1、目的及意义

1.1 毕业设计教学的意义

在完成毕业设计的过程中，需要将大学所学关于道路部分的专业课本知识进行融会贯通，通过实践演练进一步学习和吸收知识。此外，本次设计需要运用CAD等软件绘制大量图纸，这个过程将帮助我们进一步学习、巩固和提高软件操作能力，为以后的发展奠定较好的基础。同时，在毕业设计过程中难免会碰到许多大大小小的问题，无论是通过查询资料自我解决问题还是寻求同学和老师的帮助，都能提高我们的动手能力和解决问题的能力，更能很好的锻炼我们的口头表达能力和书写能力。

1.2 项目建设的意义

谷城至竹溪公路（以下简称本项目）起于谷城县境内福银高速公路襄（樊）十（堰）段，终于竹溪县鄂陕省界，途经谷城、保康、房县、竹山、竹溪等5县。根据省政府批准的《湖北省骨架公路网规划》，本项目属于我省规划的 “651（六纵五横一环）”骨架公路网重要组成路段，其中谷城至保康段隶属于纵五（老河口至宜都骨架公路），保康至竹溪段隶属于横一（麻城至竹溪骨架公路），该项目的建设对于促进湖北省骨架公路网的早日形成，尽快发挥网络效应具有切实的促进作用；谷城经竹溪、平利至安康公路是鄂陕两省经济和文化交流的重要通道，加快其建设，对于改善鄂陕之间的交通运输条件，加强我国中、西部的沟通与联系，促进中部崛起和西部大开发战略的实施，加快沿线地区社会经济发展等方面都具有十分重要的意义；同时项目所处地区水电、矿产、旅游资源丰富，项目的实施能从根本上改变本区域交通不便的状况，促进该区域的资源开发和经济发展，对全面建设小康社会具有十分重要的意义。

1.3 国内外的研究现状

1.3.1 道路等级的确定方法

1）我国公路根据交通特性及控制干扰的能力分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路及四级公路等五个技术等级。

a）高速公路为专供汽车分方向、分车道行驶，全部控制出人的多车道公路。高速公路的设计交通量宜在15 000 辆小客车／日以上。

b）一级公路为供汽车分方向、分车道行驶，可根据需要控制出人的多车道公路。一级公路的设计交通量宜在15 000 辆小客车／日以上。

c）二级公路为供汽车行驶的双车道公路。二级公路的设计交通量宜为5 000 ~15 000 辆小客车／日。

d）三级公路为供汽车、非汽车交通混合行驶的双车道公路。三级公路的设计交通量宜为2 000 ~6 000 辆小客车／日。

e）四级公路为供汽车、非汽车交通混合行驶的双车道或单车道公路。双车道四级公路设计交通量宜在2 000 辆小客车／日以下；单车道四级公路设计交通量宜在400辆小客车／日以下。

2）美国道路等级划分：

3）英国道路等级划分

我国道路等级划分主要依据道路的设计交通量来定；美国的道路等级主要是根据其作用来划分；英国的道路等级划分主要也是依据其年平均日交通量来决定的。另外如荷兰、德国等国家未找到详细划分方法，但是多以交通量、功能、作用、道路连接区域作为主要的划分方法。

1.3.2 路面

1）水泥混凝土路面：进人二十世纪以来，以混凝土为建筑材料的工程结构得到了飞速发展，研究表明，高强度混凝土被证明是对早期开裂非常敏感的材料，主要是由于水化热的结果，同时自干燥作用产生的自收缩和硫酸相的化学反应也是重要起因。特别是早期强度很大的水泥混凝土，以上作用更加迅速、明显。但是实际工作中常常由于施工条件、工期和设计水平的影响，无法很好的解决上述问题。

2）沥青混凝土路面：沥青混凝土较水泥混凝土路面，行车舒适。噪声小、灰尘少、维修方便。在近期有成为高等级道路路面主要形式的趋势，但是与水泥混凝土路面的破坏情况相似。因此，针对这种情况，近年来国内外对改性沥青和新型沥青混凝土进行大量的试验、摸索，也取得了很多成果，并推广应用了很多工程。^【13】

柔性路面多由沥青类面层和多层结构组成，比较柔韧具有一定塑性，在长期行车作用下，容易产生较明显的变形，在柔性路面设计中需要考虑它的极限垂直位移和高温季节面层（采用沥青面层时）的稳定，同时也要考虑不利季节面层底面的极限拉延和面层的低温缩裂。刚性路面主要指水泥混凝土路面，在行车下工作于弹性状态，没有明显的垂直变形。刚性路面设计主要取决于混凝土面层的抗弯强度，同时考虑温度变化对路面内应力的影响。

国内外路面设计方法可分为两大类，柔性路面设计方法和刚性路面设计方法。水泥混凝土路面结构分析应采用弹性地基板理论。 除粒料类基层外，其他各类 基层与棍凝土面层应按分离式双层板模型进行结构分析。粒料类基层及各类底基层和垫 层，应与路基一起视作多层弹性地基，以地基顶面当量回弹模量表征。

我国沥青路面主要采用设计理论-层状体系理论进行设计。最著名的经验设计方法有美国承载比（CBR）法和美国各州公路和运输工作者协会（AASHTO）法。CBR法以CBR值作为路基和路面材料的性质指标。通过对已损坏或使用良好的路面的调查和CBR测定，建立起路基土CB-轮载-路面结构层厚度三者间的经验关系。利用此关系曲线，可以按设计轮载的路基土CBR值确定路面面层总厚度。路面各结构层次的厚度，按各层材料的CBR值进行当量厚度换算。

1.3.3 路基设计
B.B. Teltayev, E.A. Suppes于2018年对路基、温度、水分进行了深入的研究^【14】，其发现沥青混凝土表面和点的温度变化路面质量上与气温变化一致。寒冷季节路面和路基的重要特如下冷冻条件和冷冻的持续时间，最低温度，平均速率冷冻和解冻随着深度的增加而减少。路面和路基的全冻结期可分为两个阶段特征周期。在持续时间为120天的第一个冻结期深度减小等一系列结论^【15】。在路基设计方面的具体实例中，温度和水分总是会对路基质量产生非常大的影响。

我国路基设计的一般要求：（1）路基的设计须根据路线平、纵、横设计的原则及原地面的情况进行布置，确定标高；（2）为了确保路基的强度和稳定性，在路基的整体结构中还必须包括各项附属设施，其中有路基排水、路基防护与加固，以及与路基工程直接相关的其它设施，如弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。（3）路基应具有足够的强度和稳定性，以及良好的抗变形能力和耐久性。（4）路基排水设计应根据道路排水总体设计的要求，结合沿线水文、气象、地形、地质等自然条件，设置必要的地表排水和地下排水设施，并应形成合理、完整的排水系统。

 1.3.4 挡土墙设计

近年来国内外学者也在广泛研究挡土墙的设计方法，无单元伽辽金法( EFGM )已经成为数值模拟的热点。比较的用传统的有限元方法计算，不是元素，而是节点信息这种方法中需要的。此外，它具有更高的精度并且在计算不连续时具有显著优势和大变形问题，例如裂纹传播和冲压成型品。西安科技大学的老师利用EFGM对有限元进行分析，基于钢筋的受力特性以及钢筋混凝土结构中的混凝土提出了EFGM-FEM耦合数值模型。在这方法，通过桁架单元模拟加固在有限元中，混凝土由EFGM计算，并且通过刚度得到待求解的基本方程共享节点的叠加。耦合方法被证明是有效的解决方法钢筋混凝土结构的数值分析418钢筋混凝土( RC )挡土墙，其具有广泛的钢筋数值分析的应用前景混凝土构件。^【16】

目前我国挡土墙的设计方法主要按“极限状态分项系数法”来设计，先确定挡土墙的形式，然后根据实际情况计算其强度，验算其稳定性和地基承载能力。需要注意的是：挡墙的墙背、墙根部排水问题以及墙后填土、挡墙定位等相关问题。

2、基本内容和技术方案

2.1基本内容

（1）详细研究路线所在地区的自然条件等及其对公路设计、施工和养护的影响，提出在该地区道路建设的理由。

（2）道路类型、等级的确定和技术标准论证，路线设计。

l 路线总长度小于5km，至少包含3个以上交点（不含起终点），至少一个交点设置缓和曲线；

l 路线平、纵面缩图（1:10000）和断面图

l 道路用地图

l 直线、曲线、转角表及路线逐桩坐标表

（3）路基、路面及排水设计

l 路基标准横断面、典型横断面、一般设计、指定1～2km路段的横断面图；

l 路基加固（支挡）及防护工程设计；

l 路面结构图的选用方案和比较方案；

l 路基排水系统布置图及排水工程设计；

l 计算土石方数量并进行调配，填制路基土石方数量表。

（4）桥涵设计

l 确定涵洞的位置、结构类型及主要尺寸；

l 确定中（小）桥的桥型、桥位、结构类型。

2.2 技术方案

2.2.1 公路等级的确定

本路段现交通量为6600辆/日,经过计算平均每年交通量的增长率为7.5%。预测如下:

N_d=N₀(1 r)ⁿ =6600*（1 0.075）²⁰=28036辆/日)

式中:

N_d--规划交通量(辆/日)

N₀--起始年平均日交通量(辆/日)

r--年平均增长率

查《公路工程技术标准JTGB01—2014》可知一级公路的平均日设计交通量在15000辆小客车以上[1]。故拟定设计为一级公路，设计速度定为100km/h，采用双向四车道。

2.2.2 平面选线

1）平面线形指标

查《公路路线设计规范》（JTGD20-2017）[2]得，当设计时速为100km/h时，平面线形要素要求如下表：

2）选线

根据以上平面选线设计原则设计步骤在已经给出的地形图上指定两个方案，方案一和方案二。

两个方案的路线均尽量避开农田、房屋建筑，对直线长度也进行了严格控制。考虑到沿途高差较大，尽量顺着地势的走向进行了选线。几个交点的位置如下图所示：

方案1

方案2

3）纵断面设计

a）里程桩号、地面高程与地面线、设计高程与设计线路及施工填挖值等;

b）设计的纵坡度和坡长;

c）竖曲线及其要素、平面上的直线及平曲线；

d）沿线桥涵及人工构造物位置、类型及孔径,跨线桥尚应示出交叉方式。

4）横断面设计

a）点绘各横断面的横向地面线;

b）确定路基宽度;

c）按弯道半径大小分别拟定超高加宽值;

d）根据纵断面设计资料按设计标高在路基设计表上逐桩进行计算,完成路基设计表;

e）按路基设计表数据,绘出横断面设计线；

f）最后进行土石方计算与调配。

5）路基防护与加固工程设计选择路基防护类型和一座挡土墙设计与计算。

6）桥涵设计

a）确定涵洞的位置、结构类型及主要尺寸；

b）确定中（小）桥的桥型、桥位、结构类型

7）路基路面工程设计与方案比选

根据平、纵、横断面图及有关的地质、水文、材料供应、交通量等资料进行路面结构设计计算，并进行方案比较，推荐最优方案。

a）沥青路面设计：交通量计算；路面结构组合设计；路面各结构层设计参数的确定与厚度计算；进行路面结构层优化设计；

b）水泥混凝土路面设计：交通量计算；路面结构组合设计；混凝土路面厚度计算；绘制混凝土板接缝图。

8）编写设计说明书：编写设计说明并撰写英文摘要。