土木工程毕业设计（论文）-某二级公路设计与计算【全套图纸】 .doc

重庆大学网络教育学院毕业论文重庆大学网络教育学院毕 业 设 计题目 某二级公路设计与计算 批 次 101 层 次 专科起点本科 专 业 土木工程（道路桥梁方向） _学 号 w10104393 校外学习中心 学生姓名_ _指导老师_ _起止日期 2012.32012.4 目 录摘要11.绪论11.1原始资料 11.1.1地形、地貌21.1.2地质、气候、水文21.1.3公路设计基本参数22. 公路平面设计32.1 平面方案比选32.1.1 公路平面设计的技术标准32.1.2 方案确定32.1.3 方案比选42.2平面线形要素计算42.3平曲线几何要素计算62.4主点里程的计算72.5公路中桩坐标的计算72.5.1计算直线中桩坐标.72.5.2计算曲线中桩坐标82.5.3坐标计算过程93. 公路纵断面设计153.1纵断面的竖曲线要素及主要点设计高程计算153.1.1纵断面设计的所需基本资料153.1.2竖曲线要素的确定153.1.3各变坡点处竖曲线要素及设计高程计算164. 公路横断面设计174.1公路横断面的组成174.1.1横断面尺寸的确定174.1.2公路行车道宽度的确定184.1.3路肩宽度的确定184.1.4加宽值的确定184.2路拱和超高的确定184.2.1路拱184.2.2超高194.3横断面上超高值的计算194.4路基标准横断面和特征横断面的绘制194.5路基土石方数量计算20致谢21参考文献21某二级公路设计与计算 重庆大学网络教育学院摘 要交通运输是国家经济的基础产业之一，它把国民经济各领域和各个地区联系起来，控制着国家的经济命脉，在社会物质财富的生产和分配过程中，在广大人民生活中起着极为重要的作用。本文内容是关于某二级公路设计与计算。本设计为汽车二级公路，路基宽为17m，采用双向两车道、无中央分隔带设计。设计共分为四个部分：第一部分为绪论，包括原始资料、重要参数与设计内容等；第二部分为平曲线设计部分，包括圆曲线、缓和曲线、逐桩坐标、里程等设计与计算；第三部分为纵断面设计部分，包括竖曲线设计与计算；第四部分为横断面设计部分，包括路基断面选择、超高、土石方计算等内容。关键词：二级公路 平面 纵断面 横断面全套图纸，加1538937061. 绪论交通对国民经济的发展具有基础性、先导性的作用，近年来，我国公路建设方面成就十分显著，国家在基础建设资金的大规模连续投入之后，公路基础设施显著改善，公路路网也更加合理。大量高等级公路的建设和使用，为汽车快速、高效、安全、舒适地运行提供了良好的条件，标志着我国的公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。本某二级公路地处东北山岭重丘地区，无不良地质状况，沿线的土质多为粘性土。但是地形条件十分复杂，分布有大量山峦、丘陵以及农田水利设施。山岭地区的展线问题是主要的考虑因素。设计的主要内容包括：原始资料、公路平面设计、公路纵断面设计、公路横断面设计等部分。本着科学、谨慎、认真、务实的原则。本人在设计过程中参阅了公路勘测设计、公路设计规范、路基路面工程、公路设计手册、工程概预算等专业文献。力求做到在技术上先进适用；费用上经济合理；施工上安全可靠，并把理论知识与现场实践相结合，从而达到使设计更加完善的目的。1.1原始资料本设计是根据所给比例尺为1：10000的等高线地形图，以及所在的地区的气候、土壤、地质、水文等资料进行的某二级公路的施工设计。本设计地形图主要为山岭重丘区，整个设计应遵循山岭重丘区二级公路的技术标准。1.1.1地形、地貌本设计路段所在地区处属于东部温润季冻区，山岭重丘区沿河线。 1.1.2 地质、气候、水文气候寒冷，主要的病害有冻胀、翻浆、水毁和积雪等。冬季气温很低，路面结冰会严重影响行车安全，春融期有可能发生冻胀、翻浆等病害，降雨量为648.2mm,夏季水量暴涨会冲毁路堤，这些都会对公路交通构成严重威胁；冬季气温最低为38，夏季最高气温为36.5，夏冬温差较大。主风向为西南风。多丘陵和山地，山岗处树木较多，农田处有灌木区，农田多旱地。沿线多粘质土，山坡上1米以下是碎石土。沿线山体稳定，无不良地质状况，陆家屯与李家店之间地段有两条河流横穿（一为季节性河流，另一为非季节性河流），公路沿线应做好排水工作，以免水毁路基。1.1.3 公路设计基本参数通过对该公路所处的地形、地貌、公路等级、交通量及设计车速的分析调查，对远景交通量进行计算，计算值为6051辆/日，满足公路路线设计规范2.1.1规定：“双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量500015000辆。”的要求，确定采用山岭重丘区二级公路进行设计。现依据公路工程技术标准和指导老师下达的设计任务书，将本次设计所采用的指标列出如下：设计车速 40km/h远景交通量6051辆/日圆曲线一般最小半径 100m圆曲线极限最小半径 60m公路最大纵坡6%（规范值7%，任务书下达6%）公路最小纵坡0.3%缓和曲线最小长度35m平曲线最小长度200m同向曲线最小长度 6v=240m反向曲线最小长度 2v=80m平曲线最大超高 6%行车道数 2行车道宽度 26m硬路肩宽度 22.5m纵坡最短坡长120m纵坡最大坡长 1100m（坡度3%）最大直线长度 20v=800m平曲线采用的超高方式 绕中线旋转凸形竖曲线半径 极限最小值 400m一般最小值 700m凹形竖曲线半径 极限最小值 450m一般最小值 700m竖曲线最小长度 90m 设计荷载 公路级2.公路平面设计平面设计是公路设计的基本组成部分，是根据汽车行使的性能，结合当地的地形条件，按照公路设计规范在平面上布置出一条通顺，舒畅的线形来设计的。 2.1 平面方案比选2.1.1 公路平面设计的技术标准根据公路等级为二级公路，设计车速为40km/h，由公路工程技术标准中查得下列指标：圆曲线最小半径：一般值为100m，极限值为60m；缓和曲线最小长度为35m；平曲线最小长度为200m；同向曲线间的直线最小长度不小于6v=640=240m；反向曲线间的直线最小长度不小于2v=240=80m。2.1.2 方案确定收到毕业设计任务书后，根据任务书要求，对地形图进行处理，处理内容包括：移动地形图使之与坐标方格网所示坐标相吻合（本地形图不需要进行旋转）。检查原始地形图，更改地形图上明显错误的等高线和地形点标高。数字化地形图，由图面等高线、地面高图层生成dtm，并进行处理，使地模尽可能与原地形吻合。然后进行选线、路线平纵横设计、两方案比选工作，最后确定采用方案，细化设计内容。本设计采用高程设计线在路基中线，超高旋转轴为路基中线，横断面加宽过渡方式采用四次抛物线加宽。由于需要满足平曲线超高渐变率的要求，在部分平曲线中采用了较小的圆曲线半径和较大的缓和曲线长，经过比选，两方案的平、纵均满足各项指标要求，方案二较为经济合理，故最终以方案二进行设计。2.1.3 方案比选做出两方案的平纵设计时比选，比选情况如下表：表1 两方案平纵设计比选项目方案1方案2路线长度3869.9023839.599交点数109平曲线占路线总长44.52438.683平曲线最小半径156.308134.280最大纵坡4.933%5.248%竖曲线最小半径1000700安全评价安全安全方案优点纵坡较小路线较短方案缺点路线较长纵坡稍大方案比较参考推荐经过方案比选，推荐采用方案二进行设计。2.2平面线形要素计算（以第一个曲线为例，其余类推）本次设计取圆曲线的半径为250m，缓和曲线长度取80m，缓和曲线应满足的条件：缓和曲线的取值必须大于（1）、（2）值的最大值，且大于技术标准中规定的最小长度值，同时取值还应在条件（3）的取值范围内，本次设计取缓和曲线的长度80m满足条件的要求，故本次缓和曲线的长度取80m。由图面有：起点qd（4979.864，2346.051）、jd1（4484.085，2331.258）、jd2（4141.307，2577.589）坐标增量： (2-1)象限角： (2-2)交点间距： (2-3)计算方位角a： (2-4) (2-5) (2-6) (2-7)转角起点qd与jd1之间：坐标增量： 交点间距： 象限角： 因为0，0，故方位角jd1与jd2之间： 坐标增量： 交点间距： 象限角： 因为0，0，故方位角转角： 2.3 平曲线几何要素计算图 2-1平曲线如图2-1几何元素的计算公式如下： (2-8) (2-9) (2-10) (2-11) (2-12) (2-13) (2-14)jd1处的几何元素：2.4 主点里程的计算主要点里程：jd1处： 其余各点计算见直线曲线及转角表。2.5 公路中桩坐标的计算2.5.1 计算直线中桩坐标如图2-2，设交点坐标为jd（xj，yj），交点相邻直线的方位角分别为a1和a2。图2-2 中桩坐标计算图 则zh（或zy）点坐标： (2-15) (2-16)点坐标： (2-17) (2-18)设直线上加桩里程为表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标 (2-19) (2-20)后直线上任意点坐标 (2-21) (2-22)2.5.2 计算曲线中桩坐标曲线上任意点的切线横距： (2-23)式中：缓和曲线上任意点至点的曲线长 缓和曲线长度1) 第一缓和曲线任意点坐标： (2-24)2) 圆曲线内任意点坐标a 由时， (2-25)式中：圆曲线内任意点至点的曲线长； hy点坐标；b 由时： (2-26)式中：圆曲线内任意点至点的曲线长；3) 第二缓和曲线内任意点坐标； (2-27)式中：第二缓和曲线内任意点至点的坐标；4) 方向角计算a 缓和曲线上坐标方向角： (2-28) 转角符号，第一缓和曲线右偏为“+”，左偏为“”； 第二缓和曲线右偏为“”，左偏为“+” ；式中：缓和曲线上任意点至点的曲线长；缓和曲线长度；b 圆曲线上坐标方向角： (2-29) 为转角符号，右偏为“+”，左偏为“”；2.5.3 坐标计算过程以桩号k0+300.00、k0+400.00和k0+500.00为例，计算如下：已知：交点jd1处坐标为（4484.085，2331.258），t= 124.974m,a1=181.709,=80m1) zh点坐标：2) k0+300.00点处于前直线段上，坐标为： 3) k0+400.00点处于zh与hy之间，坐标为： 4) k0+500.00点处于hy与yh之间：计算出路线的逐桩坐标如下页表：表2：逐桩坐标表桩号坐标桩号坐标neneqdk0+0004979.8642346.051+5404444.7782363.702+0204959.8732345.455+5604427.4162373.622+0404939.8822344.858+5804410.6152384.469+0604919.8912344.262+6004394.1942395.886+0804899.9002343.665hzk0+614.2624382.5982404.190+1004879.9082343.069+6204377.9392407.538+1204859.9172342.472+6404361.6982419.209+1404839.9262341.876+6604345.4572430.881+1604819.9352341.279+6804329.2152442.552+1804799.9442340.683+7004312.9742454.224+2004779.9532340.086+7204296.7332465.895+2204759.9622339.490+7404280.4922477.567+2404739.9712338.893+7604264.2502489.238+2604719.9802338.297+7804248.0092500.910+2804699.9892337.700+8004231.7682512.581+3004679.9972337.104+8204215.5272524.253+3204660.0062336.507zhk0+822.2514213.6992525.566+3404640.0152335.911+8404199.2472535.870+3604620.0242335.314+8604182.6792547.070zhk0+371.0254609.0042334.985+8804165.5332557.359+3804600.0332334.724hyk0+892.2514154.6512562.983+4004580.0372334.324+9004147.6042566.204+4204560.0392334.504qzk0+909.9064138.4222569.920+4404540.0762335.662+9204128.8892573.235hyk0+451.0254529.1172336.863yhk0+927.5624121.6452575.400+4604520.2412338.187+9404109.5712578.385+4804500.6692342.278+9604089.8932581.936qzk0+492.6444488.4892345.667+9804070.0502584.427+5004481.4872347.920hzk0+997.5624052.5772586.184+5204462.8172355.078k1+0004050.1502586.420yhk0+534.2624449.8822361.082+0204030.2432588.348逐桩坐标表（续1）桩号坐标桩号坐标nenek1+0404010.3362590.276+5603537.4952494.028+0603990.4292592.205+5803522.4022480.916+0803970.5222594.133+6003505.9872469.513+1003950.6162596.061hyk1+607.3953499.5602465.858+1203930.7092597.990+6203488.1762460.455+1403910.8022599.918qzk1+629.1403479.6312457.217+1603890.8952601.846+6403469.2202454.136+1803870.9882603.775yhk1+650.8863458.5692451.901+2003851.0812605.703+6603449.5382450.690+2203831.1752607.631+6803429.5652449.916+2403811.2682609.560+7003409.6162451.251+2603791.3612611.488+7203389.8222454.093zhk1+278.5373772.9112613.275+7403370.1782457.844+2803771.4542613.416hzk1+750.8863359.5192460.056+3003751.5362615.216+7603350.5982461.921+3203731.5692616.344+7803331.0212466.014+3403711.5762616.172+8003311.4452470.108+3603691.6962614.077+8203291.8682474.201hyk1+363.5373688.2142613.461+8403272.2912478.294+3803672.2372609.523+8603252.7152482.387qzk1+392.9663660.0162605.204+8803233.1382486.480+4003653.5552602.423+9003213.5612490.574+4203635.9832592.903zhk1+902.5373211.0792491.093yhk1+422.3943633.9692591.608+9203193.9772494.631+4403619.7892581.187+9403174.3372498.402+4603604.9172567.825+9603154.5882501.558+4803591.0762553.392+9803134.7132503.766+5003577.8672538.376hyk1+982.5373132.1842503.961hzk1+507.3943573.0522532.763qzk1+997.1533117.5862504.668+5203564.8332523.206k2+0003114.7402504.723+5403551.5172508.284yhk2+011.7703102.9712504.664逐桩坐标表（续2）桩号坐标桩号坐标nene+0203094.7472504.352yzk2+561.2982558.5532434.191+0403074.8102502.797+5802539.8512434.198+0603054.9572500.384+6002519.8512434.205+0803035.1742497.446+6202499.8512434.212hzk2+091.7703023.5492495.606+6402479.8512434.219+1003015.4212494.311+6602459.8512434.226+1202995.6702491.164+6802439.8512434.234+1402975.9202488.017+7002419.8512434.241+1602956.1692484.871+7202399.8512434.248+1802936.4182481.724+7402379.8512434.255+2002916.6672478.577+7602359.8512434.262+2202896.9162475.430+7802339.8512434.270+2402877.1652472.283+8002319.8512434.277+2602857.4142469.137+8202299.8512434.284+2802837.6632465.990+8402279.8512434.291+3002817.9122462.843+8602259.8512434.298+3202798.1622459.696+8802239.8512434.306+3402778.4112456.550+9002219.8512434.313+3602758.6602453.403+9202199.8512434.320+3802738.9092450.256+9402179.8512434.327+4002719.1582447.109+9602159.8512434.334zyk2+402.9432716.2512446.646+9802139.8512434.342+4202699.3852444.106k3+0002119.8512434.349+4402679.5572441.495+0202099.8512434.356+4602659.6802439.281+0402079.8512434.363+4802639.7632437.465+0602059.8512434.370qzk2+482.1212637.6492437.295+0802039.8512434.378+5002619.8132436.047+1002019.8512434.385+5202599.8402435.029+1201999.8512434.392+5402579.8502434.410+1401979.8512434.399+5602559.8512434.191+1601959.8512434.406逐桩坐标表（续3）桩号坐标桩号坐标nene+1801939.8512434.414+7401384.7412484.057+2001919.8512434.421+7601365.3492488.951+2201899.8512434.428+7801345.9572493.844+2401879.8512434.435+8001326.5652498.737+2601859.8512434.442+8201307.1722503.630+2801839.8512434.450zdk3+839.5991288.1692508.425+3001819.8512434.457+3201799.8512434.464+3401779.8512434.471+3601759.8512434.478+3801739.8512434.486+4001719.8512434.493zyk3+414.8431705.0082434.498+4201699.8512434.513+4401679.8542434.824+4601659.8672435.534+4801639.8982436.644+5001619.9552438.152+5201600.0472440.060qzk3+538.2461581.9212442.147+5401580.1812442.365+5601560.3642445.067+5801540.6062448.165+6001520.9132451.657+6201501.2952455.542+6401481.7582459.819+6601462.3102464.486yzk3+661.6481460.7122464.888+6801442.9182469.378+7001423.5262474.271+7201404.1332479.1643.公路纵断面设计纵断面是一条沿着道中线竖直剖切，然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求路线纵有起伏的空间线。纵断面上有两条主要的线，一条是地面线，它是根据中线上个桩点的高程而绘制的一条不规则的折线，反应了沿着中线地面的起伏变化情况；一条是设计线。纵断面设计的主要任务是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理和乘客感觉舒适的目的，同时还要考虑到公路等级的因素，要与其相适应。3.1 纵断面的竖曲线要素及主要点设计高程计算3.1.1 纵断面设计的所需基本资料本次设计任务书结合公路工程技术标准规定：最大纵坡6%，最小纵坡0.3%；最小坡长110m，最大允许的合成坡度为7%；凸形竖曲线一般最小半径为700m，凸形竖曲线最小长度为90m；凹形竖曲线一般最小半径为700m，凹形竖曲线最小长度为90m。3.1.2 竖曲线要素的确定纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，成为竖曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，二者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线比圆曲线更为方便，故在该设计中采用抛物线如图3-1：图3-1 竖曲线要素示意图在图示坐标下，以二次抛物线作为竖曲线的一般方程式为： (3-1)其竖曲线的诸要素计算公式如下：竖曲线长度l或竖曲线半径r： 或 (3-2)竖曲线切线长t： (3-3)竖曲线上任意一点竖距h： (3-4)竖曲线外距e： 或 (3-5)式中：坡差，%竖曲线长度，m竖曲线半径，m3.1.3 变坡点处竖曲线要素及设计高程计算以第一个竖曲线为例：变坡点桩号k0+320m处，取半径r=4000m，高程为805.309m，（其中起点高程813.307m，终点高程798.934m）。则计算竖曲线要素 为凸形曲线长切线长 外距计算设计高程：竖曲线起点桩号竖曲线起点高程竖曲线终点桩号竖曲线终点高程竖曲线内不再加桩。表3：坚曲线计算表桩号坡段高程(m)标高修正y=x*x/2r(m)竖曲线高程(m)k0+299.16805.8300805.830k0+320805.3090.054805.255k0+340.84804.5710804.571其余竖曲线的计算类推，不再一一列出，详见纵坡及竖曲线表和路基设计表。4. 公路横断面设计道路的横断面,是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑，弃土堆，环境保护等设施。4.1 公路路横断面的组成4.1.1 横断面尺寸的确定为满足汽车行人以及其它车辆在公路上正常运行要求，路基须有一定宽度。整体式断面包括行车道、中间带、路肩以及紧急停车带、爬坡车道等组成部分。本设计为某二级公路，路基宽为17m，路幅采用整体式双向四车道,无中央分隔带，具体横断面组成和各部分尺寸见图4-1。图 4-1横断面4.1.2 公路行车道宽度的确定本设计路段为地形为山岭重丘区地形，远景交通量为6051辆日，根据标准规定并结合实际情况，取道路等级为二级公路，路幅定为整体式双向四车道，无中央分隔带。4.1.3 路肩宽度的确定路肩应具有足够的宽度保证其功能的充分发挥，但是过宽的路肩将使驾驶员把路肩当成外加的行车道使用。本设计中参照标准及设计任务书的有关规定选择路肩宽度。硬路肩2.5米，路肩坡度为2。4.1.4 加宽值的确定当汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中以后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。标准规定：对于半径大于250m的圆曲线，由于加宽值甚小，可以不加宽。本设计中采用规范中的第三类进行加宽。4.2 路拱和超高的确定4.2.1 路拱为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形，称为路拱。路拱对排水有利但对行车不利，路拱坡度所产生的水平分力增加了行车的不平稳，同时给乘客以不舒适的感觉。标准规定：路面类型为沥青混凝土路面时路拱横坡度取1.0%2.0%，本设计采用行车道为1.5%，硬路肩为2.0%的路拱横坡。4.2.2 超高为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高与内侧低的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。超高横坡在圆曲线上是与圆曲线半径相适宜功能的全超高。在缓和曲线上上逐渐变化的超高，是从双向坡度过度到单向横坡度的路段。1) 最大超高和最小超高超高过大会使慢性的车辆产生向曲线内侧滑移的可能性，最小超高应满足道路排水性的要求，根据上述因素查