道路工程毕业设计说明书

摘要

随着社会经济的发展，公路起着越来越重要的作用。本文主要讲述了公路设计中的一个完整的过程。本设计主要分两个阶段：初步设计阶段和详细设计阶段。

首先，讨论道路修建的可行性，从地形，地质，气象，水文条件等自然因素和交通量的增长情况来论述该公路修建的可行性与必要性，为道路修建进行理论研究。

其次，本着合理利用当地资源，综合考虑地形，地质，水文气象条件等自然因素和当前交通量以及交通量增长情况来确定公路等级，并根据公路等级来确定道路设计中的技术指标。

最后，为了作到路线方案的最优，选择两条方案分别进行初步设计。根据一定的技术指标来进行方案的比选，选择合理的路线方案来进行详细设计。

关键词 公路设计 路基设计 路面设计

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Abstract

As the development with the social economy, the highway plays more and more important role. This design contains the whole stage in the designing course .

First of all, discussing the feasibility building in road, at topograph, and the growth situations of volume of traffic come and expoud the fact this feasibility and necessity who highway build meteorological hydrology terms, etc. natural factorses geology. Build the theoretical hydrology research for the road.

Secondly, in line with utilizing local resources rationally, Consider and at present and volume of traffic increase traffic situation come and determine highway grade topographies, geologies, hydrometorological termeseses natural factors.

At last, come and determine road the technical indicators of design according to highway grade. Moreover, for accomplishing scheme optimum route, choose two schemes to be designed tentatively respectively. Come and carry on to then selecting, choose rational route scheme design in detail scheme according to certain technical indicator.

Keywords highway design road bed design design on pavement

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目录

摘要 ......................................................................................................................... I Abstract .................................................................................................................. II 第1章 绪论 ........................................................................................................... 1 1.1 课题背景 ...................................................................................................... 1 1.2 我国的公路现状 .......................................................................................... 1 第2章 公路建设的可行性研究 ........................................................................... 3 第3章 自然条件对道路设计和施工的影响 ....................................................... 5 3.1 所在地区的自然条件 .................................................................................. 5 3.1.1 所在地区的气象资料 ........................................................................... 5 3.1.2 沿线工程地质及水文地质情况 ........................................................... 5 3.1.3 沿线植被及土壤分布情况 ................................................................... 5 3.1.4 道路建筑材料及分布情况 ................................................................... 5 3.2 自然条件对道路设计与施工的影响 .......................................................... 5 3.2.1 气象资料的影响 ................................................................................... 5 3.2.2 工程地质及水文地质的影响 ............................................................... 6 3.2.3 植被及土壤的影响 ............................................................................... 6 3.2.4 建筑材料分布的影响 ........................................................................... 6 第4章 道路技术等级及技术指标的确定 ........................................................... 8 4.1 道路技术等级的确定 .................................................................................. 8 4.2 技术指标的确定 .......................................................................................... 8 第5章 初步勘测与初步设计 ............................................................................. 10 5.1 路线设计 .................................................................................................... 10 5.1.1 选线原则及注意事项 ......................................................................... 10 5.1.2 平面设计 ............................................................................................. 10 5.1.3 路线的纵断面设计 ............................................................................. 11 5.2 方案比选 .................................................................................................... 12 第6章 详细设计 ................................................................................................. 14 6.1 路线设计 .................................................................................................... 14 6.1.1 路线平面图 ......................................................................................... 14 6.1.2 路线纵断面图 ..................................................................................... 14

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6.1.3 平纵线形的组合 ................................................................................. 14 6.2 路基设计 .................................................................................................... 15 6.2.1 填方路基 ............................................................................................. 15 6.2.2 挖方路基 ............................................................................................. 16 6.2.3 路基防护 ............................................................................................. 16 6.3 排水设计 .................................................................................................... 16 6.3.1 路拱设计 ............................................................................................. 17 6.3.2 路基边坡及沟渠设计 ......................................................................... 17 6.3.3 涵洞设计 ............................................................................................. 18 6.4 路面设计 .................................................................................................... 20 6.4.1 沥青混凝土路面设计 ......................................................................... 20 6.4.2 水泥混凝土路面设计 ......................................................................... 24 结论 ....................................................................................................................... 29 致谢 ....................................................................................................................... 30 参考文献 ............................................................................................................... 31 附录1 .................................................................................................................... 32 附录2 .................................................................................................................... 36

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第1章 绪论

1.1 课题背景

我国公路运输特点：

由于社会生产与消费的需要，人们必须克服空间上的阻隔，实现人和物的移动，为具体实现这种移动提供服务所进行的经济活动成为交通运输。交通运输与国民经济有着不可分割的的关系，是国民经济的命脉，是联系工业和农业、城市和乡村、生产和消费的纽带，是国民经济的“先行宫”。公路是交通运输方式中的一种。与其它方式相比，在整个交通运输系统中发挥着重要的作用。其特点是：

（1）机动灵活 能适应各种地形条件，可以在规定的时间和地点迅速集中和分散货物。

（2）“门到门”的运输 在货物集三点直接装卸，不需要中转。从而节省时间和费用，减少货损，尤其是短途运输。

（3）通达性好 可以深入到边远地区或山区，直接与任何工矿企业厂区或居民点相连。

（4）投资少，社会效益高 与铁路、航空方式相比公路运输投资较少，见效快。公路的建设给沿线广大地区带来显著的社会经济的效益。

（5）运输成本偏高 由于汽车燃料价格偏高，服务人员多，单位运量小，导致公路运输成本一般高于铁路和水运。

1.2 我国的公路现状

新中国成立以来，经过四十多年的建设，我国已基本形成了具有一定规模的综合运输系统。公路建设有了长足进步。改革开放二十余年，特别是“七五”和“八五”的十年也是公路工程实现现代化过程的十年。这十年中高等级公路建设和深水大跨桥梁建设取得突破性进展。到1995年底，全国民用运输车辆3000万辆，全国公路客运辆占各种运输方式的总量的88%。旅客周转量占50.5%，公路货运量占76.6%，货物周转量占13.6%。公路交通这一运输方式已经得到广泛的重视。公路交通的快速发展势头将在未来相当长

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的一段时间内保持下去。公路的设计、建设与管理水平已得到较大的提高。

在公路建设方面，通过推广应用CAD技术，引发了工程勘察设计行业发展史上的一场。截止到1995年底，全国40家部、省（区）、直辖市公路设计部门，在公路设计中全部应用了CAD技术，发展最快的设计部门人均计算机已达到1.1台，并取得了绘画版，设计文件100%由计算机完成。在路线立体交叉和大桥工程的透视和动画显示中应用了三维技术。在公路设计管理方面，全国制定了一系列的管理文件和设计图示。在公路建设和管理上，我国普遍实行了招、投标管理制度，大大提高了公路建设的管理水平。

我国确定了在相当长的一段时间内把交通继续作为经济建设重点之一，并规划在2010年是我国交通运输与国民经济发展想适应。公路基础设施，在交通运输中的地位和作用十分重要。我们应站在国民经济发展全局与交通相适应的战略高度上，为我国的公路建设贡献才华和力量。

我国的公路建设以进入快速发展的阶段，包括建设公路主骨架在内的“两纵两横三条线”，行成几条通行能力大，规模效益好的南北向、东西向的公路运输大通道，建设其它国道主干线和对地区发展至关重要的其它公路，加强中西部地区、贫困地区的公路建设。

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第2章 公路建设的可行性研究

可行性研究是在建设前期对建设项目的一种考虑与鉴定。对拟建项目在技术上是否可行，在经济上是否有利，建设上是否可能，所进行的综合分析和全面科学论证的技术经济研究活动。目的是为了避免或减少建设项目决策的失误，提高投资的综合效果。

黑龙江省阿城市附近近年来经济发展较快，但在一些偏远山区，由于交通不便的原因，经济增长十分缓慢，既然早有“要想富，先修路”的口号在前，那么在那些偏远山区，要发展经济，修建公路是十分必要的。此次要修建的公路地处三大家—磨盘屯，此两地正是属于这样的地区。据交通调查，此段区间的交通近年来发展比较繁忙，年增长已达7.0%,但两地间的道路皆是一些羊肠小路，无一条能直达的道路可行。大大影响了两地及附近地区的经济发展.虽说此两地经济力量不是很强，但此区间附近有石灰厂和小型采石场，沿线有丰富的沙砾,这些都为修建公路提供了材料，从而节省了开支，所以这为在此两地间修建公路提供了经济条件。

先谈该项目建设的必要性： （1）适应交通量增长的需求 根据交通量调查和发展预测，S209道的平均日交通量为1800余辆，交通增长率为6%。该路段一直没有合理、合适的路线，为适应交通量迅速增长的需求和减少司机车辆的绕行，改善交通环境，该项目建设已是势在必行；

（2）加快经济发展改善投资环境的需求 该地区的林业发达，矿产资源丰富，有着较多的铁矿、石灰等矿物资源。但因交通不便大量资源难以外运，致使长期经济之后严重影响人民生活水平的提高，更由于交通的不便利，使得大好旅游资源难以开发。投资环境也因没有路而显得窘迫，致使投资商对此地不感兴趣，因为商品难以大进大出，信息不能快捷传输，该路的修建必然能缓解交通制约因素，对吸引外资、对外开放、促进该地区经济的腾飞，使该处人民早日过上小康生活都有着重要意义；

（3）改变交通基础设施落后的需要 黑龙江省山区交通不便，人民生活水准不高，都是因为交通闭塞，信息不灵所致。有句话讲的好“要想富，先修路”，改变落后的现状已成燃眉之急；

（4）改善公路网络结构的需要 党已及早提出“村村通公路

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的宏伟目标”，因此，修建这条公路不但能够完善黑龙江省的省内干道公路网络，而且还能使局部地区达到真正的村村通公路，这对于改善农村路网结构有着积极的意义。

再看项目建设的可行性：

表2-1 近期交通量 (pcu/d) 车 型 数 量 车 型 数 量 200 310 三菱FR415 东风KM340 120 100 五十铃NPR595G 东风SP9135B 五十铃80 90 江淮HF140A EXR181L 180 江淮HF150 （1）交通发展的预测 该段公路的交通量预测年增长率为7%，以上表格表明了该路段所承载的近期交通量为项目的可行性提供了量化标准。

（2）资金来源 本段路采取省交通厅补助，银行借贷以及市县自筹三个渠道，这对于该段路建设来讲资金已基本上全部到位，为公路的建设提供了强有力的资金保障。

（3）经济评价 先对本项目建成后采用国民经济评价，该路的修建使沿线旅游资源得到进一步开发，市场进一步扩大，促进了人员与商品的交流与交换，加速了货物的周转，减少了库存，提高了劳动生产率，从而为当地提供了必不可少的开发与发展条件。人口的流动加速了零售业的发展，能有力地促进经济发展，增加国民经济收入；另一方面，增加了就业机会，在道路的设计、施工及管理方面，都将增加许多就业机会，有助于社会的安定。如若修收费通道，还会增加一定的财务收入；降低运输成本，改善运输环境，运输量增大，运输成本降低；道路的使用者都同样也从中受益，减少行车时间，这也存在一定的潜在效益。

路网规划方案已经确定。“九五”期间，主要是建设公路主骨架中的“两纵两横三条线”，形成几条通过能力大，规模效益好的南北向、东西向的公路运输大通道;建设其他国道主干线和对区域经济发展至关重要的其他公路及重要国防公路，加强中西部地区、贫困地区的公路建设。五年预计增长公路里程11万km，其中高速公路6500km，一、二级汽车专用公路3500km。因此从长远角度来看，在此段修建一条公路势在必行。

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第3章 自然条件对道路设计和施工的影响

3.1 所在地区的自然条件

3.1.1 所在地区的气象资料

该公路地处黑龙江哈尔滨地区，属于自然区划Ⅱ2区, 该地区属于山岭重丘区，年温差大，冬季最低气温-35oC，最大冻深1.85m，年降雪量800mm左右，秋冬季以西北风为主；夏季最高气温32oC，年降雨量700mm左右，春夏季主风向为西南风。

3.1.2 沿线工程地质及水文地质情况

沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。

3.1.3 沿线植被及土壤分布情况

树木较多，沿线多粘质土,山坡上2米以下是碎石土。

3.1.4 道路建筑材料及分布情况

沿线有丰富的砂砾，有小型采石厂和石灰厂水泥和沥青均需外购。

3.2 自然条件对道路设计与施工的影响

3.2.1 气象资料的影响

该道路位于黑龙江省北部地区，冬季比较寒冷，主要的病害有冻胀、翻浆、水毁和积雪等等。冬季气温较低，路面积雪结冰会严重影响行车安全。春融期又可能发生翻浆等病害，夏季水量暴涨会冲毁路堤，这些都对公路交通构成严重威胁。

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该道路属于季节性冰冻地区，主要矛盾是冬季冻胀，春季翻浆，形成明显的不利季节。

冻胀常取决于三个条件：土的冰冻敏感性，冰冻温度，接近土基的地下水，这三个条件又常常是变化的，因而所产生的冻胀是不均匀冻胀，引起路面颠簸不平形成波浪，产生冻裂。

春融期，从路表面开始向下融化了的水向下渗，并停留在未融化的那部分地基土之间，产生过多的空隙水压力，并持久的频繁的施加荷载，影响了路面的承载能力。设计时应使路基填土高度符合要求，采取措施隔温排水，以防止冻胀翻浆。由于冬季盛行北风，该路段属于多雪地区，当风雪流与公路中线垂直或接近垂直时，路堤或路堑都成为风雪流前进的障碍物，将产生 积雪现象，因而应提高路堤放缓边坡。

为防止冻胀和翻浆，路基路面结构应采取隔温，排水和截断毛细水上升等措施。

3.2.2 工程地质及水文地质的影响

路基的岩土性质和地质构造是产生各种病害与变形的内部原因和根本因素，地质构造不佳是造成路基滑塌边坡碎落的因素之一，因此应充分考虑路段内的泥炭地带，尽量避免直接穿过沼泽地带，可采取绕行的方法。

水对道路能产生很多危害，因此当地的水文地质资料对设计也有一定的影响。由于填筑路堤，开挖路堑，修建桥涵的结果，必然会改变原有的地貌，不正确的设计回破坏自然情况，使路基不稳定，因此设计时一定要考虑与环境和协调。

3.2.3 植被及土壤的影响

境内农田多为旱田，草地，牧场，且多为乔木，选线时应注意少占旱田和牧场，在经过有乔木的地段时，要考虑视距上是否满足要求，总体上不应过多破坏原有的地貌和植被。山坡地下水埋深3米。山间有林地，表层植被稀疏，土壤多为砂砾土。

3.2.4 建筑材料分布的影响

该路段内砂砾较多，有小型采石厂和石灰厂。其余筑路材料要外购。在

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进行路基和路面设计时要考虑到充分利用当地材料，从而减少工程造价。

通过以上自然情况表明，道路设计应注意排水和防冻深度以及路基的加固。施工时深挖路堑应注意边坡防护和排水；高路堤应注意边坡稳定。该路所在地，夏冬两季温差较大，路基设计中需注意高温稳定性与低温抗裂性。对于冬季可能产生风雪流的影响，要做好防护工作。此外路堤施工时要注意施工压实。

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第4章 道路技术等级及技术指标的确定

4.1 道路技术等级的确定

表4-1 近期交通量 车 型 数 量 200 三菱FR415 五十铃120 NPR595G 江淮HF140A 80 车 型 东风KM340 （pcu/d） 数 量 310 100 90 东风SP9135B 五十铃EXR181L 180 江淮HF150 交通增长率： 7%

折算成中型货车近期日交通量为

N=200+120+80+180+310+100+90=1080（pcu/d） 远期日交通量预测为

N15=1080×（1+7%）E15=2980（pcu/d） 根据《公路路线设计规范》应建二级公路。

4.2 技术指标的确定

二级公路的技术标准如下： 计算行车速度：40km/h 行车道宽度：7.0m 路基宽度：8.5m 土路肩宽度：0.7m

平曲线极限最小半径：60m 一般最小平曲线半径：100m 平曲线最小长度：70m 圆曲线最小长度：35m 缓和曲线最小长度：35m 直线最大距离：800m

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同向曲线间最小直线距离：240m 反向曲线间最小直线距离：80m 超车视距：200m 停车视距：40m 路线最大纵坡：7% 路线最小纵坡：0.3%

路线纵坡最小坡长：120m 缓和坡段长度：100m

最大坡长：如下表

表4-2 最大坡长 纵坡坡度4 5 6 （%） - 700 500 坡长（m） 最大容许合成坡度：10% 最小合成坡度：0.5%

视觉需要的竖曲线半径：凹形 3000m 凸形 2000m

竖曲线最小长度：35m

7 300 凹凸曲线最小半径：450m，一般最小半径700m 设缓和曲线时的最小半径：250m

这些数据是这次设计的所要参考的标准，在取值的时候应该尽量避免用到极限值。在各方面都满足的条件下，尽量采用大指标。

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第5章 初步勘测与初步设计

5.1 路线设计

5.1.1 选线原则及注意事项

（1）应符合公路先行设计的基本要求 （2）正确运用和掌握技术标准 （3）做好方案拟定和比选

（4）选线应尽量选择地质稳定﹑水文地质条件好的地带通过 （5）大中桥位原则上服从路线的总方向 （6）重视环境保护

选线不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有的作用，即是否满足国家的政治﹑经济﹑国防上的要求和长远利益。

路线选择的原则和方法如上所述，但结合实际的地形特点还应注意如下问题：

（1）正确考虑路线和城镇的关系 （2）处理好路线与桥涵的关系 （3）处理好路线与农田的关系

5.1.2 平面设计

5.1.2.1 平面设计步骤

（1）全面布局 根据路线的起点﹑终点和中间控制点，公路等级及其在公路网中的作用，从所有可能的路线方案中，通过调查分析相关的资料，确定路线的基本走向。

（2）逐段安排 即在主要控制点间，结合地形﹑地质﹑水文﹑气候等自然条件，逐段定出具体的小控制点，它是解决局部路线方案的工作。

（3）具体定线 逐段安排路线后确定小控制点，根据自然条件和技术标准，进行路线的平﹑纵﹑横综合设计，具体定出公路中线位置。

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5.1.2.2 平面设计成果

现初定两条路线，两路线概况如下：

表5-1 交点坐标

路线1 交点号 起点 1 2 3 4 5 6 7 终点 坐标(m) X 750 1670 2450 3460 4235 4650 4695 5655 6555 Y 770 240 385 325 840 1365 1795 2200 3055 交点号 起点 1 2 3 4 5 终点 -- -- 路线2 坐标(m) X 490 1560 3100 4000 4990 5655 6555 -- -- Y 1625 2145 2205 2475 2120 2200 3055 -- -- 平面详细设计成果见附表1。

5.1.3 路线的纵断面设计

5.1.3.1 纵坡的确定

《规范》规定：山岭重丘区二级公路最大纵坡为7%，最大容许合成坡度（指公路横坡与纵坡的合成方向上的最大坡度）为10.0%。各级公路的路堑以及其它排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，应采用不小于0.3%的纵坡，在横向排水畅通路段其设计坡度为0.0%或小于0.3%的纵坡时，其边坡应做纵向排水设计。

5.1.3.2 坡长的确定

（1） 最小坡长 如果坡长过短，变坡点增多，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减少公路的使用寿命，为提高行车的平顺性，应最小坡长。

《规范》规定：山岭重丘区二级公路最小坡长120米；

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（2）最大坡长 汽车沿长距离的陡坡上坡时，因需长时间低档行驶，易引起发动机效率降低。下坡时，由于频繁刹车将缩短制动系统的使用寿命，影响行车安全。故《规范》对纵坡最大长度进行了。山岭重丘区二级公路当纵坡坡度为5%时，纵坡最大长度为700m，当纵坡坡度为6%时，纵坡最大长度为500m，当纵坡坡度为7%时，纵坡最大长度为300m。

对于二级公路大于5%的连续纵坡，应设缓和坡段，其纵坡应不大于3%。

5.1.3.3 竖曲线设计 先确定竖曲线要素，然后算出曲线内各桩好点的设计高程，设计成果见附表2。

5.2 方案比选

现初定两种方案，方案一是从交界镇西侧向前沿旧路线位，途经黄榆沟。沿沟的一侧行进。方案二是从交界镇东侧出发，途经四间房屯。下面对两方案从以下两个方面进行比选。

（1）通过地形、地质、环境等方面比选路线方案 两方案在地形上都有险峻的地段，都克服了很大的高差。两方案填挖土方量都比较大，都对沿线山体造成了较大的破坏。方案一在旧路段地形较为平坦顺直，线形较好；但它离开旧路后要穿过一小段类似鸡爪沟的地质不良地段，然后经黄沟一侧到达磨盘屯，鸡爪沟地段线形比较差，而且需要对土基进行特殊处理，工程较大，而方案二则没有地质不良地段。且方案二线形条件好。从土方量上，方案二填方量稍少。

（2）通过具体要素指标比选路线方案

表5-2 方案主要指标比较表

指标 途经村庄数 路线长度 土石方（填方） 土石方（挖方） 用地 最大纵坡 单位 个 km 万m3 万m3 亩 % 方案 I 1 7.1 29 11 --- 6.5 方案 II 1 6.6 27 11 --- 7 - 12 -

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续表

指标 路面 涵洞 平曲线数 竖曲线数 克服高程 与原有公路的交叉数目 最小平曲线半径及个数 竖曲线最小半径 比选结果 单位 千m2 道 个 个 m 个 m/个 m -- 方案 I 50 21 7 13 122.14 2 200/1 2500 -- 方案 II 46 13 5 11 119.62 0 600/2 3000 推荐 指标 单位 方案 I 方案 II 经过对两方案进行以上的分析比较，方案二均优于方案一，故选方案二。

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第6章 详细设计

6.1 路线设计

选取初步设计中选定的方案二的路线的K0+000—K3+900这段进行详细设计， 沿路中线两侧各250米的地带上，将原地形图放大， 其比例尺为1：2000， 加密等高线，高差为2米。示出地形，地物，导线点， 坐标网格，路线位置（桩号，路中心线，曲线主要桩位），标出桥梁，涵洞的位置。

6.1.1 路线平面图

在平面图上示出地形、地物、三角点、导线点、水准点，路中心线及平曲线交点，整公里桩、直线段百米桩、五十米桩，曲线段五十米桩及平曲线主要桩位。详细控制点要素表为附录6，详细平面图比例尺为1：2000，见图A。

6.1.2 路线纵断面图

示出地面高程、地面线、设计线、竖曲线及其要素，桥涵的位置及其结构类型、孔数与孔径，设计水位。图的下部各栏示出地质概况、坡度及坡长（包括变坡点桩子号、高程）、桩号、直线及平曲线（包括缓和曲线及其参数）。横向为1：2000，纵向为1：200，见图B。

综合考虑平纵配合，排水，等重新进行纵断面设计。

6.1.3 平纵线形的组合

6.1.3.1 平纵组合的设计原则

（！）应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性； （2）平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持平衡。

（3）合成坡度组合得当，以利于路面排水和行车安全。 6.1.3.2 平纵配合的要求

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（1）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 （2）合成坡度的控制与线形组合设计相结合。

（3）平、纵面线形组合应注意线形与自然环境和景观的配合与合。 平曲线及竖曲线计算结果见附表3、附表4。 6.1.3.3 横断面图

横断面图为为CAD出图，包括标准横断面和逐桩横断面图。

6.2 路基设计

路基是公路的重要组成部分，它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造物承受由路面传来的荷载，是公路的承重主体，因此必须具有足够的强度、稳定度和耐久性。路床是路面的基础，是指路基顶面以下80cm范围的路基部分，承受由路面传来的荷载，主要在应力作用区内。在结构上分为上路床（0~30cm）及下路床（30~80cm）两层。

对于山岭、重丘区的路基设计，应根据当地自然条件，特别是工程地质条件，选择适当的路基横断面形式和边坡坡度。在地形陡峻和不良地质地段，不宜破坏天然植被和山体平衡；在狭窄的河谷地段不宜侵占河床，可视具体情况设置其他结构物和防护工程。沿河路基废方应妥善处理，以免造成河床堵塞、河流改道或冲毁沿线构造物、农田、房屋等不良后果。

根据该公路等级、技术标准，结合当地地形、地质、水文、填挖等情况路基横断面可分为：一般路堤、沿河路堤、半填半挖路基、挖方路堑、护脚路基。

对陡坡上的半填半挖路基，可根据地形、地质条件，采用护肩、砌石或挡土墙；季节性冰冻地区工程地质、水文地质不良地段，应采用水稳定性好的填料筑路堤或进行换填，结合防治冻害和翻浆的具体措施，进行路基、路面、排水等综合设计。

路基与路面是一个整体结构，路基是路面的基础只有路基密实，均匀，稳定，才能为路面结构提供较好的工作环境。因此，必须进行路基路面综合设计。对于填方路堤的基底处理等，应符合《公路路基设计规范》（JTJ013）的规定。

6.2.1 填方路基

（1）填方路基的基底的处理及填土标准 基底土密实、地面横坡缓于

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1:5时，路堤可直接填筑在天然地面上，地表有树根草皮或腐质土应予清除。距路面2米以下至路基基底部分用碎石土填筑，其余部分以粘土填筑。

（2）路基填方边坡 根据各种条件确定为1：1.5。

（3）取土坑 取土坑底应设纵、横向坡度，以利于排水。坑底纵坡坡度不宜小于0.3%横坡坡度宜为2%~3%，并向外侧倾斜。取土坑的边坡坡度，视具体情况而定，不宜陡于1:1.0，靠路基一侧不宜陡坡于1:1.5。当路基边缘与取土坑底之差大于2m时，本设计为二级公路应设置护坡道，护坡道的宽度为1~2m。

6.2.2 挖方路基

根据边坡高度、土的湿度、密实程度、地下水、地面水的情况、土的成因类型及生成时代等因素。挖方边坡取1：1。

路基的弃土堆放规则，不得任意倾倒，并采取必要的排水、防护和绿化措施。山坡上弃土应注意避免破坏或掩埋路基下侧的林木及其他工程设施。沿河弃土应避免堵塞河道或引起水流冲毁农田、房屋等。

路侧弃土堆一般可设在附近低地或路堑处原地面下坡的一侧，当地面横坡缓于1:5时，可设在路堑两侧。弃土堆内侧坡脚到堑顶之间的距离应随土质条件和路堑边坡高度而定，一般不小于5m；路堑边坡较高，土质条件较差时应大于5m。

弃土堆一般可堆成梯形横断面，边坡不应陡于1:1.5，并应与周围环境相协调。

6.2.3 路基防护

路基的防护要求与公路的等级、当地的气候、水文、地形、地质条件及筑路材料分布相适应。防护工程分为坡面防护和冲刷防护两大类。

本设计采用坡面防护—铺方格网草皮形势。画出路基标准横断面图，比例尺为1：200。

6.3 排水设计

路基应设置完善的排水设施，以排除路基、路面范围内的地表水和地下水，保证路基和路面的稳定，防止路面积水影响行车安全。必须综合考虑公

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大学毕业设计（论文）

路的等级、沿线地形、地质、气象、桥涵位置，合理布置，以有足够的排水能力。

6.3.1 路拱设计

路拱设计的目的是为了迅速排除路面上的降水，保证行车安全。路拱设计包括路面路拱坡度、路肩横向坡度的确定以及路拱形式的选取。

路拱坡度的确定，应以路面排水顺畅和保证行车安全、平稳为原则。当路面越粗糙，雨（雪）水在路面上流动就越迟缓，路拱的坡度就要做得大一些，但坡度过大又不利于行车，故路拱坡度应当在一定的范围内；当路面平整时，对排水有利，路拱坡度就要做的小一些，根据路面类型和当地的自然条件，本设计行车道横坡为2%，路肩横坡为3%。

6.3.2 路基边坡及沟渠设计

路基边坡设计主要是合理的确定路基边坡坡度。路基边坡坡度可用边坡高度H与边坡宽度之比表示。设置在挖方路基的路肩外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之为边沟，其主要功能在与汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。

挖方路段及高度小于边沟深度的填方路段应设置边沟。边沟横断面采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。边沟的深度及宽度取用0.5m。边沟纵坡与路线纵坡一致，并不小于0.5%。在特殊情况下，边沟纵坡可采用0.3%，此时边沟出口间距应减短。

设置在挖方路基边坡以外的山顶或者是山坡路堤的上方的适当位置，用以拦截路基上方流向路基的地面水，用来减轻边沟的压力。设置截水沟是为了汇集并排除路基边坡上侧的地表径流。挖方路基的截水沟应设置在坡顶5m以外。填方路基上侧的截水沟距填方坡脚的距离不应小于2m。截水沟横断面采用梯形，边坡采用1：1，深度及宽度采用0.5m，沟底纵坡不小于0.5%。应尽量使截水沟中的水流汇入截水沟所在山坡一侧的自然沟中，或直接引入桥涵进口处，以免在山坡上自流造成冲刷。

排水沟用来排除来自边沟、截水沟或其他水源的水流，并将其引到路基范围以外的指定点。排水沟横断面为梯形，边坡采用1：1，深度及底宽用0.5m，沟底纵坡宜大于0.5%，易受水流冲刷的排水沟应视具体情况采取防护措施。排水沟距路基坡脚的距离取3m。

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大学毕业设计（论文）

本设计边沟、排水沟、截水沟均采用浆砌片石防护。

6.3.3 涵洞设计

涵洞的计算主要是先根据径流公式确定设计流量

3245QP(hZ)F （6-1）

式中 Qs-规定频率为P时的雨洪设计流量（m3/s）

F-汇水面积（km2）

根据详细设计平面图F=0.072 h-暴雨径流厚度（mm）

根据表4－7本地区为暴雨分区的第十六区 根据表4－9a汇水区土的吸水类属第II类 根据表4－10查得汇流时间为t=30min 根据公路类型，本地区设计洪水频率为1/50 根据以上四个因素值查表4－11得h=32 mm Z-被植物或坑挖滞流的径流厚度 根据地面特征查表4－12得Z=10

φ-地貌系数，根据地型、汇水面积F、主河沟平均坡度IZ决定 按主河沟平均坡度IZ（O/O O）汇水面积F（km2）

60～100 F＜10k㎡

根据表4－8查得φ=0.13

β-洪峰传播的流量折减系数，以汇水区的长度和宽度中小者计当汇水区的长度或宽度小于5 km时可不予考虑，对于本设计取β=1

γ-汇水区降雨不均匀的折减系数，根据表4－14查得γ=1

δ-小水库或湖泊影响的折减系数，本地区没有水库，所以取δ=1 将各值带入公式计算得

Qs0.13(3210)0.072111=1.6m3/s

32456.3.3.1 确定涵洞孔径

采用进水不升高式的无压力圆管涵，假定其管径R=1.5m。 圆管涵净空高d33，不升高的进水口水深H/d1.51.12m，得

444- 18 -

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涵前水深H0H'1.121.28m， 0.870.87查表5-17得

hc0.57，管内收缩断面水深hc=0.57×1.28=0.73m， H0hc0.730.81m， 0.90.9则临界水深hkhk0.81Q20.，查表5-18得50.076，能够通过故管内充水程度d1.5gd的最大泄流量

Q0.0769.811.552.4m/s

3

因为Qs1.6m3/s＜Q，所以选用一孔d 为1.5m的圆管涵是合适的。 6.3.3.2 确定涵洞纵坡

（1）临界坡度的确定

Qs21.620.034 gd9.811.55hKW查表5-18可得k0.43，k0.387，k0.940；又查表5-16可查得

dWdKdd=1.5m时，Wd39.97，Kd70.76

临界水深hk0.431.50.65

((Kk)Kd0.38770.7627.38 KdWk)Wd0.94039.9737.57 Wd2则临界坡度为：

2Q1.6ik0.00343.4‰ KKd(k)27.38Kd（2）最大纵坡的确定

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Q1.60.21220.21220.1507 dd1.5查表5-18得 hW0.20，0.624，h0.201.50.30m dWd则最大纵坡为：

20.1970.197ik230.057957.9‰ 2Wd3()1.50.624Wd可见涵洞纵坡I可在ik=3.4‰～57.9‰范围内选择。 6.3.3.3 确定涵洞长度

B上m(Hh上)4.251.5(4.853.5)L上6.09m

1mi011.50.02L下B下m(Hh下)4.251.5(4.853.0)7.24m

1mi011.50.022其中 B-路基宽度，为8.5米

B上 , B下-由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为0.5B，即为4.25米。

H-路基填土总高度，即由路基中心至路基边缘高度，此涵洞为4.85米 h上，h下-涵洞上下游洞口建筑高度，h上取3.5米，h下取3.0米 m-路基边坡坡度（按1：m），m=1：1.5 i0-涵洞坡度（以小数表示） i0=2% L上，L下-涵洞上，下游长度

所以， L上=6.09m L下=7.24m 涵洞全长： L= L上+L下=6.09+7.24 = 13.33m

6.4 路面设计

6.4.1 沥青混凝土路面设计

6.4.1.1 路面结构组合与材料选取

面层要求高强耐磨、热稳性好和不透水，因而选用粘结力强的结合料和

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强度高的集料作为面层，本设计采用沥青混凝土面层，由两层组成，上层选用细粒式沥青混凝土，下面层采用粗粒式沥青混凝土。

基层要有足够的强度，一定的刚度和水稳定性，由于东北地区冬季寒冷，所以材料还要具有一定的抗冻性和低温抗裂性。本地区河流冲沟附近多砂砾，选用水泥稳定砂砾做基层。设置隔水隔温垫层，厚度大于15cm为设计厚度，材料为石灰稳定土。

6.4.1.2 沥青混合料中沥青及集料的选择

该公路地处黑龙江佳木斯地区，夏季最高气温为34°，冬季最低气温为-35°，冬夏温差大，属寒冷地区，选择沥青就要兼顾沥青混合料的高温稳定性和低温抗裂性，道路交通等级为中等交通，根据《公路沥青路面设计规范》第4.1.3条，选择标号为A-100的沥青。

该段公路面层采用两层式，上面层采用AC-16Ⅰ型中粒式沥青混凝土，下面层采用AC-25Ⅱ型粗粒式沥青混凝土，沥青混凝土中粗集料选择碎石，碎石应该洁净、干燥、无风化、不含杂质。细集料选择天然砂粒，天然砂粒应该洁净、干燥、无风化、不含杂质，并有适当的级配范围。填料选择矿粉（石灰），要求洁净、干燥。且集料的各项技术指标应满足《公路沥青路面施工技术规范》。集料尽量使用碱性和中性集料，对于不得已使用酸性集料时，应采用掺入氨类抗剥落剂以提高石料和沥青间的粘结能力。

路面结构设计报告

设计名称：交界镇至磨盘屯段公路路面设计 设计内容：新建路面按弯沉、拉应力设计

基本参数：本设计为二级公路，路基路面总层数共4层，设计层为第4层，

对路面结构将进行抗冻厚度验算。

本结构面层为沥青混凝土类。 设计中面层类型系数为1.0。 基层类型系数为1.0。 结构参数： 层位 ① ② ③ 表6-1 路面设计的结构参数

厚度 20°C模量 15°C模量 极限强度 材料名称 (MPa) (MPa) (MPa) （cm） 3.0 1400 2000 1.3 细粒式沥青混凝土 5.0 1200 1400 0.7 粗粒式沥青混凝土 1300 1300 0.5 水泥稳定砂砾 ？ - 21 -

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续表 层厚度 20°C模量 15°C模量 极限强度 材料名称 (MPa) (MPa) (MPa) 位 （cm） 20.0 500 500 0.25 ④ 石灰稳定土 -- 30 -- -- ⑤ 土基 交通参数：

本路段设计年限为12年，交通量年增长率共分1段，各段交通量增长率如下：

段 号 第①段 本路段车道系数为0.6。 远景交通量如下表：

表6-3 路面设计的交通参数表 前轴重 后轴重 后轴轮车型 后轴数 (KN) (KN) 组数 30.0 51.0 1 三菱FR415 双轮组 东风20.1 72.6 2 双轮组 SP9135B 五十铃60.0 100.0 3 双轮组 EXR181L 45.1 101.5 1 江淮HF150 双轮组 五十铃23.5 44.0 1 双轮组 NPR595G 24.5 67.8 1 东风KM340 双轮组 江淮HF140A 18.9 41.8 1 双轮组 表6-2 交通量增长率

年数 12 增长率（％） 7 后轴距 -- ＞3米 ＞3米 -- -- -- -- 交通量 (次/日) 200 100 90 180 120 310 80 弯沉设计轴次数按下式计算：

ｋ Ｐi 4.35 Ｎ＝ ∑Ｃ1i·Ｃ2i·（───） ｎi （6-2） i=1 Ｐ

式中 ｎi ——被换算的轴载作用次数（次／日）； Ｐ —— 标准轴载（KN）； Ｐi —— 被换算的轴载（KN）； Ｃ1i—— 轴载系数； Ｃ2i—— 轮组系数；

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本设计弯沉设计累计轴次数为：273.0 万次。

验算半刚性材料结构层的层底最大拉应力时，累计轴载作用次数可按下式换算：

ｋ Ｐi 8.0 Ｎ＝ ∑Ｃ1i·Ｃ2i·（───） ｎi （6-3） i=1 Ｐ

本设计拉应力设计累计轴次数为：210.5万次。 抗冻设计：

在季节性冰冻地区的中潮、潮湿路段, 需要进行防冻厚度验算，规范规 定采用查表法。

道路冻深的确定与材料热物性、横断面类型、路基潮湿类型和冻结指数 有关，可按下式计算：

ｈd＝ａ·ｂ·ｃ·sqrt（ｆ） （6-4） 式中 ｈd ──路表面至道路冻结线的深度（cm）； ａ ──路面结构层的材料热物性系数； ｂ ── 路基横断面（填、挖）系数； ｃ ── 路基潮湿类型系数；

ｆ── 近十年冻结指数平均值，即冬季负温度的累积值（度·日），其值应根据气象部门的观测资料计算确定。 抗冻设计的基本参数如下表：

表6-4 抗冻设计参数

1500 地区类型 东北 冻结指数平均值Ｆ 2.1 材料热物性系数a 路基潮湿类型 中湿 2.25 路基横断面系数 b 土质类型 粘性土 1.07 路基潮湿型系数 c 基层类型 稳定土类 56.3 50 路面结构厚度(cm) 最小防冻厚度 在进行路面结构设计时，应按下述方程验算防冻厚度是否满足要求： Ｈj≥Ｈf 其中 Ｈj——路面结构总厚度 (cm)，

对于改建路面的补强设计，其路面总厚度应为补强厚度与原有路面厚度之和,最小防冻厚度Ｈf值由规范查得。 本设计的结构厚度，满足防冻厚度要求！ 设计与验算结果：

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表6-5 路面设计结果汇总

34.1 设计弯沉值(1/100mm) 28.3 按弯沉指标设计的设计层厚度(cm) 28.3 满足第1层拉应力指标的设计层厚度(cm) 28.3 满足第2层拉应力指标的设计层厚度(cm) 28.3 满足第3层拉应力指标的设计层厚度(cm) 28.3 满足第4层拉应力指标的设计层厚度(cm) 表6-6 路面验算结果汇总

当设计层厚度取28.3cm时的指标值

表面实际弯沉值为：34.10 1/100mm  d＝34.10 第1层底拉应力为：-0.31 MPa σr＝0.61 第2层底拉应力为：-0.11MPa σr＝0.30 第3层底拉应力为： 0.15MPa σr＝0.32 第4层底拉应力为： 0.10 MPa σr＝0.12

6.4.2 水泥混凝土路面设计

6.4.2.1 路面结构层组合

水泥混凝土路面结构层组合设计应根据该路的交通繁重程度，结合当地环境条件和材料供应情况。选择安排混凝土路面的结构层层次，它包括土基、垫层、基层和面层的结构组合设计，各层的路面结构类型、弹性模量和厚度。

水泥混凝土面板要求具有较高的弯拉强度，表面平整、抗滑、耐磨。本设计采用普通混凝土路面。它强度高；稳定性好，不存在沥青路面的“老化”现象；耐久性好，一般能使用20-40年。

对基层的首要要求是抗冲刷能力，不耐冲刷的基层表面，在渗入水和荷载的共同作用下，会产生唧泥、板底脱空和错台等病害，并加速和加剧板的断裂。提高基层的刚度，有利于改善接缝的传荷能力。根据以上要求和本地材料分布情况，本设计采用基层类型为水泥稳定砂砾。厚度为25cm，回弹摸量为150Mpa。

该地区属于季节性冰冻地区，设置防冻垫层可以使路面结构免除或减轻冻胀和翻浆病害，跟据规范要求，垫层最小厚度为15cm。本设计采用分布较多的天然砂砾作为垫层材料，厚度为23cm。

6.4.2.2 混合料的要求

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大学毕业设计（论文）

面层混合料必须具有较高的抗弯拉强度和耐磨性，良好的耐冻性以及尽可能低的膨胀系数和弹性模量。还要有适当的施工和易性，一般规定其坍落度为0-30mm，工作度约30s。

6.4.2.3 结构厚度计算 （1） 交通分析

标准轴载及轴次换算

我国水泥混凝土路面设计规范规定：以后轴重100kN的双轮组轴载作为标准轴载。对于同一种路面结构，不同轴-轮型和轴载的作用次数按下式换算为标准轴载的作用次数：

P NsfiNiiNi(i)16 （6-5）

100i1i1nn式中 Ns──100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；

Pi──单轴-单轮、单轴-双轮组或三轴-双轮组轴型i级轴载的总重

（KN）；

n──轴型和轴载级位数；

Ni──各类轴型i级轴载的作用次数；

i──轴-轮型系数。

车型 五十铃EXR181L 三菱FR415 江淮HF150 五十铃NPR595G 东风KM340 江淮HF140A 东风SP9135B ∑Ns 表6-7 轴载换算表 Pi δi （KN） 前轴 后轴 后轴 前轴 后轴 后轴 60.0 100.0 51.0 45.1 101.5 44.0 1.0 0.81*10-8 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.42*10-5 -- - 25 -

Ni （次/日） 90 90 200 180 180 120 310 80 100 -- Ns （次/日） 0.03 0 0 0 228.42 0 0.62 0 0 229.07 后轴 67.8 后轴 后轴 -- 41.8 72.6 -- 大学毕业设计（论文）

由上表可得该路换算为标准轴载的当量轴次数Ns=229.07次/日。

设计基准期内面层设计车道所承受的标准轴载累计作用次数Ne 由《公路水泥混凝土路面设计规范》，二级公路的设计基准期为20年，安全等级为三级。由表A.2.2，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.60。按下式计算得到设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为：

NeNs[(1)t1]365

229.07[(10.07)201]3650.6034.28105次

0.07由规范知道属重交通。

6.4.2.4 初拟路面结构

由表3.0.1，相应于安全等级三级的变异水平等级为中等。根据二级公路、重交通等级和中级变异水平等级，查表4.4.6，初拟普通混凝土面层厚度为0.25m.基层选用水泥稳定粒料（水泥用量5％），厚0.25m。垫层为天然砂砾，厚0.23m。普通混凝土板的平面尺寸为宽3.5m，长4.0m。纵缝为设拉杆平缝，横缝为设传力杆的假缝。

6.4.2.5 路面材料参数确定

按表3.0.6，取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0Mpa,相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa. 查附录F.1，路基回弹摸量取30Mpa。查附录F.2，水泥稳定粒料基层回弹模量取1300Mpa,天然砂砾垫层回弹摸量取150Mpa。

按式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹摸量如下：

h12E1h22E20.25213000.232150Ex772.83(MPa)h12h220.2520.232

12DxhxEx1/3123.474772.8321/30.378(m)

1E1h13E2h23h1h211Dx124EhEh1122213000.2531500.2330.250.231112413000.251500.233.474(MNm)

1- 26 -

大学毕业设计（论文）

0.450.45Ex772.83a6.2211.516.2211.514.04E300

Eb11.44xE0EEtahxbE0xE01/30.55772.8311.44300.760.550.76

1/34.040.378772.833030170.(MPa)

其中 E0——路床顶面的回弹模量（MPa）；

E1、E2——基层和底基层或垫层的模量（MPa）; ； h1、h2——基层和底基层或垫层的厚度（m）

； Ex——基层和底基层或垫层的当量回弹模量（MPa）； hx——基层和底基层或垫层的当量厚度（m）

Dx——基层和底基层或垫层的当量弯曲刚度；

a、b——回归系数。 普通混凝土面层的相对刚度半径

r0.537h3Ec/Et0.5370.25331000/170.0.760(m)

6.4.2.6 荷载疲劳应力

按式（B.1.3）,标准轴载在临界荷位处产生的荷载应力计算为

Ps0.077r0.60h0.20.0770.7600.60.2521.045(MPa)

因纵缝为设拉杆平缝,接缝传荷能力的应力折减系数Kr0.87.考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数

50.057KfNen(34.2810).

2.36根据公路等级,由表B.1.2,考虑偏栽和动载等因素对路面疲劳损坏影响的综合系数Kc1.20.

按式(B.1.2),荷载疲劳应力计算为

PrkrkfkcPS0.872.361.201.0452.57(MPa)- 27 -

大学毕业设计（论文）

式中 PS──标准轴载Ps在四边自由板的临界荷位处产生的不计接缝传荷

作用的最大荷载应力（MPa），

式中 r ──混凝土的相对刚度半径

kf──考虑设计基准期内荷载应力累计疲劳作用的疲劳应力系数 kc──考虑超载、偏载、动载冲击作用等因素对路面疲劳损坏影响

的综合系数，按公路等级查表B.1.2确定。 kc=1.20

kr──考虑接缝传荷能力的应力折减系数，纵缝为平缝时，kr＝

0.87～0.92，这里取kr＝0.87

6.4.2.7 温度疲劳应力

由表3.0.8,Ⅱ区最大温度梯度取88(℃/m).板长4m,l/r=4/0.760=5.26,由图B.2.2可查普通混凝土板厚h=0.22m,Bx=0.67.按式(B.2.2),最大温度梯度时混凝土板的温度翘曲应力计算为

1105310000.2288tmBx0.672.01(MPa)22

温度疲劳应力系数Kt,按式(B.2.3)计算为

c1.3235.0tmfr2.01akt0.828b0.0410.515tmfr2.015.0

cEchTg再由式(B.2.1)计算温度疲劳应力为

trkttm0.5152.011.04(MPa)

查表3.0.1,二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等级为中级,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3.0.3,确定可靠度系数rr1.13.按式(3.0.3)

r(Prtr)1.13(2.571.04)3.61fr5.0MPa

因而,所选普通混凝土面层厚度(0.25m)可以承受设计基准期内荷载应力和温度应力的综合疲劳应力.

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大学毕业设计（论文）

结论

本设计是交界镇至磨盘屯段公路的常规设计，设计是按照先初步设计，再详细设计的顺序进行的，初步设计重点在路线设计。在详细设计中，按照规范要求再做细部处理。

在做设计的过程中，我发现了一些问题，比如在选线时就应估计一下外矢距的大小，因为有时导线避开了地质不良地段，可圆曲线却进去了。平面设计中，一般是先量地面高程，然后纵断面设计，最后是桥涵，但是这样做就会出现该设涵洞的地方往往填土高度不满足要求。如果设成盖板涵洞又造价太高。所以在纵断面设计时，就应兼顾一下排水工程，概略性的确定一下桥涵的位置和类型。

在毕业设计的过程中，我们也得到很多收获，对一些软件的使用更加熟练，比如现在可以轻松地用同望来做概预算了。分析问题、解决问题的能力有了很大提高，对很多专业知识也有了更深刻的理解。

我做毕业设计是一个既被动又主动的过程，先是被问题挡住，只能正确面对，再主动解决，现在才真正体会到毕业设计的重要意义，能真正提高学生各方面的能力，真正是一次理论和实践的结合。

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致谢

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参考文献

1 中华人民共和国行业标准．公路路线设计规范．北京：人民交通出版

社，1994

2 中华人民共和国行业标准．公路沥青路面设计规范．北京：人民交通出

版社，1997

3 中华人民共和国行业标准．公路路基设计规范．北京：人民交通出版社，1997

4 中华人民共和国行业标准．公路排水设计规范．北京：人民交通出版

社，1998

5 交通部第二公路勘察设计院．公路设计手册．人民交通出版社 6 姚祖康．公路设计手册．人民交通出版社

7 裴玉龙．公路勘测设计．黑龙江科学技术出版社 8 邓学钧．路基路面工程．人民交通出版社出版

9 公路基本建设工程概预算编制办法．人民交通出版社 10 公路工程名词术语．中华人民共和国交通部 11 道路经济与管理． 人民交通出版社

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附录1 公路线形设计

A.平面设计

道路的线形反映在平面图上是由一系列的直线和与直线相连的圆曲线构成的。现代设计时常在直线与圆曲线之间插入缓和曲线。

线形应是连续的，应避免平缓线形到小半径曲线的突变或者长直线末端与小半径曲线相连接的突然变化，否则会发生交通事故。同样，不同半径的圆弧首尾相接（复曲线）或在两半径不同的圆弧之间插入短直线都是不良的线形，除非在圆弧之间插入缓和曲线。长而平缓的曲线总是良好的线形，因为这种曲线线形优美，将来也不会废弃。然而，双向道路线形全由曲线构成也是不理想的，因为一些驾驶员通过曲线路段时总是犹豫。长而缓的曲线应用在拐角较小的地方。如果采用短曲线，则会出现“扭结”。另外，线路的平，纵断面设计应综合考虑，而不应只顾其一，不顾其二，例如，当平曲线的起点位于竖曲线的顶点附近时将会产生严重的交通事故。

行驶在曲线路段上的车辆受到离心力的作用，就需要一个大小相同方向相反的由超高和侧向摩擦提供的力抵消它，从公路设计的角度看，超高或横向摩擦力都不能超过某一最大值，这些控制值对于某一规定设计车速可能采用曲线的曲率作了。通常情况下，某一圆曲线的曲率是由其半径来体现的。而对于线形设计而言，曲率常常通过曲度来描述，即100ft长的曲线所对应的中心角，曲度与曲线的半径成反比。

公路的直线地段设置正常的路拱，而曲线地段则设置超高，在正常断面与超高断面之间必须设置过度渐变路段。通常的做法是维持道路每一条中线设计标高不变，通过抬高外侧边缘，降低内侧边缘以形成超高，对于直线与圆曲线直接相连的线形，超高应从未到达曲线之前的直线上开始，在曲线顶点另一端一定距离以外达到全部超高。

如果车辆以高速度行驶在一段受的路段，如直线与小半径的圆曲线相连，行车会极不舒服。汽车驶进曲线路段时，超高开始，车辆向内侧倾斜，但乘客须维持身体的垂直状态，因为此时未受到离心力的作用。当汽车到达曲线路段时，离心力突然产生，迫使乘客须作进一步的姿势调整。当汽

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车离开曲线时，上述过程刚好相反。插入缓和曲线后，半径从无穷大逐渐过渡到圆曲线上的某一固定值，离心力逐渐增大，沿缓和曲线精心设置超高，离心力平缓逐渐增加，避免了行车颠簸。

缓和曲线在铁路上已经使用多年，但在公路上最近才得以应用，这可以理解。火车必须遵循精确的运行轨道，只有采用缓和曲线后，上述那种不舒服的感觉才能消除。然而，汽车司机在公路上可以随意改变侧向位置，通过迂回进入圆曲线来为自己提供缓和曲线。但是在一个车道上（有时在其他车道上）做这种迂回行驶是非常危险的。设计合理的缓和曲线使得上述迂回没有必要。多丛安全为计，公路广泛采用缓和曲线。

对于半径相同的圆曲线来说，在末端加上缓和曲线就会改变曲线和直线的相关位置，因此，应在最终定线勘测之前应决定是否采用缓和曲线。一般曲线的起点标为PC或BC，终点标为PT或EC。对含有缓和曲线的曲线，通常的标记配置为：TC，SC，CS和ST。

对于双向道路，急弯处应增加路面宽度，这主要基于以下因素：1.驾驶员害怕驶出路面边缘；2.由于车辆前轮和后轮的行驶轨迹不同，车辆有效横向宽度加大；3.车辆前方相对于公路中线倾斜而增加的宽度。对于宽度为24ft的道路，增加的宽度很小，可以忽略。只有当设计车速为30mil/h，且曲度可达2ft然而，对于较窄的路面，即便是在较平缓的曲线路段上，加宽也是很重要的，推荐加宽值及加宽设计见《公路线形设计》。

B.纵坡线

公路的竖向线形及其对车连运行的安全性和经济性的影响构成了公路设计中最重要的要素之一。竖向线形由直线和竖向抛物线或圆曲线组成，称为纵坡线。纵坡线从水平线逐渐上升时称为上坡，反之，则称为下坡。在分析坡度与坡度控制中，设计人员通常要研究中线纵断面上坡度变化的影响。

在确定坡度时，最理想的情况是挖方和填方平衡，没有大量的借方和弃方。所有的运土都尽可能下坡运并且距离不长，坡度应随地形而变，并且与既有排水系统的升，降方向一致。在山区，坡度要使得挖填平衡以使总成本最低。在平原或草原地区，坡度与地表近似平行，但高于地表足够的高度，以利于路面排水，若有必要，可利用风力来清除表面积雪。如公路接近或沿河流走行，纵坡现的高度由预期洪水位来决定。无论在何种情况下，平缓的坡度现要比由短直线段连接短竖曲线构成的不断变向的坡度线好得多。

由上坡向下坡变化的路段应设在挖方路段，而由下坡向上坡变化的路段

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应设在填方路段。这样的线形设计较好往往可以避免形成与现状地貌相反的土堆或是凹地。在挖填方平衡相比，在确定纵坡线时，其他考虑则重要得多。

城市项目往往比农村项目要求对控制要素进行更详尽的研究，对高程进行更细致的调整。一般来说，设计与现有条件相符的坡度较好，这样可避免一些不必要的花费。

在坡度的分析和控制中，坡度对机动车运行费用的影响是最重要的考虑因素之一。坡度增大，油耗显然增大，车速就要减慢。一个较为经济的方案则可使坡度减小而增加的年度成本与坡度不减而增加的车辆运行年度成本之间相平衡。这个问题的准确解决方法取决于对交通流量和交通类型的了解，这只有通过交通调查方能获知。

在不同的州，最大纵坡也相差悬殊，AASHTO建议由时间车速和地形来选择最大纵坡。现行设计以设计车速为70mil/h时最大纵坡为5%，设计车速30mil/h时，根据地形不同，最大纵坡一般为7%---12%。

当采用较长的持续爬坡时，在没有为慢行车辆提供爬坡道时，坡长不能够超过临界坡长。临界坡长可从3%纵坡的1700ft变化至8%纵坡的500ft。

持续长坡的坡度必须小于公路任何一个端面的最大坡度，通常将长的持续单一纵坡断开，设计成低部为一陡坡，而接近坡顶则让坡度减小。同时要避免由于纵断面倾斜而造成的视野受阻。

高速公路的最大纵坡为9%，只有当路面排水成问题时，如水必须排至边沟或排水沟，最小坡度标准才显示起重要性。这种情况下，AASHTO建议最小坡度为0.35%。

C.视距

为保证行车安全，公路设计必须似的驾驶员视线前方有足够的一段距离，使他们能够避让以外的障碍物，或者安全地超车。视距就是车辆驾驶员前方可见的公路长度。安全视距具有两方面含义：“停车视距”或“不超车视距”或“超车视距”。

有时，大件物体也许会掉到路上，会对撞上去的车辆造成严重的危害。同样，轿车或卡车也可能会被一溜车辆阻在车道上。无论是哪种情况发生，合理设计要求驾驶员在一段距离以外就能看见这种险情，并在撞上去之前把车刹住。此外，认为车辆通过离开所行驶的车道就可以躲避危险的想法是不安全的。因为这会导致车辆失控或是与另一辆车想撞。

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停车视距由两部分组成：第一部分是当驾驶员发现障碍物而作出制动之前驶出的一段距离，在这一察觉与反应阶段，车辆以其初始速度行驶；第二部分是驾驶员刹车后车辆所驶过的一段距离。第一部分停车视距取决于车速及驾驶员的察觉时间和制动时间。第二部分停车视距取决于车速，刹车，轮胎，路面的条件以及公路的线形和坡度。

在双车道公路上，每间隔一定距离，就应该提供超越慢行车辆的机会。否则，公路容量将降低，事故将增多，因为急燥的驾驶员在不能安全超车时冒着撞车危险强行超车，能被看清的容许安全超车的前方最小距离叫做超车视距。

驾驶员在做出是否超车的决定时，必须将前方的能见距离与完成超车动作所需的距离对比考虑。影响他做出决定的因素是开车的小心程度和车辆加速性能。由于人与人的显著差别，主要是人的判断和动作而不是力学定理决定的超车行为随着驾驶员的不同而大不相同。为了确立超车视距值，工程人员观察了许多驾驶员的超车行为。在1938---1941年间，进行了建立超车视距标准的基本调查。假设操作条件如下： 1. 被超车辆匀速行驶。

2. 超车在进入超车区时减速行驶在被超车后。

3. 当到达超车区时，驾驶员需一短时间来观察超车区，并开始超车。 4. 面对相向车辆，在一个延迟的启动和一个匆忙的拐弯的动作中，完成

超车。在超车过程中，超车在超车道上加速，起平均速度比被超车快10mil/h。

5. 当超车返回到它原来的车道上时，在它与另一车道上的相向车辆之间

必须有一定的安全距离。 以上五项之和就是超车视距。

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附录2

Geometric Design of Highways

A. Alignment Design

The alignment of a road is shown on the plane view and is a series of straight lines called tangents connected by circular curves. In modern practice it is common to interpose transition or spiral curves between tangents and circular curves.

Alignment must be consistent. Sudden change from flat to sharp curves and long tangents followed by sharp curves must be avoided; otherwise, accident hazards will be created. Likewise, placing circular curves of different radii end to end (compound curves) or having a short tangent between two curves is poor practice unless suitable transitions between them are provided. Long, flat curves are preferable at all times, as they are pleasing in appearance and decrease possibility of future obsolescence. However, alignment without tangents is undesirable on two-lane roads because some drivers hesitate to pass on curve. Long, flat curves should be used for small changes in direction, as short curves appear as “kink?. Also horizontal and vertical alignment must be considered together, not separately. For example, a sharp horizontal curve beginning near a crest can create a serious accident hazard.”

A vehicle traveling in a curved path is subject to centrifugal force. This is balanced by an equal and opposite force developed through superelevation and side friction. Form a highway design standpoint, both superelevation and side friction cannot exceed certain maximums, and these controls place limits on the sharpness of curves that can be used with a design speed.

Usually the sharpness of a given circular curve is indicated by its radius. However, for alignment design, sharpness is commonly expressed in terms of degree of curve, which is the central angle subtended by a 100-ft length of curve. Degree of curve is inversely proportional to the radius.

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Tangent sections of highways carry normal cross slope; curved sections are superelevated. Provision must be made for gradual change from one to the other. This usually involves maintaining the center line of each individual roadway at profile grade while raising the outer edge and lowering the inner edge to produce the desired superelevation. Where the alignment consists of tangents connected by circular curves, introduction of superelevation is begun on tangent before the curve is reached, and full superelevation is attained some distance beyond the point of curve.

If a vehicle travels at high speed on a carefully restricted path made up of tangents connected by sharp circular curve, riding is extremely uncomfortable. As the car approaches a curve, superelevation begins and the vehicle is tilted inward, but the passenger must remain vertical since there is no centrifugal force requiring compensation. When the vehicle reaches the curve, full centrifugal force develops at once, and pulls the rider outward from his vertical position. To achieve a position of equilibrium he must force his body far inward. As the remaining superelevation takes effect, further adjustment in position is required. This process is repeated in reverse order as the vehicle leaves the curve. When easement curves are introduced, the change in radius from infinity on the tangent to that of the circular curve is effected gradually so that centrifugal force also develops gradually. By careful application of superelevation along the spiral, a smooth and gradual application of centrifugal force can be had and the roughness avoided.

Easement curves have been used by the railroads for many yeas, but their adoption by highway agencies has come only recently. This is understandable. Railroad trains must follow the precise alignment of the tracks, and the discomfort described here can be avoided only by adopting easement curves. On the other hand, the motor-vehicle operator is free to alter his lateral position on the road and can provide his own easement curve by steering into circular curves gradually. However, this weaving within a traffic lane (but sometimes into other lanes) is dangerous. Properly designed easement curves make weaving unnecessary. It is largely for safety reasons, then, that easement curves have been widely adopted by highway agencies.

For the same radius circular curve, the addition of easement curves at

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the ends changes the location of the curve with relation to its tangents; hence the decision regarding their use should be made before the final location survey. They point of beginning of an ordinary circular curve is usually labeled the PC (point of curve) or BC (beginning of curve). Its end is marked the PT (point of tangent) or EC (end of curve). For curves that include easements, the common notation is, as stationing increases: TS (tangent to spiral), SC (spiral to circular curve), CS (circular curve to spiral), and ST (spiral to tangent).

On two-lane pavements provision of a wilder roadway is advisable on sharp curves. This will allow for such factors as ⑴ the tendency for drivers to shy away from the pavement edge, ⑵ increased effective transverse vehicle width because the front and rear wheels do not track, and ⑶ added width because of the slanted position of the front of the vehicle to the roadway centerline. For 24-ft roadways, the added width is so small that it can be neglected, Only for 30mph design speeds and curves sharper than 22゜ does the added width reach 2 ft. For narrower pavements, however, widening assumes importance even on fairly flat curves, Recommended amounts of and procedures for curve widening are given in Geometric Design for Highways.

B. Grades

The vertical alignment of the roadway and its effect on the safe and economical operation of the motor vehicle constitute one of the most important features of road design. The vertical alignment, which consists of a series of straight lines connected by vertical parabolic or circular curves, is known as the “grade line.” When the grade line is increasing from the horizontal it is known as a “minus grade.” In analyzing grade controls, the designer usually studies the effect of change in grade on the centerline profile. In the establishment of a grade, an ideal situation is one in which the cut is balanced against the fill without a great deal of borrow or an excess of cut to be wasted. All hauls should be downhill if possible and not to long. The grade should follow the general terrain and rise and fall in the direction of the existing drainage. In mountainous country the grade may be set to

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balance excavation against embankment as a clue toward least overall cost. In flat or prairie country it will be approximately parallel to the ground surface but sufficiently above it to allow surface drainage and, where necessary, to permit the wind to clear drifting snow. Where the road approaches or follows along streams, the height of the grade line may be dictated by the expected level of flood water. Under all conditions, smooth, flowing grade lines are preferable to choppy ones of many short straight sections connected with short vertical curves.

Changes of grade from plus to minus should be placed in cuts, and changes from a minus grade to a plus grade should be placed in fills. This will generally give a good design, and many times it will avoid the appearance of building hills and producing depressions contrary to the generally give a good design, and many times it will avoid the appearance of building hills and producing depressions contrary to the general existing contours of the land. Other considerations for determining the grade line may be of more importance than the balancing of cuts and fills.

Urban projects usually require a more detailed study of the controls and finer adjustment of elevations than do rural projects. It is of best to adjust to grade to meet existing conditions because of the additional expense of doing otherwise.

In the analysis of grade and grade control, one of the most important considerations is the effect of grades on the operating costs of the motor vehicle. An increase in gasoline consumption and a reduction in speed are apparent when grades are increased. An economical approach would be to balance the added annual cost of grade reduction against the added annual cost of vehicle operation without grade reduction. An accurate solution to the problem depends on the knowledge of traffic volume and type, which and be obtained only be means of a traffic survey.

While maximum grades vary a great deal in various states, AASHTO recommendations make maximum grades dependent on design speed and topography. Present practice limits grades to 5 percent of a design speed of 70 mph. For a design speed of 30 mph, maximum grades typically range from 7to 12 percent, depending on topography.

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Wherever long sustained grades are used, the designer should not substantially exceed the critical length of grade without the provision of climbing lanes for slow-moving vehicles. Critical grade lengths vary from 1700 ft for a 3 percent grade to 500 ft for an 8 percent grade.

Long sustained grades should be less than the maximum grade used on any particular section of a highway. It is of preferred to break the long sustained uniform grade by placing steeper grades at the bottom and lightening the gr4ade near the top of the ascent. Dips in the profile grade in which vehicles may be hidden from view should also be avoided.

Maximum grade for highway is 9 percent. Standards setting minimum grades are of importance only when surface drainage is a problem as when water must be carried away in a gutter or roadside ditch. In such instances the AASHTO suggests a minimum of 0.35%.

C. Sight Distance

For safe vehicle operation, highway must be designed to give drivers a sufficient distance of clear vision ahead so that they can avoid unexpected obstacles and can pass slower vehicles without danger. Sight distance is the length of highway visible ahead to the driver of a vehicle. The concept of safe sight distance has two facts: “stopping” (or “nonpassing”) and “passing”. At times large objects may drop onto a roadway and will do serious damage to a motor vehicle that strikes them. Again a car or truck may be forced to stop in the traffic lane in the path of following vehicles. In either instance, proper design requires that such hazards become visible at distances great enough that drivers can stop before hitting them. Furthermore, it is unsafe to assume that one oncoming vehicle may avoid trouble by leaving the lane in which it is traveling, for this might result in loss of control or collision with another vehicle.

Stopping sight distance is made up of two elements. The first is the distance traveled after the obstruction comes into view but before the driver applies his brakes. During this period of perception and reaction, the vehicle travels at its initial velocity. The second distance is consumed while the driver brakes the vehicle to a stop. The first of these two distances is

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dependent on the speed of the vehicle and the perception time and brake-reaction time of the operator. The second distance depends on the speed of the vehicle; the condition of brakes, tire, and roadway surface; and the alignment and grade of the highway.

On two-lane highways, opportunity to pass slow-moving vehicles must be provided at intervals. Otherwise capacity decreased and accidents increase as impatient drivers risk head-on collisions by passing when it is unsafe to do so. The minimum distance ahead that must be clear to permit safe passing is called the passing sight distance.

In deciding whether or not to pass another vehicle, the driver must weigh the clear distance available to him against the distance required to carry out the sequence of events that make up the passing maneuver. Among the factors that will influence his decision are the degree of caution that he exercises and the accelerating ability of his vehicle. Because humans differ markedly, passing practices, which depend largely on human judgment and behavior rather than on the laws of mechanics, vary considerably among drivers. To establish design values for passing sight distances, engineers observed the passing practices of many drivers. Basic observations on which passing sight distance standards are based were made during the period 1938-1941. assumed operating conditions are as follows:

⒈The overtaken vehicle travels at a uniform speed.

⒉The passing vehicle has reduced speed and trails the overtaken one as it enters the passing section.

⒊When the passing section is reached, the driver requires a short period of time to perceive the clear passing section and to react to start his maneuver.

⒋Passing is accomplished under what may be termed a delayed a delayed start and a hurried return in the face of opposing traffic. The passing vehicle accelerates during the maneuver and its average speed during occupancy of the left lane is 10 mph higher than that of the overtaken vehicle. ⒌When the passing vehicle returns to its lane there is a suitable clearance length between it and an oncoming vehicle in the other lane. The four distances, in sum, make up passing sight distance.

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