道路工程毕业设计模板

摘 要

本设计是从信阳到襄阳的某段高速公路的设计，该段路线总长为3050m。本设计中设计车速为120km/h，双向八车道,路基宽度为45m，设置中央分隔带，行车道宽3.75m，硬路肩3m，土路肩0.75m。

在平面设计中，通过方案比选确定最终线路，此线路中有三个平曲线。纵断面设计，主要包括三个竖曲线的设计。横断面设计中，确定路面横断面的形式，土石方的数量的计算和调配。在路基设计中，主要是确定路基的横断面形式和边坡的形式。路面设计中，确定了路面的结构层次。专题设计的主要内容包括对盖板、基础、台身和洞口建筑的设计。最后利用工程造价软件得出对比方案和选定方案的工程预算。

关键词：高速公路设计；路基设计；路面设计；涵洞；工程预算

I

ABSTRACT

This design is the design of a section of a highway from Xinyang to Xiangyang.The sec- tion of route is 3050m.In this design,the speed of design is 120km/h,two-way eight lane,subg- gade width of 45m,setting up the central separtion belt,lane width 3.75m,hard shoulder 3m, soil shoulder 0.75m.

In the graphic design,there are three horizontal curve in this line,determined by the sche- me comparison.Longitudinal section design,design mainly includes three vertical curve.The cross-section design,determine the road cross section form,calculation and allocation of earth- work quantity.In the design of roadbed,mainly determine the embankment cross-section and the form of the slope form.The design of pavement structure,pavement was determined.The main contents of design project include the design of the cover,foudation,abutment and the building.Finally draw project budget of the comparison scheme using the engineering cost project software.

Keywords:highway design;roadbed design;pavement design;culverts;project budget

II

目录

第一章 总论 ............................................................. 1 1.1 设计任务 ............................................................ 1 1.2 技术标准 ............................................................ 1 1.3 本次设计技术指标 .................................................... 2 1.4 设计总体情况 ........................................................ 3 第二章 平面设计 ......................................................... 4 2.1沿线地质工程条件及评价 .............................................. 4

2.1.1地形、地貌及气候条件 ....................................................... 4 2.1.2地质构造 ................................................................... 4 2.1.3 地质水文评价 .............................................................. 5 2.1.4 筑路材料评价 .............................................................. 5

2.2 选线 ................................................................ 6

2.2.1 布线原则 .................................................................. 6 2.2.2 选线步骤 .................................................................. 6 2.2.3 选线过程 .................................................................. 7 2.2.4方案比选 ................................................................... 7

2.3 平面线形要素及设计原则 .............................................. 8

2.3.1平面线形要素 ............................................................... 8 2.3.2 设计原则 .................................................................. 9

2.4 平面线设计 ......................................................... 10

2.4.1 平面线形总体设计 ......................................................... 10 2.4.2 平面线形各参数数据 ....................................................... 11 2.4.3 具体设计过程 ............................................................. 11

2.5 平面设计的整理 ..................................................... 19 第三章 纵断面设计 ...................................................... 20 3.1 纵断面设计原则 ..................................................... 20 3.2 纵断面设计标准 ..................................................... 20

3.2.1纵坡设计标准 .............................................................. 20

I

3.2.2 竖曲线设计标准 ........................................................... 21

3.3 平纵组合设计 ....................................................... 22

3.3.1 平纵组合设计原则 ......................................................... 22 3.3.2 直线与纵断面的组合 ....................................................... 22 3.3.3 平曲线与纵断面的组合 ..................................................... 22

3.4 纵断面设计 ......................................................... 23

3.4.1 纵断面设计过程 ........................................................... 23 3.4.2 纵断面具体设计过程 ....................................................... 24 3.4.3 竖曲线要素计算 .......................................................... 25 3.4.4 竖曲线上任意点设计高程计算 ............................................... 25 3.4.5 直线段设计计算高程 ....................................................... 26 3.4.6 反算反向曲线间的直线距离 ................................................. 26

3.5 纵断面设计整理 ..................................................... 27 第四章 横断面设计 ...................................................... 28 4.1 横断面构造及尺寸 ................................................... 28

4.1.1 行车道 ................................................................... 28 4.1.2 中间带 ................................................................... 28 4.1.3 路肩 ..................................................................... 28 4.1.4 路基宽度 ................................................................. 29 4.1.5 路拱 ..................................................................... 29 4.1.6 路基 ..................................................................... 29

4.2 路基横断面 ......................................................... 29

4.2.1 路堤 ..................................................................... 30 4.2.2 路堑 ..................................................................... 30 4.2.3 填挖结合路基 ............................................................. 30

4.3 横断面设计 ......................................................... 30

4.3.1 横断面设计过程 ........................................................... 30 4.3.2 横断面布置过程 ........................................................... 31 4.3.3 路基土石方数量计算 ....................................................... 34 4.3.4 路基土石方调配 ........................................................... 36

4.4 横断面设计整理 ..................................................... 38

II

第五章 路基排水 ........................................................ 39 5.1边坡的设计 ......................................................... 39 5.2 边沟排水 ........................................................... 40

5.2.1 排水边沟断面尺寸确定 ..................................................... 40 5.22 设计径流量 ................................................................ 40 5.2.3汇流历时检验 .............................................................. 41

第六章 路面设计 ........................................................ 44 6.1 路面结构组合设计 ................................................... 44 6.2 路面结构设计 ....................................................... 44 6.3 路面结构层厚度设计 ................................................. 45

6.3.1 相关资料和控制指标 ....................................................... 45 6.3.2 具体设计过程 ............................................................. 45

第七章 涵洞设计 ........................................................ 52 7.1 盖板计算 ........................................................... 52

7.1.1 设计资料 ................................................................. 52 7.1.2 外力计算 ................................................................. 53 7.1.3 内力计算及验算 ........................................................... 54

7.2 台身及基础计算 ..................................................... 57

7.2.1 设计资料 ................................................................. 57 7.2.2 台身验算 ................................................................. 57

7.3基底应力验算 ....................................................... 61 7.4洞口建筑 ........................................................... 63 第八章 工程预算 ........................................................ 64 8.1预算概要 ........................................................... 64 8.2预算编制的依据 ..................................................... 64 8.3预算编制程序 ....................................................... 65

8.3.1 准备工程 ................................................................. 65 8.3.2 公路工程预算费用组成 ..................................................... 65 8.3.3 公路工程建设各项费用的计算方式 ........................................... 65 8.3.4 公路工程预算完成的表格 ................................................... 67

III

参考文献 ............................................................... 68 附 录 ................................................................. 70 致 谢 ................................................................. 71

IV

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 总论

第一章 总论

1.1 设计任务

根据给定的地形图、沿线的土壤、地质、水文资料等，选择适合路线起终点，结合公路等级、交通量、路线段地形地貌等，严格按照有关技术标准、设计规范进行设计，并尽量满足“经济、适用、安全、美观、环保”的设计宗旨，同时充分考虑沿线环境保护，综合各项指标。

完成江南高速第一合同段K0+000-K3+050标段设计。设计应包括路线平面设计、路线纵断面设计、路线横断面设计、路基防护工程及排水设计、路面结构设计等。为使行车舒适安全，各项指标尽量不采用极限值。

1.2 技术标准

根据路段预测交通量，结合项目的功能作用以及沿线地形、地质、气候条件，设计时全线采用完全控制出入的8车道高速公路标准(具体计算过程如下)，设计为车速为120km/h，路基为整体式宽度为45米，路面类型为沥青混凝土路面。

在选用各项指标时，取一般值或大于一般的值，避免取极限值，使设计在经济和技术指标上都占优 ，根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）《公路路线设计规范》（JTJ D20-2006）及《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），各项具体指标见表1.1：

表1.1 技术标准

序号 1 2 3 4 5 6 7 8

竖曲线一般最小半径

9

1

凹

m

6000

指标名称 公路等级 设计行车速度 平曲线一般最小半径 平曲线极限最小半径

不设超高平曲线半

径

路拱≤2.0% 路拱＞2.0%

单位

高速公路 km/h m m m m m 凸

m

120 1000 650 5500 750 >250

17000

技术指标

不设加宽平曲线半径

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 总论

表1.1技术标准（续）

序号 10

竖曲线极限最小半径

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

竖曲线最小长度（m）

缓和曲线最小长度

平曲线长度 最小纵坡长度 最大纵坡坡度

最大纵坡长度(纵坡为3%时)

路基宽度 路基设计洪水频率

路面结构

凹 m m m m ％ m m ％

m

100 100

一般值1000

最小值200 4000

指标名称

单位 凸

m

技术指标

11000

300 3 900 45 1/100 沥青混凝土

1.3 本次设计技术指标

本设计标段，路线长3050m。具体使用参数如表1.2，表1.3，表1.4。

表 1.2 技术标准

公路等级 平面交点数 路基宽度（m） 路基设计洪水频率

高速公路

3 45 1/100

设计时速（km/h）

纵面变坡点 路拱（%） 路面结构

120 4 2 沥青路面

表1.3 平面线设计参数

数 参 据 数 交 点 起点 JD1 JD2 JD3 终点 坐标N(X) 左边E(Y) 半径 转角值 直线长度

3548200.94 517902.92

-- --

3547635.80 517858.83 1050m 28°21′29.2″

3546691.09 518277.58 1300m 16°39′09.5″

3545701.40 518403.49 1500m 21°21′51.7″

25.1559m

3545239.65 518287.3846

-- --

134.0967m 242.8904m

2

189.0137m

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 总论

表1.3 平面线设计参数（续）

数 参 据 数 交 点 起点 JD1 JD2 JD3 终点 切线长 缓和曲线 圆曲线 外距

-- -- -- --

432.754m 330m 186.6895m 37.528m

357.691m 335m 43.8362m 17.46m

450.963m 335m 294.3175m 29.624m

-- -- -- --

表1.4纵断面设计参数

数 参 据 数 变 坡 起点 变坡点1 （JD1） 53.1055 -- -- -- -- -- --

57.4589 凸 16000m 374.432 0.837

145.568m 0.662m

变坡点2 （JD2） 51.7609 凹 7000m

381.590 -0.982

52.841m 0.199m

变坡点3（JD3） 54.6085 凸 13000m

335.831 0.527

边坡点4 （JD4） 40.5624 凹 10000m

473.362 1.332

156.638m 1.227m

48.9538 -- -- -- -- -- -- 终点 地面高程(m) 竖曲线类型 半径 直坡段长(m) 坡率（%） 切线长 外距

472.035 -1.8

151.328m 0.881m

1.4 设计总体情况

本次设计路线总长3050m，共设置12个控制点，3个交点，小桥2座，涵洞5个（其中混凝土箱涵3个，圆管涵2个）。纵断面设置有4个变坡点。设置有挡墙以保护路堤。各个设计细节具体参见以下章节。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

第二章 平面设计

2.1沿线地质工程条件及评价

2.1.1地形、地貌及气候条件

该标段位于信阳市潢川县内，潢川地处大别山测洪积扇向淮北平原过渡地带，地质构造属淮阳古陆边缘的一部分，地貌为剥蚀类型，地势南高北低，略向东北倾斜。境内淮凤岗、七里岗、黄寺岗与寨河、潢河、白露河、春河“三岗四河”相间分布，淮河沿县北侧东流，将全县地貌分为三个类型：南部为低山丘陵，面积占11.4%，中北部为垄岗，面积占65.7%，沿河为平原洼地，面积占22.9%。路线经过的地方主要为垄岗和平原洼地。

潢川位于亚热带北部的边缘，为亚热带向暖温带过渡的季风湿润气候。年均日照时数2092小时，太阳辐射量118.25千卡/平方厘米，无霜期226天，全年平均降雨量1039毫米。

潢川县土壤类型多种多样，共有三个土类、7个亚类、17个土属、61个土种，其中水稻土占68%，黄棕壤土占26.4%，潮土占5.6%。

2.1.2地质构造

本区大地构造位于秦岭纬向构造带东段南支。区内构造以断裂为主，褶皱为次。由于受淮阳山字型构造的影响，区内主体构造在延伸方向上发生偏转，呈北西西向展布。断裂构造具多期性、继承性、复合性、等间距性。褶皱构造仅发育太古界与元古界区域变质岩系地层中。

褶皱构造分布于图幅南部，为桐柏大别复背斜，复背斜翼部发育一束背斜、向斜相间且轴向相互平行的次级褶皱构造。如涂家大湾背斜、李家垅背斜等。

断裂构造,区内断裂构造发育，不同规模、不同性质、不同级别、不同序次、不同构造体系的断裂构造均较发育。现仅对区内主要代表性断层分述如下：

桐柏－商城断层,西起桐柏东至商城，是本区最大的区域性断层。它控制着苏家河群与信阳群的分布，桐商断层呈280 o方向展布，倾向以西南为主，倾角陡。宽度100－1000m不等。糜棱岩化和白云母片理化带发育，局部充填粗晶石英，南侧往往伴随辉长岩。桐商断层经历了多期构造运动，构造性质具明显压性特征。航磁图上为线性正磁

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

异常，反映了断层挤压带及辉长岩带的带状分布。平行于桐商断层的次级断层较为发育。

龟山－梅山断层,西起龟山东至梅山，呈290o－300 o方向展布，倾角55 o -65 o。断裂面沿走向和倾向均呈舒缓波状。断裂宽数十米至数百米，在地貌上呈现明显陡阶。断裂两侧形成规模较大的挤压片理化带，构造角砾岩带。断裂构造充填物为糜棱岩、构造角砾岩、构造透镜体、断层泥。构造性质具压－张－压扭特征。

柳河断层分布于武胜关至李家寨一线，呈东北向展布。断层倾向270 o－300 o,倾角40 o－80 o，厚度5—10m，长度大于22km。断层内充填物主要是粗中晶石英脉与细晶石英脉。构造结构面具锯齿状追踪张的形迹，也具扭性部分特征。它明显的将东西向或近东西向断层切断，扭动方向早期东盘向北扭，晚期向南扭，造成岩体向北错断，脉体向南错开的现象。构造性质属于以张为主的张扭性断层。

涩港断层分布于涩港至三里城一线，呈东北向展布。断层倾向130 o -140 o，倾角50 o -70 o ，厚度5—20m，长度大于23km。断层切断区内诸地层与岩体。断层充填物，中粗晶石英脉、硅化碎裂岩、糜按岩。构造性质为张扭性。派生的次级构造颇为发育。

杨店断层分布于杨店－倒座一线，呈北西向展布。倾向40 o－50 o，倾角50 o－80 o，出露宽度5－100m，长度25km。断层上盘为中元古界信阳群，下盘为燕山晚期侵入体。断层充填物为蚀变碎裂花岗岩、石英斑岩、花岗岩。断层白云母片理化带发育，构造性质以压性为主的压扭性断裂。

2.1.3 地质水文评价

区内水系主要为淮河水系。路线通过区域，主要由于沟渠渗漏、农田用水及大气降水形成，分布不均，无统一水位，会造成不良地质。

2.1.4 筑路材料评价

沿线花岗岩储量丰富，开采方便，岩质坚硬，料、块、片石材料非常丰富。此外，淮河及沿线天然河流中，卵碎石和天然砂储量较丰富，便于采购。砂砾石主要用于混凝土细骨料和路面底基层，能满足线路建（构）筑物要求。水泥，钢材，木材可在当地区县物资公司采购。

筑路材料采挖和采购方便，在沿线的护坡、挡墙及石拱涵的施工时，可以从沿线就进的采石场购买块石、片石等石材。便于合理利用沿线的材料，也可降低工程费用，节约资源。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

2.2 选线

2.2.1 布线原则

路线位于垄岗和平原洼地，在布线时充分考虑地形地貌因素，进行布线。 （1）应针对路线所经地域的生态环境、地形和地质的特性与差异，按拟定的各控制点，由面到带，由带到线，由浅入深，由轮廓到具体，进行比较、优化与论证。同一起终点内有多个可行方案时，应对各个方案进行同等深度比较。

（2）影响选择控制点的因素多且相互关联、又相互制约，应根据公路功能和使用任务，全面权衡、分清主次，处理好全局与局部的关系，并注意由于局部难点的突破而引起的关系转换给全局带来的影响。

（3）应对路线所经区域、走廊带及其沿线的工程地质和水文地质进行深入调查勘测，查清其对公路工程的影响程度。遇到有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待，视其对路线的影响程度，分别对绕、避、穿等方案进行论证比选。当必须穿过时，应当选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取切实可行的工程措施。

（4）应当充分利用建设用地，严格保护农用耕地。

（5）国家文物是不可再生的文化资源，路线应尽量避让不可移动的文物。 （6）保护生态，并同当地生态景观相协调。

（7）高速公路、具有干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相连接时，以接城市环线或以直线连接为宜，并与城市发展规划相协调。

（8）路线设计是立体线形设计，在选线时即考虑平、纵、横面得相互间组合与合理配合。

2.2.2 选线步骤

（1）选线可采用纸上定线或现场定线的方法。

高速公路、一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法。

（2）选线应在广泛收集与路线方案有关的规划、计划、统计资料，相关部门的个中国地形图、地质、气象等资料的基础上，深入调查、勘测，并运用遥感、航测、GPS、数字技术等新技术，确保其勘测工作的广度、深度和质量，以免遗漏有价值的比较方案。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

2.2.3 选线过程

在电子地图上整体观察，记住基本的控制点，然后进行选线。 （1）选好控制点，以备选线时考虑。

（2）记住需要绕避的河流，大型厂矿，山丘等。

（3）开始选线，根据预先选好的控制点根据规范要求进行选线。

（4）选线好了之后，再从不同的角度考虑，选择备选路线，以备考虑更改路线。 （5）在选好的路线上，设置平曲线，根据地形地貌和需要绕避的构筑物和自然状况，根据规范选择合适的曲线半径和缓和曲线（回旋线）长度。

（6）初步选线确定后，再根据地图上的地形地貌、地貌作方案修改以达到在规范范围内与地形、地貌相融合。选择合理的路线，控制造价，节约资源。

2.2.4方案比选

该地区地形起伏不大，设计车速为120km/h，考虑道路等级和沿线地质水文情况，结合道路线形设计的技术标准和基本原则进行选线。本地区的池塘、沟渠比较多，应尽量避免，此外还有尽量避开村庄，减少拆迁的费用。因此本次设计选线的过程主要是处理好路线与沿线建筑物，按照全面布局，逐段安排原则，本设计总共选用了两条路线，以便进行方案的比选，从而选出最优路线。

方案一：从点（3548200.936，5179029.154）开始，到达点（3545239.653，518287.3846），线路总长为3050m。该线路高差相对较小，所经区域大部分是农田，池塘，土石方工程量相对较小。该线路设置三条平曲线，第一条平曲线起点（3548067.244，517892.498），终点（3547240.160，518034.229），圆曲线转角为28°21′29.2″，R=1050m，缓和曲线长度为330m；第二条平曲线起点（3547018.10，518132.645），终点（3546336.258，518322.719），圆曲线转角为16°39′09.5″，R=1300m，缓和曲线长度为335m；第三条平曲线起点（3546148.756，518346.574），终点（3545264.049，518293.518），圆曲线转角为21°21′51.7″，R=1500m，缓和曲线长度为335m。

方案二：从点（3548200.936，5179029.154）开始，到达点（3545239.653，518287.3846），

线路总长为3102.007m。该线路高差相对较小，所经区域大部分是池塘，由于过多的经过池塘会加大路基处理的成本，其中经过村庄附近时，纵断面设计时，由于避免拆迁，不能满足平竖曲线组合的原则。该线路设置三条平曲线，第一条平曲线起点（3547380.307，517984.499），终点（3546817.793，518159.614），圆曲线转角为25°

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

45′24.2″，R=1100m，缓和曲线长度为160m；第二条平曲线起点（3546586.189，518300.946），终点（3546035.056，518463.352），圆曲线转角为30°01′49.1″，R=800m，缓和曲线长度为165m；第三条平曲线起点（3545953.789，518465.343），终点（3545430.700，518367.166），圆曲线转角为24°04′05.9″，R=900m，缓和曲线长度为160m。

综合考虑设计成本和设计线性的安全性，方案一为最终选定方案。

2.3 平面线形要素及设计原则

道路是带状的三维空间结构实体，一般由线形、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施等组成。为了研究和设计上的方便，通常把它分解为路线的平面设计、纵断面设计和横断面设计。三者既需要分别进行设计，又需要综合考虑。道路平面设计就是在平面图上研究确定路中线几何形状的原理和方法的工作。

直线是最简单的平面线形。然而从道路的起点到终点之间往往不能用一条直线将其连接起来。由于受到地形、地物等因素的制约，路线在平面上往往出现很多的转折，为了保证行车的安全性喝平稳性，在转折处需要用圆曲线加以连接。如果圆曲线的半径较小，还要进行曲率过渡，即加设缓和曲线。所以，道路的平面线形要素是由直线、圆曲线和缓和曲线构成的，通常称之为“平面线形三要素”。直线是曲率为零的线形，圆曲线是曲率为常数的线形，缓和曲线是曲率逐渐变化饿线形。三要素是道路平面线形最基本得组成，在道路上各要素所占比例难以量化规定，但只要各要素使用合理、组合得当，均可以得到较为理想的平面线形。

2.3.1平面线形要素

（1）直线

作为平面线形要素之一的直线，在公路和城市道路中的使用最为广泛，当地势平坦、地物障碍较小时，定线人员往往首先考虑使用直线通过。汽车在直线上行驶时受力简单、方向明确、驾驶操作容易；同时，路线测设简单、方便。

直线同时具备缺点：直线线形灵活性差，难以与地形、地物等周围的环境相协调；过长的直线易使人感到单调、疲倦、注意力难以集中；直线路段上难以目测车辆之间的距离；长直线容易导致高速行车，引发交通事故等。因此，在运用直线线形和确定其长度时，需要谨慎对待，尽量不采用过多过长的直线线形。

（2）圆曲线

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

圆曲线也是道路平面设计中最常见的线形之一，各级公路和城市道路不论转角大小，在转折处均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线的主要组成部分。圆曲线具有易于与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，故使用十分广泛。

（3）缓和曲线

缓和曲线是道路平面线形要素之一，它设置在直线与圆曲线之间或两个圆曲线之间的曲率半径逐渐变化的线形。标准规定，除四级公路可不设置缓和曲线外，其余各级公路在半径小于不设超高最小半径时都应设置缓和曲线。在高速公路和城市道路上，缓和曲线得到了广泛运用。

2.3.2 设计原则

（1）直线 宜采用直线路段

① 不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地。 ② 市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区。 ③ 长大的桥梁、隧道等构造物路段。 ④ 路线交叉点及其前后。 ⑤ 为双车道公路提供超车的路段。 直线路段的注意事项

① 长直线上的纵坡不宜过大，因为长直线与下陡坡相重合的路段更容易导致高速行驶。

② 长直线尽头的平曲线半径应尽量大一些，以保证线形的连续性，除了保证曲线超高、视距等符合相应的规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等必要的安全措施。

③ 为了缓和长直线带来的呆板，长直线宜与大半径凹形竖曲线组合为宜。 ④ 道路两侧地形过于空旷时，宜采用不同的植被条件或设置建筑物雕塑、广告牌等各种措施，以改善单调的景观。

直线长度原则

① 直线的最大长度。我国在道路设计中参照国外的经验，根据德国和日本的规定：直线的最大长度（单位为20v）（v—设计速度，km/h）。一般情况下应尽量避免追求过长的直线指标。

② 直线的最小长度。为了保证行车安全，相邻两曲线间具有一定的直线长度。这

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

个直线长度是指前一曲线的终点（缓直HZ或圆直YZ）到后一曲线起点（直缓ZH或直圆ZY）之间的长度。

对于最小直线长度：JTG D20—2006 《公路路线设计规范》（以下简称规范）规定同：设计速度大于或等于60km/h时，同向圆曲线的最小长度（以m计）以不小于设计时速（以km/h计）的6倍为宜；反向圆曲线间的最小长度（以m计）以不小于设计时速（以km/h）的2倍为宜。设计时速小于或等于40km/h时可参照上述规定执行。 （2）圆曲线

① 各级公路平面不论转角大小，均应设置圆曲线。在选用曲线半径时，应与设计时速相适应。

② 圆曲线半径应按设计速度规定来选用。在设计时速为120km/h时，一般最小半径为1000m，极限最小半径为650m。一般值为正常情况下的采用值，极限值是条件受限制时采用的值。

③ 圆曲线半径不宜超过10000m。 （3）回旋线

① 除四级公路外，各级公路在规范要求不设超高圆曲线最小半径接连处，应设置回旋线。

② 半径不同的圆曲线径相连接处，应设置回旋线。但符合下列条件时可以不设置回旋线：小圆半径大于规范规定时；小圆半径大于规范规定，且符合小圆按最小回旋线长度设置回旋线时，大圆与小圆的内移值之差小于0.1m，设计时速大于或等于80km/h，大圆半径与小圆半径之比小于1.5，设计时速小于80km/h，大圆半径与小圆半径之比小于2。

③ 回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增长。圆曲线按规定需设置超高时，回旋线长度还应大于设置超高过度段长度。

2.4 平面线设计

2.4.1 平面线形总体设计

江南高速第一合同段K0+000-K3+050标段设计，全线总长3050m。全线共设置3个平曲线，每个曲线均设置有缓和曲线。路线设置4段直线，从起点开始，分别长134.0967m，242.8904m，189.0139m，25.1559m。所设置的曲线，缓和曲线，前后缓和曲线和后缓和曲线长度设置相同，分别为：交点1，半径1050m，缓和曲线长330m；交点2，半径1300m，

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

缓和曲线长335m；交点3，半径1500m，缓和曲线长335m。

2.4.2 平面线形各参数数据

直线段1：134.0967m； 直线段2：242.8904m； 直线段3：189.0137m； 直线段4：25.1559m；

JD1：R11050m；Ls330m；Lh852.689m；

Th432.754m；Eh37.528m；Jh12.819m；

JD2：R11300m；Ls335m；Lh711.836m；

Th357.691m；Eh17.46m；Jh3.546m；

JD2：R11500m；Ls335m；Lh894.318m；

Th450.963m；Eh29.624m；Jh7.608m

2.4.3 具体设计过程

在选定了选线方案，确定了路线交点后，进行曲线要素的计算，本设计按新建高速公路标准设计，计算行车速度为120km/h，极限最小半径为650m，一般最小半径为1000m，根据实际地形，结合地质条件、规划等各方面情况，同时结合平面路线设计标准，本段共设了3个交点，取值分别如下：JD1处平曲线半径为1050米，缓和曲线长330m，平曲线长度为852.689；JD2处平曲线半径为1300米；缓和曲线长335m，平曲线长度为711.836m，JD3处平曲线半径为1500米；缓和曲线长335m，平曲线长度为894.318m，均满足设计标准的要求。然后在CAD图上量取两相邻交点的直线距离，同时结合起终点的坐标，可算出交点的坐标，然后计算各直线的坐标方位角，进而计算出转点处的转角值，具体如下：

具体结果可由下列公式计算， （1）切线角公式： oLs180•2R (21)

（2）曲线要素公式：

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

L2L3ss内移值：p (22) 24R2384R3LsL3s 切线增值：q2 (23) 2240R切线长：Th(Rp)tan2q (24)曲线长：Lh180RLs (25)外距：Eh(Rp)sec2q (26)

Jh2ThLh (27) 切曲差：

（3）旋曲线参数公式

ALsR (28)

（4）主点桩号的计算公式：

直缓点：ZHJDTh (29) 缓圆点：HYZHLs (210) 圆缓点：YHHY(Lh2Ls) (211)

缓直点：HZYHLS (212)

曲中点：QZHZLh (213) 2Jh (214) 2 交点(校核)： JDQZ 在方案比选后，已选择了最佳方案。故此处路线要素校正，只计算最佳方案之路线要素，即方案一之路线要素： （1）平曲线已知条件

起点 JD0： X=3548200.936 Y=517902.9154

JD1： X=3547635.798 Y=517858.828 JD2： X=3546691.089 Y=518277.5779 JD3： X=3545701.399 Y=518403.4876

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

终点 JD4： X=3545239.653 Y=518287.3846

交点间的直线长度：JD0 -JD1（l1）：566.851m JD1-JD2（l2）：1033.335m

JD2-JD3（l3）：997.667m JD3- JD4（l3）：476.119m （2）各交点的转角及其曲线要素的计算: JD1的转角及其曲线要素的计算:

① JD1转角的计算

由平面图的几何关系可得出JD1的转角12821'29.2\" 左偏 取R=1050m 缓和曲线长度：

Ls:L:Ls=1:2:1

Ls3R180170.956m

设计速度120 km/h 缓和曲线最小长度100m

所以缓和曲线长度Ls取5的整数倍，缓和曲线可取175m。为使线形连续协调，最终缓和曲线取Ls=330m。

② JD1曲线要素的计算：

取Ls=330m>Lmin=100m ，则JD1的曲线要素为：

L2L4ssp4.4m 324R26888RLsL3s166.361m q2240R2切线长：Th(Rp)tan2q432.754m

曲线长：Lh180RLs852.689m

外距： Eh(Rp)sec2切曲差：Jh2ThLh12.819m

R37.528m

③ 回旋曲线参数计算：

A=LsR= 3301050591.312, 满足R/3≤A≤R的关系

④ 主点桩号计算：

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

已知JD1桩号： 起点桩号+l1= K0+560.441 直缓点： ZHJDTh= K0+134.097 缓圆点： HYZHLs= K0+467.097 圆缓点： YHHY(Lh2Ls)= K0+653.786 缓直点： HZYHLS= K0+986.786 曲中点： QZ=HZLh= K0+560.441 2Jh= K0+560.441（校核无误） 2交点(校核)：JD=QZ+

JD2的转角及其曲线要素的计算:

① JD2转角的计算

由平面图的几何关系可得出JD1的转角11639'09.5\" 右偏 取R=1300m 缓和曲线长度：

Ls:L:Ls=1:2:1

Ls3R180120.948m

设计速度120 km/h 缓和曲线最小长度100m

所以缓和曲线长度Ls取5的整数倍，缓和曲线可取125m。为使线形连续协调，最终和缓和曲线取Ls=335m。

② JD2曲线要素的计算：

取Ls=335m>Lmin=100m ，则JD2的曲线要素为：

4L2Lsps3.576m 324R26888RLsL3s166.908m q2240R2切线长：Th(Rp)tan2q357.691m

曲线长：Lh

180RLs711.836m

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

外距： Eh(Rp)sec2R17.46m

切曲差：Jh2ThLh3.546m

③ 回旋曲线参数计算：

A=LsR= 3351300658.938, 满足R/3≤A≤R的关系

④ 主点桩号计算：

已知JD2桩号： 起点桩号+l1+l2-Jh= K1+585.595 直缓点： ZHJDTh= K1+229.677 缓圆点： HYZHLs= K1+563.677 圆缓点： YHHY(Lh2Ls)= K1+607.513 缓直点： HZYHLS= K1+941.513 曲中点： QZ=HZ-Lh= K1+585.595 2Jh= K1+585.595（校核无误） 2交点(校核)：JD=QZ+

JD3的转角及其曲线要素的计算:

① JD3转角的计算：

由平面图的几何关系可得出JD1的转角12121'51.7\" 左偏 取R=1500m 缓和曲线长度：

Ls:L:Ls=1:2:1

Ls3R180183.2m

设计速度120 km/h 缓和曲线最小长度100m

所以缓和曲线长度Ls取5的整数倍，缓和曲线可取190m。为使线形连续协调，最终和缓和曲线取Ls=335m。

② JD3曲线要素的计算：

取Ls=335m>Lmin=100m ，则JD3的曲线要素为：

L2L4ssp3.117m

24R26888R3

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

LsL3s167.43m q2240R2切线长：Th(Rp)tan2q450.963m

曲线长：Lh180RLs894.318m

外距： Eh(Rp)sec2R29.624m

切曲差：Jh2ThLh7.608m

③ 回旋曲线参数计算：

A=LsR= 3351500708.872, 满足R/3≤A≤R的关系

④ 主点桩号计算：

已知JD3桩号： 起点桩号+l1+l2-Jh= K2+577.685 直缓点： ZHJDTh= K2+130.527 缓圆点： HYZHLs= K2+465.527 圆缓点： YHHY(Lh2Ls)= K2+689.844 缓直点： HZYHLS= K3+024.844 曲中点： QZ=HZ-Lh= K1+577.641 2Jh= K2+577.685（校核无误） 2交点(校核)：JD=QZ+

（3）反向曲线之间直线长度的反算过程 已知，交点间的直线长度：

JD0-JD1（l1）：566.851m JD1-JD2（l2）：1033.335m JD2-JD3（l3）：997.667m JD3- JD4（l3）：476.119m

Th1 =432.754m Th2 = 357.691m Th3 =450.963m

故：

曲线1和曲线2之间的直线长度为：

1033.335–432.754 –357.691＝242.89m>240m（2V） 满足要求。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

曲线2和曲线3之间的直线长度为： 997.667-357.691-450.963>2v 满足要求。

（4）逐桩坐标的计算

主点桩号： JD0的桩号：K0000

JD1的桩号：K0000l1K0560.441 JD2的桩号：K0560.441l2l1K1585.595 JD3的桩号：K1585.595l3l2K2577.685 JD4的桩号：K2577.685l4l3K3050 计算每20米整桩号及特殊点坐标

① 直线段：K0+000～K0+134.097，每20m一个桩号，方位角为

A118427'18.7\"。

K0+000处坐标：(3548200.936，517902.9154) 因为：xl•cosA20cos18427'18.7\"19.95 yl•sinA20sin18427'18.7\"1.4 得：K0+020坐标为（3548180.986,517902.7754）。

xnxn1xyyn1y依例可计算得每20米的桩号坐标：n。

同理相加得其它坐标值，得JD1：K0+560.441坐标为 （3547635.798,517858.828）。 转角值2821'29.2\"。得：

A2A118427'18.7\"2821'29.2\"15605'49.5\"

XZHXJTcosA11803547635.798432.754cos18427'18.7\"3548067.498YZHYJTsinA1180517858.828432.754sin18427'18.7\"517889.0154

ZH坐标（3548067.498,517889.0154）

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

XHZXJTcosA23547635.798432.754cos15605'49.5\"3547240.458YHZYJTsinA2517858.828432.754sin15605'49.5\"518034.8449

HZ坐标（3547240.458，518034.8449） 前直线上（L ZH），以K0+100坐标为例计算：

3548067.498432.754134.097100cos18427'18.7\"180

XXJTZHLcosA11803548533.212YYJTZHLsinA1180517889.0154432.754134.097100sin18427'18.7\"180

517921.5794K0+600坐标（2853.217,5221.462）

后直线上（L HZ），以K1+100坐标为例计算：

3548067.498432.7541100986.786cos15605'49.5\"

3547568.731 517889.0154432.7541100986.786sin15605'49.5\"

XXJTLHZcosA2YYJTLHZsinA2518111.0806则K1+100坐标（3547568.731，518111.0806） ② 设缓和曲线的单曲线 缓和曲线上任意点的切线横距：

l5l9l13xl40R2L2s3456R4L4s599040R6L6s第一缓和曲线任意点坐标：

XXZH30l230l2x/cos()cos(A1)RLsRLs 30l230l2x/cos()sin(A1)RLsRLs

YYZHZH 桩号K0+134.097，计算K0+300坐标 l=300-134.097=165.903m R=1050m Ls=335m

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第二章 平面设计

经计算x=30.6377m，X=3547901.699，Y=517881.783 K0+300坐标（3547901.699，517881.783） 同理可计算其它桩号的坐标。 圆曲线（HY—YH）任意点坐标：

XXHY2Rsin(YYHY90l90(lLs))cos[A1]RR 90l90(lLs)2Rsin()sin[A1]RR

HY坐标（3547550.955，517915.704），计算K0+550的坐标 经计算x=9.653 m，X=3547652.437，Y=517894.159 即K0+550的坐标为：（3547652.437，517894.159） 同理可计算其它桩号的坐标。 第二缓和曲线（HZ—YH）任意点坐标：

XXHZ30l230l2x/cos()cos(A2180)RLsRLs

YYHZ30l230l2x/cos()sin(A2180)RLsRLs

因HZ点（K0+986.786）坐标为（3547240.160，518034.230）计算K0+750的坐标： 经计算：x=116.35，X=3547459.062，Y=517944.131 即K0+500的坐标为：（3547459.062，517944.131） 同理可计算其它桩号的坐标。

2.5 平面设计的整理

通过线路初选的比对后，选择好最佳方案。通过平面线形要素的验算合格后，用CAD在电子地图上确定平面线形。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

第三章 纵断面设计

3.1 纵断面设计原则

高速公路、一级公路应考虑通道、农田水利等方面的要求。

1）纵断面线形设计应对地形、地质、水文、地下管线、气候和排水等进行综合考虑，线形应平顺而圆滑。

2）纵坡设计应考虑填挖平衡，并利用挖方就近做填方，以降低造价、节省用地，减轻对自然地面横坡与景观的影响。

3）相邻纵坡之代数差较小时，宜采用较大的竖曲线半径。 4）位于积雪或冰冻地区的公路，应避免采用陡坡。

3.2 纵断面设计标准

3.2.1纵坡设计标准

（1）最大纵坡

是道路纵断面设计的重要控制指标，直接影响路线长短、线形的好坏、使用质量的好坏、工程数量和运输成本。制定最大纵坡的依据是汽车的动力特性、道路等级、自然条件、车辆安全行驶以及工程、运营经济等因素制定的。设计车速120km/h，最大纵坡为3％。

（2）最大纵坡长度

长距离的陡坡对行车不利，连续上坡发动机过热影响机械效率，使行驶条件恶化，下坡则因制动频繁而危及行车安全，故应对纵坡最大长度有所限制。可知可知，在本次设计车速（120km/h）情况下，纵坡为3％时，最大坡长为900m。

（3）最小纵坡长度

从汽车行驶平顺性要求，如坡长过短，使边坡点增多，汽车行驶在连续起伏的路段产生的增重与减重变化频繁，导致乘客感觉不舒适，车速愈高表现愈明显；缓坡太短上坡不能保证加速行驶要求，下坡不能减缓制动；从路容美观、相邻竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定最短长度。本设计车速的最小坡长为300m。

（4）缓和坡段

在连续陡坡长度大于最大坡长限制的规定时，在不大于最大坡长所规定的长度处设

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

置不大于3％的纵坡，称为缓和坡段，坡长应满足最小坡长的规定，本次设计无需设置缓和坡段。

（5）合成坡度

它是指在有超高的路段上，由路线纵坡和超高横坡或路拱横坡组合所构成的坡度，其值用下式计算：

2Iihi2 (31)其中，I——为合成坡度%； ih——为路线纵坡%； i——为超高横坡% 本次设计的最大合成坡度为10.5％。 （6）最小纵坡

为使道路行车安全、快速和畅通，纵坡小一些为好，但在长路堑、低填方和其他横向排水不畅的路段，为保证行车安全和排水要求，为防止积水渗入路基而影响起稳定性，最小纵坡设为0.3％。一般情况下以不小于0.5%为宜。

（7）平均纵坡

是指由若干坡段组成的路段所克服的高差与路线长度之比，是衡量线形质量的重要指标：

i均l•i (32)lii式中i均——连续陡坡路段的平均纵坡， %

li——i坡度的实际坡长，m

3.2.2 竖曲线设计标准

（1）竖曲线最小半径

竖曲线有凸形和凹形两种，在本设计车速下，凸形竖曲线半径一般最小值为1700m，极限最小值为11000m；凹形竖曲线半径一般最小值为6000m，极限最小值为4000m。

（2）竖曲线最小长度

规定汽车在竖曲线上3s的行程时间控制竖曲线最小长度，本设计车速下，为100m。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

3.3 平纵组合设计

3.3.1 平纵组合设计原则

（1）应保持线形在视觉上连续性,能自然地引导驾驶员的视线,使之在高速行驶的情况下,能安全舒适地行车。

（2）注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡，使线形在视觉和心理方面保持协调。

（3）选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。 （4）注意与道路周围自然环境和景观的配合。

3.3.2 直线与纵断面的组合

（1）平面直线与纵面直线组合

从视觉心理分析来看，由于这种线形单调、枯燥、在行车过程中视景无变化，容易使司机产生疲劳和超车频繁，因而在组合时一般应避免这种情况。 （2）平面直线与竖曲线组合要素

只要路线有起伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化略加转折，并把平、竖曲线合理地组合，但要避免驾驶员一眼能看到路线方向转折两次以上或纵坡起伏三次以上。直线与凹形竖曲线组合具有较好的视距条件，咱应避免采用较短凹形竖曲线，一般以采用大于最小竖曲线半径约3～4倍为宜，以避免产生折点。直线与凸线竖曲线组合线形视距条件差，线形单调，应尽量避免。

3.3.3 平曲线与纵断面的组合

（1）平曲线与纵断面组合要素

只要平曲线半径选择适当、平面的直线与圆曲线组合恰当，在透视图上显示的视觉效果应是良好的。组合时要注意平曲线半径过小，直线长度过短等都将在视觉上产生折曲现象。

（2）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。

使平曲线和竖曲线相对应，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“平包竖”。如果平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开不超过平曲线长度的四分之一时，仍然可以获得比较满意的外观。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

平曲线与竖曲线大小应保持均衡，平曲线半径小于1000m，竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍，便可达到均衡的目的。

选择适宜的合成坡度最大合成坡度不宜大于8%，最小合成坡度不宜小于0.5%。 平、竖曲线应避免组合：

① 避免凸形竖曲线顶部与凹形竖曲线底部与反向平曲线的拐点重合。 ② 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。

③ 避免在凸形竖曲线顶部与凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。

④ 在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的、半径小的竖曲线。避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线。避免出现“暗凹”，“跳跃”等不良现象。

⑤ 平、竖曲线半径都很小时不宜重合，此时应将两者分开，把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。

3.4 纵断面设计

纵断面线形设计应根据道路登记、沿线自然条件和构造物控制高程等，确定路线合适的高程等，确定路线合适的高程、变坡点、各坡段的纵坡和坡长设计竖曲线及与平面线形的组合。

3.4.1 纵断面设计过程

（1）根据平面地形图上已知的等高线，每隔20m确定各个里程桩的地面高程。 （2）绘制完地面线后，绘出平面直线，平曲线，以便之后的平纵的组合设计，结合区域内实际地形地貌，在路线纵断面图上选择控制点。

（3）根据已选的控制点，结合纵断面技术指标、选线意图、结合地面起伏变化及平曲线形，在纵断面图上补充添加控制点，初步定出变坡点位置。

（4）结合地面的起伏状况，本着填挖平衡的原则，在小范围内调整各个变坡点及控制点的桩号、高程及坡度等。填方地段应尽量选设凹形曲线的变坡点；挖方地段应尽量选设凸形曲线的变坡点，并结合平曲线的起始点，注意满足“平包竖”。变坡点一般要调整到10m整桩号上。

（5）根据各设计变坡点的桩号和地面高程，需设桥梁的路段，应使桥梁设在竖曲线起终点10m之外，小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上，为保证行车平顺，应尽量避免在小桥涵处出现驼峰式纵坡。

根据以下公式计算纵坡坡度：

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

ii＝（Yi+1-Yi）/X (33) ωi＝ii+1-ii (34) 式中：ii——第i纵坡坡度，上坡为正，下坡为负； Yi——第i变坡点高程;

X——第i～i+1变坡点之间坡长； ωi——变坡角

当ωi为“+”时，表示凹形竖曲线，当ωi为“-”时，表示凸形竖曲线。

（6）结合地形、地貌，根据设计标准及规定，并结合平竖曲线匹配的原则，选定适当的竖曲线半径，然后利用如下公式计算竖曲线的几何要素，同时检查竖曲线设计是否与平曲线发生冲突。

L ＝ Rω (35) T ＝ L/2 (36)

T2 E (37)2R式中：L ——竖曲线长（m）；

T ——竖曲线切线长（m）； E ——竖曲线的外距长（m）； ω——坡度差。

（7）在路线纵断面图上，描绘出设计线路；然后计算对应桩号的设计高程和填挖高度，在纵断面图上绘制竖曲线及其要素，加以标注，完成纵断面设计。

3.4.2 纵断面具体设计过程

本路全线共设变坡点4个，第一个变坡点在K0+520处，第二个变坡点在K1+100处，第三个变坡点在K1+640处，第四个变坡点在K2+420处。从起点到第一变坡点坡长为520m，满足坡长要求，纵坡0.837%；从第一变坡点到第二变坡点纵坡坡长为580m，满足坡长要求，纵坡为-0.982%；从第二变坡点到第三变坡点纵坡坡长为540m，满足坡长要求，纵坡为0.527%；从第三变坡点到第四变坡点纵坡坡长780m，满足坡长要求，纵坡为-1.801%，从第四变坡点到终点纵坡坡长630m，满足坡长要求，纵坡为1.332%。

第一变坡点处为凸形竖曲线，半径为16000m，起点为K0+374.432，终点为

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

K0+665.568，对应平曲线起终点为K0+134.097，K0+986.786，满足平包纵的要求；

第二变坡点处为凹形竖曲线，半径为7000m，起点为K1+4047.159，终点为K1+152.841，对应平面为直线，满足组合设计要求；

第三变坡点处为凸形竖曲线，半径为13000m,起点为K1+488.673，终点为K1+791.328，对应平曲线起终点为 K1+229.677，K1+941.513；

第四变坡点处为凹形竖曲线，半径为10000m，起点为K2+4263.362，终点为K2+576.638，对应平曲线起终点为K2+130.527，K3+024.844，满足平包纵的要求。

3.4.3 竖曲线要素计算

（1）第一变坡点竖曲线要素计算：

R=16000m i1=0.837% i2=-0.982% ω= i2-i1＝-1.819%, L=Rω=291.04m T ＝ L/2＝145.52m E= Tω/4=0.66m （2）第二变坡点竖曲线要素计算：

R=7000m i1=-0.982% i2=0.527% ω= i2-i1＝1.509%, L=Rω=105.63m T ＝ L/2＝52.815m E= Tω/4=0.2m （3）第三变坡点竖曲线要素计算：

R=13000m i1=0.527% i2=-1.801%

ω= i2-i1＝-2.328%, L=Rω=302.64m T ＝ L/2＝151.32m E= Tω/4=0.88m （4）第三变坡点竖曲线要素计算：

R=10000m i1=-1.801% i2=1.332% ω= i2-i1＝3.133%, L=Rω=313.3m T ＝ L/2＝156.65m E= Tω/4=1.22m

3.4.4 竖曲线上任意点设计高程计算

竖曲线上任意点设计高程计算用下式计算：

切线高程=变坡点标高－（竖曲线切线长T－X）×i (38) 设计高程=切线高程±Y (39) 式中：i为纵坡度,带正负号计算

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

Y为竖曲线上计算点距切线（即坡度线）的纵距

Y=X2/2R (310) X＝计算点桩号-竖曲线起点桩号 (311) 竖曲线起点桩号＝变坡点桩号-T (312) （1）第一变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：57.4589m 前切点高程：57.4589-145.52×0.837％＝56.2409m 后切点高程：57.4589-145.52×0.982％＝56.0299m 其余的每隔20m公式3-8，3-9计算设计高程。

（2）第二变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：51.7609m 前切点高程：51.7609+52.815×0.982％＝52.2795m 后切点高程：51.7609+52.815×0.527％＝52.0392m 其余的每隔20m公式3-8，3-9计算设计高程。

（3）第三变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：54.6085m 前切点高程：54.6085-151.32×0.527％＝53.811m 后切点高程：54.6085-151.32×1.801％＝51.8832m 其余的每隔20m公式3-8，3-9计算设计高程。

（4）第四变坡点处曲线设计高程计算：已知变坡点高程：40.5624m 前切点高程：40.5624+156.65×1.801％＝43.3837m 后切点高程：40.5624+156.65×1.332％＝42.649m 其余的每隔20m公式3-8，3-9计算设计高程。

3.4.5 直线段设计计算高程

直线段上的设计高程里可通过切点高程，根据坡度，每隔20m，依次递减或递增就可以得到各里程桩号的高程。

3.4.6 反算反向曲线间的直线距离

反向竖曲线间宜插入直线坡段，直线坡段应大于等于3s设计速度行程，本次设计车速120km/h，即140m长的距离，反算如下：

已知，交点间的直线长度：

0- 1: 520m 1 - 2: 580m 2 - 3: 540m 3 -4: 780m 4 -5: 630m

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第三章 纵段面设计

T1=145.52m, T2=52.815m, T3=151.32m，T4=156.65m 故： 曲线1和曲线2之间的直线长度为：

580-145.52-52.815＝381.665m>140m 曲线2和曲线3之间的直线长度为： 540-52.815-151.32＝335.865m>140m 曲线3和曲线4之间的直线长度为： 780-151.32-156.65＝472.03m>140m

满足要求。

3.5 纵断面设计整理

纵断面设计整理资料见附录纵坡、竖曲线表。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

第四章 横断面设计

4.1 横断面构造及尺寸

高速公路横断面一般由行车道、中间带、路肩三个部分组成，下面分别介绍横断面的构造及尺寸。

4.1.1 行车道

行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称，高速公路有四条以上的车道，以中央分隔带将上下行车辆分开，行车道宽度直接影响公路的通行能力、行车速度、行车安全，其宽度必须有能满足对向车辆错车、超车或并列行驶以及车辆与路肩之间所必须的余宽。高速公路的车道数应根据预测交通量、服务水平等确定车道数，对本次设计车速为120km/h的高速公路，单条车道宽度为3.75m。

此次设计，单条车道宽度采用3.75m。

4.1.2 中间带

高速公路为保证行车安全必须设置中间带，它是由中央分隔带和两条左侧路缘带组成，中央分隔带是用来分隔往返车流，避免因快车驶入对向车道而造成严重的交通事故，路缘带既能引导驾驶员视线，又增加行车所必须的侧向余宽，从而提高行车的安全性和舒适性。中间带的宽度有一般值和极限值，正常情况下采用一般值，遇到特殊情况下采用极限值。一般情况下，对于120km/h的设计车速，中间带宽度为4.5m，其中中央分隔带为3.0m，左侧路缘带为0.75m，条件受限时，中间带宽度为3.5m，其中中央分隔带为2.0m，左侧路缘带为0.75m。

此次设计采用的参数是：中间带宽度为4.5m，其中中央分隔带为3.0m，左侧路缘带为0.75m。

4.1.3 路肩

高速公路路肩通常由右侧路缘带、硬路肩、土路肩三部分组成，其主要作用是增加路幅的富余宽度，供临时停车及错车之用，同时为填方路段通车后的路基提供宽度损失。路肩宽度的确定应在满足路肩功能要求的条件下，尽量采用较窄的宽度，对本次设计车速为120m/h的高速公路，硬路肩宽度一般值为3.5m，最小值为3m，土路肩宽度为0.75m，

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

右侧路缘带宽度一般为0.5m。

此次设计采用参数为：右侧硬路肩宽度3.0m；土路肩宽度0.75m；在右侧硬路肩内设右侧路缘带，宽度0.5m。

4.1.4 路基宽度

路基宽度即是设置的车道宽度、中间带宽度、路肩宽度的总和，对于8车道整体式的路基宽，其宽度一般值取45m。

此次设计路基采用整体式路基，宽度为45m。

4.1.5 路拱

为了利于路面排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称为路拱。路拱有抛物线形、直线型、折线形、双曲线拱四种形式，其倾斜的大小用百分率表示。路拱坡度值的确定应有利于行车安全和路面排水，其大小与当地自然条件、设计路面类型等因素有关。

路拱一般采用直线型，对本次设计的沥青混凝土路面，路拱坡度大小其大小为1％～2％之间，由于土路肩的排水性远低于路面，其横向坡度一般比路面坡度大1％～2％。直线段的硬路肩横坡度与行车道横坡度相同。综合考虑，此次设计路拱直线段采用2%的坡率，硬路肩采用2%的坡率，土路肩采用3%的坡率，在有超高渐变的路段路拱按超高渐变要求设计，根据平曲线半径采用2%~5%的超高渐变过程。

4.1.6 路基

路基高度指路基设计标高与路中线原地面标高之差，即路堤的填筑厚度或路堑的开挖深度。但对路基边坡高度来说，则指填方坡脚或挖方坡顶标高与路基设计标高之差。路基高度是在纵坡设计时就已经确定了的。在设计中，要注意路基最小填土高度，其必须保证路基不因地面水、地下水、毛细水及冻胀作用的影响而降低其强度和稳定性。

4.2 路基横断面

路基的典型横断面形式有：路堤，路堑和填挖结合三种。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

4.2.1 路堤

按其填土高度可划分为矮路堤，高路堤和一般路堤。填土高度在1～1.5m的属于矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的属于高路堤；介于两者之间的属于一般路堤。

4.2.2 路堑

路堑开挖后，在一定范围内改变了原地层的自然平衡状态，其稳定性主要取决于地质与水文条件以及边坡的高度及陡度上。一般说的路堑，是指挖方深度小于30m（岩质）和高度小于20m（土质）条件下的路堑，超过上述界限则属于挖方高边坡，需要特殊处理。

4.2.3 填挖结合路基

填挖结合路基兼有路堤和路堑两者的特点，此种形式位于山坡的路基，通常取路中心的标高接近于原地面标高，目的是为了减少土石方数量，保持土石方数量的横向填挖平衡。若处理得当，路基稳定可靠，是比较经济的路基横断面形式。

4.3 横断面设计

4.3.1 横断面设计过程

（1）在所拟路线上任选1km路段进行设计，对路中线上的点每隔20m进行一次横断面量测，左右各量测大约30m（高填、挖方路段延伸到50m），平曲线上特殊点需读出来。（本设计选取K2+000~K3+000）

（2）点绘横断面的横向地面线。

（3）根据路线、路基资料，填写路基设计表，根据路基设计表的成果，将横断面的填挖值及有关资料抄于相应桩号的断面上。

（4）在路基宽度确定的后，按照排水要求，确定边沟、截水沟的形状及尺寸 （5）绘制横断面的设计线，俗称“戴帽子”。 （6）计算横断面的填挖面积。

（7）土石方计算及调配，完成路基土石方工程数量表。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

4.3.2 横断面布置过程

（1）横断面布置

在设计车速为120km/h的高速公路下，此次设计取8车道路基宽度为45m，单条车道宽度为3.75m，路面宽度为15.00m，中间带4.5m(包括两侧左侧路缘带各0.75m在内),路肩宽度为3.75m，其中硬路肩为3.0m（包括右侧路缘带0.50m在内），土路肩为0.75米，采用的路拱横坡为2%，硬路肩横坡为2%，土路肩横坡为3%。

（2）加宽

当平曲线半径小于或等于250米时，应在平曲线内侧加宽。在设计中平曲线半径都远大于250m，不需要加宽。

（3）超高值的计算

对于各种中间带宽度，都可绕中央分隔带的边缘旋转；对于车道数大于4条的公路可绕各自行车道中线旋转。本次设计采用绕中央分隔带旋转。路拱横坡≦2.0%时，不设超高的半径为5500m，本次选取所选路段横断面设计中圆曲线半径为JD3（此处设计详细说明，其余设计见表4.1），R=1300m，小于5500m，要设超高。该平曲线上的圆曲线上全超高横坡分别为5％，在超高缓和段上要逐渐过渡到全超高，设计车速为120km/h超高渐变率为1/250。

因为在确定缓和曲线长度时已经考虑了超高缓和段的长度，所以一般情况下超高缓和段的长度与缓和曲线的长度相等。所以取：Lc=335m， Lc满足5的倍数。在全缓和曲线范围内设超高。

Lc第一缓和曲线从K2+130.527处设为超高缓和段起点，终点结束于K2+465.527，全长335m ；第二缓和曲线从K2+689.844开始设缓和段，终点结束于K3+024.844，全长335m。

然后利用下表公式计算缓和段的超高值：

表4.1 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式

超高位置 外 侧 内 侧

C D C D

计算公式

x距离处行车道横坡值

备注

1、计算结果均为与设计高之高差

2、设计高程为中央分隔带外侧边缘D点的高程 3、当xb1Bb2ix

0 0

iiixGhxiG

LciiixhGxiG

Lc31

b1Bbxb2ix

Lc时，为圆曲线的

超高值

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

注：

B—左侧（或右侧）行车道宽度（m）； b1—左侧路缘带宽带（m）；

； b2—右侧路缘带宽带（m）

bx—x距离处路基加宽值（m）； iG—路拱横坡度；

ih—超高横坡度；

x—超高过渡段中任意一点至超高过渡段起点的距离（m） 现将超高值计算指标汇总如下：

表 4.2 超高值计算指标汇总

交点 超高过渡段超高横坡路面宽路肩宽度（m） 路拱横坡路肩横坡度（iJ） 土路肩 长度Lc（m） 度（ih） 度（m） 硬路肩 335 335 335 4% 3% 4% 45 45 45 3.0m 土路肩 度（iG） 硬路肩 JD1 JD2 JD3 0.75m 2% 2% 3% 以JD3为例进行计算

① 计算全超高段（从HY—QZ—YH）的全超高值

外侧行车道边线hcb1Bb2ix0.75150.750.040.66m (41) 外侧中央分隔带边线h=0 外侧硬路肩边线

hcb1Bb2ix0.75150.75(0.040.020.02)0.66m

外侧路基边线

hcb1Bb2ix0.75150.75(0.040.030.02)0.825m

内侧行车道边线hcb1Bbxb2ix0.75150.750.040.66m (42) 内侧中央分隔带边线h=0 内侧硬路肩边线

hcb1Bb2ix0.75150.75(0.040.020.02)0.66m

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

内侧路基边线

hcb1Bb2ix0.75150.75(0.040.030.02)0.825m

② 超高过渡段（ZH—HY及YH—HZ）内各桩点超高值计算

Lc=335m

计算K2+450的超高值

x24502130.527319.473m 外侧行车道边线

ixiGih0.03640.02LxiG335319.4730.020.0337 chcb1Bb2ix0.75150.750.03370.556m

外侧中央分隔带边线h=0 外侧硬路肩边线

iiGihLxi0.03640.02xG335319.4730.020.0337 chcb1Bb2ix0.75150.750.03370.556m

外侧路基边线

iihLxi0.03640.03xiGG319.4730.030.0333 c335hcb1Bb2ix0.75150.750.03330.549m

内侧行车道边线

iGihLxi0.03640.02xiG335319.4730.020.0337 chcb1Bb2ix0.75150.750.03370.556m

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(43) 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

内侧中央分隔带边线h=0 内侧硬路肩边线

ixiGih0.03640.02xiG319.4730.020.0337 Lc335hcb1Bb2ix0.75150.750.03370.556m

内侧路基边线

ixiGih0.03640.03xiG319.4730.030.0333 Lc335hcb1Bb2ix0.75150.750.03330.549m

4.3.3 路基土石方数量计算

路基土石方是公路工程的一项主要工程量，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侧设质量的主要技术经济指标之一。在编制公路施工组织计划和工程概预算时，还需要确定分段和全线的路基上石方数量。

地面形状是很复杂的，填挖方不是简单的几何体，所以其计算只能是近似的，计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时于点的密度和计算公式与实际情况的接近程度等。计算时一般应按工程的要求，在保证使用的前提下力求简化。

路基填挖的断面积，是指断面图中原地面线与路基设计线所包围的面积，高于地面线者为填，低于地面线者为挖，两者应分别计算，下面介绍几种常用的面积计算方法:

（1）积距法：适用于不规则图形面积计算

把横断面图划分成若干条等宽的小条，累加每一小条中心处的高度，再乘以条宽即为该图形的面积。

将断面按单位横宽划分为若干个梯形与三角形条块，每个小条块的近似面积为： Fi=bhi (44) 则横断面面积：

当b=1m时，则F在数值上就等于各小小条块平均高度之和Σhi。

要求得Σhi的值，可以用卡规逐一量取各条块高度的累积值。当面积较大卡规张度不够用时，也可用米厘方格纸折成窄条代替卡规量取积距，用积距法计算面积简单、迅

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

速。若地面线较顺直，也可以增大b的数值，若要进一步提高精度，可增加测量次数最后取其平均值。 （2）坐标法

已知断面图上各转折点坐标（xi，yi），则断面面积为：

xyAii1xi1yi2 (45)

坐标法的精度较高，适宜于用计算机计算。

计算横断面面积还有几何图形法、数方格法、求积仪法等。

若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱体其体积的计算公式为：

VA1A2•L (46) 2式中：V——体积，即土石方数量（m3）；

A1、A2——分别为相邻两断面的面积（m2）； L——相邻断面之间的距离（m）。 此法计算简易，较为常用，一般称之为“平均断面法”。

土石方数量计算应注意的问题：

（1）填挖方数量分别计算，（填挖方面积分别计算）； （2）土石方应分别计算，（土石面积分别计算）；

（3）换土、挖淤泥或挖台阶等部分应计算挖方工程量，同时还应计算填方工程量； （4）路基填、挖方数量中应考虑路面所占的体积，（填方扣除、挖方增加）； （5）路基土石方数量中应扣除大中桥所占的体积，小桥及涵洞可不予考虑。 以K0+850-K0+950段为例，在此段中只有挖方，且两断面的面积很接近，可以将此段挖方体积假设为一棱柱，则挖方面积即土石方挖方量计算公式为： VA1A2L10091.09198.269467.55m3 22 此段土石方挖方量近似为9467.55m3

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

4.3.4 路基土石方调配

土石方调配的目的是为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，在经济合理的调运条件下移挖作填，达到填方有所“取”，挖方有所“用”，避免不必要的路外借土和弃上，以减少占用耕地和降低公路造价。 填方土源：附近挖方利用。 挖方去向：调往附近填方。 （1）土石方调配原则

① 就近利用，以减少运量：在半填半挖断面中，应首先考虑在本路段内移挖作填进行横向平衡，然后再作纵向调配，以减少总的运输量。

② 不跨沟调运：土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不作跨越调运。

③ 高向低调运：应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土；位于山坡上的回头曲线段优先考虑上线向下线的土方竖向调运。

④ 经济合理性：应进行远运利用与附近借土的经济比较（移挖作填与借土费用的比较）。

远运利用的费用：运输费用、装卸费等

借土费用：开挖费用、占地及青苗补偿费用、弃土占地及运费

为使调配合理，必须根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距，用以分析工程用土是调运还是外借。

土方调配“移挖作填”固然要考虑经济运距问题，但这不是唯一的指标，还要综合考虑弃方或借方占地，赔偿青苗损失及对农业生产影响等。有时移挖作填虽然运距超出一些：运输费用可能稍高一些，但如能少占地，少影响农业生产，这样，对整体来说也未必是不经济的。

⑤ 不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定和人工构造物的材料供应。

⑥ 土方调配对于借土和弃土应事先同地方商量，妥善处理。借土应结合地形、农田规划等选择借土地点，并综合考虑借土还田，整地造田等措施。弃土应不占或少占耕地，在可能条件下宜将弃土平整为可耕地，防止乱弃乱堆，或堵塞河流，损坏农田。 （2）土石方调配方法

36

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

土石方调配方法有多种，如累积曲线法、调配图法及土石方计算表调配法等，目前生产上多采用土石方计算表调配法，该法不需绘制累积曲线图与调配图，直接可在土石方表上进行调配，其优点是方法简捷，调配清晰，精度符合要求。该表也可由计算机自动完成。具体调配步骤是：

① 土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的，调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡、大沟等注在表旁，供调配时参考。

② 弄清各桩号间路基填挖方情况并作横向平衡，明确利用、填缺与挖余数量。 ③ 在作纵向调配前，应根据施工方法及可能采取的运输方式定出合理的经济运距，供土石方调配时参考。

④ 根据填缺挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济和支农的原则，具体拟定调配方案。方法是逐桩逐段地将毗邻路段的挖余就近纵向调运到填缺内加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头标明在纵向利用调配栏中。

⑤ 经过纵向调配，如果仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏内。

⑥ 土石方调配后，应按下式进行复核检查：

横向调运十纵向调运十借方=填方 横向调运十纵向调运十弃方=挖方 挖方十借方=填方十弃方

以上检查一般是逐页进行复核的，如有跨页调配，须将其数量考虑在内，通过复核可以发现调配与计算过程有无错误，经核证无误后，即可分别计算计价上石方数量、运量和运距等，为编制施工预算提供上石方工程数量。 （3）关于调配计算的几个问题 ① 经济运距

填方用土来源，一是路上纵向调运，二是就近路外借土。一般情况调运路堑挖方来填筑距离较近的路堤还是比较经济的。但如调运的距离过长，以致运价超过了在填方附近借土所需的费用时，移挖作填就不如在路堤附近就地借土经济。因此，采取“调”还是“借”有个限度距离问题，这个限度距离即所谓“经济运距”，其值按下式计算：

B 经济运距 L经 = + L免 (47)

T式中：B——借土单价（元／m3）； T——远运运费单价（元／m3·km）；

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第四章 横断面设计

L兔——免费运距（km）。

由上可知，经济运距是确定借土或调运的限界，当调运距离小于经济运距时，采取纵向调运是经济的，反之，则可考虑就近借土。

② 平均运距

土方调配的运距，是指从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。在路线工程中为简化计算起见，这个距离可简单地按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算，称平均运距。

在纵向调配时，当其平均运距超过定额规定的免费运距，应按其超运运距计算土石方运量。

③ 运量

土石方运量为平均运距与土石方调配数量的乘积。单位：m3·km

在生产中，工程定额是将平均运距每10m划为一个运输单位，称之为“级”，20m为两个运输单位，称为二级，余类推，在土方计算表内可用符号①、②表示，不足10m时，仍按一级计算或四舍五人。于是：

总运量=调配（土石方）方数×n

式中：n——平均运距单位（级），其值为：

nLL免/A (48)

其中：L ——平均运距； L免——免费运距。

在土石方调配中，所有挖方无论是“弃”或“调”，都应予以计价。但对于填方则不然，要根据用土来源来决定是否计价。如果是路外借土，那当然要计价，倘若是移挖作填调配利用，则不应再计价，否则形成双重计价。因此计价土石方必须通过土石方调配表来确定其数量为：

计价土石方数量=挖方数量十借方数量

一般工程上所说的土石方总量，实际上是指计价土石方数量。一条公路的土石方总量，一般包括路基工程、排水工程、临时工程、小桥涵工程等项目的土石方数量。对于独立大、中桥梁、长隧道的土石方工程数量应另外计算。

4.4 横断面设计整理

横断面设计资料的整理详见路基设计表及路基土石方数量表。

38

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第五章 路基排水

第五章 路基排水

路基排水的目的和要求，路基路面的强度与稳定性同水的关系十分密切。路基路面的病害有多种，形成病害的因素也很多，但水的作用是主要因素之一，因此路基路面设计、施工和养护中，必须十分重视路基路面排水工程。公路排水设施是公路工程必不可少的重要组成部分，在施工期可以提高施工效率，保障施工人员及设备的安全；在运营期，可以减少公路的返修率，减低维护费用，提高汽车运行的平稳性和安全性，提高行车速度，保证正常的通车时间，减少交通事故。

路基设计时，必须将影响路基稳定性的地面水排除和拦截在路基用地范围以外，并防止地面漫流、滞积或下渗。对影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引到路基范围以外适当的地点。

路面积水由2%路拱横坡排出，经坡面汇入全线贯通的边沟，边沟水排至原有的排水沟渠。

中央分隔带采用凸形，坡面双向外倾，坡度1%；表面无铺面，为防表面水下渗，设置纵向碎石盲沟，并隔一定间距通过横向塑料排水管将中央分隔带渗水排出路界。

边沟纵坡为0.5%，边沟出水口的间距，不超过500m，边沟出口水的排放应结合地形、地质条件以及桥涵水道位置，排引到路基范围外、使之不冲刷路堤坡脚。

截水沟设在路堑坡顶5m或路堤坡脚2m以外，截水沟长度控制在200m-500m内；超过500m时，在中间适宜位置处增设泄水口，由急流槽或急流管分流排引。

5.1边坡的设计

对于路堤边坡，一般的土质边坡，均采用1：1.5，当边坡高度高时，下部可改用1：1.75的坡度，以保障路基的稳定；对于石质路堤边坡，一般采用未风化的石块砌筑，边坡坡度一般可取1：1；对于路堑边坡，一般情况下，具有一定粘性土质的挖方边坡坡度，取值为1：0.5～1：1.5，个别情况下，可放缓至1：1.75。

挖方边坡的挖方高度为6m，边坡坡度为1:0.5，坡脚至边沟之间的距离为1.5m；填方边坡的填方高度为6m，边坡坡度为1:1.5，坡脚至边沟的距离为1.5m。

39

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第五章 路基排水

5.2 边沟排水

5.2.1 排水边沟断面尺寸确定

采用矩形浆砌片石明沟排水，砂浆勾缝，底宽0.6m，沟深0.6m，内侧边坡坡度为1：1，如图

图5.1 挖方路基边沟横断面 单位:m

5.22 设计径流量

汇水长度取为最长挖方段长，从K0+793.498-K1+374.094，全长680.596m。沟底纵坡为0.5%，边坡坡度取1：1，计算汇水面积时坡面流长为10.4m,路基宽45m，路拱横坡2%，其坡面流长为22.5m；中央分隔带坡面流长1.5m，横坡4%，假设汇流历时（不包括山坡汇流）为15min。

路界内各项排水设施所需排泄的设计径流量按下式计

Q=16.67ψqF (51)式中：Q—设计径流量，m3/s；

q—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min； ψ—径流系数； F—汇水面积，m2。

（1） q值在缺乏资料时，可利用标准降雨强度等值线图和有关转换系数按下式进行计算：

qcpctq5,10 (52)q5,10一10—5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度，式中：查中国5年一遇10min

降雨强度q5,10等值线图，取q5,10=1.7mm/min；

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第五章 路基排水

Cp—重现期转换系数，查《公路排水设计规范》JTG/TD33-2012中表3.0.7-1，取重现期为15年，则Cp =1.54；

Ct—降雨历时转换系数，查《公路排水设计规范》JTG/TD33-2012中表3.0.7-2，取Ct =0.82；

所以 q=1.54×1.7×0.82=2.147mm/min

（2）汇水面积F的计算

沥青混凝土路面汇水面积：F122.5680.59615313.41m2； 路基边坡汇水面积：F210.4680.5967078.1984m2； 碎落台汇水面积：F31.5680.5961020.894m2； 截水沟到路堑边坡的汇水面积：F4680.596m2； 总汇水面积

FF1F2F3F415313.417078.19841020.894680.59624093.0984m2

（3） 查《公路排水设计规范》JTG/TD33-2012中表，沥青混凝土路面径流系数Ψ=0.95，细粒土坡面和路肩径流系数Ψ=0.4～0.65，取0.5，陡峻的山地径流系数Ψ=0.75～0.9，取0.8。 平均径流系数

Ψ=(15313.41×0.95+7078.1984×0.5+1020.894×0.5+680.596×0.8)/24093.0984 =0.794

所以 Q16.67qF16.670.7942.14724093.09841060.634m3/s

5.2.3汇流历时检验

（1） 水力半径

边沟设计沟深0.6 m，规范规定沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上，所以取设计水面距沟底深0.4m，底宽为0.6m。 所以 过水断面面积A0.40.60..24m2

湿周0.60.421.4m 水力半径RA0.240.171m 1.4（2）平均流速

沟、管内平均流速按下式计算：

41

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第五章 路基排水

v

12/31/2RIn (53)式中：n—沟壁、管壁粗糙系数，浆砌片时明沟为0.025；

R—水力半径，m； I—水力坡度，取0.5%；

2121所以 1R3I21n0.0250.17130.00522.76m/s （3） 坡面汇流历时 按公式5-4进行计算：

0.467 t1.445m1LsLs370m is式中：t—坡面汇流历时，min；

Ls—坡面流的长度，m； is—坡面流的坡度，%；

m1—地表粗度系数，沥青路面和路肩取0.013，护坡道、路基边坡取0.1。所以 中央分隔带坡面汇流历时：

0.467t0.0131.511.4450.020.573min

路面坡面汇流历时：

0.467t1.4450.01322.520.025.058min

土路肩坡面汇流历时：

0.467t0.10.7531.4450.030.977min

路堑边坡坡面汇流历时：

0.0.467t1.445110.440.023.669min

（4） 沟、管内汇流历时

42

(54)

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第五章 路基排水

按公式5-5计算：

lit'n (55) i160vi式中：t—沟、管内汇流历时，min；

n，i—分段数和分段序号；

li—第i段长度，m； vi—第i段平均流速，m/s。

所以 边沟内的汇流历时为：t680.5966602.764.11min

（5）总汇流历时

Tt1t2t3t4t5

0.5735.0580.9773.6694.1114.387min15min 所以汇流历时满足要求。

（6） 流量检验

设计边沟的泄水能力按下式计算：

QcvA 式中：Qc—沟、管的泄水能力，m3/s；

v—沟、管内的平均流速，m/s； A—过水断面面积，m2

所以 Q3c2.760.240.6624m0.634m3 满足排水要求。

43

(56)

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

第六章 路面设计

路面是直接供车辆行驶的部分，设计的好坏直接影响行车速度、安全和运输成本。本次设计采用沥青混凝土路面，它是一种多层结构，各组成成分在结构体系中具有不同的功能，发挥各自的作用。

6.1 路面结构组合设计

路面结构组合应结合交通荷载、环境因素、当地筑路材料等条件，从技术经济角度出发，选择合理的路面结构体系。本次设计为新建沥青混凝土高级路面，设计年限为15年，按照作用在路面上的行车荷载，在路面结构中所产生的应力和应变随深度增加而递减的规律，路面结构层材料强度和刚度也应遵循自上而下递减的规律，以便充分发挥各层次材料的性能，同时考虑到面层强度和刚度高、造价高，而基层、底基层强度、刚度比面层低，造价也低这一情况，在厚度结合时，宜从上到下由薄到厚，以达到经济的目的。由于面层直接承受行车荷载，故高速公路的沥青面层宜采用前辈设计人员的三层结构，高速公路的沥青层厚度宜为12～18cm。基层主要是承受行车荷载应力的承重层，应该具有强度、刚度和稳定性。高等级路面宜采用强度和和刚度较高的沥青稳定类或无机结合料稳定类，而底基层那顾客充分利用当地筑路材料，采用强度、刚度稍低的材料，由于本路段沿线出露大面积玄武岩，岩质坚硬，料、块、片石材料非常丰富，且开采较为方便。另外，白云岩、卵碎石和天然砂储量较丰富，故底基层考虑采用级配碎石结构。由于本地区的路基类型为干燥路基类型，故可考虑不设垫层。为了保证路面结构层之间传递应力的连续性和结构的整体性，层间结合应尽量紧密稳定。

6.2 路面结构设计

通过路面结构层组合分析，再综合沿线交通量、水文地质、沿线筑路材料，拟定的路面材料如下：

面层：沥青 基层：沥青碎石

底基层：石灰土、天然砂砾

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

6.3 路面结构层厚度设计

6.3.1 相关资料和控制指标

我国现行沥青路面设计方法，采用双圆垂直均布荷载下的多层弹性层状理论，以路表设计弯沉值作为路面整体刚度的设计控制指标。对高速公路沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层，应对层底弯拉应力进行验算。

本路段设计车速为120km/h，交通量增长率为13.5%，公路按自然区划属5区，地下水位1m，平均填土高度>2m，地表土质由由灰黄、灰白等色的粘土、淤泥质粘土，砂粘土、细砂和粉砂相互沉积而成，结构稍密，局部松散，结合有关规范，本路段路基干湿类型为干燥类型。

6.3.2 具体设计过程

（1）车道数的确定：

高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通25000~55000辆； 六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通两45000~80000辆；

八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通两60000~100000辆；

高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测。 交通量预测见表6.1：

表6.1 近期交通量预测表

路面等级 车型 流量 跃进NJ130车 解放CA10B车 黄河NJ150车 东风EQ140车 小客车

一级公路（辆/日） 630 1230 255 155 460

45

高速公路（辆/日） 700 1400 350 300 2000

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

注：高速公路年增长率13.5%。

交通量换算采用小客车为标准车型。确定公路登记的各汽车代表车型和车辆折算系数规定如下表：

表6.2 各汽车代表车型与车辆折减

汽车代表类型

小客车 中型车 大型车 拖挂车

汽车代表车型

1.0 1.5 2.0 3.0

说明

≤19座的客车和载质量≤2t的货车 >19座的客车和载质量>2t～≤7t的货车

载质量>7t～≤14t的货车 载质量>14t的货车

N0=700×1.5+1400×1.5+350×2+300×1.5+2000×1.0=6300 NdN0(1)n1=6300(113.5%)20-1=69865.36≈69866

N0——起始年平均日交通量

 ——年平均增长率

n —— 设计年限

因为60000≤Nd=69866≤100000，所以该高速公路选用8车道。 （2）轴载分析：路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载。

① 当以设计弯沉为指标及验算沥青层底拉应力时：各级轴载换算采用以下公式，小于25KN的不计。

PNC1•C2•ni•iPi1k4.35 (61)

式中：N——标准轴载的当量轴次（次/日）； ni——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）； C1——轴数系数；

C2——轮组系数，单轮组为6.4，双轮组为1；k表示被换算车辆的类型数。 当轴间距大于300时，应按单独的一个轴载计算，此时轴数系数为m；当轴检举小于3m时，按双轴或多轴计算，轴数系数按以下公式计算：

C1=1+1.2(m-1)， (62) m——轴数；

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

计算结果见下表：

表6.3 预测交通量组成

车型 跃进NJ130 解放CA10B 黄河JN150 东风EQ140 小客车

前轴重/KN 16.20 19.40 49.00 23.70 <20.00

后轴重/KN 38.30 60.90 101.60 69.20 <20.00

后轴数 1 1 1 1 1

后轴轮组数

双 双 双 双 单

交通量（辆/日）

700 1400 350 300 2000

表6.4 轴载换算结果汇总（以弯沉为标准时）

车型

Pi/KN

C1

C2

Ni/（辆/日）

PC1•C2•niiP4.35

跃进NJ130 解放CA10B 黄河JN150

东风EQ140 合计：

k后轴 后轴 前轴 后轴 后轴

4.3538.3 60.90 49.00 101.60 69.20

1 1 1 1 1

1 1 6.4 1 1

7000 1400 350 350 300

10.76 161.89 100.60 375.02 60.48 708.75

PC1C2niiPi1

高速公路沥青路面的设计年限为15年,8车道的车道系数为0.25～0.35。此处取0.35，则累计当量轴次为：

Ne11365•Nt10.1351• (63)

1365708.750.353887798.04次0.13515② 当验算半刚性基层层底层底拉应力时：各级轴载采用以下公式换算，大于50KN的轴载不计，

P式中，N'C•C•ni•i (64)

Pi1k'1'28C1'——轴数系数，C1'12m1，m为轴数；

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

C2'——轮组系数，单轮组为18.5，双轮组为1.0，

计算结果见下表：

表6.5轴载换算结果汇总

车型

Pi/KN

C1

1 1 1

'C2

1 1 1

'Ni/(辆/日) 1400 350 300

PCCnii

P'1'28解放CA10B 黄河JN150 东风EQ140 合计： N'k后轴 后轴 后轴

'''260.90 101.60 69.20

826.49 397.39 15.78 439.66

PC1Cnii Pi1则用于验算半刚性基层层底拉应力的累计当量轴次为：

Ne'11365•Nt10.1351•1365439.660.352478942.66次0.13515 (65)

（3）路面结构组合设计

高速公路和一级公路路面，面层选择沥青混凝土。面层采用16cm沥青混凝土，面层采用三层结构，表面层（4cm）、中面层(6cm)和地面层(6cm)。基层采用20cm沥青碎石，底基层采用41cm石灰土和30cm天然砂砾。 （4）土基回弹模量的确定

该区位于东部温润季冻区，且土质以粘性土为主，地理区划为V2，地下水位为1m，高度介于平均填土高度>2m，此高度位于H1（2.0～2.2），属干燥路基，路基平均稠度大于c1=1.08，取ω＝1.15， E0=40MPa。 （5）确定各层的材料的抗压模量与劈裂强度

按设计弯沉计算厚度时采用20℃抗压模量，沥青混凝土为1200MPa，验算面层底弯拉应力时，采用15℃抗压模量，沥青混凝土为1600MPa，沥青碎石为800MPa，石灰土为600MPa，天然砂砾为200MPa。

各层材料劈裂强度为：沥青混凝土为1.5MPa，石灰土为0.25MPa。 初拟路面结构及力学计算参数

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

表6.6 设计参数汇总表

材料名称 沥青混凝土 沥青碎石 石灰土 天然砂砾 土基

厚度/cm 16 20 -- 30 --

20°C抗压模量/Mpa

1200 800 600 200 40

15°C抗压模量/Mpa

1600

允许拉应力/Mpa

0.558 0.102

（6）设计指标的确定

① 设计弯沉

用下列公式计算： Ld600Ne0.2AcAsAb (66)

Ld——路面设计弯沉值（0.01mm）

Ne——设计年限内一个车道上的累积当量轴次； Ac——公路等级系数，高速公路取1.0； As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；

Ab——基层类型系数，对半刚性基层、底层基层总厚度等于或大于20cm时为1.0 由公式(66)算得：Ld＝600×3887798.04-0.2×1×1×1＝28.85（0.01mm） 综合修正系数：

LdF1.6320000.38EoP0.3628.851.63200010.650.38400.70.36 (67)0.569将五层体系简化成上层为沥青混凝土，中层为沥青碎石以及土基组成的三层体系。 由h1/16/10.651.50

E2/E1800/12000.667 Eo/E240/8000.05

=7.00，k1=0.99

k2E1l12000.027370.564 (68)

2pk1F210.6570.990.564H/5.9 H5.910.6562.835

49

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

Hh2hi•2.4i3n1Ei (69) E262.83510h32.4600200302.4 800800h340.58cm，采用石灰土厚41cm

验算沥青官能团面层曾底拉应力

仍以上述求算h3时简化的三层体系求解。 抗拉强度结构系数：

对沥青混凝土面层：Ks0.09ANe粒式俩混凝土为1.1；

② 计算材料容许弯拉应力

用下式计算： RsP/Ks (611)

K式中：

，R为容许拉应力，sp为劈裂强度，s为抗拉强度结构系数。 沥青混凝土

0.22/Ac (610)

Aα——反映沥青混合料性质的混合料级配系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0；粗

Ks0.09•A•Ne0.22/Ac0.091.13887798.040.22/1.02.79 (612)

灰土层RsP/Ks1.5/2.790.538MPa (613) 由h1.13 E2E180016000.5 E0E2408000.05

H4.34

拉应力系数已不能从图中查到，表明沥青混凝土层底将手压应力，视为拉应力验算通过。

验算石灰土层层底拉应力

对无机结合料稳定细粒土类：Ks0.45•Ne0.11/Ac (614) 石灰土：

Ks0.45Ne0.11/Ac0.45387798.040.11/1.02.39 (615)

RsP/Ks0.25/2.390.105MPa (616) 由于石灰土层下有天然砂砾层，故天然砂砾层作为中层，以上作为上层。 h8412001048004161.26cm600600

50

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第六章 路面设计

h61.2610.655.75 E4E32006000.33 h43010.652.82 E0E4402000.2

1.105 m11.0 m20.85

pm1m20.70.1051.00.850.062R (617)

所以石灰土层层底拉应力验算通过。

51

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

第七章 涵洞设计

公路跨越河流以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造物，最常见的是小桥涵。由于本路线位于平原微丘区，且路线穿越农田灌溉渠，为了满足交通的需求，需设置小桥涵。考虑到路线穿越沟渠跨径较小，信阳地区雨水较少，路堤高度满足壅水高度的要求，能够满足需溢泄的设计流量，故采用涵洞的形式过渡。本路段路堤填土高度过低，圆管涵顶填土高度不足，宜采用盖板涵。根据地形情况、交通需要等情况拟定涵洞尺寸进行计算。盖板涵分为石盖板涵和钢筋混凝土盖板涵，主要由盖板、涵台、基础、洞身铺底、伸缩缝等组成。本章节中以K1+400处的过水涵洞计算为例，介绍涵洞设计的一些内容如盖板、洞身、台身、基础等。

7.1 盖板计算

7.1.1 设计资料

汽车荷载等级：公路—Ⅰ级； 环境类别：II类环境。净跨径：L03m； 单侧搁置长度：0.3m； 计算跨径：L=2.3m；填土高度：H=2.0m；盖板板端厚d130cm；盖板板中厚d230cm；盖板宽b0.99m；帽石35×20cm；涵台高2.1m；基础高60cm；洞身铺底厚40cm；保护层厚度c5cm：混凝土强度等级为C30：轴心抗压强度

fcd13.8MPa； 轴心抗拉强度ftd1.39MPa；主拉钢筋等级为HRB335；抗拉强度设

计值fsd280MPa；主筋直径为22mm，外径为24mm，共12根，选用钢筋总面积As=0.0045612m2；盖板容重125kN/m3；土容重220kN/m3。

路基边坡无边坡时，涵长的计算： 路中线左侧涵长

L1B1m(H1a)c (71)

1im路中线右侧涵长

B2m(H2b)c (72)

1imL2 52

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

涵长 LL1L2 (73) 式中：B1、B2—路基左、右两侧宽度值（包括弯道处加宽）（m） a一涵洞进口帽石面至基础顶面（即进水口）高度（m） b一涵洞出口帽石面至基础顶面（即出水口）高度（m） c一帽石顶面宽度（m）

1：m—路基边坡坡度（通常为1：1.5）

H1、H2—路基左、右侧边缘设计高与涵洞中心基础顶面标高之高差（m） 路中线左侧涵长

L1B1m(H1a)c22.51.5131.52128.242.60.3523.17m

1im11.50.02路中线右侧涵长

L2B2m(H2b)c22.51.5131.71128.242.60.3524.9m

1im11.50.02涵长 LL1L248.07m

7.1.2 外力计算

永久作用

（1）竖向土压力

q2Hb=2020.99=39.6kN/m

（2）盖板自重

g=1（d1+d2）100b0.9925（30+30）2=2=7.425kN/m100

由车辆荷载引起的垂直压力（可变作用）

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.4的规定：

计算涵洞顶上车辆荷载引起的竖向土压力时，车轮按其着地面积的边缘向下做30°角分布。当几个车轮的压力扩散线相重叠时，扩散面积以最外面的扩散线为准。

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.3.1关于车辆荷载的规定：

53

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

车辆荷载顺板跨长：

La1.62Htan303.9m 车辆荷载垂直板跨长：

Lb52Htan307.3m

车轮重：P560KN

车轮重压强： pP19.68KN/m2 la•lb7.1.3 内力计算及验算

（1）内力计算

① 由永久作用引起的内力 跨中弯矩：

（q+g）L2（39.6+7.425）2.32M1===31.1kNm88

边墙内侧边缘处剪力：

（q+g）L0（39.6+7.425）2V1===47.025kN22 ② 由车辆荷载引起的内力 跨中弯矩：

p•l2•b19.682.320.9912.88KN•m M288边墙内侧边缘处剪力：

V2p•lo•b19.6820.9919.48KN 82③ 作用效应组合

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中4.1.6关于作用效应组合的规定： 跨中弯矩：

oMd0.91.2M11.4M20.91.231.11.412.8849.82KN•m

边墙内侧边缘处剪力：

oVd0.91.2V11.4V20.91.247.0251.419.4875.33N

54

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

（2）持久状况承载能力极限状态计算 截面有效高度：

h0（d1c2.4）=3051.2=23.8cm2

① 砼受压区高度：

2800.0045612xfsdAsfb==0.93mcd13.80.99

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.1关于相对界限受压区高度b的规定：

HRB335钢筋的相对界限受压区高度b=0.56。

xbh0=0.560.238=0.133m

砼受压区高度满足规范要求。 ② 最小配筋率

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中9.1.12关于受弯构件最小配筋百分率的规定:

A0.0045612 s==1.54%，不小于0.45ftdf=0.22%,同时不小于0.2。

sdbd0.990.3主筋配筋率满足规范要求。 ③ 正截面抗弯承载力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)5.2.2关于受弯构件正截面抗弯承载力计算的规定：

x0.093fcd•b•x•ho13.81030.990.0930.23822 243.31KN•mo•Md49.82KN•m

正截面抗弯承载力满足规范要求。 ④ 斜截面抗剪承载力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.9关于抗剪截面验算的规定：

0.51103fcu,k•b•ho0.5110330990238658KNo•Vd75.33KN

抗剪截面满足规范要求。

55

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中5.2.10关于受弯构件斜截面抗剪承载力验算的规定：

对于板式受弯构件，公式可乘以1.25提高系数

1.250.51032ftdbho1.250.510311.390.991030.238103204.69KNo•Vd75.33KN

可不进行斜截面抗剪承载力的验算，只需按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设

计规范》(JTG D62-2004)中9.3.13构造要求配置箍筋。 （3）裂缝宽度计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中6.4关于裂缝宽度验算的规定：

环境类别为II类环境，对于钢筋混凝土构件，最大裂缝宽度不应超过0.20mm。 作用短期效应组合：

Ms1.0M10.7M21.031.10.712.8840.12KN•m

作用长期效应组合：

Ml1.0M10.4M21.031.10.412.8836.25KN•m

受拉钢筋的应力：

ssMs40.1242.48MPa

0.87AS•ho0.870.00456120.238钢筋表面形状系数C11.00 作用长期效应影响系数：

C210.5M1/M210.531.11.4435.181

受力性质系数C31.15 裂缝宽度：

WfkC1•C2•C3•ss•30d11.441.1542.483022Es•0.2810•21050.28100.0154

0.0420.2mm裂缝宽度满足规范要求。

56

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

7.2 台身及基础计算

7.2.1 设计资料

基础为整体式基础，根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中7.0.6关于涵洞结构的计算假定：将台身简化为上端铰支、下端固结模型，取台宽b=0.99m进行计算。

基础襟边C10.20m，台身宽C20.8m，基础宽C32.00m；背墙宽C40.50m，搭接宽度C50.30m，基础高度为0.4m，铺底厚为0.40m；涵洞净高H01.60m，计算高度H12.15m，基础顶深H24.3m；台身材料为C25片石砼，基础材料为C20片石砼，铺底材料为M7.5浆砌片石；台身容重为22kN/m3，基础容重为23kN/m3，铺底容重为23kN/m3，台身轴心抗压强度fcd2.77MPa，台身弯曲抗拉强度ftmd0.336MPa，台身直接抗剪强度fvd1.43MPa；地基承载力容许值为300kPa，回填土的内摩擦角为

300

C4C5H2H1C2L0/2H0C1C3铺底厚基础高

图7.1 涵洞截面尺寸

7.2.2 台身验算

（1）水平力

车辆荷载等代土层厚

300)2.48m 破坏棱体长度l0H2tan(4520计算长度B=10.12m

57

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

h

G5601.11mBl0210.122.4820

土的侧压力系数：

300tan(45)=tan(45)0.33322

2020

图7.2 水平受力图

q1(Hhd1)b2(21.110.15)0.990.3332021.49kN/m2

q2(H2h)b2(4.31.11)0.990.3332035.67kN/m

A端处弯矩：

H12MA(8q27q1)16.79kNm120

A端处剪力：

QA

q2H1（q2q1）H1MA（16q29q1）H141.07kN26H140

最大弯矩x0位置的计算：

p

(q2q1)6.60kN/mH1

q2q222pQAx01.31mp

58

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

最大弯矩计算： MmaxMAQAx0=8.29kNm

（2）竖向力

q22q2q13x0x0 26H1P2P3P4P10 图7.3 竖向受力图示

当x01.31m时，台身y-y截面上的竖向力、偏心矩及弯矩见表7.1。

表7.1 竖向力、偏心矩及弯矩

名 称 P1 P2 P3 P4 ∑P

竖向力(kN) 110.5 19.8 3.27 15.51 149.08

偏心矩e(m)

-0.25 -0.15 0.15 0.00

弯 矩(kNm)

-27.63 2.97 0.49 0.00 ∑M=-24.17

（3）截面验算

作用效应组合

0Md=0.9（1.2M+1.4Mmax）=15.66kNm0Nd=0.91.2P=161.01kN

0Vd=0.91.4QA=51.75kN

偏心矩e：

e=0Md/0Nd=0.097m

① 偏心受压承载力验算

现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.6、4.0.7计算偏心受压构件承载力影响系数。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

弯曲平面内的截面回旋半径：

ix=b/12=0.286

iy=C2/12=0.231

构件长细比，其中长细比修正系数取1.3，构件计算长度l0取0.7H11.505m。

x

l03.5iy2.4199

y

l03.5ix1.9545

图7.4 偏心受压构件计算图示

x、y为构件在x方向、y方向的长细比，按《公路圬工桥涵设计规范》(JTG

D61-2005)中条文4.0.6、4.0.7第4.0.7条的规定计算，当x、y小于3时取3。

x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数，其中m取8.0，a取0.002。

exm1()1xx0.85ex2ex21()1(3)11.33()xxiyiy

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

1y1.00e1()21y(y3)11.33(y)2ixix

yey砌体偏心受压构件承载力影响系数：

1111

1(ey)mxy 0.85构件截面面积： A=C2b=0.80.99=0.792m2

由《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.9中关于偏心矩e的规定，现偏心矩e=-0.097m，小于等于0.60.5C2=0.24m，所以现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.5验算偏心受压承载力：

3 Afcd=0.850.7922.7710=1864.8kN>0Nd161.01kN

偏心受压承载力满足要求。 ② 正截面受弯承载力验算 构件受拉边缘的弹性抵抗矩：

bC220.990.82W===0.1056m366

现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.12计算正截面受弯承载力：

Wftmd=0.10560.336103=35.4816kN0Md15.66kN

正截面受弯承载力满足要求。 ③ 直接受剪承载力验算

现根据《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)中条文4.0.13计算直接受剪承载力，其中uf=0.7，Nk165.48kN

11Afvd+ufNk=0.7921.43103+0.7165.48=1215.3kN0Nd161.01kN1.41.4

直接受剪承载力满足要求。

7.3基底应力验算

基底受力如图7.5所示：

61

河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

P2P3P5P7P1P8P60图7.5 基底应力验算受力图

基础底面上的竖向力、偏心矩及弯矩见下表，其中P9汽是由车辆荷载所产生的盖板支点反力，竖向力及弯矩进行作用短期效应组合：

表7.2 基础底面上的竖向力、偏心矩及弯矩

名 称 P1 P2 P3 P5 P6 P7 P8 P9汽 ∑P

分项系数 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.7

竖向力(kN) 110.5 19.8 3.27 34.85 18.22 17.03 9.11 17.64 230.42

偏心矩e(m) -0.25 0.15 0.15 0 -0.4 0.6 -0.9 -0.25

弯 矩(kNm) -27.63 2.97 0.49 0 -7.29 10.22 -8.2 -4.41 ∑M=-33.85

基础底面面积

A=bC3=0.992=1.98m

2bC32=0.66m3 W基=6 maxPM=65.08KPa300KPa

AW基基底应力满足要求。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第七章 涵洞设计

7.4洞口建筑

洞口建筑一方面使涵洞与河道顺接，使水流进出顺畅；另一方面确保路基边坡稳定，使之免受水流冲刷。洞口建筑主要由进水口、出水口和沟床加固三部分组成。

涵洞的进水口采用正八字墙，出水口采用正八字墙，它为重力式结构，构造简单、建筑结构较美观，施工简单，造价较低。八字墙常用于河沟平坦顺直、无明显沟槽，且沟底与涵底高差变化不大的情况。

八字翼墙墙身与路中线垂直方向的夹角叫扩散角，为便于集纳水流和减少出口翼墙末端的单宽流量，减少冲刷，扩散角采用30℃，并且左右翼墙对称。在出水口处，为了防止水流长时间冲刷对边坡的破坏，在本次设计中做了铺砌。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第八章 工程预算

第八章 工程预算

8.1预算概要

公路工程预算，是根据公路工程施工图设计阶段的一个设计内容。根据施工图设计提供的工程数量和施工方案，按照交通部颁布的《公路工程预算定额》和《编制方法》所编制的反映工程造价的具体文件，即为施工图预算。施工图预算与估算相比，其计算精度更高，更接近工程的实际造价，因此，施工图预算是确定工程造价的依据；是签订建筑安装合同，编制工程标底的依据；也是施工单位加强经营管理，搞好经济核算的依据。

工程预算按其层次划分有：分项工程预算；单位工程预算；单项工程预算；建设项目总预算。

8.2预算编制的依据

施工图预算的编制依据主要有：

1） 已批准的施工图设计及其说明书；

2） 现行预算定额、编制方法、工程所在地交通厅的有关补充规定等； 3） 工程所在地的工料机预算单价的计算资料；

工程预算根据中华人民共和国交通部交工发［1992］65号文颁发的《公路工程预算定额》。交工发［1992］430号文颁发的《公路基本建设工程概算、预算编制办法》。交工发370号文颁发的《公路工程机械台班费用定额》进行编制。

1） 本施工图预算外购材料预算单价根据提供的材料单价对预算单价进行调整。 2） 费率文件中只是计算了雨季施工增加费费率，四川地区属于一类地区。 3) 地方性材料按自采加工、自办运输确定材料的预算单价。

4) 本工程建设由重庆二级施工企业施工，施工技术装备费3%，计划利润为4%。 5) 勘测设计费根据［1992］价费字375号文规定计算确定。

6) 本预算中不包括建设期贷款利息以及青苗补助、征地拆迁等费用。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第八章 工程预算

8.3预算编制程序

8.3.1 准备工程

在正式编制计算前应作好如下的准备工作。

⑴ 将设计中所作项目划分为路基工程、路面工程、桥涵等工程。并将在设计中所做项目的工程量进行整理并复核各项工程数量无误后抄于相应分项预算表格中。

⑵ 熟悉《公路基本建设概预算编制办法》。

⑶ 收集（或调查、或由老师提供）工、料及机械台班单价。

8.3.2 公路工程预算费用组成

第一部分 建筑安装工程

第二部分 设备、工具、器具及家具购置费 第三部分 工程建设其他费

8.3.3 公路工程建设各项费用的计算方式

（1）定额直接费 （2）直接费

人工 工日数 人工费 Ａ ①工程数量× 定额 材料数量×单价 材料费 Ｂ 机械 械台班 机械费 Ｃ

②冬季施工增加费＋雨季施工增加费＋夜间施工增加费＋流动施工津贴＝其它直接费Ｄ

Ｄ＝（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）×其余直接费费率

③直接费＝人工费＋材料费＋机械费＋其它直接费 ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝Ｄ （3）其他直接费

其他直接费=（1）×其他直接费综合费率 （4） 现场经费

现场经费=（1）×现场经费综合费率 （5）定额直接工程费=（1）+（3）+（4）

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第八章 工程预算

（6）直接工程费=（2）+（3）+（4） （7） 间接费

间接费＝（5）×间接费综合费率 （8）施工技术装备费

施工技术装备费＝（（5）+（7））×施工技术装备费率 （9）计划利润

计划利润＝（（5）+（7））×计划利润率 （10）税金

税金＝（（6）+（7）+（9））×综合税率 （11）定额建筑安装工程费用

定额建筑安装工程费用＝（5）+（7）+（8）+（9）+（10） （12）建筑安装工程费用

建筑安装工程费用=（6）+（7）+（8）+（9）+（10） （13）设备、工具、器具购置费第二部分费用

①设备、工具、器具购置费＝设备、工具、器具购置数量单价运杂费 ×[１＋采购保管费率]

②办公和生活用家具购置费：按有关定额计算 （14）其它费用第三部分费用

①土地补偿费和安置补助费：按有关规定计算 ②建设单位管理费：（11）×费率 ③工程质量监督费：（11）×费率 ④工程监理费：（11）×费率 ⑤定额编制管理费：（11）×费率 ⑥设计文件审查费：（11）×费率 ⑦研究实验费：按批准的计划编制

⑧大型专用机械设备购置费：按需购置的清单编制 ⑨勘察设计费：按有关规定计算 ⑩施工机构迁移费：按实际计算 （15）预留费

包括工程造价增涨预留费和预备费两项 （16）建设项目总费用

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 第八章 工程预算

建设项目总费用＝（12）＋（13）＋（14）＋（15）

8.3.4 公路工程预算完成的表格

人工、主要材料、机械台班数量汇总表 人工、材料、机械单价汇总表 建筑安装工程费计算表

此次设计计算了3.05公里所有工程量部分的工程预算，预算所用软件为smartCOST9。该还记上了其他路段产生的工程量，比如涵洞等构造物，工程总造价达11863340元。对比方案的工程总造价为13462578元。

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 参考文献

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京.人民交通出版社，2004 [2] 中交第一公路勘察设计研究院.公路路线设计规范（JTG D20-2006）.北京：人民交通出版社，

2006

[3] 中华人民共和国行业标准.公路路基设计规范（JTG D30-2004）.北京：人民交通出版社，2004 [4] 中华人民共和国行业标准.公路排水设计细则（JTG/ T D33-2012）.北京：人民交通出版社，

2012

[5] 中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）.北京：人民交通出版社，

2006

[6] 中交第一公路勘察设计研究院.公路勘测规范（JTG C10-2007）.北京：人民交通出版社，2007 [7] 中华人民共和国行业标准.公路保护环境设计规范（JTG/ T006-98）.北京：人民交通出版社，

1998

[8] 中华人民共和国行业标准.公路建设项目环境影响评价规范（JTG B03-2006）.北京：人民交通

出版社，2006

[9] 中华人民共和国行业标准.公路路基施工技术规范（JTG F10-2006）.北京：人民交通出版社，

2006

[10] 中华人民共和国行业标准.公路沥青路面施工技术规范（JTG F40-2004）.北京：人民交通出版

社，2004

[11] 中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，

2004

[12] 中华人民共和国行业标准.公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）.北京：人民交通出版社，

2000

[13] 中华人民共和国行业标准.公路涵洞设计细则（JTG/ T D65-04-2007）.北京：人民交通出版社，

2007

[14] 中华人民共和国行业标准.公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）.北京：人民交通出版

社，2002

[15] 中华人民共和国行业标准.公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）.北京：人民交通出版社，

2005

[16] 中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.

北京：人民交通出版社，2004

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 参考文献 [17] 孙家驷. 公路小桥涵勘测设计[M].北京：人民交通出版社，2004. [18] 何兆益，杨锡武. 路基工程[M].重庆：重庆大学出版社，2001. [19] 何兆益，杨锡武. 路面工程[M].重庆：重庆大学出版社，2001. [20] 方守恩.高速公路[M].北京：人民交通出版社，2002.

[21] 河北省交通规划设计院.公路小桥涵手册[M].北京：人民交通出版社，1987. [22] 李立寒，张南鹭. 道路建筑材料[M].北京：人民交通出版社，2006. [23] 姚玲森. 桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，1985.

[24] 赵明阶，何光春，王多垠.边坡工程处治技术[M].北京：人民交通出版社，2003. [25] A.T.Papaqiannakis,E.A.Masad, Pavement Design and Materials [M] Wiley 2008 [26] ]S.H.Lee and H.Jeong,J.Korean Phys.Soc.48,186,(2006)

[27] TU.Lauther.An Exteremely Fast,Exact Algorithm for Finding Shortest Paths in Static Networks with

Geographical Background. In IfGIprints 22, Institutfuer Geoinformatik, Universitact Muenster (ISBN 3-936616-22-1), pages 219-230, 2004.

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 附 录

附 录

[1] 路线平面分图 SⅡ-1 [2] 路线纵断面分图 SⅢ-1 [3] 路基横断面图 SⅣ-1 [4] 路基设计表图 SⅣ-2 [5] 直线、曲线及转角表 [6] 逐桩坐桩表 [7] 竖曲线表 [8] 路基超高加宽表 [9] 路基土石方数量表 [10] 路基边沟排水设计表 [11] 路基整体式断面图 [12] 钢筋混凝土盖板涵设计图 [13] 人工、材料、机械单价汇总表 [14] 人工、主要材料、机械台班数量汇总表 [15] 建筑安装工程费计算表 [16] 对比方案人工、材料、机械数量汇总表 [17] 对比方案建筑安装工程费计算表 SⅡ-2 SⅡ-3 SⅢ-2 SⅣ-3 SⅣ-4 SⅤ-1 SⅥ-1 SⅦ-1 SⅧ-1 SⅧ-2 SⅧ-3 SⅧ-4 SⅧ-5

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河南理工大学本科毕业设计（论文） 致 谢

致 谢

通过对江南高速第一合同段K0+000-K3+050标段设计，对专业基本知识有了进一步的巩固和了解。

两个多月的努力完成了这份毕业设计，感谢程朝霞老师在设计期间，给予的指导及建议，在设计遇到问题设计进行困难的时候，给了很好的建议使促使设计能够继续进行，在既定的时间内的完成任务，同时也感谢在设计中给予关心和帮助的其他老师和同学们！

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