山区高速公路毕业设计说明书完.doc

辽宁科技大学本科生毕业设计 第 I页 摘 要 本次设计为高速公路综合设计路段，此路段位于烟台境内，根据设计公路的交通 量、地形特征以及使用任务和性质，确定公路等级为高速公路。在此基础上，结合沿 线自然条件与主要技术指标，进行路线方案论证与比选，最终确定一个最佳方案进行 详细技术设计。其主要内容包括：路线的平、纵、横设计，路基、路面设计和排水设 计以及交通设施设计, 并完成施工图设计阶段应完成的各种图、表及设计说明书。本 设计严格依据规范的各项指标进行，最后确定本高速公路设计速度为 100km/h，路基 宽 26m，双向四车道，路线全长 3478.085m，路面为沥青混凝土面层，厚 18cm，全线 共设计了 2 个平曲线、3 个竖曲线、1 条隧道、6 个钢筋混凝土通道。 关键词 高速公路；平曲线；竖曲线；路基；路面 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 II页 Abstract This express section is located at the east of Chongqing province，which is heavy highland areaAccording to the requirements of mountain highway design, the grading of express is based on the traffic volume, the use of task and nature. Then, through combining natural conditions along and the main technical indicators, evaluating and electing the route, this express section ultimately determine the best option for a detailed technical design. Its main contents include: plane design, vertical curve design, transect curve design, roadbed design, road surface design, drainage design and traffic facilities design. In addition, all kinds of the figures, tables, and specifications are given in detail in this paper. After conducting technical feasibility studies accord to specification, the designing velocity is 100 km / h. The width of the roadbed is 26 meters with four two-way lanes. The length of the road is 3456.247meters. The roads surface is paved by asphalt concrete. There are two plane curves, two vertical curves, a total of two bridges, five reinforced concrete channel. Keywords Express；Plane curve；Vertical curve；Roadbed；Pavement 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 III页 目 录 摘要摘要.I ABSTRACTABSTRACT.II 目目 录录.III 1 绪论绪论.1 1.1 设计要求及任务.1 1.1.1 设计要求1 1.1.2 设计任务1 1.2 沿线地形、地质、气候特征.2 1.2.1 气候特征2 1.2.2 地形与土质特征.2 2 方案拟定与比选方案拟定与比选 2.1 设计资料 2 2.2 道路技术等级的确定 3 2.3 有关技术标准汇总 5 3 路线方案具体比选路线方案具体比选6 3.1 路线选线的原则.6 3.2 路线选线的过程.7 3.3 方案对比.7 4 路线设计路线设计.9 4.1 平面设计.9 4.1.1 直线9 4.1.2 圆曲线9 4.1.3 缓和曲线9 4.2 纵断面设计.10 4.2.1 纵断面设计的作用和基本要求10 4.2.2 最大纵坡11 4.2.3 最小纵坡11 4.2.4 坡长限制11 4.2.5 设计示例12 4.3 平、纵线形组合设计.13 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 IV页 4.3.1 平、纵线形组合的一般设计原则14 4.3.2 平纵组合的一般要求14 5 路基横断面设计路基横断面设计15 5.1 路基横断面设计.15 5.1.1 横断面的组成15 5.1.2 横断面设计要素的确定16 5.2 路基边坡设计.16 5.2.1 路堤边坡16 5.3 路拱横坡及超高.17 5.3.1 路拱形式及横坡度17 5.3.2 超高设计与计算17 5.4 挡土墙设计.20 6 排水设计排水设计20 6.1 路面表面排水.21 6.2 沟渠设计.21 6.2.1 边沟设计21 6.2.2 排水沟22 6.3 涵洞.23 7.1 路面等级与路面类型选择.25 7.1.1 轴载分析25 7.1.2 确定路面等级和面层类型27 7.1.3 结构组合与材料选取28 7.2 各层材料的抗压模量与劈裂强度.28 7.3 土基回弹模量的确定 28 7.4 设计指标的确定.29 7.4.1 设计弯沉值29 7.4.2 各层材料的容许层底拉应力29 7.5 设计资料总结.30 7.6 确定石灰土层厚度.31 7.7 拉应力验算.32 7.7.1 细粒式沥青混凝土层底拉应力验算32 7.7.2 中粒式沥青混凝土层底拉应力验算32 7.7.3 粗粒式沥青混凝土层层底拉应力验算33 7.7.4 水泥稳定碎石层层底拉应力验算33 7.7.5 石灰土层层底拉力验算33 7.7.6 防冻层厚度检验 .34 8 道路交通安全设施设计道路交通安全设施设计34 8.1 护栏.34 辽宁科技大学本科生毕业设计 第 V页 8.2 视线诱导设施.34 8.3 标志与线标.35 9.5.2 土压力计算36 9.5.3 墙身及尺寸的确定36 9.5.4 墙身稳定性及基底应力验算41 结结 论论43 致致 谢谢44 参考文献参考文献45 附录附录.46 辽宁科技大学本科生毕业设计 第1页 1 绪论 1.1 设计要求及任务 1.1.1 设计要求 1.根据设计公路的交通量及其使用的任务和性质，确定公路的等级，再结合沿线 自然条件与主要技术指标的应用，进行路线方案论证与比选，确定合理的设计方案。 2.推荐一个最佳方案进行详细技术设计，内容包括：路线的平、纵、横设计，路 基设计、路面设计、排水设计及其它构筑物设计。 3.施工组织设计及概（预）算的编制（选作） 。 4.完成施工图设计阶段应完成的各种图表及设计说明书 1.1.2 设计任务 1设计计算说明书部分： (1)本公路的建设意义； (2)公路的等级及技术标准的论证； (3)沿线地形、地质、气候等自然条件对公路设计的影响； (4)路线方案比选说明； (5)路线、路基路面等设计说明及计算方法； (6)专题设计及说明； (7)对设计的综合评价及心得体会。 2图纸部分 (1)路线平面图、纵断面图； (2)横断面图(横断面图任选 1Km)及标准横断面图； (3)路面设计图； 辽宁科技大学本科生毕业设计 第2页 (4)路基排水设计图（1km） ； (5)直线、曲线及转角一览表； (6)逐桩坐标表； (7)竖曲线表； (8)路基设计表； (9)路基土石方数量计算表。 1.2 沿线地形、地质、气候特征 1.2.1 气候特征 烟台市地处中纬度，位于山东半岛中部，濒临黄海与渤海之间，气候属暖温带季 风型大陆性气候，四季变化和季风进退都比较明显。温度较温和，雨水较充沛。具有 冬无严寒，夏无酷暑气候特点。 烟台年平均气温 11.612.9（19712000 年，下同）, 地域差异较大，一般表现 为， 沿海高于内陆。福山、芝罘区、莱州市年平均气温为 12.512.9，是境内高温 区；莱阳、栖霞均为 11.6，是境内相对低温区；其它县市区年平均气温在 12.0 12.2之间。 1.2.2 地形与土质特征 本设计路段地表，路线经过地区为5a 区，棕粘性土和砂砾土粗粒岩和可溶岩。 其基本特征是：路基路面结构组合设计中，应使路基填土高度符合要求，结合当 地自然条件，应采取隔温、排水、阻断毛细水上升，以防止冻胀翻浆。利用水温性冻 稳性好的材料做路面的基层，在水文土质不良的路段，可设置排水垫层，促进水排出， 提高路基路面整体强度 2 方案的拟定与比选 辽宁科技大学本科生毕业设计 第3页 2.1 设计资料 1. 地形图：烟台地区地图，比例 1：2000； 2交通资料：路面竣工后第一年交通组成及数量如下： 小 汽 车： 4300 （辆/日） 解放 CA10B： 800 （辆/日） 东风 EQ140： 950 （辆/日） 黄河 JN360： 450 （辆/日） 尼桑 CK10G： 450 （辆/日） 公路工程技术规范中规定：交通量换算采用小客车为标准车型确定公路等级 的各汽车代表车型和车辆折算系数规定。如表2.1 表 2.1 各汽车代表车型与车辆折算系数 汽车代表车型车辆折算系数说明 小客车1.019座的客车和载质量2t的货车 中型车1.519座的客车和载质量2t7t的货车 大型车2.0载质量7t14t的货车 拖挂车3.0载质量14t的货车 预测年平均增长率：8% 3初定设计年限：20年 2.2 道路技术等级的确定 根据远景设计年平均日交通量： Nd=N0（1+r）n-1 (2.1) 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） ，包括现在交通量和道路建成后从其它 道路吸引过来的交通量 r年平均增长率（%） 辽宁科技大学本科生毕业设计 第4页 n远景设计年限 表 2.2 以小汽车为标准的折算表 车型交通量(辆/日)折算系数折算后的交通量 小汽车43001.04300 解放CA10B8001.51200 东风EQ1409501.51425 黄河JN3604502900 尼桑 CK10G4502900 合计8725 则 N0=4300+1200+1425+900+900=8725（辆/日） 20 年后的此路段上的年平均日交通量为： N20=N0（1+r）n-1=8725（1+7.6%）19=38626（辆/日） 根据公路工程技术标准规定： 公路路线设计规范 JTG D202006将公路根据功能和适用的交通量分为以下 五个等级： （1）高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。四 车道高速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 2500055000 辆； 六车道高速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 4000080000 辆； 八车道高速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 60000100000 辆。 （2）一级公路为供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路。 四车道一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 1500030000 辆； 六车道一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 2500055000 辆。 （3）二级公路为供汽车行驶的双车道公路。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第5页 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。 （4）三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路。 双车道三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 20006000 辆。 （5）四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。 双车道四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 2000 以下。 单车道四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 400 以下。 所以四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小汽车的年平均日交通量 25 00055 000 辆。经计算 20 年后此路段上的年平均日交通量为 38626 辆，属于四车道 所要求的范围内，故该拟建公路选定为双向四车道高速公路。 2.3 有关技术标准汇总 根据公路工程技术标准：设计荷载：路面标准轴载 Bzz100KN1 见表 2.3 表 2.3 主要技术指标表 公路等级高速公路 设计速度（km/h）100 路线总长（m）3478.085 平曲线一般最小半径（m）700 平曲线极限最小半径（m）400 不设超高最小半径（m）4000 缓和曲线最小长度（m）85 最大纵坡（）4 最小坡长（m）250 凸曲线最小半径极限值（m）10000/6500 凹曲线最小半径极限值（m）4500/3000 辽宁科技大学本科生毕业设计 第6页 竖曲线最小长度（m）85 同向曲线段间6V=600直线段最小长度 （m）反向曲线段间2V=200 辽宁科技大学本科生毕业设计 第7页 3 路线方案具体比选 3.1 路线选线的原则 道路的选线是一个涉及面广、影响因素多、政策性和技术性都很强的工作。它是 由面到片，由片到线，由粗略到细致的过程，是逐步具体化、逐步补充修改和提高的 过程。选线要先通过总体布局解决基本走向，然后再解决局部路线方案直到具体定线。 路线方案是路线设计中最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系到高速公路 本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有作用， 即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益2。 选线的要求，归纳起来，可有下述原则： 1.道路的选线应根据道路的使用任务和性质、综合考虑路线区域国民经济发展状 况与远景规划，正确处理好近期与远景的关系，在总体规划的指导下，合理选定方案。 2.认真领会计划任务书的精神，深入调查当地地形、气候、土壤、地质、水文等 自然情况，不遗漏有比较价值的方案。 3.道路选线布局必须符合国家的方针政策，力争路线短捷及保证行车安全。 4.道路选线贯彻工程经济与运营经济结合的原则，在不增加工程造价的情况下， 尽量提高技术指标，在不降低技术指标的情况下，尽量降低工程造价。 5.充分利用有利地形、地势，尽量回避不利地带，正确运用技术标准，从行车的 安全、畅通和施工、养护的经济、方便着眼，对路线与地形的配合加以研究，搞好路 线平、纵、横三面的结合，力求平面短捷舒顺，纵面平缓均匀、横面稳定经济。 6.路线应选择地址稳定、地形良好的地区通过，尽量避免穿过滑坡、崩塌、岩堆、 泥石流、泥沼、排水不良的低洼地等不良地段。 7.大中桥位应在服从路线总方向的原则下，对路桥综合考虑，不要因桥位而过多 辽宁科技大学本科生毕业设计 第8页 地增长路线，桥位应尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上，并注意方 便群众。 8.道路与道路或道路与铁路，应尽量减少交叉的次数，应合理选用交叉类型，以 达到行车安全畅通的目的。 9.道路设计应实行远近结合、分期修建、分段定级的原则，以取得投资及用地的 最佳效益。 10.要考虑施工条件对选定路线的影响。 3.2 路线选线的过程 丹通高速公路本溪段所处地区多为山区，地面高度变化大，建筑设施分布较少， 居民点稀。路线必经之地有几座比较大的山，必须考虑该地的填挖问题。所以，路线 平面、纵断面等几何线形的技术标准都比较高。同时在具体指标应用时应注意： 1.合理选用直线长度 : 以直线为主，当必须采用长直线时，应作好平、纵组合设 计，以消除长直线的弊端。 2.直线与半径的关系 : 长直线的尽头不得连接急弯，有时尽管连接的曲线并不小， 但不一定与其前面所接的直线相适应。 3.保证路基稳定 : 路线纵坡设计时应注意路基的最小填土高度；搞好路基的排水 设计；横向排水不利时，应保证最小排水纵坡度的要求。最小排水纵坡度一般为 0.5%，最小不小于 0.3%。 本设计道路的等级为高速，路线都是封闭的，经过国道的时候要设立交或者给留 出通道，对于高压电线也得注意，尽量不与之交叉。 3.3 方案对比 在既定的路线走廊带上经过反复的比选，比如：与公路、铁路、河流、高压线的 交角要大于 700，经过的路线线形合理，填挖方量小且对住房的拆迁量降到最小等等， 通过这些比选所考虑的因素最后确定了两条线，再经过具体的对比以及考虑各方面的 影响因素进行利弊分析，比较分析的结果如下： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第9页 方案一：路线起点在 A1(2805915.49997, 503181.06451)，终点在 B1(2805749.0196, 506505.78687)，全线总长 3478.085m，其间设置 JD1(2805346.19945，504449.85882)， JD2(2805808.32808, 505643.7661) 。 方案二：路线起点在 A1(2805915.49997, 503181.06451)，终点在 B1(2805749.0196, 506505.78687)，全线总长 3487.008m，其间设置 JD1(2805505.59851, 503785.87261)， JD2(2806027.59834505066.18371)， 两方案都采用直线，缓和曲线，圆曲线相结合的办法。均符合平曲线设计要求。 由于设计路段地处烟台境内，起终两点间多山丘，等高线较密集。沿线有房屋和 小路，其间由于山岭众多，高低起伏较大，地形条件极其受限，故可供选线的地区比 较单一，方案一与方案二走向基本相似. 在方案一中需修建一条隧与一座桥梁，隧道的起点为 K0+970.000，终点为 K1+060.000，而方案二中未设有桥梁和隧道，看起来方案二要好于方案一，但方案一 比方案二的路线短 25.342m，从线性来看，方案一线形比较顺畅，略优于方案二，降低 了工程难度，从线性的另一方面来看，方案二的从起点到第一交点直线长度过长，容 易给驾驶员造成疲劳。从填挖量和经济角度来衡量，方案二挖方量为 675848.2，填方 量为 531494.3；方案二的挖方量为 1079031，填方量为 486412.4，方案一优于方案二。 综上所比较，方案一作为最佳方案，淘汰第二方案。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第10页 4 路线设计 4.1 平面设计 公路的平面线形，当受到地形、地物的影响而发生转折时，在转折时就需要设置 曲线或曲线组合。直线、圆曲线、缓和曲线是平面线形的三要素。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。 4.1.1 直线 直线是平面线形中的基本线形，在公路和城市道路中是使用最为广泛，它适用于 地形平坦、视线目标无障碍处。 在设计中，过长和过短的直线都不是好的线形。因此对直线的最大长度和最小长 度应加以限制。直线的最大长度应控制在设计速度的 20 倍速度以内。 公路路线设计 规范中规定：当设计车速大于 60km/h 时，同向曲线间的直线最小长度（以 km 计） 以不小于设计速度的 6 倍为宜，反向曲线间直线最小长度（以 km 计）以不小于设计速 度的两倍为宜。 本设计高速公路的最小直线长度为 330.252m,大于设计车速 100km/h 的两倍，最 大直线长度为 773.162m，小于设计速度的 20 倍速度，符合规范要求。 4.1.2 圆曲线 圆曲线是平面线形中最多的线形。圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形 美观、易与测设等优点，使用十分普遍。圆曲线最小半径：按规范规定设计车速为 100km/h，最大超高值为 6%时的圆曲线一般最小半径为 700m,极限最小半径为 400m。 圆曲线最大半径：选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径 曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线最大半径值一般不 应超过 10000m。本设计路段的圆曲线半径为 1000m，符合规范规定。 4.1.3 缓和曲线 缓和曲线是在直线和曲线之间或不同半径圆曲线之间，为了缓和汽车的行驶，符 合汽车行驶的轨迹，采用曲率不断改变的曲线，缓和曲线的作用是便于驾驶与路线顺 辽宁科技大学本科生毕业设计 第11页 畅，行车平稳，使旅客感觉舒适，且增加线形美观。因此，我在设计中，均设置了缓 和曲线。 由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶，所以要求缓和曲线有足够的 长度。缓和曲线过短会使驾驶员操作来不及调整，旅客感觉不适。规定缓和曲线的最 小长度，主要从下面两方面考虑： 1旅客感觉舒适 汽车在缓和曲线上行驶，其离心加速度随缓和曲线曲率的变化而变化，如果变化 过快将会使乘客受到横向的冲击。若考虑旅客感觉舒适度，由经验得：以 V(km/h)表示 设计速度，则最小缓和曲线长度 Ls(min)的计算公式为 （4.1） 3 (min) 0.0214( ) s s V Lm R 式中为离心加速度变化率，我国在制定缓和曲线设计标准时，将离心加速度的变化 s 率取值控制在 0.50.6范围内。 3 /m s 本设计中 V=100km/h，R=1000m，取 0.5，得 Ls(min)为 61.1m，设计缓和曲线 3 /m s 最小长度为 219m，符合标准要求。 2行驶时间不过短 车辆在缓和曲线上的行驶时间过短会使驾驶员操作不便，甚至造成驾驶操纵的紧 张和忙乱。一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有 3s，于是 （4.2） (min) ( ) 1.2 s V Lm 对于本设计路段的设计车速 100km/h 的 3s 行程为 83.3m，本设计路段的所有缓和 曲线长度均符合要求。 综合考虑上述影响缓和曲线长度的各项因素， 标准制定了各级公路缓和曲线的 最小长度，对于设计速度为 100km/h 的公路，缓和曲线最小长度为 85m。本设计中最 小缓和曲线长度为 219m，符合标准要求。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第12页 4.2 纵断面设计 4.2.1 纵断面设计的作用和基本要求 在道路纵断面上，为便于行车安全舒适，对于不同坡度的坡段，在转折处需要设 置一段曲线进行缓和，这一段曲线就是竖曲线。它的作用有：(1)缓和纵向变坡处行车 动量变化而产生的离心力；(2)确保公路纵向行车视距；(3)将竖曲线与平曲线恰当组 合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。基本要求是纵坡均匀平顺，起 伏和缓，坡长和竖曲线长短适当，平面和纵面组合设计协调，以及填挖经济、平衡。 4.2.2 最大纵坡 最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，它是道路纵断面设 计的重要控制指标。我国公路工程技术标准规定：设计速度为 100km/h 时，最大 纵坡为 4；隧道部分路线纵坡：隧道内纵坡不应大于 3%，紧接隧道洞口的路线纵坡 应与隧道内纵坡相同。 本设计中最大纵坡值为 3.106，隧道纵坡值为 1.380，均符合标准规定。 4.2.3 最小纵坡 在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，为了保证排水， 防止水渗入路基而影响路基的稳定性，应设置不小于 0.3%的纵坡。本设计中最小纵坡 值 0.848，符合规范要求。 4.2.4 坡长限制 1最小坡长 最小坡长通常规定汽车以不小于设计速度行驶 9-15s 的行程为宜， 公路工程技术 标准规定公路最短坡长应按表 4.1 选用。 表表 4.1 最小坡长最小坡长 设 计 速 度(km/h)1201008060403020 一般值40035025020016013080最 小 坡 长(m) 最小值30025020015012010060 辽宁科技大学本科生毕业设计 第13页 本设计中最小坡长为 530m，大于 250m，符合设计要求。 2最大坡长 公路路线设计规范规定：设计车速为 100km/h 纵坡坡度为 4%时的最大坡长为 800m。本设计路段共三个变坡点，三个坡的坡度分别为 1.053%，1.380%，3.106%，0.848%对应的坡长分别为 530m ，1020.000m，1030.000m，898.085m，由于对纵坡坡度小于 3%不作最大坡长要求，可 以视为符合规范规定的最大坡长限制，所以都满足最大坡长要求。 4.2.5 设计示例 结合以上原则，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度为 3.106%，最小纵坡 坡度为 0.848%，共设 3 个变坡点。 1设计标高计算公式 坡线标高=变坡点标高+或坡线标高=变坡点标高-xixi 式中：计算点到变坡点的距离，m；x i坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。 2竖曲线要素的计算公式： L=R （4.11） T=2/L=2/R （4.12） E=T2/2R=I/4 （4.13） h=x2/2r （4.14） 式中：R竖曲线半径(m) L竖曲线的曲线长(m) T竖曲线的切线长(m) E竖曲线的外距(m) 两相邻纵坡的代数差，以小数计 h竖曲线上任意点到切线的纵距 x竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离(m) 3计算示例： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第14页 以变坡点 1 为例，变坡点桩号为 K0+530，高程为 974.674m， =1.053%，=- 1 i 2 i 1.380%，竖曲线半径 R=10000m。 各变坡点竖曲线要素计算过程如下： = = -0.01380 - 0.01053= -0.02433，为凸形 21 ii L=R=100000.02433=243.3（m） T=L/2=121.65（m） E=T2 / 2R=0.7399 设计高程的计算： 竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T =（K0+530）121.65= K0+408.35 竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T =（K0+530）+121.65= K 0+651.65 竖曲线起点高程974.674121.650.02433971.714（m） 下面以分别位于变坡点 1 前后两个桩号 K0510 和 K0+550 为例，计算设计高程： 1）桩号 K0510 处： 横距：x= （K0+530）（ K0+510）=20(m) 竖距：=202/20000=0.02 2 2 x h R 切线高程=971.174200.02433=970.687（m） 设计高程=970.687+0.02=970.689(m) 2）桩号 K0550 处： 横距：x = （K0+550）（K0+530）=20(m) 竖距：=0.02 2 2 x h R 切线高程=971.174+200.02433=971.661(m) 设计高程=971.661+0.02=971.681(m) 根据此计算过程，将计算结果填入“竖曲线要素表”，具体数值见附表 3。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第15页 4.3 平、纵线形组合设计 平纵线形组合设计的总要求：对于设计速度60km/h 的道路，必须注意平、纵的 合理组合，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。公路线 形最终是以平、纵、横所组合的立体线形反映于驾驶员的视觉中，为保证汽车行驶的 安全，应把道路平、纵断面结合作为立体线形来分析研究。 4.3.1 平、纵线形组合的一般设计原则 1在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视线的连续性。 2保持平、纵线形的技术指标大小均衡。它不仅影响到线形的平顺性，而且与工程 费用密切相关。 3为保证路面排水和行车安全，必须选择适合的合成坡度。 4注意和周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。 4.3.2 平纵组合的一般要求 1当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线之内，且平曲线应稍长于竖 曲线。如图 4.2 所示： 虚线为不设回旋线的情况 适当 竖 曲 线 位 置 平曲线直线回 旋 线 不适当 圆 曲 线回旋线直线 图图 4.2 平、竖曲线的组合原则平、竖曲线的组合原则 辽宁科技大学本科生毕业设计 第16页 平曲线与竖曲线要一一对应，且平曲线比竖曲线更长，即所谓的“平”包“竖”，这种 组合能较好地保持视觉上的连续性。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和 曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。本 设计第一个竖曲线即放在平曲线两缓和曲线上。 2保持平曲线与竖曲线大小的均衡。根据统计资料表明，如果平曲线的半径小于 1000m，竖曲线的半径大约为平曲线的 10-20 倍时，即可以达到均衡。本设计平曲线 半径分别为 1000m，1000m，竖曲线半径分别为 10000m，10000m，9500m。 3避免平、竖曲线的不利组合。 4若平、竖曲线的半径都很大，则平、竖曲线的位置可以不受上述(1)的限制。若 做不到竖曲线与平曲线较好的配合，且两者的半径都小于某限制时，宁可把平、竖曲 线拉开相当距离，使平曲线位于直坡段上或竖曲线位于直线上。 本设计中平曲线共计三个交点，竖曲线三个变坡点，第一个竖曲线符合“平包竖” 的原则，第二个和第三个竖曲线由于条件限制不能满足“平包竖”的原则。其中第二 个竖曲线的起点落在平曲线第三个交点的缓和曲线段上，终点落在圆曲线段上；第三 个竖曲线的起点落在平曲线第三个交点的后缓和曲线段上，终点落在直线段上。 5 路基横断面设计 5.1 路基横断面设计 5.1.1 横断面的组成 公路横断面的组成应根据公路等级、设计速度、地形、气候、地质等条件来确定， 以保证公路的交通安全、通行能力、路基的强度和稳定性。本设计路段的横断面主要 辽宁科技大学本科生毕业设计 第17页 由行车道、中央分隔带、路缘带、硬路肩、土路肩、 边沟、截水沟等组成3。如图 5.1 所示： 1:1 1:1 1:1 隔离栅 300 1:1 土台 界桩 碎落台 1:0.75 1:0.5 H8m H8m 道 路 中 心 线 500 土 土 土 土土土 土 土 土 中 央 分 隔 带 土 土 土 路 缘 带 2%3% 截水沟6060 7.5号浆砌片石 2% 150 150 60 60 1007523752507550 图图 5.1 横断面组成横断面组成 5.1.2 横断面设计要素的确定 路基横断面应根据公路等级、技术标准，充分考虑公路所在地的地形、地质、水 文、填挖等具体情况选用。路基横断面的典型形式，可归纳为填方路基路堤、挖 方路基路堑和填挖结合等三种类型。 按公路工程技术标准规定高速公路设计速度为 100km/h 时，整体式路基宽度 一般值为 33.5m，车道宽度为 3.75m，中间带宽度 3m，左、右侧路缘带宽度分别为 0.5m，0.5m 中央分隔带宽度 2.0m，右侧硬路肩 2.5m，土路肩 0.75m。 5.2 路基边坡设计 边坡设计主要是合理的确定路基边坡坡度。路基边坡坡度可用边坡高度 H 与边坡 宽度 b 之比值表示，并取 H=1.0。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第18页 5.2.1 路堤边坡 本设计中填方和挖方都采用二级台阶。填方边坡坡度为第一级 1：1.5，第二级 1：1.75；挖方边坡坡度为第一级 1：1，第二级 1：1.5。 5.3 路拱横坡及超高 5.3.1 路拱形式及横坡度 路拱形式采用直线形，以路中线为基点，设置双向路拱横坡，主要是为便于机械 化施工、排水和养护。 根据路面类型和当地自然条件，本设计采用 2.0的路拱横坡。路肩的设置则为硬 路肩采用与路面坡度相同的 2.0%，而土路肩，为了能迅速排出路面上的降水，路拱坡 度为 3.04。 5.3.2 超高设计与计算 合理的设置超高，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。 1. 超高的过渡方式 由于本设计的道路等级为高速公路，所以超高的过渡为有中间带道路的超高过渡。 有中间带的道路行车道，在直线路段的横断面均为以中间带为脊向两侧倾斜的路拱。 路面要由双向倾斜的路拱形式过渡到具有超高的单向倾斜的超高形式，外侧须逐渐抬 高，在抬高过程中，行车道外侧是绕中间带旋转的，若超高横坡度等于路拱横坡，则 直至与内侧横坡相等为止。本设计采用的是绕中央分隔带边缘旋转。 2. 超高过渡段长度的确定 超高缓和段的长度按下式计算： （5.1） c Bi L p 式中： 超高缓和段长度（m） ； C L B旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m） ； 旋转轴外侧的超高与路拱坡度的代数差；i 辽宁科技大学本科生毕业设计 第19页 P 超高渐变率，其值根据计算行车速度和超高过渡方式确定； 根据上式计算的超高缓和段长度应取成 5m 的整倍数，并不小于 10m 的长度。 为了行车的舒适，超高过渡段应不小于按上式计算的长度。但从利于排除路面降 水而考虑，横坡度由 2过渡到 0路段的超高渐变率不得小于 1/330，即超高不该设 置的太长。 一般情况下，在确定缓和曲线长度时，已经考虑了超高过渡段所需的最短长度， 故一般取超高过渡段长度与缓和曲线长度相等。 C L S L 本设计中，圆曲线半径均不大，因此都设置了超高过渡段。以平曲线交点一为例， 计算其超高过渡段长度。平曲线半径 R1000m，最大超高值 8，V=100km/h，查 公路路线设计规范知超高渐变率为，其基本参数如下表所示：150/1p 表 5.2 本公路基本参数表 土路肩宽度(m)0.75 硬路肩宽度(m)3 外侧路缘带宽度(m)0.5 行车道宽度(m)8.25 内侧路缘带宽度(m)0.5 路拱横坡度2% 路肩横坡度3% 若令 Lc=Ls,则 c Bi p L 0.07 180 5 . 075. 335 . 0 0.0035 1/175P 1/330,满足要求，故该处超高缓和段与缓和曲线长度相等，即在缓和 曲线全长范围内连续超高。 3. 超高值的计算 有中间带的公路的超高方式有三种：绕中央分隔带边缘旋转；绕各自行车道中心 辽宁科技大学本科生毕业设计 第20页 旋转；绕中间带中心旋转。 本路段采用绕中央分隔带边缘旋转，即：将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋 转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。在超高过 程中，内外侧同时从超高缓和段起点开始绕各自旋转轴旋转，外侧逐渐抬高，内侧逐 渐降低，直到 HY(或 YH)点达到全超高。绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式如表 表表 5.3 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算式绕中央分隔带边缘旋转超高值计算式 超高位置计算公式行车道横坡值 C x ibBb)( 21 外侧 D0 zy xz c ii ixi L D0内侧 C xx ibbBb)( 21 z c zy x ix L ii i 式中： B行车道宽度； 内侧路缘带； 1 b 外侧路缘带； 2 b 路基加宽值，因为本公路无加宽所以为 0； x b 路拱横坡度； z i 圆曲线超高横坡度。 y i 超高计算点位置见图 5.4： bb b bB iCiDj G J2J1 2 1 ijC iGD bJ1J2bB1b b2 图图 5.2 超高计算点位置图超高计算点位置图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第21页 以平曲线一上距离超高缓和段起点距离为 50m 的点为例，计算外侧超高位置处， 点 C 的超高值： 0.004 zy xz c ii ixi L %250 145 %5%2 则点 C 处的超高值为： （0.75+8.25+0.5）0.0040.038m x ibBb)( 21 5.4 挡土墙设计 挡土墙是为了防止土体坍滑而修筑的，主要承受侧向土压力的墙式建筑物，用于 支承路堤填土或路堑边坡。路基在下列情况宜修建挡土墙： 1. 陡坡路段或岩石风化的路堑边坡路段； 2. 需要降低路基边坡高度以减少大量填方、挖方的路段； 3. 增加不良地质路段边坡稳定，以防止产生滑坡； 4. 防止沿河路段水流冲刷； 5. 节约道路用地、减少拆迁或少占农田； 6. 保护重要建筑、生态环境或其他需要特殊保护的地段。 衡重式挡土墙的墙辈可视为凸折式的上下墙之间设一衡重台，利用衡重台上填土 的重力作用和全墙重心的后移，增加墙身稳定，减小断面尺寸而节约工程数量。因墙 面陡直，下墙背仰斜，地面横坡较陡时可降低墙高，同时也可减少基础开挖工程量。 衡重式挡土墙可用于山区。又由于本设计路段的路基填方较高，有必要设置挡土墙以 降低路基边坡高度，增加路基稳定性，防止滑坡。所以在 K0+665.029K0+931.456 和 K1+061.122K1+420.531 段设置了衡重式挡土墙。 6 排水设计 路基施工和养护均需一定的水分，但是路基和路面周围的水应当严格的控制，该 设计路段地处本溪地区，为东部温润季冻地区，由于深挖路堑多，如果侵入路基的水 分过多，土基含水量过大，便会引起土质松软，强度降低，发生边坡坍塌、冻胀、翻 辽宁科技大学本科生毕业设计 第22页 浆等病害，从而降低道路的使用性能，大大降低道路的使用年限。为更好的了解排水 设计，本设计详细的整体排水规划选择了 K0+000K1+000 路段进行设计。 6.1 路面表面排水 路面表面排水的主要任务是迅速把降落到路面和路肩表面的降水排走，以免造成 路面积水而影响行车安全。 首先考虑采取的是通过路面和路肩的横向坡度向路基两侧横向排流，在路线有纵 坡时，则为沿合成坡度斜向排流。当路基横断面为路堑时，横向排流的表面水汇集于 边沟内。当路基横断面为路堤时，可采用让路面表面水以横向漫流形式向路堤坡面分 散排放。 在汇水量不大，路堤不高，路线纵坡不大，坡面冲刷能力强的情况下，应优 先采用横向漫流分散排放的方式5。 6.2 沟渠设计 6.2.1 边沟设计 设置在挖方路基的外侧以及填土高度较低的路堤坡脚外侧的纵向人工沟渠，称之 为边沟。其主要功能在于汇集和排出路基范围内和流向路基的少量地面水。 1边沟的断面形式。常用的有梯形、矩形、三角形和流线型等几种形式。本设计， 采用梯形边沟，边沟采用浆砌片石防护。 2边沟的断面尺寸。参照公路排水设计规范规定公路的边沟深度不得小于 0.4m，本设计中的边沟深度采用 0.6m，底宽取 0.6m。 3边沟的纵坡和长度。为了保证边沟能迅速地排水，边沟纵坡一般与路线纵坡一 致，平坡路段，边沟宜保持不小于 0.5%的纵坡。在工程困难地段宜不得小于 0.3%，但 边沟口间距宜缩短。 4边沟的出水口。边沟水流流向路堤坡脚处，纵坡一般较陡。当边沟底到填土坡 脚高差过大时，应结合地形和地质条件采取下列措施：设置排水沟将路堑边沟沿出水 口处的山坡引向路基范围以外，不直接冲刷填方路基。边沟的水可由排水沟引向天然 沟渠6。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第23页 0.6m 碎落台 0.6m 1:1 1:1 路面 1:1 0.6m 图图 6.1 边沟示意图边沟示意图 6.2.2 排水沟 排水沟主要是用于排除来自边沟、截水沟、或其他水源的水流，并将其引至路基 范围以外的指定地点，排水沟的设置，必须结合地形等条件，因势利导，离路基尽可 能远些，平面上力求短捷平顺，以直线为宜，必须转向，尽可能采用大半径，徐缓改 变方向；距路基一般不宜小于 3m-4m；纵面上控制最大最小纵坡，以 1%-3%为宜8。 辽宁科技大学本科生毕业设计 第24页 6.3 涵洞 圆管涵具有就地取材，造价低，易施工，结构坚固寿命长，自重及超载潜力大的 优点，所以大部分形式均采用钢筋混凝土圆管涵形式。本设计所取标准跨径分别为 1.5m。 本设计中涵洞的位置以及孔径见表 6.1 所示： 表 6.1 涵洞一览表 序号涵洞位置结构类型交角（）洞底标高 1K0+310.429 钢筋混凝圆 管涵 90954.956 2K0+498.495 钢筋混凝圆 管涵 90 956.559 3K0+687.341 钢筋混凝圆 管涵 68967.100 4K1+250.759 钢筋混凝圆 管涵 90 940.129 5 K2+525.429 钢筋混凝圆 管涵 90 964.390 6K2+884.845 钢筋混凝圆 管涵 90 973.437 下面以 K2+022 处钢筋混凝土圆管涵为例，具体介绍一下有关尺寸： 辽宁科技大学本科生毕业设计 第25页 4 0 沥 青 麻 刀塞 缝 2 6 0 0 30 150 94.853 2 5 0 30 306040 130 105 7530 45 1515 70 21040 40 1510 9040 图图 6.3 圆管涵设计图圆管涵设计图 辽宁科技大学本科生毕业设计 第26页 7 路面设计 沥青路面结构设计包括原材料选择、设计参数的测试、路面结构组合与厚度计算 等内容。路面设计应根据使用要求及气候、水文、土质等自然条件密切结合实际情况， 进行路面的总体设计。在满足交通量和使用要求的情况下应遵循因地制宜、方便使用 的原则。结合当地条件，尽量作到经济合理、安全可靠。 7.1 路面等级与路面类型选择 沥青路面等级、面层类型的选用应根据公路等级与使用要求、设计年限内标准轴 载的累计当量轴载等因素，按下面的表与下面的计算来确定。 7.1.1 轴载分析 路面设计以双轮组单轴载 BZZ-100KN 为标准轴载。 表 7.1 各种车型的轴载情况表 车 型前轴重 （KN） 后轴重 （KN） 后轴数轮组数后轴距(cm)交通量 (次/日) 解放 CA10B19.4060.851双 - 800 东风 EQ14023