公路工程设计毕业设计.doc

装 订 线第一章 概述1.1毕业设计的目的和意义本次毕业设计是在学习完道路勘测设计、路基路面工程、桥梁工程及其它有关专业课程的基础上，并在教师的悉心指导下，完成一段公路的两阶段初步设计。毕业设计是教学计划中最后一个重要的教学环节，是培养学生综合应用所学的道路交通基础理论、基本知识和基本技能，进行道路交通工程设计或科学研究的综合训练，是前面各个教学环节的继续、深化和拓宽，是学生综合素质和工程实践能力培养的重要阶段。通过此次设计可以培养我们的综合设计能力,进而把学过的知识加以系统的应用和巩固，使理论与生产实践相结合。掌握路线设计、路基设计、路面设计、小桥涵设计的理论和具体方法，熟练运用纬地道路设计软件，提高auto cad、office等软件的运用，能够独立完成全部设计的图表。并能熟练的查阅使用各种道路规范等资料，具有初步撰写科技论文的能力，养成遇到问题解决问题，深入思考的良好习惯，并培养学生的团队合作精神，为今后进入岗位，更好更快的适应工作做好必要的准备！通过这次毕业设计使学生受到道路交通工程师所必须的综合训练，有利于更好地向工作岗位过渡，为自己走向工作岗位后适应生产实践的需要打下坚实的基础。1.2设计概要本次毕业设计是甘肃省西和至成县k44k48段公路工程设计，此设计路线全长3.635km。本公路是陇南市“六纵六横”中第四纵的一段，是陇南市重要的一条纵向干线公路，它北接s316线，南连s205线，在路网中有着极其重要的作用。公路全线采用三级公路标准设计，设计速度30kmh,路基宽7.5米，路面宽度6.5米，两侧为0.5米土路肩；桥涵设计荷载为公路-级，设计宽度与路基同宽，路基及涵洞设计洪水频率为125。全线路面结构为5厘米厚沥青贯入式面层+15厘米厚石灰土稳定碎石基层+20厘米厚级配砂砾垫层。设计采用的是hint cad v5.9软件和东南大学公路路面设计程序系统(hpds 2006)，利用该软件可以对该路段进行平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基设计、路基排水设计、支挡防护设计和路面结构设计等。1.3设计任务1.3.1设计题目甘肃西和至成县k44k48段公路设计1.3.2设计原始资料1.地形图甘肃西和至成县k44k48段公路电子版地形图，比例尺1：2000。2.沿线自然地理概况(1)地形、地貌特征本公路沿线在西和县境内地形类型有漾水河漫滩地形和构造剥蚀黄土梁峁沟壑区及侵蚀构造中高山地，其中漾水河漫滩地高出漾水河110米，坡度为615，表面覆盖28米深的砂质粘土，土质粗松，蓄水保墒性强，出露岩层有第三系和泥盆系的砂砾青灰泥岩。构造剥蚀黄土梁峁沟壑区主要指漾水河及各支流两岸山地，相对高差为200300米，极个别地区高差达500米。地表以黄土覆盖，沟壑纵横，河流平川切割，坡度较小，梁坡平缓，坡度在625之间，冲沟发育明显，呈“v”字形，山头相连而相间，呈锯齿状，并有大小不等的断陷谷地镶嵌其间。侵蚀构造中高山地在石峡一带分布，相对高差200500米，山势高亢，岭背狭窄，陡坡削壁，沟谷纵横，源短流急，冲沟多呈“v”字形，出露岩层含炭质灰岩、晶体钙质千枚岩、钙质砂岩、石英砂岩、红色泥岩、粘土等。本公路所在地成县地形地貌由以下单元组成：侵蚀构造中高山区：以横岭山为主，起伏蜿蜒东西向分布，山势高亢，陡坡削壁，岩石裸露，构成项目段分水岭区。构造剥蚀黄土梁峁沟壑区：黄土状土大面积分布于河谷两侧，形成梁峁地貌、沟壑纵横。构造侵蚀河谷漫滩及阶地区。分布于各河流两侧，一般可见23级阶地。本工程所在地西和县在区域性地质构造上，位于西秦岭海西褶皱带北端，地层出露齐全，除第三系、第四系和三迭系外，主要有中泥盆统地层出露，其中白垩纪地层分布最广，地层岩石有砂岩、千枚岩和灰岩。第三系出露岩性有浅灰绿色、白色粘土质、泥页岩、红色泥岩。红色泥岩底部夹砂砾岩，顶部夹灰白色钙质层及钙质结构。项目区所处的南部地区出露上层为绿泥石绢云母千枚岩、绿泥方解石绢云母千枚岩、变长石英砂岩，下部为变粉砂岩，鱼鳞状变化石英砂岩夹砂质灰岩。成县按甘肃大地构造单元划分属西秦岭北部海西冒地槽褶皱带由上古生界组成。东段主要为中泥盆西汉水群海相碎屑岩及类复理石建造。次为灰岩，局部有火山岩。该地槽是在加里东运动中局部下陷的基础上发展起来的。海西运动中期，东段开始逐渐上升成陆。二叠纪末地槽全面迴返，除岩层褶皱外，还伴有断裂活动和酸性及少量中性、超基性岩的侵入。 (2)气候及水文特征本公路所处的西和县、成县地处内陆腹地，全年盛行偏南风，呈大陆性季风气候，雨量较为充沛，年平均气温8.4，年平均降水量为555.7mm，年最大降雨量为784.4mm，最小为302.6mm，降雨主要集中于夏季（68月），平均降雨量为243.4mm，秋季次之，历年平均蒸发量为1234.6mm，属湿润和半湿润区。西和境内最大冻土深度为42厘米，成县境内最大冻土深度为56厘米。本公路所在区域内河流均为西汉水支流，总属嘉陵江水系，与项目有关的河流主要有漾水河、横岭河，石硖河及其大小支流、支沟。漾水河发源于西和县境，由南向北，平均比降为1.0，多年平均流量为2.05立方米/秒。石硖河发源于西和县境，向南与页水河交汇，平均比降2.0，多年平均流量为1.743立方米/秒。横岭河为漾水河支流，发源于横岭山，由南向北流入漾水河。区域内地下水相对较为丰富，主要是大气降雨和地表水入渗补给。（3）地震及主要自然灾害本公路所处的西和县历史上曾多次发生地震，文献记载的最大震级八级，在全国地震区划中，地震烈度为度，地震动峰值加速度系数为0.30g，成县地震烈度为度，地震动峰值加速度系数为0.20g，大暴雨是西和县和成县主要的自然灾害形式，最大的大暴雨及降雨量高达110mm。（4）交通量资料（见表1-1） 2009年交通量调查表 表1-1 车 型数量（辆/日）小客车2100中型车870大型车420拖挂车110预测年平均增长率：5，初定设计年限：15年1.3.3公路建设等级与设计标准根据公路工程技术标准（jtg b012003）表2.0.2“各汽车代表车型与车辆折算系数”确定现有交通量的折算数，以小客车为标准进行交通量预测：计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式（1-1）计算 (1-1)式中 nd远景设计年平均日交通量，辆/日；n0起始年平均日交通量，辆/日；年平均增长率，取5%； n远景设计年限，取15年；起始年平均日交通量 n0=n小客1.0n中型1.5n大型2.0 n拖挂3.0 =21001.08701.54202.01103.0 =4575pcu/d则nd=4575(1.0+0.05)14=9058pcu/d根据本公路预测年末交通量为9058辆，查公路工程技术标准（jtg b012003）中公路分级标准，确定此公路等级为三级公路，并确定此公路设计速度为30 km/h,路基宽采用7.5 m，路面宽采用6.5m，两侧采用土路肩，其宽度为0.5m。查公路工程技术标准（jtg b012003）及公路路线设计规范（jtg d202006）得三级公路主要设计标准见表1-2： 三级公路主要设计标准 表1-2项目设计标准设 计 年 限（年）15年设计速度（km/h）30路基宽度（m）7.5行车道宽度（m）6.5停车视距（m）30一般最小半径（m）65缓和曲线最小长度（m）30最大纵坡（%）8路基设计洪水频率1/25涵洞设计洪水频率1/25新建桥涵设计荷载公路级1.3.4设计成果要求1.图表部分（1）路线平面图（2）路线纵断面图（3）直线、曲线及转角表（4）路基标准横断面图（5）路基横断面设计图（6）超高方式图（7）路基防护工程设计图（8）路基设计表（9）路基土石方数量表（10）路面结构设计图（11）排水设计图（12）辅助构造物设计图（涵洞，小桥，挡墙,立交设计）（13）其它辅助表格2.设计说明书1.3.5主要设计规范1.公路工程技术标准（jtg b012003）；2.公路工程水文勘察设计规范（jtg c302002）；3.公路路线设计规范（jtg d202006）；4.公路路基设计规范（jtg d302004）；5.公路沥青路面设计规范（jtg d502006）；6.公路水泥混凝土路面设计规范（jtg d40-2011）；7.公路排水设计规范（jtj01897）；8.公路桥涵设计通用规范（jtg d602004）。1.4计算机辅助设计本次设计采用的设计软件是纬地道路hintcad v5.9，其功能强大，用hint cad v5.9 版进行公路路线设计的一般步骤如下：1点击“项目”“新建项目”，指定项目名称、路径，新建公路路线设计项目。2点击“设计”“主线平面设计”，进行路线平面线形设计与调整；直接生成路线平面图，在“主线平面设计”对话框中点击“保存”得到*.jd数据和*.pm数据。3点击“表格”“输出直曲转角表”功能生成路线直线及曲线转角一览表。4点击“项目”“设计向导”，根据提示自动建立：路幅宽度变化数据文件（*.wid）、超高过渡数据文件（*.sup）、设计参数控制文件（*.ctr）、桩号序列文件（*.sta)等数据文件。5点击“表格”“输出逐桩坐标表”功能生成路线逐桩坐标表。6使用“项目管理”或利用“hintcad 专用数据管理编辑器”结合实际项目特点修改以下数据文件：路幅宽度变化数据文件（*.wid）、超高过渡数据文件（*.sup）、设计参数控制数据文件（*.ctr）等，这些数据文件控制项目的超高、加宽等过渡变化和纵面控制条件等情况。7点击“数据”“纵断数据输入”输入纵断面地面线数据（*.dmx）；“数据”“横断数据输入”功能输入横断面地面线数据（*.hdm）；并在项目管理器中添加该数据文件。8点击“设计”“纵断面设计”进行纵断面拉坡和竖曲线设计调整，保存数据至（*.zdm）文件中。9点击“设计”“纵断面绘图”生成路线纵断面图，同时根据设计参数控制文件（*.ctr），标注各类构造物，点击“表格”“输出竖曲线表”计算输出纵坡、竖曲线表。10点击“设计”“路基设计计算”，生成路基设计中间数据文件（*.lj）；并可由路基设计中间数据文件，点击“表格”“输出路基设计表”计算输出路基设计表。11点击“设计”“支挡构造物处理”输入有关挡墙等支挡物数据，并将其保存到当前项目中。12点击“设计”“横断设计绘图”，绘制路基横断面设计图，同时直接输出土石方数据文件（*.tf）、根据需要输出路基横断面三维数据文件（*.3dr）和左右侧边沟沟底标高数据（c:hint58lstzgdbg.tmp）、（c:hint58lstygdbg.tmp）。13点击“数据”“控制参数输入”修改设计参数控制数据文件中关于土石比例分配的控制数据，点击“表格”“输出土方计算表”计算输出土石方数量计算表和每公里土石方表。14点击“绘图”“绘制总体布置图”绘制路线总体设计图。15点击“绘图”“绘制公路用地图”可绘制公路占地图。第二章 路线平面设计2.1公路选线2.1.1选线原则1.在路线设计和选线中，应该尽量避开农田，做到少占或不占高产田。2.路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小，造价低，运营费用省，效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小指标或低限指标，也不应片面追求高指标。3.选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对工程的影响。一般情况下路线应设法绕避特殊地基地区。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。4.选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。2.1.2路线方案选择路线方案见图2-1所示。该公路为甘肃西和至成县公路，本次设计段为k44+000-k48+000，根据路线所指起终点，路线有两个方案供选择：沿河东岸布线、沿河西岸布线。1.沿河东岸布线：路线起点桩号k44+000.000，线形质量一般，坡度均匀、平缓，可以少占农田，且有丰富的砂石和水源，但临河一侧受洪水威胁，防护工程较多，终点桩号k47+634.546，路线较长。2.沿河西岸布线：直穿河道，需设桥梁一座，线形标准高，终点桩号k47+426.542，路线较方案1短200多米，但建桥不经济，且该方案工程量比较大。路线方案图 图2-1如有路线局部方案，应分别进行定线设计，经论证比较定出推荐方案，路线方案比较选择主要考虑下列因素：（1）路线长度；（2）平、纵面线形指标的高低及配合情况；（3）占地面积；（4）工程数量（路基土石工程数量，桥梁涵洞工程数量）；（5）造价等。在本设计中，由于路线等级较低，长度较短，工程量小，且所选线路满足设计使用要求，故未做过多比选。综上所述，沿河东岸布线优点较多，路线经济顺畅，推荐沿河东岸布线方案。2.2定线2.2.1 平面线形设计一般原则1.平曲线形应直捷、连续、均衡，并与地形地物相适应，与周围环境相协调。2.不论转角大小均应敷设曲线，并尽量选用较大的圆曲线半径。转角过小时，应设法调整平曲线形，当不得已而设置小于7的转角时，则必须设置足够长的曲线。3.两同向曲线间应设有足够长度的直线，不得以短直线相连，否则应调整线型使之成为一个单曲线或复合曲线或运用回旋线组合呈卵形、凸型、复合形等曲线。4.两反向曲线间夹有直线段时，以设置不小于最小直线长度的直线为宜，否则应调整线形或运用回旋线而组合成s形曲线。5.三级公路两相邻反向曲线无超高、加宽时可径向衔接；无超高有加宽时，中间应设置有长度不小于10m的加宽缓和段。6.道路平面线形应与地形、地质、水文等结合,并符合各级道路的技术指标。7.道路平面设计应处理好直线与平曲线的衔接，合理的设置缓和曲线、超高、加宽等。8.平曲线形标准需分期实施的，应满足近期使用要求，兼顾远期发展，减少废弃工程。2.2.2平曲线设计的原则1.在条件允许的情况下尽量使用大的曲线半径（r250m圆曲线可以不设加宽，各级公路路面加宽后，路基也相应加宽。路面的加宽在行车道内侧。双车道公路平曲线全加宽值见表4-1。公路平曲线加宽表 表4-1交点序号交点桩号半径（m）全加宽值（m）jd1k44+420.8342000.6jd2k44+622.215701.2jd3k44+898.279901.0jd4k45+075.523651.2jd5k45+386.359600jd6k45+612.2321001.0jd7k46+042.3252000.6jd8k46+819.4802500.4jd9k47+039.8142000.6jd10k47+303.9351200.8（2）加宽的过渡本次设计中采用的加宽方式为比例过渡方式，即在加宽段内按其长度比例逐渐加宽，加宽缓和段内任意一点的加宽值： （4-1） 式中： 任意点距缓和段起点的距离； 加宽缓和段长； 圆曲线上的全加宽值。（3）加宽缓和段的长度对于设有缓和曲线的平曲线，加宽缓和段采用与缓和曲线相同的长度。本次设计中，各交点处的平曲线均设有缓和曲线，所以加宽缓和段与缓和曲线同长。2.曲线段路基超高的设计（1）确定路拱及路肩横坡度为了利于路面横向排水，应在路面横向设置路拱。按公路路线设计规范第6.5条，采用折线形路拱，路拱横坡度为2%。由于土路肩的排水能力低于路面，其横坡度一般应比路面大1%2%，故土路肩横坡度取3%。（2）超高横坡度当平曲线半径小于不设超高的平曲线最小半径时，应在曲线上设置超高。这段从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，就是超高缓和段。合理地设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶在曲线上的稳定性与舒适性。超高取值表 表4-2交点序号交点桩号半径（m）超高值（%）jd1k44+420.8342003jd2k44+622.215706jd3k44+898.279905jd4k45+075.523656jd5k45+386.359600jd6k45+612.2321004jd7k46+042.3252003jd8k46+819.4802502jd9k47+039.8142003jd10k47+303.9351204超高缓和段长度按下式计算： （4-2） 式中：超高缓和段长 （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，即旋转轴线与行车道外侧边缘之间的相对坡度，其值如下表4-3。 超高渐变率表 4-3计算行车速度（kmh）超高旋转轴位置中线边线1201/2501/2001001/2251/175801/2001/150601/1751/125401/1501/100301/1251/75201/1001/50根据上式计算得超高缓和段长度，应凑成5m的整倍数，并不小于10m长度。4.2路基设计4.2.1一般路基设计的原则1.路基设计应根据当地自然条件和工程工程地质条件，选择适当的路基横断面形式和边坡坡度。河谷地段不宜侵占河床，可视具体情况设置其他结构物和防护工程。2.陡坡上的半填半挖路基，可根据地形、地质条件，采用护肩、砌石或挡土墙；当山坡高陡或稳定性差，不宜多挖时，可采用桥梁，悬处路台等构造物。3.路基设计宜避免高路堤与深路堑。当路基中心填挖高度超过20m时、中心挖方深度超过30m时，宜结合路线方案与桥梁、隧道等构造物或分离式路基作方案比选。本次设计的三级公路，其路基应根据使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材料情况等）并结合施工方案进行设计，应既有足够的强度和稳定性，又要经济合理。修筑路基取土和弃土时，应符合环保要求，宜将取土坑、弃土坑加以处理，减少弃土侵占耕地，防止水土流失和淤赛河道。通过特殊地质、水文条件地带的路基，结合当地实践经验，进行特别设计。4.2.2路基横断面的布置在本次设计中，所选的路段为三级公路，由填挖情况的不同，路基横断面的形式，可归纳为路堤、路堑、半填半挖三种类型。具体见标准横断面设计图。4.2.3路基设计要点一般路基是修筑在良好的地质、水文、气候条件下的路基，其直接可以结合当地的地形、地质情况，直接选用典型横断面图或设计规定。对于高填方路堤，深挖方路堑等特殊地段需要进行个别论证和验算。1.路基宽度公路路基宽度为行车道与路肩宽度之和。路面宽度根据通行能力及交通量大小而定，一般每个车道宽度为3.53.75m，本次设计的为三级公路，其路基宽度为双车道7.5m，路肩宽度两边各0.5m，否则应加宽路基。2.路基高度路基高度是指填方路基的填挖高度和挖方路基的开挖深度，即路基设计标高与地面标高之差。由于原地面沿横断面方向往往是倾斜的，因此在路基宽度范围内，两侧的高差会有差别，路基高度有中心高度和边坡高度之分。路基高度是指路基中心线处设计标高与原地面之差。而路基两侧边坡的高度是指填方坡脚或挖方破订于路基边缘的相对高差。路基设计标高，无中央分隔带的公路，一般为路基边缘高度，在设置超高加宽路段，则为设置加宽前的路基边缘高度。路基设计标高是综合考虑路线纵坡要求、路基稳定性要求和工程经济要求等因素确定的。根据路基强度和稳定性的要求，路基高度的设计，应保证路基处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度并结合沿线具体情况和排水及防护措施确定路基的最小填土高度。路堤填土的高矮和路堑挖方的深浅，按公路路基设计规范的规定，通常将大于18m的土路堤和大于20m的石质路堤市委高路堤，将大于20m的路堑视为深路堑。高路堤和深路堑的土石方数量大，占地多，施工困难，边坡稳定性差，应尽量避免。沿河及受水浸淹的路基设计标高。应高出设计洪水频率的计算水位0.5m以上。三级公路一般路基设计洪水频率为1/25。3.路基边坡坡度路基边坡坡度对路基稳定是十分重要，确定路基边坡坡度是路基设计的重要任务。路基边坡坡度可用边坡高度h与边坡宽度b之比值表示，通常用1:n（路堑）1:m（路堤）表示其边坡坡率。（1）填方路基的边坡坡度，应根据填料的物理性质、气候条件、边坡高度以及基底的工程地质和水文地质条件进行合理的选择。填土路堤边坡如果路堤基底良好，边坡坡度可参照表4-4选用。对边坡高度超过表中所列的总高度时，应按高路堤另行设计。 填方路基边坡坡度 表4-4填料种类边 坡 高 度（m）边 坡 坡 度全部高度上部高度下部高度全部坡度上部坡度下部坡度粘质土粉质土砂类土208121：1.51：1.75砾石土粗砂中砂121：1.5漂石土卵石土砾类土碎石土201281：1.51：1.75不宜分化的石块208121：1.31：1.5填方边坡高时，可在边坡中部每隔810m设边坡平台一道，平台宽度13 m，用浆砌片石或水泥混凝土预制块防护。边坡平台设排水沟时，平台应做成2%5%向内侧倾斜的排水坡度；当不设排水沟时，平台应设坡度为2%5%向外侧倾斜的缓坡。受水淹没的路基边坡坡度 ，在设计水位以下视填料情况可采用1：1.751：2.0，在常水位以下部分可采用1：2.01：3.0。如用渗水性好的土填筑或设边坡防护时，可采用较陡的边坡。填石路堤边坡填石路堤边坡坡度，可根据石料的大小、边坡的高度以及方法，参照表4-5选用。边坡高度超过20m时，应按高路堤另行设计。 填石路基边坡坡度 表4-5填料规格边坡高度边坡坡度施工方法小于25cm的石块61：1.251：1.33填筑小于25cm的石块6201：1.5填筑大于25cm的石块20 1：1.1表面用较大石块砌成规则的行列，内部以一般石料分层填筑填石边坡的外层，应选用坚硬而未风化的石料填筑，采用排砌方式可以增强其稳定性。（2）路堑边坡设计路堑边坡时，首先从地貌和地质构造上判断其稳定性。在遇到工程地质或水文地质条件不良的地层时，应尽量使路线避绕它。土质路堑边坡土质（包括粗粒土）挖方边坡，需要先判别其密实程度，然后再结合边坡高度、地下水和地面水的情况等因素，参照表4-6选用合适的边坡坡度值。当挖方边坡高度超过2030m时，应按深路堑另行设计。 土质挖方边坡坡度表 表4-6密实程度边 坡 高 度（m）202030胶结1：0.31：0.51：0.51：0.75密实1：0.51：0.751：0.751：1.0中密1：0.751：1.251：1.01：1.5较松1：1.011.51：1.511.75岩石路堑边坡岩石路堑边坡，一般根据地质构造与岩石特性，对照相似工程的成功经验选定边坡坡率。岩石的岩性、地质构造、风化程度及边坡的高度等，是决定坡率的主要因素，设计时可根据这些因素参照表4-7选用。 石质路堑边坡坡度表 表4-7岩 石 种 类风化破碎程度边 坡 高 度（m） 2020301.各种岩浆岩2.厚层灰岩或硅、钙质砂砾岩3.灰岩、石岩、大理岩轻度1：0.11：0.21：0.11：0.2中度1：0.11：0.31：0.21：0.4严重1：0.21：0.41：0.31：0.5极重1：0.31：0.751：0.51：1.01.中薄层砂、砾岩2.中薄层灰岩3.较硬的板岩、千层岩轻度1：0.11：0.31：0.21：0.4中度1：0.21：0.41：0.31：0.5严重1：0.31：0.51：0.51：0.75极重1：0.51：1.01：0.751：1.251.薄层岩、页岩2.千枚岩、云母、绿岩泥、滑石片岩及岩质页岩轻度1：0.21：0.41：0.31：0.5中度1：0.31：0.51：0.51：0.75严重1：0.51：1.01：0.751：1.25极重1：0.751：1.251：1.01：1.5注：本次设计中考虑了地震对边坡坡度的影响，取了较小的坡度值。4.2.4路基压实标准与压实度路基压实标准是以