公路改建工程优秀设计说明

一、概述

重庆市万盛至南川三级公路改建工程，位于重庆市境内。本项目的建设，对完善路网结构，提高路网服务水平，发挥路网整体效益，改善出行条件，促进区域经济协调发展具有重要意义。

重庆市万盛至南川三级公路改建工程路线全长2.768596公里。

本项目设计内容包括路线设计（平、纵），路基设计，路面结构设计，桥涵，挡墙设计等工作。

1、任务依据

（1）《毕业设计指导书》；

（2）中华人民共和国交通部运输部颁布的有关勘测、设计标准、规范等。

2、设计标准

（1）公路等级：三级公路

（2）设计行车速度：40km/h

（3）路基路面宽度：路基宽度8.5米，路面宽度2x3.5米。

 （4）桥涵设计荷载：新建桥涵设计荷载等级采用公路－Ⅰ级。

（5）设计洪水频率：大、中桥1/50，小桥、涵洞为1/25。

3、执行的标准、规范、规定、规则

《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）；

《公路路线设计规范》(JTG D20—2006)；

《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）；

《公路路基施工技术规范》（JTG F10-2006）；

《公路排水设计规范》（JTJ 018-97）；

《公路沥青路面设计规范》(JTG D50—2006)；

《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40—2002)；

《公路水泥混凝土路面施工技术规范》(JTG F40—2002)；

《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40-2004)；

《公路路面基层施工技术规范》(JTJ 034—2000)；

《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)；

《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)；

《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)；

《公路涵洞设计细则》(JTG/T D65-04-2007)；

《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》 交公路发【2007】358号

交通运输部及重庆市交通、建设部门的其它现行勘察设计标准、规范、规程、办法等。

二、路线

(一) 平面线形设计

1、设计原则

本段公路处于山区，在路线方案选择时尽量使路线走向、平纵横设计、结构物布设与沿线地形、地物相互协调，使整体工程经济合理。测设中主要遵循以下原则：

（1）在满足路线技术指标的前提下，尽量利用现有公路和旧路基。

（2）路线布设尽量直捷顺畅，避免不必要的绕行，以缩短建设里程降低工程造价。

（3）充分利用地形、地物，合理运用标准，妥善处理公路建设与工业、农业基本建设的关系，注意与公路、管线、水利工程的配合，并结合地质、水文等自然条件，通过全面调查，综合研究分析，拟定路线方案。

2、路线走向

万盛至南川三级公路改建工程，起点和终点均在老路基上。

3、主要技术指标采用情况

为使公路线形设计与交通量和通行能力相协调，根据区域交通量分布特点，在地形、地物条件许可及工程量增加不大的情况下，综合考虑各种因素，选用技术指标如下：

主要技术指标采用情况表

本线K0+380～K1+420；K1+720～K1+900；K2+280～K2+380；K2+500～K2+768.596为老路改造利用路段，较为充分的利用了老路基。

(二)纵断面设计

1.设计原则

（1）纵断面设计必须符合《公路工程技术标准》中有关纵断面设计的各项规定，如各级公路的最大纵坡，符合排水要求的最小纵坡等。

（2）为保证汽车以一定的车速安全顺利地通过，纵坡应具有一定的平顺性；

（3）对沿线的自然条件，应作通盘研究，依据不同的具体情况分别处理，使公路畅通和稳定；

（4）按路线起伏综合考虑农田水利方面的特殊要求；

（5）在水文条件不良或地下水位很高的路段，应考虑适当的路基高度；

（6）在保证路基的强度和稳定的前提下，争取填挖平衡，节省土石方及其他工程量，降低工程造价；

（7）考虑到公路改建时，尽量利用原有路面作为新路面的基层；

（8）纵断面设计应与平面设计密切配合协调。 

2、主要技术指标采用情况

路线纵断面设计高程：三级改建公路设为路面中心线标高。路线纵断面设计综合考虑平面、横断面形式、规范要求等因素确定路线纵坡坡度、坡长。主要采用的设计指标如下：

（1）最大纵坡                         5.9%

（2）竖曲线占路线总长                  12.28%

（3）最短坡长                         520米

（4）竖曲线最小半径             凸形：2381M、凹形：1600M

三、路基、路面及排水

（一）原有公路路基、路面概况

1、原有公路路基、路面横断面组成、使用情况

现有公路路基使用多年，路基稳定，病害较轻，但路面破坏较严重，行车性能较差。

2、原有公路路面状况

现有公路已经存在多种病害：坑槽、沉陷、裂缝、龟裂、块状裂缝、纵横向裂缝。

 3、原有路基防护、排水的主要形式及其使用状况

原有路基防护主要方式：采用植草防护。

路基排水：一般路线两侧设置有土质排水沟。    

路面排水：采用自然排水及边缘排水相结合。

本线现有路基防护使用性能较为良好。

4、改建公路路基、路面及排水的主要形式及与原有公路相应结构之间的关系

本线的改建，除新建段外原有路基全部尽可能利用，路面结构均为新建。原土质排水沟均改为新建浆砌片石排水沟，不贯通的重新按设计连通。

（1）路基防护：采用植草和植树防护。

（2）路基排水：全部新建排水沟。

（3）路面排水：全线三级公路行车道设2.0％的路拱横坡，土路肩设 3.0％的横坡。全线采用自然排水及边缘排水相结合。

5、沿线地质、地层情况描述

根据野外钻探、原位测试及室内土工试验，该线路勘探深度内土层的物理力学性质变化相对较小，土的类型变化较小，除表层分布有厚度不一的填筑土（Q4ml）外，其下主要四系冲积(Q4al)与冲洪积(Q4al+pl)成因的粘性土。自上而下分为13层（含亚层）。

（二）路基、路面设计

1、路基

（1）一般路基设计原则

根据本地区的自然条件，本着因地制宜、就地取材的原则，选择合理的路基边坡坡率，并采取经济有效的排水防护措施，确保路基有足够的稳定性和耐久性。

a、路基设计主要依据《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）和《公路路基设计规范》（JTG D30－2004）及有关规定执行。

b、公路用地界为路堤坡脚或排水沟外缘以外1米，路堑为坡顶或截水沟外缘以外2米。

（2）路基横断面布置

全线采用三级公路标准建设，设计速度40km/h。路基宽度为8.5米，路面宽度2×3.5米，土路肩2×0.75米。

路拱坡度：三级公路行车道为2.0%，土路肩为3.0%。

超高方式：超高以行车道内边线为旋转轴。首先在约1米范围内路肩横坡由3%沿路面外边线旋转至2%，然后在一定超高长度的范围内将弯道外侧路面横坡绕中线旋转，将外侧半幅路面横坡由向外2%过渡到0%，再逐渐过渡到向内2%，随后再以路面内边线为旋转轴将路面横坡旋转至3%，然后在以路面内边线为旋转轴将路面横坡整体过渡到曲线的全超高横坡。超高渐变率采用1/100～1/330。

（3）路基设计

   1、路堤边坡设计

   路堤边坡形式尽可能的选择弧线形。对于低填方路段，边坡坡度应适当放缓，与原地貌融为一体，美化环境。对于填方边坡高度小于20米路段，边坡形式采用折线式，填土高度8米内边坡坡率为1:1.5,8—20米边坡坡率为1:1.75.全线无填土高度大于20米的情况。填方边坡坡脚设置护坡道，当填土高度小于等于6m时，护坡道宽0.5m，当填土高度大于6m时，护坡道宽1m，并设置向外倾0.03的横坡。排水沟的设置依据实际情况而定，当路基范围的水可自然排水时，宜不设，反之，宜设。

   2、路堑边坡设计

   挖方边坡尽量采用贴近自然地弧线边坡过渡，使边坡外形与周围地形地貌为一体，对于一般土质挖方路基，边坡坡率采用1;0.75,其中当边坡高度小于等于10m时，不设平台，一坡到顶；当边坡高度大于10米小于等于20米时，在8米高度设1.5米宽平台一处。全路段无边坡高度大于20米的情况，个别情况视实际土质类型自然边坡稳定状况等因素综合确定。挡水土堰、截水沟设置依实际情况而定是否需要，对于有水流流向公路用地范围的趋势的边坡宜设，反之，宜不设。

3、半填半挖路基边坡设计

半填半挖路基边坡在填方一侧与路堤边坡设计一致，在挖方一侧与路堑边坡设计一致，当地面坡度大于等于1:5时，应将原地面开挖成台阶状，并设置0.04向内横坡，台阶宽度大于等于2m，然后填筑路基。路堤路堑边坡设计和路堑边坡设计示意图如下： 标准图见设计文件

（4）路基填料技术要求及路基压实标准

1、路基填料技术要求

路基填料以采用强度高、水稳性好、压缩性小、施工方便以及运距短的岩土材料为宜。在选择填料时，一方面要考虑料源和经济性，另一方面要顾及填料的性质是否合适。

 路基填料的技术要求

路基压实标准一览表

2、特殊路基采用换填，换填高度一般设为路床顶面以下80cm，采用换填土为二八灰土。

（5）路基防护

根据现场原路路基防护的调查情况，设计中采用了路基植树、植草防护方案。

（6）路基路面排水

一般路段路基路面排水：采用两侧边沟排水。设计沟深一般为0.5m，排水直接排到边沟、排水沟。边沟、排水沟把水引入涵洞、天然河流或自然边坡等。

（7）取土、弃土方案及节约用地的措施

本线基本沿原线路走向，路基取土措施为：①K0+160～K0+520段路基土方主要体现为挖方，②K0+520～K1+910为填挖基本平衡路段，K1+910～K2+500为填方路段，K2+500～K2+768.596为挖方路段，故将K0+160～K0+520、K2+500～K2+768.596段路基土方纵向调运至K1+910～K2+500路段作填料。

2、路面

（1）路面结构设计

沥青砼路面具有表面平整、行车舒适、振动小、噪音低、适应变形能力强、维修施工简便等显著优点，在国内外得到广泛应用。结合国内路面结构，材料的新发展，以及重庆市已建成公路的实践经验，并考虑行车的舒适性，采用沥青混凝土路面。

根据道路等级及交通量对路面的使用要求，并结合气候、水文地质条件，参照重庆市几条公路的设计经验，主线路面结构方案为：

三级公路一般路段：上面层采用4厘米细粒式沥青混凝土，中面层采用5厘米中粒式沥青混凝土，下面层采用6厘米粗粒式沥青混凝土，上基层采用15厘米水泥稳定碎石(抗压强度3.5MPa)，下基层采用30厘米石灰稳定土。

优点：上面层具有很好的平整度，汽车行驶平稳、舒适，造价低，施工要求低；石灰稳定土下基层可以就地取材，减少废料，节省原材料，有利于环境保护，降低公路造价。

路面结构如下图所示：设计步骤如下:

1、设计方法

      我国现行的《公路沥青路面设计规范》（JTG    D50-2006）采用弹性层状体系作力学分析基础理论，以双圆垂直均布荷载作用下的路面整体沉降（弯沉）和结构层的层底拉应力作为设计指标，以疲劳效应为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。

2、路面类型的选择确定

路面结构设计的目的是提供在特定的使用期限内同所处环境相适应并能承受与其交通荷载适用的路面结构，同时设计路面结构，便于改变道路行驶条件，提高服务水平，满足汽车运输的要求，因此路面应起码具备三个方面的使用要求：平整、抗滑、承载能力、故本设计采用沥青混凝土路面。

3、路面等级与类型

选定：本改建三级公路采用沥青混凝土路面，路面设计年限为8年。

4、标准轴载及轴载换算

路面设计以双轮组单轴载100KN为标准轴载,以BZZ－100表示。标准

轴载计算参数如表所示。

标准轴载计算参数

式中 N——标准轴载的当量轴次

n1——被换算车型的各级轴载作用次数（次/日）

P——标准轴载

         P1——换算车型的各级轴载

C1——轴数系数，C1=1+1.2(m－1), m是轴数。当轴间距大于3米时,按单独的一个轴载计算；当轴间距小于3米时,应考虑轴数系数。

C2——轮组系数,单轮组为6.4,双轮组为1,四轮组为0.38.

累计当量轴次

设计年限内一个车道的累计当量轴次Ne

式中 Ne——设计年限内一个车道的累计当量轴次

t ——设计年限

Nt ——设计竣工后第一年双向日平均当量轴次

 ——设计年限内的交通量平均增长率

          ——车道系数

当进行半刚性基层层底拉应力验算时，凡是轴载大于50KN底各级轴载（包括车辆底前、后轴）P1的作用次数n1均应按下式换算成标准轴载P的当量作用次数N

        （10－3）

式中——轴数系数，当轴间距大于3米时,按单独的一个轴载计算,则C1=1m,当轴间距小于3m时,按双轴或多轴计算, C1=1+2×(m-1)

m——轴数

——轮组系数,单轮组为18.5,双轮组为1,四轮组为0.09

5、沥青面层设计

为了给汽车提供安全、舒适、快速的行车条件，沥青路面应具有坚实、平整、抗滑和耐久的品质，同时，还应具有高温抗车辙、低温抗开裂，抗水损害及雨水渗入基层的功能，故选择沥青

6、路面设计弯沉值的计算

路面设计弯沉值是表征路面整体刚度大小的指标，是路面设计计算的主要依据。路面设计弯沉值根据公路等级、设计年限内累计当量标准轴次、面层和基层类型按下式确定：

ld＝600×Ne-0.2×Ac×As×Ab       

式中 ld——设计弯沉值

     Ne——设计年限内的累计当连标准轴载作用次数

     Ac——公路等级系数，三级公路为1.1

As——面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0

Ab——基层类型系数，半刚性基层为1.0

7、容许拉应力的计算

在计算层底拉应力时，结构层底面计算点的拉应力，应小于等于该层材料的容许拉应力，即：

σm≤σr                         

容许拉应力按下式计算：

式中 ——路面结构层的容许拉应力

         ——沥青混凝土和半刚性基层的劈裂强度（MPa）。对沥青混凝土是指15℃时的劈裂强度，对二灰稳定类材料为龄期为180天的劈裂强度。

         KS——抗拉强度结构系数

对沥青混凝土面层：

KS＝0.09×Aa×Ne0.22/Ac            

对无机结合料稳定集料类：

KS＝0.35Ne0.11/Ac                  

对无机结合料稳定土类：

KS＝0.45Ne0.11/Ac                  

式中 Aa——沥青混凝土继配类型系数，细、中粒式沥青混凝土为1.0，粗粒式沥青混凝土为1.1。

Ac——公路等级系数。三级公路为1.2.

四、桥梁、涵洞

1、设计原则及技术标准

①设计原则：桥梁设计荷载根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质、环境等条件进行综合设计。

构造物型式应符合适用、安全、经济的原则,并满足标准化、系列化、通用化的要求,以缩短工期，保证质量。本工程中所跨越的河流对桥梁结构无特殊要求，设计中均采用了20米的标准化跨径。

②技术标准：

设计荷载：桥梁公路 -Ⅰ级。

三级路设计洪水频率：大、中桥1/50，小桥、涵洞为1/25。

本设计新建桥梁结构形式见下表。

五、环境保护及景观设计

本阶段对环境保护予以了充分的考虑，并遵循确保环境质量、因地制宜、量力而行、分期实施的原则，借鉴其他公路的经验，主要采取了如下措施：

1、在路线选线过程中，尽量减少占用良田，并尽量避免破坏现有的农田布局结构。

2、借土采用纵向调运，弃土时，采用必要排水、防和绿化措施，并与自然环境相结合，避免破坏农田、林木及其他工程措施。

3、对全线的路基路面排水统一考虑，避免对所在地区造成新的污染。

4、新建公路路段两侧路基边坡种植草皮和乔木，特别是在靠近村镇的路段尽量加大绿化密度，以美化环境，衰减噪音及大气污染。

六、筑路材料

（1）路用填方材料

由挖方段提供。

（2）路用砂石料

由挖方段提供。

（3）水泥、生石灰、刚出、沥青等

   购买。

（4）工程及生活用水

沿线水系较为发达，水质纯净，用水较为方便，对混凝土无腐蚀性，能满足工程要求。

（5）工程用电

公路沿线村镇密集，电力网较为完善，施工用电可考虑经电力部门从当地供电系统直接接入。