湖南省岳(阳)至常(德)高速公路路基路面综合设计

一、设计任务、内容及要求
1．毕业设计任务
湖南省岳(阳)至常(德)高速公路指定路段路基路面综合设计(专题研究)。
2．毕业设计内容
1)路基设计(每人2.1km)
(1)纵断面设计图
(2)路基标准横断面图
(3)路基一般设计图
(4)路基排水设计
包括路基横向排水、纵向排水及地下排水设计等，并绘制排水结构设计图。结构图应包括边沟、截水沟、排水沟、边坡急流槽等地面排水设施和地下排水设施。
(5)土石方数量的计算与调配。
2)路基防护工程
根据设计路段的路基稳定情况，对于填挖较大的路基边坡及需要的路段进行防护工程设计，绘制防护工程设计图。
3)支挡工程设计图
根据路基的填挖情况，确定挡土墙的型式，并拟定尺寸，进行挡土墙设计。绘制挡土墙设计图(本路段内所有挡土墙设计图)，并计算工程数量。
4)路面工程设计
(1)路面横断面设计
绘制路面横断面布置图。
(2)沥青路面结构设计
拟定三种路面结构设计方案。绘制沥青路面结构设计图。按2006年颁布的规范，采用专用计算程序进行路面结构计算与分析。
(3)水泥混凝土路面结构设计
拟定三种路面结构设计方案。绘制水泥混凝土路面结构设计图。
(4)路面结构技术方案比选
根据沿线所给的土质，考虑路基的干湿类型，对于沥青路面和水泥路面，要求根据土质和干湿类型设计多种路面结构，通过方案比选，选择一种合理的路面结构组合方案。
(5)水泥混凝土路面中构造物横穿路面的结构设计，绘制结构设计图。
(6)水泥混凝土路面中补强钢筋设计和接缝结构设计，绘制结构设计图。
(7)路面排水设计
根据路面结构设计情况进行路表排水设计和路面内部排水设计。
5)专题研究（城南学院学生不做要求）
根据指导老师的要求，对路基路面某一方面的内容进行专题研究。
6)文献翻译与计算机程序的编制
根据指导老师的要求，完成文献的翻译工作。并根据设计的内容，编写计算机应用程序，并结合本段的实际情况，进行验证。
7)桥梁与涵洞设计
根据任务书的要求，如有需要完成一座大(中)桥的桥型布置设计。根据本路段的实际地形情况，完成1种以上的涵洞设计(包括结构图和工程数量表)。
3．设计要求
1)求综合应用有关基础课、技术基础课及专业课所学的知识，依照部颁有关设计规范，独立完成本毕业设计中的各项设计任务。
2)掌握公路勘测设计各设计阶段的设计内容，掌握设计过程中设计原始资料的采集方法与内容；掌握路面设计参数的测定、选用及计算；基本掌握公路勘测设计的程序与方法，达到熟练从事公路专业工作的能力。
3)说明设计原则，考虑设计问题的条件与原因，说明材料规格、施工技术、施工方法、程序、要求、质量控制标准等。设计图表中要有总说明和各篇的分说明。
4)要求能独立的、认真的完成毕业设计的内容，设计思想正确、合理，图纸清晰、正确，设计计算无误，文理通顺，字迹端正，对设计中有些问题有独特的见解。
5)设计文件要求
设计部分：
(1)设计计算与说明书，内容包括：目录、设计内容简介、任务书、指导书、设计计算书、毕业设计总结等；
(2)设计图表，内容包括：目录、设计说明书(总说明书、各篇说明书)、设计图表。
所提交的设计文件，应充分考虑施工的可行性，并注重经济性，选择最佳的设计方案。必要时可进行论证。
文件的编制，要根据编制办法的内容进行编排(包括各章的划分、设计内容、必要的设计计算说明、图、表等)，每一项设计内容都必须配备必要的工程量计算结果。
二、设计资料
1．线路概况
本项目路线起于岳阳市君山区建新农场十大队，沿S306右侧西行，在建新垸（蓄洪垸）内布线，经建新农场，跨华洪运河后进入钱粮湖北垸（蓄洪垸），往西经许市镇、采桑湖镇、三封寺镇，跨华容河后进入护城大垸（重点堤垸），然后路线向西绕过华容县城规划的马鞍新区路线转向南经王马港、马家台、高家台、白鹤、甘洋、益群，在双堤村、欧家洲折向西，设安合垸特大桥跨越藕池河东支（鲇鱼须河）、安合垸（蓄洪垸）、藕池河东支（梅田湖河）后，路线进入南县境育乐垸（重点堤垸），随后跨越南茅运河，经曹家铺、金桥、沙湾、东升后设和康垸特大桥跨藕池河中支（Ⅰ）、南鼎垸（蓄洪垸）、藕池河中支（陈家岭河）、和康垸（蓄洪垸）、安乡境安化垸（蓄洪垸）、藕池河西支、安昌垸（蓄洪垸）、跨虎渡河后进入安尤垸（重点堤垸），经黄泥湖跨松滋河进入安保垸，经蒿子港北侧跨澧水进入鼎城区，然后路线经西洞庭农场于黄公嘴跨哑河至周家店园艺场，然后经瓦屋挡走老王庙跨越西洋陂水库，在经陂堰水库上游、赵家桥至终点肖伍铺与二广高速公路交叉，路线全长140.860km。
路线经过的堤垸有：建新农场（蓄洪垸）、钱粮湖垸（蓄洪垸）、护城大垸（重点垸）、集成安合垸（蓄洪垸）、育乐垸（重点垸）、南鼎垸（蓄洪垸）、和康垸（蓄洪垸）、安化垸（蓄洪垸）、安昌垸（蓄洪垸）、安尤垸（重点垸）、安保垸（重点垸）和沅澧大圈（重点垸），共计7个蓄洪垸、5个重点垸。
全线主要控制点有：起点建新农场、华容县城、南县县城、安乡县城、西洞庭农场和终点肖伍铺。
本项目推荐方案主要工程规模如下：路线全长140.860km，路基土石方1561.92万m3；防护、排水圬工43.7024万m3；特大桥、大桥43046.14m/28座；中、小桥3341.88m/59座；设互通式立体交叉8处，即：许市、华容东、华容西、南县、安乡、西洞庭、周家店、肖伍铺。分离式立体交叉25处，通道5591.82m/165道，涵洞8896.39m/223道；连接线3条共长8.371km，分别为起点连接线、华容东连接线、南县连接线。本项目占用土地789.4849hm2，其中耕地551.478hm2。
全线设置监控、通讯、收费分中心1处（许市），服务区2处（华容西、周家店），停车区2处（华容、安乡），养护工区2处（许市、西洞庭），匝道收费站7处（许市互通、华容东互通、华容西互通、南县互通、安乡互通、西洞庭互通、周家店互通），临时主线收费站1处（岳阳）。
2．设计标准
1)主要技术指标
依据《公路工程技术标准》，路基标准横断面布置如下：
（1）主线路基标准横断面
全线设计速度为100km/h，路基宽度26m；其中行车道宽2x7.5m，硬路肩宽2x3m，路缘带2x0.75m，中央分隔带宽2m，土路基宽2x0.75m。
（2）互通连接线路基标准横断面
其它互通连接线设计速度为80km/h，路基宽度12m。其中行车道宽2x3.75m，硬路肩宽2x1.5m，土路基宽2x0.75m。
（3）主要技术指标（见表1）
主要技术指标表 表1
序号 指 标 名 称 规 范值 序号 指 标 名 称 规 范值
1 公路等级 四车道高速公路 8 停车视距(m) 160
2 路基宽度(m) 26.0 9 凸形竖曲线一般最小半径(m) 10000
3 设计行车速度(km/h) 100 10 凹形竖曲线一般最小半径(m) 4500
4 平曲线极限最小半径(m) 400 11 最短坡长(m) 250
5 平曲线一般最小半径(m) 700 12 设计洪水频率 特大桥1/300;
6 不设超高最小平曲线半径(m) 4000 其他1/100
7 最大纵坡(％) 4 13 汽车荷载等级 公路－I级
14 地震设防标准设计地震动峰值加速度系数：君山区为0.01，操军-渡口为0.10g；渡口-常德0.15g；其他地段为0.05g。
2)路基设计
本项目为平原微丘区高速公路，路基设计高程主要受桥梁、分离立交、通道、内涝水位、蓄洪水位及路基临界高度等因素控制。有地质水文条件复杂、深厚软土分布广、填方路段多、填方路基较高、填料运距远、占地多、造价高等突出特点。在设计中贯彻安全、经济、耐久、合理的设计理念，合理设置路基断面形式，最大限度降低工程造价、减少公路永久占地、减少路基土石方量。
本路段湖垸内的耕地主要为棉花地，为了减少弃方，开展路堤下保留棉花地表土的研究。棉花地表土土工试验成果表明：棉花地表土有机质含量为3.15%，小于5%，不属于有机质土，CBR值为6.2%，土体较干时，可用于路堤填筑，因此，棉花地路堤填筑前，只将其挖松、晾干碾压即可。同样，通过山坡地表土土工试验分析，山坡地表土也可采用挖松、晾干碾压的施工方法处理。
本项目路基设计洪水频率为1/100，受洪水及内涝水位影响的路基，路基高度控制在百年一遇设计洪水位（重点垸为内涝水位）+壅水高+浪高+0.5m安全高度以上；一般填方路段路基最小填土高度根据地下水位、地表长期积水等情况，结合填料类型及本项目自然区划等因素，按路基处于中湿以上状态所需高度确定；构造物路段的路基设计高程主要考虑桥梁、涵洞、分离立交、通道等因素。
3)路面设计
本项目大部分路线展布于滨湖地带，地下水较丰富，河湖相软土较发育，路基稳定需要一定时间，选择软土地基上路面结构形式的原则。由于水泥混凝土路面结构对路基的不均匀沉降尤为敏感，目前在软土地区高等级公路上多不采用。因此，在初步设计阶段首先考虑推荐沥青混凝土路面方案，并对刚性基层、半刚性基层、柔性基层做了全方面的设计比较。
根据公路的使用要求、性质，结合本项目区的气候、水文、地质、施工经验和养护条件以及当地筑路材料的供应状况等，按照全寿命周期成本的理念进行路面设计。
沥青混凝土路面设计以双轮组单轴载100kN为标准轴载，以BZZ-100表示；水泥混凝土路面设计以重100kN的单轴荷载作为标准轴载，设计使用年限为30年。
土基及各结构层回弹模量等强度参数根据本路段有关材料试验结果，参照新颁布的《公路沥青路面设计规范》推荐值确定。
3．交通量资料(每人一组)
交通量资料 表2
车型 交通量（辆/昼夜）
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
小客车 3000 3018 2900 2430 2750 2600 2360 2500 2200 2100
中客车SH130 580 678 700 756 800 834 869 900 1100 970
大客车CA50 710 691 650 631 530 501 458 410 305 210
小货车BJ130 1480 1534 1600 1625 1700 1810 1768 1800 1900 2100
中货车CA50 810 781 720 710 630 585 556 510 550 450
中货车EQ140 750 640 800 531 850 864 897 900 950 1200
大货车JN150 830 785 700 776 870 798 730 750 680 780
特大车日野KB222 810 843 890 755 600 688 654 630 640 660
拖挂车五十铃 170 180 200 230 240 260 280 300 320 340
交通量年平均增长率（%） 6.5 7.0 7.5 8.0 8.5 9.0 9.4 9.6 9.8 10.0
注：上表为双车道双向交通量调查结果。
4．沿线自然地理条件
1）地形、地貌
路线所经地带为洞庭湖平原、丘岗地貌，地势总体北高南低；走廊带跨藕池河、虎渡河、松滋河、澧水四大水系，路线沿洞庭湖西侧、北侧湖滨、平原、丘岗地带展布，经华容隆起丘岗、安乡洪泛平原到常德市西洞庭湖湖滨丘岗区；最大标高35m，一般标高26～30m，地形平坦，河湖港汊密布，河流走向受构造控制，多为南北向、北东向；走廊带平原区土壤肥沃，物阜人丰，是重要的商品粮基地。
2）地层岩性
全线该路段分布地层包括第四系、燕山期花岗岩等2个时代的地层；湖相及河湖相沉积盆地区、河流阶地及沟谷中发育第四系全新统地层，主要为粘性土、淤泥质土、砂、砾等，厚度一般较大，第四系更新统主要为残坡积层，主要为粘性土、砂、砾等，燕山期花岗岩风化层厚度大，埋藏较深，现从新至老分述如下：
第四系全新统(Qh)
(1)种植土（地层编号①）：青灰色、灰褐色、褐红色，松散-稍密，饱和-湿-稍湿，以软塑-可塑亚粘土为主，含植物根系及有机质，局部含少量砂砾、碎石，层厚0.5-1.0m，平均厚度0.64m。广泛分布于沿线水稻田、菜地、沟谷及山坡上等范围内。
(2)填筑土(地层编号②)：褐黄色、灰褐色、褐红色、灰色，稍-中密；稍湿；以亚粘土为主，不均匀含砖渣、碎石、卵石、砂砾及其它杂质等；层厚0.5-7.8m，平均厚度1.28m。主要分布于沿线机耕道、人行通道、房屋宅基、沟渠坝及塘坝等。
(3)粘土(地层编号③-1、Qlh)：灰黄、灰褐、暗黄色，可塑、软-可塑，湿-饱和，不均匀含少量粉砂，具明显的微层理特征，属湖相沉积地层，层厚1.7-14.8m，平均厚度5.45m，
亚粘土(地层编号③-2、Qlh)：灰褐、暗黄色，可塑、软-可塑，湿-饱和，不均匀含少量粉砂，具明显的微层理特征，属湖相沉积地层，层厚1.4-9.0m，平均厚度3.65m。
(4)淤泥质粘土(地层编号④-2、Qlh)：灰色-灰黑色，少量为灰绿色，软塑，饱和，淤泥质，局部呈淤泥状，呈不均匀分布，局部含少量粉砂，局部夹有淤泥质亚砂土、砂土，以透镜体形式产出，属于湖相沉积地层，层厚1.2-38.9m，平均厚度11.9m。
淤泥质亚粘土(地层编号④-3、Qlh)：灰色，软塑，饱和，淤泥质呈不均匀分布，局部含少量粉砂，局部夹有淤泥质亚砂土、砂土，以透镜体形式产出，属于湖相沉积地层，层厚7.1-11.8m，平均厚度7.2m。
粘土（地层编号⑤-1、Qalh）：灰褐、褐黄、淡黄色，硬塑-可塑-软塑，稍湿-湿-饱和，含少量砂砾，属河湖相沉积地层，冲积成因，层厚4.2-5.5m，平均厚度4.85m。
亚粘土（地层编号⑤-2、Qalh）：灰褐、褐黄、淡黄色，硬塑-可塑-软塑，稍湿-湿-饱和，含少量砂砾，含铁锰质结核及高岭土团块，属河湖相沉积地层，冲积成因，层厚0.8-25.1m，平均厚度5.39m。
(5) 亚砂土（地层编号⑥、Qalh）：淡黄色、褐黄色，软塑-可塑-硬塑，饱和-湿-稍湿，含粉细砂，含量10-40%，不均匀含少量砾，层厚1.6-2.6m，平均厚度2.08m。主要见于溪沟、河谷低阶地地层中。
(6)粉砂（地层编号⑦-1、Qalh）：灰黄色、灰色、深灰色，松散-中密，饱和，以粉砂为主，粉细砂含量70-80%,不均匀含少量淤泥质，局部夹有淤泥质土，以透镜体形式产出，属于河湖相沉积，冲积成因，层厚0.8-27.0m，平均厚度9.18m。
细砂（地层编号⑦-2、Qalh）：灰色，松散-稍密，饱和，以细砂为主，粉细砂含量70-80%,不均匀含少量淤泥质，局部夹有淤泥质土，以透镜体形式产出，属于河湖相沉积，冲积成因，层厚1.1-35.3m，平均厚度14.55m。
中砂（地层编号⑦-3、Qalh）：浅灰、褐黄色，稍-中密，饱和，以中砂为主，含量40-60%，粉细砂及泥质充填，见腐植质，属于河湖相沉积，冲积成因，层厚0.9-12.5m，平均厚度6.86m。
粗砂（地层编号⑦-4、Qalh）：浅灰、褐黄色，稍-中密，饱和，以粗砂为主，含量40-60%，粉细砂及泥质充填，属于河湖相沉积，冲积成因，层厚2.7-21.2m，平均厚度12.0m。
砾砂（地层编号⑦-5、Qalh）：灰色，稍密-中密，饱和，砾含量20-30%，成分为石英岩、硅质岩等，呈亚圆形和扁平状，粒径0.5-1.0cm居多，呈不均匀分布，砂含量50-60%，以粉细砂为主，泥、砂质充填，颗粒级配一般，该层广泛分布，最大揭露厚度36.5m，属于河湖相沉积，冲积成因，层厚1.8-11.4m，平均厚度6.24m。
(7)圆砾（地层编号⑧-1、Qalh）：灰黄色、灰色，稍密-中密，湿-饱和，砾径4-20mm，见2-10mm，含量50-60%，成分以石英岩、砂岩为主，泥质砂质充填，呈亚圆状，颗粒级配一般，含少量卵石，最属于河湖相沉积，冲积成因，层厚2.5-9.8m，平均厚度4.97m，揭露最大厚度15.2m
第四系更新统（Q p）
(8)粘土（地层编号⑨-1）：褐黄色、褐红色，稍湿，硬塑-坚硬，手捻稍有砂感，局部含碎石，具网纹状花斑结构特征，不均匀含少量高岭土，残坡积成因，揭露层厚7.0-7.8m，平均厚度7.4m。零星分布于沿线山丘及坡脚。
亚粘土（地层编号⑨-2）：褐黄色、褐红色，稍湿，硬塑-坚硬，手捻稍有砂感，局部含碎石，具网纹状花斑结构特征，不均匀含少量高岭土，残坡积成因，揭露层厚1.0-26.7m，平均厚度7.02m。沿线均有分布。
(9)粉砂（地层编号⑩-1）：灰白、灰黄色，中-密实，湿-饱和，以粉砂为主，砂含量50-70%，粘质充填，残积成因，系花岗岩风化残积土，勘厚2.5-4.6m，平均厚度3.3m，沿线零星分布。
细砂（地层编号⑩-2）：灰白、灰黄色，中-密实，湿-饱和，以细砂为主，砂含量60-70%，粘质充填，残积成因，系花岗岩风化残积土，勘厚1.9-24.0m，平均厚度8.09m，沿线零星分布。
中砂（地层编号⑩-3）：灰白、灰黄色，中-密实，湿-饱和，以中砂为主，砂含量50-70%，粘质充填，残积成因，系花岗岩风化残积土，勘厚1.0-14.6m，平均厚度5.45m，沿线零星分布。
粗砂（地层编号⑩-4）：灰白、灰黄色，中-密实，湿-饱和，以粗砂为主，砂含量50-70%，粘质充填，残积成因，系花岗岩风化残积土，勘厚1.5m，沿线零星分布。
砾砂（地层编号⑩-5）：灰白、灰黄色，中-密实，湿-饱和，砾含量20-30%，呈亚圆形和扁平状，粒径0.5-1.0cm居多，呈不均匀分布，砂含量50-60%，以中细砂为主，泥质充填，残积成因，系花岗岩风化残积土，勘厚11.0m。
下第三系（E）
(10)粉砂岩（地层编号11）：紫红色，泥质、钙泥质胶结，岩石节理裂隙发育一般，其全风化层岩质软，呈土状，用手捏易碎，厚度为2.7～10.2m不等。强风化层岩质软硬不均，呈土夹碎块状，厚度为2.1～7.3m，用手可捏碎。弱风化岩岩质稍硬，岩石完整，一般呈柱状、短柱状。
燕山期花岗岩（r）
(11)全风化花岗岩（地层编号○12-1）：灰白、灰黄色，岩石大多风化成土状、砂状，仅外观保持原岩特征，具残余结构强度，不均匀夹强风化岩块，球状风化较为明显，成份以中粗砂为主，岩芯呈密实砂状，成份以粘质为主，岩芯呈硬塑-坚硬土状，其厚度较大，该层大多未揭穿，勘厚5.3-33.5m。广泛分布于沿线。
强风化花岗岩（地层编号○12-2）：灰白色，中粗粒结构，块状构造，岩石风化剧烈，节理裂隙发育，岩石不完整，岩质软，少量钻孔揭露到。广泛分布于沿线。
3）地震
据国家质量技术监督局《中国地震动参数区划图》（2001），路线所经地域的地震动反应谱特征周期为0.35s，操军-渡口地震动峰值加速度为0.10g，渡口-常德地震动峰值加速度为0.15g，其它地段地震动峰值加速度为0.05g，对应地震烈度Ⅶ度。依据《公路工程抗震设计规范》JTJ004—89的规定，公路工程考虑全线抗震设防。
4）气象
本区气候处在中亚热带向北亚热带的过渡地带，温暖湿润，也是北方冷空气频繁入境的“风口”所在。因此冬季冷空气长驱直入，春夏冷暖气流交替频繁，夏秋晴热少雨，秋寒偏旱。多年平均气温16．5～17℃，一月平均气温3．8～4．7℃，七月平均气温29℃左右。年平均降水量1250－1450毫米。无霜期258～275天。雨多集中于3-8月，约占全年降雨量的69%，年均降雨量1370.1mm,年均蒸发量1426.5mm，年平均气温17.9℃，极端最高气温40.5℃，极端最低气温-9.3℃，年平均风速1.9m/s，最大风速25m/s。
5．沿线材料分布情况
1）石料场：工程所需石料可由华容县石伏山、桃花山、常德市石板滩等石场采购。路面碎石采用料场位于株洲市攸县新市镇，运输方便、快捷，距106国道及湘东铁路均为4公里。
2）砂、砾料场：第一合同段，附近无砂料场，项目所需砂石料主要靠从岳阳市、华容采购场采购；第二合同段在南县东升、青茅岗土料场，砂土，储量大；第三合同段在安乡城关镇大桥右侧河堤砂、砾石料场，距本合同段起点4km，砂、砾石料装卸码头有装卸场地10处以上，常德鼎城区蒿子港砂、砾石料场，距P线的蒿子港特大桥2km，砂、砾石料装卸码头有装卸场地10处以上。
3）土料场：第一合同段，已选取13处土料场，土料场集中在许市、墨家铺等地，平均上路距离2公里左右，第二合同段，处于平原区，经过区域都为基本农田保护区，土资源匮乏。经调查、勘测并与当地政府部门沟通，共拟定3个取土场；第三合同段路基填料主要有4个来源：①采用保和堤镇以北以及渡口、周家店、石公桥沿线取土远运；②采用澧水河洲土场取土；③采用松滋河、澧水就近的砂砾石场的天然砂砾掺远运土做为填料；④将沿线两侧的棉花地改鱼塘，就近取土。
4）钢材、水泥、木材、沥青
钢材、水泥就近从质量合格的的厂家购买或招标采购，木材可在当地签订协议购买，沥青材料宜采用优质进口沥青，可直接或通过代理商招标外购。
5)工程用水
沿线地表水系发达，工程用水可就近取用。
6）运输条件：沿线主要公路有S306、S205及发达的县乡道路，交通条件便利。