路桥专业毕业设计论文宁江至善门一级公路第一标段初步设计
摘要
本设计为宁江至善门一级公路第一标段初步设计（K0+000.00-K1+535.842）路段的初步设计。设计时速为80m/h，设计年限为15年。
说明书中包括线路线的平、纵、横设计、路基设计、挡土墙设计、边坡防护设计、路基路面排水设计、路面设计，主要参考文献等。
结合已知资料和文献，在整个过程中按照各相关的规范标准进行设计。在线形设计阶段中，遵循选线原则对路线方案做深入、细致的研究，做到尽量少占农田，并与周围环境相协调，尽量设计一天方便周围居民的路线。最后,从方案中选择一条符合设计要求、经济合理的最优方案。本选线避开了高压线的拆迁和低路线以致占用过多的农田。在线形设计部分，综合考虑了平曲线的优化及平曲线与竖曲线的“平包竖”组合力求达到优化设计。对于挡土墙，则是采用极限状态分项系数法来设计。本设计路面采用沥青混凝土路面。
关键词：一级公路；平纵横设计；路堤挡土墙；路面设计。
ABSTRACT
This design is a series of bid to First class road in ningjiang, the first preliminary design (K0+000.00-K1+535.842)sections of the preliminary design. Design speed of 80 km/h, fixed number of year for 15 years.
Instructions are included in the line of flat, vertical, horizontal design, roadbed design, retaining wall design, slope protection design, roadbed drainage design and pavement design, the main references, etc.
Combined with the known data and documents, according to the standard of the relevant standards in the whole process to carry on the design. In the stage of the geometric design, follow the principle of line selection of route schemes to do in-depth and meticulous research, to do as little as possible of farmland, and in harmony with the surrounding environment, try to design a day convenient route of surrounding residents. Finally, from the scheme choosing a comply with the design requirements, the economic and reasonable optimal solutions. This avoids the high tension line to select the demolition and low route that takes up too much of the farmland. In the linear part design, considering the optimization of plane curve and plane curve and vertical curve \"flat bag vertical\" combination optimization design to achieve. For the retaining wall, is the limit state subentry coefficient method is used to design. The design of pavement with asphalt concrete pavement.
Key words: First class road；Flat vertical and horizontal design; Embankment retaining wall;Pavement design.
目录
前言 (1)
第一章总体说明 (1)
1.1项目概况 (1)
1.2设计总说明 (1)
1.3主要技术经济指标 (2)
第二章道路平面设计 (3)
2.1道路选线 (3)
2.2路线方案比较 (3)
2.3本路段线形设计情况 (4)
2.4道路平面设计图 (5)
2.5行车视距保证 (5)
2.6逐桩坐标 (6)
2.6.1直线上中桩坐标计算 (6)
2.6.2设缓和曲线单曲线中桩坐标计算 (7)
第三章道路纵断面设计 (9)
3.1纵断面设计 (9)
3.2设计依据 (9)
3.3道路纵断面设计图 (10)
3.4竖曲线要素计算 (10)
3.5纵坡及竖曲线表 (11)
第四章道路横断面设计 (12)
4.1设计概况 (12)
4.2路基宽度 (12)
4.3土石方的计算与调配 (12)
4.4路基横断面图 (13)
第五章路基 (14)
5.1路基设计说明 (14)
5.2设计概况 (14)
5.3路基边边坡稳定性分析 (14)
5.3.1边坡类型 (14)
5.3.2稳定性分析 (15)
（1）路堤边坡稳定性分析 (15)
（2）路堑边坡稳定性分析 (15)
5.4路基设计表 (16)
第六章挡土墙的设计 (17)
6.1设计说明 (17)
6.2路堤挡土墙设计 (17)
第七章公路排水及防护工程 (38)
7.1 概述 (38)
7.2路基排水 (38)
7.3边坡防护工程 (39)
第八章路面结构设计 (41)
8.1路面结构组成 (42)
8.2路面类型 (42)
8.3沥青混凝土路面的设计 (42)
8.3.1设计资料 (42)
8.3.2轴载分析 (43)
8.3.3确定道路交通等级 (46)
8.3.4 确定设计指标 (47)
8.3.5路面结构厚度计算 (48)
结论 (52)
参考文献 (53)
致谢 (54)
前言
毕业设计是学生对大学四年所学专业知识及相关学科知识经行综合运用，是对学生动手能力和操作能力的重要检验手段。它能将专业基础知识、电脑知识、和相关学科综合起来以实践化，同时增强自己对电脑的动手能力及对专业转件的熟悉和学习等。
本设计是宁江至善门一级公路第一标段初步设计（K0+000.00-K1+535.842），要求在近三个月的时间里完成毕业论文，包括设计说明书和道路平面图、纵断面图、路基横断面图、路面结构图、挡土墙结构图、防护工程设计图、涵洞设计图以及《路基设计表》、《土石方数量计算表》、《平曲线表》、《竖曲线表》等图纸、表格及相关内容。
在本设计过程中部分设计资料不足,本人参考了交通部有关设计技术规范、相关专业书籍、不断向老师和同学请教和讨论，争取做到规范、合理。其论文共分十章进行阐述，并配有相关的插图和表格。由于理论知识和实践经验有限，尽管在设计中借助了一些文献及参考资料，在设计中仍存有许多不足的地方，敬请各位老师和同学们多多指正，本人将非常感谢！
第一章总体说明
1.1项目概况
宁江至善门一级公路是吉林省公路网规划中重要一条，宁江位于吉林松原市，起点宁江K0+000 坐标X：5751.749 Y：17646.690 终点K1+1535.824 坐标X：4506.942 Y：18510.845。本区域属于温带半湿润季风气候区，四季分明，夏季炎热，冬季寒冷。七月份平均气温20℃～25℃，最高气温37.2℃，一月份平均气温-15～-20℃，最低气温
-37.6℃，年平均气温5～8℃。年降水量700～900mm，主要集中在七～八月份，降水量约为400～500mm，占年降水量的60～70%
1.2设计总说明
本设计是宁江至善门一级公路第一标段初步设计（K0+000.00-K1+535.842），全长1535.842公里。其主要内容包括路平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基设计、挡土墙设计、公路排水及防护工程、路面结构设计等。
1.3主要技术经济指标
1-3-1设计依据
《公路工程技术标准》（JTG B01－2003）；
《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）；
《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）；
《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2011）；
《公路沥青路面设计规范》（JTG D14-2006）；
《公路沥青路面施工技术规范》（JTG F40-2004）；
1-3-2主要技术指标
见表C1-3-2
表C1-3-2主要技术指标
序号指标名称单位技术指标
1 公路名称主线
2 公路等级一级公路
3 车道数量四车道
4 设计速度km/h 80
5 路幅宽度ｍ24.5
6 平
曲
线
半
径极限值ｍ400
7 一般值ｍ250
8 不设超高最
小
ｍ2500
9 竖
曲
线
半
径凸型一般值ｍ4500
10 凸型极限值ｍ3000
11 凹型一般值ｍ3000
12 凹型极限值ｍ2000
13 最大纵坡％ 5
14 最大超高％10.5
15 设计洪水频率1/100
16 车辆荷载等级（路基）公路—Ⅰ级
17 车辆荷载等级（路面）单轴双轮组100kN
第二章道路平面设计
2.1道路选线
路线是道路的骨架，它的优劣关系到道路本身功能的发挥和在路网中是否能起到应有的作用。根据道路的使用任务、性质、等级、起迄点和控制点，沿线地形、地貌、地质、气候、水文、土壤等情况，通过政治、技术、经济等方面的分析研究，比较论证而选定合理的路线。
道路选线的一般原则：
①多方案的选择
②工程造价与营运、管理、养护费用综合考虑
③处理好选线与农业的关系
④路线与周围环境、景观相协调
⑤工程地质和水文地址的影响
⑥选线应重视环境保护
选线基本步骤：
1．路线总体布局：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。
2．路线带选择：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，也称路线布局。
3．具体定线：定线就是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横综合设计，具体定出道路中线的工作。
2.2路线方案比较
方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法，在可能布局的多种方案中，通过方案比较决定取舍，选择出技术合理、费用经济、切实可行的最优方案。路线方案的取舍是路线设计中的重要问题。
方案一全长1535.842米， 平面线性采用反向曲线，线性比较美观，行车比较舒适，占用农田较少，拆迁房屋较少。
方案二全长1562.018米，平面线性依然采用同向曲线，线性比较美观，但是开挖土方量比较大，占用的农田较多，且圆曲线半径不满足规范。
经过比选，确定方案一为最终方案。
2.3 本路段线形设计情况
本设计路段为K0+000.00-K1+535.842，由缓和曲线和直线连接，其中圆曲线的半径为500m,缓和曲线长均为100m 。
2.3.1平曲线要素的计算
已知：
第1交点：圆曲线半径R 1 =500m,转角值''1.7'29241 =α
第2交点：圆曲线半径R 2=500m,转角值''7.48'57172 =α
第3交点：圆曲线半径R 3=500m,转角值''2.47'7193 =α
对于平曲线一，计算得：
圆曲线总长：
m R L Y 803.213180111=??= πα
曲线总长为：
m 675.3331=总L
外距：
m R R E 650.112sec 1111=-?=α
切线长：
m R T 643.1752tg 111=?=α
切曲差：
m L T D 611.172111=-=总
对于平曲线二，计算得
圆曲线总长：
m R L r 079.157180222=??= πα
曲线总长为：
m 761.2762=总L
外距：
m R R E 232.62sec 2222=-?=α
切线长：
m R T 431.1472tg 222=?=α
切曲差：
m L T D 101.182222=-=总
对于平曲线三，计算得
圆曲线总长：
m R L r 678.166180333=??= πα
曲线总长为：
m 938.2863=总L
外距：
m R R E 026.72sec 3333=-?=α
切线长：
m R T 537.1522tg
333=?=α
切曲差：
m L T D 136.182222=-=总
2.2 直曲线表
2.4 道路平面设计图
2.5行车视距保证
行车视距可分为停车视距、会车视距和超车视距。会车视距为停车视距的两倍。本设计为一级公路，处于山岭，停车视距为110m ，会车视距为220m ，超车视距为550。 2-6 逐桩坐标
根据前面算出来的方位角和平曲线要素，进行逐桩坐标的计算。本设计采用的是绝对坐标，计算方法是采用ESDPS4.0（工程数据处理系统）进行计算。在进行计算时分直线和曲线计算,曲线段采用综合曲线放样，直线段采用直线放样。计算原理：
（1）坐标系统的采用，本设计是在已有平面控制网的地区，所以沿用了原有的坐标系统进行计算；
（2）“逐桩坐标”即道路中线上各桩点的坐标，其计算和测量的方法是按“从整体到局部”的原则进行。
2.6.1 直线上中桩坐标计算
设交点坐标为),(J J Y X JD ,交点相邻直线的方位角分别为1A 和2A ，则
ZH 点坐标：
1X X T cos(A 180)ZH J =++ （2.1）
1Y Y T sin(A 180)ZH J =++ （2.2）
HZ 点坐标：
2X X T cos A HZ J =+. (2.3)
2Y Y Tsin A HZ J =+ （2.4）
设直线上加桩里程为L ，ZH 、HZ 表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标（L ≤ZH ）：
1X X (T ZH L)cos(A 180)J =++-+ (2.5)
1Y Y (T ZH L)sin(A 180)J =++-+ （2.6）
后直线上任意点坐标(L >HZ )：
2X X (T L ZH)cos A J =++- （2.7)
2Y Y (T L ZH)sin A J =++- （2.8）
2.6.2 设缓和曲线单曲线中桩坐标计算
曲线上任点的切线横距：
x =5913
22446640R Ls 3456R Ls 599040R Ls l l l l -+-
+ （2.9）
式中：
l ：缓和曲线上任意点至ZH (或HZ )的曲线长；
s L ：缓和曲线长度。
（1）第一缓和曲线（ZH ～HY ）任意点坐标：
2213030X X /cos cos A RLs RLs ZH l l x ξππ????=+?+ ? ?????
（2.10） 2213030Y Y /cos sin A RLs RLs ZH l l x ξππ????=+?+ ? ????
? （2.11） 式中:：
ξ：转角符号，右偏为“+”，左偏为“-”。
（2）圆曲线内任意点坐标 ：
HY ～YH ：
19090(Ls)X X 2R sin cos A R R HY l l ξππ+????=+?- ???????
（2.12） 19090(Ls)Y Y 2R sin sin A R R HY l l ξππ+????=+?- ???????
（2.13） 式中：
l ：圆曲线内任意点至HY 点的曲线长；
X HY 、Y HY ：HY 点的坐标。
YH ～HY ：
29090(Ls)X X 2sin cos A 180R R YH l l R ξππ+????=+?+- ???????
（2.14） 29090(Ls)Y Y 2R sin sin A 180R R YH l l ξππ+????=+?+- ???????
（2.15） 式中：
l ：圆曲线内任意点至YH 点的曲线长。
（3）第二缓和曲线(HZ ～YH )内任意点的坐标
2223030X X /cos cos A 180RLs RLs HZ l l x ξππ????=+?+- ? ????
? （2.16） 2223030Y Y /cos sin A 180RLs RLs HZ
l l x ξππ????=+?+- ? ?????
（2.17） 式中： l ：第二缓和曲线内任意点至HZ 点的曲线长。
数据见表C2-6
第三章道路纵断面设计
3.1纵断面设计
沿道路中心线纵向垂直剖切的一个立面。它表达了道路沿线起伏变化的状况。道路纵断面设计主要是根据道路的性质和等级，汽车类型和行驶性能，沿线地形、地物的状况，当地气候、水文、土质的条件以及排水的要求，具体确定纵坡的大小和各点的标高。为了适应行车的要求，各级公路和城市道路中的快速路、主干路及相邻坡度代数差大于1%的其他道路，在纵坡变更处均应设置竖曲线，因而，道路纵断面设计线是由直线和竖曲线所组成。
纵坡设计的一般要求
（1）纵坡设计必须满足《规范》中有关纵坡的各项规定；
（2）纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁，尽量避免采用极限值。缓和坡段最好配合地形很自然的设置，不能连续采用极限值长度的陡坡来结合最短距离的缓坡，争取较均匀的纵坡；
（3）纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑；
（4）纵坡设计在一般情况下应考虑填挖平衡，并尽量利用挖方运作就近段的填方，以减少借方废方，节省土石方及其他工程数量，降低工程造价；
（5）纵坡设计时，应照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的要求；
（6）平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，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。
3.2 设计依据
（1）最大纵坡
最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。一级公路（80km/h）的最大纵坡为5%。
（2）最小纵坡
在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的最小纵坡（一般情况下以采用不小于0.5%为宜），本设计采用最小纵坡设为0.5%。
（3）坡长限制
坡长是两个变坡点之间的水平距离。最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。一级公路（120km/h ）的最小坡长为200m 。最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。一级公路（80km/h ）的最大坡长限制为：5%-700m 6%-500
（4）平均纵坡
平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线的长度之比，是为了合理运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利地行使的限制性指标。
3.3道路纵断面设计图
3.4竖曲线要素计算
竖曲线一
变坡点1桩号K 0+350，高程为82.1018m ，1i =+1.5523%，2i =-3.45%，12i i w -==（-3.45%）-（+1.5523%）=-5.0023%<0 为凸形。竖曲线起点桩号为K 0+234.948，终点为K 0+465.052，竖曲线半径为4600m
竖曲线曲线长 L=R w =4600?0.050023=230.1044m
切线长 T=L/2=115.0519m
外距 E=T 2/2R=1.4388m
竖曲线起点高程=82.1018+115.0519?0.0155=83.8851m
竖曲线终点高程=82.1018-115.0519?0.0345=78.1325m
竖曲线二
变坡点2桩号K 0+740，高程为68.6486m ，1i =-3.45%，2i =-0.44%，12i i w -==（-0.44%）-（-3.45%）=3.01%>0 为凹形。竖曲线起点桩号为K 0+667.760，终点为K 0+812.240，竖曲线半径为4800m
竖曲线曲线长 L=R w =4800?0.0301=144.48m
切线长 T=L/2=72.24m
外距 E=T 2/2R=0.5436m
竖曲线起点高程=68.6486-72.240?0.0345=66.15632m
竖曲线终点高程=68.6486-72.24?0.0044=68.33074m
竖曲线三
变坡点3桩号K 1+210，高程为66.55788m ，1i =-0.44%，2i =0.57%，12i i w -==（0.57%）-（-0.44%）=1.01%>0 为凹形。竖曲线起点桩号为K 1+144.350，终点为K 1+275.650，竖曲线半径为13000m
竖曲线曲线长 L=R w =13000?0.0101=131.3m
切线长 T=L/2=65.65m
外距 E=T 2/2R=0.1658m
竖曲线起点高程=66.5579-65.65?0.044=63.6693m
竖曲线终点高程=66.5579+65.65?0.05770.2938m
3.5纵坡及竖曲线表
见表C 3-2
第四章道路横断面设计
4.1设计概况
一级公路的横断面的设计是主要是根据交通性质，交通量，行车速速度，地形，土壤，气候等自然条件，充分考虑行车安全，进行道路中央分隔带，行车道，应急停车带，路肩等的布置，确定几何尺寸，并进行必要的结构设计来保证道路的强度和稳定性。
路基横断面的典型形式可归纳为路堤、路堑和填挖结合等三种类型。路堤是指全部用岩土填筑而成的路基；路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基；当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为半填半挖路基。
本设计路基横断面采用整体式断面，整体式断面包括行车道、中间带(中央分隔带及左侧路缘带)、路肩(硬路肩及土路肩)以及爬坡车道、加(减)速车道等组成部分
4.2路基宽度
由《公路路线设计规范》可得，当设计时速为80km/h时，拟定四车道，设计车道宽度为3.75m，中央带的宽度为2m，硬路肩的宽度为2.5m，土路肩的宽度为0.75m，路基总宽度24.5m。
整个路幅宽度组成如下：
行车道宽度：4×3.75m=15m 中间带宽度：2×0.5m+2m=3m
硬路肩宽度：2×2.5m =5m；土路肩宽度：2×0.75m=1.5m。
4.3土石方的计算与调配
路基土石方是公路工程的一项重要工程量，在公路设计和路线方案比较中，路基土石方数量的多少是评价公路测设质量的主要技术经济指标之一。其工程量大小直接影响公路工程造价土石方计算与调配的主要任务：计算路基土石方工程数量，合理进行土石方调运，并计算土石方的运量。
土石方调配的目的是为了确定填方用土的来源，挖方弃土的去向，以及计价土石方的数量和运量等。通过调配合理地解决各路段土石方平衡与利用问题，使从路堑挖出的土石方，在经济合理的条件下移挖作填，达到填方有所“取”，挖方有所“用”，避免不必要的路外借土和弃土，以减少占用耕地和降低公路造价。
本设计挖方量大于填方量，具体土石方调配见《土石方数量计算表》。
4.4路基横断面图见图C4-2
第五章路基
5.1路基设计说明
路基设计的内容包括路堤、路堑设计，路基排水和防护工程设计以及特殊条件下的路基设计。
路堤是指路基顶面高于原地面的填方路基。
路堑是全部由地面开挖出的路基。
5.2设计概况
本设计是宁江至善门一级公路第一标段初步设计（K0+000.00-K1+535.842），全长1535.842公里。按照设计标准共计93个设计横断面，其中填方路堤最高为9.41m，桩号是K0+860，所以路堤边坡稳定性验算采用此断面为验算对象；其中挖方路堑最高为11.59m，桩号是K0+420，所以路堑边坡稳定性验算采用此断面为验算对象。
5.3路基边边坡稳定性分析
5.3.1边坡类型
①路堤边坡
根据沿线工程地质特性，结合《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）的有关规定，经综合考虑后，拟定路基边坡：当路堤填土高度小于或等于8m时，边坡坡度为1:1.5；当填土高度大于8m时，采用折线边坡，即上部8m边坡坡度为1:1.5，下部边坡坡度为1：1.75，中间不设平台。填方高度超过20m时，须按特殊设计施工。
高路堤的填方数量大占地多，为使路基稳定和横断面济济合理，可以在适当位置设置挡土墙。为防止水流侵蚀和坡面冲刷，高路堤的边坡采取适当的坡面防护和加固措施。
此处路堤边坡坡度取为1:1.5(8m以内），大于8m后下部变为1:1.75上部还是1:1.5。
②路堑边坡
根据路堑工程地质特性进行边坡稳定分析和验算，拟定路堑边坡坡率：土质或强风化岩质边坡12m以内为1:1，大于12m时为1:1.25，岩质边坡采用1:0.3或1:0.5。边坡高度超过8m时设置一级宽1.5m的平台，切方路段边沟外侧设宽1.0m的碎落台。
③半挖半填路基
半挖半填路基兼有路堤和路堑的特点，上述对路堤和路堑的要求均应满足的同时，横向陡坡地段的半填半挖路基，在挖方一侧宽度不足一幅行车道宽时，应将路床深度内
的原有土质全部挖除换填，并在上、下路床底面铺设土工格栅以保证行车道内土基的均匀性。坡脚为陡坡地的，每1米高设一层土工格栅。
5.3.2 稳定性分析
（1）路堤边坡稳定性分析
断面高度为9.34m ，顶宽为24.5m ，边坡坡度采用1:1.5和1:1.75的二阶边坡，合成坡度为1:1.72(取1:1.75)。
边坡稳定性分析采用条分法表解法。
路堤填土为粘性土，土的粘聚力C=19kPa ，摩擦角29(0.55)o tg ??==，容重为
30.18m kN =γ，荷载为公路-I 级。对于一般地段的高边坡路堤，按《公路路基设计规范》（JTG D30-2006）进行设计，稳定安全系数K 采用1.35。
B rH c A f k ?+?=/
表3-2-2(1) 表解法结算结果表 圆心
项目
1Q 2Q 3Q 4Q 5Q
A
3.44 2.87 2.50 2.18 1.96 B
6.35 6.58
7.22
8.50 10.41 K 2.16 1.84 1.65 1.51 1.26 稳定系数min K =1.26大于1.35，该边坡不稳定。需要设施挡土墙
（2）路堑边坡稳定性分析
断面高度为11.59m ，顶宽为24.5m ，边坡坡度采用1:0.5和1:0.75的二阶边坡，合成坡度为1:0.61。
边坡土为粘性土，土的粘聚力C=19kPa ，摩擦角29(0.55)o tg ??==，容重为
30.18m kN =γ，荷载为公路-I 级。对于一般地段的高边坡路堑，按《公路路基设计规范》（JTG D30-2006）进行设计，稳定安全系数K 采用1.35。
边坡角度为:
61.0cot =α ?=62.58α