交通土建毕业设计（论文）-铜汤路四标段高速公路设计.doc

全套图纸加扣 3012250582前言此次毕业设计的题目是铜汤路第四标段高速公路设计，根据当地的地形和地质条件，以及道路设计的规范和理论，采用最新的道路设计理念，严格编写而成。本设计以安徽省的气候、地质等资料为依据绘制地形图一张，比例为1:2000，根据本专业毕业设计大纲的要求，对收集和借阅的资料进行分析、整理，听取指导老师的建议和意见，自己进行独立的思考，最终编制而成。本设计主要包括以下部分:一、地形图及道路的原始资料；二、道路选线及方案比选；三：道路的平、纵、横断面设计；四：道路的路基设计；五：道路的路面设计；六：道路的排水设计；七、施工组织设计；八：概预算的编写。最后是对本设计的总结、相关的参考文献及附表。本设计中用到的相关指标都是按照公路工程技术标准要求的规范值所选定。由于缺乏相关的工作经验，对实地情况不是十分了解，在设计过程中难免有不足和疏漏，望老师批评指正！111 原始资料本设计的原始资料是根据安徽省当地的地形、气候、地质等资料为依据绘制的比例为地形图一张，比例为1:2000。设计的主要内容有：道路选线及方案比选、道路的平、纵、横断面设计、路基路面设计、道路排水设计、施工组织设计、工程概预算等。1.1 自然条件铜汤高速公路路线的起点为铜陵长江大桥，经过一处村庄，接汤屯高速公路，全长116.5公里，经过四个县区，为全封闭山岭高速公路。此工程是安徽省南北纵向连接外省的重要路段，也是安徽省两山一湖重要的旅游要道。1.2 地形地质条件1.2.1 地形地貌 铜汤高速公路第四标段路经地区地形总体完美，较为平坦。途经地区大部分为旱田。在。全程地形略有起伏，大体呈现为凸-凹-凸-凹，但是总体高差不大。1.2.2 地质条件沿线多为田地，因此无不良地质状况，但由于农田较多，对软土地基的处理需格外注意。1.3 路线状况 本设计的高速公路设计车速为100km/h，地形图的比例尺为1:2000，起点坐标为（440.000,0.000），终点坐标为（36.000,2854.000）总里程2998.588km，依据规范要求，共设计两个平曲线。1.4 公路设计技术标准确定根据公路工程技术标准，公路设计主要技术标准见表1-3。 表1-1 高级公路（设计车速100km/h设计参数表）Table 1-1 senior highway design parameters (design speed of 100 km/h) 指标名称规范值设计车速 100km/h圆曲线一般最小半径700 m 圆曲线极限最小半径400 m设超高圆曲线极限最小半径，2%5250m缓和曲线最小长度85m平曲线最小长度 170m同向曲线最小长度，车速6倍 600m反向曲线最小长度，车速2倍 200m公路最大纵坡4%公路最小纵坡0.5%平曲线最大超高8%凸型竖曲线一般最小半径 10000m凸形竖曲线极限最小半径6500m凹型竖曲线一般最小半径4500m凹形竖曲线极限最小半径3000m纵坡最小长度300m缓和坡段最大纵坡3%路拱横坡度2%中间带宽度3.5m右侧硬路肩宽度一般值3.0m土路肩宽度0.75m最大直线长度2000m停车视距160 m2 选线与定线2.1 影响道路选线的主要因素： 在选择道路路线时，有诸多影响因素，因此必须加以综合考虑。本设计的线路在图纸上多表现为平原梯田。在本次设计的道路选线工程中，主要考虑高压线路、田地和居民区对道路的影响，以及对耕地占用问题，在设计中主要考虑线形的平滑流畅及道路的长短等因素。2.2 选线原则1.多个方案进行比较选择，在设计过程中，用先进的手段对选择的路线做详细的研究，通过方案的论证，比较，选择最佳路线方案。2.设计出来的路线应尽量满足行车的舒适性的前提下，综合考虑造价与营运、管理、养护费用之间的关系。3.选线应尽量配合当地的农田建设，能少占土地尽量少占，最好不要和高压线相交，如果实在无法避开，保证交角大于。4.选线应与周围的环境景观相协调，注意保护自然生态。5.选线必须做好对当地工程地质和水文地质的勘察，搞明白他们对道路工程施工的影响。2.3 选线方案及方案比选方案一：路线的起点为K0+000.000,在K0+400.000处通过一段丘陵地带，路线在K0+861.161处左拐，在K1+230.000处有一较小的水塘，在K1+910.250处有一条较小的水沟，路线在K2+201.781右拐，路线所经地段多为田地，地势较为平坦，在K2+2988.588达到终点，全长2998.588m。优点：线形流畅，不通过村庄，对当地的生态破坏较小，地势平坦，工程量较小。缺点：由于当地理环境和地质条件的客观因素，道路会经过大量的田地。方案二：路线起点为K0+000.000，起点200m处通过一处村庄，在第一个交点处经过一处较大型水库，在第二个交点300m处经过一个水塘。优点：线形优美，对当地的人文、地理环境破坏较小。缺点：路线较长，由于经过一处较大的水库，可能涉及到架桥等问题，增加了工程难度。 方案三：路线的起点为K0+000.000,路线经过两处水塘，并在接近终点时会通过一片松林和附近的一处村庄。 优点：经过几处村庄，有助于带动当地的经济发展。 缺点：经过的水塘较多，需要处理，增加了成本。 三个方案比较来看，方案一最大程度的减少了对当地环境和生态的破坏，线形较为流畅，需要填的水塘较少，有效控制了资金成本。通过综合考虑，方案一为最优线路，本设计选用的设计路线为路线一。2.4 定线定线是公路设计过程中很重要的一步，道路定线分为纸上定线和实地定线两种，本设计采用纸上定线。 现就纸上定线的工作步骤阐述如下： （1）拟定路线 在大比例地形图上，仔细研究路线布局，根据各个控制点的地形、地质情况，选择较为有利的路线。 （2）绘匀坡线 根据等高间距及选用的平均坡度，计算等高线平距。 （3）定导向线 全面考虑设计中对平面线形的要求，绘制一系列直线，依次延长直线直至相交，以此做为路线导向线。（4）绘平曲线 读取交点坐标计算交点间距，初步确定圆曲线半径和曲线长度，计算曲线要素及里程桩号。（5）定线 检查各个指标是否满足规范要求，平曲线位置是否合适。3 平面设计3.1 道路平面线形设计原理3.1.1 路线道路的几何组成由平面、纵断面和各个横断面组成。通常把路线设计分为平面设计、纵断面设计和横断面设计，三者独立进行，但有着密不可分的关系，在实际设计中应加以综合考虑。3.1.2 平面线形设计的基本要求在路线的设计过程中，需优先考虑汽车的行车轨迹和平面线形要素。本设计是计算行车速度为100km/h的一级公路。查公路工程技术标准1得到平面设计相关规范值如下：表3-1 规范值表Tab.3-1 The standard value table指标名称规范值（m）圆曲线一般最小半径700圆曲线极限最小半径400不设超高最小半径4000停车视距160缓和曲线最小长度85平曲线最小长度1703.2 平面线形要素3.2.1 直线(1) 直线一般要素 长直线在设置时需注意以下几个方面：a 为了防止长直线和坡度较大导致汽车的超高速行驶，长直线的纵坡不宜过大；b 长直线与大半径凹形竖曲线相结合较为合理，以使曲线更加缓和；c 为了改善景观单调和道路两旁的地形过于空旷的问题，应在道路两旁设置一定的小型建筑、广告牌或移植比较高大的植物。(2) 直线的最小长度为了使线形适应地形的要求，并达到美观的目的，规定了平曲线设计中直线的最小长度为：以不小于6V为宜；以不小于2V。圆曲线具有线形圆滑美观、，曲率为，使用较为普遍。3.2.2 圆曲线圆曲线的几何要素： （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） 式中：T切线长，m； L曲线长，m； E外距，m； J校正数或称超距，m； R圆曲线半径，m； 转角，度； 图3-1圆曲线要素示意图 Fig.3-1 Illustrates the elements circle curve3.2.3 缓和曲线 缓和曲线一般设置在直线与圆曲线中间或半径相差较大的两个转向圆曲线之间。 图3-2 “基本型”平曲线 Fig .3-2 Basic type level curve缓和曲线的各平曲线要素 ： （3-5） （3-6） （3-7） （3-8） (3-9) （3-10） （3-11）3.2.4 停车视距与会车视距 停车视距是指驾驶员发现前方有障碍物，使汽车避免碰撞能安全停住的最短距离。会车视距是指一条车道上对向行驶的车辆，为避免发生碰撞所需要的最短刹车距离。标准中对停车视距的要求为160m。3.3 几何要素计算3.3.1 交点坐标确定及转角值计算 设置起点坐标为JD，即为（440.000,0.000）起点桩号：K00.000第一个交点为，坐标，即为（146.000,820.000）坐标增量：-294。注：上述方法关于土石方体积的计算中，包含了路面的体积。5.4.2 路基土石方调配（1）土石方的调配原则a 在半填挖断面中，优先考虑在本路段内以挖作填，尽量保证土石方的平衡，然后考虑纵向调配，以减少运输量，降低成本； b 石方的调配需考虑桥涵对实际施工的影响，一般有不宜做大沟跨越运输，同事注意施工的边界和可能性，尽量避免上坡运土； c 为了满足调配合理，必须根据实际地形情况和施工条件，选择恰当的运输方式，根据运距，分析用土该外界还是调运。 （2）土石方调配方法 土石方的调配方法有很多种，一般有累计曲线法、适配图法等，它们具有方法简便、数据清晰、精度较高等优点。 (3) 关于调配计算的几个问题a.经济运距当纵向运土的距离过长时，运价超过在附近接土所需要的费用时，以挖作填不如就近在附近的路堤借土。经济运距： （5-11）式中：B 借土单价（元/m3）；T 远运运费单价（元/m3km）；免费运距（km）。b平均运距通常，为了简化计算，我们在实际计算中取挖方断面中心到填方断面中心的距离，称为平均运距。c运量土石方运量指的是平均运距与土石方调配数量的乘积。总运量=调配（土石方）方数n 式中 （5-12）其中：L 平均运距； Lm免费运距。本设计经过调运填挖基本保持平衡。详见附表土石方计算表。5.4.3 横断面绘制本设计道路的地形，直线段每隔50m一个里程桩，绘制出对应的横断面图，本标段的设计地势较为平坦，起伏变化不是很大，根据数据画出1000m内的25个桩号的横断面图。详情见横断面图。6 路基设计6.1 路基类型 路基的断面形式通常可分为填方、挖方和半填半挖路基。为了在使用时考虑到排水，因此，挖方路基设置边沟。本设计的断面形式也包括以上三种，并设置了排水设施，以保证路基的稳定性。6.2 路基宽度与高度 6.2.1 路基宽度 路基宽度是指车辆行驶的路面与道路两侧路肩宽度之和。本设计的车速为100km/h，路幅采用双向四车道，路面的设计宽度为26m。6.2.2 路基高度 路基高度是指原地面标高与路基中心线处设计标高之差。路基的边坡高度是填方坡脚和坡顶与路基边缘的高差。6.3 边坡坡度 在路基的设计中，用边坡高度B和边坡宽度b的比值来表示路基的坡度，通常取H=1，即用1：n(路堑)或1：m（路堤），称为边坡坡率。边坡坡度(路基边坡高度小于8米时)具体见示意图6-2所示。图6-2边坡坡度Fig. 6-2 The falling gradient of the side slope6.4 路基填土与压实6.4.1 路基填料选择标准 填料最好选级配高一点的粗粒土，针对本设计的高速公路，填料的要求必须严格满足规范的要求。6.4.2 路基填土与压实为了保证路基能够紧密压实，填土必须分层压实。路堑开挖至标高时，要检验路基顶面的密实度，通常检验的结果低于设计要求。在没有达到要求的情况下，应挖开路基再次进行压实。分层压实的作用是防止水分的作用是路基产生沉陷，在将来的使用中确保道路的使用寿命。由于本标段的设计为高速公路，要求道路具有很强的抗变形能力，对路基的要求高于一般公路。根据规范对各种情况作出了不同的压实要求。根据公路路基设计规范路基压实度要求见表6-1：表6-1 路床土最小强度和压实度的要求Tab.6-1 Road bed minimum requirements of intensity and degree of compaction项目分类路面底面以下深度(m)填料最小强度（CBR）（%）压实度（%）高速，一级公路二级公路三、四级公路高速，一级公路二级公路三、四级公路填方路基00.38659695940.30.8543969594零填及挖方路基00.38659695940.30.854396956.4.3 取土与弃土方案 根据地形图可知道，本路段的横坡较为平坦，可把土坑设置在道路两旁。应根据实际情况，如果取土量较大，可适当增加取土坑的深度，防止过多的占用土地。6.5 基底处理 公路的设计路堤基底包含的情况较多，本设计只研究如下两种情况： （1）基底土在紧密稳定且较为平坦的情况下，路堤可直接建在地面上，但地面的植被和其他杂物予以清理，以免出现路面的沉陷。 （2）地面坡度较陡，为了使填方和地面紧实，基底应该挖成台阶，防止路堤下滑。台阶的底部应有一定的坡度向内倾斜。如果路基是半填半挖的情况，挖方一侧行车宽度不足一个车道，对其上层地面上的土予以挖除，并换填其他土，按照上方填方的要求，保证行车稳定性。7 路面设计道路中另一个相当重要的部分就是路面结构的设计。路面设计主要的设计目的就是选择和道路等级相对应的路面类型，并进行合理的设计。路面的设计之所以重要，是因为在道路的使用过程中， 需要遭受自然环境的侵袭，以及车辆行驶的承重，还要考虑当地的自然环境，保证行车的舒适性与安全性，因此，道路的稳定性和强度必须满足设计的要求。同时为了保证道路的使用年限和成本之间的平衡，在设计中必须计算道路用料的比例，用质量好的材料，以减少后期的养护费用，满足经济适用的原则。7.1 路面结构设计原则（1）路面结构设计必须按照当地的气候、地理环境、地质等自然条件，结合总结的经验，综合考虑道路设计的各个程序，进行设计。（2）在满足规范的前提下，结合“因地制宜、合理选材、方便施工、方便养护”的原则，选择安全可靠的方案，同时，采用先进的技术，保证经济合理。（3）根据设计路段的具体情况，采用新工艺、新技术进行施工，同时在使用新技术、新工艺的时候要慎之再慎。（4）路面的设计必须考虑对周围地理环境和人文环境的影响，能保护的尽量保护，实在没办法的情况下，要将破坏程度降低到最小。（5）为了缩短工期，提高质量，最好采用机械化的施工方案。（6）对于地面情况较差的路段，为了保证路基的稳固，可采用分期修建的方案，以适应交通量的增长。7.2 路面设计步骤本设计路面采用，沥青路面设计分为以下四步：（1）根据交通量分析，确定出路面等级，计算出相应的参数和设计弯沉值。（2）按路基土的类型和干湿度路基被分为若干路段，并确定各个路段的回弹模量。（3）参考相关资料，设计几种合理的路面结构组合和厚度方案，并列出需要的材料，根据配合比和测定的相关数值，确定路基及路面各层材料设计参数。 （4）路面厚度，需要根据上面算出的弯沉值进行计算，对于等级较高的道路需严格检查沥青混凝土面层和基层的拉应力满不满足容许拉应力的要求。7.3 路面类型及结构7.3.1 路面类型 本标段设计的路线为平原低丘陵高速公路，因此轩辕沥青混凝土路面。7.3.2 路面的结构层次路面结构可分为 （1）面层是道路最上方的一层，直接和空气与汽车接触，负责较大承重和其他冲击力的作用。 （2）基层位于面层和垫层之间，主要负责承受由面层传来的作用力，并分散传到下方的土基中去。 （3）垫层处于路面的最下层，垫层直接与地基接触，它的主要作用是改善湿度和温度，以保证面层的强度和稳定性不受到影响。7.3.3 路面断面类型本标段设计采用沥青混凝土高级路面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7-1 路面结构Fig.7-1 Structure of the road surface7.4 路面结构设计7.4.1 路面的类型及结构 路面的类型一般可分为五类，分别为水泥混凝土路面、沥青混凝土路面、块料路面、粒料路面和复合式路面。本标段设计的路线为平原低丘陵高速公路，因此轩辕沥青混凝土路面。面层、基层和垫层共同组成了路面结构。7.4.2 路面使用性能 功能性能：主要是指路面在使用过程中为汽车提供一个流畅的通道，在此基础上保证行车的舒适、安全，这一定程度上反映了路面的质量和服务水平。结构性能：路面的结构主要保证路面结构不至于被轻易破坏，因此它的结构能力主要包括，防止路面出现沉陷、裂缝、车辙、缩裂和土质的松散等情况。 结构承载能力：承载能力是指路面在预计的设计年限内还能承受车辆荷载的次数，或者还能使用的年数。 安全性能：是指保证安全行驶的能力，如防止汽车的打滑等。7.5 沥青路面设计计算7.5.1 基本资料 本标段的设计为时速100km/h的高速公路，设计年限为20年，根据规范查得公路自然区划分为5区，地下水位的高度为2.5m，道路使用年限内车辆的年平均增长率为6%。7.5.2 路面设计根据规范查得公路自然区划分为5区，根据查得的稠度分界，选择稠度，土基的回弹模量为。查公路设计手册自然区5区的土质为粉性土，所以不必对路基进行特殊处理。7.5.3 轴载分析路面的设计的标准为双轮组单轴100KN.1.现验算沥青层底拉应力的累积当量轴次如下：(1) 轴载换算 轴载换算采用如下公式计算：N= (7-1)计算结果见表7-1:表7-1 预测交通组成表Tab.7 -1 Traffic composition forecast table车 型总重/KN 前轴重/KN 后轴重/KN/后轴数辆 / 日小客车8000解放CA10B80.2519.4060.001600东风EQ14092.9050.0023.701400黄河JN150150.6082.6049.001500延安SX161237.00135.0054.642400长征XD161213.00120.0042.601450交通SH14180.6543.2525.5514000表7-2 轴载换算结果表Tab.7-2 The result of axle load conversion table车型Pi/KNCCn解放CA10B前轴19.4011600-后轴60.851160069.133东风EQ140前轴23.7011400-后轴69.201140080.635黄河JN150前轴49.001150022.456后轴101.6011500535.744延安SX161前轴54.6412.240028.856后轴91.2511400590.875长征XD160前轴42.60145010.944后轴85.7012.2450505.943交通SH141前轴25.5511400-后轴55.101140029.927合 计1874.513 注：轴载小于25