二级公路设计-毕业设计说明书

毕业设计（论文） I 二级公路设计二级公路设计 学院（系） ： 专业班级 ： 学生姓名 ： 指导老师 ： 毕业设计（论文） II 目目录录 摘摘要要 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 AbstractAbstract错误！未定义书签。错误！未定义书签。 1 1 绪论绪论.1 1 1.11.1 中国公路的发展状况中国公路的发展状况 1 1.21.2 选题的意义选题的意义.1 1.31.3 项目概况项目概况.2 1.41.4 材料供应材料供应.3 2 2 平面设计平面设计.4 4 2.12.1 公路等级的确定公路等级的确定.4 2.22.2 设计行车速度的确定设计行车速度的确定 4 2.32.3 选线设计选线设计.5 2.42.4 平曲线要素值的确定平曲线要素值的确定 6 3 3 纵断面设计纵断面设计.1111 3.13.1 纵断面设计的原则纵断面设计的原则 1111.11 3.23.2 纵坡设计的要求纵坡设计的要求 1111.11 3.33.3 纵坡设计的步骤纵坡设计的步骤.12 3.43.4 竖曲线设计竖曲线设计.12 3.53.5 方案比选方案比选.14 4 4 横断面设计横断面设计.1515 4.14.1 横断面设计的原则横断面设计的原则 1111 15 4.24.2 超高的确定及过渡方法超高的确定及过渡方法 16 4.34.3 超高值的计算超高值的计算.18 4.44.4 路基设计的内容路基设计的内容.18 4.54.5 横断面的绘制横断面的绘制.19 6 6 路面设计路面设计.2020 6.16.1 路面设计的原则路面设计的原则.20 6.26.2 路面设计步骤路面设计步骤.20 6.36.3 路面设计路面设计.21 7 7 结构物设计结构物设计.3333 7.17.1 挡土墙设计挡土墙设计33 7.27.2 桥涵设计桥涵设计37 7.37.3 路基防护与加固设计路基防护与加固设计. 37 8 8 设计总结设计总结.3939 毕业设计（论文） III 致致谢谢.4040 参考文献参考文献.4141 毕业设计（论文） 1 1 1 绪论绪论 1.11.1 中国公路的发展状况中国公路的发展状况 几十年来，我国公路建设已取得巨大成就。回顾我国公路发展历程，对比世界公路发 展趋势，可以认为，我国公路交通正处于扩大规模、提高质量的快速发展时期。但是，由 于基础十分薄弱，我国公路建设总体上还不能适应国民经济和社会发展的需要，与发达国 家的先进水平相比还有较大差距。 因此，为逐步实现我国交通运输现代化的总体战略目标，按照道路的使用功能和交通 需求，重点提高在技术领域的研究，发展道路建设的经济性，耐久性，并重点考虑道路建 设的可持续性，防污，防噪，及生态平衡性，这都将是在今后一段时间内中国道路发展要 着重解决的问题。 1.21.2 选题的意义选题的意义 公路交通是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志，是国民经济发展、社会 发展和人民生活必不可少的公共基础设施。公路建设的发展速度对于促进国民经济的发 展，拉动其他产业的发展具有非常重要的意义。高等级公路在中国内地的出现和发展走过 了几十年的历程，在今天，高等级公路和全国公路网正在为中国经济和社会的发展提供着 便捷、和高效率的运输服务。 孝襄高速公路是我国西部大通道之一的银（川）武（汉）大通道的重要组成部分，同 在建的襄荆，沪蓉高速公路形成了一个覆盖湖北省 70%GDP 的“大三角经济圈”。武汉， 十堰，宜昌是湖北省的三个重要工业城市，形成一个“大三角”；武汉，襄樊，荆州这三 个城市围成的“小三角”又是湖北省的粮，棉产区和鱼米之乡。无论是“大三角”还是“小 三角”，孝襄高速公路都是它们不可缺少的一边。孝襄高速公路把湖北省这些经济最发达 的城市和地区“环”起来，形成了带动湖北经济繁荣，社会发展的“金三角”。从国家高 速公路网来看，孝襄高速公路是连接武汉至西安的最短连接线，必将成为国家高速公路网 规划的 18 条东西纵向线中，福州至银川的主要组成部分。与此同时，孝襄公路建成后， 将把二汽在十堰、襄樊、武汉的三大生产基地及随州汽车城连为一体，形成湖北汽车工业 走廊，对繁荣湖北经济起到举足轻重的作用。 由此可见，孝襄高速公路的修建，不论是在交通，经济，还是社会效益方面都具有很 强的使用性能，它的修建必将为国家交通事业以及经济发展做出重要贡献。 毕业设计（论文） 2 1.31.3 项目概况项目概况 1.3.1地形地质 路线总体呈现出东南低西北高的走势，跨越了两个地貌特征区。孝南、孝昌、云梦及 安陆以东路段位于江汉平原北部边缘，地形开阔平坦，为剥蚀堆积垄岗平原区，地面高程 在 2080 米之间。安陆以西及随州市境路段位于大洪山北部，地势较高，为构造剥蚀低 山丘陵区，地面高程稍高，高程在 100165 米之间。影响勘测区的河流有环水、府河、 滚子河等，勘测区内无天然湖泊，但兴建有较多的中小型水库，如清水河水库等。 设计路段所经地区地形开阔平坦， 地面高程在 25-35 米之间， 为剥蚀堆积垄岗平原区。 设计路段无不良地质路段，地层产状平缓，岩层略有起伏，部分地区形成开阔的背斜和向 斜， 断裂不甚发育，且规模较小。路线穿越区域存在 300 年左右的地震活动周期，未来 100 年发生 6 级以上强震的可能性不大，但存在发生少数 5-6 级地震的可能。路线所穿越的区 域属于华南地震长江中下游地震亚区麻城-常德地震带。孝感地区地震震级小于 4.7 级， 地震烈度小于 VI 度。 另根据湖北地震烈度区划图可知， 本项目全线地震基本烈度为 VI 度。 1.3.2气候水文 路线所处地区属于亚热带大陆季风性湿热气候，日照充足，降水丰富，四季分明，无 霜期长，多年平均降霜日 56 天，平均结冰日 52 天，均以一月份出现日数最多，年平均气 温 1517，极端最低气温-17.2，历年最高气温达 41，夏季湿热，冬季干冷，年 平均降雨量 845-1200 毫米，最大年降水量为 1245 毫米，最小年降水量为 474 毫米，相差 2.63 倍，区内洪涝及干旱等灾害均较严重，每年 6 至 8 月间多雨时期路线经过区的主要河 流及湖泊水势猛涨，其中以襄阳唐白河流域受灾最为严重，本地区年平均风速 1.53.3 米/秒，最大风速为 29.6 米/秒。 本区域雨量充沛，地表水系发育，水资源丰富，赋有多种类型地下水，主要地下水类 型有： （1）碎屑岩孔隙裂隙水包括部分河谷平原松散岩孔隙水，含水地层以白垩-第三系 分布最广，为弱富水区，包括重碳酸钙镁、钙钠型硬水-极硬水（德度 20-35）和重碳酸钙、 钙镁型软水（德度 4-8） ； （2）和岩浆岩变质岩裂隙水，含水层为元古代-下古生代变质岩 和岩浆岩，为极弱富水区，属于重碳酸钙、钙镁型软水（德度 4-8） 。沿线工程用水便利， 水质良好，属于重坦酸行水，矿化度小于 0.5 克/升，对混凝土一般不具侵蚀性。 1.3.3材料供应 （1）石料：路线所经地段为低山丘陵区，石料蕴藏丰富，石质为石灰岩。料场岩石 毕业设计（论文） 3 部分裸露，覆盖层厚 13 米，开采运输方便。沿线路两侧计有大中型料场 10 余处。大、 中型料场有孝南区公路段双峰碎石厂、孝昌县门坎岭花山碎石厂、安陆市烟店镇白兆山、 双岭等碎石厂、安陆市孛畈镇潘冲碎石厂、安陆市雷公镇曹城石长等，供应的规格，块、 片、碎石均有。但目前产量偏小，可根据需求量扩大生产规模。 （2）生石灰：本路段可用于生产石灰的石料丰富。目前，基本沿线多个石料厂均有 石灰，但产量小，生产工艺简单，质量不十分稳定。 （3）砂、砾石：沿线砂、砾石储量较为丰富，均在环水、府河沿岸砂料厂采购，河 砂较洁净，砂料品质较好。 （4）水泥：当地水泥厂主要有云梦水泥厂、孝感凤凰水泥厂，葛洲坝水泥厂等，生 产各种标号水泥。 （5）水：本项目工程用水主要取自于沿线湖泊、河中，富水期还可就近取用部分堰 塘，水源丰实可供，水区良好，运输也方便。 （6）电：本项目沿线均设有社会电网，因此工程用电 65采用电网电力，单价在社 会电价基础上增计了供电站费。考虑到社会电网保证率及工程局部电网盲区，本项目 35 用电采用自发电。 1.41.4 材料供应材料供应 本毕业设计的任务就是在教师的指导下，查阅相关的资料，独立完成孝感至安陆一级 公路（N151-N157）段的设计工作，具体内容包括研究资料，提出建设理由；道路类型， 等级论证和技术标准论证；平面设计，纵断面设计，横断面设计；路基路面和排水设计； 桥涵交叉设计；设计文件的编制和图纸绘制等。 设计资料是设计的客观依据，必须认真客观地分析。首先要对设计任务书提供的各种 资料加以理解和必要的记忆，明确对设计的影响，对工程要求、自然条件、材料供应情况 和施工条件等要有一定的了解；其次要对资料进行分析、概括和系统地整理，确定道路类 型和等级。 接下来进行路线平面、纵断面及横断面设计，以及路基路面和排水设计及桥 涵交叉设计。毕业设计要提供设计说明书，设计说明书交代设计方法和设计中的具体计算 过程。设计过程中要求绘制路线平面图，纵断面图，路基标准横断面图，典型横断面图， 横断面设计图，挡土墙设计图，路基防护设计图，路面设计图，路基排水设计图等主要图 纸，编制直线、曲线及转角表，路基设计表，路基土石方数量计算表等表格，其中一部分 图纸需要计算机绘图。 毕业设计（论文） 4 2 2 平面设计平面设计 道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平 面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。路线受到各 种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。 2.12.1 公路等级的确定公路等级的确定 交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量（既单位时间通过道路某断面的车辆 数目） ，根据对新建公路山西段近期交通量调查： 本路段现交通量为 8000 辆/日，交通量年增长率 5.3%。设计交通量计算公式： Nd=N0*(1+) n-1 Nd规划交通量； N0起始年限交通量； 年平均增长率； n预测年限。 假设是二级公路，查的其预测年限是 15 年，由上面的公式计算得到规划交通量为 16485 辆/日，而依据公路工程技术标准 JTG B012003查得二级公路的折合成小客车 的年平均日交通量为 5000-15000 辆，所以不符合。再假设为四车道一级公路，则取预测 年限为 20 年，由公式算的规划交通量为 16485，查公路工程技术标准 JTG B012003 得到四车道一级公路的折合成小客车的年平均日交通量为 1500030000，符合要求。故可 定为四车道一级公路。 从已知地形图不难看出，该段地处平原，地势平坦，局部高差小。但该区域降雨量充 沛，地表水系发达，拟建公路将至少穿越两处面积较大的湖泊水域及两条河流，由于拟建 路段对线形要求较高及对自然水域的保护，对于无法避让的地表水域将架设桥梁或涵洞通 过，尽量减少对水域的填埋及破坏。这样对平面设计就有了一定限制，此外还有一些不良 地质的处理。 2.22.2 设计行车速度的确定设计行车速度的确定 “设计车速”是在气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、 路面、附属设施等）的影响时，一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。依 据标准从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,该设计速度取中间的 80km/h 比较合适。 毕业设计（论文） 5 2.32.3 选线设计选线设计 2.3.1 选线的基本原则 11 （1）路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应 （2）在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上，选定最优路线方案。 （3）路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省，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标准。 （4）选线应注意同农田基本建设的配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经 济作物田或穿过经济林园。 （5）要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。 （6）选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。 （7）选线应综合考虑路与桥的关系 2.3.2 选线的步骤和方法 11 道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及 其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主 要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要 素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。 A 全面布局 全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起终点以及中间必须通过的据点 间寻找可能通过的路线带。具体的在方案比选中体现。 路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很 多，大致归纳起来主要有主观和客观两类。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的 路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用，我们的起终点就是由老师规定的。而客 观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文、气象等自 然条件。上述主观条件是道路选线的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。 B 逐段安排 在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场 直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多 数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。 C 具体定线 在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三 毕业设计（论文） 6 方面的因素。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。 做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合 关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。 2.42.4 平曲线要素值的确定平曲线要素值的确定 2.4.1 平面设计原则 11 (1) 平面线形应直捷、连续、顺舒，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。 (2) 除满足汽车行驶力学上的基本要求外，还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的 要求。 (3) 保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应 注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。 (4) 应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良 影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。 (5) 平曲线应有足够的长度。如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操 纵来不及调整，一般都应控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度。 2.4.2 平曲线要素值的确定 平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。当然三个也可以组合 成不同的线形。在做这次设计中主要用到的组合有以下几种： A .基本形曲线几何元素及其公式： 按直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线的顺序组合而成的曲线。这种 线形是经常采用的。例如设计中的大多数点都是应用这个的。如下图一。缓和曲线是道路 平面要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之 间的一种曲率连续变化的曲线。 标准规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级 都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车辆遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定； 增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产 生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成 1：1：1。这一 点非常 的重要，在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题，设计出来的路线非常不 协调，美观，比例严重失调，后来在老师的指导下改正了不足之处，经过改正后，线形既 美观又流畅，已经到达了要求。 在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小外还要考虑超高和加宽 的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。 毕业设计（论文） 7 图 2-1 平曲线要素计算示意图 缓和曲线切线增值 q=Ls/2Ls 3/240R2 (m) 圆曲线的内移值p=Ls 2/24RLs4/2384R3 (m) 缓和曲线偏角 0 =28.6479 Ls /R（ ） 切线长T=(R+p)tan (a/2)+q(m) 平曲线长度L=(a-2 0 )R/180 + 2Ls(m) 外距E=(Rp)sec (a/2)R(m) 校正值J=2TL(m) 毕业设计（论文） 8 a 平曲线主要参数的规定 根据公路工程技术标准 JTG B012003的规定如表 1-1： 1 表 2-1 平曲线主要参数值 公路等级一级 地形平原微丘区 圆曲线一般最小半径（m）400 圆曲线极限最小半径（m）250 平曲线一般最小长度（m）700 平曲线极限最小长度（m）140 缓和曲线最小长度（m）70 b 主要几何元素的计算 例如：方案一中的桩号 JD3： (1) 平曲线几何元素计算： 右偏 321215R=1000(m)Ls=200(m) 缓和曲线切线增值 q =Ls/2Ls 3/240R2 =200/2200 3/24010002 =99.967(m) 圆曲线的内移值p = Ls 2/24RLs4/2384R3 = 200 2/2410002004/238410003 =1.666 (m) 切线长T = (R+p) tg （a/2）+q = (1000 +1.666) tan （32.204/2） +99.967 =388.966(m) 平曲线长度L =(a-2 0 )R/180 + 2Ls(m) =（32.204-228.8649200/1000）3.141000/180+2200 = 761.882(m) 外距E = (Rp)sec a/2R = (1000 +1.666)sec (32.204/2)1000 =42.524 (m) 校正值J =2TL =2388.966761.882=16.050 (m) 毕业设计（论文） 9 (2) 平曲线主点桩号计算及校正： JD3 ：K1910.203 ZH = JD3T = (K1910.203)388.966= K1521.237 HY = ZHLs = (K1521.237)200= K1721.237 YH = HYLy = (K1721.237)361.882= K2083.119 HZ = YHLs = (K2083.119)200= K2283.119 QZ = HZL/2 = (K2283.119)761.882/2= K1902.178 JD3 = QZJ/2 = (K1902.178)16.050/2 = K1910.203 计算无误。 2.4.3 各点桩号的确定 在整个的设计过程中就主要用到了以上的三种线形，在 5.3 公里的路长中，充分考虑 了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。 在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上 放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻 直线的交点，既为路线的各个转角点（既桩号） ，并且测量出各个转角点的度数，再根据 公路工程技术标准 JTG B012003的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入 平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连 贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。各个桩号及几何元素的计算结果见直 线、曲线及转角表。 表 2.2 推荐方案路线直曲表 交点半径 缓和曲 线长度 切线 长度 曲线 长度 外距 校正 值 起点 JD2600150307.765593.24544.87422.285 JD31000200388.966761.88242.52416.050 JD41000200416.639812.50650.53120.772 终点 毕业设计（论文） 10 表 2.3 比选方案路线直曲表 交点半径 缓和曲 线长度 切线 长度 曲线 长度 外距 校正 值 起点 JD2800150316.131617.71236.42414.550 JD3800200281.625556.49822.5336.752 JD4600150299.346578.61241.86720.080 终点 毕业设计（论文） 11 3 3 纵断面设计纵断面设计 沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面，由于自然因素的影响以及经济性要 求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线，纵断面设计的主要任务就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的大小和长度，以 便达到行车安全，迅速，运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。 3.13.1 纵断面设计的原则纵断面设计的原则 1111 （1） 纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。 （2） 纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。 （3） 平面与纵断面组合设计应满足： （4） 视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 （5） 平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓 和曲线内，即所谓的“平包竖” （6） 平、纵线形的技术指标大小应均衡。 （7） 合成坡度组合要得当，以利于路面排水和行车安全。 （8） 与周围环境相协调，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并起到引导视线的作用。 3.23.2 纵坡设计的要求纵坡设计的要求 1111 （1） 设计必须满足标准的各项规范 （2） 纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡 值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。连续上坡或下 坡路段，应避免反复设置反坡段。 （3） 沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。 （4） 应尽量做到添挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造 价和节省用地。 （5） 纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。 （6） 对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突 变。 （7） 在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。 毕业设计（论文） 12 3.33.3 纵坡设计的步骤纵坡设计的步骤 （1） 准备工作：在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。里程 桩包括：路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩（50m 加桩或 20m 加桩） 、 平曲线控制桩（如直缓或直圆、缓圆、曲中、圆缓、缓直或圆直、公切点等） ，桥涵或直 线控制桩、断链桩等。 （2） 标注控制点：如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填 土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，铁路道口， 城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。 （3） 试坡：在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地 面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直坡线。反复比较各种可能的方 案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡 线，将坡度线延长交出变坡点的初步位置。 （4） 调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规 定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。 （5） 核对：选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是 否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。 （6） 定坡：经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下 来。坡度值精确到 0.1，变坡点一般要调整到 10m 的整桩号上。 （7） 设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要 素。 （8） 计算各桩号处的填挖值：根据该桩号处地面标高和设计标高确定。 3.43.4 竖曲线设计竖曲线设计 竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。设计时 充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。 标准规定： 毕业设计（论文） 13 表 3.1 竖曲线相关标准值 1 凸形竖曲线最小半径和最小长度 计算行车 速度 (km/h) 停 车 视 距 ST(m) 缓和冲击 Lmin=V 2w/3.6 视距要求 Lmin=S 2 Tw/4 采用值 Lmin 标准规定值 极限最小 半径 Rmin 一般最小半径 竖 曲 线 最 小长度 801101778w3025w36003000450070 凹形竖曲线最小半径和最小长度 计算行车 速度 (km/h) 停 车 视 距 ST(m) 缓和冲击 Lmin=V 2w/3.6 夜间行车照 明 桥下视 距 采用值 Lmin 标准规定值 极限最小 半径 Rmin 一般最小半径 801101778w1666w449w340020003000 例如： 推荐方案中的变坡点 1： (1) 竖曲线要素计算： 里程和桩号 K0+760 i1=1.11%i2=-2.83%取半径 R=9000m w= i2i1=-2.83%-1.11%=-3.94%(凸形) 曲线长 L=Rw=90003.94%=354.6m 切线长 T=L/2=354.6/2=177.3m 外距 E=T 2/2R=177.32/29000=1.746m (2) 设计高程计算： 竖曲线起点桩号=( K0+760)177.3=K0+582.7m 竖曲线起点高程=41.45177.31.11%=39.49m 竖曲线终点桩号=( K0+760) +177.3= K0+937.3m 竖曲线终点高程=41.45 -177.32.83% =36.44m 桩号为 K0+800 处： 毕业设计（论文） 14 横距 x=（K0+800）-（K0+582.7）=217.3m 竖距 h=x 2/2R=2.623m 切线高程=39.49+1.11%217.3=41.90m 设计高程=41.90-2.623=39.28m 3.53.5 方案比选方案比选 路线设计中有许多路线走向可以选择，根据已确定的路线的大概走向，综合考虑地形 状况和技术经济指标后，选定了两套方案。此地形为平原微丘区，地表水系发达，且频繁 遭遇村镇、农田、河流、湖泊、水塘等自然障碍。 （1）从线形标准角度出发。两个方案平面线形虽然均有 3 个交点，但方案一的曲线 半径稍大，平面线形方案一更为平顺。至于纵向线形方案一的都十分符合规范标准，而方 案二的虽然坡度、坡长都满足规范要求，但其坡长较方案一偏长，不利行车。 （2）从经济性的角度出发。首先从里程长度上看，方案一里程长度为 3881.919 公里， 方案二较方案一稍长，为 4000.542 公里，其成本显然要高些。再者方案一设置 4 个变坡 点，方案二只有 1 个，方案一填挖较平衡，在土石方工程的成本上较方案二要低得多。 （3）从环境保护的角度出发。方案二对多处地表水域进行填挖破坏，且与小部村落 有穿插，与高压线频繁交错。本着靠村不进村，利民不扰民的建设原则，方案一更为合理。 综合以上多个方面，结合当地人文风情，国家政策，建筑原料产地，新旧路关系等众 多因素考虑，方案一更适合拟建路段，选定方案一。 毕业设计（论文） 15 4 4 横断面设计横断面设计 道路横断面，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构成的。横 断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟等设施构成的。 4.14.1 横断面设计的原则横断面设计的原则 1111 （1）设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使 用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。 （2）路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水 设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。 （3）还应结合路线和路面进行设计。选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良 地段。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡，应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较， 以减少工程数量，保证路基稳定。 （4）沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。 （5）当路基设计标高受限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采 用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实，使路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层 及其他排水设施等。 （6）路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。 4.1.1 行车道宽度的确定 根据第二章确定下此公路的等级是一级，则由公路工程技术标准 JTG B012003 规定，设计速度为 80km/h 的四车道一级公路路基宽为 24.5m。 4.1.2 平曲线加宽及其过渡 汽车行驶在曲线上，由于各轮迹半径不同，其中以后内轮轮迹半径最小，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。 平曲线加宽值的确定： 由公路工程技术标准 JTG B012003规定，对于半径 R 250m 的圆曲线，由于其加宽值甚小，可以不加宽，R250m 的需要加宽，而设计速度为 80km/h，规定的极限圆曲线半径为 250m，我设计的所有圆曲线半径都大于 250m ，因此不 需要加宽。 4.1.3 路拱的确定 路拱是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。根据公路沥 毕业设计（论文） 16 青路面设计规范 JTJ01497规定，水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的路拱横坡度 1-2% 。考虑到本地区所处地区属于亚热带大陆季风性气候，日照充足，降水丰富，年平 均降水量 845-1200 毫米，最高降水量为 1245 毫米，最小年降水量为 474 毫米，相差 2.63 倍，区内洪涝及干旱等灾害均较严重，每年 6 月至 8 月间多雨时期路线经过区的主要河流 及湖泊水势猛涨，其中以襄阳唐白河流域守在最为严重。且暴雨对沿线影响较大，因此取 用 2%的横坡度，土路肩的排水性远低于路面，所以其横坡度取用 3%。 4.24.2 超高的确定及过渡方法超高的确定及过渡方法 4.2.1 超高的确定 1111 超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，而将路面做成外侧高于内 侧的单向横坡的形式。超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，而在缓 和曲线上则是逐渐变化的超高。因此，从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的 路段，称作超高缓和段或超高过渡段。 超高值的计算公式：ih+ u = V2/127R i 超高横坡度 u 横向力系数 V 行车速度 (km/h) R 圆曲线半径 (m) 根据规范规定，一级公路一般地区圆曲线部分最大超高值不大于 10%。且考虑到超高 横坡度与路线纵坡组合而成的坡度，即合成坡度，规范规定一级公路的最大允许合成坡度 不的大于 10.5%。结合上面的要求取超高为 4%。 4.2.2 超高的过渡 此设计公路是有中间分隔带的，采用绕中央分隔带边缘旋转的过渡方式。即将二侧行 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 持远水平状态。该方法适应各种宽度的中间带。 毕业设计（论文） 17 b j 2b j 1 b 1b 1 Bb j 1b j 2 图 4-1 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算 1111 表 4.1 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式 1111 超高位置计算公式x距离处行车道横坡值备注 外 侧 C 12 () x bBb i Gb xG c ii ixi L 1.计算结果为与设计高之高差； 2.设计高程为中央分隔带外侧边缘的高程； 3.加宽值 x b按加宽计算公式计算； 4.当 c xL时，为圆曲线上的超高值 D0 内 侧 D0 hG xG c ii ixi L C 12 () x bBb i B左侧（或右侧）行车道宽度（m）; 1 b 左侧路缘带宽度（m）; 2 b 右侧路缘带宽度（m）; X b x 距离处路基加宽值（m）; h i 超高横坡度 G i 路拱横坡度 x超高缓和段任意一点至超高缓和段起点的距离（m）. 毕业设计（论文） 18 表中仅列出了行车道外侧边缘和中央分隔带边缘的超高计算，硬路肩挖侧边缘，路基 边缘的超高可根据路肩横坡和路肩宽度从行车道外侧边缘推算。 4.34.3 超高值的计算超高值的计算 例如：在方案一中的 JD2，其桩号为 K0+762.688， G i =2%, h i =4%, c L =150m.则对于桩号 为 K0+900 这点，它到 HZ 点的距离 x=137.712m， %976. 3%2712.137 150 %2%4 igx Lc igih ix 4.44.4 路基设计的内容路基设计的内容 路基设计的基本内容，就是确定路基边坡的形状和坡度。路基边坡的形状在在本次设 计中采用了直线。在填方边坡小于 8m 时采用直线形。对于挖方边坡由于其挖方高度都比 较小，就直接采用直线形。填挖方坡度值的取用综合了当地的地形和符合规范的规定。具 体如下： （1）填方路基，当其高度不超过 20m 时，其边坡坡率不宜陡于下表中的规定值： 表 4.2 20 米以下填方路基边坡坡率值 22 填料类别边坡坡率 上部高度（H8m）下部高度（H12m） 细粒土1：1.51：1.75 粗粒土1：1.51：1.75 巨粒土1：1.31：1.5 （2）挖方路基，当其边坡高度不超过 20m 时，边坡坡率不宜陡于下表中的规定值： 毕业设计（论文） 19 表 4.3 20 米以下挖方路基边坡坡率值 22 土的类别边坡坡率 粘土，粉质粘土，塑性指数大于 3 的粘土1：1 中密以上的中砂，粗砂，砾砂1：1.5 卵石土，碎石土，圆砾土， 角砾土 胶质和密实1：0.75 中密1：1 （3）当填方高度大于 20m 时，边坡宜采用阶梯形，坡率应由起稳定性分析来确定； 当挖方高度大于 20m 时，应另行考虑，本段设计中没有这种情况。 4.54.5 横断面的绘制横断面的绘制 道路横断面的布置及几何尺寸,应能满足交通、环境、用地经济、城市面貌等要求,并 应保证路基的稳定性.本次横断面设计选择了路线的 1 公里左右来绘制，其中包括了桩号. 此段路的路基土石方数量见路基土石方数量计算表。路基设计的主要计算值见路基设计 表。 毕业设计（论文） 20 6 6 路面设计路面设计 6.16.1 路面设计的原则路面设计的原则 路面结构是直接为行车服务的结构，不仅受各类汽车荷载的作用，且直接暴露于自然 环境中，经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分，最大时 可达 50以上。因此，做好路面设计是至关重要的。 路面设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和 经济评价。 6.1.1 路面类型与结构方案设计 路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、 使用要求、 材料供应、 施工和养护工艺等，并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路 面工程量大，基垫层材料应尽可能采用当地材料，并注意使用各类废弃物。必要时，应考 虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时，应注意路面的功能和结构承载力 等是通过设计、施工、养护等共同保证的，可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类 型和结构。 6.1.2 路面建筑材料设计 路面建筑材料设计往往是路面设计中不受重视的一块内容，原因在于设计仅仅依据设 计规范或当地经验确定路面结构层次，指定各层次材料的标准规范名称。本次毕业设计运 用了大学期间所学的工程技术与材料科学知识，合理考虑了道路所在地的自然环境、材料 所在路面结构层次的功能等，论证合理地选择了材料类型和建议配比。 6.1.3 路面结构设计 路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料，运用规范建议的设计理论 和方法对结构进行力学验算。 现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面，学生应综 合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。 6.26.2 路面设计步骤路面设计步骤 本设计路面采用沥青混凝土，沥青路面结构设计有以下四步： 毕业设计（论文） 21 （1）根据设计任务书的要求，进行交通量分析，确定路面等级和面层类型， 计算设 计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值。 （2）按路基土类与干湿类型，将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长不宜小于 500m，若为大规模机械化施工，不宜小于 lkm)，确定各路段土基回弹模量 （3）可参考规范推荐结构(见规范附录 A)，拟定几种可能的路面结组合与厚度方案， 根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度，确定各 结构层材料设计参数。 （4）根据设计弯沉值计算路面厚度。对一级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基 层、底基层，应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求，或调整路面结构 层厚度，或变更路面结构组合，或调整材料配合比、提高极限抗拉强度，再重新计算。上 述计算应采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序进行。对于季节性冰冻地区的高级和 次高级路面，尚应验算防冻厚度是否符合要求。进行技术经济比较，确定采用的路面结构 方案。 设计时，应先拟定某一层作为设计层，拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基 层、底基层结构时，可任选一层为设计层，当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时， 应拟定面层、底基层厚度，以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构；当采用柔性基层、 底基层的沥青路面时，宜拟定面层、底基层的厚度，求算基层厚度，当求得基层厚度太厚 时，可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层，以减薄路面总厚度，增加结构强度和 稳定性。 对一级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力的验算。 6.36.3 路面设计路面设计 6.3.1沥青路面结构设计标准 现行公路沥青路面设计规范的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制 指标、对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。 6.3.2 累计当量轴次计算 (1)轴载换算 44 A 当以设计弯沉值为指标以及验算沥青层层底拉应力时 凡轴载大于 25KN 的各级轴数（包括车辆的前、后轴）的轴载换算系数 4.35 112( /) i NC C PP 毕业设计（论文） 22 B 当进行半刚性基层层底拉应力验算时 凡轴载大于 50KN 的各级轴数（包括车辆的前、后轴）的轴载换算系数 8 112( /) i NC C PP (2)累计当量轴次 44 Ne=(1r) t1365N 1/r Ne设计年限内一个车道上的累计当量轴次（次） t设计年限，15 年 N1路面竣工后第一年的平均日当量轴次（次/d） r设计年限内交通量的平均年增长率 5.3% 车道系数，取 0.45 6.3.3 轴载分析 (1)以弯沉和沥青混凝土面层层底拉应力为计算指标的累积当量轴次： 表 6.1 以弯沉和沥青混凝土面层层底拉应力为计算指标的轴载换算 弯沉轴载换算结果表 车型 i p（kn） 1 C 2 C i n 4.35 12 (/) ii C C n pp 解放 CA10B前轴19.416.4 后轴60.8511 东风 EQ140前轴23.716.4 后轴69.211 黄河 JN150前轴4916.4 后轴101.611 长征 XD980前轴37.116.4 后轴72.652.21 长征 CZ361前轴47.616.4 后轴90.72.21 北京 BJ130前轴13.416.4 后轴27.3511 跃进 NJ130前轴16.216.4 后轴38.311 渝州 130前轴13.416.4 后轴27.3511 日野 KB211前轴47.516.4 后轴10011 日野 KL400前轴2816.4 后轴6611 毕业设计（论文） 23 依士滋 TD50前轴42.216.4 后轴8011 依士滋 TD70前轴4516.4 后轴10511 三菱 T653EL前轴25.516.4 后轴55.911 吉尔 164前轴2116.4 后轴61.511 依发 H3A前轴22.216.4 后轴48.611 斯蒂尔 380前轴2916.4 后轴6211 扶桑 FU102N前轴4416.4 后轴852.21 延安 SX161前轴54.6416.4 后轴91.252.21 太脱拉 111前轴38.716.4 后轴742.21 太脱拉 138前轴51.416.4 后轴802.21 合计 1 N4265.592 25KN 的轴载忽略不计 累计当量轴次： Ne=(1r) t1365N 1/r =(10.053) 1513654265.5920.45/0.053 =15464339次。 (2)以验算半刚性基层层底拉应力为指标的累积当量轴次： 表 6.2 以验算半刚性基层层底拉应力为指标的的轴载换算 弯沉轴载换算结果表 车型 i p（kn） 1 C 2 C i n 8 12 (/) ii C C n pp 解放 CA10B前轴19.4118.5 后轴60.8511 东风 EQ140前轴23.7118.5 后轴69.211 黄河 JN150前轴49118.5 后轴101.611 长征 XD980前轴37.1118.5 毕业设计（论文） 24 后轴72.6531 长征 CZ361前轴47.6118.5 后轴90.731 北京 BJ130前轴13.4118.5 后轴27.3511 跃进 NJ130前轴16.2118.5 后轴38.311 渝州 130前轴13.4118.5 后轴27.3511 日野 KB211前轴47.5118.5 后轴10011 日野 KL400前轴28118.5 后轴6611 依士滋 TD50前轴42.2118.5 后轴8011 依士滋 TD70前轴45118.5 后轴10511 三菱 T653EL前轴25.5118.5 后轴55.911 吉尔 164前轴21118.5 后轴61.511 依发 H3A前轴22.2118.5 后轴48.611 斯蒂尔 380前轴29118.5 后轴6211 扶桑 FU102N前轴44118.5 后轴8531 延安 SX161前轴54.64118.5 后轴91.2531 太脱拉 111前轴38.7118.5 后轴7431 太脱拉 138前轴51.4118.5 后轴8031 合计 1 N2573.286 50KN 的轴载忽略不计