徐丰一级公路设计毕业论文.docx

图书分类号：密 级：毕业设计(论文)徐丰一级公路申庄至解楼标段初步设计与施工图设计xu feng first grade highway shen zhuang to the solution of building section preliminary design and construction drawing design 学生姓名陈x学院名称土木工程学院专业名称土木工程指导教师孙韬 2014年5月12日徐州工程学院毕业设计(论文)徐州工程学院学位论文原创性声明 本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。论文作者签名： 日期： 年 月 日徐州工程学院学位论文版权协议书 本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要徐丰一级公路设计是国家重点公路中的一段，本设计路段全长约5公里，设计车速80km/h,路基宽度24.5m，为双向四车道一级公路。主要设计内容为：在已知平面图的情况下，绘制纵断面图，进行路线设计；进行边坡稳定性分析；进行路基、路面排水工程和防护工程设计，对于路面排水，除了进行中央分隔带的排水设计，还对路面进行了路拱设计，对于路基排水，采用了截水沟、排水沟、边沟等排水设施；并对沿线设施及环境保护设施进行了初步设计，完成了各项工程数量计算及统计，简单介绍了该路的施工方案。关键词：选线设计；路基设计；路面设计abstractxu feng to conceive far level a in highway design is a key national highway, this design is about5 km of road design speed of 80 km/h, roadbed width of 24.5 m, for two-way four-lane roads. main design content is: in the case of known plan, map profile, route design; slope stability analysis; carries on the roadbed, road surface drainage and protection engineering design, for subgrade drainage,for pavement drainage, drainage design, in addition to median also has carried on the way to the road arch design, for subgrade drainage, the water drainage ditches, drains, ditches and other drainage facilities；and on the facilities and environmental protection facilities has carried on the preliminary design, completed the engineering quantity calculation and statistics, a simple chain construction schemes are introduced.keywords： route selection design, roadbed design, pavement designiii徐州工程学院毕业设计(论文)目录1工程概况12路线等级的确定13路线方案比选与定线3 3.1曲线要素计算3 3.1.1圆曲线半径3 3.1.2有缓和曲线的道路平面线几何要素4 3.1.3.曲线的超高5 3.1.4曲线的加宽5 3.1.5行车视距5 3.2 方案比选6 3.2.1 路线方案的拟定6 3.2.2设计内容7 3.3 逐桩坐标计算10 3.4 纵断面设计19 3.5 横断面设计22 3.6 方案比选22 3.7土石方计算24 4 施工图设计284.1 平面详细设计284.2 纵断面详细设计284.2.1 纵断面的技术指标的确定284.2.2 坡度以及坡长选定284.3 横断面详细设计284.3.1 横断面的组成284.3.2 路拱的确定284.3.3 弯道的超高与加宽294.3.4 陡坡路堤稳定性的校核295 路基路面设计29 5.1 路基的设计30 5.2 特殊路基设计30 5.3 路基防护31 5.3.1 路堤边坡防护31 5.3.2 路堑边坡防护31 5.4 路面结构设计31 5.4.1确定土基的回弹模量326 排水设计32 6.1 边沟、排水沟32 6.2 截水沟32 6.3渗沟326.4 桥涵设计32结论38展望未来39致谢40参考文献41521 工程概况1.1设计原始资料徐丰一级公路是在建徐济高速公路的重要连接道路，路线起自徐州西三环路，向西与京台高速立交，跨徐沛运河，经九里区、何桥镇、栖山镇等，止于丰县向阳路，全长约70公里。全线按一级公路标准设计，一般段为双向四车道。路面材料类型：根据地质资料，按照主材盛产情况等确定路面类型。1.公路等级：一级公路2.设计车速：80km/h3.路基宽度：24.5m4.设计年限：15年 5.设计洪水频率： 1/1002 路线等级的确定2.1道路等级的确定 根据道路标准把道路依据功能以及适用的交通量划分五个级别。1 高速公路 全部控制出入、专供汽车在分隔的车道上高速行驶的公路。主要用于连接政治、经济、文化上重要的城市和地区，是国家公路干线网中的骨架。一般年平均每昼夜汽车通过量2.5万辆以上。2 一级公路 为供汽车分向、分车道行驶，并部分控制出入、部分立体交叉的公路，主要连接重要政治、经济中心，通往重点工矿区，是国家的干线公路。四车道一级公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年平均昼夜交通量为1500030000辆；六车道一级公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年平均昼夜交通量为2500055000辆。3 二级公路 连接政治、经济中心或大工矿区等地的干线公路，或运输繁忙的城 郊公路。一般能适应各种车辆行驶，二级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为30007500辆。4 三级公路 沟通县及县以上城镇的一般干线公路。通常能适应各种车辆行驶， 三级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为10004000辆。5 四级公路 沟通县、乡、村等的支线公路。通常能适应各种车辆行驶，四级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为：双车道1500辆以下；单车道200辆以下。设计指标见表表2-1类别参数设计行车速度80路基宽度21.5m平曲线一般最小半径1500m最大纵坡4%凸型竖曲线一般最小半径2000m凹型竖曲线一般最小半径1500m设计荷载公路级2.2设计依据1 中华人民共和国行业标准路线设计规范（jtj011-94）2 中华人民共和国行业标准沥青路面设计规范（jtj014-94）3 中华人民共和国行业标准公路排水设计规范（jtj018-97）4 中华人民共和国行业标准公路路基设计规范（jtg d30-2004）1） 车道宽度80km/h当做设计车速时，3.75m作为单车道宽度。2） 一级公路整体式断面一定要设置中央带。取3.50m。3） 路肩宽度根据标准，土路肩宽度采用0.75m，左侧硬路肩宽度采用3.00m，一级公路一般在右侧硬路肩宽度内设置右侧路缘带，采用0.50m。4） 路基宽度一级公路四车道路基宽度取一般值24.500m，最小值21.50m。3路线方案比选与定线在路线设计时应用各种先进手段对路线方案做深入研究，选择最优方案道路是一种带状的空间结构物。这章就从几何方面进行研究，先把平、纵、横这三个基本几何组成分别讨论，以明确各自的需要，然后对公路的线形作综合设计。3.1 曲线要素计算3.1.1圆曲线半径 汽车在曲线行驶过程中，除受重力外还受离心力的作用，使行驶的汽车有横向失稳的危险。故涉及到圆曲线半径的计算如图3.1所示图3.1汽车在曲线行驶时受力分析在平曲线上行驶汽车受离心力f。 f= （3.1）式中：g汽车受重力，n； r圆曲线半径，m; g重力加速度，9.81m/s； v,v汽车行驶速度，分别m/s,km/h计。对离心力f和汽车重力g分解可得: 横向力 x = fcosa gsina （3.2） 竖向力 y = fsina gcosa （3.3）由于路面横向倾角a一班很小，sinatana=i,cosa1，由此可得横向力为： x = f- gi= g() （3.4）在汽车行驶过程中，横向力x是一个不稳定的因素，为了表示汽车所受横向力程度引进横向力系数,用横向力系数衡量汽车受到横向力程度，即： = （3.5）将车速v(n/h)变成v（km/h），可以得到： = （3.6）由上式可得： r = （3.7） v = （3.8）根据路线设计规范，当v=80km/h，取u=0.10,i=0.10，计算得：r = v2/127(u+i)=251m故当取r250m时，可满足设计要求。3.1.2.有缓和曲线的道路平面线几何要素本道路平面线形设计采用的基本组合为：直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线，如图3.2所示图3.2 “基本型”平曲线几何元素计算如下：式中： l e d 鉴于道路设计的各种因素，我国在公路工程技术标准中规定缓和曲线在满足各种要求前提下，曲线最小长度可以查得。依据地形地貌和交通要求本设计所采用的值均大于100m，满足设计要求。3.1.3.曲线的超高车辆在圆曲线行驶时，由于向心力和横向力作用会发生滑移和倾覆，于是在圆曲线地段设置外侧高于内侧的地面结构，以抵消向心力和横向力，使车辆行驶更为安全，稳定，这种外侧高于内侧的地面结构就称之为“平曲线超高”或“曲线超高”。超高横坡度可由平曲线最小半径公式： r = 得出 i （3.10）我国现行公路工程技术标准规定：各级公路凡半径小于不设超高的最小半径的平曲线应设置超高。超高横坡度按公路等级，设计时速，圆曲线半径，路面类型，自然条件和车辆组成等情况确定。3.1.4曲线的加宽通过对汽车行驶状态和轨迹分析汽车在弯道行驶时，需要比在直线段占用更大的空间，在曲线段上需要对行车道进行加宽，加宽只是在曲线段增加一部分额外宽度。我国公路工程技术标准规定，需要加宽的最小圆曲线半径为250m。而本设计r，故不需设置曲线加宽段。3.1.5行车视距一级公路的行车视距主要是满足停车视距的要求。 （3.12）式中：=；=安全距离。一般取5-10m根据道路勘测设计表2-11，当时速为120m时，取停车的视距210m。 （3.13）式中： ss s4 v：=；=，3.2 方案比选方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法，在可能布局的多种方案中，通过方案比较和取舍，选择技术合理、费用经济、切实可行的最优方案。根据方案比较的深度上的不同，可分为原则性方案比较和详细的方案比较两种。3.2.1 路线方案的拟定由已确定的道路等级和主要技术标准指标，在原始设计交通量资料、所在地区的气候、土壤、地质、水文等资料和现有地形、地物分布图资料的基础上，经审查判断分析，初步选定了两个方案，线路走向如下所述。两方案比选路线如图3-1和表3-1如下：图3-1 路线方案图3.2.2.设计内容方案一1.平面曲线主点桩号的计算此设计采用直线回旋线圆曲线回旋线直线的组合形式，参照图形3.2根据公路勘测设计及有关参考资料，通过坐标计算得出a、b两点坐标，进行选线设计。交点 1jd1处:取r=1000m，则：，取。因此曲线的几何要素为：偏角180820.4，半径r1000m， 主点桩号计算如下：jd1桩号为k1+282.472直缓点桩号：zh= k1+072.782缓圆点桩号：hy= k1+172.782 曲中点桩号：qz= k1+281.074圆缓点桩号：yh= k1+389.367 缓直点桩号：hz= k1+489.367交点 2jd2点处的曲线要素：因此曲线的几何要素为：偏角351447.2(y)，半径r8000m， 切线长曲线长外矢距校正数主点桩号计算如下： jd2桩号为：k2+149.375 直缓点桩号：k1+845.084缓圆点桩号：hy= k1+945.084曲中点桩号：qz= k2+141.151圆缓点桩号：yh= k2+337.217缓直点桩号：hz= k2+437.217其余曲线的几何要素计算方法相同交 点 号交 点 坐 标交点桩号转 角 值曲 线 要 素 值 (m)n (x)e (y)半 径缓和曲缓和曲切 线曲 线外 距校正值线长度线参数长 度长 度123456789101112jd04167790.25601511.8146k0+000jd14168006.944602775.8472k1+282.472180820.4(z)1000100316.228209.69416.585213.0822.796jd24168413.455603544.6931k2+149.375351447.2(y)800100282.843304.291592.133339.94116.448jd34168148.754605588.4369k4+193.741方案二1.平面曲线主点桩号的计算此设计采用直线回旋线圆曲线回旋线直线的组合形式，参照图形3.2根据公路勘测设计及有关参考资料，通过坐标计算得出a、b两点坐标，进行选线设计。交点 1jd1处:取圆曲线半径r=1000m，缓和曲线长度确定如下：，取。因此曲线的几何要素为：偏角75404.4，半径r1000m， 切线长曲线长外矢距校正数主点桩号计算如下：jd1桩号为k1+599.952直缓点桩号：zh=k1+480.867缓圆点桩号：hy= k1+580.867曲中点桩号：qz= k1+599.818圆缓点桩号：yh= k1+618.769缓直点桩号：hz= k1+718.769交点 2jd2点处的曲线要素：因此曲线的几何要素为：偏角125105.7，半径r8000m， 切线长曲线长外矢距校正数主点桩号计算如下： jd2桩号为：k2+648.017直缓点桩号：k2+507.866缓圆点桩号：k2+607.866曲中点桩号： k2+647.587圆缓点桩号：k2+687.308缓直点桩号：k2+787.308其余曲线的几何要素计算方法相同交 点 号交 点 坐 标交点桩号转 角 值曲 线 要 素 值 (m)n (x)e (y)半 径缓和曲缓和曲切 线曲 线外 距校正值线长度线参数长 度长 度123456789101112jd04167790.25601511.8146k0+000jd14167937.487603104.9775k1+599.95275404.4(y)1000100316.228119.085237.90212.79950.268jd24167889.546604152.2139k2+648.017125105.7(z)800100282.843140.151279.44215.58170.86jd34168148.754605588.4369k4+106.5833.3 逐桩坐标计算图3-3 中桩坐标计算示意图直线上中桩坐标计算设交点坐标为jd（xj，yj），交点相邻直线的方位角分别为a1和a2。zh点坐标： xzh=xj+tcos(a1+180) （3-1）yzh=yj+tsin(a1+180) （3-2）hz点坐标： xhz=xj+tcosa2 （3-3） yhz=yj+tsina2 （3-4）设直线上加桩里程为l，zh，hz表示曲线起终点里程，则直线上任意点坐标（l=zh)x= xj+（t+zh-l）cos(a1+180) （3-5）y= yj+（t+zh-l）sin(a1+180 ) （3-6）后直线上任意点坐标(lzh)x= xj+（t+l-zh）cosa2 （3-7）y=yj+(t+l-zh)sina2 （3-8）不设缓和曲线单曲线中桩坐标计算曲线起点终点坐标按前面的式计算，设其坐标分别为zy(xzy、yzy),yz(xyz、yyz)则圆曲线上坐标为：x= xzy+2rsin(90l/r)cos(a1+90l/r) （3-9） y= yzy+2r sin(90l/r)sin(a1+90l/r （3-10）式中：； 设缓和曲线的单曲线缓和曲线上任意点的切线横距 （3-11）式中： .第一缓和曲线（zhhy）任意点坐标 （3-12） .圆曲线内任意点坐标 .由hyyh时 （3-13）式中： .由yhhy时 （3-14）式中： （3-15）式中：具体计算结果如下方案一的逐桩坐标表3-3：表3-3逐桩坐标表桩 号坐 标n (x)e (y)k0+0004167790.25601511.8146k0+0504167798.698601561.0957k0+1004167807.146601610.3768k0+1504167815.595601659.6579k0+2004167824.043601708.939k0+2504167832.491601758.2201k0+3004167840.94601807.5012k0+3504167849.388601856.7823k0+4004167857.836601906.0634k0+4504167866.285601955.3445k0+5004167874.733602004.6256k0+5504167883.181602053.9067k0+6004167891.63602103.1878k0+6504167900.078602152.4689k0+7004167908.526602201.7499k0+7504167916.974602251.031k0+8004167925.423602300.3121k0+8504167933.871602349.5932k0+9004167942.319602398.8743k0+9504167950.768602448.1554k1+0004167959.216602497.4365k1+0504167967.664602546.7176k1+072.7824167971.514602569.1717k1+1004167976.146602595.993k1+1504167985.316602645.1434k1+3004168025.596602789.4893k1+3504168043.768602836.0646k1+389.3674168059.7602872.0608k1+4004168064.243602881.6743k1+4504168086.646602926.3722k1+489.3674168104.957602961.2214k1+5004168109.927602970.6214k1+5504168133.298603014.8233k1+6004168156.669603059.0252k1+6504168180.039603103.227k1+7004168203.41603147.4289k1+7504168226.781603191.6308k1+8004168250.152603235.8326k1+845.0844168271.225603275.6887k1+8504168273.522603280.0346k1+9004168296.588603324.3959k1+945.0844168316.107603365.0314k1+9504168318.115603369.5184k2+0004168336.958603415.8231k2+0504168352.872603463.2144k2+1004168365.795603511.507k2+1504168375.677603560.5126k2+2004168382.478603610.0396k2+2504168386.172603659.8948k2+3004168386.746603709.8834k2+337.2174168385.145603747.063k2+3504168384.2603759.8105k2+4004168379.045603809.5408k2+437.2174168374.371603846.4634k2+4504168372.729603859.1401k2+5004168366.307603908.726k2+5504168359.884603958.3118k2+6004168353.462604007.8976k2+6504168347.04604057.4835k2+7004168340.618604107.0693k2+7504168334.195604156.6551k2+8004168327.773604206.2409k2+8504168321.351604255.8268k2+9004168314.929604305.4126k2+9504168308.506604354.9984k3+0004168302.084604404.5843k3+0504168295.662604454.1701k3+1004168289.24604503.7559k3+1504168282.817604553.3418k3+2004168276.395604602.9276k3+2504168269.973604652.5134k3+3004168263.551604702.0993k3+5004168237.862604900.4426k3+5504168231.439604950.0284k3+6004168225.017604999.6143k3+6504168218.595605049.2001k3+7004168212.173605098.7859k3+7504168205.75605148.3718k3+8004168199.328605197.9576k3+8504168192.906605247.5434k3+9004168186.484605297.1293k3+9504168180.061605346.7151k4+0004168173.639605396.3009k4+0504168167.217605445.8867k4+1004168160.795605495.4726k4+1504168154.372605545.0584k4+193.7414168148.754605588.4369具体计算结果如下方案二的逐桩坐标表3-4：表3-4逐桩坐标表桩 号坐 标n (x)e (y)k0+0004167790.25601511.8146k0+0504167794.851601561.6025k0+1004167799.452601611.3903k0+1504167804.054601661.1781k0+2004167808.655601710.966k0+2504167813.256601760.7538k0+3004167817.858601810.5416k0+3504167822.459601860.3295k0+4004167827.06601910.1173k0+4504167831.661601959.9051k0+5004167836.263602009.693k0+5504167840.864602059.4808k0+6004167845.465602109.2686k0+6504167850.067602159.0564k0+7004167854.668602208.8443k0+7504167859.269602258.6321k0+8004167863.87602308.4199k0+8504167868.472602358.2078k0+9004167873.073602407.9956k0+9504167877.674602457.7834k1+0004167882.276602507.5713k1+0504167886.877602557.3591k1+1004167891.478602607.1469k1+1504167896.079602656.9348k1+2004167900.681602706.7226k1+2504167905.282602756.5104k1+3004167909.883602806.2983k1+3504167914.485602856.0861k1+4004167919.086602905.8739k1+4504167923.687602955.6617k1+480.8674167926.528602986.3976k1+5004167928.277603005.4506k1+5504167932.341603055.2842k1+580.8674167934.069603086.1018k1+6004167934.692603105.2244k1+618.7694167934.948603123.9914k1+6504167934.644603155.22k1+7004167932.888603205.1882k1+718.7694167932.041603223.938k1+7504167930.613603255.1364k1+8004167928.326603305.0841k1+8504167926.04603355.0317k1+9004167923.753603404.9794k1+9504167921.467603454.9271k2+0004167919.18603504.8748k2+0504167916.894603554.8225k2+1004167914.607603604.7702k2+1504167912.321603654.7179k2+2004167910.034603704.6656k2+2504167907.748603754.6133k2+3004167905.461603804.561k2+3504167903.175603854.5087k2+4004167900.888603904.4564k2+4504167898.602603954.404k2+5004167896.315604004.3517k2+507.8664167895.955604012.2093k2+5504167894.184604054.306k2+6004167893.371604104.2957k2+607.8664167893.465604112.1609k2+6504167895.28604154.2512k2+687.3084167898.734604191.3954k2+7004167900.3604203.9904k2+7504167907.919604253.4033k2+787.3084167914.439604290.137k2+8004167916.693604302.6273k2+8504167925.573604351.8323k2+9004167934.454604401.0374k2+9504167943.334604450.2424k3+0004167952.215604499.4475k3+0504167961.095604548.6525k3+1004167969.976604597.8576k3+1504167978.856604647.0626k3+2004167987.737604696.2677k3+2504167996.617604745.4727k3+3004168005.497604794.6778k3+3504168014.378604843.8828k3+4004168023.258604893.0879k3+4504168032.139604942.293k3+5004168041.019604991.498k3+5504168049.9605040.7031k3+6004168058.78605089.9081k3+6504168067.661605139.1132k3+7004168076.541605188.3182k3+7504168085.422605237.5233k3+8004168094.302605286.7283k3+8504168103.183605335.9334k3+9004168112.063605385.1384k3+9504168120.944605434.3435k4+0004168129.824605483.5485k4+0504168138.704605532.7536k4+1004168147.585605581.9586k4+106.5834168148.754605588.43693.4 纵断面设计顺着公路的中线竖向解剖开，展开后的面就是道路纵断面。（一）竖曲线的设计为了便于车辆在道路上的行驶，起缓和的用处，就在道路的纵断面两个坡段的转角处设置一段曲线，就叫做竖曲线。竖曲线诸要素的计算： 计算竖曲线要素如图，i1和i2是是相邻的两纵坡坡度，= i2- i1，大于0的时候，为凹形；小于0的时候，为凸形。 或 （3-16） （3-17） （3-18） 或 （3-19） 或 （3-16） （3-17） （3-18） 或 （3-19）方案一变坡点1: k0+750，高程为29.712m。曲线长=60003.705%=222.32m切线长=111.16m外距=1.029m其余变坡点计算方法相同序 号桩 号竖 曲 线标 高（m）凸曲线半径r（m）凹曲线半径r（m）切线长t（m）外距e（m）起点桩号终点桩号0k0+00013.54631k0+75029.7126000111.16281.029764009k0+638.837k0+861.1632k2+2606.30712000111.58750.518823757k2+148.413k2+371.5883k3+2209.2812500075.680179930.114549793k3+144.320k3+295.6804k4+193.74118.193方案二变坡点1: k0+650，高程为27.4778m。曲线长=100003.71%=371m切线长= 185.5m外距= 1.721m其余变坡点计算方法相同序 号桩 号竖 曲 线标 高（m）凸曲线半径r（m）凹曲线半径r（m）切线长t（m）外距e（m）起点桩号终点桩号0k0+00012.72281k0+65027.477810000185.51.7205125k0+464.500k0+835.5002k1+75011.63781200059.333333330.146685185k1+690.667k1+809.3333k2+6507.57781100064.779653930.190745616k2+585.220k2+714.7804k4+106.58318.16283.5 横断面设计道路中线上的各点的法向切面，就是道路的横断面（一）路基的宽度选定路基宽度 依据任务书了解到设计年限，得公路等级为一级公路.车速拟定为80km/h,车道数拟定四车道,服务水平为二级。路基技术标准: 路基全宽: 24.5m 行车道宽度: 43.75=15m 中间带宽度:3.0m 其中中央分隔带宽2.00m。 （二）路堤以及路堑边坡坡度选定依据实际的工程所处位置：路堤的边坡的坡度1