道路勘测课程设计-丘陵区三级公路勘测设计.doc

课 程 设 计 说 明 书课程设计说明书 课 程 名 称: 道路勘测课程设计 课 程 代 码: 题 目: 丘陵区三级公路勘测设计 学院(直属系) : 建筑与土木工程学院 年级/专业/班: 2007级交通土建1班 学 生 姓 名: 学 号: 指 导 教 师: 开 题 时 间: 2009 年 5 月 18 日完 成 时 间: 2009 年 6 月 5 日 目 录摘要及关键词 (2)引言 (3)任务分析 (4)第 1章 平面设计(5) 1.1 设计行车速度的确定 (8) 1.2 选线设计 (8) 1.3 平面线形设计(9)第 2 章 纵断面设计(18) 2.1 纵断面设计原则(18)2.2 纵坡设计的要求(18)2.3竖曲线设计 (18)第3 章 横断面设计 (21)3.1横断面设计原则 (21)3.2超高的确定及过渡方法 (22)3.3横断面的绘制 (24)结论 (25)总结与体会 (26)致谢(27)参考文献 (24)成绩评定表（25）摘要本设计为一段山岭重丘区三级公路常规设计，分为初步设计和详细设计两个步骤。初步设计中，首先确定道路的设计时速v=30m/s，然后在1:2000地形图上确定两条备选路线，分别进行平面交点的确定，桥涵设置，最后对所定路线进行方案比选，从中选择最佳方案。 详细设计从确定方案中选取最佳的方案进行具体设计，前期工作较初步设计更具体化，此外还对路基，路面，排水，进行了详细设计。此三级公路全长1098.9m,平曲线最小半径为100m，反向曲线间距最小为32.056m，最小缓和曲线长度为30。同向曲线间距最小为83.224m。竖曲线最大坡度为3.60%，最小坡度为-0.40%，最小坡长为120.000m。JD1超高为4%，加宽值0.600m；JD2超高为2%,不加宽；JD3超高值2%，不加宽；JD4超高为5%，加宽值0.800m。路基宽度为7.5（2x0.5m的土路肩+6.5的行车道）。有两座桥梁和，分别为桥跨60m和桥跨60中桥。关键词：平曲线；竖曲线；排水；路基；沥青路面； 引 言 改革开放以来，我国公路运输业快速发展。从完成的运量和周转量看，公路客运已成为主要的客运方式，公路货运量远远超过其他运输方式，周转量也快速增长，这充分说明公路运输方式在国民经济及社会发展过程中发挥着愈来愈重要的作用。我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势。应该抓住西部大开发这个历史机遇，大力发展公路建设，尤其是村村通公路。通过公路建设来改变农民的生活水平，使他们感受到党对他们的关怀。任务分析 本课程设计是道路勘测与设计的课程设计，主要的目的是：1） 培养学生理论联系实际的设计思想，训练学生独立完成查阅资料、设计、绘图等工作以及分析和解决工程实际问题的能力；2） 加强学生对前面道路勘测理论知识点的理解，进一步系统的掌握零散的专业知识；3） 培养学生治学严谨、态度认真、团结合作的精神。本次课程设计主要内容：纸上定线，平曲线设计，竖曲线设计，横断面设计，路基设计；土石方计算，同时绘制路线平面图，路线纵断面图，路基标准横断面图，路线横断面图，填写直线曲线转角表、纵坡竖曲线表、逐桩坐标表等，最后完成课程设计说明书。第一章 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。2.1 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,各级公路的设计车速按地形分为两类,本设计的设计车速为40km/h。2.2 选线设计2.2.1选线的基本原则：（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）要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。（5）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。（6）选线应综合考虑路与桥的关系，应该充分考虑跨桥的位置。2.2.2 选线的步骤和方法：A 选线 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，大门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，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。2.2.3方案比选： 本设计有很多路线可以选择，根据已确定的路线的大概走向，综合考虑地形状况后选了两套方案。方案一：采用沿溪线走河道的左边，在途中有两条小河需要修桥跨过。方案二：开始采用沿溪线走河道左边，在起终点的中点处修桥跨过大河，而后走河道的右边，在上游的合适位置在修桥跨河到达终点。两条线都要修两座桥跨河，但方案一跨河的距离要明显短，比较经济。从地形图可知方案二在距终点300米处的，方案一距终点120米处的等高线都很密。但方案一可以沿等高线走线而方案二不行，从填挖方和工程量来说方案一比较经济，所以方案二不理想。 综合比较后最后选用方案一。2.3平曲线要素值的确定2.3.1平面设计原则：(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2.3.2 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。缓和曲线长度 Ls，圆曲线半径 R，转角a 1）圆曲线的内移值 R = Ls2/24R (m)2）总切线长 先求 q=Ls/2Ls3/240R2 (m) Th= q+(R+R)tan(a/2) (m)3)平曲线总长度 先求 =(Ls/2R) Lh=2Ls +R（a-2）/180 (m)4)外距 Eh=(R+R)sec(a/2)R (m)5)校正值 D=2ThLh (m)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：公路等级三级地形山岭重丘区圆曲线一般最小半径 （m）65圆曲线极限最小半径 （m）30平曲线最小长度 （m）50缓和曲线最小长度 （m）30b 主要几何元素的计算桩号JD1 ： (1) 平曲线几何元素计算： 右偏512024 R=80(m) Ls=35(m)缓和曲线切线增值q= Ls/2Ls3/240R2 =35 /2353/240802 =17.472(m)圆曲线的内移值 R= Ls2/24R = 352/2480=0.638(m)切线长 Th=q+(R+R)tan(a/2) = (80+ 0.638) tan(512024/2)+ 17.472= 56.256(m)平曲线长度 Lh=2Ls+R(a-2)/180 = 106.684(m)外距 Eh= (RR)sec(a/2)R = (80 + 0.638)sec(512024/2)80 =9.418(m)校正值 D=2ThLh = 256.256106.684 = 5.828(m)(2) 平曲线主点桩号计算及校正：JD1：K0+217.600ZH = JD1Th = (K0+217.600)56.256= K0+161.344HY = ZHLs = (K0+161.344)35 = K0+196.344HZ= ZH+Lh= K0+161.344+106.684= K0+268.028YH=HZ-Ls = (K0+268.028)-35 = K0+233.028QZ = ZH+Lh/2= K0+161.344+106.684/2= K0+214.686JD1 = QZD/2 = (K0+214.686)5.828/2 = K0+217.600桩号JD2 ： (1) 平曲线几何元素计算： 右偏164200 R=200(m) Ls=30(m)缓和曲线切线增值q= Ls/2Ls3/240R2 =30/2303/2402002 =14.997(m)圆曲线的内移值 R= Ls2/24R = 302/24200 =0.1875(m)切线长 Th=q+(R+R)tan(a/2) = (200 + 0.1875) tan(164200/2)+ 14.997 = 44.380(m)平曲线长度 Lh=2Ls+R(a-2)/180 = 88.290(m)外距 Eh= (RR)sec(a/2)R = (200 + 0.1875)sec(164200/2)200 =2.330(m)校正值 D=2ThLh = 244.38088.290= 0.470(m)(2) 平曲线主点桩号计算及校正：JD2：K0+558.200ZH = JD2Th = (K0+558.200)44.380= K0+507.989HY = ZHLs = (K0+ K0+507.989)30= K0+537.989 HZ= ZH+Lh= K0+507.989+88.290= K0+596.283YH=HZ-Ls = (K0+596.283)-30 = K0+566.283QZ = ZH+Lh/2= K0+507.989+88.290/2=K0+552.136JD2= QZD/2 = (K0+552.136)0.470/2 = K0+558.2桩号JD3： (1) 平曲线几何元素计算： 左偏755736 R=100(m) Ls=40(m)缓和曲线切线增值q= Ls/2Ls3/240R2 =40/2403/2401002 =19.973(m)圆曲线的内移值 R= Ls2/24R = 402/24100 =0.667(m)切线长 Th=q+(R+R)tan(a/2) = (100 + 0.667) tan(755736/2)+ 19.973 =98.590(m)平曲线长度 Lh=2Ls+R(a-2)/180 = 172.580(m)外距 Eh= (RR)sec(a/2)R = (100 +0.667)sec(755736/2)100 =27.700(m)校正值 D=2ThLh = 298.590172.580= 24.600(m)(2) 平曲线主点桩号计算及校正：JD3：K0+903.600ZH = JD3Th = (K0+903.600)98.590= K0+798.707HY = ZHLs = (K0+798.707)40= K0+838.707HZ= ZH+Lh= K0+798.707+172.580= K0+971.282YH=HZ-Ls = (K0+971.282)-40 = K0+931.282QZ = ZH+Lh/2= K0+798.707+172.580/2= K0+884.995JD3 = QZD/2 = (K0+884.995)24.6/2 = K0+903.6002.3.2 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，在一公里的路长中，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。第二章 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。2.1 纵断面设计的原则（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。2.2纵坡设计的要求（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） 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。（4） 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。（5） 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。2.3 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：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=V2w/3.6视距要求Lmin=S2Tw/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3040250m230m250m250m400m25m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=V2w/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4040250m350m33m250m250m400m竖曲线计算变坡点1：里程桩号K0+330.000 (1) 竖曲线要素计算：I1=+1.4% i2= +3.6% 取半径R=4000m= i2i1=+3.6%-1.4%=2.2% (凹形)曲线长L=R|=4000|2.2%| =88m切线长T=L/2=88/2=44m外距E=T2/2R=442/（24000）=0.242m(2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=( K0+330.000)-44=K0+286.000竖曲线起点高程=827.220-441.4%=826.604m竖曲线终点桩号=( K0+200.000) + 44= K0+374.000竖曲线终点高程=827.220+443.6%=828.804m 变坡点2： 里程和桩号K0+600.000(1) 竖曲线要素计算： I2=+3.6% i3=-0.4% 取半径R=9000m= i3-i2=-0.4%-3.6%=-4% (凸形)曲线长L=R|=5000|-4%|=200m切线长T=L/2=200/2=100m外距E=T2/2R=1002/25000=1m(2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K0+600.000)-100=K0+500.000竖曲线起点高程=836.940-1003.6%=833.340m竖曲线终点桩号=(K0+600.000)+1001=K0+700.000竖曲线终点高程=836.940+100(-0.4%)=836.54m变坡点3： 里程和桩号K0+860.000(1) 竖曲线要素计算： I3=-0.4% i4=+2.2% 取半径R=3000m= i4-i3=+2.2%-(-0.4%)=2.6% (凹形)曲线长L=R|=3000|2.6%|=78m切线长T=L/2=78/2=39m外距E=T2/2R=392/23000=0.254m(2) 设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K0+860.000)-39=K0+821.000竖曲线起点高程=839.300-39(-0.4%)=836.056m竖曲线终点桩号=(K0+860.000)+39=K0+899.000竖曲线终点高程=839.300+322.2%=836.758m第三章 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。3.1 横断面设计的原则（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。3.1.1行车道宽度的确定根据第二章确定下此公路的等级是三级，则由公路工程技术标准JTG2004规定，三级公路山岭重丘区的路面宽6.0m，路基宽7.5m。3.1.2 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。（1）平曲线加宽值的确定： 由公路工程技术标准JTG B012003规定，三级公路采用第1类加宽值。公路平曲线加宽加宽类型平曲线 半径(m)汽车轴距前悬(m)2502002001501501001007070505030302525202015150.400.600.81.01.21.41.82.22.5（2）缓和曲线加宽采用比例过渡，则加宽缓和段内任意点的加宽值： Bx=LxB/LLx任意点距缓和段起点的距离(m)L加宽缓和段长(m)B圆曲线上的全加宽(m)对于JD3的半径为300，已经等于不设超高的最小半径了，大于250m,由于加宽值很小,可以不加宽.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% 。因此取用2%的横坡度，土路肩的排水性和路面不相同，其横坡度一般大于路面1%，取用3%。3.2 超高的确定及过渡方法3.2.1 超高的确定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，二级公路一般地区圆曲线部分最大超