【正文】 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 1 頁 共 62 頁 1 線形設(shè)計 線形設(shè)計一般原則 、地物相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào) 在地勢平坦的平原微丘區(qū)，路線以方向為主導，平面線形三要素中以直線為主；在地勢起伏很大的山嶺重丘區(qū)，路線以高程為主導，為適應地形，曲線所占比例較大。直線、圓曲線、緩和曲線的選用與合理組合取決于地形地物等具體條件，不要片面強調(diào)路線以直線為主或曲線為主。 （ 1） 長直線盡頭不能接以小半徑曲線。 （ 2） 高、低標準之間要有過渡。 汽車在曲線路段上 行駛，如果曲線過短，司機就必須很快的轉(zhuǎn)動方向盤，這樣在高速行駛的情況下是非常危險的。同時，如不設(shè)置足夠長度的緩和曲線，使離心加速度變化率小于一定數(shù)值，從乘客的心理和生理感受來看也是不好的。當?shù)缆忿D(zhuǎn)角很小時，曲線長度就顯得比實際短，容易引起曲線很小的錯覺。因此，平曲線具有一定的長度是必要的。為了解決上述問題，最小平曲線長度一般應考率下述條件確定： （ 1） 汽車駕駛員在操縱方向盤時不感到困難一般按 6 s的通過時間來設(shè)置最小平曲線長度，當設(shè)計車速為 100km/h時，平曲線一般值取 850m，最小值取 170m。 （ 2） 小偏角的平曲線長度 當路線轉(zhuǎn)角 α≤ 7176。 時稱為小偏角。設(shè)計計算時，當轉(zhuǎn)角等于 7176。 時，平曲線按 6 s行程考慮；當轉(zhuǎn)角小于 7176。 時，曲線長度與 α 成反比增加；當轉(zhuǎn)角小于 2176。 時，按 α ＝ 2176。 計。 平面線形要素的組合類型 平面線形的幾何要素為直線、圓曲線和緩和曲線，這三種基本線形要素可以組合得到很多種平面線形的形式。就公路平面線形設(shè)計而言，主要有基本型、 S 型、卵型、凸型、 C型和復合型六種。 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 2 頁 共 62 頁 路線平面設(shè)計 根據(jù)設(shè)計任務書，設(shè)計指導書和給定的《路線平面圖》，本任務段的平面設(shè)計已經(jīng)給定。下面僅列出我的 設(shè)計段（樁號 K15+400～ K16+800）平面曲線要素。 已知圓曲線的幾何要素有轉(zhuǎn)角和半徑。由以下公式可求出切線長度 ?，曲線長度 L, 外矢距 E ,切曲差 J； (本章中的所有公式均來于《公路路線設(shè)計規(guī)范》 ) 0( R ) t a n2( 2 ) R2180( R p ) s e c22saT P qLlERJ T L? ? ??? ? ? ????? ? ? ??? 式中： p 為內(nèi)移距， 24324 2688ssllp RR???。q 為切垂距， 32 240ssllq R?? 。 0? 為緩和曲線角，0 90 ()slR? ???。其結(jié)果 見 A3圖 表 ： 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 3 頁 共 62 頁 2 縱斷面設(shè)計 本段的路線方案已經(jīng)確定，路線全長 公里。起終點的設(shè)計標高分別為 。根據(jù)起、終點設(shè)計標高設(shè)計時應按照規(guī)范的要求，最小縱坡不小于 ％，最大縱坡不大于 4％，最小坡長不小于 350m，最大坡長不大于 1000m，并且豎曲線應選用較大的半徑。在確定縱坡及豎曲線的同時，還應當考慮填挖要盡量平衡的問題，爭取讓工程的成本盡量控制在最低。 縱坡豎曲線計算以豎曲線 1計算為列過 程如下 : ： 12=i 12 ( 15 ) 3i? ? ? ? ? ? 所以該豎曲線為凸形曲線。 曲線長 85 00 0. 04 93 41 8. 87 ( m )LR ?? ? ? ? 切線長 T / 2 20 9. 43 ( m )L?? 外距 222 0 9 .4 3E 2 .5 8 ( m )2 2 8 5 0 0T R? ? ?? ，終點樁號 豎曲線起點樁號 =（ K15+） = K15+ 豎曲線終點樁號 =（ K15+） += K15+ 具體計算數(shù)據(jù)見 A3 圖表 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 4 頁 共 62 頁 3 路基邊坡 穩(wěn)定性分析 本設(shè)計計算內(nèi)容為廣西梧州繞城高速公路東段 k15+400～ k16+800 路段中出現(xiàn)的最大填方路段。該路堤邊坡高 22m，路基寬 26m，需要進行邊坡穩(wěn)定性驗算。 確定本設(shè)計計算的基本參數(shù) 本段路段路堤邊坡的土為粘性土，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》 ， 取土的容重γ =179。，粘聚力 C=20kpa，內(nèi)摩擦角 C=24186。，填土的內(nèi)摩擦系數(shù)? =tan24186。=。 行車荷載當量高度換算 高度為 : 0 2 5 5 0 0 . 8 4 4 6 ( m )5 . 5 1 2 . 8 1 8 . 5NQh BL ? ?? ? ??? h0— 行車荷載換算高度； L— 前后輪 最大軸距，按《公路工程技術(shù)標準》（ JTG B0120xx）規(guī)定對于標準車輛荷載為 ； Q— 一輛車的重力（標準車輛荷載為 550kN）； N— 并列車輛數(shù)，雙車道 N=2，單車道 N=1； γ — 路基填料的重度（ kN/m3）； B— 荷載橫向分布寬度，表示如下 ： (N 1) m dB N b? ? ? ? 式中： b— 后輪輪距，取 ； m— 相鄰兩輛車后輪的中心間距，取 ； d— 輪胎著地寬度，取 。 Bishop 法求穩(wěn)定系數(shù) K 計算步驟： （ 1）按 法確定滑動圓心輔助線。由表查得 β 1=26176。 ， β 2 =35176。 及荷載換算為土柱高度 h0 =(m),得 G點。 a .由坡腳 A 向下引豎線，在豎線上截取高度 H=h+h0（ h 為邊坡高度， h0 為換算土層高） 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 5 頁 共 62 頁 G 點向右引水平線，在水平線上截取 ，得 E 點。根據(jù)兩角分別自坡角和左點作直線相交于 F 點， EF 的延長線即為滑動圓心輔助線。 A 和頂點 B，求得 AB 的斜度 i=1/，據(jù)此查《路基路面工程》表 41得 β 1,β 2。 圖 1( ) （ 2）在 CAD上繪出五條不同的位置的滑動曲線 （ 3）將圓弧范圍土體分成 若干 段。 （ 4）利用 CAD功能讀取滑動曲線每一分段中點與圓心豎曲線之間的偏角 α i(圓心豎曲線左側(cè)為負，右側(cè)為正 )以及 每分段的面積 Si和弧長 Li； （ 5）計算穩(wěn)定系數(shù)： 首先假定兩個條件： a,忽略土條間的豎向剪切力 Xi及 Xi+1 作用； b,對滑動面上的切向力 Ti 的大小做了規(guī)定。 根據(jù)土條 i的豎向平衡條件可得： 1 c os 0i i i i i iW X X T N ??? ? ? ? ? 即 1c os s i ni i i i i i iN W X X T???? ? ? ? （ 1） 若土坡的穩(wěn) 定安全系數(shù)為 K，則土條 i的滑動面上的抗剪強度τ fi也只發(fā)揮了一部分，畢肖普假設(shè)τ fi與滑動面上的切向力 Ti相平衡，即： 1 ( ta n )i fi i i i iT N c lK??? ?? （ 2） 將（ 1）代入式（ 2）得： 1 sinta n sinc o si i ii i iiiiiclW X XKNK?????? ? ??? (3) 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 6 頁 共 62 頁 又已知土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) K為： 11( ta n )sinni i i ir insiiiN c lMK MW????????? （ 4） 將式（ 3）代入式（ 4）中得： 11111( ) t a n c ost a n si n( t a n ) c ossi n si nn i i i i i i iniiii i i iir innsi i i iiiW X X c lN c lMKKKM WW????? ????????? ? ?? ?? ? ????? （ 5） 由于上式中 Xi及 Xi+1是未知的，故求解尚有困難。畢肖普假定土條間豎向剪切力均略去不計，則式（ 5）可簡化為： 11ta n c o ssinn i i i i iiiniiiW c lMKW?????????? （ 6） 其中 ta n s inc o s iiiiM K? ???? ? （ 7） 式（ 6）就是簡化畢肖普法計算土坡穩(wěn)定安全系數(shù)的公式。由于式（ 7）也包含 K值，因此式（ 6）須用迭代法求解，即先假定一個 K值，按式（ 7）求得的值，代入式（ 6）中求出 K值。若值與假定值不符，則用此 K值重新 計算求得新的 K值，如此反復迭代，直至假定 K值于求得的 K值相近為止。 具體計算過程及圖表 ，Ｒ＝ m。 假設(shè) K1 =，計算結(jié)果如表 21 所示 : 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 7 頁 共 62 頁 表 21 計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計算可得 11ta n c o ssinn i i i i iiiniiiW c lMKW??????????= 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 8 頁 共 62 頁 計算出的 K1 與假設(shè)的 K1相差很小，即 K1 = ，Ｒ＝ m。 假設(shè) K2=，計算結(jié)果如表 22 所示 : 表 22 計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計算可得 11ta n c o ssinn i i i i iiiniiiW c lMKW??????????= 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 9 頁 共 62 頁 計算出的 K 2與假設(shè)的 K2相差很小，即 K2 = ，Ｒ＝ m。 假設(shè) K3= ，計算結(jié)果如表 23 所示 : 表 23 計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計算可得 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 10 頁 共 62 頁 11ta n c o ssinn i i i i iiiniiiW c lMKW??????????=計算出的 K3與假設(shè)的 K3相差很小，即 K3 = ，Ｒ＝ 。 假設(shè) K4=，計算結(jié)果如表 24 所示 : 表 24 計算土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 11 頁 共 62 頁 計算可得 11ta n c o ssinn i i i i iiiniiiW c lMKW??????????=計算出的 K4與假設(shè)的 K4相差很小，即 K4 = ，Ｒ＝ 。 假設(shè) K5=，計算結(jié)果如表 25所示 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 12 頁 共 62 頁 表 25 計算 土坡的穩(wěn)定安全系數(shù) 計算可得 11ta n c o ssinn i i i i iiiniiiW c lMKW??????????=計算出的 K5 與假設(shè)的 K相差很小，即 K5 = Kmin的確定 根據(jù)上述 5個點得到回歸方程 為： 廣西 梧州繞城高速東段 K15+400到 K16+800段路基路面綜合設(shè)計 第 13 頁 共 62 頁 回歸方程0 5 10 15距離（m）K值 系列1由圖可以看出該曲線最低點即為已知中間點，故 Kmin = K4 =＞ ，滿足要求 廣西 梧州繞城高速東段 K15+40