某高速公路毕业设计说明书

商州至陕豫界高速公路乡村至口前段设计
（K0+000～K1+400）
摘要：本设计为商周至陕豫界高速公路乡村至口前段设计。

设计车速100km/h，路基宽26m，公路汽车设计荷载采用公路-I级，设计路线全长7.5公里。

本设计包括路线的纵断面、横断面、边坡防护与加固、排水系统、涵洞、水泥混凝土路面设计、沥青混凝土路面设计和施工组织设计。

纵断面设计是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。

横断面设计是根据设计资料说明，并参照“标准横断面图”，画出路幅宽度，填或挖的边坡线，在需要设置各种支挡工程和防护工程的地方画出该工程结构的断面示意图。

边坡防护与加固设计是根据边坡的高度，路基横断面形式进行植草或圬工防护。

排水系统设计是根据横断面沟底标高确定流水方向，并设置涵洞。

路面设计是根据公路等级、交通量进行路面结构设计。

施工组织设计是根据沿线路段自然条件和工程量来确定施工进度和布置施工总平面图。

关键词：高速公路、路基、路面、排水、防护
The highway of Shangzhou to Shanyujie and Zhangxiang country to Koqian sectional design
（K0+000～K1+400）
ABSTRACT：This design is the highway of Shangzhou to Shanyujie and Zhangxiang country to Koqian sectional design. Design speed is 100km/h, subgrade width is 26 M, highway vehicle design load by road-I level, the total length of this highway is 7.5 kilometers.
The design includ the vertical section cross-sectional of the line design, slope protection and reinforcement, drainage systems, the culvert road design and the construction organization design . The profile design is based on grade of the road, the natural conditions and structures control elevation to determine the appropriate elevation of the road, the different slope of the vertical slope and the slope length and design of vertical curve. The main content of cross-sectional design is based on design information, in the light of the "standard cross-sectional map", drawing a way width, filling or digging slope of the slope, the need to set all kinds of support Engineering and protection engineering block where to draw the project structure of the cross-section diagram. Slope protection and reinforcement design is based on the height of the slope, cross-sectional form of grass embankment or masonry protection. Drainage system design is based on cross-sectional elevation of the ditch to determine the direction of flow, and set the culvert. Cement concrete pavement design is based on road grade, traffic volume pavement structure design. Construction design is based on the natural conditions along the roads and the construction quantities to determine the layout of the construction progress and the overall plan.
Keywords :Highway；Subgrade；Pavement；Drainage；Protection
第一章设计说明书
1.1 工程概况
1.1.1 概述
商州至陕豫界高速公路乡村至口前段全长7.5公里，里程桩号为K0+000至K7+501.052，本设计段为第一段（K0+000~K1+400），计车速100km/h，路基宽26m，本段主要工程容包括路基、路面、涵洞、排水、防护。

地质状况：本设计路段属秦岭山区。

受复杂地质构造变动与外地质应力长期作用，形成了山间盆地河谷丘陵为主的地貌。

总体地势西北高，东南低；河谷两侧高，向丹江河谷降低。

地貌单元为古溶原，溶原面积广阔，中间偶见风化溶蚀残余的石灰岩孤山，呈馒头状山包，高差不大，一般小于50m，基岩呈裸露或半裸露状。

气候状况：本路线段属北温带亚湿润气候与北亚热带湿润气候过渡带，四季分明，冬春长，夏秋短，水热同季，垂直差异明显，具山地气候特点。

年平均气温12.8~13.8℃，降水量比较丰富，降雨量725毫米，降水主要集中在夏秋两季。

夏季间有冰雹，霜期始于10月下旬，终于次年3月底，冻土深度8.6~16.8cm。

地震情况：属秦岭山地，第三纪以来区域新构造活动比较强烈，总体以断块、地垒式抬升为特征，其间还有山间盆地形成。

抬升表现为多级夷平面、多级（高低漫滩与一~四级）基座式阶地，还有峡谷、河流袭夺（截弯取直）及历史地震等现象。

据国家质量技术监督局《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本线路地震烈度为：商州区属Ⅶ度区，丹凤县属Ⅵ度区。

1.1.2 主要技术指标
1.公路等级：高速公路；
2.设计速度：100km/h；
3.路基宽度：双向四车道，宽26m；
4.采用的路面方案：
一、水泥混凝土路面，设计年限30年；
二、沥青混凝土路面，设计年限15年。

5.道路的使用性质和交通量：
N为：10741724，方案一、水泥混凝土路面段基准期设计车道标准轴载的作用次数e
属于重交通等级；
N为：12987651，方案二、沥青混凝土路面段基准期设计车道标准轴载的作用次数e
属于重交通等级；
6.路线设计起始点及设计高程：
起点桩号：K0+000 设计高程：650.0m
终点桩号：K1+400 设计高程：671.1m
1.2 路线平面设计说明
1.2.1 技术标准
1.圆曲线半径1400m；
2.缓和曲线长100m；
1.2.2 本路段平面设计
结合以上标准，对路段进行实际设计，具体参数如表1所示：
表1 平曲线表
1.3 路线纵断面设计说明
1.3.1 本路段纵断面设计及技术标准
1.3.1.1 技术标准
1.最大纵坡为1.643%；
2.最大超高为3%；
3.竖曲线半径：凸形曲线半径为18000m ；
1.3.1.2 本路段纵断面设计
结合以上标准，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度为1.643%，为单坡路段，具体参数如表1.3.1所示：
表2 竖曲线要素表
1.3.2 纵断面设计算例
设计标高计算公式
坡线标高=变坡点标高+x i ⨯ （1.3.1） 或坡线标高=变坡点标高-x i ⨯ （1.3.2） 式中：x ——计算点到变坡点的距离，m ；
i ——坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。

竖曲线要素的计算公式：
L=Rω （1.3.3） T=L/2 （1.3.4）
2
2T E R
= （1.3.5）
式中：R ——竖曲线半径，m ；
L ——竖曲线的曲线长，m ；
T ——竖曲线的切线长，m ；
E ——竖曲线的外距，m ；
ω——两相邻纵坡的代数差，以小数计；
h ——竖曲线上任意点到切线的纵距；
x ——竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离，m 。

竖曲线要素的计算（示例）：
以变坡点1为例，变坡点桩号为K1+400，高程为671.12m ，i 1=1.643%，i 2=－1.250%，
竖曲线半径R=18000m 。

计算桩号K1+200的高程。

各变坡点竖曲线要素计算过程如下：
ω= i 2－i 1 =－0.0125－0.01643=-0.02893,为凸形
L=Rω=18000×0.02893=520.74 m
T=L/2=260.37 m （1.3.6） 18000
219.26022
2⨯==R T E = 1.88 （1.3.7） 设计高程的计算:
竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=（K1+400）－260.37= K1+.643
竖曲线起点高程＝671.12－260.37⨯0.01643＝668.80 m
竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T=（K1+400）+260.37= K1+660.357
竖曲线终点高程＝671.12－260.37⨯0.0125＝667.87 m
桩号K1+200处：横距：x=（K1+200）－（K1+.643）=60.357 m
竖距：18000
2357.6022
2⨯==R x y =0.101m 切线高程=671.12－（260.37－60.357）×0.01643=667.83 m
设计高程=671.12-0.101=671.02 m
1.3.3 纵断面图绘制
纵断面上的设计标高采用路基边缘标高，按设计资料给定的中桩高度及对应的里程桩号，点绘出路线纵断面地面线。

按照上述原则和计算结果，进行纵坡及竖曲线设计。

在图上标明坡度和坡长，竖曲线位置及要素，涵洞位置、类型、水准点位置。

在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式，标明平曲线起终点，及圆缓、缓圆、曲
中点。

路面超高方式的绘制：
1.按比例绘制一条水平基线，代表路中心线，并认为基线路面横坡度为零。

2.绘制两侧路面边缘线，用实线绘出路线前进方向右侧路面边缘线，用虚线绘出左侧路面边缘线，若路面边缘线高出路中线，则绘于基线上方，反之，绘于下方。

3.标注路拱横坡度：向前进的方向右侧倾斜的路拱坡度为正，向左倾斜为负。

算出超高起点至同坡度起点的长度（计算所得为49.5m）。

连接曲线起点和超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与路拱横坡度相同。

再连接圆曲线起点与超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与超高横坡度相同。

此为由直线进入圆曲线的部分。

同理，可绘出从圆曲线到直线的另一部分。

完成上述工作后，在图上标明地质概况、地面高程、设计高程、里程桩号等。

1.4 路基横断面设计说明
公路横断面设计是根据行车对公路的要求，结合当地的地形、地质、水文等自然条件，来确定横断面的形式、各组成部分的位置及尺寸。

1.4.1 公路横断面的组成
1.平曲线的始终点桩号、各桩号的超高值；
2.各桩号的填挖高；
3.路基宽度；
4.路基边坡坡度；
5.边坡的型式和断面尺寸；
6.支挡构造物、涵洞。

1.4.2 路基横断面形状及高度确定依据
1.本公路等级属高速公路，采用高速路基标准横断面型式，路基宽度26m，行车道为2×3.5m，硬路肩3.0m，土路肩0.75m。

2.本路段路拱横坡度采用2%。

为保证施工简便，利于机械化，硬路肩横坡与路拱相同，为2%，因土路肩横坡应比路拱横坡大1%—2%，本设计采用土路肩横坡3%。

3.本地区表层土壤为粘性土。

填挖方路基边坡采用1:1.5（H＜8m）、1:1.75
（8m<H<16m）；挖方路堑边坡采用1:0.5（H<8m）、1:0.75（8m<H<16）、1:1（H>16m）
4.填土高度小于1.0m的矮路堤以及路堑，水流量没什么变化时，应设置边沟，边
沟为浆砌片石边沟，截面为梯形，底宽为0.6m，深度为0.6m，坡度1:1。

边坡纵坡与路线纵坡一致。

1.4.3 路基横断面图绘制
1.横断面图按1:200的比例绘制，点绘出横断面地面线。

2.应根据平纵设计的成果，在各桩号的地面横断面上，逐桩号标注其填挖高度，路基宽度和超高值。

3.计算填挖面积，并分别标于横断面上。

1.4.4 路基防护设计
路基防护措施根据地质、地貌、水文、填挖高度等情况确定。

1．一般地段若路基填土高度H<4m或局部浅挖方路堑地段，边坡采用植草防护。

2.路堑边坡为强风化以及土质且边坡缓于1:0.75的地段一般采用骨架植草或铺草皮防护。

3.对于风化严重的泥质、粉砂质板岩，因多数地段呈块状，节理及裂隙发育，一般采用浆砌片石挡土墙防护。

1.4.5 土石方数量计算
用平均断面法计算路基填挖方数量。

填挖方分别计算，填方扣除路面结构层厚度，挖方不扣除。

得到每个桩号断面的填挖土石方量。

根据两桩号里程差及断面面积，按平均断面法算得两桩号间的土石方数量。

填挖部分分别计算，算得后填入《路基土石方数量计算表》。

计算经济运距，进行土石方纵向调配。

应尽可能在本桩位移挖做填，以减少废方和借方。

运用经济运距，综合考虑施工方法，运输条件和地形情况等因素。

调配土石方应考虑桥涵位置，一般不做跨沟调配。

考虑地形情况，不宜往上坡方向调运。

运用以上原则，在做完填挖方数量、本桩利用、填缺、挖余后，进行纵向调配。

把每公里合计、填挖方数量、利用方、弃方数量填入《路基土石方数量计算表》。

1.5 排水设计说明
路基排水的目的就是把路基工作区的土基含水量降低到一定的围。

当侵入路基的水分过多，便会危害路基，使土基含水量过大，引起路基强度降低，边坡坍塌，基身沉陷或滑动，影响道路的使用功能。

路基排水设计是路基设计中必不可少的项目和容，必须
重视路基排水设计，保持路基常年处于干燥或中湿状态，确保路基具有足够的强度和稳定性。

1.5.1 路基排水设计
1.边沟设计
设置在挖方路基的外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之为边沟。

其主要功能在于汇集和排出路基围和流向路基的少量地面水。

依据沿线具体条件，选定标准横断面形式，边沟紧靠路基，通常不允许其他排水沟渠的水汇入，也不能与其他人工沟渠和并使用。

为了保证边沟能迅速地排水，边沟纵坡一般与路线纵坡一致（出水口附近除外）。

为了防止边沟水流漫溢或冲刷，通常规定单向排水长度每300～500米即应设排水沟，将水引至低洼处，必要时添设涵洞，将水引入路基另一侧。

边沟的出水口：
边沟水流流向路堤坡脚处，纵坡一般较陡。

当边沟底到填土坡脚高差过大时，应结合地形和地质条件采取下列措施：
a）设置排水沟将路堑边沟沿出水口处的山坡引向路基围以外，不直接冲刷填方路基。

b）自边沟与填方毗邻处设急流槽，将水流直接引到填方坡脚之外，以免冲刷，影响路基稳定性。

2.排水沟设计
排水沟主要用于排除来自边沟或其它水源的水流，并将其引至路基围以外的指定地点。

排水沟的断面形式一般为梯形，本段设计底宽为0.6m。

边坡坡度视土质而定，本段设计为1：1.0。

沟底纵坡以1%～3%为宜，纵坡大于3%，需进行加固，大于7%时，应设置跌水或急流槽。

排水沟的长度应根据实际需要确定，通常宜在500m以。

考虑到少占农田，排水沟距路基设1~2m的护坡道，坡度为2%。

1.5.2 路面排水设计
1.确定路拱坡度
路拱坡度的确定，应以路面排水和保证行车安全、平稳为原则。

结合当地实际情况，确定路面类型为水泥混凝土路面，查阅相关水文资料，最后确定路拱横坡度为2%。

2.路拱形式的确定
路拱的基本形式有直线形、屋顶线形和抛物线形三种。

综合考虑本设计采用直线型
路拱，即采用双向坡面，即路拱两侧是倾斜直线，拱顶在路面的中心线上。

这种路拱形式有利于机械化施工，如行车后路面稍有沉陷，雨水亦可排出比较符合设计、施工和养护的要求。

3. 路拱横向坡度
路肩一般应设置向路基外侧倾斜的横向坡度，为能迅速排出路面上的降水，路肩横向坡度一般应比路面横坡大1%～2%，本设计采用土路肩坡度为3.0%。

路肩坡度的方向均向路肩外侧倾斜，以免路肩上的雨水流入行车道。

1.6 涵洞设计说明
1.6.1 涵洞洞口加固与防护设计
涵洞损毁大部分是由于进出口处理不当所致，并且出水口引起的问题较进水口多。

因此，必须做好涵洞进出口沟床的加固处理与防护，以保证涵洞的安全与行车畅通。

1.纵坡小于10%的顺直河沟上，涵洞顺河沟纵坡设置，进水洞口一般在翼墙间采用干石铺砌加固。

2.洞出水口处的流速，一般都大于河沟的天然流速当流速大于土壤允许不冲刷流速时，可使出水口处的沟床产生不利的局部冲刷。

因此，对涵洞出口沟床进行加固防护，不仅有利于涵洞下游沟床自身的稳定和防护，而且可以曾大流速，减小孔径，降低工程造价。

当河沟纵坡小于15%，设置缓坡涵洞时出水口可采用延长铺砌，加深截水墙的处理方法，以抵抗水流冲刷和稳定河床。

1.6.2 涵洞设计算例
1.6.
2.1 涵洞设计
本路段有三处涵洞，三处均选用无压力式钢筋混凝土圆管涵汇水面积及设计流量计算，由于K0+359.500处汇水区较大，故本例以K0+359.500处涵洞进行计算。

根据路线平面图，通过对由山脊线组成的汇水区在平面图上的投影面积进行测量得：汇水面积S=0.296km2
根据《公路涵洞设计细则》，采用径流形成法，计算公式如下：
βγδφ5
423)(F Z h Q P -=； （1.6.1） 式中：Qp ——规定频率的雨洪设计流量；
ψ——地貌系数，查表取0.1；
h ——径流宽度，查表取28mm ；
z ——被植被或坑洼滞留的径流厚度，查表取10mm ； F ——汇水面积；
β——洪峰传播的流量折减系数，查表取1；
r ——汇水区不均匀量的折减系数，由于汇水区得长度宽度均小于5Km ，故不予考虑，取γ=1；
δ——小水库调节作用影响洪峰流量的折减系数，本地区没有水库，所以取1； 计算可得Qp=0.1×（0.-0.）1.5×2958850.8 =3.53m ³/s
1.6.
2.2 涵洞断面计算 1、确定涵洞孔径d
初选临界水深hk 时的充满度为
8
.0=d
h k。

查表的，k=0.382。

则管径为：
m 27.1382
.08.953
.3d 52
=⨯= （1.6.2）
取管径d=1.5m 。

以d=1.5m 代入计算时，可得：
566.08.95.153.35
2
=⨯=k （1.6.3）
查表得到相应的
867
.0=d h k 。

故临界水深
30
.15.1867.0=⨯=k h m 。

2、临界流速和临界坡度的确定
查表可得，当
867
.0=d h k 时，723.01=k ，683.02=k ，303
.03=k 。

则：临界流速vk ：
s m k gd k v k /945.3683
.05
.18.9723.021=⨯⨯==
（1.6.4） 临界坡度k i
为：
()()=⎪⎭
⎫ ⎝⎛⨯=
⎪⎭
⎫ ⎝⎛=
2
322
2
3232303.05.1014.01
945.31dk n v i k
k 8.78‰ （1.6.5）
3、最大纵坡的确定
假设涵洞正常流速采用允许流速（s
m v /0.60=），则涵洞纵坡可增大。

由流量公式，涵过水断面面积为：
2
0588.00.6/53.3m v Q A === （1.6.6）
则
261.05.1588.02
21===d A k ，查表的充满度367.00=d h 。

由此，正常水深m 551.05.1367.00=⨯=h 。

查表知断面的流速特征相对值
861
.0/0=d W W ,其中
200
.375.135.2835.283232=⨯==d W d ,由此，
029
.323.37861.00=⨯=W 。

则1.35029.320.622202
===W v i ‰。

（1.6.7） 可见涵洞纵坡I 可在ik=8.78‰～35.1‰围选择。

4、确定涵洞长度
[][]m 78.2751csc 0.0218.15.75.113cs i 122＝）
（）（＝上上上上ο⨯+-⨯+=+-+αc h H m B L [][]m c h H m B L 75.2851csc 0.0217.19.75.113cs i 122＝）
（）（＝下下下下ο⨯+-⨯+=+-+α
式中：
B ——路基宽度，为26米；
B 上 , B 下——由路基中心至上，下游路基边缘的宽度，当路基无加宽时均为0.5B ，即为13米；
H 上、H 下——路基填土总高度，即由路基中心至上、下游路基边缘高度，此涵洞处为分别为9.4、7米；
h 上，h 下——涵洞上下游洞口建筑高度，h 上取2.5米，h 下取2.5米； m ——路基边坡坡度（按1：m ），m=1.5； i0——涵底坡度（以小数表示） i0=2%； L 上，L 下——涵洞上，下游长度； α——道路中线和涵洞的夹角，为51度； 涵洞全长： L= L 上+L 下=27.78+29.62= 57.40m
1.7 挡土墙设计说明
考虑到本路段部分区域填方较大，填土高度较高（近20m ），因而所需设置的挡墙高
度较大，如果采用重力式挡墙，圬工数量过大；为减小圬工数量和降低工程造价，决定采用衡重式挡墙。

具体计算和稳定性验算如下：
1.7.1 计算参数说明
本验算衡重式挡墙为道路横断面k1+020处断面路堤挡墙，本验算分为上下墙两部分进行分别验算，其横断面示意图如下
图1 衡重式挡墙示意图
H1----衡重式挡土墙上墙高(m)；
H2----衡重式挡土墙下墙高(m)；
α1----衡重式挡土墙上墙墙背倾角；
α1′---- 衡重式挡土墙上墙假想墙背倾角；
α2------衡重式挡土墙下墙墙背倾角；
E1------衡重式挡土墙上墙破裂体所产生的土压力(kN)；
E2-----衡重式挡土墙下墙破裂体所产生的土压力；
----填土高度(m)；b-----填土宽度(m)；
-----为破裂角.；
r ----墙后填土容重( )；
-----墙后填土的摩擦角；
-----墙背与填土间的摩擦角；
-----墙后填土表面的倾斜角；
-----墙背倾斜角,俯斜式墙背α为正,仰斜墙背α为负；
H ---- 挡土墙高度(m)；
K ---- 主动土压力系数；
K1-----主动土压力修正系数；
Ex ──挡土墙承受的土压力水平分力（kN）；
Ey ──挡土墙承受的土压力水平分力（kN）；
具体数据如下表1.7.1所列：
表3 挡墙数据表
易判断会产生第二破裂面：
1.7.2 计算路堤墙土压力
1、车辆荷载换算h0的计算
车辆荷载可以换算成一定高度的土层的均布荷载进行计算，在道路横向全宽上进行布载，采用如下公式计算：
（1.7.1）
式中：h0—行车荷载换算高度(m)
L —前后轮最大轴距，标准车辆为12.8m Q —一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN ）
γ
BL NQ h =
N —并列车辆数，双车道N=2，单车道N=1 γ—路基填料的重度(kN/m3) B —荷载横向分布宽度 其中：d m N Nb B +-+=)1( 式中：b —后轮轮距，取1.8m
m —相邻两辆车后轮的中心间距，取1.3m d —轮胎着地宽度，取0.6m
则B=2×1.8+（2-1）×1.3+0.6=5.4m ；h0=2×550/5.4×12.8×18=0.88m 2、上墙土压力的计算
假定第一破裂面交于荷载，如图2示
图2 上墙土压力计算示意图
计算公式如下：
第一破裂角 ：
, , （1.7.2）
. （1.7.3）
第二破裂角: （1.7.4）
主动土压力:
,
,
（1.7.5）
主动土压力系数:
（1.7.6）
,
（1.7.7）
,
,
.
.
（1.7.8）
土压力作用点：（1.7.9）
根据表-1中的数据代入相关公式，可以求得：p=1.07，h″=H1sinβ(tgα1’+tgβ)= 5.26m,Q=0.63,R=-2.076
则第一破裂角tgθ1=0.9425, θ1=43 º,由此破裂角证明所做第一破裂面交于荷载的假设正确，第二破裂角tg(αi-β)=-0.3591,αi=14 º,tgαi=0.25
主动土压力系数K=0.31,其中H1′=7.87m，a′=5.23m, b′=7.75m,h3=2.37，h1=0.42m,h4=5.08m,K1=2.27.
可解得：主动土压力E1=164.73(KN/m),E1x=108.07 KN/m,E1y=124.32 KN/m.
土压力作用点Z1y=2.99m.
3、下墙土压力的计算
由上墙计算知可知，第一破裂面交于荷载，假设第二破裂面也交于荷载，如图3所示：
图3 下墙土压力计算示意图
计算公式为：
破裂角: ,
, . （1.7.10）
主动土压力: ,
, .（1.7.11）
主动土压力系数: ,
. （1.7.12）
土压力作用点: ,
. （1.7.13）
代入相关数据计算可得：A=0.25，tgθ2=0.729, θ2=36º,对此进行验证，所做第二破裂面也交于荷载的假设正确。

主动土压力系数K=0.162，K1=4.04，有E2=499.6 KN/m，E2x=498.7 KN/m,E2y=30.5 KN/m 土压力作用点：Z2y=4.22m, Z2x=7.03m（此处假定基底为水平，以墙趾为相对原点，当以实际墙趾为相对原点时Z2y=3.13m）
1.7.3 挡土墙稳定性验算
对于部分参数的选取均依照规在适当的围进行选择
相关参数：
μ——基底摩擦系数，取μ=0.6；
rQ1——主动土压力分项系数，取rQ1=1.4；
r——挡土墙浆砌片石容重，取r=22KN/m³；
α0——基底倾角，α0为10.5º；
1、抗滑稳定性验算
验算公式为：（0.9G+ rQ1·（E1y+E2y）)·μ+0.9G·tgα0≧rQ1·（E1x+E2x）（1.7.14）
即（0.9×65.8×22+1.4×（124.32+30.5））×0.6+0.9×65.8×tg10.5≧1.4×
（108.07+498.7）得911.8≧849.5故挡墙滑移稳定性满足要求
2、抗倾覆稳定性验算
计算公式为：0.9GZG+ rQ1·[（E1y·Z1x- E1x·Z1y）+（E2y·Z2x- E2x·Z2y）]
﹥0 （1.7.15）
其中ZG——墙身截面的重心至墙趾的水平距离；通过cad计算可得其为2.91
E1y， E1x，E2y，E2x分别为上、下墙y,x方向上的主动土压力；
Z1y， Z1x，Z2y，Z2x分别为上、下墙y,x方向上距离墙趾的距离；
代入数据计算有：0.9×65.8×22×2.91+1.4 [（124.32×4.72- 108.07×11.08）+（30.5
×7.03- 498.7×3.13）]=1592﹥0故抗倾覆稳定性满足要求。

1.7.4 基底应力及合力偏心距验算
1.7.4.1基础底面压应力验算
此验算按偏心荷载作用进行验证，对于基底合力偏心距的计算按照以下公式进行
e=M/N1
M——作用于基底形心的弯矩，按照荷载组合I计算，M=1.4ME+1.2MG
N1——每延米作用于基底的总竖向力设计值；
则M=1.4×[（E1y·Z1x- E1x·Z1y）+（E2y·Z2x- E2x·Z2y）]+1.2×GZ
（1.7.16）
G
=1.4×[（124.32×4.72- 108.07×11.09）+（30.5×7.03- 498.7×3.13）]+1.2
×65.8×22×2.91=2313.5KN·m
N1=(GrG+rQ1Ey)cosα0+ rQ1 Exsinα0 （1.7.17）
=(65.8×22×0.9+1×(124.32+30.5)) ×cos10.5+1×(108.07+498.7)sin10.5 =1544KN
则e=2313.5/1544=1.48m﹥B/6,而小于B/4=1.5满足基底合力偏心距要求。

此时基底最大应力为Pmax=2N1/(0.5B-e)=2×1544/(0.5×6-1.48)=677.2kp
此时基底承载力抗力值计算采取下列公式计算
f=fk+k1r1(b-3)+k2r2(h-0.5)
（1.7.18）
=300+3×18×(6-3)+4.4×18×(3.6-0.5)=628.32kp
按照偏心荷载进行基底应力计算
只要Pmax≦1.2f即满足要求，也即677.2≦1.2×628.32=754满足验算要求，可得结论：基底承载力也满足要求。

1.7.5 墙身截面强度验算
对于衡重式挡土墙选择衡台处截面A-A和墙趾截面B-B进行验算，见图4
图4 墙身截面强度验算图
对A-A截面作法向应力和剪应力验算. 对B-B只作法向应力验算
1、对A-A 截面验算 ①法向应力验算
墙身截面强度计算公式：
k Rk N γακ/j A ≤ （1.7.19） 其中
）
（∑++=Qi Ci Q Q Q G G N N N N ψγγγγi 110j Nj ——设计轴向力；
r0——重要性系数，此处取1.05； ψci ——荷载组合系数，此处取1；
NG ，rG ——恒载引起的轴向力和相应的分项系数，取0.9； NQ1——主动土压力引起的轴向力； rk ——抗力分项系数，此处取1.92； Rk ——材料极限抗压强度，此处取7.5MPa ； A ——计算截面积，此处为4；
αK ——轴向力偏心影响系数，46.02
)0(12180256-1=+=
B
e B e ）（
ακ； （1.7.20） Nj=1.05×(0.9×22×11.8+124.32×1)=376kN
k Rk γακ/A =0.46×4×750/1.92=717
则有k Rk N γακ/j A ≤满足条件，A-A 截面法向应力满足要求。

②正截面剪应力验算
验算公式为：1j j /N f k R A Q m j +≤γ （1.7.21） 式中：
j Q ——正截面受剪力；
j A ——受剪截面面积；
j R ——砌体截面抗剪极限强度，此处取50Kp ；
m f ——摩擦系数，取0.42。

有j Q =108.07≦1j /N f k R A m j +γ=4×50/1.92+0.42×376=262.满足剪应力验算要求。

2、对B —B 截面验算
同A-A 截面法向应力验算相同
墙身截面强度计算公式：k Rk N γακ/j A ≤ （1.7.22） 其中
）
（∑++=Qi Ci Q Q Q G G N N N N ψγγγγi 110j （1.7.23）
Nj ——设计轴向力；
r0——重要性系数，此处取1.05； ψci ——荷载组合系数，此处取1；
NG ，rG ——恒载引起的轴向力和相应的分项系数，取0.9； NQ1——主动土压力引起的轴向力； rk ——抗力分项系数，此处取1.92； Rk ——材料极限抗压强度，此处取7.5MPa ；
A ——计算截面积，此处为5.53；
αK ——轴向力偏心影响系数，2)0
(12180
256-1B
e B e +=）（ακ=
62.02)53.525.1(121853.525.1256-1=+）（ （1.7.24） Nj=1.05×(0.9×22×54.7+（124.32+30.5）×1)=1300 kN
k Rk γακ/A =0.62×5.53×750/1.92=1339.3
则有k Rk N γακ/j A ≤满足条件，B-B 截面法向应力满足要求。

结论： K1+020横断面处的衡重式挡墙的挡墙验算符合规要求。

由于K1+020横断面处的衡重式挡墙是路线所设挡墙之中断面面积最大和路基填土最高的断面，其稳定性满足要求，可以推论：对于整个路线的其他所有挡墙其稳定性满足规要求，可以不必再进行一一验算。

1.8 边坡稳定分析
一、计算说明
本设计路线中，以K0+080断面路堑边坡高度（H=30m ）最高，故本计算算例取K0+080断面边坡进行计算。

具体边坡稳定性分析参数：路基填土为低液限粘土，粘聚力c=10Kpa,摩擦角27度。

容重r=17KN/m 3，荷载为公路Ⅰ级。

计算方法采用4.5H 法确定圆心辅助线。

此边坡坡率不一致，故采用平均坡度进行计算，经计算可知此边坡的平均坡度为1:1.如下图示：
图5 4.5H 法示意图
二、计算过程分析
计算原理采用瑞典条分法，将圆弧滑动面上的土体按照6m 的宽度进行划分。

下图所示为o1圆弧滑动面的计算实例
图6 瑞典条分法计算示意图
采用计算表格可得计算结果：
瑞典条分法计算表
土条 编
m hi / θi/（º） i θsin i θcos i hi θsin i hi θcos
备注
计算出圆弧滑动面弧长为：
L=
=R θπ180
88.02m
则边坡稳定系数为：
=
+=
∑∑i
hi b i
hi b cL Ks θγθϕγsin cos tan =⨯⨯⨯⨯⨯+⨯505
.9661701
.23927tan 61702.8810 1.35>1.25
按照上述方法一一计算出o2、o3、o4、o5处的稳定系数分别为1.32、1.29、1.33、1.37.故取Ks=1.29为最小的稳定系数，此时由于Ks>1.25,所以边坡稳定性满足要求。

1.9 路面设计说明
1.9.1 水泥混凝土路面设计
1.9.1.1 设计资料
本路线段属北温带亚湿润气候与北亚热带湿润气候过渡带，年平均气12.8~13.8℃，降水量比较丰富，降雨量725毫米，夏季间有冰雹，霜期始于10月下旬，终于次年3月底，冻土深度8.6~16.8cm 。

公路自然区划为III 区，路基土质为粘性土，路基土为干燥状态。

本路段公路技术等级为高速公路，路面宽度为26m ，其中，单向行车道宽2×3.75m ，硬路肩3.0m ，土路肩宽0.75m 。

1.9.1.2 交通分析
由《公路水泥混凝土路面设计规》JTG.D40-2002表3.0.1得对应于高速公路的设计基准期为30年，安全等级为一级，目标可靠度为95%，目标可靠指标为1.64，变异水平等级是低级，取相应的可靠度系数为1.20。

由表3.0.8得最大的温度梯度为92℃/ m ，临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数取0.22，交通量年平均增长率位7.3%。

1、标准轴载和轴载当量换算
计算公式为：
∑
=
=
n
i
Pi
iNi
N
1
16
s
)
100
(
δ
（1..8.1）
式中：
δi——轮-轴型系数，单轮—单轴组δi=1；单轮—双轮组δi=222043.0-
Pi；双轮—双轮组δi=1.07×10-522.0-
Pi；
计算结果见表1.8.1：
表4 轴载当量换算计算表
考虑到方向系数为0.5，则设计基准期设计车道标准荷载累计作用次数Ns= 2683×
0.5=1342
2、标准轴载和轴载当量换算
设计基准期混凝土面板临界荷载处所承载的标准轴载累计当量作用次数Ne,计算公式如下：
[]
η
⨯⨯-+⨯=3651)1(e r
t r g g Ns N （1..8.2）
式中：e N ——标准轴载累计当量作用次数；
t ——设计基准期，为30年； r g ——交通年增长率，为7.3%；
η——临界荷位处的车辆轮迹横向分布系数，按表取0.22；
由上计算公式所得基准期设计车道标准轴载的作用次数e N 为：10741724次，由《规》中表3.0.5得该公路属重交通等级。

1.9.1.3初拟路面结构
由交通分析资料可知，相应于安全等级为一级，变异水平等级是低级的重交通水泥混凝土路面，查《路基路面工程》表16-17可以初拟混凝土面层厚度不小于0.24m, 垫层厚度一般为0.15m ，基层采用厚度为0.15~0.25m 的水泥稳定粒料基层。

考虑到标准横断面的布置，单幅路面宽度10.5m ，路基宽度为13m ；其中行车道宽为3.75×2=7.5m ，硬路肩为3m ，土路肩为0.75m 。

则面板采用3.5×3=10.5m 的三块相同宽度进行布置，面板长度选择4m 。

故有横缝为设传力杆的平缝，其间距为3.5m ；纵缝为设拉杆平头缝，其间距为4m 。

面板的长宽比为1.14<1.3；面板的面积为14㎡<25㎡。

硬路肩水泥混凝土面层的厚度与行车道面层等厚，其基层与行车道基层相同。

1.9.1.4路面材料参数确定
按《规》上表3.0.6取普通混凝土面层的弯拉强度标准值为5.0MPa ，相应弯拉弹性模量标准值为31Gpa 。

由于路基土质为粘性土，查课本上表16-26得路基回弹模量取45MPa 。

1.9.1.5方案设计 1、方案一
面层为26cm 普通混凝土面层,回弹模量为31000MPa ；基层为厚15cm 水泥稳定碎石基层，回弹模量取1300Mpa ；垫层采用15cm 厚的级配碎石，回弹模量取250Mpa 。

按《公路水泥混凝土路面设计规》中式（B.1.5）计算基层顶面当量回弹模量如下：。