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摘 要
XX省XX至XX高速公路起于XX镇长提,止于xx,于规划的XX高速公路XX段对接.本设计选取第一合同段K1+600~K4+700段,全长3.1公里.根据施工图设计路线方案,全线采用双向四车道高速公路标准,设计速度100km/h,路基宽度26.0m,桥涵设计荷载为公路-1级,桥路同宽.主要设计内容包括:平面设计、纵断面设计、横断面设计、防护工程设计(重力式挡土墙)、路面设计(沥青混凝土柔性路面)及桥梁设计. 其中,平面设计、纵断面设计、横断面设计、防护工程设计采用手工计算、绘图;路面结构设计、路面厚度计算和面层拉应力验算采用公路路面结构设计系统HSP2000进行设计;桥梁工程采用桥梁结构分析软件BSAS进行设计.
关键字:高速公路 路线 路基 路面 挡土墙 桥梁
Abstract
The section of the highway from K1+600 to K4+700 is selected to design, which is 3.1 kilometers long. According to the route project of construction documents design phase, the whole line adopts superhighway standard of two-way traffic and four lanes. The designed velocity of the highway is 100 km/h, and the roadbed width is 26.0 m, The designed load of the bridge adopts highway-Ⅰ-grade,and the width of the bridge is the same as the highway. The main contents of the project include the plain design, the vertical section design, the cross section design, the protection engineering design(the retaining wall of gravity ), the road surface design(Asphalt Concrete Pavement) and bridge design. Among them, the calculation and painting of flat design, vertical section design, cross section design, the protection engineering design are designed by handicraft .The design of road surface structure ,the calculation of the thickness of the road surface and checking computations of the tensile stress adopt the design system of the highway road surface structure--- HSP2000.And the bridge engineering adopts bridge structure analysis software BSAS to design.
Keywords: expressway route roadbed road surface retaining wall bridge
目 录
摘 要………………………………………………………………………………I
Abstract…………………………………………………………………………I
1.绪论……………………………………………………………………………1
1.1 工程概况………………………………………………………………………1
1.2 地质概况……………………………………………………………………1
1.2.1 地形、地貌………………………………………………………………1
1.2.2 地表水和地下水…………………………………………………………1
1.2.3 路基工程地质分区………………………………………………………2
1.2.4 路基地层条件……………………………………………………………2
1.2.5 软土工程地质评价………………………………………………………3
1.2.6 膨胀土工程地质评价……………………………………………………4
1.3 技术资料……………………………………………………………………5
2 路线设计………………………………………………………………………6
2.1路线方案设计及比选…………………………………………………………6
2.1.1路线方案选择的原则……………………………………………………6
2.1.2 路线方案评价…………………………………………………………6
2.1.3 路线方案比选……………………………………………………………7
2.1.4 选定路线的效果评价……………………………………………………9
2.2平面设计…………………………………………………………………12
2.2.1平曲线几何要素设计……………………………………………………12
2.3纵断面设计…………………………………………………………………19
2.3.1 概述……………………………………………………………………19
2.3.2 纵坡及坡长设计………………………………………………………20
2.3.3 竖曲线计算……………………………………………………………22
2.4横断面设计………………………………………………………………27
2.4.1 道路横断面组成及长度………………………………………………27
2.4.2 曲线超高……………………………………………………………29
2.4.3 边沟…………………………………………………………………30
2.4.4 边坡坡度……………………………………………………………31
2.4.5 路基土石方数量计算及调配………………………………………31
3 挡土墙设计………………………………………………………………34
3.1 挡土墙的布置…………………………………………………………34
3.1.1 挡土墙的纵向布置………………………………………………34
3.1.2 挡土墙的横向布置…………………………………………………34
3.1.3平面布置………………………………………………………………35
3.1.4挡土墙的基础埋置深度………………………………………………35
3.1.5排水设施………………………………………………………………35
3.1.6沉降逢与伸缩缝………………………………………………………35
3.2 重力式挡土墙设计……………………………………………………36
3.2.1设计需设挡墙路段……………………………………………………36
3.2.2设计资料……………………………………………………………36
3.2.3设计挡土墙截面………………………………………………………36
3.2.4主动土压力计算………………………………………………………37
3.2.5挡土墙稳定性验算……………………………………………………37
4.路面设计…………………………………………………………………42
4.1 路面设计资料…………………………………………………………42
4.2 路面结构设计…………………………………………………………42
4.2.1轴载分析……………………………………………………………42
4.2.2结构组合与材料选取………………………………………………42
4.2.3各层材料的抗压模量与劈裂强度……………………………………43
4.2.4土基回弹模量的确定…………………………………………………43
4.2.5设计指标的确定………………………………………………………43
4.2.6设计资料总结…………………………………………………………44
4.2.7 计算软件的计算结果………………………………………………44
4.2.8确定石灰土层厚度……………………………………………………48
4.2.9沥青混凝土面层剪应力的确定及验算………………………………48
5公路桥涵结构计算………………………………………………………51
5.1 方案简介及上部结构尺寸拟定………………………………………51
5.1.1 主跨径的拟定………………………………………………………51
5.1.2 顺桥向梁尺寸的拟定………………………………………………51
5.1.3 横桥向尺寸的拟定…………………………………………………51
5.1.4 桥面铺装的选定……………………………………………………52
5.2 本桥主要材料…………………………………………………………52
5.3 桥梁设计荷载…………………………………………………………52
5.4 桥梁结构计算………………………………………………………52
5.4.1 全桥阶段的划分……………………………………………………52
5.4.2 桥梁结构简图………………………………………………………53
5.4.3 恒载变形图………………………………………………………53
5.4.4 恒载内力图………………………………………………………55
5.4.5 恒载内力包络图…………………………………………………58
5.4.6 恒载应力包络图…………………………………………………59
5.4.7 恒载应力图………………………………………………………60
5.4.8 内力包络图………………………………………………………63
6致谢……………………………………………………………………64
7参考文献………………………………………………………………65
1.绪论
1.1 工程概况
XX市XX至XX高速公路起于XX桥镇长堤,起点设XX桥互通与XX至XX项目顺接,向东北跨三排渠、四排渠、万米长河,在XX上跨XX外环高速,并设XX互通、在XX跨过
XX国道,设XX互通,在XX大湾跨XX铁路XX联络线和规划的XX高速铁路;在XX村XX二级公路,设分离式立交桥,止于xx与规划的武XX高速公路XX段对接,推荐全线全长27.891公里.
根据施工图设计路线方案,全线采用双向四车道高速公路标准,设计速度100km/h,路基宽度26.0m,桥涵设计荷载为公路-1级,桥路同宽.沿线设有XX桥互通、XX互通、XX铺互通.
第一合同段起于K0+000,止于K7+900,全长7.9公里,本设计选取K1+600~K4+700,全长3.1公里.
1.2 地质概况
1.2.1 地形、地貌
拟建公路第一合同段路基所处地貌单元主要为冲湖积平原、冲积平原、垄岗波状平原及剥蚀垄岗
地貌,属多元地貌.微地貌单元有河渠、鱼塘、田间、洼地等,平原路段区地面标高一般在17~21m左右;垄岗剥蚀地貌地面标高约在30~38m.
1.2.2 地表水和地下水
(1)地表水
沿线K4+700以前河渠、鱼塘较多,主要跨三排渠四排渠万米长河等,水位基本与武湖水位一致,勘察期间河水深约1.0~2.0m.
(2)地下水
根据本次勘察情况沿线冲湖平原或岗间湖积洼区地地下水位一般为0.3~2.3m;垄岗地带地下水位一般为1.0~3.2m.
地下水主要分为上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水两类.上层滞水赋存于砂砾石层中,具微略承压性,受侧向迳流补给,水量较大.基岩裂隙水赋存于下部风化泥质砂岩中,受迳流补给,水量与裂隙发育程度有关.
(3)水质分析结果
根据本次取水样分析结果:SO42- 离子含量为14.97~14.00mg/L,Mg2+离子含量为8.7~22.49mg/L,Cl-离子含量为8.80~43.85mg/L,HCO3-离子含量为117.89~262.90mg/L,侵蚀性CO2含量为0.0mg/L,PH值6082~7.12根据《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)判定,路线沿途地表水均对砼无腐蚀性,对钢结构具弱腐蚀生.
1.2.3 路基工程地质分区
(1)路基工程地质分区的原则
①以区域地貌作为工程分区的主要依据将本区路段分为冲湖积平原区、冲洪积波状平原和垄岗剥蚀区.
②依据岩土体特征,结合水文地质条件、地质构造、不良地质现象、典型地貌和路基稳定性等,进一步在工程地质分区的基础上划分工程地质亚区.
(2)路基工程地质分区
根据以上分区原则,将路线经过的地段划分为如下工程地质区、亚区.
①冲湖积平原区(I):分布于路线起点K2+~K3+050、K3+700~K4+420路段.
软土路基区(I-1);一般路基区(I-2); 一般夹软土路基区(I-3).
②冲洪积波状垄岗及剥蚀垄岗区(II):分布于K3+050~K3+700、K4+420~K4+700路段.
老土路基区(II-1)、残积土路基区(II-2).
1.2.4 路基地层条件
根据地质调绘、钻探和静力触控,沿线路基地层比较简单,按成因及年代划分有第四系全新冲湖积层,第四系更新统冲、洪积层、第四系残积层,以及白垩元古界风化岩层.从路线起点到终点(自南向北)地层相对由新到老,变化不大,冲湖平原区多为中软土,龙岗区多为中硬土;沿线龙岗上部冲洪积老黏土具弱膨胀趋势.
各路段地层条件如下:
(1) K2+200~K2+270为一般粘性区(I-2):长70m.属冲湖积平原,地形平坦,地势开阔,沿途一般为水田和旱地,经过一水沟和四排渠.勘察期间地下水埋深1.6~2.3m.上部为第四系全新统可塑一般粘性土,中部为全新统稍密粉状、细砂土和更新统中密~密实状砾砂;下部为白垩系风化泥质砂岩.
该路段未发现明显影响路基稳定性的不良地质层.
(2) K2+270~K3+050为软土路基区(I-1):长780m.属冲湖积平原,地形平坦,地势开阔,沿途经过大片藕塘、鱼塘.勘察期间地下水埋深0.3~1.0m浅表层为第四系全新统软~流塑状淤泥或淤泥质土,其下为可塑状一般粘性土;中部为全新统稍密状砂土和更新统中密~密实状砂砾石土;下部为白垩系风化泥质砂岩.
该路段浅表层发育有②-1层软土,埋深0.0~1.1m,厚0.5~4.6m,多为软~流塑状淤泥或淤泥质土,属影响路基稳定的不良地质层.
(3) K3+050~K3+700为老黏土土路基区(II-1):长650m.属冲冲积垄岗平原,地形较平坦,地势开阔,沿途经过大片藕塘、鱼塘.勘察期间地下水埋深1.4m.上部为第四系更新新统硬塑状老粘土,中部为稍密状砾砂和中密状砾石,局部为白垩系风化泥质砂岩.该路段上部老黏土具有弱膨胀潜势,属影响路基稳定性的不良地质层.
(4) K3+700~K4+420为一般粘性土夹软黏土路基区(I-3):长720m.属冲积平原,地形较平坦,地势开阔,沿途一般为水田,局部跨鱼塘和水沟.勘察期间地下水埋深0.4~1.2m.上部为第四系全新统可塑状一般粘性土和松散-稍密状粉砂或垩砂土,局部表层为淤泥;中部为更新统硬塑状粘性土夹中密状粗砾砂层;下部为白垩系风化泥质砂岩.该路段表层发育有②-1层软土,埋深0.0m,厚0.9m,多为流塑状淤泥,属影响路基稳定的不良地质层.
(5) K4+420~K4+700为老黏土路基区(II-1):长450m.属冲积垄岗平原,地形较平坦,地势开阔,沿途为水田.勘察期间地下水埋深1.5m.
上部为第四系更新统硬塑状老粘土,中部为稍密状砾或中密状砾石,下部为白垩系风化泥质砂岩.该路段上部老黏土具有弱膨胀潜势,属影响路基稳定的不良地质层.
勘察期间地下水埋深约0.5~1.5.上部为3~7m厚的第四系硬可塑状残积粘性土,之前为白垩系风化泥质砂岩,之后为元古界风化片岩.该路段未发现影响路基稳定的不良地质层,但一般残积土遇水后特性易变差.详细情况见该合同段工程地质平面图、工程地质纵断面图及勘探孔柱状图.
1.2.5 软土工程地质评价
(1)软土特征
本线路多为灰色、深灰色夹灰黑色等,由淤泥或淤泥质土组成,与XX桥互通区相比较软土分布范围明显变少,软土取样较少,但从成因、年代、试验结果等方面看具有和XX桥互通软土相同的特点,故在此借用XX桥互通区统计的软土部分物理力学指标平均值结果.
(2)软土分布路段
沿线软土分布路段较为多,软土其厚度变化较大局部地段很厚,且发育有双层软土.沿线软土分布情况详见下表二.
表1-1 软土分布情况表
(3)软土路基稳定性评价
上表中显示路段均浅表层发育有软土,物理力学性质差,会引起路堤不均匀沉降等.
1.2.6 膨胀土工程地质评价
(1)膨胀土特征
沿线膨胀土主要是指③-1层老粘土(为黄褐、褐黄、紫红、灰褐、棕红等颜色,含铁锰质结核和高岭土团块,局部含少量矿石,一般具有弱的膨胀潜势.从初勘对沿线15个取土场的试验资料可以看出,地基土的自由膨胀率试验值为32~64%,多具弱膨胀性.本次详勘针对其土层分布特点结合路线走向进行重点调查,得出结果如下:K3+700~K4+700路段冲洪积垄岗地段老粘土层较厚,属弱膨胀土,具弱膨胀潜势;膨缩总率为1%左右.
(2)大气影响深度
根据XX市气象统计资料,按降水量、蒸发量与大气影响深度的关系式计划,大气影响深度为3m,急剧影响深度为1.35m.
(3)膨胀土路基稳定性评价
膨胀土易产生周期性膨胀与收缩易导致地基强度变化,造成路基和构造物基础的变形、开裂或边坡失稳.
1.2.7 路基处理方案建议
沿线公路软土路段较多,且厚度一般较大易产生路基不均匀沉降等;其次局部路段老粘土具膨胀性,易发生周期性胀缩变形,两者对路基稳定性影响都比较大,均必须进行改良处理.
(1)软土路基
软土路基区工程地质条件较差,在这些地段,建议对局部浅部薄层软土采用清淤换填、抛填土石挤密等方法进行处理;对于局部较厚软土路段可采用粉喷桩、碎石桩、CFG桩等方法进行复合地基加固处理.
(2)一般粘性土路基
一般粘性路基区工程地质条件较好,仅需清表、压实.
(3)膨胀土路基
膨胀土路基区工程地质条件较差,需进行以下处理:
①根据承载比试验结果,可采用晾晒、掺灰方法先进处理.
②做好路基防水、排水、保温、防风化等工作,严防路堤浸水,并可采用预制网格植草或从字骨架网格植方式进行防护,地基土要切实做好夯实工作.
(4)残积土路基
残积土路基区工程地质条件一般,但需注意做好路基防水、排水、保温、防风化等工作,严防路堤浸水,并对边坡进行适当支护.
(5)路堤
沿线填方路堤,根据本次勘察结果,建议填方路段两边土体的边坡率可设为1:1.5,对路基填土应做晾晒、压实工作处理,坡面采取人字骨架植草型式护坡,同时做好防排水工作.
1.3 技术资料
1. 中华人民共和国交通部规准,JTJ001-97《公路工程技术标准》
2. 中华人民共和国交通部规准,JTJ003-86《公路自然区划标准》
3. 中华人民共和国交通部规准,JTJ011-94《公路路线设计规范》
4. 中华人民共和国行业标准,JTGD40-2002《公路水泥混凝土路面设计规范》
5. 中华人民共和国交通部标准,JTJ013-94《公路路基设计规范》
6. 中华人民共和国交通部标准,JTJ014《公路沥青路面设计规范》
7. 中华人民共和国交通部标准,JTJ018-97《公路排水设计规范》
8. 中华人民共和国行业标准,JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》
9. 中华人民共和国交通部标准,JTG D60-2005《公路圬工桥涵设计规范》
10. 中华人民共和国交通部标准,JTJ023-85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
11. 中华人民共和国交通部标准,JTJ024-85《公路桥涵地基与基础设计规范》
12. 中华人民共和国交通部标准,JTJ032-94《公路沥青路面施工技术规范》
13. 中华人民共和国交通部标准,JTJ033-95《公路路基施工技术规范》
图1 边沟设计表
图2 挡土墙
图3 横断面设计
图4 路基设计表
图5 路面结构图
图6 土方计算表
图7 总目录
施工阶段 1
施工阶段 3
施工阶段 6
恒载内力包络图
恒载应力包络图
…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件
6致谢
本次毕业设计是在高老师和万老师的悉心指导和严格要求下完成的.从方案最初的简单构想到最后每一个细节的确定,高老师都很尊重我提出的每一个想法,认真地为我分析,指出其中的不足,耐心地给了我很多的指导和建议.最让我感动的是高老师和万老师每个星期都安排三次答疑,以便及时解决我们在设计过程中遇到的各种疑难,对我在每一个环节上的错误都给予指正和改进建议,像朋友一样和我讨论问题,让我感觉到整个毕业设计的过程都过得很快乐,充实.
接近四个月的时间里,高老师严谨的治学态度、务实的工作作风及高度的责任心给我留下了非常深刻的印象,尤其是老师在每个细节上的仔细钻研态度值得我在以后的生活和工作中很好的学习.老师对我在学术上耐心细致的指导、在生活上的关怀以及为人处事方面的影响都将帮助我以后更好地解决学习和生活中的困难.在这里,我衷心地向高老师表示感谢和敬意!
同时我还感谢小组成员魏海锋、张杰和周胥的耐心帮助.作为一个毕业设计小组,我们通力协作、互相鼓励还有经常的交流沟通,因此我的毕业设计才得以顺利的完成,也感谢我的其他许多同学给予的难以言尽的关怀,没有大家营造出的良好学习和生活氛围,我不可能顺利地完成好各项学习和工作任务.
还有感谢所有的授课老师和所有给予我关心和帮助的老师、同学和朋友们,是他们让我真正步向了土木行业的殿堂,同时向本文所有参考文献作者致敬!
7参考文献
1 .交通部.《公路工程技术标准》. 北京:人民交通出版社,1997
2 .交通部.《公路沥青路面设计规范》. 北京:人民交通出版社,1997
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5.孙家驷主编.《道路设计资料集2路线设计》.北京.人民交通出版社,2001
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