土木工程道路桥梁山岭重丘区的三级公路设计计算书

- 1 -引 言大学本科毕业设计（论文）是本科教学大纲最后一个重要环节，也是对我们以后的工作实践的理论依据。本次设计基于在大学期间所学的有关专业知识和基础知识。应用所掌握的专业知识，设计出经济安全美观的陕西秦岭地区（5，6，7）路基设计线。设计内容为试坡选线定线设计平曲线竖曲线横断面路基路面设计防护措施桥涵水文工程预算等。在导师的精心指导下，不仅巩固了专业知识，而且系统地设计出了一条位于山岭重丘区的三级公路。通过这一环节，使我开阔了视野丰富了专业知识学会了分析工程问题及解决问题的方法。查阅参考书（资料） ，进一步熟悉应用和理解标准 、 规范 、 手册的能力。因此，毕业设计是培养工程师基本训练必不可少的教学环节，是让我们将所学知识建立知识体系的重要过程，也是我们走向工作岗位前的最后一次尝试，为以后更好的工作打下了扎实的专业知识基础，也为以后更快的进入工作角色做好了准备。- 2 -第一章 概 述1.1 气候特点该地区海拔高度在 10002000 米等高线之间，按中国气候分区，属东南湿热区，向青藏高寒区的过渡区，属全国道路气候分 2B区，季节冰冻，中湿区，该地区同时受冷热气流的影响较大，气候特征属北亚热带季风气候，夏季降水多，冬季气温低。路线所经地区最高月平均地温 25C32.5 C,年平均气温在 14C22 C 之间,极端最高气温在 0C4 C 之间,冰冻现象轻.但当偶尔寒流猛烈时,气温可降到-10 C 以下,土壤最大冻深 0.3 米，最大积雪深度 0.16 米,定时最大风速为 15.5m/s 。1.2 降水量及地下水埋深路线所经地区位于东经 105110,北纬 3035 之间,属中国暴雨风区的 13区,年降水量 800mm 左右,一般山地多,平地较少,分布规律为由东向西,由南向北,逐渐降低，潮湿系数在 1.01.5 之间,干燥度平均在 1.0 以下,雨型为夏、秋雨,最大月雨期长度为 3.0 3.5 天。降雨形式以暴雨为主,雨量多集中在 6 8 月,约占全年降水量的 60% ,冬季降水量仅占全年的 45% 。由于该地区降水量较多，且集中，地面横坡陡峻，汇流时间较快，一般汇水面积10Km 2，汇流时间约 30 分钟；汇流面积20Km 2，汇流时间约 45 分钟；沿线地下水埋深一般在 3 米左右，沟谷处约为 2 米左右。1.3 地形与地貌路线所经地区，自然地面横坡陡峻，清江河从西向东流入渭河，路线沿清江河而上，在清江河发源地翻越分水岭而下，其分水岭西坡陡而东坡较缓，自然横坡达40% 左右，自然地面较整齐，短距离内高差大，沟谷、河流的纵坡较大，大量随季节变化大，除清东河下游处，枯水季节水量很小，甚至干枯；夏季水流湍急，往往引起山洪暴发，冲刷力较大，河（沟）内为含土砾石，大于 60mm 的砾石含量占 50% 左右，砾石成份主要为花岗岩，个别砾石的最大粒径达 45。1.4 地质与土质- 3 -路线所经地区，位于中国区域工程地质的秦淮山工程地质区和秦巴山地工程地质区的交界，靠近秦巴山地工程地质区，属陕西省祁连地层区，纸房-洛南地层小区（ 2区） ，大部为火成变质岩山地，岩层为古生界杂岩，以粗粒花岗岩、变质岩为主，其次分布有石灰岩，岩性质量较好，一般岩层较深处，可采集到级以上的石料。第四纪发生的岩层和近代堆积，以重堆积、残积土壤为主，土质为黄棕粘性土，受大气和温度的长期影响酸碱度为中或微，土质为液限粘土呈密实状态，岩石风化程度为中等，路线所经地带，土层覆盖厚度约 2.5 米左右，土层中 20% 为松土，50% 为普通土，30% 为硬土，岩层中 10% 为软石，70% 为次坚石，20% 为坚石，在清江河发源处的分水岭上，此处地质良好。1.5 植被及作物等概括该地区多为山地，山坡上为山地草甸土壤，是山地灌木丛和草甸的生境。但由于冲刷等原因，土壤中有机质分解和养分损失迅速，故肥力不高，沟谷和山坡上生长有稀疏灌木丛和高度在 1.0 以下的密草，疏林的郁闷度在 40% 左右，在平缓的山坡上，种植的作物主要有玉米、麻类、谷子、菜籽等。大力开展植树种草，保持良好的生态环境，保证粮食稳产高产，促进牧业和林业的发展，是今后一项主要的经济战略任务。本次设计必做内容: （1）路线方案的拟定（2）道路等级的确定（3）道路技术标准的确定（4）道路平面设计（5）道路纵断面设计（6）一、二次修正导向线图（7）道路横断面设计（取一公里）（8）路面结构设计（9）桥涵水文计算及典型路段道路排水系统布置（10）道路工程量计算及工程概算编制（一公里左右）- 4 -第二章 平、纵、横三维断面设计2.1 道路等级的确定2.1.1交通量换算已知预算十年末交通量（年平均增长率 Y=10）为 2500 辆/日“公路工程技术标准2.0.2”各种车型的折算系数为小客车 1.0 中型车 1.5 大型车 2.0 拖挂车 3.0。依据“国内外汽车参数”得知：东风 EQ140 载重 5.21t 黄河,JN150 载重 8.06t,解放 CA10B 载重 4.00t,跃进 NJ130 载重 2.5t。“公路工程技术标准2.0.2”各种车型的折算系数为： 根据“公路工程技术标准” （JTG B01-2003）1.0.4 规定，高速公路和具干线功能的一级公路设计交通辆按 20 年预测；具集散功能的一级公路以及二、三级公路的设计交通量应按 15 年预测，四级公路可根据实际情况确定。到 15 年末日平均日交通量（十年以后的年平均增长率 Y=2%） ，则：15 年末小客车标准车型交通量 表 2-1车型 交通组成量 实际交通量 折算系数 换成小客车交通量解放 CA10B 65 2500(1+2%)565=17941.5 2691进 NJ130 15 2500(1+2%)515=4141.0 414黄河 JN150 102500(1+2%)510=2762.0 552东风 EQ140 102500(1+2%)510=2761.5 414汽车代表车型 车辆折算系数 说 明小客车 1.0 19 座的客车和载质量2t 的货车中型车 1.5 19 座的客车和载质量27t 的货车大型车 2.0 载质量714t 的货车拖挂车 3.0 载质量14t 的货车- 5 -=4071 辆/日2.1.2道路等级确定地区的地形为重丘山岭区，公路使用性质任务是为沿线工农业服务，是沟通县乡村的支线公路，并小客车标准车型交通量为“公路工程技术标准 JTG B012003”规定的三级公路小客车年平均日交通量 20006000 辆中间。该公路为三级公路。假设成立。2.1.3道路技术标准的确定（重丘区三级公路）依据“公路工程技术标准 JTG B012003”该公路的各项设计值取如下：设计速度 30（/h）单车道宽度 3.25m土路肩宽度 0.5m路基宽度 7.5m停车视距 30m会车视距 60m超车视距 150m“公路工程技术标准 JTG B012003”规定半径坡度调整的范围如下：圆曲线最小半径（m）：一般值：65 极限值：30 不设超高最小半径：当路拱2.00%时为 350；当路拱2%时为 450。最大纵坡：8%越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为 200500m 时，平均纵坡不应大于 5.5%；相对高差大于 500m 时，平均纵坡不应大于 5%，任意连续 3Km 路段的平均纵坡不应大于 5.5%，最小坡长：100m。不同纵坡最大坡长 表 2-2 纵坡坡度（%） 4 5 6 7 8最大坡长（m） 1100 900 700 500 300连续上坡（或下坡）时，应在不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于 3%，其长度应符合纵坡长度的规定。- 6 -竖曲线最小半径 400m（凹凸形一般值） ，250m（凹凸极限值） 。竖曲线最小长度 25m。2.2 选线1选线目的选线是在规划道路的起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求,经济合理的最优方案。选线的方法有实地选线，纸上选线和自动化选线。本次设计选用有地形图的纸上选线方法。2山岭区选线特点山岭地区山高谷深，坡陡流急，地形复杂，但山脉水系清晰，这就给山区选线指明了方向，不是顺山沿水，就是横越山岭。路线布局时应考虑地形地质和水文条件，对区域性地质构造滑坡岩堆崩塌泥石流岩溶等严重不良地质地段，应认真调查清楚其特征范围及对路线的影响。考虑积雪和冰冻地区并结合居民点分布城乡建设工农业发展其交通水利设备相配合。越岭线的展线方式主要有自然展线回头展线螺旋展线三种。对控制点间的高差大，靠自然展现无法取得需要的距离以克服高差，或因地形地质限制，不宜采用自然展现时，路线可利用有利地形设置回头曲线进行展现。其优点是便于利用有利地形，避让不良地形地质和困难工程。在两固定控制点间布线，应力求距离短捷，坡度缓和的路线，故应试坡布线。2.3道路平面设计2.3.1技术指标的选定路线是指道路中心的空间位置,路线在平面上的投影称路线的平面，沿中心竖直剖切再进行展开则是路线的纵断面，中心上任一点的法向切面是道路在该点的横断面。路线中心的平面位置是考虑社会经济自然条件和技术条件等因素以后，经过平纵横综合考虑，反复修正才定下来的；沿中线的桩志进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质水文及其他必要资料以后再设计纵断面和横断面。现代道路平面线是有直线圆曲线和缓和曲线构成的，称为平面线形三要素，道路平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合等问题- 7 -。地形较大起伏的地区，直线线形大多难于与地形相协调，易产生高填高挖路基，破坏自然景观，不易采用过长的直线。采用短线形时均应视地形地物情况而慎重选用。 “公路路线设计规范 JTG D202006”规定，当计算行车速度60Km/h 的公路：1同向曲线间的最小直线长（以 m 计）以不小于计算行车速度的 6 倍为宜。在受条件限制时，宜将同向曲线该为大半径曲线或将两曲线作成复曲线卵形曲线或C 形曲线。2反向曲线间的最小直线长（以 m 计）以不小于计算行车速度的 2 倍为宜。当直线两端设置缓和曲线时，也可以直接相连，构成 S 形曲线。计算行车速度40Km/h 的公路，一般情况下可参考以上规定；但位于山岭重区的特殊困难地段，同向曲线间的最小长度应不小于计算行车速度的 2.5 倍。2.3.2平曲线交点计算依据“道路勘测设计”得知曲线要素计算公式切点内移量 q= （22）3240SLR圆曲线偏移量 P= （23）38S半径移偏量角 （24）0 40.679.6791切距 T= （25）tan2RPq曲线长 L= （26）03.148SL圆曲线长 L=L-2LS ( 27）外距 E= m （28）sec2aRP超距 D=2T-L （29）（1） 基本线形曲线计算 例如 JD2 的计算如下：已知资料：半径 R=200m 前后缓和曲线长 =40m 右偏角 a=244209“ SL交点桩号 KO+310.457，套用以上公式得：Q= m3240SLR93.12043- 8 -P= = m2438SSLR3.0238402T= m860.39.1“tan).(tan) qP（L= m2609180180SLL=L-2LS=126.228-240=46.228mE= m08.5“4sec)3.2(sec)( RD=2T-L=263.860-126.228=1.492m （ ）1/2 1（ ）图 21 基本型曲线主点桩号的推算：JD KO+310.457- T 63.860ZH 246.597+ L 126.228HZ 372.825- L/2 63.114QZ 309.711+ D/2 1.492JD K0+310.457JD1、JD3 和 JD4 的计方法算同上。- 9 -交点要素计算表 表 2-3JD JD1 JD3 JD4曲线要素圆曲线半径 R (m) 80 200 30前缓和曲线 (m) 40 40 30后缓和曲线 (m) 40 40 30前切线长 (m) 64.258 60.355 71.228后切线长 (m) 64.258 60.355 71.228中间圆曲线长 (m) 40.215 39.526 33.879平曲线总长 (m) 120.215 119.526 93.879主点桩号JD (m) KO+79.50 KO+539.825 KO+835.496直缓点 ZH (m) K0+15.242 K0+479.470 K0+764.268缓圆点 HY (m) K0+55.242 K0+519.470 K0+794.268曲中点 QZ (m) K0+75.3495 K0+539.233 K0+811.2075圆缓点 YH (m) K0+95.457 K0+558.996 K0+828.147缓直点 HZ (m) K0+135.457 K0+598.996 K0+858.147（2） 回头曲线计算已知资料： 圆曲线半径 R=20m 回旋参数 A=25 辅助曲线回旋参数 A1=50辅助曲线半径 r=100m 交点偏角 a=93853”依据“道路勘测设计”规范公式计算。主曲线缓和曲线长： （2102531.0ALmR） 22222.5(1).()9.3444031.7.8656XmLYR（2224.7850A11）- 10 -主曲线向中心内侧偏移量： 1cos7.820cos4.785201.92019RYRmm辅助曲线的缓和曲线长度 “43097)