道路毕业设计指导书.doc

西 南 科 技 大 学毕 业 设 计 指 导 书 道 路 工 程一、综述道路设计主要包括以下几个方面的内容：平面、纵断面、横断面设计，路面设计、排水设计和工程量计算等。以下就分别叙述。二、平面设计部分1、 选线。选线一般按以下三步进行：（1） 路线方案选择。路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题。此工作通常是在小比例尺（1：2.51：10万）地形图上从大面积范围内找出各种可能的方案，收集各可能方案的有关资料，进行初步评选，确定数条有进一步比较价值的方案。然后进行现场勘察，通过多方案的比选得出一个最佳方案来。（2） 路线带选择。是在路线基本方向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带。路线布局一般应该在1：10001：5000比例尺的地形图上进行。（3） 具体定线。有了上述路线轮廓即可进行具体定线，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。2、 平面设计。在选线的基础上进行的平面设计应注意考虑以下原则：（1） 平面线形应直捷、连续、顺舒，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。（2） 除满足汽车行驶力学上的基本要求外，还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。（3） 保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。（4） 应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。（5） 平曲线应有足够的长度。如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整，一般都应控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度。三、道路纵断面设计1、纵断面设计步骤：（1） 准备工作：在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。里程桩包括：路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩（50m加桩或20m加桩）、平曲线控制桩（如直缓或直圆、缓圆、曲中、圆缓、缓直或圆直、公切点等），桥涵或直线控制桩、断链桩等。（2） 标注控制点：如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，铁路道口，城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。（3） 试坡：在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直坡线。反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡线，将坡度线延长交出变坡点的初步位置。（4） 调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。（5） 核对：选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。（6） 定坡：经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。坡度值要求取到0.1，变坡点一般要调整到10m的整桩号上。（7） 设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素。（8） 计算各桩号处的填挖值：根据该桩号处地面标高和设计标高确定。2、纵断面图的绘制 纵断面图采用直角坐标，以横坐标表示里程桩号，纵坐标表示高程。横坐标比例尺采用12000，纵坐标采用1200。纵断面图由上、下两部分组成。上部主要绘制地面线和纵坡设计线，标注竖曲线及其要素，沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数和孔径等；下部主要填写有关内容，自下而上分别填写：直线及平曲线，里程桩号，地面标高，设计标高，填挖高度，坡度、坡长，土壤地质说明。四、横断面设计1、路基横断面设计方法（1） 绘制横断面的地面线（2）由纵断面图上查到填挖高度，抄于相应桩号的断面上。对于有超高和加宽的曲线路段，还应抄入加宽值、超高坡度等。（3）根据土壤、地质、水文资料，画出路幅宽度，填或挖的边坡坡线，在需要设置各种支挡工程和防护工程的地方画出该工程结构的断面示意图。（4）根据综合排水设计，画出路基边沟、截水沟、排灌渠等的位置和断面形式。（5）计算横断面面积。2、横断面设计成果（1）标准横断面图（2）路基横断面图（对应纵断面图上每一个中桩位置），比例1200（3）特殊路基设计图：如高填深挖路基、侵河路基、不良地质路段路基等（4）超高方式图及其他大样图（5）路基设计表五、路面设计1、 路面设计的内容路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时可达50以上。因此，做好路面设计是至关重要的。 路面设计不能简单地理解为路面结构(验算)设计，设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和经济评价。 1.1 路面类型与结构方案设计 路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物；高速公路和一级公路的面层不仅考虑其结构承载力，更要考虑其防滑等表面特性，应采用优质耐久的路面建筑材料。必要时，应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。 1.2 路面建筑材料设计 · 路面建筑材料设计往往是路面设计中不受重视的一块内容，原因在于设计仅仅依据设计规范或当地经验确定路面结构层次，指定各层次材料的标准规范名称。毕业设计应能运用大学期间所学的工程技术与材料科学知识，考虑道路所在地的自然环境、材料所在路面结构层次的功能等，论证合理地选择材料类型和建议配比。真题真做时，有条件时可结合沿线建筑材料调查，进行必要的配比试验。 1.3 路面结构设计 路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。 现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，学生应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。2、 新建沥青路面设计2.1 沥青路面结构设计标准现行公路沥青路面设计规范的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制指标、对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。2.2 设计步骤 沥青路面结构设计一般有以下五步：1) 根据设计任务书的要求，进行交通量分析，确定路面等级和面层类型， 计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 2)按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长度不宜小于500m，若为大规模机械化施工，不宜小于lkm)，确定各路段土基回弹模量值。 3)可参考规范推荐结构(见规范附录A)，拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案，根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各结构层材料设计参数。 4)根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。上述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序（我校采用APDS程序）进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。进行技术经济比较，确定采用的路面结构方案。 设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时，可任选一层为设计层，当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时，应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构；当采用柔性基层、底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度，当求得基层厚度太厚时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和稳定性。 对高速公路、一级公路、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力的验算。目前，以上计算已编制成计算机程序（APDS程序）。2.3 各层材料计算参数的确定 1）沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25和15时的抗压模量和 15的劈裂强度。强度和模量的确定方法不外两种，试验法和经验法。 试验法就是在沥青路面设计阶段进行沥青混合料的组成设计，然后按照试验规程进行抗压模量和劈裂强度的试验。经验法是参照规范中的参数建议值，考虑工程所在地的气候状况(自然区划和气候分区)和工程的具体情况适当选用。如，沥青路面设计规范建议粗粒式沥青混凝土，沥青标号90的抗压模量为18002200，设计时不能简单地取中值，如果所用沥青标号较低，如60、70，可考虑用较高的值，若为90，则应取低限；高速公路行车速度高，一般二级公路行车速度低，那么设计高速公路路面时可取上限值。设计诸如矿区道路时，因轴载较重车速低，则可取低限。（设计时可参考规范建议值采用）2）基层材料类别与计算参数确定 基层材料的类别。我国路面工程中最常用的当属半刚性基层，主要材料类别按沥青路面规范定义有水泥稳定类(水泥土、水泥稳定级配碎石(砂砾)、石灰粉煤灰碎石(砂砾)、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等综合稳定类。 主要力学参数确定。设计中主要要确定的基层材料力学参数为设计沥青路面时有抗压模量和劈裂强度、设计水泥混凝土路面时只须确定抗压模量。同样，材料力学参数可通过配比试验确定，也可参照规范建议值确定。半刚性基层材料的参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期，材料配比，特别是结合料的含量；同时应考虑基层将来可能处于的潮湿状态。 3）垫层材料类别与计算参数 垫层材料类别。垫层材料主要有石灰稳定类(石灰土、石灰稳定集料等)、级配碎石、砂砾等。垫层材料的力学参数。设计中一般只须确定垫层材料的抗压回弹模量，由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定，一般参照规范建议值确定即可。 4）土基回弹摸量的确定一般规定。新建公路初步设计时，土基回弹模量值应根据查表法(或现有公路调查法)、室内试验法、换算法等，经综合分析、论证，确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。土基回弹模量是路面设计的关键参数，也是随机性大和比较难确定的参数。确定的方法有两种，可称为经验法(查表法)和现场测定法。 经验法。新建道路设计时，尚无法实测土基顶面的回弹模量，应对路基填土类型、地下水位、预测的路基潮湿状态综合分析，根据经验数据或通过室内试验确定。根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度，可参考沥青路面设计规范附录E表E2预测土基回弹模量值。当采用重型击实标准时，土基回弹模量值可较表列数值提高1530。现场实测法。在已建成的路基上，在不利季节按照现行公路路基路面现场测试规程规定，用大型承载板测定土基005mm(路基软弱时测至lmm)的变形压力曲线，然后根据公式计算出回弹模量值。3、 水泥混凝土路面设计3.1 水泥混凝土路面设计标准 水泥混凝土路面结构设计只验算路面板临界荷位板底的温度疲劳应力和荷载疲劳应力之和在095103倍的水泥混凝土设计弯拉强度范围内，即 095 fcmfp+ft103 fcm3.2 水泥混凝土路面结构步骤3.2.1 确定交通等级根据交通调查所得的交通量资料，将各级轴载的作用次数换算成标准轴载的作用次数，计算设计年限内临界荷位处标准轴载的累计作用次数。（标准轴载累计作用次数计算公式见教材），根据标准轴载作用次数确定交通等级。3.2.2 确定材料参数1)计算设计年限内标准轴载作用次数，初估板厚及平面尺寸。在计算确定混凝土面板厚度前，须先初定一板厚，可参照下表选用。混凝土面板的初估板厚交通等级特 重重中等轻初估厚度hi(cm) >2523-2521-23212)计算基层顶面当量回弹模量（Et）。水泥混凝土路面力学分析理论为弹性地基上的弹性薄板，须将面板下基层、底基层、垫层和土基当量换算成弹性半无限地基。对于新建道路，按照的方法确定每一层的材料回弹模量，然后用双层弹性层状体系理论，以直径30cm的荷载作用下表面回弹弯沉为当量换算标准，自下而上地逐一换算。如果是老的砂石或沥青路面，则可用标准轴载的汽车测弯沉或用承载板法测定路顶面的当量回弹模量。 用汽车实测路段的回弹弯沉值，确定计算回弹弯沉值后，再按式确定基层顶面的当量回弹模量召，为若老路上不加设新的基层，测定回弹模量即为基层顶面的当量回弹模量，若加铺新的基层，则应按新建的方法换算。有时受道路标高的限制，对老路须铲除一定厚度的老路结构层，则应在铲除后的路面顶面测定当量回弹模量，再按上述方法确定基层顶面当量回弹模量。3)基层顶面计算回弹模量(Es) 。上述第二步确定的基层顶面回弹模量尚不能用于水泥混凝土路面板力学计算，必须对其做修正。修正后的回弹模量称为计算回弹模量。Es = nEt3.2.3 计算荷载疲劳应力根据已知的材料参数和各层的厚度，通过查图可得面板临界荷位处的最大应力，然后根据公式fp=kjkfkc,可计算出临界荷位处的荷载疲劳应力。3.2.4 计算温度疲劳应力计算温度疲劳应力时，应首先计算温度翘曲应力，然后通过公式ft=ktt将其等效的转换成温度疲劳应力。3.2.5 检验初拟板的尺寸为了控制由荷载应力和温度应力综合疲劳作用所产生的断裂，这就要求荷载疲劳应力和温度疲劳应力的叠加值不超过混凝土的抗弯拉强度，即 095 fcmfp+ft103 fcm若满足上式，则初拟的板厚即可通过。否则，应改选初估板厚，或改变板的平面尺寸，重新计算，直到满足上述要求为止。水泥混凝土路面板最小厚度为18cm。3.2.6 接缝和配筋设计1）缝的种类与构造 水泥混凝土路面主要有横向缩逢胀缝、横向施工缝和纵缝四种，接缝设计包括缝的布置和缝的构造设计。一次铺筑宽度大于45m时，应增设纵向缩缝。纵向缩缝采用假缝，并应设置拉杆。其一次铺筑宽度小于路面宽度时，应设置纵向施工缝。纵向施工缝采用平缝，并应设置拉杆。横缝一般分为横向缩逢、胀缝和横向施工缝。横向缩逢采用假缝。在特重交通的公路上，横向缩逢宜加设传力杆；其它各级交通的公路上，在邻近胀缝或路面自由端部的3条缩缝内，均宜加设传力杆。 在邻近桥梁或其他固定构筑物处、与柔性路面相接处、板厚改变处、隧道口、小半径平曲线和凹形竖曲线纵坡变换处，均应设置胀缝。在邻近构筑物处的胀缝，应根据施工温度至少设置2条。此外，胀缝宜尽量不设或少设。胀缝应采用滑动传力杆，并设置支架或其他方法予以固定。每日施工终了，或浇筑混凝土过程中因故中断浇筑时，必须设置横向施工缝。其位置宜设在胀缝或缩缝处。设在缩缝处的施工缝应采用平缝加传力杆型。 交叉口混凝土面板的接缝布置应与交通流相适应，并易于排水，整齐美观，施工方便。相邻板的接缝应对齐。当出现错缝时，应对与接缝相对应的板边加设防裂钢筋。板角不宜小于90o。当出现锐角时，应进行补强。板块接缝边长不宜小于lm。2）拉杆 拉杆应采用螺纹钢筋，设在板厚中央，并应对拉杆中部10cm范围内进行防锈处理。拉杆尺寸及间距一般按规范建议值选用。其最外边的拉杆距接缝或自由边的距离一般为2535cm。3）传力杆传力杆应采用光面钢筋，其长度一半再加5cm，应涂以沥青或加塑料套。胀缝处的传力杆，尚应在涂沥青一端加一套子，内留3cra的空隙，填以纱头或泡沫塑料。套子端宜在相邻板中交错布置。传力杆直径、最小长度和间距可按规范建议值选用。其最外边的传力杆距接缝或自由边的距离一般为1525cm。 4）接缝材料及技术要求 接缝材料按使用性能分为接缝板和填缝料两类。接缝板应选用能适应混凝土面板膨胀收缩、施工时不变形、耐久性良好的材料。填缝料应选用与混凝土面板缝壁粘结力强、回弹性好、能适应混凝土面板收缩、不溶于水和不渗水、高温时不溢出、低温时不脆裂和耐久性好的材料。5）需要配筋部位 缩缝间距短的素混凝土路面，除了接缝处设置传力杆和拉杆外，一般不须再配置钢筋，混凝土面板纵横向自由边的基础有可能产生较大塑性变形时，可在板边缘配置钢筋，角隅处加设发针型钢筋或钢筋网。混凝土路面与其它结构物和沥青路面相接处，除应加强路基和基层垫层的压实和桥(涵)台背后填料的选择和压实外，应根据不同情况对路面板予以补强。因此，素水泥混凝土路面板需要配置内部钢筋位置大概有以下类型：板边补强、角隅补强、混凝土路面与沥青路面相接处、混凝土路面与桥涵相接处、构造物穿过公路等。6）配筋设计(1)板边补强。混凝土面板边缘部分的补强，一般选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，布置在板的下部。(2)角隅补强。角隅部分的补强，可选用2根直径为1216mm的螺纹钢筋，布置在板的上部，板角小于90o时，亦可采用双层钢筋网补强。钢筋保护层的最小厚度不应小于5cm。(3)混凝土路面与沥青路面相接。混凝土路面与沥青路面相接，对高速公路和一级公路，应采用适当的处理措施，对其他各级公路，可采用混凝土预制块过渡，或迳相连接。六、路基排水设计路基排水系统的布置，一般利用路线平面图按下列步骤进行：(1)在路线平面图上绘出必要的路堑坡顶线和路堤坡脚线，标明路侧弃土堆和取土坑的位置等。(2)在路基的上侧山坡上可设置截水沟等拦截地表径流。为提高截流效果，截水沟宜大体沿等高线布置，与地面水流方向接近垂直。路堑上侧有弃土堆时，弃土堆应连续而不中断，并在其上方设置截水沟。下坡一侧的弃土堆，应每隔50-100m设不小于1m宽的缺口，以利排水。(3)路基两侧按需要设置边沟或利用取土坑，必要时采用路肩排水系统和中央分隔带排水系统，汇集并排除道路表面的水。(4)根据沿线地下水的情况，设置必要的地下排水设施。(5)将拦截或汇集的水流，用排水沟管引排到指定的低地、河沟或桥涵等处。排水沟应力求短捷、远离路基，与其他水沟的联接应顺畅。(6)选定桥涵的位置，使这些沟管同桥涵连成一个完整的排水系统。对穿过路基的河沟，二般均应设桥涵，不要轻易改沟并涵。考虑到路基排水或农田排灌的需要，也可增设涵洞。一条路线的勘测在纵断面设计完成后，就需考虑该路线各路段排水系统的总体规划。路段综合排水系统示例如图所示。路基综合排水系统七、路面排水1雨量计算 高速公路、一级公路应设路面排水设施。路面排水设施由路肩排水和中央分隔带排水设施组成。设计时，按暴雨强度采用当地任意连续30min的最大径流厚度(mm)；设计重现期高速公路35年，一级公路23年，二级公路12年。2路肩排水设施路肩排水设施主要由拦水带、急流槽和路肩排水沟组成。路肩排水设施的纵坡与路面的纵坡一致。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保护。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，在硬路肩边缘设置拦水带，并通过急流槽将水排出路基。当硬路肩汇水量较大时，可在土路肩上设置路肩排水沟。路肩排水沟可采用“U”形水泥混凝土预制构件砌筑，沟底纵坡同路肩纵坡，并不小于0.3。其他等级公路，当路堤较高时，为避免填方边坡被路面水冲刷，可在路肩上设置拦水带，通过路堤边坡上的急流槽将水排出。3中央分隔带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。中央分隔带排水，同它的布置形式、路线线形等有关。凹形中央分隔带，可采用浅平式纵向排水沟，经集水井和地下横向排水管，排去表面水。凸形中央分隔带，可用预制混凝土小块封面，而将降水排到两侧路面上。在弯道超高地段，上半幅路面水会汇集于凸形中央分隔带旁的路缘带，对于干旱少雨(雪)地区，可在分隔带上设开口明槽，使水流经下半幅路面排出；而一般地区，则设路拦式排水沟或雨水口(井)，通过地下管道排出。多雨地区的中央分隔带，表面不作封闭时，降水会下渗，可在路床顶部设置纵向排水渗沟，并由横向排水管引出路基。中央分隔带排水沟(管)的断面尺寸及分段长度通过流量计算确定，一般采用孔径2040cra，沟(管)底纵坡可与路面纵坡相同，最小纵坡不宜小于03。扁平式排水沟横断面可采用蝶形、三角形、U形或矩形，路拦式排水沟多用圆形或侧沟形。4.路面内部排水为了保持路面基层和路基的干燥状态，可设置良好的路面内部排水系统。其中，透水性基层可用多孔水泥稳定碎石、沥青稳定碎石、贫水泥混凝土等。为排除通过路面缝隙，或者由路基或路肩渗入并滞留在路面结构内的自由水，可设置路面边缘渗沟或排水基(垫)层。八、道路工程工程量的计算1土石方的工程量计算方法道路工程土石方量一般较大，在计算工程量时应注意如下事项。1)关于土石方体积计算：在土方挖方计算中按天然密实体积，填方按压实后的体积计算，石方爆破按天然密实体积计算，当以填方压实体积为工程量，采用以天然密实方为计算单位时，在套用定额时应乘以压实方与天然密实方的换算系数，在这里说明一下，压实方与天然密实方间换算系数的含义及应用，路基土石方工程图纸给出的工、石方数量，是按工程的几何尺寸计算出来的压实方，必然存在着天然密实方与压实方之间的量数，它直接影响土方数量计算调配。由于土石方作业的土壤种类，存在形式、天然密实度各不相同，而且设计要求的填方密实度也不相同，所以压实方与天然密实方间换算系数也不是实值，最好是通过试验分别确定。根据以往的实验数据及有关数据，表列出了压实方与天然密实方间的换算系数。压实方与天然密实方的换算系数表道路等级土 方石 方松 土普通土硬 土运 输快速路主干路1.231.161.091.190.922）土石方数量计算可采用“平均断面法”：若相邻两断面均为挖方或填方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱体，其体积的计算公式为：V=式中：V体积；F1、F2分别为相邻两断面的面积；L相邻断面之间的距离。若F1、F2相差甚大，则与棱台更为接近。其计算公式为：V=式中：，其中F2F1。