交通土建毕业设计（论文）-芜湖至铜陵高速公路第五标段设计.doc

全套图纸加扣3012250582目录前言11 设计介绍21.1 地形地貌及其他条件21.2 路线设计情况21.3 道路设计标准22 选线、定线32.1 选线、定线33 平面设计43.1 拟定相关数据43.2 转角、间距的计算43.3 几何要素及主点里程桩号的计算53.3.1 JD1的计算、测设53.3.2 JD2的计算、测设63.4 直线上桩坐标举例计算63.5 曲线中桩坐标计算74 纵断面设计114.1 拟定相关数据114.2 曲线要素计算114.2.1 坡度计算114.2.2 变坡点要素计算114.3 设计高程计算124.4 平、纵组合设计134.4.1 组合要求134.4.2 绘制纵断面图135 横断面设计145.1 相关组成及尺寸的确定145.2 路肩坡度、超高和路拱的设计145.2.1 超高的验算145.2.2 超高的过渡方式选择145.2.3 超高值的计算155.2.4 JD1处超高计算155.3 道路建筑界限与道路用地165.3.1 道路建筑界限165.3.2 道路用地165.3.3 绘制横断面图176 路基设计186.1 路基的形式186.1.1 断面形式186.1.2 路基宽度186.1.3 边坡坡度186.2 土石方量的计算196.2.1 横断面面积计算196.2.2 土石方数量的计算196.3.2 路基填料要求206.3.3 取土与弃土方案206.3.4 基底处理216.3.5 路基防护与加固217 路面设计227.1 层次、类型227.1.1 结构层次227.1.2 路面断面类型227.2 路面结构设计227.2.1 设计资料227.2.2 结构组合与材料选取237.2.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度237.3 轴载换算237.3.1 计算累计当量标准轴载数247.4 轴载计算257.4.1 轴载当量换算257.5 设计弯沉值的确定 267.6 材料容许层底拉应力的确定277.7 路面结构层厚度的计算287.7.1 允许弯沉值 287.7.2 相关参数、系数 297.7.3 确定设计层厚度297.8 拉应力验算307.8.1 沥青混凝土面层层底拉应力验算307.8.2 中粒式沥青混凝土层层底拉应力验算307.8.3 粗粒式沥青混凝土层层底拉应力验算317.8.4 沥青稳定碎石层层底拉力317.8.5 水泥稳定碎石层底拉应力328 公路排水设计338.1 路基排水338.1.1 边沟设计338.1.2 截水沟设计338.1.3 排水沟设计338.2 路面排水348.2.1 路表排水348.2.2 中央分隔带排水349 附属设施设计359.1 涵洞设计359.2 挡土墙设计359.3 中间带开口的设置359.4 绿化359.4.1 中间带绿化359.4.2 路基边坡、护坡道的绿化359.4.3 隔离设施的绿化美化359.5 交通安全设施359.6 交通服务设施3510 施工组织3610.1 编制依据3610.2 工程概况3610.2.1 简介3610.3 路基施工3610.3.1 填方路基3610.3.2 挖方路基3710.4 路面施工3710.4.1 路面垫层3710.4.2 路面基层3810.4.3 路面面层施工3810.5 施工进度3810.5.1 进度安排3810.5.2 施工进度图3910.6 平面布置4010.6.1 施工平面总图4010.7 资源需求4110.8 措施4410.8.1 质量保障措施4410.8.2 工期保障措施4410.8.3 安全措施4410.8.4 环境保护措施4510.8.5 消防、施工管理措施4511 概、预算编制4611.1 工程预算 46结论47致谢48参考文献.49附录A.50附录B.60附录C.69 全套图纸加扣3012250582前言按照高速公路设计一般方法和步骤进行设计，本设计采用新的标准与规范，并结合具体的施工图、地物地貌和自然环境以及气候等条件设计完成。本设计的选线过程，考虑了地形图上的地物、地貌，主要是平原微丘区，图纸上的山比较少，影响选线的因素主要是路线走向上的村庄和池塘等，经过确定路线带、选出多条路线、方案的比选等过程，最终确定出一条技术上可行、经济上合理、能符合技术标准、满足使用要求的道路中心线。在平面设计上，考虑到路线走向上的池塘和村庄等障碍物，尽量远离这些障碍物，以保证该高速公路的成本的控制，当然在路线的的走向上还是不可避免的需要一些障碍物的拆除，这是通过比选出的最佳方案，是不可避免的。而在纵断面设计中，是取得每个50m一个桩号，在地面图上进行地面标高的读取并记录，以便画出纵断面图。本设计是按照自己在大学期间所学的相关内容，以及自己在江西中铁十四局项目部实习经验，进行设计的。设计过程大致可分为道路中心线的选择、平面设计、纵断面设计、横断面的设计、路基路面的设计和施工组织与概预算及其他相关内容等。由于专业、知识面的不富裕，经验的贫乏，在过程之中，可能存在不满意之处，望见谅。1 设计介绍 1.1 地形地貌及其他条件本设计原始资料有地形图纸一份，相关路段的地形、气候、自然环境、土壤水文条件等，该设计路段，在道路中心线走向上的地形山区比较少，地势平坦，高程起伏不大，可视为平原微丘区。但是再路线设计方向上存在池塘、村庄等障碍物，对选线产生了限制。该标段的地形图为粘性土，地质比较稳定，不存在影响道路设计的地质条件。气候适宜，年降水量偏多。1.2 路线设计情况本设计采用两个转向不同的转折点，作为道路中心线的大致线型，根据设计标准和规范，设计的路线，两个转折点间要有一个最小直线长度，即两倍的设计车速（240m），设计起点坐标为（0,484），第一个交点坐标（1040,268），第二个交点坐标为（2000,488），终点坐标为（2530,374），起点的装号为k0+000.000,终点的装号为k2+571.240，整条道路中心线的长度是2571.240m。1.3 道路设计标准设计车速是120km/h的高速公路，车道数是双向4车道，设计年限为15年，年平均日交通量为40000辆/日。2 选线、定线 2.1 选线、定线本标段有地形图上可以看出，地形多平坦地带，且有较多的村庄和池塘等障碍物，从工程量和施工成本等方面考虑，选出一下三条方案进行比选。在选线的过程中，首先要确定路线的走向，根据地形、地貌大致绘出道路中心线方向的路线带，在路线带内确定多条可行性路线方案，根据路线的选线标准并全面考虑多种选线要素，最终确定具体路线。方案一方案二方案三方案一：此方案经过村庄较多，而且还进过2个水池，此方案除房屋三处以上处改迁外，还需多处架桥。此方案可以说穿过三个村庄，如果采用此方案进行施工，需要很多处房屋进行拆迁，增加了工程建设费用和施工量，另外，该路线经过村庄中心，不符合选线的要求。方案二：此方案没有经过水池处，而且只需三处房屋改迁，房屋改迁较少。本方案施工成本低，建设费用少，而且地形相对第三方案来说比较平坦，减少了施工量。方案三：此方案需三处房屋改迁，进过两处藕池，占用的农田较多，增加了额外的费用，不符合建设单位用最经济的价格，建设最好的共的心态或指标，最好再有严格的要求。路线形比较长，还进过大片高程大的地带，为以后施工单位施工增加了施工量。此方案建筑费用高，不宜选择此方案。综合以上的方案介绍，可以看出该标段的道路中心线的选择，故选择方案二。3 平面设计3.1 拟定相关数据 起点坐标QD（484，0）； 交点1坐标JD1（268,1040）； 交点2坐标JD2（488,2000）；终点坐标ZD（374,2530）。交点1处拟定圆曲线半径R1为1300m，缓和曲线长度为160m。交点2处拟定圆曲线半径R2为1200m，缓和曲线长度为150m。3.2 转角、间距的计算 起点QD（484，0）与交点1即JD1（268,1040）之间的计算 坐标增量x1=-216m y1=1040m QD与JD距离L=1062.194m 象限角 1= 方位角 A1=180-1=101.733 JD1（268,1040）与JD2（488,2000）之间的计算 坐标增量x2=220m y2=960m JD1与JD2距离L2=984.886m 象限角 2= 方位角 A2=2= 转 角 1-2=A2-A1= JD2（488,2000）与ZD（374,2530）之间的计算 坐标增量x3=-114m y3=530m JD2与ZD距离L3=542.122m 象限角 3= 方位角 A3= 转 角 2-3=A3-A2= 3.3 几何要素及主点里程桩号的计算 3.3.1 JD1的计算、测设 JD的坐标（268,1040）， 拟定缓和曲线长度LS为160m； 圆曲线半径长度R1为1300m， 经以上计算得到的转角=-。 p1= q1=79.8990 T1=(R1+p1)tan/2+q1=(1300+0.8205)tan24.641/2+79.899 =364.096 E1=(R1+p1)sec/2-R1=(1300+0.8205)sec24.641/2-1300 =31.484 L1=719.075 J1=9.117 JD1=k1+062.194 ZH1=JD1-T1=k1+062.194-364.096=k0+698.098 HY1=ZH1+LS=k0+698.098+160=k0+858.098 QZ=ZH1+L1/2+k0+698.098+719.075/2=k1+057.635 YH1=HZ1-LS=k1+417.173-160=k1+257.173 HZ1=ZH1+L1=k0+698.098+719.075=k1+417.173 3.3.2 JD2的计算、测设 拟定圆曲线半径R2=1200m， 缓和曲线长度LS=150m。 经计算转角=。 p2=0.78125q2=74.9023T2=(R2+p2)tan/2+q2=(1200+0.87125)tan25.046/2+74.9023 =341.708T2=(R2+p2)tan/2+q2=(1200+0.87125)tan25.046/2+74.9023 =341.708E2=(R2+p2)sec/2-R2=(1200+0.78125)sec25.046/2-1200 =30.046L2=674.5717J2=2T2-L2=2341.708-674.5717=8.844JD2=k2+037.962ZH2=JD2-T2=k2+037.962-341.708=k1+696.255HY2=ZH2+LS=k1+696.255+150=k1+846.255QZ=ZH2+L2/2=k1+696.255+674.572/2=k2+033.541YH2=HZ2-LS=k2+370.826-150=k2+220.826 HZ2=ZH2+L2=k1+696.250+674.572=k2+370.826 3.4 直线上桩坐标举例计算 JD1处ZH点坐标计算 XZH=X+T1cos(A1+180)=268+364.096cos(101.733+180) =342.040YZH=Y+T1sin(A1+180)=1040+364.094sin(101.733+180) =683.511 JD1处HZ点坐标计算 XHZ=X+T1cosA2=268+364.096cos(77.093) =349.330 YHZ=Y+T1sin(A2)=1040+364.096sin(77.093) =1394.896 QD至JD1上k0+500.000点的坐标 Xk0+500.000=X+(T1+ZH1-L)cos(A1+180) =268+(364.096+698.098-500.000)cos(101.733+180) =382.324 Yk0+500.000=Y+(T1+ZH1-L)sin(A1+180) =1040+(364.096+698.098-500.000)sin(101.733+180) =489.553 JD1至JD2上k1+500.000点的坐标 Xk1+500.000=X+(T1+L-HZ1)cos(A2) =268+(364.096+1500.000-1417.173)cos77.093 =367.832 Yk1+500.000=Y+(T1+L-HZ1)sin(A2) =1040.000+(364.096+1500.000-1417.173)sin77.093 =1475.631 3.5 曲线中桩坐标计算 曲线上任一点切线横距 （3-1） 式中 -任一点至点的曲线长。 ZH-HY段任一点坐标 （3-2） （3-3）ZH-HY装号k0+750.000坐标计算 l=750.000-698.098=51.902 51.902-=51.902 X = =331.595Y = =734.352 HY-YH段内任一点坐标 （3-4） （3-5）式中 -任一点至点的曲线长 HY-YH段桩号为k1+000.000坐标计算 l=1000.000-858.098=141.902 x=141.869 X= =300.170 Y=YHY+2Rsin()sinA1+ =982.051 YH-HY段内任一点坐标 （3-6） （3-7） 式中 -任一点至点的曲线长 YH-HZ段内任一点坐标 （3-8） （3-9） -转角符号，右偏为“+”，左偏为“-”。 YH-HZ段装号为k1+350.000坐标计算l=1417.173-1350.000=67.173x=67.172X= = =334.563 Y= = =1329.367 其他各桩坐标见附表4 纵断面设计4.1拟定相关数据拟定相关数据如下表： 41数据表 41 The data table边坡点桩号 变坡点高程（m） 现状高程（m） 竖曲线半径（m）K0+000.000 34.936 37.700K1+050.000 44.017 45.200 24000K2+017.000 33.850 34.634 23000K2+571.240 39.180 38.8004.2 曲线要素计算4.2.1 坡度计算 K1+050.000与k0+000.000之间坡度i1= =0.865% K2+017.000与k1+050.000之间坡度i2= =-1.051% K2+571.240与k2+017.000之间坡度i3= =0.962%4.2.2 变坡点要素计算 变坡点1即 K1+050.000处 R1=24000 1=i1-i2=-1.051%-0.865%=-1.916%， 竖曲线为凸形。 曲线长L1=R1|1|=240001.916%=459.900切线长T1=L1/2=459.90/2=229.950 外 距E1=T12/(2R1)=1.102 变坡点2即 K2+017.000处， R2=23000 2=i3-i2=0.962%-(-1.051%)=2.013%， 竖曲线为凹形。 曲线长L2=R2|2|=230002.013%=463.006 切线长T2=L2/2=463.006/2=231.503 外 距E2=/(2R2)=1.1654.3 设计高程计算 桩号k0+925.000设计高程变坡点1桩号JD1=K1+050.000，高程44.017 起点桩号=JD1-T1=K1+050.000-229.95=K0+820.050 起点高程=44.017-229.9500.865%=42.028 k0+925.000到K0+820.050的横距x1=925-820.05=104.950 竖距h1=0.2295 切线高程=42.028+104.950.865%=42.935 设计高程=42.935-0.2295=42.706 桩号K1+175.000高程计算横距x2=1175-820.05=354.950竖距h2=2.625切线高程=45.098设计高程=45.0983-2.6248=42.473其他桩号设计高程见附表4.4 平、纵组合设计4.4.1 组合要求 该设计对线形的平、纵在现实实际的组合的要求比较严格。在设计时，要充分的考虑该设计速度，这一客观因素对组合的要求，比如在线形之间上的组合，不仅要线形看上去大方美观、经济适用，还要使线形的组合的放到实际，符合汽车的碾压痕迹等方面；在正常条件的视觉上的要求，不要出现驾驶员看不到前路、看前路困难的组合出现。在驾驶员和乘客坐在车上，行驶在该道路上，会产生哪那些心理影响，应充分的考虑驾驶汽车的人员和汽车上的坐客的心理和生理等其他方面能力等方面，以及其他不要存在的搭配设计等。如图41。 图41 平曲线和竖曲线的组合Fig.41 The articulation of the horizontal curve and vertical curve4.4.2 绘制纵断面图 所绘制的纵断面图见附图。5 横断面设计5.1 相关组成及尺寸的确定 本标段是120km/h车速的四车道的高速公路，根据相关标准、规范，可确定各组成部分尺寸如图51 图51路幅布置Fig.51 The road of arrangement5.2 路肩坡度、超高和路拱的设计根据相关规范，路拱和硬路肩横坡度相同为2.0%，为了便于排水，土路肩的坡度采用3.0%。5.2.1 超高的验算 本路段平曲线处设置超高公式。 (5-1) 由上式可看出，最大时值取最小。 第一平曲线处，R1=1300m。 ihmax=0.872%10% 第二平曲线处，R2=1200m。 ihmax= =9.449%10% 故拟定的平曲线半径均符合要求。5.2.2 超高的过渡方式选择 本设计采用绕中央分隔带边缘旋转的过渡方式。如下图 图52 绕中央分隔带边缘旋转的过渡方式Fig.52 The edge spinning around central contract transition 5.2.3 超高值的计算 根据设计数据及公式计算超高值，计算公式及位置如53表：表51 超高计算公式Table 51 The formula of high calculation 超高位置 计算公式 x距离处车道横坡度 外 C 侧 D 0 内 D 0 侧 C 上式中C和D位置如下图。 图53 路基的宽度Fig.53 The roadbed width 5.2.4 JD1处超高计算 R1=1300m，LS=160m，查表取，ig=2%，P=，ih=5%，ij=3%。 过渡长度Lc LC= 取LS=LC=160m 验证超高渐变率： p=,符合要求。 x0= 超高缓和段内：K0+750.000处的超高为 750.000-698.098=51.902x0 外缘： hc=(b1+B+b2)ix ix= =m hc=(3.752+0.75+0.75)0.0027=0.03m 內缘: =m hc=-(b1+B+bx+b2)ix=-0.25m 其余超高值见表。5.3 道路建筑界限与道路用地5.3.1 道路建筑界限此界限的设置，如果界限设置的过大，会占用很多的用地或农田等，这样就增加了建设单位的建设成本，这不符合我国土地征用的相关政策，又浪费了国家珍贵的土地资源，所以合理安排建筑界限是必要的。5.3.2 道路用地国家对道路用地的范围越来越重视，并且颁发了相关的政策，一些农田等耕地的节约，越来越必争。不论是从哪方面考虑 ，节约道路用地是自然的，合理的使用道路用地不会触犯当前的政策和法规。本标段的地形属于平原微丘地段，地势相对平缓，可以说在道路中线的走向上没有遇到山岭或较高的高程地段 ，但是所设计的路线靠近两处村庄，而且途中经过一些池塘或农田，道路用地更要合理的规划。 5.3.3 绘制横断面图 根据设计路段地形、地貌，每隔50m设置一个里程桩，绘制出相应的横断面图。6 路基设计6.1 路基的形式6.1.1 断面形式 本设计的断面形式包括： 填方路基； 挖方路基； 半填半挖路基。6.1.2 路基宽度标准规定，车速120km/h四车道高速公路，设计宽度为28m。路基各组成及尺寸如图。 图6.2 路基宽度Fig.6.2 The roadbed width 6.1.3 边坡坡度 用1：n（路堑）或1：m（路堤）表示边坡坡率。由于本路段的土质为粉性土，故在填方路段边坡采用1:1.5，挖方路段边坡采用1:0.75。具体如图6.3： 图63 路堑与路堤Fig.63 The road revie and embankment6.2 土石方量的计算6.2.1 横断面面积计算 由于横断面地面线较规则，且横断面面积较大，采用几何图形法，计算道路的横断面面积。6.2.2 土石方数量的计算 因为相邻两端面面积A1、A2相差不大，而且填、挖方路段长度较大，所以采 用平均断面法计算土石方量，其体积计算公式为： （6-1） 式中：V体积，m3； A1、A2面积,m2； L间距,m。各桩号土石方均按此方法，计算结果见附表。6.3 路基填土、路堤与压实6.3.1 标准 道路的修建一般对路基填土的类型、填土厚度、填土的压实度等要求比较严格，特别是等级比较高的道路。 本设计是高速公路，对路基的填土和压实的要求都比较高，符合下表规定。表61 路床土最小强度和压实度要求Tab.61 The minimum intensity and compaction degree requirements of road bed soil路床土最小强度和压实度要求 路面底面 填料最小强度（CBR） 压实度（%）重型压实项目 一下深度 高速公路 二级 三、四 高速公路 二级 三、四分类 （m） 一级公路 公路 级公路 一级公路 公路 公路填方 0-0.3 8 6 5 96 95 94路基 0.3-0.8 5 4 3 96 95 94零填及挖 0-0.3 8 6 5 96 95 94方路基 0.3-0.8 5 4 3 96 95 / 注：该压实度为最大干密度的压实度。 路堤铺筑，要分层，并符合下表要求：表62 路堤压实度Table 6 2 The embankment compaction路堤压实度填挖 路面底 压实度类型 面以下深 高速公路 二级 三级 度（m） 一级公路 公路 公路上路堤 0.8-1.5 94 94 93下路堤 1.5以下 93 92 906.3.2 路基填料要求 1 路床填料应差不多、合适，顶面横坡与路拱横坡相标应。 2 路床选料大小应小于100mm。 3 路基选用粗料，如砾石、砂砾等，且小于150mm。6.3.3 取土与弃土方案 对于“挖余”土，如果运距在经济运距范围之内，则调至临近断面利用；否则弃土废方。对于“填缺”土,运距小于所计算的经济的、免费的运距，从附近断面调土，否则从路外借土。6.3.4 基底处理本设计路段地势平坦，起伏不大，基底的处理不需要挖成台阶等工程，只需将基底的一些废弃物、树根草皮和软土等清除即可。6.3.5 路基防护与加固 本设计路基坡面防护采用方式如下： 1 植物坡面防护，可防下雨时路破土落下，破坏路基； 2 矿料防护，对路基其防落紧固作用。一些湿软地基处加固方式如下： 1 换硬土填实，可是路基更固实。 2 碾压夯实，开始前，用力压实。 3 土工格栅，采用技术固结。 4 振动挤密。7 路面设计7.1 层次、类型本路段可看作平原微丘区高速公路，采用沥青混凝土路面。7.1.1 结构层次 本设计路面结构层次如下图 图7-1 结构断面图Fig 7-1 The section of structure in road surface7.1.2 路面断面类型 1-路面结构 2-行车道沥青面层 3-路基 4-路肩基层 5-垫层 6-行车道坡度 7-路肩横坡 图7-2 路面结构Fig.7-2 The structure of the road surface7.2 路面结构设计7.2.1 设计资料 根据相关设计要求及规范查得资料如下：本设计交通量年平均增长率为6%，公路自然区划为区，路槽底距地下水位的高度H2=1.4m。路基高度为1.5m,路基土属中湿类路基，其分界稠度建议取值， 。本设计交通量调查资料：表71 交通量调查资料Tab.71 The data of traffic survey车型 前轴重（KN） 后轴重（KN） 后轴数 辆/日 跃进NJ230 23.70 69.20 1 620解放CA10B 19.40 60.85 1 960黄河JN150 49.00 101.60 1 420长征XD250 37.80 272.60 1 350 依土姿TD50 42.20 90.00 1 1600菲压特650E 33.00 72.00 1 310太脱拉138 51.40 280.00 2.2 627.2.2 结构组合与材料选取采用三层式沥青混凝土面层，表层采用细粒式、中粒式、粗粒式沥青混凝土，厚度分别为50mm、60mm、90mm。7.2.3 各层材料的抗压模量和劈裂强度 查得各结构层材料的参数，并已参照规范拟定出数据如下。见表72。表72 结构组合参数Table 72 The parameters of combination structure 层次材料名厚度(cm)抗压回弹模量强度劈裂（Mpa）15C模量20C模量细粒式沥青混凝土5200014001.4中粒式沥青混凝土6180012001.0粗粒式沥青混凝土9120012000.8沥青稳定碎石 待定140012000.8水泥稳定碎石20130013000.5煤、矿渣157.3 轴载换算 采用BZZ-100标准轴载计算。标准轴载的计算参数按表7-3确定。表7-3 标准轴载计算参数Table 7-3 The calculations of standard axle load标准轴载名称 BZZ-100 标准轴载名称 BZZ-100标准轴载P（KN） 100 单轮当量圆直径d（mm） 21.30轮胎接地压强P（Mpa） 0.70 两轮中心距（cm） 1.5d74 轴载换算结果Tab. 74 The results of axle load conversion车型 （） （次/日） 前轴 23.70 1 1 620 跃进NJ230 后轴69.20 1 1 620 124.98 前轴19.40 1 1 960 0.77 解放CA10B 后轴60.85 1 1 960 110.61 前轴49.00 1 1 420 18.86黄河JN150 后轴101.60 1 1 420 450.03 前轴37.80 1 1 350 5.08长征XD250 后轴272.60 1 1 350 1772.65 前轴42.20 1 1 1600 37.52依土姿TD50 后轴90.00 1 1 1600 1011.75 前轴33.00 1 1 310 2.49 菲压特650E 后轴72.00 1 1 310 74.26 前轴51.40 1 1 62 3.43 太脱拉138 后轴280.00 1 2.2 62 478.98 N 4665.41 7.3.1 计算累计当量标准轴载数设计年限内一个车道通过的累计当量标准轴次数： （7-1）