1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1.道路现状与发展规划

1901年我国开始进口汽车。到1949年，全国公路能通行的里程仅为8.07万公里，且缺桥少渡，路况极极差。中国人民共和国成立以后，国家对公路建设作出了很大努力，取得了显著成就，到2007年底，全国公路通车里程达到358.37万公里。道路发展的突出成就是高速公路和快速路的快速发展。到2007年底高度公路总里程达到5.93万公里。

根据我国国民经济和社会发展的长远规划，中国公路在未来几十年内，将通过”三个发展阶段”实现现代化的奋斗目标。最终在21世纪中叶基本实现公路交通运输现代化，达到中等发达国家水平。为进一步适应国民经济快速发展和满足人民群众安全便捷出行需求，原交通部编制了《国家高速公路网规划》，并与2004年12月发布实施，标志着我国高速公路建设发展进入了一个新的历史时期。^{【（8）（9）】}

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

1. 本次公路工程的设计资料

道路起于丹庄高速公路，终于沈大高速公路与盘海高速公路连接处，道路全长约143.158公里。

道路位于辽宁省东南部，地形复杂，冲沟发育。山体总体呈近北西走向。相对高差36.3m，属微丘地貌。线路通过区地层主要为下元古界辽河群片岩、片麻岩、大理岩、变质岩、浅粒岩及侵入岩、混合岩等。山间河谷及坡洪积扇地主要以第四系冲积、冲洪积和坡洪积地层为主。本区主要为低山丘陵，由于山体不高，丘陵上部无酸性棕壤发育。相反，受地质过程以及人为活动的影响，大部分丘陵的上部植被稀少，岩石裸露，土壤侵蚀严重，发育着大量的棕壤性土、粗骨土或石质土，由丘陵中部向下至谷底，发育的土壤与辽东北山地区大体相同，依次为棕壤、潮棕壤、草甸土、沼泽土和水稻土。另外，在富钙的石灰岩风化物和部分黄土母质上还有褐土发育。所以，该区土壤主要为枝状分布，粗骨土、石质土和棕壤性土之间存在复区分布；由石灰岩残积物发育的褐土呈岛状分布。

2.公路的设计内容，应包括

（1）路线设计。

（2）道路横断面设计。

（3）道路纵断面设计。

（4）道路平面设计。

（5）道路路基。

（6）路面结构设计。

（7）道路排水设计。

（8）道路工程量计算。

3.规范及计算

3.1 平面设计

1. 两圆曲线间以直线径相连接时，同向圆曲线间最小直线长度宜为600m, 反向圆曲线间的最小直线长度宜为200m。

2. 圆曲线最小半径为700m,极限值为400m。同时圆曲线最大半径值不宜超过10000m。

3.一级公路的直线同半径小于4000m（路拱坡度小于2%）或小于5 250m（路拱坡度大于2%）不设超高的圆曲线相连接处，应设置回旋线。

4. 半径不同的同向圆曲线径相连接处，应设置回旋线。但小圆半径大于表4000m（路拱坡度小于2%）或小于5 250m（路拱坡度大于2%）或复曲线中小圆临界圆曲线半径达到1 500m且大圆半径（R₁）与小圆半径（R₂）之比小于1.5时可不设回旋线。

5. 回旋线最小长度为85m。

6.平曲线最小长度一般为500m，最小为170m。

7.当路线转角等于或小于7#176;时，应设置较长的平曲线，其长度为1200/△（表中△为路线转角值（#176;），当△＜2#176;时，按△=2#176;计算。）

8.一级公路的视距采用停车视距。停车视距为160m。

9.一级公路的下坡路段，应采用下坡段货车停车视距对相关路段进行检验。下坡段货车停车视距在纵坡坡度为3%时是130m，4%时是132m，5%时是136m，6%时是139m。

3.2道路纵断面设计

1.一级公路的路基设计标高宜采用中央分隔带的外侧边缘标高。

2.一级公路的路基设计洪水频率为1/100。

3.公路的最大纵坡为4%。

4. 公路纵坡的最小坡长为250m。

5. 公路在不同纵坡下有不同要求的最大坡长。纵坡坡度为3%时，最大为1000m。纵坡坡度为4%时，最大为800m。纵坡坡度为5%时，最大为600m。

6. 公路的最大合成坡度为10%。

7. 公路纵坡变更处应设置竖曲线，竖曲线宜采用圆曲线，凸形竖曲线最小半径一般值为10000m，极限值为6500m。凹形竖曲线最小半径一般值为4500m，极限值为3000m，竖曲线长度一般值为210m，极限值为85m。

3.3横断面设计

1.车道宽度采用3.75m。

2.一级公路在连续上坡路段设置爬坡车道时其宽度应为3.50m。

3.一级公路整体式路基必须设置中间带，中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成。中央分隔带宽度取2m, 左侧路缘带宽度取0.75m，中间带宽度取3.5m。

4.中央分隔带应按一定距离设置开口部。开口部以每2km的距离设置。

5.中间带的表面形式使用凸形形式。

6.右侧路肩的宽度为3m，在右侧硬路肩宽度内设右侧路缘带，其宽度为0.50m。

7.路拱采用双向路拱坡度，由路中央向两侧倾斜。路拱坡度为2%

8.直线路段的硬路肩设置为向外倾斜的横坡，其坡度值与车道横坡值相同。当曲线超高小于或等于5%时，其横坡值和方向与相邻车道相同；当曲线超高大于5%时，其横坡值不大于5%，且方向相同。

9.圆曲线上路面的加宽值按公式计算。

10.对于的圆曲线，可因其加宽值甚小，可不加宽。

11．对任意半径圆曲线超高值的确定，由汽车在圆曲线上行驶时力的平衡方程式可得()

12.超高过渡方式为绕中央分隔带边缘旋转。

3.4道路路基

1.路堤变坡上部高度（）坡率为1:1.3，下部高度（）坡率为1：1.5。

2.土质挖方变坡坡度为1:1。

3.路堤要分层铺筑，均匀压实，上路堤的压实度要达到大于，下路堤的压实度要达到大于。

4.路基防护使以使用工程防护与植物防护相结合的形式。

3.5 挡土墙的设计

1.挡土墙的结构形式不同，分为：重力式、半重力式、衡重式、悬臂式、扶壁式、锚杆式、锚定板式、加筋土式、和桩板式等。

重力式挡土墙适用于一般地区、浸水地区和地震地区的路肩、路堤和路堑等支挡工程。墙高不宜超过12m，干砌挡土墙的高度不宜超过6m。高速公路、一级公路不应采用干砌挡土墙。

半重力式挡土墙适用于不宜采用重力式挡土墙的地下水位较高或较软弱的地基上。墙高不宜超过8m。

悬臂式挡土墙宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用。墙高不宜超过5m。

扶壁式挡土墙宜在石料缺乏、地基承载力较低的填方路段采用。墙高不宜超过15m。

锚杆挡土墙宜用于墙高较大的岩质路堑地段。可用作抗滑挡土墙。可采用肋柱式或板壁式单级墙或多级墙。每级墙高不宜大于8m，多级墙的上、下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台。

锚定板挡土墙宜使用在缺少石料地区的路肩墙或路堤式挡土墙，但不应建筑于滑坡、坍塌、软土及膨胀土地区。可采用肋柱式或板壁式，墙高不宜超过10m。肋柱式锚定板挡土墙可采用单级墙或双级墙，每级墙高不宜大于6m，上、下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台。上下两级墙的肋柱宜交错布置。

加筋土挡土墙用于一般地区的路肩式挡土墙、路堤式挡土墙。但不应修建在滑坡、水流冲刷、崩塌等不良地质地段。高速公路、一级公路墙高不宜大于12m。当采用多级墙时，每级墙高不宜大于10m，上、下级墙体之间应设置宽度不小于2m的平台。

桩板式挡土墙用于表土及强风化层较薄的均质岩石地基、挡土墙高度可较大，也可用于地震区的路堑或路堤支挡或滑坡等特殊地段的治理。

2.采用以极限状态设计的分项系数法为主要设计方法。

挡土墙构件承载能力极限状态设计采用的一般表达式

式中：――结构重要性系数，墙高≤5.0ｍ时为1.0.墙高＞5.0ｍ时为1.05；

S#8212;#8212;作用（或荷载）效应的组合设计值；

――挡土墙结构抗力函数；

――抗力材料的强度标准值；

――结构材料、岩土性能的分项系数；

――结构或结构构件几何参数的设计值，当无可靠数据时，可采用几何参数标准值。

3.施加于挡土墙的作用包括永久作用、偶然作用和可变作用。可变作用又可分为基本可变作用、施工荷载和其他可变作用。

4.作用在一般地区挡土墙上的力，可只计算永久作用和基本可变作用。

5.作用在墙背上的主动土压力，可按库仑理论计算。应进行墙后填料的土质试验，确定填料的物理力学指标。

6.挡土墙前的被动土压力可不计算，当基础埋置较深且地层稳定、不受水流冲刷和扰动破坏时，可计入被动土压力。

7.车辆荷载作用在挡土墙墙背填土上所引起的附加土体侧压力，可按式换算成等代均布土层厚度计算：

式中： #8212;#8212;换算土层厚度(m)；

#8212;#8212;车辆荷载附加荷载强度，墙高小于2 m，取20kN/m²；墙高大于10 m，取10kN/m²；墙高在2m～10m之内时，附加荷载强度用直线内插法计算。作用于墙顶或墙后填土上的人群荷载强度规定为3kN/m²；作用于挡墙栏杆顶的水平推力采用0.75kN/m，作用于栏杆扶手上的竖向力采用1kN/m。

#8212;#8212;墙背填土的重度（kN/m³）。

8.基底合力的偏心距ｅ₀可按下式计算：

　　　　　　　　　

式中：N_d#8212;#8212;作用于基底上的垂直力组合设计值（kN/m）；

Μ_d#8212;#8212;作用于基底形心的弯矩组合设计值（MPa）。

9.挡土墙地基计算时，各类作用（或荷载）组合下，作用效应组合设计值计算式中的作用分项系数，除被动土压力分项系数外，其余作用（或荷载）的分项系数规定均等于1。

10.基底压应力s应按下列公式计算：

时，　

位于岩石地基上的挡土墙

时，，　　　　　　　　　　

　　　

式中：――挡土墙趾部的压应力（）；

　　　――挡土墙踵部的压应力（）；

　　　――基底宽度（ｍ），倾斜基底为其斜宽；

　　　――基础底面每延米的面积，矩形基础为基础宽度B#215;1（m²）。

基底合力的偏心距，对土质地基不应大于B/6；岩石地基不应大于B/4。基底压应力不应大于基底的容许承载力；基底容许承载力值可按现行《公路桥涵地基与基础设计规范》的规定采用，当为作用（或荷载）组合Ⅲ及施工荷载时，且＞150kPa时，可提高25%。

11.挡土墙宜采用明挖基础。基底建筑在大于5%纵向斜坡上的挡土墙，基底应设计为台阶式。基础位于横向斜坡地面上时，前趾埋入地面的深度和距地表的水平距离应满足下列要求。

12. 挡土墙的滑动稳定方程与抗滑稳定系数按下列公式计算：

滑动稳定方程：

式中：#8212;#8212;作用于基底以上的重力（kN），浸水挡土墙的浸水部分应计入浮力；

#8212;#8212;墙后主动土压力的竖向分量（kN）；

#8212;#8212;墙后主动土压力的水平分量（kN）；

――墙前被动土压力的水平分量（ｋN），当为浸水挡土墙时，＝0；

#8212;#8212;基底倾斜角（#176;），基底为水平时， =0；

――主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数；

――基底与地基间的摩擦系数；

抗滑动稳定系数按下式计算：

式中：――作用于基底上合力的竖向分力（ｋN），浸水挡土墙应计浸水部分的浮力；

　　――墙前被动土压力水平分量的0.3倍（ｋN）。

13.挡土墙的倾覆稳定方程与抗倾覆稳定系数按下列公式计算：

倾覆稳定方程：

式中：――墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其它荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离（ｍ）；

　　　――墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离（ｍ）；

――墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离（ｍ）；

――墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离（ｍ）；

抗倾覆稳定系数按下式计算：

在本规范规定的墙高范围内，验算挡土墙的抗滑动和抗倾覆稳定时，稳定系数在荷载组合I、II下抗滑动不宜小于1.3、抗倾覆不宜小于1.5。在施工阶段验算抗滑动不宜小于1.2、抗倾覆不宜小于1.2。

14.重力式挡土墙按承载能力极限状态设计时，在某一类作用（或荷载）效应组合下，作用（或荷载）效应的组合设计值，可按下列公式计算。

式中 #8212;#8212;作用（或荷载）效应的组合设计值；

#8212;#8212;作用（或荷载）的分项系数；

#8212;#8212;第i个垂直恒载的标准值效应；

#8212;#8212;土侧压力、水浮力、静水压力、其他可变作用（或荷载）的标准值效应。

#8212;#8212;荷载效应组合系数。

重力式挡土墙构件轴心或偏心受压时，正截面强度和稳定按下列公式计算。

计算强度时：

　　　 　　　　　　　　　　　　　

计算稳定时：

　　　 　　　　　　　　　　　　

式中： ――验算截面上的轴向力组合设计值（ｋN）；

――重要性系数；

――圬工构件或材料的抗力分项系数；

――材料抗压极限强度（ｋN）；

――挡土墙构件的计算截面面积（ｍ²）；

――轴向力偏心影响系数；

――偏心受压构件在弯曲平面内的纵向弯曲系数；

式中： ――轴向力的偏心距（ｍ）；

――挡土墙计算截面宽度（ｍ）；

挡土墙墙身或基础为圬工截面时，其轴向力的偏心距应符合规定。

式中――在某一类作用（或荷载）组合下，作用（或荷载）对计算截面形心的总力矩；

――某一类作用（或荷载）组合下，作用于计算截面上的轴向力的合力（）。

　　　　　　　　　　

式中：；

――墙高（m）；

――与材料有关的系数。

3.6.沥青路面结构设计

1. 设计交通量的计算应将不同轴重的各种车辆换算成BZZ-100标准轴重的当量轴次。

当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时, 各种车辆的前、后轴均应按公式换算成标准轴载P的当量作用次数Ni。

。

式中：N ── 标准轴载的当量轴次（次/日）；

n₁── 各种被换算汽车的作用次数，（次/日）；

P ── 标准轴载（KN）；

P_i ── 各种被换算车型的轴载（KN）；

C₁ ── 轮组系数, 双轮组为1，单轮组为6.4，四轮组为0.38；

C₂── 轴数系数；

当轴间距大于3米时, 应按一个单独的轴载计算；当轴间距小于3米时,双轴或多轴的轴数系数按公式(3.1.2-2)计算。

C₂=1＋1.2（m－1）

式中：m ── 轴数。

当以半刚性材料层的拉应力为设计指标时, 各种车辆的前、后轴均应按公式换算成标准轴载P的当量作用次数N。

式中： ──轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为18.5，四轮组为0.09；

Cacute;₂──轴数系数。

以拉应力为设计指标时，双轴或多轴的轴数系数按式计算。

Cacute;₂=1 2(m-1)

2.重、中冻区的一级公路的沥青路面应按式验算冻胀力作用下产生的拉应变，以防治路基冻胀使路面产生纵向开裂。

式中： ── 路面验算层材料因路基冻胀产生的应变(μ)；

── 路面计算宽度（m），对一级公路取半幅宽度

── 路面材料极限弯曲拉应变，根据试验确定。

── 路面验算层顶面至路基顶面结构层总厚度(m)；

── 材料安全系数，根据公路等级、材料均匀性和试验条件取1.05～1.1；

── 路面验算层材料温度系数，重冻区取2.8，中冻区取2.0，轻冻区取 1.4，基层材料取1.0；

── 路基计算冻胀值(m)，一级公路为30mm；

── 路面不均匀冻胀系数，一级公路取0.2；

3.路面结构厚度设计应满足结构整体承载力与抵抗疲劳开裂的要求：

轮隙中心处（A点）路表计算弯沉值小于或等于设计弯沉值，即：

轮隙中心（C点）或单圆荷载中心处（B点）的层底拉应力应小于或等于容许拉应力，即：

4.设计弯沉值应根据公路等级、设计年限内累计标准当量轴次、面层和基层类型按式计算确定。

式中：#8212;#8212; 设计弯沉值（0.01mm）；

#8212;#8212; 设计年限内一个车道累计当量轴次；

#8212;#8212;一级公路为1.0；

#8212;#8212; 面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、上拌下贯或贯入式路面、沥青表面处治为1.1；中、低级路面为1.2。

#8212;#8212; 基层类型系数，对半刚性基层=1.0；柔性基层=1.6；对于混合式基层采用线性内插确定基层类型系数：

式中：#8212;#8212; 为半刚性基层或底基层上柔性结构层总厚度（cm）；

5.沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层以弯拉应力为设计指标时，材料的容许拉应力应按下列公式计算：

式中：#8212;#8212; 路面结构层材料的容许拉应力(MPa);

#8212;#8212; 沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa)；

#8212;#8212; 抗拉强度结构系数。

6.层底拉应力以单圆中心 (B点)及双圆轮隙中心 (C点)为计算点，并取较大值作为层底拉应力。按下式计算层底最大拉应力：

式中： #8212;#8212; 理论最大拉应力系数。

3.7道路排水设计

1.边沟布置在路堑的路肩外侧或较低矮路堤坡脚外侧，边沟的纵坡与路线纵坡相一致，并不小于0.3％，困难情况下可以减至0.1%，单向排水长度每300#8212;500米设出水口。

2.截水沟布置在路堑边坡或陡坡路堤上侧，垂直于山坡水流方向或基本与等高线平行。截水沟的纵坡不小于0.3％，长度的考虑以汇水既不造成过大的冲刷，又不淤积为原则。

3.排水沟的布置根据需要并结合当地地形条件而定，距离路基坡脚不小于3～4m，平面上应力求直捷，需要转弯时亦应尽量圆顺，做成弧形，半径不小于10～20m，连续长度宜短，不超过500m。排水沟要具有合适的纵坡，以保证水流畅通，通过水文水力计算而择优选定。一般情况下，可取0.5～1.0%，不小于0.3％，亦不宜大于3％。

4.排水沟的横断面，一般采用梯形，尺寸大小应经过水力水文计算选定。

5.倒虹吸设置在因路基横跨原有沟渠，且沟渠水位高于路基设计标高，不能按正常条件下设置涵洞的地方。

6. 盲沟沟底纵坡不小于1%。断面尺寸根据需要而定，宽0.3～0.5m，深1.0～1.5m。