【道路工程设计方法】 道路工程平面图设计

一 选线

选线是公路设计的重要环节之一, 选线的质量直接关系到公路的造价及今后使用的适用性, 安全性, 可靠性和寿命. 也是一个综合判断选择的过程, 既要考虑地形, 地质条件的变化, 又要均衡路线本身平, 纵, 横三方面的相互影响和制约. 自然条件对路线的影响因素也很多, 主要考虑:地形, 地质, 气候, 水文等. 所以在平面图上选择线路都要考虑上述的条件, 因为是沿溪线, 路线伴随着一条季节性流水的河流, 也要把这条因素考虑进去. 选择好的路线以确保公路的安全和自然环境良好, 因此采用比选的原则进行路线的选择.

此路段是沿溪线和越岭线, 其主要特点是由于沿溪线沿河流布线, 平纵线形较好, 在河边一般都有台地可以利用, 加之河床的纵坡一般比路线的纵坡小, 所以路线的平纵线形均能满足设计要求, 平面受纵面的制约较小, 沿溪线海拔低, 气候条件较好, 对施工, 养护, 营运有利, 而且沿溪线傍山临河, 砂石等原材料比较丰富, 施工用水容易解决. 在路线布线时, 要结合地形克服不利影响, 发挥沿溪线的优势, 使公路更好的为社会服务. 二. 定线

公路定线根据公路等级, 要求和条件在纸上定线. 步骤如下: 1. 拟定线路走向 在1:5000的地形图上, 根据路线的起终点

和中间控制点, 仔细分析控制点间的地形, 地质及地物情况, 选择地势平缓, 山坡顺直, 河谷开阔及有利于回头展线的地点等, 拟定路线各种可能的走向, 完成路线的总体布局.

2. 放坡试线 要考虑坡度, 坡长及点的布控进行多次的试定

比较, 最终选择出一条合适的路线. 三. 平面设计

因为地形比较平缓, 所以只设有圆曲线进行设计. 根据>规定选择半径.

平曲线要素表

四. 纵断面设计

路线选定以后, 量出平面图中路中心线穿过每一等高线的桩号及高程, 绘制纵断面图, 点绘地面线, 进行纵坡设计. 五. 横断面设计

三级公路设计车速为40km/h,路肩宽度为0.75m, 路面宽度为7.5m, 则路基宽度为9.0m. 六. 路面设计 (后有附书) 七. 路基设计 (后有附书) 八. 涵洞设计 (后有附书) 九. 技术标准

按照规范要求（书中规范）来设计路线，采用技术标准如下： ①公路等级：三级公路； ②计算行车速度：40公里/小时 ③路基宽度：路基宽9.0米 ④路面宽度：路面宽度2*3.75米

十. 路线

孙李沟至西岔路线全长4535米，起讫桩号为K0+00至终点桩号K4+535.00。按照最小坡长为120米为设计标准进行设计。

公路用地范围内排水沟外5米，按挖方段是上方山坡汇水情

况设有截水沟。

十一. 参考资料: > > > > > > > > > 十二规范附表

公路竖曲线最小长度和最小半径

从视觉观点所需的竖曲线最小半径

沥青混合料设计参数

基层材料设计参数

K0+425竖曲线计算表

K2+200

竖曲线计算表

K1+350竖曲线计算表

K0+650竖曲线计算表

K2+650竖曲线计算表

K3+50竖曲线计算表

K3+250竖曲线计算表

K3+410竖曲线计算表

K3+950竖曲线计算表

K3+640竖曲线计算表

路 面 设 计

一概述

三级公路设计车速为40km/h,路肩宽度为0.75m, 路面宽度为7.5m, 则路基宽度为9.0m. 路堤边坡坡度为1:1.5,路堑边坡坡度为1:1.

确定路基的干湿类型:

由于本地区属于辽河平原冻融交替副区(II2a ), 得知:

H 1=3.4-3.8; H2=2.6-3.0; H3=1.9-2.2.

K0+600为沿溪段, 地下水位线为2.2m. 路基的平均填土高度为0.79m, 则H=0.79-0.6+2.2=2.39. 所以H 3 H 1则路基干湿类型为干燥。 二路面设计计算:

此段公路为双向双车道的三级公路. 路面设计使用年限为10年, 交通量平均增长率为4%.此段公路位于自然区划II 2a , 粉性土, 沿溪线地下水位高度为2.2m.

沿溪线平均填高为0.79m, 越岭线的平均填土高度为1.22m, 平均最大冻深为1.4m. 试进行该路面结构设计. 1. 轴载计算

根据交通量和经济的因素, 预测该路竣工后第一年的交通组成如下表：

预测交通组成 路面结构设计以双轮单轴BZZ-100为标准轴载, 分两种情况计算累计当量轴次:

1）以设计弯沉值为指标及沥青层层底拉应力验算时, 计算结果如下表:

注:轴载小于25KN 的轴载作用不计.

由规范可知:三级公路沥青路面的设计年限为10年, 车道系数为0.5. 因此累计当量轴次为: Ne=[(1+r)-1]N1η365/r=2399709(次).

2）验算半刚性基层层底拉应力时, 计算结果如下表:

t

注:轴载小于50KN 的轴载作用不计.

由规范可知:三级公路沥青路面的设计年限为10年, 车道系数为0.5. 因此累计当量轴次为: Ne=[(1+r)-1]N1η/r=2986708(次). 2. 确定路基回弹模量值E 0

t

自然区划II 2a , 粉性土, 沿溪线路槽距地下水位的高度H=0.79-0.6+2.2=2.39m（k0+000-k0+600）越岭段.k0+600-k4+115路槽距地下水位的高度H=3.2+1.22-0.6=3.82m,查表知, H 1=3.4-3.8; H2=2.6-3.0; H3=1.9-2.2.所以

(k0+000-k0+600)H3 H1则路基干湿类型为干燥。

沿溪线路基平均稠度ωc :ωc 3＜ωc ＜ωc 2. 则取ωc

-

-

-

-

查表得

=0.81

-

知,E 0=19.35MPa。越岭线路基平均稠度ωc :ωc 3＜ωc ＜ωc 2. 则取ωc =1则查表得E=26MPa. 3. 路面结构层类型的选择 方案一（沿溪段的路面设计） ⑴各结构层材料的选择

-

根据路面材料及路面等级选择.

查表知:AC =1.2,AS =1.1,Ab =1.0.则ld=600* AC * AS * A b *Ne

-0.2

=41.82(0.01mm).

⑶按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h 2 ①综合修正系数F F=1.63(ls/2000δ)

0.38

(E0/P)

0.36

=0.5; Ls=ld=lF=2pδF /E1;

αC =4.4;

②按路表弯沉值进行等效换算

h 1=3cm E1=500MPa 将第二层到第四层换为中层.

h 2=? E2=400MPa h1=3cm E1=500MPa h 3=15cm E3=300MPa h2=? E2=400MPa h 4=30cm E4=200MPa E0=19.35MPa

E5=E0=19.35MPa

现在已知:P=0.7MPa, δ=10.65cm,h1=4cm,E1=500MPa. L=2pδαC /E1. αC =αk 1k 2 .

由 h/δ=3/10.65=0.282和E 2/E1=400/500=0.8,查表知, α=7.1 由h/δ=3/10.65=0.282和E 0/E2=19.35/400=0.0048 查表知,k 1=1.02

因为αC =αk 1k 2 . 所以k 2=αC /α* k1=0.381.反查H/δ k 2=0.381,E0/E2=0.048, h/δ=0.282,则 H/δ=6. H=6*10.65=63.90cm→h 2=28.12cm,取石灰土h 2=28cm. (4)验算沥青层层底拉应力 (一) 验算沥青混合料层层底拉应力

①容许拉应力

因为劈裂强度不存在, 所以底面容许拉应力为0MPa. ②按等效上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 2=? E2=400MPa h1=3cm E1=500MPa h 3=15cm E3=300MPa h2=? E2=400MPa h 4=30cm E4=200MPa E0=19.35MPa

E5=E0=19.35MPa

现在已知:P=0.7MPa, δ=10.65cm,h1=4cm,E1=500MPa. L=2pδαC /E1. αC =αk 1k 2 .

由 h/δ=3/10.65=0.282和E 2/E1=400/500=0.8,查表知, α=7.1 由h/δ=3/10.65=0.282和E 0/E2=19.35/400=0.0048 查表知,k 1=1.02

因为αC =αk 1k 2 . 所以k 2=αC /α* k1=0.381.反查H/δ k 2=0.381,E0/E2=0.048, h/δ=0.282,则 H/δ=6. H=6*10.65=63.90cm→h 2=28.12cm,取石灰土h 2=28cm. (4)验算沥青层层底拉应力 (一) 验算沥青混合料层层底拉应力 ①容许拉应力

因为劈裂强度不存在, 所以底面容许拉应力为0MPa.

②按等效上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=3cm E1=500MPa E1=500MP 将第一层到第四层换为中层.

h 2=28cm E2=400MPa E2=400MPa h=h1=3cm E 1=500MPa

h 3=15cm E3=300MPa EE 2=400MPa

h 4=30cm E4=200MPa E E 5=E0=19.35MPa

3=300MPa H=? 4=200MPa

E 0=19. 35M P a

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=3cm,E1=500MPa,H=52.78cm,E2=400MPa,

-

" " "

α=αk 1k 2 . E 0=19.35 MPa. 求δ12=p α12. 12

由 h/δ=/10.65=0.282和E 2/E1=400/500=0.8查表知, α"

由 δ12

(二) 验算石灰土碎石层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力 σR =σSR /K S ,

σSR =0.2MPa .K=0.045N

S

0.11

e

/AC =0.045*2986708

0.11

/1.2=1.93.

σR =0.2/1.93=0.104MPa.

②等效换算上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=3cm E1=500MPa E1=500MP 将第一层到第三层换为上层.

h 4=30cm E4=200MPa E4=200MPa E0=19.35MPa E 5=E0=19.35MPa

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=3cm,E1=500MPa,H=52.78cm,E2=400MPa,

-

" " " α=αk 1k 2 . E 0=19.35 MPa. 求δ12=p α12. 12

由 h/δ=/10.65=0.282和E 2/E1=400/500=0.8查表知, α"

由 δ12

(二) 验算石灰土碎石层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力 σR =σSR /K S ,

σSR =0.2MPa .K=0.045N

S

0.11

e

/AC =0.045*2986708

0.11

/1.2=1.93.

σR =0.2/1.93=0.104MPa.

②等效换算上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=3cm E1=500MPa E1=500MP 将第一层到第三层换为上层.

h 2=28cm E2=400MPa E2=400MPa h=? E 3=300MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=h4=30c E4=200MPa h 4=30cm E4=200MPa E4=200MPa E0=19.35MPa

E 5=E0=19.35MPa

现在已知: P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h=64.6cm,E4=200MPa,H=30cm,E3=300MPa, E0=19.35

-

" " "

α=αδ=p MPa. 求34α34. 34k 1k 2

由 h/δ=48.5/10.65=4.55和E 4/E3=200/300=0.67,查表知,

α" =0.09.

由h/δ=4.55和E 4/E3=0.67, E0/E4=19.35/200=0.097,查表知,k 1=1.28.

由H/ δ=30/10.65=2.82, E0/E4=0.097,和E 4/E3=0.67,查表知, k 2=0.71.

’

’

δ34=p α34=0.7*0.09*1.28*0.71=0.056

(5)检验路面厚度

路面厚度H=3+28+15+30=76cm,最大冻深1.4m, 则公路潮湿类型最小防冻厚度为60～70

2．越岭段路面设计：

⑴各结构层材料的选择

-

(4)验算沥青层层底拉应力 (一) 验算沥青混合料层层底拉应力

①容许拉应力

因为劈裂强度不存在, 所以底面容许拉应力为0MPa. ②按等效上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=3cm E1=500MPa E1=500MP 将第一层到第四层换为中层.

h 2=24cm E2=400MPa E2=400MPa h=h1=3cm E 1=500MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=? E2=400MPa h 4=30cm E4=200MPa E4=200MPa E0=26MPa E 5=E0=26MPa

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=3cm,E1=500MPa,H=48.79cm,E2=400MPa,

-

" " "

α=αδ=p E 0=26 MPa. 求12α12. 12k 1k 2 .

由 h/δ=/10.65=0.282和E 2/E1=400/500=0.8查表知, α"

由 δ12

(二) 验算石灰土碎石层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力

σR =σSR /K S ,

σSR =0.2MPa .K=0.045N

S

0.11

e

/AC =0.045*2986708

0.11

/1.2=1.93.

σR =0.2/1.93=0.104MPa.

②等效换算上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=3cm E1=500MPa E1=500MP 将第一层到第三层换为上层.

h 2=24cm E2=400MPa E2=400MPa h=? E 3=300MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=h4=30cm

E 4=200MPa h 4=30cm E4=200MPa E4=200MPa E 0=26MPa

E 5=E0=26MPa

现在已知: P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h=44.20cm,E4=200MPa,H=30cm,E3=300MPa, E0=26

-

" " "

α=αδ=p MPa. 求34α34. 34k 1k 2

由 h/δ=44.20/10.65=4.15和E 4/E3=200/300=0.67,查表知,

α" =0.09.

由h/δ=4.15和E 4/E3=0.67, E 0/E4=26/200=0.13查表知,k 1=1.15

’

由H/ δ=30/10.65=2.82, E0/E4=0.13,和E 4/E3=0.67,查表知, k 2=0.75.

’

δ34=p α34=0.7*0.09*1.15*0.75=0.05

(5)检验路面厚度

路面厚度H=3+24+15+30=72cm,最大冻深1.4m, 则公路潮湿类型最小防冻厚度为60～70

-

根据路面材料及路面等级选择.

查表知:AC =1.2,AS =1.1,Ab =1.0.则ld=600* AC * AS * A b *Ne

-0.2

=41.82(0.01mm).

⑶按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h 2 ①综合修正系数F

F=1.63(ls/2000δ)

0.38

(E0/P)

0.36

=0.5; Ls=ld=lF=2pδF αC /E1;

αC =2.75.

②按路表弯沉值进行等效换算

h 1=4cm E1=800MPa 将第二层到第四层换为中层.

h 2=? E2=700MPa h1=4cm E1=800MPa h 3=15cm E3=300MPa h2=? E2=700MPa h 4=20cm E4=200MPa E0=19.35MPa

E5=E0=19.35MPa

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=4cm,E1=800MPa,E2=700MPa,

E 0=19.35MPa. L=2pδαC /E1. αC =αk 1k 2 . 由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E1=700/800=0.875,查表知,

α=5.2.

由h/δ=4/10.65=0.376和E 0/E2=19.35/700=0.0276, 查表知,k 1=1.6

因为αC =αk 1k 2 . 所以k 2=αC /α* k1=0.539.反查H/δ k 2=0.539,E0/E2=0.00.0276, h/δ=0.376,则 H/δ=4.2 H=4.2*10.65=44.73cm→h 2=22.3cm,取石灰土h 2=23cm. (4)验算沥青层层底拉应力

(一) 验算沥青贯入式层层底拉应力 ①容许拉应力

因为劈裂强度不存在, 所以底面容许拉应力为0MPa. ②按等效上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=4cm E1=800MPa E1=700MP 将第一层到第四层换为中层.

h 2=23cm E2=700MPa E2=700MPa h=h1=4cm E 1=800MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=? E 2=700MPa

h 4=20cm E4=200MPa E4=200MPa E0=19.35MPa E 5=E0=19.35MPa

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=4cm,E1=800MPa,H=33.82cm,E2=700MPa,

-

" " "

α=αδ=p E 0=19.35. 求12α12. 12k 1k 2 .

由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E1=700/800=0.875,查表知, α"

由 δ12

(二) 验算石灰土层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力

σR =σSR /K S , σSR =0.3MPa ; KS =0.35Ne 0.11/AC =1.5

σR =0.3/1.5=0.2MPa.

②等效换算上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=4cm E1=800MPa E1=800MP 将第一层到第三层换为上层.

h 2=23cm E2=700MPa E2=700MPa h=? E 3=300MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=h4=20cm E4=200MPa h 4=20cm E4=200MPa E4=200MPa E0=19.35MPa E 5=E0=19.35MPa

现在已知: P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h=48.54cm,E4=200MPa,H=20cm,E3=300MPa,

-

" " "

α=αδ=p E 0=19.35 MPa. 求34α34. 34k 1k 2

由 h/δ=48.54/10.65=4.55和E 4/E3=200/300=0.67,查表知,

α" =0.07.

由h/δ=4.55和E 4/E3=0.67, E0/E4=19.35/200=0.097,查表知,k 1=1.28.

由H/ δ=20/10.65=1.88, E0/E4=0.097,和E 4/E3=0.67,查表知,k 2=1.26.

’’

δ34=p α34=0.7*0.07*1.28*1.28=0.0.156

(5)检验路面厚度

路面厚度H=4+23+15+20=62cm,最大冻深1.4m, 则公路潮湿类型最小防冻厚度为60～70

-

根据路面材料及路面等级选择.

查表知:AC =1.2,AS =1.1,Ab =1.0.则ld=600* AC * AS * A b *Ne

-0.2

=41.82(0.01mm).

⑶按弯沉指标求石灰土碎石层厚度h 2 ①综合修正系数F F=1.63(ls/2000δ)

0.38

(E0/P)

0.36

=0.55; Ls=ld=lF=2pδF αC /E1;

αC =2.75.

②按路表弯沉值进行等效换算

h 1=4cm E1=800MPa 将第二层到第四层换为中层.

h 2=? E2=700MPa h1=4cm E1=800MPa h 3=15cm E3=300MPa h2=? E2=700MPa h 4=20cm E4=200MPa E0=26MPa

E5=E0=26MPa

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=4cm,E1=800MPa,E2=700MPa,

E 0=26MPa. L=2pδαC /E1. αC =αk 1k 2 .

由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E1=700/800=0.875,查表知,

α=5.2.

由h/δ=4/10.65=0.376和E 0/E2=26/700=0.037, 查表知,k 1=1.2 因为αC =αk 1k 2 . 所以k 2=αC /α* k1=0.644.反查H/δ k 2=0.644,E0/E2=0.037, h/δ=0.376,则 H/δ=4.4 H=4.4*10.65=46.68cm→h 2=24.46m,取石灰土h 2=25cm. (4)验算沥青层层底拉应力 (一) 验算沥青贯入式层层底拉应力 ①容许拉应力

因为劈裂强度不存在, 所以底面容许拉应力为0MPa.

②按等效上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=4cm E1=800MPa E1=700MP 将第一层到第四层换为中层.

h 2=23cm E2=700MPa E2=700MPa h=h1=4cm E 1=800MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=? E2=700MPa h 4=20cm E4=200MPa E4=200MPa E0=26MPa E 5=E0=26MPa

现在已知:P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h1=4cm,E1=800MPa,H=35.82cm,E2=700MPa,

-

" " "

α=αk 1k 2 . E 0=26MPa 求δ12=p α12. 12

由 h/δ=4/10.65=0.376和E 2/E1=700/800=0.875,查表知, α"

由 δ12

(二) 验算石灰土层层底弯拉应力 ①容许弯拉应力

σR =σSR /K S , σSR =0.3MPa ; KS =0.35Ne 0.11/AC =1.51

σR =0.3/1.51=0.198MPa.

②等效换算上层底面弯拉应力

抗压模量(20℃) 抗压模量(15℃)

h 1=4cm E1=800MPa E1=800MP 将第一层到第三层换为上层.

h 2=23cm E2=700MPa E2=700MPa h=? E 3=300MPa

h 3=15cm E3=300MPa E3=300MPa H=h4=20cm

E 4=200MPa h 4=20cm E4=200MPa E4=200MPa E 5=E0=26MPa

现在已知: P=0.7MPa,

δ

=10.65cm,h=51cm,E4=200MPa,H=20cm,E3=300MPa, E0=19.35

-

" " "

α=αδ=p MPa. 求34α34. 34k 1k 2

由 h/δ=51/10.65=4.79和E 4/E3=200/300=0.67,查表知,

α" =0.08.

由h/δ=4.79和E 4/E3=0.67, E 0/E4=26/200=0.13查表知,k 1=1.17 由H/ δ=20/10.65=1.88, E0/E4=0.13,和E 4/E3=0.67,查表知,k 2=0.75.

’

’

δ34=p α34=0.7*0.08*1.17*0.75=0.049

(5)检验路面厚度

路面厚度H=4+25+15+20=64cm,最大冻深1.4m, 则公路潮湿类型最小防冻厚度为60～70

-

第一种方案:路面的厚度为76cm, 路面抗压强度较小, 造价

过高, 材料运输也不方便, 施工中填料运输也不便捷.

第二种方案:路面整体稳定性好, 运输方便, 路面厚度明显

小于第一种方案, 路面的抗压强度明显高于第一种方案的路面.

经技术指标的比较, 应选择第二种路面的设计方案.

路 基 设 计

三级公路设计车速为40km/h,路肩宽度为0.75m, 路面宽度

为7.5m, 则路基高度为9m. 路堤边坡坡度为1:1.5,路堑边坡坡度

为1:1.路基横断面的形式为, 全填路基形式, 半填半挖路基形式，

全挖路基形式，全路k0+000-k0+600为沿溪线, 平均填土高度为

0.79m.k0+600-k4+115为越岭线，平均填土高度为1.22m. 路基排水设施:为了防止雨水侵蚀路面, 在路段铺设时同时

设有边沟与截水沟. 路基边沟横断面的形式为梯形, 尺寸是深为

0.5m, 宽为0.5m; 截水沟横断面的形式为梯形, 尺寸是深为1.0m,

宽为1.0m, 内外边坡坡度为1:1.

涵 洞 设 计

1. 涵洞位置的选择:应选选在路面附近有沟和谷的位置处.

则在

(K0+500,K1+00,K1+625,K1+900,K2+350,K3+100,K3+590,K4+

180) 应设置涵洞.

2. 钢筋混凝土盖板涵泄水能力及水利计算表(>表5-10)

标准跨径2.5m, 净跨径1.9m, 净高hd=1.8m,泄水能力

Q=6.81m/s,涵前水深H=1.72m,进水口水深H =1.5m,临界水深h k =1.11m,收缩断面水深h s =1m,临界流速V k =3.22m/s,收缩断面流速V c =3.58m/s,临界坡度i k =6.5%.

3. 盖板的尺寸:

标准跨径为2.5m, 净跨径1.9m 板长2.48m, 板厚16cm, 板宽50cm.

涵洞正交的长度计算：

L 上={B上+m(H-h上)}/（1+mi0）

L 下={B下+m(H-h下)}/（1-mi 0）

4. 涵洞设计图纸（附图）

3’

、