為90-95，取92最大溫度應力為：2面層板溫度疲勞應力（1）確定溫度疲勞應力系數Ⅲ區，查規范可得分別為0.855、1.355和0.041,計算溫度疲勞應力系數：（2）計算溫度疲勞應力6.2.9設計極限狀態驗證彈性地基上單層板模型，只需要驗證單層板的極限狀態。6.2.10設計方案的優化考慮到20cm的板厚時，疲勞極限狀態的綜合疲勞應力達到4.42MPa，與材料的彎拉強度標準值相