第三章道路横面设计和路基设计.docx
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第三章道路横面设计和路基设计
3道路横断面设计和路基设计
横断面布置及超高
3.1.1路基横断面布置
公路横断面的组成和各部分尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素确定,在满足交通、环境、公用设施管线敷设及排水要求的前提下,经济合理的确定各组成部分的宽度以及相互之间和位置与高差,尽量做到用地省、投资少、使道路发挥其最大的经济效益和社会效益。
本设计路段路基按四车道高速公路标准设计,采用整体式断面,路基全宽设计为28.0m,其各部分组成为:
单向行车道2×7.5m,左侧路缘带为0.75m,硬路肩3.5m(含有侧路缘带0.5m),两侧土路肩0.75m中央分隔带为3.0m。
路基横断面布置见图。
图路基横断面布置图
3.1.2路基横坡
本着有利于排水、施工和行车的原则,根据《公路路线设计规范》(JTJ011-94)中的原则,行车道、路缘带及硬路肩横坡取为%,土路肩要比路拱横坡大~%,所以土肩取为4%。
3.1.3路基超高及加宽
查《公路工程技术标准》(JTJB01-2003)3.0.14,不设超高的最小半径如下表()。
本设计路段设计车速为120km/h,有一处平曲线半径小于5500m,因此需设置路基超高,根据公路工程技术标准的有关规定和相关计算,超高横坡度采用4%。
表不设超高最小半径表
设计车速
120
100
80
60
40
30
i路拱≤%
μ=~
5500
4000
2500
1500
600
350
i路拱>%
μ=~
7550
5250
3350
1900
850
450
1)圆曲线半径确定
本设计路段圆曲线半径R=1500m,设计车速为120km/h。
根据表()可取i=4%。
表i取值表
圆曲线半径(km)
<5500~3240
<3240~2160
<2160~1670
<1670~1300
<1300~1080
<1080~930
<930~810
i(%)
1
2
3
4
5
6
7
2)超高缓和段的确定
超高缓和段的长度主要从两个方面来考虑:
一是从行车舒适性来考虑,缓和段长度越长越好;二是从横向排水来考虑,缓和段长度短些好,特别是路线纵坡较小时,更应注意排水的要求。
新建高速公路一般采用绕中央分隔带边缘旋转,超高渐变率D=1/200,所以超高缓和段长度为由式(3-1)计算。
(3-1)
式中
—超高缓和段长度,m;
—旋转轴至行车道外侧边缘的宽度,m;
—超高坡度与路拱坡度的代数差,%;
—超高渐变率。
所以超高缓和段长度:
缓和曲线Ls=425m>Lc,取Lc=425m横坡从路拱坡度(-2%)过渡到横坡(2%)的超高渐变率:
又因为不设超高的半径为5500m,此点距ZH点的距离由公式(3-2)计算:
(3-2)
式中
—不设超高的缓和曲线长度,m;
—回旋线参数;
—回旋线型所连接的圆曲线的半径,m。
故
根据此条件确定的超高缓和段长度为:
取整为300m。
此时路拱的坡度路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡(2%)时的超高渐变率:
故需分段超高,第一段从双向路拱横坡度-2%过渡到单向超高横坡2%时的长度由公式(3-3)计算:
(3-3)
式中i—超高横坡度;
B′—外侧行车道宽度,m。
所以:
,取
第二段长度为:
第一段的超高渐变率为:
满足排水要求。
3)计算各桩号处的超高值
超高起点桩号K0+,直线段的硬路肩与行车道坡度相同为2%,土路肩为4%,圆曲线内外侧的硬路肩坡度与行车道的坡度相同均为4%,外侧的土路肩为3%。
内侧土路肩坡度过渡段的长度为:
所以取
。
分别计算出各桩号距离超高起点的x值然后带入表3—3计算公式中计算结果,计算结果列表3—4。
表各桩号超高值计算公式
超高位置
计算公式
行车道行坡度
备注
外侧
C
1.计算结果与设计高之高差
2.设计高程为中央分隔带
3.当x=Lc时为圆曲线上的超高值
D
0
内侧
C
0
D
式中B—行车道宽度,m;
b1—左侧路缘带宽度,m;
b2—右侧路缘带宽度,m;
ix—超高横坡度,度;
iz—路拱横坡度,度。
3.1.4中央分隔带形式及开口
中央分隔带采用凸起式,全宽3.0m,双向外倾横坡4%的坡度,表面种草绿化,植树防眩;为抢险急救和维修方便,中央分隔带每隔2000m左右设一处开口,并考虑在大桥、特大桥一侧桥头及互通式立交终点的一端设置开口一处,开口处桩号为:
K1+600,开口端部为子弹头形,开口长50m。
具体形式见图()。
表各桩号横断面超高值
桩号
X(m)
内侧(m)
外侧(m)
A(m)
B(m)
C(m)
D(m)
D(m)
C(m)
B(m)
A(m)
K0+
0
0
0
K0+840
0
0
K0+860
0
0
K0+880
0
0
K0+900
0
0
K0+920
0
0
K0+940
0
0
K0+
115
0
0
K0+960
0
0
K0+980
0
0
K1+000
0
0
K1+020
0
0
K1+040
0
0
K1+060
0
0
K1+080
0
0
K1+100
0
0
K1+120
0
0
K1+
0
0
3.1.5用地范围
对于边沟排水路段,以边坡坡脚外延2.0m作为公路用地界;桥梁段落一般不设边沟,用地界为桥梁正投影外侧2.0m。
3.1.6路基填土高度
本设计路段均为填方路基,路基填土高度受沿线地貌、水文、地质等自然条件及桥梁、通道等多种因素控制。
根据沿线调查和勘测资料,本设计路段所处冲积平原的地下水位埋深一般为~2.5m同时考虑到本路段的自然区划和岩土特征,拟定一般填方路段路基填土高度控制在1.5m以上,地势低洼而受地表水影响路段填土高度应控制在~3.0m以上。
图3-2中央分隔带示意图
3.1.7路基边坡
路基边坡的陡缓程度,直接影响到路基的稳定和路基土石方工程量。
本路段均为填方路基,按《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)规定,本设计路段当填土高度小于6m时,边坡坡率采用1:
;大于6m时,边坡坡率全部采用1:
。
3.1.8护坡道
根据《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)并结合本路段的实际特点,本路段护坡道宽度均取2.0m,护坡道表面外倾横坡4%,护坡道上植树绿化,植草防护。
路基设计
3.2.1一般路基设计
1)各桩号路基断面的形式、坡度
根据设计要求选择500m公路段,对其内各桩的横断面进行设计,这里选择的500m要求是本设计路线中最典型的,要包括直线、圆曲线、缓和曲线,而且地形也要求是最典型的,所以选择从K0+800到K1+300总计500m的路段。
设计详情见各桩号路基横断面图。
2)路基填筑设计
本施工段全线均为填方路基,所需填料来源于沿线集中设计的取土坑。
结合本地区的自然环境及土质特点,全路段在填筑路堤前应清除地表至少15cm耕植土,清除深度以清除掉植物的根茎,露出先新鲜土壤为准,经碾压稳定后方可开始填土。
路基填料强度要求如表()。
表路基填料强度参数
项 目 分 类
路面底面以下深度(cm)
最小强度(CBR)(%)
最大粒径(㎝)
(cm)
上路床
0~30
≥8
10
下路床
30~80
≥5
10
上路堤
80~150
≥4
15
下路堤
150以下
≥3
15
根据地质资料,本次设计线路经过地段主要由第四系松散沉积层所组成,表层为素填土和粘性土,土质均一,呈硬塑-半硬塑状,强度低,工程性质差,其CBR值为%~10%。
达不到《公路路基施工技术规范》(JTJ033-95)的要求,因此为满足路基填料强度和压实标准及施工要求,对路基填土进行适当掺加石灰处理。
通过掺加一定量的石灰,改善含水量大的土,使其达到最佳含水量,便于路基压实,保证路基的强度。
其路基填筑设计分析如下:
沿线填土含水量的大小于与地层、施工季节、降水情况及施工方案有较为密切的关系。
因此,如果路基填料强度和含水量能满足要求,或在施工工期允许的情况下,可以通过翻晒等方法来降低土的含水量,则可以不掺加或少掺石灰。
(1)A区(路床):
上部40㎝采用8%石灰土,下部40㎝采用6%石灰土;
(2)B区(上路床):
采用粉煤灰填筑,并采用4%的石灰土包边处理;
(3)C区(下路床):
采用粉煤灰填筑,并采用4%的石灰土包边处理;
(4)D区(隔离层):
为阻断毛细水的上升通道,采用40㎝5%石灰土填筑,同时在石灰土垫层顶面的包边土中,沿路基两侧每隔20m设置30×30㎝的石盲沟,以排除粉煤灰路基的下渗水;
清表及填前夯实:
路基填筑前应先清表,清表及填前压实补偿30㎝5%石灰土回填,压实度不小于88%,填前压实度不小于85%。
当路基高度小于1.5m时,在保证路面结构厚度和80㎝石灰土路床厚度情况需反挖路基进行施工,填筑前压实补偿15-30㎝用5%石灰土回填,之后在填筑路基A区。
3)路基边坡防护
本设计路段填料以粉煤灰为主,坡面表层均换填15㎝耕植土,为防止路基边坡风蚀及雨水冲刷得影响,确保路基边坡的稳定,并综合考虑路基美容的美化、绿化和工程经济的合理性,提出合理的路基防护形式。
具体措施如下:
(1)中央分隔带
中央分隔带结合防眩、防护以及美化绿化的需要进行植树、植草。
根据徐州本地气候,沿线拟在支局有四季常青、成活率高、无病虫害、苗源广的刺柏等柏科类织物。
单排栽植,株距1~2m。
中央分隔带表面铺植冷季型地被草皮等。
(2)护坡道
在护坡道上栽植刺柏,间距~3.5m;基于防护、绿化之目的,护坡道土质裸露部分采用植草防护。
(3)路基边坡
路基高度小于3m时,路基边坡铺草皮防护。
为防止雨水冲蚀土路肩边部,并增设号浆砌片石护肩,护肩厚0.3m护肩一下边坡铺草皮进行防护,铺草皮可采用木桩在路基边坡上固定。
草种可选用根系发达、成活率高、的高羊毛、百慕达等。
护肩一下土坡需根据具体情况进行填土夯实,防止边坡流水冲刷。
路基高度大于3m时,采用拱形护坡,拱形骨架内植草皮防护。
骨架采用号浆砌片石砌筑,用20号混凝土预制块镶边,以拦截水流,使路面雨水在边坡上集中排除,并通过护坡道、导流槽引入路基排水沟。
拱形骨架间采用铺草皮防护,即经济适用,又美化路容。
为防止路肩边部边坡的冲刷和地表临时积水浸泡路基坡脚,骨架护坡顶部和底部分别设置镶边和护脚。
本设计路段K0+000~K3+136路基高度都大于3m,设置拱形骨架护坡。
K3+136~K3+177为植草护坡。
4)路基防护施工方法及注意事项
(1)浆砌片石砌拱时,应首先在坡面上放样时,施工时要保证厚度及砌筑质量。
(2)刷坡和铺砌骨架护坡后应及时植树、铺草皮和播种草籽,绿化覆盖土层。
(3)所有的防护工程在路基沉实、坡面夯实后施工。
施工填河路段的防护在做梯形基础前,清淤彻底后,再往下挖基础所需的深度。
3.2.2路基压实标准与压实度
本设计路段路基填料均为细粒土,其路基压实亦根据路基填料类型选用相应的压实机具,对细粒土采用重型轮胎压路机。
其路基压实标准和不同部位的压实度应符合《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)3.2.1和及《公路路基施工技术规范》(JTG033-95)的有关规定,具体要求见表()。
压实度即现场测得的土基干密度
与室内求得的标准干密度
之比常用K表示:
。
表路基压实度要求
填挖类型
路槽底面以下深度(cm)
压实度(%)
上路床
0~30
≥95
下路床
30~80
≥95
上路堤
80~150
≥93
下路堤
150以下
≥90
清表及填前压实30㎝
30
≥88
填前压实
≥85
注:
表列压实度击实标准系重型击实标准。
3.2.3取土坑设计
本设计路段全段均为填方路堤,路基取土采用徐州地区个发电厂排放的工业废碴、粉煤灰及设置路侧集中取土坑取土的方案,集中取土坑的选点要兼顾土质、数量、用地及运输条件等因素,并结合沿线区域规划,因地制宜,综合考虑,维护自然平衡,防止水土流失,尽量做到借之有利。
同时本路段沿线清表、清淤、路基预压卸载和施工加宽刷坡等必然存在大量弃方,应合理利用,减少废方,不可乱弃乱堆,根据土质类别可部分作为路面底基层石灰粉煤灰的用料。
部分也可作为路肩、中央分隔带用土以及互通场地平整用土等。
3.2.4路基施工要求及注意事项
1)一般路基
(1)路堤基底为植耕土或腐植土时,需清除表土,并作填前压实处理,压实度不小于85%;
(2)位于路基范围内的树根、芦苇根等必须挖除;
(3)地下水位较高的低路堤段施工时,应首先在路基两侧开挖排水沟,及时抽水,以降低地下水位确保低路堤施工质量;
(4)路基填筑前,应对填料密度、含水量、最大干密度进行测定,压实过程中应对填料的含水量严格控制,压实后应检查填料的压实度是否符合设计要求;
(5)填料设计时,依据试验资料给出了路基不同部位时石灰的掺加剂量,主要用于提高填料的承载比。
施工时,应根据土的工程性质及工期要求,按监理工程师的指令进行;
(6)为便于边坡的压实,路基每侧需加宽40㎝,边坡表层与填方主体要同时施工、均匀压实;
(7)应做好原地面临时排水设施,并与永久排水设施相结合。
排除的雨水,不得流入农田、耕地,亦不得引起水沟淤积和路基冲刷;
(8)路基填筑应采用水平分层填筑法施工,必须根据设计断面,分层填筑、分层压实,每层的最大松铺厚度不应超过30cm,填筑至路床顶面最后一层的最小压实厚度,不应小于8cm;
(9)路基填筑应采用水平分层填筑法施工,即按照横断面全宽分成水平层次逐层向上填筑。
如原地面不平,应由最低处分层填起,每填一层,经过压实符合规定要求之后,再填上一层。
路基范围内的路基填料的CBR除路床顶面以下30cm大于8以外,其余均要求大于5,该范围的压实度
95%。
当路桥的施工方案要求采用先填筑路基施工桥台时,其压实机具要求同一般路基;当构造物施工方案采用先施工构造物后填路基时。
对于大型压实机具压不到的地方,必须配以小型压实机具薄层蹍压,以确保压实度。
2)特殊路段路基施工要求
为了减少路基在构造物两侧产生不均匀沉降,减轻跳车现象,提高高速公路车辆行驶的舒适性,对桥梁和涵洞两侧路基需进行特殊处理。
(1)对桥梁、涵洞、通道台后路基处理范围见表()。
当路桥的施工顺序要求采用先填筑后施工桥台时,其压实机具要求同一般路基;当施工顺序采用先施工构造物后填筑路基时,对于大型机具难以压实的地方,应采用小型的手扶振动夯或手扶振动压路机薄层碾压。
表桥涵构造物台后路基填土处理范围
每侧路基处理
构造物长度
类型
底部长度(m)
上部长度(m)
备注
桥梁
≥3~4
>(3+2H)
含台前溜坡及锥坡,且需超长0.3m压实。
H为台后路堤高度。
涵洞
≥2~3
>(2+2H)
(2)对于通道、涵洞等小型构造物的施工,基坑开挖后若发现土质差,达不到设计所需的承载力,可视实际情况确定处理方法,使地基承载力,可视实际情况确定处理方法,使地基承载力达到设计所需的承载力。
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