双向两车道二级公路毕业设计.doc

湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 i 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 设计的目的 1 1 2 设计原始资料及相关规范 1 1 2 1 山岭微丘区地形图 1 1 2 2 气象资料 1 1 2 3 工程地质情况 1 1 3 道路技术标准 1 第二章第二章 路线平面设计路线平面设计 3 2 1 道路选线 3 2 2 确定平面设计技术指标 4 2 2 1 直线 4 2 2 2 圆曲线 5 2 2 3 缓和曲线 5 2 2 4 平曲线的最小长度 6 2 2 5 行车视距 6 2 3 平面线形设计 6 2 3 1 平曲线计算 6 2 3 2 平曲线要素计算结果表 8 第三章第三章 路线纵断面设计路线纵断面设计 9 3 1 概述 9 3 1 1 纵断面设计要求 9 3 1 2 纵断面设计方法及步骤 10 3 2 纵断面设计技术指标的确定 10 3 2 1 最大纵坡 10 3 2 2 最小纵坡 平均纵坡 合成坡度 11 3 2 3 最大坡长 12 3 2 4 最小坡长 12 3 2 5 竖曲线 13 3 3 道路平 纵线形组合 15 3 3 1 道路平纵组合的设计原则 15 3 3 2 平曲线与竖曲线的组合 15 3 3 3 平 竖曲线应避免的组合 16 第四章第四章 路线横断面设计路线横断面设计 17 4 1 横断面设计技术指标的确定 17 4 1 1 路基宽度 17 4 1 2 路肩 17 4 1 3 路拱横坡 18 4 1 4 边沟 18 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 ii 4 1 5 截水沟 19 4 2 平曲线超高与加宽设计 20 4 2 1 超高的计算 20 4 2 2 加宽的计算 22 第五章第五章 路基设计路基设计 23 5 1 路基路面设计的一般规定 23 5 2 路基设计内容 23 5 2 1 路基横断面布置及宽度设计 23 5 2 2 路基压实 24 5 2 3 路基边坡设计 25 5 2 4 路基边坡稳定性验算 26 5 3 路基施工一般规定 28 5 3 1 填方路基的施工 29 5 3 2 挖方路基的施工 30 5 4 路基排水设计 30 5 4 1 路基排水设计一般原则 30 5 4 2 路基排水设备构造与布置 31 5 5 涵洞设计 33 5 5 1 涵洞分类及各种构造型式涵洞的适用性和优缺点 33 5 5 2 涵洞选用原则 33 5 5 3 涵洞拟定 33 5 5 4 涵洞设计算例 34 5 6 路基防护与加固 37 5 6 1 路基的防护 37 5 6 2 路基的加固 40 5 6 3 用 ANSYS 分析边坡点应力分布 40 5 7 挡土墙设计与计算 44 5 7 1 挡土墙的作用及适用范围 44 5 7 2 挡土墙的设计原则 45 5 7 3 挡土墙计算 45 5 7 4 挡土墙排水 48 5 8 土石方计算和调配 48 5 8 1 横断面面积计算 48 5 8 2 路基土石方调配 49 第六章第六章 路面设计路面设计 51 6 1 路面结构分层 51 6 1 1 面层 51 6 1 2 基层 51 6 1 3 垫层 52 6 2 路面结构设计 52 6 2 1 沥青路面设计 52 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 iii 6 2 2 水泥混凝土路面结构设计 54 6 2 3 方案比选 59 6 3 路面排水设计 59 6 3 1 路面表面排水 59 6 3 2 路面内部排水 60 6 3 3 边缘排水系统 60 6 3 4 排水系统选择 60 第七章第七章 结论结论 61 参考文献参考文献 62 致致 谢谢 63 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 1 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 设计的目的设计的目的 毕业设计是土木工程专业最主要的一项教学环节 要求学生能综合的运用大学 四年里所学的基础理论 专业理论以及基本技能 按照相关任务书的要求 对具体的 工作进行规划设计 并提供完整的设计计算书 一般来说 通过对毕业设计的进行 来掌握道路工程设计的基本原理及方法 提高自身分析和解决工程中遇到问题并解决 问题的能力和对工作认真负责的态度 总的来说 毕业设计是对所学的专业知识进行 一次系统的全面的综合运用 以达到通过设计对学生所学专业的专业知识进行再次巩 固和灵活运用的目的 1 21 2 设计原始资料设计原始资料及相关规范及相关规范 1 2 11 2 1 山岭微丘区地形图山岭微丘区地形图 山岭微丘区地形图 1 份 比例为 1 2000 1 2 21 2 2 气象资料气象资料 地形图所在地区属南亚热带季风气候 夏长无严冬 气温较高 热量丰富 雨量 变幅大 温 光 热地域差异明显 干旱及倒春寒灾害较多 全年平均日照率 42 平 均气温在 22 10 之间 累年降水量在 1260 1700 毫米之间 平均值在 1500 毫米左右 1 2 31 2 3 工程地质工程地质情况情况 地形图地区山体稳定 大多数为粉质亚粘土 1 31 3 道路技术标准道路技术标准 公路等级 二级公路 车道数 双向两车道 路基宽度 12m 行车道宽度 3 75 m 路肩宽度 硬路肩 1 5 m 土路肩 0 75m 设计行车速度 80km h 路拱横坡 路面及土路肩 2 超高过渡方式 绕中线旋转 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 2 设计标准荷载 B22100 选取路面类型 水泥混凝土路面 1 41 4 设计依据设计依据 1 公路工程设计规范 JTGB012003 人民交通出版社 2 公路路线设计规范 JTGD202006 人民交通出版社 3 公路路基设计规范 JTGD302004 人民交通出版社 4 公路沥青路面设计规范 JTGD142006 人民交通出版社 5 公路路基施工技术规范 JTJD332006 人民交通出版社 6 公路排水设计规范 JTGB181997 人民交通出版社 7 路基路面工程 邓学均 2008 人民交通出版社 8 路面设计手册 北京 2005 人民交通出版社 9 公路混凝土路面设计规范 JTGD402011 人民交通出版社 10 公路桥涵设计手册 顾克明 1995 人民交通出版社 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 3 第二章第二章 路线平面设计路线平面设计 2 12 1 道路选线道路选线 2 1 12 1 1 道路选线的原则道路选线的原则 路线作为道路的骨架 其水平高低关系到道路是否能正常发挥本身功能并在路网 达到预期的效果 自然条件是影响路线设计的因素之一 除此之外也受其他诸多因素 的影响 因此 选线需综合考虑各项因素并妥善处理好其相关关系 道路选线的基本 原则如下 1 运用各种方法及软件对路线方案进行深入 细致的研究 然后在多个方案的 论证及比选的基础上 选定最优路线方案 是道路设计各个阶段应注意的地方 2 路线设计不仅要保证行车安全 舒适和迅速 还要做到工程量小 造价和维 护费用低 效益好 并且具有较高的施工可行性 当工程量增加情况不大时 可采用 较高的路线技术指标 但一般情况下不轻易采用极限指标 当然 也不应不估计工程 大小 而片面的追求高指标 3 选线时应注意对农田基本建设的尽量保护 要做到少占农田 尤其是高产田 经济作物田或者将路线穿过经济林园等 4 当路线通过风景 名胜古迹地区是 应当注意保护当地原有的自然状态 其 修建的人工构造物要与周围环境 景观协调一致 5 对于严重地质路段 如可能发生滑坡 崩坍 泥石流 具有岩溶 泥沼等地 段及沙漠 多年冻土特殊地区 须进行慎重对待 一般情况下设法绕避 当不得不穿 过时 则应选择合理位置 缩小穿越的范围 并适当采取必要工程措施 选线定好后 应对当地工程地质和水文进行深入勘测调查 弄清其对道路工程的影响 6 重视环境保护 即注意由于道路修筑 汽车运营对环境所产生的不可逆的影 响和污染 7 对于高速公路和一级公路 其路幅教宽 可根据当地地形 地物和自然环境 等条件 本着因地制宜的原则 利用其上下行车道分离的特点 利用合理的车道分离 形式进行设线 2 1 22 1 2 选线的方法选线的方法 在选线过程中 影响因素较多 有的互相矛盾 有的相互制约 而各因素在不同 场合的情况下其重要程度也不相同 不可能一次性找出理想方案 因此 最有效的作 法是分阶段 由粗到细的过程反复比选然后求得最佳路线 选线方法一般按其工作内 容分三步进行 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 4 1 1 路线方案选择 路线方案选择 解决起 终点间路线的基本走向是路线方案选择的主要问题 通常是先在小比例 尺地形图上的较大范围内找出各种可行方案 然后收集可行方案的有关资料 进行初 步评选 从中确定一条或数条有进一步比较价值的可行方案 最后通过现场勘察 多 方案的比选得出最佳方案 当情况特殊没有地形图时 可采用踏勘或调查的方法收集 现场资料 进行方案的评选 2 2 控制点选择 控制点选择 根据地形 地质水文等自然条件选择好控制点 将控制点按序连接 使之构成路 线带 对于这些细部控制点的取舍 仍旧通过比选来确定 3 3 具体定线 具体定线 经过之前所述两步的工作 已经可以明显勾画出路线的雏形 定线是根据相关道 路技术标准和方案 结合各因素 在最佳定线带内进行平 纵 横的综合设计 具体 定出道路中线 2 22 2 确定平面设计技术指标确定平面设计技术指标 2 2 12 2 1 直线直线 规范规定中直线的最大长度以小于 20V 为佳 驾驶员的心理反应和视觉效果也是 考虑因素之一 本设计中最大直线长度应小于 1600 米 根据 公路路线设计规范 JTG D20 2006 当设计速度大于等于 60km h 时 同向圆曲线间的直线最小长度应不小于设计速度的 6 倍 如图 2 1 所示 图图 2 12 1 反向曲线示意图反向曲线示意图 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 5 2 2 22 2 2 圆曲线圆曲线 圆曲线作为平面设计中的线形要素之一 主要确定路线半径值 超高及加宽 道 路进行平面设计时 根据当地地形地物等条件 尽量选用较大的圆曲线半径 以确保 行车安全和舒适 圆曲线半径既要选得技术合理 又需经济适用 既不一味采用高标 准导致过分的增加工程量 也不采用低标准只为满足现行通行要求 当地形条件收到 限制时 可采用接近圆曲线的一般最小半径值 只有地形条件特殊时 才可采用圆曲 线极限值 圆曲线最小半径如下表 2 1 表表 2 12 1 圆曲线的最小半径圆曲线的最小半径 设计速度 km h 1201008060403020 一般值 10007004002001006530 圆曲线最小半径 m 极限值 650400250125603015 根据设计的实际地形考虑 本设计两处圆曲线半径均为 500m 大于最小圆曲线半 径 2 2 32 2 3 缓和曲线 我国一般把离心加速度的变化率取值控制为范围内 最小缓和曲线长度 3 506m 0 s 的计算公式为 2 1 s s R L 3 V 0 0214 min 式中 Ls min 最小缓和曲线长度 V 设计时速 R 曲率半径 离心加速度变化率 以超高渐变率适中为主 s 根据 规范 中规定的超高渐变率 由此导出缓和曲线过最小长度公式 2 2 min i B Lsm P 式中 B 旋转轴至行车道处外侧边缘的宽度 m 超高坡度与路拱坡度代数差 i P 超高渐变率 考虑上述各项影响缓和曲线长度的因素 可根据 标准 查的各级公路的缓和曲 线最小长度 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 6 表表 2 22 2 各级公路缓和曲线最小长度各级公路缓和曲线最小长度 设计速度 km h 1201008060403020 一般值 13012010080504025 缓和曲线最小长度 m 最小值 100857060403020 2 2 42 2 4 平曲线的最小长度平曲线的最小长度 平曲线最小长度应小于等于 2 倍的缓和曲线的长度 在和圆曲线组成的平曲线中 其长度大于等于 9s 的行车距离 在由缓和曲线组成的平曲线中 其最小长度应大于等 于 6s 的行车距离 在平曲线内的圆曲线的最小长度 应大于等于 3s 的行车距离 本设计中第一处的平曲线长度为 531 6m 第二处的平曲线长度为 413 8m 3s 行车 距离为 240m 两处平曲线长度均满足要求 2 2 52 2 5 行车视距行车视距 本设计为速度 80km h 的二级公路行车视距只有停车视距 无会车视距 错车视距 及超车视距 规范 规定的各级公路停车视距如表 2 3 表表 2 32 3 各级公路停车视距各级公路停车视距 设计速度 km h 1201008060403020 停车视距 m 21016011075403020 本设计满足停车视距要求 2 32 3 平面线形设计平面线形设计 本设计各转点参数如下 各交点桩号 JD1 K0 334 657 各转角度数 1 38 JD2 K1 211 542 2 24 2 3 1 平曲线计算 1 1 平曲线 平曲线 1 1 取圆曲线半径 R1 500m 缓和曲线长 Ls 200m 1 38 内移值 增长值 缓和曲线角 m R L R L p ss 33 3 2384 24 3 42 m R LL q s 100 240 2 3 3 s 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 7 46 11 2 180 s R Ls 切长线 mqpRT31 273 2 tan 1 曲长线 mLRL60 5312 180 2 ss1 外矢距 mR pR E34 32 2 cos 1 切曲差 mLTD02 1560 531 31 2732 2 ZH 点里程 890 0680 KTJDZH HY 点里程 890 2680 KLZHHY s YH 点里程 459 40002 KLLHYYH s HZ 点里程 459 6000 KLYHHZ S QZ 点里程 675 3340 2 K L HZQZ 桩号检验 检验符合 2 D JDQZ 2 2 平曲线 平曲线 2 2 取圆曲线半径 R2 500m 缓和曲线长 Ls 200m 2 24 内移值 增长值 缓和曲线m R L R L p ss 33 3 2384 24 3 42 m R LL q s 100 240 2 3 3 s 角 46 11 2 180 s R Ls 切长线 mqpRT97 206 2 tan 2 曲长线 mLRL409 422 180 2 ss2 外矢距 mR pR E58 14 2 cos 2 切曲差 mLTD52 4 42 409 97 2062 2 ZH 点里程 662 0401 KTJDZH 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 8 HY 点里程 662 0421 KLZHHY s YH 点里程 218 42112 KLLHYYH s HZ 点里程 418 4211 KLYHHZ S QZ 点里程 211 5421 2 K L HZQZ 桩号检验 检验符合 2 D JDQZ 2 3 22 3 2 平曲线要素计算结果表 平曲线要素计算结果表 表表 2 42 4 平曲线要素计算结果表平曲线要素计算结果表 交点号 交点坐标 X 交点坐标 Y 交点桩号 转角值 圆曲线半径 缓和曲线长度 切线长度 平曲线长度 外矢距 切曲差 起 点 491039 5481034 3K0 000 JD1489846 2481210 3K0 334 675 38 50 0200271 31531 60 32 3415 02 JD2488966 4481101 6K1 211 542 24 50 0200206 97409 4214 584 52 终 点 488597 0 481217 8K1 596 597 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 9 第三章第三章 路线纵断面设计路线纵断面设计 3 13 1 概述概述 道路纵断面 是用一个曲面沿着道路的中线竖直切开 路面展开形成的平面 路 线纵断面图反映了路线在道路纵断面上的起伏情况 位置及尺寸 因此 路线纵断面 是一条起伏的空间线 路线纵断面图反映了路线经过的地区其中线的地面起伏情况和设计标高之间的关 系 将它与平 横断面图相结合 就能完整地表达出道路的空间位置和立体线形 是 道路设计的重要图表之一 纵断面线有两条主要线 一条是根据中线上各桩点的高程 而绘的不规则的折线 称为地面线 它反映了地面沿中线的起伏变化情况 另一条是 设计者经过多重比较 根据技术上 经济上以及美学上等多方面的考虑得出的具有规 则形状的几何线 称为设计线 它反映了道路中线的变化情况 直坡线有上坡和下坡 其大小分别用纵坡和坡长表示 纵断面上用百分数来表示 同一坡段中两点间高差与水平距离的比值 即纵坡 不同纵坡的转折处称为变坡点 为了让行车平顺过渡 需要在边坡点出设置竖曲线 按边坡点出转折形式的不同 竖 曲线又分为凹曲线和凸曲线 其大小可采用半径和水平长度来表示 纵断面的线形设计主要根据道路的性质 等级和地形地质及水文等因素 加以考 虑路基稳定 排水及总工程量的要求 对纵坡的大小 长短和前后纵坡情况 竖曲线 半径大小及其与平面线形的组合关系来进行综合设计 从而设计出合理最优的纵坡线 形 使得行车安全舒适 快速 3 1 13 1 1 纵断面设计要求纵断面设计要求 1 纵断面线形应是一条连续 平顺 均衡的光滑曲线 重视平纵线形的组合 2 线形务必力求平缓 避免出现连续陡坡 过长坡以及反坡 3 纵坡设计的取值必须满足 标准 中的规定 一般不选用极限值 根据行车安 全舒适和视觉良好方面来考虑 纵断面线形的设计要注意以下几点 较短距离内路面线形起伏 易造成纵断面线形中断和视觉不良 应小心避免 当竖曲线为较大的连续上坡路段时 应将最陡的纵坡放在底部 随着高度的上升 纵坡坡度应放缓 当纵坡变化小时 则可以采用较大的竖曲线半径值 进行纵坡设计时 应尽量争取填挖平衡 本桩利用或挖方就近填方以得减少借方 与弃方数量 降低工程造价 纵坡设计也应结合我国当地实际情况 适当的照顾民间的通用交通工具 农业机 械 农田水利等方面的要求 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 10 3 1 23 1 2 纵断面设计方法及步骤纵断面设计方法及步骤 1 1 准备工作准备工作 纵坡设计前 应先根据中桩和水准记录点 绘出路线纵断面图的地面线绘出平面 直线 曲线示意图 写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料 并熟悉 和掌握全线有关设计资料 领会设计意图和要求 2 2 标注断面控制点 标注断面控制点 纵断面控制点主要有路线起终点 重要桥梁及特殊涵洞 隧道的控制标高 重要 城镇通过位置的标高及收其他因素限制路线中线须通过的控制点标高等 3 3 试坡 试坡 试坡主要是在已标出 控制点 的纵断面图上 根据技术和标准 选线路图 考 虑各经济点和控制点的要求及地形的变化情况 涉及定出纵坡设计线的工作 前后照 顾就是说明前后坡段统盘考虑 不能只在意坡段上 以点定线就是按照纵断面设计技 术标准的要求 满足 控制点 要求 4 4 调坡 调坡 调坡主要根据以下两方面进行 结合选线意图 将试坡线与选线时考虑的坡度进 行比较 两者应基本相等 若有脱离实际情况或考虑不周全现象 则应全面分析 找 出原因 权衡利弊 决定取舍 对照技术标准 调整坡度线的方法 以少脱离控制点 少变动填挖的原则 以便调整后的纵坡与试运纵坡相等 5 5 根据横断面校对纵坡线 根据横断面校对纵坡线 校对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行 如选择高填深挖 挡土墙 重要 桥涵及人工构造物和其他重要控制点的断面等 6 6 确定纵坡线 确定纵坡线 经调整校对后 即可确定纵坡线 所谓定坡就是把坡度值 变坡点位置 桩号 和高程确定下来 3 23 2 纵断面设计技术指标的确定纵断面设计技术指标的确定 3 2 13 2 1 最大纵坡最大纵坡 最大纵坡是在纵坡设计时根据道路等级 自然条件 行车要求等因素所限定的路 线纵坡最大值 它是道路纵断面设计的重要控制指标 各级道路允许的最大纵坡是根 据汽车的动力特性 道路等级 自然条件以及工程和运营经济等因素 通过综合分析 最大纵坡值应从汽车的爬坡能力 汽车在纵坡段上行驶的安全 公路等级 自然条件 等方面综合考虑 规范 对一级公路最大纵坡规范如表 3 1 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 11 表表 3 13 1 各级公路最大纵坡各级公路最大纵坡 设计速度1201008060403020 最大坡度3455789 本设计为山岭微丘区速度为 80km h 的一级公路 规范 规定二级公路最大纵坡 为 5 本设计中综合考虑以上因素 最大纵坡定为 2 098 3 2 23 2 2 最小纵坡最小纵坡 平均纵坡 合成坡度 平均纵坡 合成坡度 1 1 最小纵坡 最小纵坡 各级公路的路堑以及其他横向排水不畅路段 为保证排水顺利 防止水浸路基 规定采用不小于 0 3 的纵坡 一般采用 0 5 本设计采用纵坡 0 475 满足最小纵坡要求 2 2 平均纵坡平均纵坡 平均纵坡是指一定长路段两端点的高差与该路段长度的比值 它是衡量纵断面线 形质量的一个重要指标 3 1 p iH L 式中 H 相对高差 m L 路线长度 m 限定平均纵坡是为合理运用最大纵坡 坡长限制及缓和坡段的规定 保证车辆安 全顺适行驶 规范 规定 二级 三级 四级公路越岭线连续上坡 或下坡 路段相对 高差为 200 500 时 平均纵坡不应大于 5 5 越岭路线相对高差大于 500m 时 平均纵 坡不应大于 5 0 且任意连续 3km 路段的平均纵坡不应大于 5 5 3 3 合成坡度合成坡度 合成坡度是指道路纵坡和横坡的矢量和 计算式如下 3 2 22 h Iii 式中 I 合成坡度 路线纵坡 i 超高值 h i 当纵坡较大而圆曲线半径较小时 合成坡度较大 使汽车重心发生偏移 给汽车 行驶带来危险 所以 在有平曲线的坡道上 应将合成坡度控制在一定范围内 可避 免急弯和陡坡的不利组合 防止因合成坡度过大而引起该方向滑移 保证行车安全 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 12 规范 规定 在设有超高的平曲线上 超高与纵坡的合成坡度值不得超过下标 规定 在积雪或冰冻地区 合成坡度值不应大于 8 规范 规定各级公路的合成坡度 值如下表 3 2 表表 3 23 2 各级公路的合成坡度值各级公路的合成坡度值 公路等级一级公路 设计速度 km h 1008060 合成坡度 10 010 510 5 本设计两段平曲线设置超高处均满足合成坡度值的要求 3 2 33 2 3 最大坡长最大坡长 最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶 当车速下降到最低容许速度时所行驶 的距离 最低容许速度对应的纵坡为不限长度最大纵坡 凡是大于 的纵坡起长度都ii 应加以限制 规范规定各级公路最大坡长如下表 3 3 表表 3 33 3 各级公路最大坡长各级公路最大坡长 设计速度 km m 1201008060403020 3900100011001200 47008009001000110011001200 56007008009009001000 6500600700700800 7500500600 纵坡坡度 8300300400 本设计设计速度 80km h 的二级公路 设计最大纵坡为 2 098 故无最大坡长限制 3 2 43 2 4 最小坡长最小坡长 从汽车行驶平顺性要求 如果坡长过短 使变坡点增多 形成 锯齿形 的路段 容易造成行车起伏频繁 影响公路的服务水平 减小公路的使用寿命 为提高公路的 平顺性 从路容美观 相邻竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定的最短长 度 最小坡长规定骑车一设计速度 915s 行程为宜 在高速路上 9s 可满足行车及几何 线形布设的要求 在低速路上应取大值 规范 规定各级公路最小坡长如下表 3 4 表表 3 43 4 各级公路最小坡长各级公路最小坡长 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 13 km h 最小值300250200150 如上表 规范 规定设计速度为 80km h 的二级公路最小坡长为 200m 本设计最小 坡长均满足要求 3 2 53 2 5 竖曲线竖曲线 竖曲线是指在道路纵坡的变坡处设置的竖向曲线 竖曲线的作用是为满足行车平 顺 舒适及视距的需要 竖曲线的线性课采用圆曲线或抛物线 在适用范围内差别不 大 但在计算上 抛物线比圆曲线方便 一般采用二次抛物线作为竖曲线 1 1 竖曲线半径竖曲线半径 纵断面设计中 竖曲线的设计受众多因素的限制 其中缓和冲击 时间行程不过 短 满足视距要求三个限制因素决定着竖曲线的最小半径或最小长度 标准 规定的一般最小半径为极限最小半径的 1 5 2 0 倍 在条件许可时以尽 量采用大于一般最小半径的竖曲线为宜 竖曲线最小半径和最小长度见下表 3 5 表表 3 53 5 竖曲线最小半径和最小长度竖曲线最小半径和最小长度 设计速度 km m 1201008060403020 一般值 170001000045002000700400200 凸形竖曲线 m 极限值 11000650030001400450250100 一般值 6000450030001500700400200 凹形竖曲线 m 极限值 4000300020001000450250100 竖曲线最小长度 m 100857050352520 本设计在 K0 504 75 处设置第一个变坡点 为凸形竖曲线 半径为 5000m K1 101 90 处设置第二个边坡点 为凹形竖曲线 半径为 4000m 均符合要求 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 14 2 2 竖曲线几何要素计算 竖曲线几何要素计算 图图 3 13 1 竖曲线要素示意图竖曲线要素示意图 本次设计共设有两个竖曲线 凸曲线处 i1 2 098 i2 0 457 变坡点里 程 K0 504 75 高程为 101 34 凹曲线处 i3 0 475 i4 0 499 变坡里程 K1 101 9 高程为 101 95 计算竖曲线要素 1 变坡点 1 为凸形竖曲线 555 2098 2 457 0i i 121 曲线长 mRL64 128 555 2 5000 切线长 m L T32 64 2 外距 m R T E41 0 2 2 竖曲线起点桩号 43 440032 64 75 5040 KK 竖曲线终点桩号 07 569032 64 75 5040 KK 竖曲线起点高程 m99 99 32 64 098 2 01 341 计算竖曲线上 20m 整桩的设计高程 以桩号 K0 460 为例 横距 mKKx57 19 43 4400 6040 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 15 竖距 m R x h3830 0 50002 57 19 2 22 切线高程 m40 0 10 098 2 57 1999 99 设计高程 m0 01710383 0 40 0 10 2 变坡点 2 为凹形竖曲线 0 974 0 475 499 0i i 342 曲线长 mRL94 38 974 0 4000 切线长 m L T47 19 2 94 38 2 外 距 m R T E05 0 40002 47 19 2 22 计算设计高程 竖曲线起点桩号 43 082147 19 9 1011 KK 竖曲线终点桩号 37 121147 19 9 1011 KK 竖曲线起点高程 m40 210 47 19 754 0 01 951 计算竖曲线上 20m 整桩的设计高程 以桩号 K1 100 为例 横距 mKKx57 7 1 43 0821 0011 竖距 m R x h3860 0 00042 57 71 2 22 切线高程 m96 1 10 0 47557 7 104 2 10 设计高程 m00 2 103860 096 1 10 路线上其余各个整桩的设计高程计算过程省略 3 33 3 道路平 纵线形组合道路平 纵线形组合 3 3 13 3 1 道路平纵组合的设计原则道路平纵组合的设计原则 1 应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线 并保证视觉的连续性 2 注意保持平纵线形的技术指标大小应均衡 3 选择组合得当的合成坡度 以利于路面排水和行车安全 4 注意与道路周围的环境的配合 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 16 3 3 23 3 2 平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线的组合 1 平曲线与竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 最好是使竖曲线的 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 2 平曲线与竖曲线的大小应保持均衡 3 暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合 为了便于实际运用 把平曲线与竖曲线的组合形象的表示如下所示 图图 3 23 2 平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线的组合 3 3 33 3 3 平 竖曲线应避免的组合平 竖曲线应避免的组合 1 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合 2 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠 3 计算行车速度 40km h 的道路 应避免在凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底 部插入小半径的平曲线 4 平面转角小于 7 的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起 5 在完全通视的条件下 长上 下 坡路段的平面线性多次转向形成蛇形的 组合线形 应极力避免 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 17 第四章第四章 路线横断面设计路线横断面设计 4 14 1 横断面设计技术指标的确定横断面设计技术指标的确定 道路横断面是指中线上任意一点的法相切面 它是有横断面设计线和地面线组成 其中设计线包括行车道 路肩 分隔带 边沟 边坡 截水沟 护坡道以及取土坑 弃土堆 环境保护设施等 地面线是表征地面起伏变化的线 它通过现场实测或由大 比例尺地形图 航测相片 数字地面模型等途径获得 路线设计研究的横断面设计只 限于与行车直接有关的路福部分 即两侧路肩外缘之间各组成部分的宽度 横向坡度 等问题 公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量 交通组成 设计速度 地 形条件等要素确定 在保证公路通行能力 交通安全与通畅的前提下 尽量做到用地 省 投资少 使公路发挥其最大的经济效益与社会效益 4 1 14 1 1 路基宽度路基宽度 查 公路工程技术标准 得 山岭微丘区二级公路 当设计时速为 80km h 时 拟 定双向两车道 设计车道宽度为 3 75m 硬路肩的宽度为 1 5m 土路肩的宽度为 0 75m 路基总宽度 12m 各级公路车到宽度见下表 4 1 表表 4 14 1 各级公路行车道宽度各级公路行车道宽度 公路等级高速公路 一级公路 设计速度 km h 120 100 8060 车道数 864644 行车道宽度 m 215 0 211 25 27 5 211 25 27 5 27 0 公路等级二 三 四级公路 设计速度 km h 8060403020 车道数 2222 1 或 2 行车道宽度 m 7 57 07 06 5 3 5 或 6 4 1 24 1 2 路肩路肩 行车道处外缘至路基边缘之间的带状部分称为路肩 其具有保护及支撑路面结构 的作用 供发生故障的车辆临时停放之用 有利于防止交通事故和避免交通紊乱等作 用 路肩从构造上分为硬路肩和土路肩 硬路肩是指进行了铺装的路肩 可承受汽车 荷载的作用力 土路肩是指不加铺装的土质路肩 起保护路面和路基的作用 并提供 侧向余宽 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 18 道路一般设右路肩 高速公路 一级公路当采用分离式断面时 行车道左侧应设 左路肩 有条件时宜采用 2 50m 的硬路肩 当右侧硬路肩的宽度小于 2 50m 时 应设 紧急停车带 其他各项公路的路肩宽度根据条件可采用 2 25m 2 0m 1 75m 1 50m 1 00m 0 75m 最窄不能小于 0 50m 本次设计采用 1 50m 的硬路肩 0 75m 的土路肩 4 1 34 1 3 路拱横坡路拱横坡 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称为路拱 其倾斜 大小以百分率表示 对于不同类型的路面由于其表面的平整度和透水性不同 再考虑 当地的自然条件可选用不同的路拱坡度 查 公路工程技术标准 得 沥青混凝土及 水泥混凝土路拱坡度均为 12 本设计取路拱坡度为 2 土路肩横向坡度一般应较路 面横向坡度大 1 2 本设计取路肩横向坡度为 2 路拱坡度采用双向横坡 由路中 线向两侧倾斜 路拱的形式有抛物线形 直线形 直线接抛物线形 折线形等 根据路面宽度及 类型 低等级公路可采用抛物线形路拱 高等级公路一般采用直线形或直线形接抛物 线形路拱 本设计为设计速度 80km h 的双向两车道二级公路 路拱形式采用直线形 4 1 44 1 4 边沟边沟 边沟设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧 多与路中线平行 用以汇 集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水 边沟不宜过长 边沟的纵坡一般与路线纵坡一致 平坡路段 边沟保持不小于 0 5 的纵坡 边沟的横断面形式有梯形 矩形 三角形及流线型等 梯形边沟内侧边坡为 1 1 01 1 5 外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同 梯形边沟的底宽与深度约 0 40 6m 水流少的地区或路段 取低限或更小 但不宜 小于 0 3m 降水量集中或地势偏低的路段 取高限或更大一些 本次设计采用梯形边沟 内外侧边坡为 1 1 0 底宽为 0 6m 深度为 0 6m 边沟 示意图如图 4 1 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 19 图图 4 14 1 边沟示意图边沟示意图 4 1 54 1 5 截水沟截水沟 截水沟一般设置在挖方路基边坡坡顶以外 或山坡路堤上方的适当地点 用以拦 截并排除路基上方流向路基的地面径流 减轻边沟的水流负担 保证挖方边坡和填方 坡脚不受流水冲刷 截水沟示意图如下 图图 4 24 2 截水沟示意图截水沟示意图 图中距离 d 一般应大于 5 0m 地质不良地段可采用 10 0m 或更大 截水沟下方一 侧 可堆置挖沟的土方 做成顶部向沟倾斜 2 的土台 山坡填方路段可能遭到土方水流的破坏作用 此时必须设置截水沟 一拦截山坡 水流保护路堤 截水沟的横断面形式 一般为梯形沟的边坡坡度 因岩土条件而定 一般采用 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 20 1 1 0 1 1 5 沟底宽度不小于 0 5m 沟深 h 按设计流量而定 亦不小于 0 5m 截 水沟的位置 应尽量与绝大多数地面水流方向垂直 以提高截水效能和缩短沟的长度 截水沟水流不应引入边沟 当必须引入时 应增大边沟横断面 并进行防护 沟底应 具有 0 3 以上的纵坡 截水沟的长度以 200 500m 为宜 4 24 2 平曲线超高与加宽设计平曲线超高与加宽设计 为抵消或减少车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力 在该路段横断面将路 面做成外侧高内地的单坡形式 称为平曲线超高 合理设置超高 可全部或部分抵消 离心力 提高汽车在平曲线上行驶的稳定性与舒适性 从直线段的双向路拱横坡渐变 到圆曲线段具有单向横坡的路段 称作超高过渡段 超高过渡方式分无中间带道路的超高过度和有中间带的超高过渡 本设计采用绕 内边线旋转 各级公路最大超高渐变率如下表 4 2 表表 4 24 2 最大超高渐变率最大超高渐变率 超高旋转轴位置超高旋转轴位置 设计速度 km h 中线边线 设计速度 km h 中线边线 1201 2501 200401 1501 100 1001 2251 175301 1251 75 801 2001 150201 1001 50 601 1751 125 一般情况下 在确定缓和曲线长度时 已经考虑了超高过渡所需的最短长度 故 一般取超高过渡段 Lc 与缓和曲线长度 Ls 相等 若计算出的 Lc Ls 此时应修改平面线形 使 Ls Lc 当平面线形无法修改时 可将超高过渡起点前移 超高过度在缓和曲线起点之前的直线段开始 平曲线上设置超高以后 道路中线和内 外侧边线与设计标高之差 h 应予计算并 列于 路基设计表 中 以便于施工 4 2 14 2 1 超高的计算超高的计算 本设计所设的缓和曲线长度均为 200m 大于相应的缓和曲线长度 取满足 cs LL 超高及加宽要求 1 1 第一处平曲线处超高计算 第一处平曲线处超高计算 R1 500 Ls 200 则横向力系数 4 1 03869 0 5555 19 3232 19232 2 RR 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 21 式中 R 半径 由式 4 1 可得 则曲线 1 圆曲线处超高值大于077 0 1 024 0 127 2 1 R v ih 路拱横坡度 0 02 故此处超高值取 5 第一处平曲线出超高计算表如下 表表 4 34 3 转角转角 1 1 处的超高值处的超高值 内侧车道外侧车道 K0 068 890 ZH 2 2 227 7272 0 24 229 5752 0 244 1602 1 85 268 890 HY 5 5 400 459 YH 5 5 423 0472 13 2 13 425 7682 1 78 44020 03 600 459 HZ 2 2 本设计所设的缓和曲线长度为 200m 大于相应的缓和曲线长度 取满足超 cs LL 高及加宽要求 2 2 第二处平曲线处超高计算 第二处平曲线处超高计算 R2 500 Ls 200 由 4 1 可得横向力系数077 0 2 则曲线 2 圆曲线处超高值大于路拱横坡度 0 02 故此处超高值024 0 127 2 1 R v ih 取 5 第二处平曲线出超高计算表如下 4 4 位 置桩 号 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 22 表表 4 44 4 转角转角 2 2 处的超高值处的超高值 外缘內缘 K1 004 662 ZH 2 2 1801 86 2 2004 41 4 41 204 662 HY 5 5 218 421 YH 5 5 2402 25 2 25 2600 29 2 418 421 HZ 2 2 4 2 24 2 2 加宽的计算加宽的计算 规范 规定当圆曲线半径大于 250m 时 可以不设计加宽 本设计两个圆曲线半 径均为 500m 大于 250m 故本设计不涉及加宽设计 位 置桩 号 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 23 第五章第五章 路基设计路基设计 5 15 1 路基路面设计的一般规定路基路面设计的一般规定 路基路面应根据公路功能 公路等级 交通量 结合沿线地形 地质及路用材料 等自然条件进行设计 保证其具有足够的强度 稳定性和耐久性 同时 路面层应满 足平整和抗滑的要求 路基设计应重视排水设施与防护设施的设计 取土弃土应进行专门设计 防止水 土流失 堵塞河道和诱发路基病害 5 25 2 路基设计内容路基设计内容 5 2 15 2 1 路基横断面布置路基横断面布置及宽度设计及宽度设计 通常根据公路路线设计确定的路基标高与天然地面标高时不同的 路基标高低于 天然地面标高时 需进行开挖 路基设计标高高于地面标高时 需进行填筑 由于路 基填挖情况不同 可将断面分为三种类型 路堤 路堑和填挖结合三种断面形式 路基横断面的典型形式可归纳为路堤 路堑和填挖结合三种 1 1 路堤路堤 指全部用沿途填筑而成的路基 按照填土高度不同划分为矮路堤 高路堤和一般 路堤 其示意图如下图 图图 5 15 1 路堤示意图路堤示意图 2 2 路堑路堑 指全部在天然地面开挖而成的路基 有全挖路基 台口式路基及半山洞路基 其 示意图如下图 图图 5 25 2 路堑示意图路堑示意图 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 24 3 3 半填半挖路基 半填半挖路基 其示意图如下图 图图 5 35 3 半填半挖路基半填半挖路基 本设计路基宽度为 12m 其中路面宽度为 硬路肩宽度为 5m 7 275 3 土路肩宽度 路面坡度为 2 0 路肩坡度为 2 0 3m25 1 0 75 21 5m 5 2 25 2 2 路基压实路基压实 路堤填土需分层压实 使之有一定的密实度 土质路堑开挖到设计高程后 须检 验路基顶面工作区内天然状态土的密实度 该密实度通常低于设计要求 必要时 应 在开挖后再分层压实 使之达到一定的密实度 分层压实的路基顶面能防止水分干湿 作用引起的自然沉陷和行车荷载反复作用产生的压实变形 确定路面的使用品质和使 用寿命 路基土压实标准案重型和轻型两种标准击实试验方法来确定 在击实过程中 对 于路基的不同层位应提出不同的压实要求 上层和下层的压实度应高些 中间层可低 一些 当然这还应同路基的填挖情况和自然因素的影响程度结合起来考虑 根据上述要求 我国 公路路基设计规范 JTGD30 2004 针对各种不同情况提 出了不同的压实标准 压实度是以应达到的干密度绝对值与标准击实法得到的最大干 密度之比值的百分率 表 5 1 为适用于各级公路的以重型击实方法为标准的路床压实 度和相应的路床土最小强度 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 25 表表 5 15 1 路床土最小强度和压实度要求路床土最小强度和压实度要求 路床最小强度 CBR 压实度 项目分类 路面底 面以下 深度 m 高速公 路 一 级公路 二级公路 三 四 级公路 高速公 路 一 级公路 二级公路 三 四级公 路 0 0 3 865 96 95 94 填方路基0 3 0 8 543 96 95 94 0 0 3 865 96 95 94 零填及挖 方路基 0 3 0 8 543 96 95 公路路堤除了 0 8m 深度的路床之外 以下部分的路基一律按重型击实法求得的最 大干密度控制压实度 各个等级公路上路堤和和下路堤填土最小强度见表 5 2 除了特 殊气候区和选用特殊填料修筑的路堤外 路堤压实应满足表 5 2 的要求 表表 5 25 2 路堤压实度和最小强度要求路堤压实度和最小强度要求 路堤最小强度 CBR 压实度 类别 路床底面 以下深度 m 高速公 路 一级 公路 二级 公路 三 四 级公路 高速公路 一级公路 二级公 路 三 四级 公路 上路堤0 8 1 50 433 94 94 93 下路堤1 50 以下 322 93 92 90 5 2 35 2 3 路基边坡路基边坡设计设计 1 1 路堤边坡路堤边坡 路堤边坡可用边坡高度 H 与宽度 b 之比表示 并取 H 1 路堤边坡 一般路堤边坡可按照下表 5 3 选用 表表 5 35 3 路堤边坡坡度路堤边坡坡度 边坡坡率 填料类别 上部高度 H 8M 下部高度 H 12M 细粒土 1 1 51 1 75 粗粒土 1 1 51 1 75 巨粒土 1 1 31 1 5 本设计含有高填路堤 参考上述路堤边坡坡度可取1 1 5 H 8m 1 1 75 H 12m 2 2 路路堑堑边边坡坡坡坡度度 路堑边坡坡度 应根据低当地自然条件 土石种类及其结构 边坡高度和施工 方法确定 当地质条件良好且土质均匀时 可参照所列数值范围结合已成公路的实 湖南科技大学潇湘学院本科生毕业设计 论文 26 践经验采用 表表 5 45 4 路堑边坡表路堑边坡表 土和岩石种类边坡最大高度 m 边坡坡度 一般土 20 1 0 5 至 1 1 一般岩石1 0 1 至 1 0 5 本设计中 边坡高度小于 6