二级公路设计计算书


     公路施工图设计 摘 要:本设计是XX二级公路施工图设计,该条公路的主要技术指标为路基宽度10m,双向双车道,无中央分隔带。土路肩2×0.75m,硬路肩2×0.75m,行车道2×3.5m,设计车速60km/h。且本次设计的主要内容首先是进行公路路线设计,其中包括平面设计、纵断面设计、横断面设计以及选定涵洞位置和类型。然后进行路基路面设计,在路基路面设计中要进行路基路面排水工程设计、防护工程设计、路面工程设计(水泥混凝土路面设计和沥青混凝土路面设计)。最后进行涵洞和平面交叉口的初步设计。此外,在本次设计中基本上使用计算机辅助设计与成图,设计过程中的主要计算成果由Excel(电子表格)计算所得。 关键词:二级公路;路线;路基路面;设计 The construction drawing design of Yongshuang’ s secondary highway Abstract: The design is the construction drawing design of Yongshuang’s secondary highway in the heavy-hilly area, the main technology parameters used in the highway is 10m roadbed width、two-way double lane、no central median、2×0.75m earth shoulder、2×0.75m hard shoulder、 2×3.5m roadway、 60km/h design speed. And the main contents of the design are as follows: the first step is to design the highway routes, including plane design、logitudinal section design、transverse section design and to decide the culvert location and its type. The next step is to design the roadbed and road surface,in the process of the design of roadbed and pavement,the drainage engineering of the roadbed and the pavement、protective works and pavement engineering(cement concrete pavement and asphalt concrete pavement) are designed. The final step is the preliminary design of culvert and road crossing. Besides,in the design,the main design results are acquired by computer-aided design and Excel(electronic spreadsheet). Key words: secondary highway; route; roadbed and road surface; design 1 设计总说明 1.1 地理位置图 (略,详细情况见路线设计图。) 1.2 设计依据 根据设计任务书及所给定的地形图。 查阅规范: 1. JTG B01-2003,公路工程技术标准[S]. 北京:人民交通出版社,2002. 2. JTG D20-2006,公路路线设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 3. JTG D30-2004,公路路基设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2003. 4. JTJD40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2001. 5. JTG050-2006,公路沥青路面设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 6. JTG F10-2006,公路路基施工技术规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 7. JTJ018-97,公路排水设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,1997. 8. 张雨化.道路勘测设计[M]. 北京:人民交通出版社,1997. 9. 邓学均.路基路面工程[M]. 北京:人民交通出版社,2002. 10. 公路桥涵设计规范(合订本)[S]. 北京:人民交通出版社,1991. 11. 路基设计手册[S]. 北京:人民交通出版社,1995. 12. 路面设计手册[S]. 北京:人民交通出版社,1997. 13. JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2003. 14. JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2006. 15. JTG/TD65-04-2007,公路涵洞设计细则[S]. 北京:人民交通出版社,2006. 16. 交公路发[2007]358号,公路工程基本建设项目文件编制办法[S]. 北京:人民交通出版社,2007. 1.3 路线工程概况 本路线是丘陵区一条二级公路,路线设计技术指标为:路基宽度为10米,单幅双车道,无中央分隔带,土路肩为2 0.75米,硬路肩为2 0.75,行车道为2 3.50米。设计速度为60Km/h,路线总长2126.466米,起点桩号K0+000.00,终点桩号为K2+126.466。设计路线共设置了3个平曲线,半径分别为300,333,650米,弯道处均设置缓和曲线,因为圆曲线半径均大于250米所以没有设置加宽。本次纵断面设计设置了4个变坡点,最大纵坡为3.4%,最小纵坡为0.3%,最大坡长475米,最小坡长160米。2个凸形竖曲线,2个凹形竖曲线,半径分别为 4000,3000,3600,4000米。本路线设计中有涵洞共6个,其中4个钢筋混凝土圆管涵、2个钢筋混凝土盖板涵。 1.4 沿线气候、水文特征、地形地震地理及其与公路的关系 1.永州至双牌二级公路所经地区属中西热带季风湿润气候区。气候温和,阳光充足,雨量充沛,东短夏长,干湿交替。年平均气温17.8℃,一月分最冷,平均气温5.0℃,极端最冷气温-7℃;七月份最热,平均气温28.5℃,最高气温41℃,年平均日照时数1396.1小时,日照率32%。年平均无霜期292天。年平均降水量2600mm,小时最大降水量230mm;日最大风速为30m/s;当地自然气候区划属Ⅳ3区。多年平均相对湿度为81%~82%,属于湿度适中带---湿度充足带,潮湿系数为:K=2.2。由于受地理和气候条件的影响,路线所经过的区域水旱灾害频繁,雨季对本路段施工有较大的影响。路基土方及构造物施工要不失时机地做好施工计划安排。 2.公路沿线地表水系发育,属潇水水系。区域内发育有潇水、永江、贤水及次级河流,地表水系呈树枝状发育,每年3~8月为汛期,雨量集中,暴雨后河水陡涨;每年9月至次年2月为枯水期。在丰水季节,山洪爆发时、水流急,由于洪水的冲刷、侧蚀、淘蚀作用,对路基和桥涵的稳定性有一定的影响。 3.本设计公路地段大地构造位于南邻纬向构造北缘,境内从西到东维一突起带,即紫金山-阳阴山穹窿,紫金山是境内构造主体为一复式背斜,轴向东北。由一系列向斜和背斜组成,断裂构造发育,主要有北东向,南北向,北西向和东西向四组,以北东向为主。 4.本合同段地处山岭重丘区,地形起伏较大,地面标高一般为140~250米,相对高差为5~90米,地面坡度20~50度,沟谷多为“V”字型。植被较发育,覆盖层较薄。覆盖层以种植土、亚沙土和亚粘土为主,含少量的碎石质土,覆盖层厚2米左右,稻田中种植土厚0.6米左右,下伏基岩为硅化板岩。 5.不良工程地质路段:根据勘测成果和实地调查,路线经过不良工程地质主要表现为以下两种: ①特殊土类软土地基:软土主要分布在池塘、沟渠及水稻田表层,为淤泥质粘土、有机质土、软塑状粘土,主要为淤积成因,厚度一般为0.3~0.8m。施工时清除即可。 ②滑塌:(亚)粘土、碎石土,抗冲刷能力弱,路堑开挖易坍塌、滑坡,以土质、碎石质边坡为主,多系破积、残积成因,主要分布在路堑路段。 6.根据国家质量技术监督局发布的1:400万的《中国地震动峰值参数区划图》 (GB18306—2001),本路线段地震动峰值加速度<0.050g,地震动反应谱特征周期为0.35S,依据现行《公路工程抗震设计规范》(JTJ004—89)可不设防。 1.5 沿线材料分布情况 公路沿线5km以内有较丰富的砂砾材料、砂,当地沿线无矿石料场,矿石材料需要外购,相距约40km。相距50km左右处有水泥厂和石灰生产厂;钢材等建材,可以在相距40km处进货。 1.6 环境保护 本路线设计考虑了道路对自然景观的影响,尽可能多的利用原路段,减少对自然景观的破坏。对于道路施工造成的取土坑、弃土区填方及挖方边坡采用完善的排水系统和必要的防护措施。边坡防护大部分采用植物防护。 2 路线平面设计 道路为带状构造物,它的中线是一条空间曲线,中线在水平面上的投影称为路线的平面,路线平面的形状及特征为道路的平面线形,而道路的空间位置成为路线。路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时,路线要改变方向和发生转折。 2.1 公路等级的确定 2.1.1 已知资料 表2.1 路段初始年交通量(辆/日,交通量年平均增长率5.5%) 小客车 中客车 SH141 大客车 CA50 小货车 BJ130 中货车 CD50 中货车 EQ140 大货车 JN150 特大车日野 KB222 拖挂 五十铃 1500 1100 150 2400 750 110 300 140 60 2.1.2 查《标准》 由《公路工程技术标准》规定:交通量换算采用小客车为标准车型。 表2.2 各汽车代表车型与换算系数 汽车代表车型 车辆折算系数 说 明 小客车 1.0 载质量小于2t的货车和19座以下的客车等 中型车 1.5 19座以上客车和载质量大于2t小于7t货车 大型车 2.0 载质量在7t~14t之间的货车 拖挂车 3.0 载质量大于14t的货车 2.1.3 交通量计算 初始年交通量: N=1500+1100+150×1.5+2400+750×1.5+110×1.5+300×2.0+140×2.0+60×3.0=7575辆/日 2.1.4 确定公路等级 假设该公路远景设计年限为15年,则远景设计年限交通量N: N=7575×(1+5.5%)15-1=16029.39辆/日 根据《公路路线设计规范》: 高速公路: 一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量25000辆以上。 一级公路: 一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量15000~30000辆。 二级公路: 一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量5000~15000辆。 由初始年交通量和远景交通量可知本次设计道路等级选二级公路较为经济。所以根据给定的条件,本次设计路线为丘陵地区二级公路。 2.2 道路选线 2.2.1 选线的基本原则 1.路线的基本走向必须与道路的主客观条件相适应。 2.在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上,选定最优路线方案。 3.路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省,效益好,并有利于施工和养护。在工程量增加不大时,应尽量采用较高的技术标准。 4.选线应注意同农田基本建设的配合,做到少占田地,并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园。 5.要注意保持原有自然状态,并与周围环境相协调。 6.选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查,弄清其对道路的影响。 7.选线应综合考虑路与桥的关系。 2.2.2 选线的步骤和方法 道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准,结合地质、地表、地物及其沿线条件,结合平、纵、横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置,而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局,具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素,通过纸上选线把路线的平面布置下来。 1.全面布局 全面布局是解决路线基本走向的全局性工作,就是在起终点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。 路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应,限制和影响道路的走向的因素很多,大致归纳起来主要有主观和客观两类。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用,我们的起终点就是由老师规定的。而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局,城镇以及地形、地质,水文、气象等自然条件。上述主观条件是道路选线的主要依据,而客观条件是道路选线必须考虑的因素。 2.逐段安排 在路线基本走向已经确定的基础上,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。 3.具体定线 在逐点安排的小控制点间,根据技术标准的结合,自然条件,综合考虑平、纵、横三方面的因素。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。 2.3 平曲线要素值的确定 2.3.1 平面设计原则 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。 2.3.2 平曲线要素值的确定: 平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。当然三个也可以组合成不同的线形。 2.3.2.1 基本形曲线几何元素及其公式 按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。这种线形是经常采用的。例如设计中的大多数点都是应用这个的。缓和曲线是道路平面要素之一,它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。《公路工程技术标准》规定,除四级路可以不设缓和曲线外,其余各级都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化,便于车辆遵循、旅客感觉舒适、行车更加稳定、增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合,在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果,宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1:1:1。这一点非常的重要,在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题,设计出来的路线非常不协调、美观,比例严重失调,后来在老师的指导下改正了不足之处,经过改正后,线形既美观又流畅,已经到达了要求。 在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定,除应满足最小长度外还要考虑超高和加宽的要求,所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。 a 平曲线主要参数的规定,如表2.3。 本设计公路平曲线半径分别为半径:300m、333m、650m;缓和曲线长度分别为:120m、100m、100m;竖曲线半径分别为:3600m、4000m、4000m、3000m,经验证均满足要求。 表2.3 二级公路主要技术指标表 设计车速 60km/h 平曲线 一般最小半径 200m 极限最小半径 125m 缓和曲线最小长度 50m 不设超高的圆曲线最小半径 路拱≤2.0% 1500m 路拱>2.0% 1900m 最大纵坡 6% 凸曲线 一般最小半径 2000m 极限最小半径 1400m 凹曲线 一般最小半径 1500m 极限最小半径 1000m b 设计的线形大致如图2.1所示 图2.1 路线设计图 交点间距计算公式为 (2.1) 导线方位角计算公式为 (2.2) 1.由图计算出起点、交点、终点的坐标如下: A:(2881256.9,500524.9);JD1:(2880762.7,500985.3); JD2:(2880386,500965);JD3:(2880035.4,501281.2); E:(2879452.7,501532.6)。 2.路线长度、方位角计算: 1)AB段 因:DX>0,DY<0,故 2)BC段 因:DX<0,DY<0,故 3)CD段 因:DX>0,DY<0,故 4 ) DE 段 因:DX<0,DY<0,故 5)转角计算 (右) (左) (右) 2.3.2.2 有缓和曲线的圆曲线要素计算公式 1.在简单的圆曲线和直线连接的两端,分别插入一段回旋曲线,即构成带有缓和曲线的平曲线。其要素计算公式如下: (2.3) (2.4) 图2.2 按回旋曲线敷设缓和曲线 (2.5) (2.6) (2.7) (2.8) (2.9) (2.10) 式中: ——总切线长,(); ——总曲线长,(); ——外距,(); ——校正数,(); ——主曲线半径,(); ——路线转角,(°); ——缓和曲线终点处的缓和曲线角,(°); ——缓和曲线切线增值,(); ——设缓和曲线后,主圆曲线的内移值,(); ——缓和曲线长度,(); ——圆曲线长度,()。 2. 主点桩号计算 (2.11) (2.12) (2.13) (2.14) (2.15) (2.16) 2.4 路线曲线要素计算 1.路线简介 该永州至双牌二级公路,根据路线选线原则,综合各方面因素,路线基本情况如下: 全长:2126.466 m 交点:3个,交点桩号分别为:K0+675.427、K1+037.253、K1+493.945 半径:300m、333.23557922m、650m 缓和曲线长度:120m、100m、100m 2.曲线要素 JD1:K0+675.427 设=300m,=120m,= 则曲线要素计算如下: =120/2-1203/(240×3002)=59.52m =702/(24×160)-704/(2384×1603) =2.00m β=28.6479×120/300=11.46 =(300+2)tan(/2)+59.52= 188.287m =(××300/180)+2×120= 361.15272313m =(300+2)sec(/2)-300= 28.1396m =2×188.287-361.15272313=15.42m 主点里程桩号计算: JD1:K0+675.427 K0+848.293 K0+667.717 校核:15.421 交点校核无误。 JD2:K1+037.253 设=330m,=100m,= 则曲线要素计算如下: =100/2-1003/(240×3302)=50.00m =702/(24×160)-704/(2384×1603) =1.26m β=28.6479×100/330=8.68 =(330+1.26)tan(/2)+59.52= 188.96m =(××330/180)+2×100= 362.48671293m =(330+1.26)sec(/2)-300= 28.9709m =2×188.287-361.15272313=15.43m 主点里程桩号计算: JD2:K1+037.253 K1+210.779 K1+029.536 校核:15.434 交点校核无误。 JD3:K1+037.253 设=650m,=100m,= 则曲线要素计算如下: =100/2-1003/(240×6502)=50.00m =1002/(24×650)-1004/(2384×6503) =0.64m β=28.6479×100/650=4.4 =(650+2)tan(/2)+50= 157.175m =(××650/180)+2×100= 312.25203277m =(650+2)sec(/2)-650= 9.4037m =2×188.287-361.15272313=2.1m 主点里程桩号计算: JD3:K1+493.945 K1+649.022 K1+492.896 校核: 2.098 交点校核无误。 2.5 各点桩号的确定 在整个的设计过程中就主要用到了以上的三种线形,在两公里多的路长中,充分考虑了当地的地形,地物和地貌,相对各种相比较而得出的。 在地形平面图上初步确定出路线的轮廓,再根据地形的平坦与复杂程度,具体在纸上放坡定点,插出一系列控制点,然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段,延伸相邻直线的交点,既为路线的各个转角点(即桩号),并且测量出各个转角点的度数,再根据《公路工程技术标准》的规定,初拟出曲线半径值和缓和曲线长度,代入平曲线几何元素中试算,最终结合平、纵、横三者的协调制约关系,确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。各个桩号及几何元素的计算结果见直线、曲线及转角表。 3 路线纵断面设计 沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面,由于自然因素的影响以及经济性要求,路线纵断面总是一条有起伏的空间线,纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性,道路等级,当地的自然地理条件以及工程经济性等研究起伏空间线的大小和长度,以便达到行车安全,迅速,运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。 3.1 纵断面设计的原则 1.纵面线形应与地形相适应,线形设计应平顺、圆滑、视觉连续,保证行驶安全。 2.纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。 3.视觉上自然地引导驾驶员的视线,并保持视觉的连续性。 4.平曲线与竖曲线应相互重合,最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内,即所谓的“平包竖”。 5.平、纵线形的技术指标大小应均衡。 6.合成坡度组合要得当,以利于路面排水和行车安全。 7.与周围环境相协调,以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度,并起到引导视线的作用。 3.2 纵坡设计的要求 1.设计必须满足《公路工程技术标准》的各项规范要求。 2.纵坡应具有一定的平顺性,起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值,合理安排缓和坡段,不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。连续上坡或下坡路段,应避免反复设置反坡段。 3.沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。 4.应尽量做到添挖平衡,使挖方运作就近路段填方,以减少借方和废方,降低造价和节省用地。 5.纵坡除应满足最小纵坡要求外,还应满足最小填土高度要求,保证路基稳定。 6.对连接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端接线等,纵坡应和缓、避免产生突变。 7.在实地调查基础上,充分考虑通道、农田水利等方面的要求。 3.3 纵坡设计的步骤 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(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。 3.4 竖曲线设计 表3.1 竖曲线指标 设计车速(km/h) 60 最大纵坡(%) 6 最小纵坡(%) 0.3 凸形竖曲线半径(m) 一般值 2000 极限值 1400 凹形竖曲线半径(m) 一般值 1500 极限值 1000 竖曲线最小长度(m) 50 竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处,为了便于行车而设置的一段缓和曲线。设计时充分结合纵断面设计原则和要求,并依据规范的规定合理的选择了半径。《标准》规定:各级公路的最大纵坡及坡长长度限制不易轻易采用,而应有适当的余地。为了有利于路面排水和边沟排水,一般情况下,以采用不小于0.3%纵坡为宜。坡长限制主要是控制一般纵坡的最小坡长。 本设计的竖曲线半径分别为:3600m、4000m、4000m、3000m,均满足要求。该二级公路路线总长2126.466m,全线共设四个竖曲线,其中两个凹曲线,两个凸曲线。 变坡点桩号:K0+250、K0+820、K1+120、K1+590 纵坡坡度:-3%、3%、-0.3%、3.4%、-0.7% 竖曲线半径:3600m、4000m、4000m、3000m 竖曲线要素的计算公式汇总如下: (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) 式中: ——竖曲线半径,(m); ——切线长,(m); ——竖曲线长,(m); ——外距,(m); ——竖曲线上任意一点到曲线起点或终点的水平距离,∈[0,T],(m); ——竖曲线上与相对应的点到坡度线的高差(m),也称为修正值或竖距。 1. 变坡点1:K0+250 根据设计得知: 拟定R=3600,则: 2. 变坡点2:K0+820 根据设计得知: 拟定R=4000,则: 3. 变坡点3:K1+120 根据设计得知: 拟定R=4000,则: 4. 变坡点4:K1+590 根据设计得知: 拟定R=3000,则: 4 路线横断面设计 道路横断面,是指中线上各点的法向切面,它是由横断面设计线和地面线构成的。横断面设计线包括行车道、路肩、排水沟、边沟、边坡、截水沟等设施构成的。 4.1 横断面设计的原则 1.设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件,并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况,进行精心设计,既要坚实稳定,又要经济合理。 2.路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外,还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物,采用经济有效的病害防治措施。 3.还应结合路线和路面进行设计。选线时,应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡,应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较,以减少工程数量,保证路基稳定。 4.沿河及受水浸水淹路段,应注意路基不被洪水淹没或冲毁。 5.当路基设计标高受限制,路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时,就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实,使路面具有一定防冻总厚度,设置隔离层及其他排水设施等。 6.路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要 公路是一带状结构物,垂直于路中心线方向上的剖面叫横断面,这个剖面的图形叫横断面图。 4.2 横断面设计综述 在永双二级公路的横断面设计中,为保证最小挖土高度,全线填挖基本平衡,挖方稍多,最高挖土高度为16.0m。 1. 路拱坡度 根据规范二级公路的应采用双向路拱坡度,由路中央向两侧倾斜,不小于1.5%。 本公路横坡为2.0%。 2. 路肩坡度 直线路段的硬路肩,应设置向外倾斜的横坡。 曲线外侧的土路肩横坡方向及其坡度值如表4.1。 表4.1 路肩横坡方向及其坡度表 行车道超高值(%) 2、3、4、5 6、7 8、9、10 曲线外侧路肩横坡方向 向外侧倾斜 向内侧倾斜 向内侧倾斜 曲线外侧路肩坡度值(%) -2 -1 与行车道行坡相同 4.3 弯道的超高和加宽 4.3.1 平曲线的加宽 汽车行驶在曲线上,各轮迹半径不同,其中以后轮迹半径最小,且偏向曲线内侧,故曲线内侧应增加路面宽度,以确保曲线上行车的顺适与安全。 普通汽车的加宽值可由几何关系得到: b =R –(R1+B) (4.1) 而 故 上述第二项以后的值很小,可省略不计,故一条车道的加宽: (4.2) 式中: A ——汽车后轴至前保险杠的距离,(m); R ——圆曲线半径,(m)。 对于有N个车道的行车道: (4.3) 半挂车的加宽值由几何关系求得: (4.4) (4.5) 式中: ——牵引车的加宽值; ——拖车的加宽值; ——牵引车保险杠至第二轴的距离,(m); ——第二轴至拖车最后轴的距离,(m)。 由于,而与R相比甚微,可取 = R ,于是半挂车的加宽值: (4.6) 令 = ,上式仍旧纳成为式: (4.7) 曲线加宽: 对于R>250m的圆曲线,由于其加宽值甚小,可以不加宽。有三条以上车道构成的行车道,其加宽值应另行计算。各级公路的路面加宽后,路基也应相应加宽。 为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度,需设置加宽缓和段。在加宽缓和段上,路面具有逐渐变化的宽度。加宽过渡的设置根据道路性质和等级可采用不同的方法。 二级公路设计中主要是采用比例过渡,在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽,加宽缓和段内任意点的加宽值: (4.8) 式中: ——任意点距缓和段起点的距离,(m); L ——加宽缓和段长,(m); b ——圆曲线上的全加宽,(m)。 永双二级公路段由于平曲线半径均大于250m,加宽宽度可忽虑,所有没有进行加宽设计。 4.3.2 曲线的超高 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力,将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式,这就是曲线上的超高。合理设置超高,可以全部或部分抵消离心力,提高汽车行驶在曲线上的稳定性和舒适性。当汽车等速行驶时,其离心力也是变化的。因此,超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适宜的全超高,在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。 永双二级公路设计中主要采用绕内侧边缘旋转的方法进行曲线的超高。先将外侧车道绕道路中线旋转,待达到与内侧车道构成单向横坡后,整个断面再绕未加宽的内侧车道边线旋转,直至超高横坡值。绕边线旋转由于行车道内侧不降低,有利于路基纵向排水,一般新建工程多用此中方法。 横断面上超高值的计算公式见表4.2。 1. 超高 《公路路线设计规范》规定:二级公路的最大超高值为8%。 2. 超高缓和段 超高缓和段长度: 表4.2 绕边线旋转超高值计算公式 超高 位置 计 算 公 式 — 注 圆曲 线上 外缘 1.计算结果均为与设计高之高差 2.临界断面距缓和段起点: 3.x距离处的加宽值: 中缘 内缘 过渡段上 外缘 中缘 内缘 为了行车的舒适性和排水的需求,对超高缓和段必须加以控制,超高缓和段长度按下式进行计算: (4.9) 式中: ——旋转轴至行车道(设路缘带为路缘带)外侧边缘的宽度,(m); ——超高坡度与路拱坡度代数差,(%); ——超高渐变率,即旋转轴与行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘线之间相对升降的比率。 超高缓和段长度按上式计算结果,应取为5m的倍数,并不小于10m的长度。 路线横断面设计综述: 路拱坡度:2.0%; 路肩坡度:3.0%; 超高度可按《公路路线设计规范》选取,本路段圆曲线超高值分别为:iy1=6%,iy2=5%,iy3=3%。 4.4 横断面的绘制 道路横断面的布置及几何尺寸,应能满足交通、环境、用地经济、城市面貌等要求,并应保证路基的稳定性。此段路的路基土石方数量见路基土石方数量计算表。路基设计的主要计算值见路基设计表。绘制步骤: 1.在计算纸上绘制横断面的地面线; 2.从“路基设计表”中抄入路基中心填挖高度,对有超高和加宽的曲线路段,还应抄入“左高”、“右高”、“左宽”、“右宽”等数据; 3.根据现场调查得出来的“土壤、地质、水文资料”参照“标准横断面”,画出路幅宽度、填或挖的边坡坡线,在需要设置各种支挡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、等的位置和断面形式。 由于手工作业工程数量极大,为提高绘制效率,本次横断面为纬地CAD自动生成。 5 土石方的计算和调配 5.1 土石方数量计算与调配 1.横断面面积的计算 为计算路基土石方数量需先求得横断面面积,当地面不规则时,常采用的方法有积距法和几何图形法。横断面面积计算时应注意的问题: ① 填方面积和挖方面积应分开计算。 ② 填方面积中填石、加固边坡、填土等也应分开计算。 ③ 基底是淤泥需换土,且应先算出挖出淤泥的面积,再计算换土填方面积,即统一面积计算两次。同理,挖方台阶的面积也应计算两次。 ④ 大、中桥起终点之间的土石方数量,不计入路基土石方工程数量内。 2.路基土石方工程数量的计算 各中桩的横断面面积求出后,即可进行土石方工程数量计算。常采用平均断面法计算。假定相邻两横断面间为一横断面积为两端断面积平均值的棱柱体,其高是横断面的间距,且由公式(5.1)计算和把计算结果填在《路基土石方数量计算表》中。 (5.1) 3.土石方调配 计算路基土石方工程数量后,还应进行土石方的调配,以便确定填土用土的来源,挖方弃土的去向,以及计价土石方的数量和运量。通过调配,合理的解决各路段土石方数量的平衡和利用问题,使路堑挖出土方,在经济合理的调运条件下移挖作填,达到填方有所取,挖方有所用。 5.2 调配要求 1.土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。 2.纵向调运的最远距离一般应小于经济运距(按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距)。 3.土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响,一般情况下,不跨越深沟和少做上坡调运。 4.借方、弃土方应与借土还田,整地建田相结合,尽量少占田地,减少对农业的影响,对于取土和弃土地点应事先同地方商量。 5.不同性质的土石应分别调配。 回头曲线路段的土石调运,要优先考虑上下线的竖向调运。 5.3 调配方法 土石方调配方法有多种,如累积曲线法、调配图法、表格调配法等,由于表格调配法不需单独绘图,直接在土石方表上调配,具有方法简单,调配清晰的优点,是目前生产上广泛采用的方法。本路段采用表格调配法。 表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。一般采用分段调用。 表格调配法的方法步骤如下: 5.3.1 准备工作 调配前先要对土石方计算惊醒复核,确认无误后方可进行。调配前应将可能影响调配的桥涵位置、陡坡、深沟、借土位置、弃土位置等条件表于表旁,借调配时考虑。 5.3.2 横向调运 即计算本桩利用、填缺、挖余,以石代土时填入土方栏,并用符号区分。 5.3.3 纵向调运 确定经济运距 根据填缺、挖余情况结合调运条件拟定调配方案,确定调运方向和调运起讫点,并用箭头表示。 计算调运数量和运距 调配的运距是指计价运距,就是调运挖方中心到填方中心的距离见区免费运距。 5.3.4 计算借方数量、废方数量和总运量 借方数量=填缺—纵向调入本桩的数量 废方数量=挖余—纵向调出本桩的数量 总运量=纵向调运量+废方调运量+借方调运量 5.3.5 复核 1.横向调运复核 填方=本桩利用+填缺 挖方=本桩利用+挖余 2.纵向调运复核 填缺=纵向调运方+借方 挖余+纵向调运方+废方 3.总调运量复核 挖方+借方=填方+借方 以上复核一般是按逐页小计进行的,最后应按每公里合计复核。 5.3.6 计算计价土石方 计价土石方=挖方数量+借方数量 6 路基设计 6.1 路基横断面布置 根据本公路设计要求和《公路工程技术标准》规定,本二级公路横断面技术指标为:路基宽度为10m,其中路面宽度为7.00m,无须设置中央分隔带,硬路肩宽度为0.75×2=1.5m,土路肩宽度为0.75×2=1.5m,路面和硬路肩横坡为2%,土路肩横坡为3% 图6.1 公路路基宽度示意图 6.2 路基最小填土高度 由纵断面设计图可知,本条二级公路的路基最小填土高度为 0.7m,且该公路路基填方边坡采用1:1.5的坡度。路基压实采用重型压实标准,压实度应符合《公路工程技术标准》,如表6.1所示。 表6.1 土质路堤压实度标准 填挖类型 路面底面计起深度范围 压实度(%) 二级公路 路堤 上路床 0~30 ≥93 下路床 30~80 ≥93 上路堤 80~150 ≥90 下路堤 >150 ≥90 零填及路堑路床 0~30 ≥93 路基填料填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。砾(角砾)类土,砂类土应优先选作路床填料,土质较差的细粒土可填于路基底部,用不同填料填筑路基时, 应分层填筑,每一水平层均采用同类填料。细粒土做填料,当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时,应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。 桥涵台背和挡土墙墙背填料,应优先选用内摩檫角值较大的砾(角砾)类土,砂类土填筑。二级公路路基填料最小强度和填料最大粒径应符合表6.2的规定。 表6.2 路基填料最小强度和最大粒径要求 项目分类 路面底面以下深度 (m) 填料最小度(CBR)(%) 二级公路 填方路基上路堤 0.8~1.5 3 填方路基下路堤 1.5以下 2 注:当路床填料CBR值达到表列要求时,可采取掺石灰或其它稳定材料处理。 6.3 路基边坡 由横断面设计查《公路路基设计规范》可知,当二级公路路基边坡小于8m时采用1:1.5的坡度,当路基边坡大于8m时采用1:1.75。路堑开挖路段小于8m时采用1:0.5的边坡坡度,大于12m的挖方路段,m以下采用1:0.5的边坡坡度,8m以上采用1:0.75的边坡坡度。 6.4 路基压实标准 路基压实采用重型压实标准,压实度应符合《公路路基施工技术规范要求》。 表6.3 路基压实度 填挖类别 路面以下深度(m) 路基压实度 二级公路 零填即挖方 0~0.30 0.30~0.80 ≥95 填方 0~0.30 0.30~0.80 0.80~1.50 1.50以下 ≥95 ≥95 ≥94 ≥92 6.5 路基填料 填方路基宜选用级配较好的粗粒土作为填料。 砾(角砾)类土,砂类土应优先选作路床填料,土质较差的细粒土可填于路基底部,用不同填料填筑路基时,应分层填筑,每一水平层均采用同类填料。 细粒土做填料,当土的含水量超过最佳含水量两个百分点以上时,应采取晾晒或掺入石灰、固化材料等技术措施进行处理。 桥涵台背和挡土墙墙背填料,应优先选用内摩檫角值较大的砾(角砾)类土,砂类土填筑。 6.6 路床处理 1.路床土质应均匀、密实、强度高,上路床压实度达不到要求时,必须采取晾晒,掺石灰等技术措施。路床顶面横坡应与路拱坡度一致。 2.挖方地段的路床为岩石或土基良好时,可直接利用作为路床,并应整平,碾压密实。地质条件不良或土质松散,渗水,湿软,强度低时,应采取防水,排水措施或掺石灰处理或换填渗水性土等措施,处理深度可视具体情况确定。 3.填方路基的基底,应视不同情况分别予以处理。底土密实,地面横坡缓于1:2.5时,路基可直接填筑在天然地面上,地表有树根草皮或腐殖土土应予以处理深除。当陡于1:2.5时,地面须挖成阶梯式,梯宽2.0m,并做2%的反坡。 路堤基底范围内由于地表水或地下水影响路基稳定时,应采取拦截,引排等措施,或在路堤底部填筑不易风化的片石,块石或砂、砾等透水性材料。 水稻田,湖塘等地段的路基,应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰及其它加固措施进行处理,当为软土地基说,应按特殊路基处理。 6.7 路基防护 路基防护措施根据地质、地貌、水文、填挖高度等情况确定。本公路基防护及支挡工程种类较多,包括:植草、浆砌片石护坡、人字型骨架防护、浆砌片石护面墙、浆砌片石挡土墙。 1.一般地段若路基填土在常水位以上或局部浅挖方路堑地段,边坡采用植草防护。 2.路堤边坡在临河常水位以下的地段,一般采用浸水预制快护坡防护。 3.挖方为1级的土质路堑边坡,当路基边坡稳定时,采用人字型骨架防护。 4.对于风化严重的泥质、粉砂质板岩,因多数地段呈碎、块状,节理及裂隙发育,坡面采用浆砌片石护面墙进行防护。 5.部分半填半挖或陡坡路堤,根据具体情况设置护脚、护肩。 7 路基路面排水设计 7.1 路基排水设计 路基地表排水可采用边沟、截水沟、排水沟、跌水和急流槽,各类地段排水沟应高出设计水位0.2m以上。 边沟横断面采用梯形,梯形边沟内侧边坡坡度为1:1,边沟的深度为0.6m,边沟纵坡宜与路线纵坡一致,边沟采用浆砌片石,截水沟横断面采用梯形,边坡采用1:1,深度及宽度为0.6m。水流通过陡坡地段时可设置跌水或急流槽,应采用浆砌片石或水泥混凝土预制块砌筑,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0.2~0.4m,混凝土为0.1~0.3m,跌水的台阶高度可采用0.3~0.6m,台面坡度应为2%~3%,急流槽纵坡不宜陡于1:1.5,急流槽过长时应分段修筑,每段长度不宜超过10m。 7.2 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。 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8~10cm。急流槽的设置距按路肩排水的容许容量计算确定以20m~50m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。 图7.1 路基路面排水示意图 8 挡土墙设计 8.1 挡土墙的布置 挡土墙是用来支撑天然边坡或人工填土边坡以保持土体稳定的建筑物。按照墙的设置位置,挡土墙可分为路肩墙、路堤墙、路堑墙和山坡墙等类型。 8.1.1 挡土墙的布置 路堑挡土墙大多设在边沟旁。山坡挡土墙应设在基础可靠处,墙的高度应保证墙后墙顶以上边坡的稳定。 当路肩墙与路堤墙的墙高或截面圬工数量相近,基础情况相似时,应优先选用路肩墙,按路基宽布置挡土墙位置,因为路肩挡土墙可充分收缩坡脚,大量减少填方和占地。若路堤墙的高度或圬工数量比路肩墙显著降低,而且基础可靠时,宜选用路堤墙,并作经济比较后确定墙的位置。 沿河堤设置挡土墙时,应结合河流情况来布置,注意设墙后仍保持水流顺畅,不致挤压河道而引起局部冲刷。 8.1.2 挡土墙的纵向布置 挡土墙纵向布置在墙趾纵断面图上进行,布置后绘成挡土墙正面图。 布置的内容有: 1.确定挡土墙的起讫点和墙长,选择挡土墙与路基或其它结构物的衔接方式。路肩挡土墙端部可嵌入石质路堑中,或采用锥坡与路堤衔接,与桥台连接时,为了防止墙后填土从桥台尾端与挡土墙连接处的空隙中溜出,需在台尾与挡土墙之间设置隔墙及接头墙。 路堑挡土墙在隧道洞口应结合隧道洞门,翼墙的设置做到平顺衔接,与路堑边坡衔接时,一般将墙高逐渐降低至2m以下,使边坡坡脚不致伸入边沟内,有时也可以横向端墙连接。 2.按地基及地形情况进行分段,确定伸缩缝与沉降缝的位置。 3.布置各段挡土墙的基础。墙趾地面有纵坡时,挡土墙的基底宜做成不大于5%的纵坡。但地基为岩石时,为减少开挖,可沿纵向做成台阶,台阶尺寸视纵坡大小而定,但其高宽比不宜大于1:2。 4.布置泻水孔的位置,包括数量、间隔和尺寸等。 8.1.3 挡土墙的横向布置 横向布置,选择在墙高最大处,墙身断面或基础形式有变异处以及其它必须桩号处的横断面图上进行。根据墙型、墙高及地基与填料的物理力学指标等设计资料,进行挡土墙设计或套用标准图,确定墙身断面、基础形式和埋置深度,布置排水设施等,并绘制挡土墙横断面图。 8.1.4 平面布置 对于个别复杂的挡土墙,如高、长的沿河曲线挡土墙,应作平面布置,绘制平面图,标明挡土墙还应绘出河道及水流方向,防护与加固工程等。 8.2 挡土墙的埋置深度 1.当冻结深度小于或等于1m时,基底应在冻结线以下不小于0.25m,并应符合基础最小埋置深度不小于1m的要求。 2.当冻结深度超过1m时,基底最小埋置深度不小于1.25m,还应将基底至冻结线以下0.25m深度范围的地基土换填为弱冻胀材料。 3.受水流冲刷时,应按路基设计洪水频率计算冲刷深度,基底应置于局部冲刷线以下不小于1m。 4.路堑式挡土墙基础顶面应低于路堑边沟底面不小于0.5m。 5.在风化层不厚的硬质岩石地基上,基底一般应置于基岩表面风化层以下;在软质岩石地基上,基底最小埋置深度不小于1m。 基础位于横向斜坡地面上时,前趾埋入地面的深度和距地表的水平距离应满足规范的要求,如表8.1。 表8.1 墙趾埋入斜坡地面的最小尺寸 土层类别 最小埋置深度h (m) 距地表水平距离L (m) 较完整的硬质岩石 0.25 0.25~0.50 一般硬质岩石 0.60 0.60~1.50 软质岩石 1.00 1.00~2.00 土质 ≥1.00 1.50~2.50 8.3 排水设施 挡土墙应设置排水措施,以疏干墙后土体和防止地面水下渗,防止墙后积水形成静水压力,减少寒冷地区回填土的冻胀压力,消除粘性土填料浸水后的膨胀压力。 排水措施主要包括:设置地面排水沟,引排地面水;夯实回填土顶面和地面松土,防止雨水及地面水下渗,不要时可加设铺砌;对路堑挡土墙墙趾前的边沟应予以铺砌加固,以防止边沟水渗入基础;设置墙身泄水孔,排除墙后水。 浆砌片石墙身应在墙前地面以上设一排泄水孔。墙高时,可在墙上部加设一排泄水孔。排水孔的出口应高出墙前地面0.3m;若为路堑墙,应高出边沟水位0.3m;若为浸水挡土墙,应高出常水位0.3m。为防止水分渗入地基,下排泄水孔进水口的底部应铺设30cm厚的粘土隔水层。泄水孔的进水口部分应设置粗粒料及滤层,以免孔道阻塞。 8.4 沉降逢与伸缩缝 为避免因地基不均匀沉降而引起墙身开裂,需根据地质条件的变异和墙高,墙身断面的变化情况设置沉降缝。为了防止圬工砌体因收缩硬化和温度变化而产生裂缝,依情况设置伸缩缝。设计时,一般将沉降缝与伸缩缝合并设置,沿路线方向每隔10~15m设置一道,兼有两者的作用,缝宽2~3cm,缝内一般可用胶泥填塞,但在渗水量大,填料容易流失或冻害严重地区,则宜用沥青麻筋或涂以沥青的木板等具有弹性的材料,沿内、外、顶三方填塞,填深不宜小于0.15m。 8.5 重力式挡土墙设计 重力式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。一般多用片(块)石砌筑,在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。重力式挡土墙圬工量大,但其型式简单,施工方便,可就地取材,适应性强,故被广泛采用。 在公路工程中,挡土墙应用非常广泛。一般在下列情况下可以考虑修建挡土墙: 1. 陡坡地段或高填方地段。 2. 为了避免大量挖方,降低边坡高度或岩石风化的路堑边坡地段。 3. 可能产生坍方、滑坡的不良地质地段。 4. 水流冲刷严重或长期受水浸泡的沿河路基地段。 5. 为了节约用地,减少拆迁或少占农田的地段。 6. 为保护重要建筑物,生态环境何其他特殊需要的地段。 根据设计要求,高填土路段(少占农田)上须设置挡土墙,故在K0+910~K0+980左侧、K0+910~K0+990右侧、K1+120~K1+140左侧、K1+130~K1+150右侧路段设置重力式路肩挡土墙。 基本参数: 墙面高度(m):h1=6;墙背坡度(+,-):N=-0.25;墙面坡度:M=0.25; 墙顶宽度(m):b1=1.22;墙趾宽度(m):db=0.15;墙趾高度(m):dh=0.6; 基地内倾坡度:N2=0.2;污工砌体容重(KN/m3):r1=23; 路堤填土高度(m):a=0;路堤填土坡度:M0=0; 路基宽度(m):b0=10;路基宽度(m):d=0.75; 填料容重(KN/m3):R=18;填料内摩擦角(度):φ=35;外摩擦角(度):δ=17.5; 基底摩擦系数:μ=0.35;基底容许承载力:[σ0](KPa)=250; 挡土墙分段长度(m):L1=10。 计算结果: 1.求破裂角θ 假设破裂面交与荷载内,采用相应的公式计算: 挡墙的总高度:H=6.832m 挡墙的基地水平总宽度:B=1.162m =38.464° =0.269 =0.743 则θ=arctgθ=36.602° 验算破裂面是否交于荷载内: 堤顶破裂面至墙踵:(H+a)tgθ=5.075m 荷载内缘至墙踵:b-Htgα+d=2.458m 荷载外缘至墙踵:b-Htgα+d+b0=10.958m 故破裂面交于荷载内,与原假设相符,所选用公式正确,如图8.1。 2.求主动土压力系数K和K1 =0.161 =1.522m =0m 图8.1 挡墙断面图 注:tgα=N,tgβ=1/M0,tgα0=N2,tg(j)=M =5.31m =1.159 3.求主动土压力及作用点位置 =78.388KN =78.244KN =4.736KN =2.097m =1.744m 4.抗滑稳定性检算 挡土墙体积V=8.239m3 挡土墙自重G=189.491KN =1.864 因为kc ≥ 1.3,则抗滑稳定性检算通过。 5.抗倾覆稳定性检算 =1.69 因为k0 ≥ 1.5,则抗倾覆稳定性检算通过。 6.基底应力检算 B=1.162m =0.583m =0.102 因为e>B/6 =165.771KPa 因为σmax<σ0,则基地应力检算通过。 7.由于墙背接近直线,最大应力将接近基底处,从基底应力验算可知,其基底应力与偏心距均满足要求,墙身截面应力也能满足墙身材料的要求,故可不作验算。 9 水泥混凝土路面设计 9.1交通调查分析 1. 交通量 公路等级技术标准采用的交通量是年平均日交通量,它是一昼夜某断面来往的折算小汽车数。交通调查时,只要先熟悉每种汽车应属于何种类型,便可得出某一断面昼夜混合汽车交通量。路段初始年交通量(辆/日,交通量年平均增长率5.5%)如表9.1。 2. 交通量增长率。 3. 累计轴载作用次数与道路的通行能力。 4. 轮迹横向分布系数。 5. 车辆荷载累计作用次数。 表9.1 交通组成表 车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴 轮组数 后轴距(m) 交通量 小客车 13.00 25.6 1 双轮组 — 1500 交通SH130 15.6 23 1 双轮组 — 1100 解放CA50 28.7 68.2 1 双轮组 — 150 北京BJ130 13.55 27.2 2 双轮组 <3 2400 尼桑CAD50 24.7 68.2 2 双轮组 <3 750 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 — 110 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 — 300 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 — 140 拖挂车 五十铃 50.2 104.3 1 双轮组 — 60 9.2 轴载分析 路面设计以汽车车轴重为100KN的单轴—双轮组荷载作为设计标准轴载。以设计弯沉值为指标及验算面层层底拉力中的累计当量轴次。 轴载换算: (9.1) 式中 : ——100KN的单轴—双轮组标准轴载的作用次数; ——单轴—单轮、单轴—双轮组、双轴—双轮组或三轴—双轮组轴型i级轴载的总重KN; ——各类轴型i级轴载的作用次数; ——轴型和轴载级位数; ——轴—轮型系数, 单轴—双轮组时,; 单轴—单轮时,按式计算; 双轴—双轮组时,按式计算; 三轴—双轮组时,按式计算。 表9.2 轴载换算结果表 车型 Pi/KN δi ni (次/日) 小客车 前轴 13 1 1500 9.98125E-12 后轴 25.6 1 1500 5.10424E-07 中客车 前轴 15.6 1 1100 1.35328E-10 后轴 23 1 1100 6.74587E-08 大客车 前轴 28.7 1 150 3.17835E-07 后轴 68.2 1 150 0.328580097 小货车 前轴 13.55 1 2400 3.09913E-11 后轴 27.2 0 2400 1.11453E-11 中货车cad50 前轴 24.7 1 750 1.4395E-07 后轴 68.2 0 750 6.94324E-06 中货车eq40 前轴 23.7 1 110 1.08985E-08 后轴 69.2 1 110 0.304151664 大货车 前轴 49 1 300 0.003313283 后轴 101.6 1 300 386.741326 特大日野 前轴 50.2 1 140 0.002277128 后轴 104.3 1 140 274.5851021 拖挂车五十铃 前轴 50.2 1 60 0.000975912 后轴 104.3 1 60 117.6793295 累计(标准轴载当量轴次)次/日Ns 779.6450637 查《公路水泥混凝土路面设计规范》得,二级公路的设计基准期为20年,安全等级为三级,临界荷载处的车轮迹横向分布系数η是0.39,交通量年平均增长率5.5%,则: 其在中,由规范可知属于重交通等级。 9.3 结构设计方案 9.3.1 拟定路面结构 查《公路水泥混凝土路面设计规范》,相应于安全等级二级的变异水平为低~中。根据二级公路、重交通等级和低级变异水平等级,查《公路水泥混凝土路面设计规范》表4.4.6 初拟普通混凝土面层厚度为24cm,基层采用水泥稳碎石,厚20cm;基层采用石灰土,厚20cm。普通混凝土板的平面尺寸为宽4.25m,长5.0m。纵缝为设拉杆平缝,横缝为设传力杆的假缝。 9.3.2 路面材料参数确定 查表的土基回弹模量,水泥稳碎石,石灰土。 设计弯拉强度:, 结构层如表9.3。 表9.3 路面结构层 水泥混凝土24cm EC=3.1104MPa 水泥稳定碎石20cm E1=1500MPa 石灰土20cm E2=550MPa 基层顶面当量回弹模量计算如下 式中: ——基层顶面的当量回弹模量,MPa; ——路床顶面的回弹模量,MPa; ——基层和底基层或垫层的当量回弹模量,MPa; ——基层和底基层或垫层的回弹模量,MPa; ——基层和底基层或垫层的当量厚度; ——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度; ——基层和底基层或垫层的厚度; ——与有关的回归系数。 9.3.3 计算荷载疲劳应力 普通混凝土面层的相对刚度半径计算为: 标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为: 因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数。考虑设计基准期内荷应力累计疲劳作用的疲劳应力系数, (v—与混合料性质有关的指数,普通混凝土、钢筋混凝土、连续配筋混凝土,;碾压混凝土和贫混凝土,;钢纤维混凝土,按下式计算确定:) 根据公路等级,查表考虑偏载和动载等因素,对路面疲劳损失影响的综合系数 荷载疲劳应力计算为: 9.3.4 温度疲劳应力 查表Ⅳ区最大温度梯度取92(℃/m)。 板长5m , , 从而可查普通混凝土板厚,最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为 温度疲劳应力系数 计算温度疲劳应力为 查表得二级公路的安全等级为三级,相应于三级安全等级的变异水平为中级,目标可靠度为85%。再据查得的目标可靠度和变异水平等级,查表可确定可靠度系数 所以所选普通混凝土面层厚度(0.24cm)可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳作用。 9.4 水泥板接缝设计 9.4.1 纵向接缝 纵向施工缝采用设拉杆平缝形式,上部锯切槽口,深度为35mm,宽度为5mm,槽内灌塞沥青橡胶填缝料。拉杆直径为14mm,长度为700mm,间距为800mm。 9.4.2 横向接缝 横向缩缝采用设传力杆假缝形式,上部锯切槽口,深度为50mm,宽度为5mm,槽内灌塞沥青橡胶填缝料。传力杆直径为28mm,长度为500mm,间距为250mm。 10 沥青路面设计 10.1 交通组成 (见表10.1)。 表10.1 交通组成表 车型 前轴重 后轴重 后轴数 后轴 轮组数 后轴距(m) 交通量 小客车 13.00 25.6 1 双轮组 — 1500 交通SH130 15.6 23 1 双轮组 — 1100 解放CA50 28.7 68.2 1 双轮组 — 150 北京BJ130 13.55 27.2 2 双轮组 <3 2400 尼桑CAD50 24.7 68.2 2 双轮组 <3 750 东风EQ140 23.7 69.2 1 双轮组 — 110 黄河JN150 49 101.6 1 双轮组 — 300 日野KB222 50.2 104.3 1 双轮组 — 140 拖挂车五十铃 50.2 104.3 1 双轮组 — 60 10.2 轴载分析 路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载。 10.2.1 以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次 1. 轴载换算 轴载换算采用如下的计算公式: (10.1) 式中: N ——标准轴载当量轴次,次/日; ——被换算车辆的各级轴载作用次数,次/日; P ——标准轴载,KN; Pi ——被换算车辆的各级轴载,KN; K ——被换算车辆的类型数; ——轴载系数,,m是轴数。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,应考虑轴数系数; ——轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38。 2. 累计当量轴数计算 根据设计规范,二级公路沥青路面的设计年限为12年,二车道的车道系数η是0.6~0.7取0.65,γ=5.5%,累计当量轴次: 10.2.2 验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次 a).轴载换算 验算半刚性基底层底拉应力公式为: (10.2) 式中:为轴数系数, (10.3) 为轮组系数,单轮组为1.85,双轮组为1,四轮组为0.09。 表10.2 轴载换算结果表 车型 Pi/KN C1 C2 ni 小客车 前轴 13 1 1 1500 0.20977071 后轴 25.6 1 1 1500 3.99884995 中客车 前轴 15.6 1 1 1100 0.34000452 后轴 23 1 1 1100 1.84038537 大客车 前轴 28.7 1 1 150 0.65747238 后轴 68.2 1 1 150 28.3826727 小货车 前轴 13.55 1 1 2400 0.40192699 后轴 27.2 2.2 1 2400 18.3235094 中货车cad50 前轴 24.7 1 1 750 1.71116942 后轴 68.2 2.2 1 750 312.2094 中货车eq40 前轴 23.7 1 1 110 0.20967565 后轴 69.2 1 1 110 22.1745184 大货车 前轴 49 1 1 300 13.4733069 后轴 101.6 1 1 300 321.446635 特大日野 前轴 50.2 1 1 140 6.98536663 后轴 104.3 1 1 140 168.137574 拖挂车五十铃 前轴 50.2 1 1 60 2.99372856 后轴 104.3 1 1 60 72.0589604 累计(标准轴载当量轴次)次/日 975.554927 表10.3 半刚性基底拉应力计算结果表 车型 Pi/KN C1 C2 ni 小客车 前轴 13 1 1 1500 0.00012236 后轴 25.6 1 1 1500 0.027670116 中客车 前轴 15.6 1 1 1100 0.000385824 后轴 23 1 1 1100 0.008614208 大客车 前轴 28.7 1 1 150 0.006904726 后轴 68.2 1 1 150 7.020471107 小货车 前轴 13.55 1 1 2400 0.000272725 后轴 27.2 3 1 2400 0.215716681 中货车cad50 前轴 24.7 1 1 750 0.010390511 后轴 68.2 3 1 750 105.3070666 中货车eq40 前轴 23.7 1 1 110 0.001094913 后轴 69.2 1 1 110 5.784175223 大货车 前轴 49 1 1 300 0.996987917 后轴 101.6 1 1 300 340.6206068 特大日野 前轴 50.2 1 1 140 0.56462197 后轴 104.3 1 1 140 196.0660968 拖挂车五十铃 前轴 50.2 1 1 60 0.241980844 后轴 104.3 1 1 60 84.02832718 累计(标准轴载当量轴次)次/日 740.9015065 10.3 结构组合与材料选取 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310万次左右,根据规范推荐结构,路面结构层采用沥青混凝土(15cm)、基层采用水泥碎石(厚度待定)、底基层采用石灰土(30cm)。 初步设定本二级公路的面层由三层组成,查规范,采用三层沥青面层,表面层采用细粒式密级配沥青混凝土(厚4cm),间层采用中粒式密级配沥青混凝土(厚5cm),下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土(厚6cm)。 10.4 各层材料的抗压模量与劈裂强度 (见表10.4)。 10.5 土基回弹模量的确定 该路段处于Ⅳ1区,为粘质土,度为1.05,查相关表的土基回弹模量为35.0MPa。 表10.4 查有关资料的表格得各层材料抗压模量(20℃)与劈裂强度 材料名称 H(cm) 20℃抗压模量 劈裂强度 细粒式沥青混凝土 4 1400 1.4 中粒式沥青混凝土 5 1200 1.0 粗粒式沥青混凝土 6 1000 0.8 水泥碎石 30 1500 0.5 石灰土 ? 900 0.35 土基 — 35 — 10.6 设计指标的确定 对于二级公路,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。 10.6.1 设计弯沉值(二级公路) 该公路为二级公路,路面等级系数,面层是沥青混凝土路面取1.0,半刚性基层,底基层总厚度大于20cm,基层类型系数。 设计弯沉值为: 10.6.2 各层材料的容许层底拉应力 (10.4) 1.细粒式密级配沥青混凝土 2.中粒式密级配沥青混凝土 3.粗粒式密级配沥青混凝土 4.水泥碎石 5.石灰土碎石 10.6.3 设计资料总结 设计弯沉值为25.77(0.01mm)相关资料汇总如表10.5。 表10.5 设计资料汇总表 材料名称 H(cm) 20℃抗压模量 容许拉应力 () 细粒式沥青混凝土 4 1400 0.601 中粒式沥青混凝土 5 1200 0.430 粗粒式沥青混凝土 6 1000 0.312 水泥碎石 30 1500 0.300 石灰土 30 900 0.160 土基 — 35 — 10.6.4 确定水泥碎石层厚度(换算成三层体系) ∴查表得 ∴查表得 ∴ ∴查表得: ∴ 根据 ∴ 取 10.6.5 弯拉应力的验算 A点:细粒式密级配沥青混凝土底 查图得为压应力,不需验算。 B点:中粒式密级配沥青混凝土底 查图得为压应力,不需验算。 C点:粗粒式密级配沥青混凝土底 查图14-18得为压应力,不需验算 D点:水泥碎石层底 ∴查图14-18得 ∴查图得 ∴查图得 E点:底层弯拉应力 ∴查图得: 10.6.6 确定剪应力和抗剪强度 1.路面结构等效换算 计算剪应力和正应力 由: 查图得 , 查图得 因而得f=0.3时 缓慢制动时: 已知沥青混凝土面层,则 ∴ 紧急制动时 2.确定容许剪应力 停车站在设计年限内的停车标准轴数现按双车道累计轴数的15%计,即 ,则缓慢制动时 紧急制动时: 3.验算剪切应力 对于缓慢制动时: 对于紧急制动时: 显然,后一种情况(紧急制动时),不满足抗剪强度要求。为满足这一要求,可改变混合料组成设计或采用质量较好的沥青(改性沥青)。 10.7 方案比较 沥青路面与混凝土路面各具特色,结合前面两节所求得的各项技术数据,从路面的基本特性、对施工的要求及经济角度三方面,对柔性路面和刚性路面进行比较。 10.7.1 路面的基本特性 沥青路面使用沥青结合料,因而增强了矿料间的粘结力,提高了混合料的强度和稳定性,是路面的使用质量和耐久性都得到提高。与水泥混凝土路面相比,沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、振动小、噪音低、施工期短、养护维修简单、适宜于分期修建等优点,因而获得越来越广泛的应用。但沥青路面透水性小,其稳定性和强度很大程度取决于土层和基层的特性,凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好、有利于夜间行车等特点,但对水泥和水的需要量大,这对水泥供应不足和缺水地区带来较大困难。并且一般混凝土路面要建造许多接缝,这些接缝不但增加施工和养护的复杂性,而且容易引起行车跳动,影响行车的舒适性,接缝又是路面的薄弱点,如处理不当,将导致路面板边和板角处破坏。混凝土路面开放交通较迟,一般混凝土路面完工后,要经过28天的潮湿养生,才能开放交通。另外混凝土路面损坏后,开挖很困难,修补工作量也大,且影响交通。 10.7.2 对施工的要求 沥青路面的施工技术比较容易,铺面平整度较容易获得,因此国内长久以来都习惯以柔性路面为主,在经济欠发达的地方可采用水泥混凝土路面。综合上述各方面的因素,本设计中采用水泥混凝土路面。 11 涵洞选用 当公路需要跨越沟谷、河流、人工沟渠道及排除路基内侧边沟水流时,常常需要修建各种横向排水构筑物,使沟谷、河流、人工渠道穿过路基,保证路基连续并确保路基不受水流冲刷以及侵蚀,从而保证路基稳定。涵洞是公路上最常见的小型排水构造物,有时为了跨越其他路线或障碍,也需修建涵洞,它的布设有时还与农田水利有着密切的关系。小桥涵就单个工程而言,其工程量比较小,费用也低,但它分布于公路的全线,故其总工程量比较大,所占投资额也相当大。本路段全长2126.4660米,共有六座涵,其中两座盖板涵、四座圆管涵。 11.1 桥涵位选择的一般要求 涵洞位置的确定(山岭与丘陵地区涵位): 1.顺沟设涵; 2.改沟设涵; 3.路基排水涵; 4.坡岸设涵; 5.并沟设涵; 6.必须在河湾处设涵时,涵位应设在水流较集中凹岸的一侧,以利于集水流。 11.2 涵洞基本构造 11.2.1 圆管涵 圆管涵主要由管身、基础、接缝及防水层组成。 1.管身 管身为主体部分。本路段管涵均为钢筋混凝土圆管涵,管径为1m和1.25m。管身采用预制安装,预制管节长2m和0.5m两种。 2.基础 本路段圆管涵基础均采用C20混凝土基础:厚度24cm,基础顶面用素混凝土做成人字斜面,使管身和基础连在一起。 3.接缝及防水层 圆管涵采用预制现场拼装施工,为防止漏水,须做成接缝防水处理。常采用平口接头填缝和企口接头填缝。 11.2.2 盖板涵 盖板涵为简支构造物,本路段均为钢筋混凝土盖板涵,主要由盖板、涵台、基础、洞深铺底、伸缩缝及防水层等部分组成。 1.盖板 它为涵洞的承重结构部分。本路段采用钢筋混凝土盖板其厚度为20cm,跨径为1.5m。 2.涵台、基础、洞深铺底 一般用浆砌块、片石或混凝土修筑。基础厚度一般为40cm,铺底厚度一般为6 0cm。 3.沉降缝及防水层 涵洞沿洞身方向每隔3~6米设置一道沉降缝。 12 路线平面交叉口 12.1 平交口设计要求和内容 12.1.1 交叉口设计的基本要求 1.保证车辆与行人在交叉口能以最短的时间顺利通过,使交叉口的通行能力能适应各条道路的行车要求。 2.正确设计交叉口立面,保证转弯车量的行车稳定,同时符合排水要求。 12.1.2 交叉口设计的主要内容 1.正确选择交叉口的形式,确定各组成部分的几何尺寸,包括行车道的宽度、转交曲线的转弯半径、各种交通岛的尺寸、绿化带的尺寸等。 2.进行交通组织,合理布置各种交通设施,包括设置专用车道和组织渠化交通; 3.验算交叉口行车视距,保证安全通视条件。 4.交叉口立面设计,布置雨水口和排水管道。 12.2 平面交叉 本路段有一处平面交叉,其中心桩为1+785.830。平面交叉被交道路为平原微丘区四车道一级公路。交叉设计采用加铺转角形式,并设置交通信号灯。 12.2.1 路基 被交道路路基原则上与原公路路基宽一致。当原公路路肩宽度小于50厘米时,路基宽为原公路路面宽加2×0.5米。 路基填方边坡为1:1.5,挖方边坡为1:0.5。 12.2.2 路面 被交道路与主线相接部分采用水泥砼铺筑,其结构层与主线路面结构层一致,即:面层 24厘米厚C35砼、基层 20厘米厚5%水泥稳定碎石、垫层 20厘米厚石灰土。 12.2.3 排水 被交道路(华兴一级公路)两侧设置边沟和排水沟。该一级公路边沟和排水沟均采用底宽60cm,高60cm,边坡坡比1:1的倒置梯形浆砌片石边沟。 当被交道路坡度为正时,被交道路边沟水流将流入主线排水沟内。 交叉口处主线的排水沟采用60×60cm矩形盖板排水沟。 12.2.4 防护 当被交道路路基填挖高度较大时,采用铺草皮的防护形式进行防护。 12.3 平交口设计 12.3.1原始资料 1.交叉中心点设计道路上的里程桩号K1+785.83。与华兴路(四车道一级公路)垂直相交。 2.主要道路的平面设计资料 ① 交叉口处于设计道路的直线段; ② 主要道路路幅资料: 路幅宽:10m;行车道宽:7.00m;硬路肩宽0.75;土路肩宽:0.75m。 3.被交道路平面设计资料 ① 交叉口处于被交道路的直线段,为十字交叉; ② 被交线路幅资料: 路幅宽:22m;行车道宽18m;边缘绿化带宽2m。 4.主要道路纵断面资料和横坡值 ① 设计道路处于直坡段上,纵坡值为-0.7%。交叉点的设计高程为180.36m。 ② 主要道路路拱横坡:2%; ③ 主要道路的设计标高在路基边缘。 5被交线纵坡和横坡 被交线纵坡:-2.0%;(方向面向交叉点); 被交线横坡:2%。 12.3.2 平面设计 1.交通管理方式 采用加铺转角式并设置信号灯平面交叉口。 2.转角曲线半径的确定 转角曲线的右转车速均选用30km/h,根据《公路路线设计规范》路面的转角曲线半径选用R 左=30m;R右=30m。保证交叉口平面线形整齐美观。 12.3.3 立面设计 相交道路为主要道路与次要道路相交,在交叉口范围内,主要道路的纵坡、横坡都不变。设计过程中采用鸿业市政道路辅助设计系统建立交叉口边界并生成等高线,手绘平面交叉口特征断面图。 12.4 施工注意事项 被交道路与原公路相接处,应注意顺接连接。 参考文献 1. JTG B01-2003,公路工程技术标准[S]. 北京:人民交通出版社,2002. 2. JTG D20-2006,公路路线设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 3. JTG D30-2004,公路路基设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2003. 4. JTJD40-2002,公路水泥混凝土路面设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2001. 5. JTG050-2006,公路沥青路面设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 6. JTG F10-2006,公路路基施工技术规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 7. JTJ018-97,公路排水设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2005. 8. 张雨化.道路勘测设计[M]. 北京:人民交通出版社,1997. 9. 邓学均.路基路面工程[M]. 北京:人民交通出版社,2002. 10.公路桥涵设计规范(合订本)[S]. 北京:人民交通出版社,1991. 11.路基设计手册[S]. 北京:人民交通出版社,1995. 12.路面设计手册[S]. 北京:人民交通出版社,1997. 13. JTG D62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2003. 14. JTG D63-2007,公路桥涵地基与基础设计规范[S]. 北京:人民交通出版社,2006. 15. JTG/TD65-04-2007,公路涵洞设计细则[S]. 北京:人民交通出版社,2006. 16. 交公路发[2007]358号,公路工程基本建设项目文件编制办法[S]. 北京:人民交通出版社,2007. 17. 黄新,李帆.桥涵水文[M]. 北京:人民交通出版社,2005. 结束语 毕业设计是对我大学四年所学的专业知识和综合技能的一次应用和考验。近三个月的设计中,培养了我学习的主动性和积极性,更磨炼了我的意志,陶冶了情操。一路走来,有点辛酸,过程是辛苦的,但其中的滋味却让人回味,让我感到充实。只有在反复地修改中,促使我不断地去翻书查资料,对专业知识更加了解,动手操作能力有所提高。 本次毕业设计让我理论联系实际,进一步巩固并加深了我所学的专业知识,加强了实践设计能力、信息搜集能力等。通过此次毕业设计,我深刻地认识到作为一名设计者,首先必需要具有扎实的专业基础知识、综合的专业技能、以及熟练的掌握计算机软件、查阅资料等综合知识的应用能力。其次是要具备严谨的工作态度和踏实的工作作风。公路桥梁的初步设计是一项工作量大而且细致的工作,每一环节的设计都与整体设计密切联系,它是对我驾驭专业知识能力和综合运用能力的全面考验。通过设计,我发现自己专业知识掌握的不扎实,有许多地方都要向老师和同学请教,一些软件也不熟悉,但我庆幸的是经过设计之后各方面都有了提高。再次是要做到理论与实践相结合,从实践中提升自己。在益阳市交通勘测规划设计院实习一个月,为我进行毕业设计的形象思维、实际操作等打下了基础。在设计院的这段日子,身临其境,感受颇深,它并非我们所想象的那样,环境是相对枯燥的,生活是相对单一的,但至少心理有了准备,到了工作的时候也不会束手无策。另外,经过本次设计我深深地感受到公路桥梁设计有很多技能都是在实践的基础上总结出来的。设计中我尽量做到把规范与实际相结合,体现出设计的合理性。 在这次毕业设计中,老师们以及实习单位的领导和兄长们对我的设计给予了热心的指导,提出了宝贵意见,在这里深表感谢!通过老师的教导,让我们拾起了一些曾在学习中被忽略与遗忘的东西,逐层深入,对专业知识更加了解。在这里我想说一句:“老师,您辛苦了!”对于你们的教导我们将永远铭记于心。另外,我还要感谢我的同学们,一个人的力量是有限的,正所谓“众人拾柴火焰高”,当我在设计中遇到困难时,他们总会伸出援助之手,在互相帮助中学习知识,在相互督促中共同进步。 致谢 经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有 老师的督促指导,以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里,首先我要感谢我的指导老师—崔志伟、杨建民。崔老师、杨老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是他仍然细心地指正设计中的错误。除了敬佩他的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神,也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。 其次,我还要感谢大学四年来所有的老师,为我们打下土木工程专业知识的基础;同时我还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会得以顺利完成。 同时,我要感谢湖南城市学院四年来对我的大力栽培。让我在此学到的是丰富的知识和做人的道理.祝愿母校更加辉煌腾达,培养出更多的优秀人才。 最后,我要感谢我的父母对我的养育之恩,感谢他们用“汗、血和泪换来我光明的前程。此时,我想对您们说:我一定不会辜负您们对我的期盼,让我的实际行动来报答您们的养育之恩。 时光如水,日月如梭。有太多的事沥沥在目,宛如昨日, 记忆犹新。有太多人的 音容笑貌,跃然纸上,挥之不去。我永远都不会忘记这大学四年。 附录: Concrete   Concrete is produced by mixing together cement, water, and mineral aggregates. This mixture is placed into a suit-able mould, compacted, and allowed to harden. It is somewhat similar to building stone but has the advantage that it can be easily moulded into any suitable shape, and also that it can be conveniently reinforced with steel rods to improve its structural properties.   A concrete mix may be regarded as being made up of two parts, first the aggregates (sand and stones) and second the cement paste (that is, water and cement). The cement paste covers the surface of the stones and sand particles, binding them together when it hardens. The aggregate is not altered in any way but is merely embedded firmly in a rock-like, hardened cement paste. This cementing material4 is formed by the water and cement combining together chemically by a process called 'hydration'.   This chemical reaction happening very slowly, and continue carrying out many years. Water uses the cement paste that the continuation progressive tense has hardened to become more and more hard in cooperation , the concrete instar is as a result the longer , the harder if the temperature and humidity condition are proper. If however, the concrete making it completely dry, cannot its intensity only is capable to do continuing enhancing. Stay in existing under damp situation longer, its intensity is increasingly big. The concrete accepts the climate and the chemicals corroding also easily. Must ensure that it is solid to being enough to resist and defend these corrode. A merit of it is that the applicability is broad. Be in the appropriate limit inner. Can manufacture any request intensity concrete. But the intensity is increasingly big , cost is increasingly high. As for specially appointed project, use the concrete exceeding whose indispensable intensity to be uneconomic, it also must have sufficient intensities but , can the satisfied proper project demands. Such concrete project planner is therefore likely to adopt the cost minimum can have an effect to accomplish that project mission indicia concretes together.   Suppose we want how the proper usage concrete to understand , to know a concrete's, limitation is important. Judging from viewpoint of physical design personnel, one of main concrete shortcoming is that its tensile strength is low. This it can not fight against pulling force in other words. This shortcoming is not bad overcome way is to use reinforced bar to strengthen a concrete those parts pulling strain appearing on possibility.   The concrete parches contracting right away, and every accepts moistness expanding right away, every is contracted by thousand dryness, may produce pulling force (or strain) within the concrete, and may rift happened right now. Crack designing that the personnel can design contraction in appropriate place, avoid rift phenomenon thereby. If the scene handling crew being able to ensure that the concrete long range is damp, take in and reorganize effect also may cut this down.   The concrete another character is that expansion caused by heat and contraction caused by cold , this character also may make it produce a rift. Having designed that the personnel may keep an expansion joint in appropriate place to overcome this shortcoming , have stayed stretching out and drawing back a crack thinking that the concrete is therefore likely to stretch out and draw back freely when the temperature change. The reinforced bar is heated also expanding, and then is thinks that the temperature rises when certain, its size expanding and concrete are identical. Reinforced bar in on this account, imbedding in the concrete is stretched out and drawn back together with the concrete , can not produce any pulling strain. Armoured concretes:    The mild steel tensile strength is big , is 200 times of concrete about, it may imbed playing may happen to bear any within curved concrete structure being controlled and the like like the beam , board, (responding to) a force. Let our tentative plan have not in the least the tendon concrete beam , be not to have imbeded the reinforced bar concrete beam. , if this beam both ends is broken by propping up , being loaded with on the beam the heavy thing , its possibility if pursuing what 1 shows. This breaks happening always very suddenly , the concrete beam may break down completely collapsing and you are able to pay attention to arriving at in pursuing 1 A , this accepts pulling force on the beam lower part but whose upper part accepts pressure. The concrete intensity is enough to bear what the top accepts pressure, but it experience without end bottomf.   If some reinforced bar imbedding are in concrete bottom nearby,this beam is therefore likely to bear much heavier load but not breaking, because of the reinforced bar must break first before the concrete beam collapses absolutely. The reinforced bar can not prevent a concrete from splitting , the beam bears in fact most concretes producing a rift when designing loading, if condition pursuing what shows.    To the rift that such forms, we make self uneasy unnecessarily, because of the reinforced bar is able to support two half of hiascent up securelyly completely. Have however also one kind of danger: The moisture content meeting seeps into , arouses a reinforced bar from the rift to get rusty. Concrete beam designer must ensure that any rift width can not arrive at greatly makes a reinforced bar produce corrosion therefore.   Within some concrete beams, since the beam middle piece has tenesmus inclination, may come into being cracking askew if the phenomenon, pursuing what 3 shows. This rift lets scissors crack sometimes. For the perpendicularity avoiding this phenomenon , designer but allocating Jiazha few, the stirrup or turn removes a reinforced barc@c.   Design that the armoured concrete is engineer's responsibility under ordinary circumstances. He dispatches instruction and the drawing sheet giving a scene a handling crew. If the strict request according to the engineer carries out these instruct , the scene builder in fact must not have understood the principle that these instruct. The scene construction management personnel understands that the armoured concrete designs what be related that basal principle but if clear , he is therefore likely to be furthermore so-called better on making an explanation these drawing sheets and instruction, are easier to cooperate with engineer , to especially accurate be placed in the necessity putting in a reinforced bar problem.   Let us think that the reinforced beam is hit by the reinforced bar condition. Suppose the reinforced bar purchases the outward appearance putting in location approaching the concrete beam excessively, the concrete thickness covering a reinforced bar has been therefore likely infertile. People gets rusty in order to protect reinforced bar from being watered out and guarded against its from concrete overburden experience middle must have one minimal limit as finding that. The reinforced bar only is capable to do rustiness suppose the concrete overburden is very infertile, this rust may make the concrete overburden peel off, under just the reinforced bar being revealed in graver corrosion. However, we want to purchase a reinforced bar readjusting oneself to a certain extent such that being very much far away from the outside neither, because of this may produce the effect weakening the concrete beam from another aspect. Be placed in from pursuing 2 being able to perceive a reinforced bar putting in a field.   More average armoured concrete of prestressed concrete component component is rich in elasticity. It is similar to wood comparatively , has altitude time elastic force. form usage only economy that this technology only has under something with factory prefab is paying. Add strain in advance but under many condition, also may be used to deposit concrete now successfully, especially longspan project and the place very much, difficult or having no way to transport the large-scale component.    But what prestressed component needs more average armoured concrete of concrete uses concrete to must have more high strength, it also has the merit being more durable. This concrete needs to bear high-handed strain, but like pressure strain the first time when adding strain in advance.   In advance, add strain already having applied to nearly all types structure, but be used for concrete beam most often. It applies to the concrete making prefabricate a pipeline and large-scale circular pool , completely not growing a rift because of it can manufacture also specially wall.    Think that steel wire is very long or think that it puts a camber inside when in very big ducts, pull operation being in progress at the same time from two lifting jacks from both ends. Long one steel wire request stretches the amounts possibility greater than single lifting jacks stretching ability, therefore needing two lifting jacks.    Add strain operation everytime in advance in course of progressive tense, space responds to at the lifting jack back look upon as danger area, keep spacious (do not allow person to be entered), snap from tension to prevent from steel wire suddenly.   混凝土 混凝土由水泥、水和矿物骨料拌和制成。这种拌合料灌入合适的模框中,振捣压实,让它硬化。它和建筑石料有些相似,但具有易于浇灌成任何适当形状的优点,而且便子用钢筋增强,改进结构性能。   混凝土拌合料可以看成由两个部分组成:首先是骨料(砂和石),其次是水泥浆(即水和水泥)。水泥浆充填盖满石子和砂粒的表面,硬化时将它们胶结在一起。骨料不起任何变化,只是稳固地埋置在硬化得像岩石样的水泥浆中。这种胶结材料是由水和水泥化学地结合在一起而形成的。这种化学程序叫水合(化)作用。 这种化学反应发生得很慢,而且继续进行多年。水合作用继续进行时硬化了的水泥浆变得越来越硬,因而如果温度和湿度条件适宜,混凝土龄期越长越坚硬。不过,混凝土如果让它完全干燥,它的强度就不会继续增大。在潮湿状况下存留愈久,它的强度越大。混凝土也易于受到气候和化学药品的侵蚀。必须保证它强固到足以抗御这些侵蚀。   它的一个优点是适用范围广。在适当限度内。能制成任何要求强度的混凝土。但强度越大,成本越高。对于特定工程来说,使用超过其必需强度的混凝土是不经济的,但它也必须具有足够的强度,能够恰当满足工程要求。这样混凝土工程设计人员就能采用成本最低并能有效完成工程任务的那种标号的混凝土。   假如我们要懂得如何恰当使用混凝土,了解混凝土的局限性是重要的。从结构设计人员的观点来看,混凝土的主要缺点之一是它的抗拉强度低。这就是说,它不能抵抗拉力。这个缺点是可以克服的,办法是用钢筋增强混凝土可能出现拉应力的那些部分。   混凝土干透就收缩,而且每受潮湿就膨胀,每受千燥又收缩,这就可能在混凝土内产生拉力(或应力),并可能发生裂缝。设计人员可以在适当地方设计收缩缝,从而避免裂缝现象。现场管理人员如果能保证混凝土长期潮湿,也可减少这种收编效应。   混凝土的另一性质是热胀冷缩,这种性质也可能使它产生裂缝。设计人员可在适当地方留伸缩缝以克服这种缺点,留了伸缩缝当温度变化时,混凝土就能自由伸缩。钢筋受热也膨胀,进而当温度上升一定时,它膨胀的大小和混凝土相同。由于这个原因,埋置在混凝土中的钢筋与混凝土一同伸缩,而不会产生任何拉应力。 钢筋在混凝土中的有效便用决定于混凝土能否紧咬钢筋便之不被拉出。钢筋与混凝土的这种相互作用叫“粘结”。设计者必须核对自己的计算保证足够的粘结强度。如果钢筋埋入混凝土时,表面有松皮、铁锈或油污,粘结强度就可能减低。因此施工管理人员应当检查钢筋保证确能产生良好的粘结强度。已经讲过混凝土不能完全防水,但质量好的混凝土在大多数实用情况下还是能够隔水的.不过必须特别注意施工缝,这些地方有漏水的危险。   优质混凝土和劣质混凝土目测时非常相似。为了恰当估计混凝土的质量,必须使用更为可靠的检验方法进行适当试验。实验表明,测试混凝土质量最可靠的办法是耐压强度试验:如果混凝土抗压强度高,通常它就既能承载结构重荷,又会具有良好的耐久性(即抵抗气候、化学侵蚀和磨损的性能)。这种试验易于进行,通常是将一个混凝土立方块放在压力试验机中进行压碎试验。 钢筋混凝土:   软钢的抗张强度大,约为混凝土的200倍,它可埋置在像梁、板之类受压弯曲的混凝土结构内,以便承受任何可能发生的拉(应)力。让我们设想有一无筋混凝土梁,即未埋置钢筋的混凝土梁。如果这根梁两端受到支撑,梁上负载重物,它可能断裂,如图1所示。这种断裂总是很突然地发生,而且混凝土梁会完全崩垮,你会注意到在图1A中,这根梁的下部受到拉力而其上部受到压力。混凝土的强度足以承受顶部所受压力,但它经受不了底部所受拉力。   如果有一些钢筋埋置在混凝土底部附近,这根梁就能承受重得多的荷载而不断裂,因为在混凝土梁断垮之前,钢筋必须先断。钢筋不能防止混凝土开裂,实际上绝大多数混凝土梁承受设计载荷时都产生裂缝。   对于这样形成的裂缝我们无须为之担心,因为钢筋完全能够安全地托起裂开的两半。不过也有一种危险:水分会从裂缝渗入,引起钢筋生锈。混凝土梁的设计者必须保证任何裂缝的宽度不能大到使钢筋因此产生腐蚀。 在某些混凝土梁内,由于梁的中段有下坠倾向,可能产生斜裂现象。这种裂缝有时叫剪裂。为了避免这种现象,设计者可指定加扎一些垂直箍筋或弯起钢筋。 钢筋在混凝土梁内的最佳位置既决定于混凝土梁是怎样受到支撑的,也决定于设计载荷情况。例如悬臂梁压弯时其顶部表层受到拉力,而底部表层受到压力。因此主要加固钢筋必须埋置在顶部接近表面处,而裂缝可能在顶部支撑点附近发生。   一般情况下,设计钢筋混凝土是工程师的责任。他发送指示和图纸给现场管理人员。如果严格按照工程师的要求执行这些指示,现场施工人员实际上并不一定要理解这些指示的道理了。但现场施工管理人员如果清楚理解钢筋混凝土设计所涉及的基本原理,他就能更好地解释这些图纸和指示,更易与工程师合作,特别是在准确置放钢筋的必要性问题上更是如此。   让我们考虑钢筋混凝土梁中钢筋的情况。假若钢筋置放位置过于接近混凝土梁的外表,掩盖钢筋的混凝土厚度就会过薄。人们从经验中发现必须有一最小限度的混凝土覆盖层用以保护钢筋不受水浸和防止它生锈。假若混凝土覆盖层太薄,钢筋就会生锈,这种铁锈又会使混凝土覆盖层剥落,便钢筋暴露于更严重的腐蚀之下。不过,我们也不要将钢筋置放得离表面太远,因为这可能产生从另一方面削弱混凝土梁的效果。从图2能够看出钢筋置放地方离底面最近,它加固混凝土梁的作用最大。假若我们将钢筋置放在顶面和底面的中间。它对加固混凝土的作用不会很大。工程师的图纸显示置放钢筋的最佳位置,使得混凝土覆盖层足以防护钢筋。工程师关于混凝土梁强度的计算是以钢筋将被准确置放于指定位置这一假设为基础的,而且他期待现场施工人员合作,保证做到这点。钢筋混凝土所用钢筋有三种主要类型。最常用的是普通软钢筋,其直径由3/16英寸不等,不过大于一寸的钢筋仅用于大型建筑之中。耐拉钢筋也用于普通钢筋混凝土中,其直径大小与软钢筋相似。这种型号的钢筋正常容许负载为同等直径软钢筋的一倍半。   完全用于将在下面讨论的预应力混凝土的高抗拉钢丝和合金钢筋比普通混凝土所用钢筋具有高得多的强度。这些高抗拉钢丝的许可应力可以达到软钢的八倍,而高抗拉合金钢筋的许可应力约为软钢的四倍半。   普通钢筋混凝土所用钢筋除了正常的圆钢条外,还可以有多种不同的形式。这包括异形刻痕钢筋和许多不同型号的螺纹钢。这些钢筋通常能和混凝土一起可靠地提供较好的粘结力,比普通圆钢和混凝土的粘结力强。除了粘结力强,这些型号的钢材有些具有较高抗拉强度,允许承载更大负载。与大多数高强度的钢材比较,软钢的延展性高。这使它在突然承载超过正常安全负荷时,能够延伸而不断裂。这也使它易于弯成工程要求的形状。普通钢筋混凝土所用耐拉钢材较软钢延展性小,较难弯曲,但它一般完全适合弯成正常要求的形状。 预应力混凝土。   软钢筋用在普通混凝土梁内,用来克服混凝土抗拉强度小的弱点。克服这一弱点的另一方法是对混凝土预加应力,使它在受压弯曲经受正常拉应力之前,内部就产生了压应力。当这种梁承受荷载发生弯曲时,弯曲拉应力为预加的压力所抵消,因而实际上没有拉应力产生。这样,混凝土就能更有效地使用,不会像普通混凝土那样产生拉裂。其原理如图5所示。   预加应力可以用几种不同的方式进行。这些方法以后将予讨论。通常使用高抗拉钢丝或合金钢筋取得预应力。这种钢材的强度为普通软钢的两倍半至五倍。通常,预应力混凝土梁较同等强度的一般混凝土梁需用的混凝土较少,需用的钢筋更少得多。这意味着使用预应力混凝土比用普通钢筋混凝土结构重量轻得多。不过所用混凝土质量必须大大高于普通钢筋混凝土,而且预加应力操作要求一些特殊技术。   预应力混凝土构件较普通钢筋混凝土构件富于弹性。它与木材较为相似,具有高度的回弹力。在一些情况下这种技术只有以工厂预制件的形式使用才经济合算。但在很多情况下,预加应力也可成功地用于现浇混凝土,特别是大跨度工程以及很难或无法输送大型构件的地方。   预应力构件所需混凝土较普通钢筋混凝土所用混凝土必须具有更高强度,但它也具有更为耐用的优点。这种混凝土要承受高压应力,而压应力一般在初次预加应力时最大。这意味着这种混凝土在没有用来执行设计任务之前,就经受了一种荷载试验。假若它能经受开始预加应力的条件,它大概就能很好地安全承受设计荷载。预加应力已应用于几乎所有类型的结构,但最常用于混凝土梁。它也特别适用于制造预制管道和大型圆形水池,因为它能制成完全不生裂缝的混凝土壁。有两种截然不同的预加应力的方法:一种适用于工厂制件,另一种适用于现场施工。两种方法都使用高强钢材施加预应力于混凝土,但在前一种情况,钢材在混凝土凝固前张拉(先张法),而在后一种情况,钢材在混凝土凝固后张拉(后张法)。   先张法适用于工厂生产构件,通常以“长线法”进行。一系列的模框摆在一条长线上。一串钢丝从这端张拉到另-端,从而通过所有模框的两端。于是将混凝上灌进模框,浇满张拉的钢丝,捣拌压实后,让它硬化。当混凝土达到必需强度时,撤去模框,剪掉伸出在混凝土构件两端外面的钢丝。当伸出的钢丝剪掉后,构件内钢丝由于要缩回到未拉伸前的原有长度而变短。然而它们不能缩短到原有长度,因为它们被混凝土紧紧夹住了。但它们确实稍稍缩短了一点,这样就施加压(应)力于混凝土。 现场工作人员对后张法技术更感兴趣,因为在实践中可能必需使用这些技术。对钢筋施加拉力以及提供锚锭从而长久维持这种拉力有几种方法。不论使用那种方法,都要求在预加应力时,钢材能无碍地穿入混凝土。由于这个理由,后张法常被称为“无粘结”法。   为了防止钢材与混凝土在预加应力的过程中粘结,我们或者将钢丝或钢筋在混凝土凝固后塞入预留孔道,或者将钢丝或钢筋裹以适量水泥薄浆置放在模框中,因而当混凝土灌进时它不会与钢材接触。钢丝一端锚固,另一端用上一个千斤顶。这个千斤顶夹住钢丝,用设计要求的预应力张拉钢丝,同时反压混凝土顶端。在钢丝处于拉伸状态时,将另一端也永久锚固于混凝土上,并将千斤顶移去。最后的操作是将水泥(薄)浆注入钢丝通道内,保护它不受任何可能的腐蚀。后张法操作过程如图7所示。预加应力的操作必须仔细,并按照工程师的指示进行。这些指示包括施加在钢丝上的力应有多大,以及钢丝必须张拉多长。   当钢丝很长或者当它放入弯度很大的孔道中时,张拉操作由两个千斤顶从两端同时进行。一根长钢丝的要求拉伸量可能大于单个千斤顶的延伸能力,所以需用两个千斤顶。每当预加应力操作正在进行时,千斤顶后面场地应视为危险区,保持空旷(不让人进入),以防钢丝突然绷断。在预加应力时,钢丝内储有相当大的能量,假若它们断了,这种能量就会突然猛烈地释放出来。 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    贡献于2019-07-27

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