《路基路面工程》课程设计
图1.1 路基横断面图
（2） 路基高度：
由《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，设有中央分隔带的高速公路，路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘高程。由于该公路位处II2a辽河平原冻融交替副区，主要自然病害以冻胀与翻浆为主，且公路等级要求高，设计需求路基干湿类型为干燥，由表1.2知，路基高度H>3.4m，设计资料中路基平均高度为2.5m。综合考虑路线纵坡要求，路基稳定性和工程经济等因素，本设计取路基高度H=6m。
（3） 路基边坡坡率：
路堤填土高度为6m，路基填料为细粒土，由表1.4可得，取路基边坡坡率为1?1.5，则边坡宽度b=1.5H=9m。
表1.4 路堤边坡坡率
填料类别 上部高度（H≤8m） 细粒土 粗粒土 巨粒土 1?1.5 1?1.5 1?1.3 边坡坡率 下部高度（H≤12m） 1?1.75 1?1.75 1?1.75 1.2 道路横断面排水设计
公路位于II2a辽河平原冻融交替副区，主要自然病害以冻胀与翻浆为主，其次崩塌、土流。自然条件对公路工程的影响主要表现在冻土多，公路的不利季节为11月-次年3月，公路由宽广的平原地通过条件不太困难。
1.2.1 确定边沟布置、断面形式及尺寸
边沟的排水量不大，一般不需进行水文和水力计算。依据沿线情况，选用标准横断面形式。边沟的纵坡一般与路线纵坡一致。边沟横断面采用梯形，内测边坡坡率为1?1.5，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。由于该公路位于东南潮热区，降雨量较大，梯形边沟的底宽和深度都采用0.6m。由于水量较大，边沟
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采用浆砌片石铺砌，砌筑用砂浆M7.5号。
边沟断面如图1.2所示：
图1.2 边沟构造图
1.2.2 确定截水沟布置、断面形式和尺寸
截水沟的位置应尽量与绝大多数的地面水流方向垂直，以提高截水沟的效能和缩短截水沟的长度。沟底采用0.5%的纵坡。截水沟截面采用对称梯形，沟的边坡坡度采用1?1.5，沟底采用干砌片石铺筑。对截水沟断面尺寸采用试算法进行水力计算，以获得最佳断面。
（1） 设计参数：纵坡i=0.005，坡率m=1.5，粗糙系数n=0.025，设计流量
QS =1.10m3/s。
（2） 假定沟底宽度b=0.4m；由表1.5可得b/h=0.61,取h=0.66m；
表1.5 水力最佳断面宽深比
边坡率m b/h 0 2 0.25 1.56 0.5 1.24 0.75 1.00 1.00 0.83 1.25 0.70 1.50 0.61 2.00 0.47 3.00 0.32 （3） 水流断面积?： ??bh?mh2 (1-1) 由??bh?mh2 得，?=0.92m2；
断面系数K：K?21?m2 (1-2) 由K?21?m2 得，K=3.6；
湿周?： ??b?Kh (1-3)
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由??b?Kh 得，?=2.78m；
水力半径R：R??? (1-4) 由R??? 得，R=0.33m；
（4） 指数y：y?2.5n?0.13?0.75R由y?2.5n?0.13?0.75R 流速系数C：C?由C??n?0.10 (1-5)
??n?0.10 得，y=0.24；
?1yR (1-6) n1yR 得，C=32.05； n 水流断面流速v：v?CRi (1-7) 由v?CRi 得v=1.3m/s；
断面流量Q：Q???v (1-8) 由Q???v 得，Q=1.2 m3/s； （5） 验算沟底铺砌采用干砌片石。
则由表1.6可得最大容许设计流速为Vmax=2.0m/s；
表1.6 容许流速表
沟渠类型 粗砂 黏土质砂 高限黏土 石灰岩 最大容许设计流速（m/s） 0.8 1.0 1.2 4.0 沟渠类型 草皮护面 干砌片石 浆砌片石 混凝土 最大容许设计流速（m/s） 1.6 2.0 3.0 4.0 假设水中主要含土类为中细沙，取α=0.5；
最小容许流速Vmin： Vmin??R2 (1-9) 由Vmin??R2得Vmin= 0.26 m/s；
因为设计结果V=1.3 m/s，介于Vmax与Vmin值之间，所以流速符合要求。 又因为计算流量Q=1.2 m3/s，与QS =1.10m3/s相差为超过10%，一般可认为符合设计要求。
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综上可知：因为流量和流速均符合要求，本截水沟可采用底宽0.4m，而沟深H，应为水深h加安全高度Δh=0.10~0.20m，本设计取Δh=0.14m，所以沟深H=h+Δh=0.66+0.14=0.8m。
截水沟断面如图1.3所示：
图1.3 截水沟构造图
1.2.3 其他排水设施
道路的排水设施主要包括路基排水和路面排水。
常用的路基地面排水设施，除了已经进行设计的边沟和截水沟外，还包括排水沟、跌水与急流槽。这些排水设备，分别设在路基的不同部位，各自的排水功能、布置要求和构造形式均有所差异。各类地表水沟沟顶应高出设计水位0.2m以上。当地下水影响路基路面的强度或边坡稳定时，应设置暗沟、渗沟和检查井等地下排水设施。
路面表面排水主要是迅速把降落在路面和路肩表面的降水排走，一面造成路面积水而影响行车安全。主要包括中央分隔带排水、路面内部排水和边缘排水系统，以及排水基层的排水系统等。
1.3 路基稳定性验算
由于本设计标准横断面采用一般路堤形式，路堤平均填土高度为2.5m。对于路基的稳定性分析，采用一般路堤的最高值8m。由《公路路基设计规范》(JTG
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D30—2004)得路堤边坡坡度为定值。
1.3.1 设计参数
路堤填土高h1=8m，路堤边坡坡率为m=1?1.5，路堤填料为粘质土，粘聚力C=20KPa，内摩擦角φ=30°（tanφ=0.577）。土的容重取γ=20KN/m3。车辆荷载为公路一级汽车荷载。由《公路路基设计规范》(JTG D30—2004)，对路堤和地基的整体稳定性采用简化的Bishop法进行分析计算。
1.3.2 稳定性验算
（1） 车辆荷载的换算
在进行路堤稳定性验算时，将车辆荷载按最不利情况排列，并换算成相当的土层厚度。
公路一级汽车荷载换算成土柱高：
h0?由《路基路面工程》有，
NQ ； (1-10) BL?式中：N—并列车辆数，双向六车道N=6； L— 标准车辆轴载为12.8m；
Q—一辆重车的重力（标准车辆荷载为550KN）； γ—路基填料的重度为20KN/m3；
B—荷载横向分布宽度，近似取路基宽35m。 数值带入计算可得：h0=0.37m，取h0=0.4m，偏于安全计算。 （2） 路堤横断面
用4.5H法滑动面圆心位置的辅助线，取通过路堤坡脚和距路基左边缘1/4 路基跨度处的圆弧。
绘出圆弧滑动面的计算图示，如图1.4所示：
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