毕业设计（论文）-一级公路初步设计.doc

独独 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明 所呈交的毕业论文 设计 是本人在指导老师指导下取得的研究成果 除了文中特 别加以注释和致谢的地方外 论文 设计 中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果 与本研究 成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文 设计 中作了明确的说明并表示了谢意 学生签名 年 月 日 授授 权权 声声 明明 本人完全了解许昌学院有关保留 使用本科生毕业论文 设计 的规定 即 有 权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文 设计 的复印件和磁盘 允许毕业论 文 设计 被查阅和借阅 本人授权许昌学院可以将毕业论文 设计 的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存 汇编论 文 设计 本人论文 设计 中有原创性数据需要保密的部分为 如没有 请填写 无 学生签名 年 月 日 指导教师签名 年 月 日 本科生毕业论文 设计 I 摘 要 本设计为 区一级公路 公路路线途经平原重丘区 本着安全 经济 实用 美 观的原则 对该路段进行施工图设计 区一级公路施工图设计是在所在地区的地形 地质 气候的影响下 按照设计 规范进行的 本次设计的内容有 平面线设计 纵断面设计 横断面设计 平面线设 计包括纸上选线 定线 圆曲线 缓和曲线参数设定 直线设计等 纵断面设计包括 拉坡 竖曲线设计等 超高的设定一满足了设计要求的 8 之内 在竖曲线设计时 应 注意行车视距和视线诱导问题即满足 平包纵 合成坡度也要满足规范要求 横断面 设计时 使行车更加舒适 为确保道路的使用年限 在路段上还做了防护和排水设计 排水设计包括路基排水和路面排水 路面设计又有边沟设计和截水沟设计和路拱排水 施工图是工程的重要组成部分 可以使道路的实用性和经济性得到更好的保证 同时 也要求道路的美观性和实用性 经济性相结合 关键词关键词 施工图 路基设计 平面 横断面 纵断面 本科生毕业论文 设计 II Abstract Working properly to hope first class highway is to work properly the economic development of hope the region to rise very big function This route goes by way of the heavy area of hillock of mountain range being in the light of the safety economy practical the principle of the beauty carry on the construction to the road s segment diagram design Working properly to hope the highway construction diagram design is under the influence of the geography geology weather of the place region carrying on according to the design norm of A contents for design have The flat surface line design vertical section design cross section design block the soil wall design and the engineering quantity calculations and grounds square dispensation The flat surface line the design includes the paper select line settle line a curve the mitigation curve parameter enactment straight line design etc The vertical section design includes to pull the gradient Set extremely highly on satisfying 8 of the design request inside the vertical curve design etc at the vertical curve design at the request of notice to go the car to see to be apart from to induce the problem to satisfy a vertical curve namely with view synthesize the slope also want satisfy the norm When the cross section design considered the extremely high constitution make go the car more comfortable in order to insure the usage time limit of the road still did the protection and drain the design on the road segment Drain the design to include the roadbed catchment and roads to face the catchment the road faces the design and has the side ditch design and cuts the drain design and the road arch catchments The construction diagram is the importance of the engineering to constitute the part can make the function and economy of the road get the better assurance at the same time also request the beauty and function economy of the road to combine together Keywords Diagram design Road design Flat surface design Vertical section design Cross section design 本科生毕业论文 设计 III 目 录 摘 要 I ABSTRACT II 引言 2 1 依据 设计规范 2 2 工程概况 2 2 1 工程简介 2 2 1 1 工程名称 2 2 1 2 设计内容 2 2 1 3 工程特点 2 2 2 设计原则 2 2 2 1 平面设计 2 2 2 2 纵断面设计 2 2 2 3 横断面设计 2 2 2 4 路面结构设计 2 2 3 路基路面工程 2 3 道路选线定线 2 3 1 选线 2 3 1 1 选线内容 2 3 1 2 路线控制点 2 3 1 3 选线侧重 2 3 1 4 选线原则 2 3 1 5 选线方法 2 3 2 定线原则 2 3 3 定线方法 2 3 4 本施工设计中的定线原则 2 4 平面设计 2 4 1 概述 2 4 2 直线 2 4 2 1 直线的特点 2 4 2 2 直线长度的限制 2 4 3 圆曲线 2 4 4 缓和曲线 2 4 4 1 缓和曲线的作用 2 本科生毕业论文 设计 IV 4 4 2 缓和曲线的最小长度 2 4 5 平曲线要素计算 2 5 纵断面设计 2 5 1 纵坡及坡长设计 2 5 1 1 概述 2 5 1 2 最大纵坡 2 5 1 3 最小纵坡 2 5 1 4 坡长限制 2 5 1 5 缓和坡段 2 5 1 6 平均纵坡 2 5 1 7 合成坡度 2 5 2 道路平纵组合 2 5 2 1 平纵组合的设计原则 2 5 2 2 平曲线与竖曲线的组合 2 5 3 纵断面设计方法及步骤 2 5 3 1 竖曲线最小半径 2 5 3 2 纵断面设计要点及计算 2 5 3 3 纵断面设计步骤 2 5 3 4 纵断面图的绘制 2 6 道路横断面及路基设计 2 6 1 道路横断面的组成 2 6 1 1 路幅的构成 2 6 1 2 路幅布置类型 2 6 2 行车道及路肩 路拱 2 6 2 1 行车道宽度的确定 2 6 2 2 平曲线加宽及其过渡 2 6 2 3 路肩 2 6 2 4 路拱及超高 2 6 3 公路横断面设计 2 6 3 1 公路横断面设计要求 2 6 3 2 路基标准横断面 2 6 4 路基边坡设计 2 6 4 1 边坡坡度设计 2 6 4 2 边坡稳定性分析 2 本科生毕业论文 设计 V 6 5 路基土石方计算及调配 2 6 5 1 土石方数量计算 2 6 5 2 路基土石方调配 2 7 公路路面结构设计 24 8 挡土墙设计 2 8 1 挡土墙作用 2 8 2 重力式挡土墙验算 2 9 排水设计 2 9 1 路面表面排水 2 9 1 1 边沟 2 9 1 2 截水沟 2 9 1 3 排水沟 2 9 1 4 沟渠加固 2 9 2 路基防护 2 结论 2 致谢 2 参考文献 2 附录 图表图纸名称及编号 2 本科生毕业论文 设计 1 引言 初步设计是进行公路和城市道路设计施工建设的必要环节 此环节设计的好坏 直接影响着以后整个工程的施工进度和质量 它是通过所给的地形图在充分考虑当 地的地形地物条件并且结合各种规范而进行的道路的综合设计 它一般包括道路的 平纵横设计 防护设计 排水设计 路基设计 路面设计 交通工程设施设计等 本次通过设计实例 区一级公路初步设计 使我们能掌握道路设计过程的一些基本 的原则 了解道路基本设计的内容和程序等 通过此次毕业设计 可以使我们在如 何进行公路施工图设计方面进行一次全面的 系统的训练 使我们了解公路施工图 设计所包括的工作内容 工作程序 施工图设计文件所包括的内容及文件的编制办 法等 为今后从事公路工程设计工作打下良好的基础 通过毕业设计 既有助于提 高我们综合运用知识的能力 同时也有助于以后在工作岗位能很快地适应工作环境 本次设计中的主要任务是 1 在进行技术经济分析论证的基础上 选定 区一级公路的路线设计方案 根 据道路技术等级和道路技术标准 计算确定相关参数 2 绘制 区一级公路路线平 纵 横断面设计图 路基路面结构图 3 进行该道路曲线要素计算 编制相关计算结果表 4 路基路面设计 本毕业设计是严格在各种规范的指导之下进行的 内容严谨 详细 具有一定 的参考价值和实用价值 本科生毕业论文 设计 2 1 依据 设计规范 本段公路进行施工图设计的编制依据和设计规范有 1 公路路线设计规范 JTGD20 2006 2 公路沥青路面设计规范 JTGD50 2004 3 公路路基设计规范 JTGD30 2004 4 公路路面基层施工技术规范 JTJ034 2000 5 国家建筑标准设计给水排水标准图集 2002 年 6 公路沥青路面施工技术规范 JTGF40 2004 7 公路路基施工技术规范 JTG F10 2006 8 公路路面基层施工技术规范 JTJ034 2000 本科生毕业论文 设计 3 2 工程概况 2 1 工程简介 2 1 1 工程名称 区某一级公路设计 2 1 2 设计内容 K0 000 K2 468 6 范围内的道路平纵横设计 路基路面设计 排水设计 2 1 3 工程特点 区一级公路 本次设计地形为平原重丘区 为了达到高等级公路的规范标准 填挖方较大 本设计本着多挖少填的原则 确保路基的稳定性 2 2 设计原则 2 2 1 平面设计 道路为平原重丘区一级公路 设计车速为 60km h 道路全长 2468 6044m 起点 桩号为 K00 0 000 终点桩号为 K2 468 604 本次设计的平面线形中全线共设交点 2 个 平均每公里交点数为 1 23 个 最小 平曲线半径 420 米 最大圆曲线半径为 1500m 最大直线段的长度为 434 5m 2 2 2 纵断面设计 在本设计项目中最大纵坡 4 最小纵坡 0 8 最短坡长 900 最长坡长 1568 竖曲线半径是 6000 米 2 2 3 横断面设计 此公路为平原重丘区一级公路 计算行车速度为 60km h 路基宽度为 25m 其 中行车道宽 21m 两边土路肩各 0 5m 硬路肩各 3 5m 路拱坡度为 2 土路肩坡度为 3 详见道路标准横断面 2 2 4 路面结构设计 行车道路面结构为 4cm 细粒式沥青混凝土 8cm 中粒式沥青混凝土 15cm 水泥稳定碎石 本科生毕业论文 设计 4 15cm 水泥稳定碎石 30cm 石灰土 2 3 路基路面工程 工程路基主要是根据当地的地形地物合理的设计出路基的类型和构造 必须严 格保证路基的压实 压实时采用重型击实标准控制 土方要求分层碾压 按道路路 基施工规范要求进行施工 填方路段路堤在路槽以下 0 80cm 深度范围内压实度为 95 80 150cm 深度范围内压实度为 93 挖方路段路堑在 0 30cm 深度范围 内压实度为 95 路面工程主要有沥青路面结构层的设计 根据所给的交通资料合理的计算出路 面的结构组成 本科生毕业论文 设计 5 3 道路选线定线 3 1 选线 3 1 1 选线内容 选线应包括确定路线基本走向 路线走廊带 路线方案至选定线位的全过程 3 1 2 路线控制点 l 路线起 终点 必须连接的城镇 工矿企业 以及特定的特大桥 特长隧 道等的位置 应为路线基本走向的控制点 2 大桥 长隧道 互通式立体交叉 铁路交叉等的位置 应为路线走向控制 点 原则上应服从路线基本走向 3 中 小桥涵 中 短隧道 以及一般构造物的位置应服从路线走向 3 1 3 选线侧重 不同的设计阶段 选线工作内容应各有所侧重 后一阶段是前一阶段的继续与 深化 随着勘察 设计工作的深入 应复查并优化前一阶段的路线方案 使路线线 位更臻完善 3 1 4 选线原则 l 应针对路线所经地域的生态环境 地形 地质的特性与差异 按拟定的各 控制点由面到带 由带到线 由浅人深 由轮廓到具体 进行比较 优化与论证 同一起 终点的路段内有多个可行路线方案时 应对各设计方案进行同等深度的比 较 2 影响选择控制点的因素多且相互关联 又相互制约 应根据公路功能和使 用任务 全面权衡 分清主次 处理好全局与局部的关系 并注意由于局部难点的 突破而引起的关系转换给全局带来的影响 3 应对路线所经区域 走廊带及其沿线的工程地质和水文地质进行深入调查 勘察 查清其对公路工程的影响程度 遇有滑坡 崩塌 岩堆 泥石流 岩溶 软 土 泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待 视其对路线的影响程度 分别对绕 避 穿等方案进行论证比选 当必须穿过时 应选择合适的位置 缩小穿越范围 并采取切实可行的工程措施 4 应充分利用建设用地 严格保护农用耕地 5 国家文物是不可再生的文化资源 路线应尽可能避让不可移动文物 6 保护生态环境 并同当地自然景观相协调 本科生毕业论文 设计 6 7 高速公路 具干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相衔接时 以 接城市环线或以支线连接为宜 并与城市发展规划相协调 8 路线设计是立体线形设计 在选线时即应考虑平 纵 横面的相互间组合 与合理配合 3 1 5 选线方法 l 选线可采用纸上定线或现场定线 高速公路 一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法 二级公路 三级公路 四级公路可采用现场定线 有条件或地形条件受限制时 可采用纸上定线或纸上移线并现场核定的方法 2 选线应在广泛搜集与路线方案有关的规划 计划 统计资料 相关部门的 各种地形图 地质 气象等资料的基础上 深入调查 勘察 并运用遥感 航测 GPS 数字技术等新技术 确保其勘察工作的广度 深度和质量 以免遗漏有价值的 比较方案 3 2 定线原则 根据交通部 公路路线设计规范 JTGD30 2004 的有关规定 公路布线遵循 经济合理的原则 尽可能少拆迁 少占用农田 利用有利地形布线 使公路路线与 自然景观协调统一 并以充分利用旧路改建减少工程投资为目的进行选线 3 3 定线方法 公路定线质量还在很大程度上取决于采用的定线方法 常用有直接定线和纸上 定线两种方法 在道路的勘测设计中 一般是先在地形图上进行纸上定线 然后进 行实际定线 技术标准高的 地形 地物复杂的路线必须使用 纸上定线 然后把 纸上路线敷设在地面上 直接定线 省去了纸上定线这一步 所以只适用于标准较 低的路线 在本设计中 道路等级为一级 且地形 地物较为复杂 故线路采用 纸上定线 的方法 3 4 本施工设计中的定线原则 本项目是公路新建工程 由于地形比较复杂 落差较大 故为了减少填挖方量 达到标准要求 优化线形 采用了沿等高线的走向布线 个别无法避免的地方 只 好直穿等高线了 但尽量使其交角小 其中设置了两个转角和 1 2 本科生毕业论文 设计 7 4 平面设计 4 1 概述 道路是带状的三维空间结构实体 一般由线形 路基 路面 桥梁 涵洞 隧 道和沿线设施等组成 不论是公路还是城市道路 其路线位置的选定都会受到社会 经济 自然地理和技术条件等多重因素的制约 需要设计者再进行充分调查 掌握 大量可靠资料的基础上 利用现行的技术标准和设计规范 结合当地的地形 地质 和地物等条件 设计出一条经济 合理而又与自然景观协调的路线来 道路平面设 计就是在平面图上研究确定路中线几何形状的原理和方法的工作 直线是最简单的平面线形 然而从道路的起点到终点之间往往不能用一条直线 将其连接起来 由于受地形 地物等因素的制约 路线在平面上往往出现很多转折 为了保证行车的安全性和平稳性 在转折处需要用圆曲线加以连接 如果圆曲线 半径较小 还要进行曲率过渡 即加设缓和曲线 因此 道路的平面线形要素是由 直线 圆曲线和缓和曲线构成的 通常称之为 平面线形三要素 直线是曲率为零 的线形 圆曲线是曲率为常数的线形 缓和曲线是曲率逐渐变化的线形 三要素是 道路平面线形最基本的组成 在道路上各要素所占比例难以量化规定 但只要各组 成要素使用合理 组合得当 均可以得到较为理想的平面线形 4 2 直线 4 2 1 直线的特点 作为平面线形要素之一的直线 在公路和城市道路中的使用最为广泛 当地势 平坦 地物障碍较小时 定线人员往往首先考虑使用直线线形通过 这因为两点之 间的连接长度以直线最短 汽车在直线上行驶时受力简单 方向明确 驾驶操作容 易 同时 路线测设简单 方便 基于直线的上述优点 在个种线形工程中都有着 其独特的地位 当然直线线形也有其缺点 直线线形灵活性差 难以与地形 地物等周围的环境 相协调 过长的直线易使驾驶员感到单调 疲倦 注意力难以集中 直线路段上难 以准确目测车辆之间的距离 长直线上容易导致高速行车 引发交通事故等 因此 在运用直线线形和确定其长度时 需要持谨慎态度 尽量不采用过多和过长的直线 线形 4 2 2 直线长度的限制 1 直线的最大长度 本科生毕业论文 设计 8 我国地域辽阔 各地区的地形条件差异非常大 很难统一规定直线的最大长度 我国在道路辽阔设计中参考使用外国的经验值 根据德国和日本的规定 直线的最大 长度 单位 m 为 20v v 设计速度 km h 虽然地域不同 环境不同 但一般情 况下应尽量地避免追求过长地直线指标 本设计最大直线长度为 434 5m 2 直线的最小长度 为了保证行车安全 相邻两曲线之间应具有一定地直线长度 这个直线长度是 指前一曲线的终点 缓直 HZ 或圆直 YZ 到后一曲线起点 直缓 ZH 或直圆 ZY 之间的长 度 对于反向曲线间的最小直线长度 规范 规定反向曲线间最小直线长度 单位 为 m 以不小于 2V 单位为 km h 为宜 即 120m 本设计最小长度为 434 5m 符合要 求 4 3 圆曲线 各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线 而圆曲线是平曲线中的重 要组成部分 路线平面线形中常用的单曲线 复曲线 双交点或多交点曲线 虚交 点曲线 回头曲线等中一般均包含了圆曲线 圆曲线具有易与地形相适应 可循环 好 线形美观 易于测设等优点 使用十分普遍 本次公路为一级公路 故应该合 理的设置缓和曲线 1 圆曲线最小半径的计算 圆曲线最小半径包括极限最小半径 一般最小半径和不设超高的的最小半径 极限最小半径是指各级公路对按设计速度行驶的车辆 能保证其行车的安全的 最小允许半径 它是圆曲线半径允许采用的极限最小值 只有当地形条件特殊困难 或受其他条件严格限制时 方可采用 根据我国 规范 规定的极限最小半径值本 次设计的一级公路极限最小半径为 125m 一般最小半径是指通常情况下各级公路对按设计速度行驶的车辆 能保证其安 全性和舒适性行车的推荐采用的最小半径 对此 我国的 规范 也做了相应的规 定 本次设计中在第一个交点处 R 取 420m 第二个交点处 R 取 1500m 当平曲线半径较大时 根据情况可以不设超高 即 60km h 时速为当圆曲线半径 大于 1500m 时 就可以不设置超高 对于本次设计中所有交点的半径有一个为 1500m 故这个交不需设置超高 4 圆曲线最大半径 选用圆曲线半径时 在地形 地物等条件允许时 应尽量采用较大曲线半径 但是 当半径大到一定程度时 其几何性质与直线区别不大 而且容易给驾驶员造 成判断上的失误 因此 规范 规定了圆曲线的最大半径不宜超过 10000m 本科生毕业论文 设计 9 4 4 缓和曲线 缓和曲线是道路平面线形要素之一 它是设置在直线和圆曲线之间的或两个圆 曲线之间的曲率半径逐渐变化的线形 标准 规定 除四级公路可以不设缓和曲线 外 其余各级公路在其半径不小于不设超高的最小半径时都应设置缓和曲线 4 4 1 缓和曲线的作用 1 曲率逐渐变化 便于驾驶操作 2 离心加速度逐渐变化 消除了离心力突变 2 为设置超高和加宽提供过渡段 4 与圆曲线配合得当 美化线形 4 4 2 缓和曲线的最小长度 为了车辆在缓和曲线上平稳的完成曲率的过渡与变化 保证线形顺适美观 同 时为在圆曲线上设置的超高和加宽提供过渡段 应规定缓和曲线的最小长度 通过 考虑了离心加速度的变化率 驾驶员的操作反应时间 超高渐变率和视觉条件 我 国 规范 规定了各级公路缓和曲线最小长度值 本次设计为一级公路 设计速度 为 60km h 取缓和曲线最小长度 150m 4 5 平曲线要素计算 1 圆曲线几何要素及公式如下 LTJ RE RL RtgT 2 1 2 sec 180 2 式中 T 切线长 m L 曲线长 m E 外距 m R 圆曲线半径 m 转角 度 设计的线形大致如下图所示 本科生毕业论文 设计 10 图 4 1 路线设计图 本路线设两个交点 起点为 A 终点为 B 1 2 A 点坐标 3380 5764 3385 9238 坐标 3841 0012 3652 7266 1 坐标 3629 1282 4800 2 B 点坐标 3851 6364 5629 4434 第一个交点处方位角 1 A 与间坐标增量 460 4248 266 8082 1 1 1 交点间距 532 142 A 点方位角计算 30 091 因为 0 所以 1 30 091 同理计算1166 6732 858 7702 79 537 因为 0 所以 2 79 537 180 2 100 463 本科生毕业论文 设计 11 74 983 公路偏角 70 372 25 48 处因为 0 所以路线为右偏 70 372 1 处因为 0 所以路线为左偏 25 48 2 2 缓和曲线圆曲线要素计算公式 在简单的圆曲线和直线连接的两端 分别插入一段回旋曲线 即构成带有缓和 曲线的平曲线 其示意图如下 图 4 2 按回旋曲线敷设缓和曲线 3 交点处要素计算 1 综合考虑 处偏角以及 长度 半径取 R 420 1 2 1 2 插入圆曲线 取对称基本型设置缓和曲线 计算缓和曲线长度 1 按离心加速度变化率计算 18 51m 2 按驾驶员放映时间计算 50m 3 按超高渐变率计算 12 0 07 175 147 本科生毕业论文 设计 12 4 按视觉条件计算 46 47m 综上各项 Lsmin 147m 取 5 的倍数 所以 Lsmin 150m 由2 23m 74 92m 加入回旋先后各平曲线要素计算 切线长372 62m 曲线长 665 592m 圆曲线长 365 592m 外距96 6m 桩号为 K0 桩号 桩号 T K0 桩号 桩号 Ls KO 桩号 桩号 L 2 K0 桩号 桩号 Ly K0 桩号 桩号 Ls K0 4 交点处要素计算 综合考虑 处偏角以及 长度 半径取 R 1500m 插入圆曲线取对称基本型设置缓和曲线 计算缓和曲线长度 1 按离心加速度变化率计算 5 184m 2 按驾驶员放映时间计算 50m 3 按视觉条件计算 166 67m 综上各项 Lsmin 166 67m 取 5 的倍数 所以 Lsmin 170m 由0 802 m 84 99m 加入回旋先后各平曲线要素计算 切线长424 31m 曲线长 836 727m 圆曲线长 496 727m 外距38 68m 各主要点桩号计算 桩号为 621 7272 本科生毕业论文 设计 13 桩号 桩号 197 4172 桩号 桩号 621 7272 桩号 桩号 197 4172 170 367 4172 桩号 桩号 L 2 197 4172 836 727 2 615 7807 桩号 桩号 367 4172 496 727 864 1442 桩号 桩号 Ls 864 1442 170 034 1442 终点 B 桩号 桩号 468 6044 5 纵断面设计 沿着道路中线竖直剖切然后展开得到的断面即为路线纵断面 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 确定起伏空间线的位置 以便达到行车安全迅速 运输经济合理以及乘客感觉 舒适的目的 5 1 纵坡及坡长设计 5 1 1 概述 沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面 由于自然因素的影响以及经 本科生毕业论文 设计 14 济性的要求 路线纵断面总是一条有起伏的空间线 纵断面设计根据地形 地质 水文 地物 综合考虑平面 横断面而设 设计纵坡连续 协调 充分利用旧路 纵断面是道路纵断面设计的主要成果 也是道路设计的重要技术文件之一 见 纵断面设计图 在纵断面图上有两条主要的线 一条是地面线 它是根据中线上各桩点的高程 而点绘的一条不规则的折线 反映了沿着中线地面的起伏变化情况 另一条是设计 线 它是经过技术上 经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状 的几何线 反映了道路路线的起伏变化情况 纵断面设计线是由直线和长度影响着 汽车的行驶速度和运输的经济以及行车的安全 它们的一些临界值的确定和必要的 限制 是以通行的汽车类型及行驶性能来决定的 在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线 按坡度转折形式的不同 竖曲 线有凹有凸 其大小用半径和水平长度表示 5 1 2 最大纵坡 最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值 它是道路纵断面 设计的重要控制指标 本次设计一级公路设计速度为 60km h 最大纵坡取 4 本设 计最大坡度为 4 符合设计要求 5 1 3 最小纵坡 挖方路段以及其他横向排水不良的路段所规定的纵坡最小值称为最小纵坡 在 长路堑以及其他横向排水不利地段 为了防止积水渗入路基而影响其稳定性 各级 公路均应设置不小于 0 3 的最小纵坡 一般情况不小于 0 5 当必须设计平坡或 纵坡小于 0 3 的路段时 边沟应作纵向排水设计 本设计最小坡度为 0 8 符合要 求 5 1 4 坡长限制 1 最小坡长限制 最小坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性和布设竖曲线的要求考虑的 60km h 时规定最小为 150m 2 最长坡长限制 所谓最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶时 当车速下降到最低允许速度 时所行驶的距离 规范 规定的最大坡长如表 5 1 所示 本次设计中设计坡度 4 时坡长为 900m 设计坡度为 0 8 时坡长为 1528m 均符 合设计要求 本科生毕业论文 设计 15 表 5 1 各级公路最长坡长 5 1 5 缓和坡段 当连续纵坡大于坡长限制时 应在不大于表 5 1 所规定长度处设缓和坡段 用 以恢复在陡坡上降低的速度和保证安全 标准 规定缓和坡段的纵坡度应不大于 3 其长度应不小于该级公路相应的最短坡长 在必须设置缓和坡段而地形又困难 的地段 可将缓和坡段设置于半径较小的平曲线上 但应适当增加缓和坡段的长度 此时缓和坡段的长度应予增加 所增加的长度为该平曲线的半径值 5 1 6 平均纵坡 平均纵坡是指由若干坡段组成的路段所克服的高差与路现长度之比 是衡量线 形质量的重要指标 目的是为了合理运用最大纵坡 坡长及缓和坡长的规定 以保 证车辆安全顺利地行驶的限制性指标 本公路的相对高差小于 200m 顾可以不考虑 平均纵坡 5 1 7 合成坡度 合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度 其方向 即为流水线方向 合成坡度的计算公式为 22 iiI h 式中 I 合成坡度 超高横坡或路拱横坡 h i 路线设计纵坡坡度 i 一级公路最大允许合成坡度值的规定为小于 10 5 本次设计中最大合成坡度为 4 604 0 05 0 Im 2222 iiax h 6 4 10 5 符合设计要求 设计速度 km h 1201008060403020 3900100011001200 47008009001000110011001200 5 6007008009009001000 6 500600700700800 7 500500600 8 300300400 9 200300 坡 度 10 200 本科生毕业论文 设计 16 各级公路最小合成纵坡不宜小于 0 5 当合成纵坡小于 0 5 时 应采用综合 排水措施 以保证路面排水畅通 5 2 道路平纵组合 5 2 1 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 5 2 2 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 5 3 纵断面设计方法及步骤 纵断面上两个坡段的转折处 为了便于行车的方便用一段曲线来缓和 称为竖 曲线 竖曲线的形式可采用抛物线型或圆曲线型 由于在纵断面上只计水平距离和 垂直高度 斜线不计角度而计坡度 因此 竖曲线的切线长与曲线长是其在水平面 上的投影 切线支距是竖直的高程差 相邻两坡度线的交角用坡度差表示 5 3 1 竖曲线最小半径 设计车速为时 凸形竖曲线极限最小半径为 1400m 一般值为60 vKm h 2000m 凹形竖曲线极限最小半径为 1000m 一般值为 1500m 竖曲线最小长度为 50m 见表 5 2 表 5 2 竖曲线最小半径与竖曲线长度 设计速度 km h 1201008060403020 一般值 17 00010 0004 5002 000700400200 凸形竖曲线最小半径 m 极限值 11 0006 5003 0001 400450250100 一般值 6 0004 5003 0001 500700400200 凹形竖曲线最小半径 m 极限值 4 0003 0002 0001 000450250100 一般值 250210170120906050 竖曲线长度 m 最小值 100857050352520 本科生毕业论文 设计 17 本设计中竖曲线为凸型 半径为 6000m 符合要求 总之 无论是凸形竖曲线还是凹形竖曲线都要受到以上三种因素的限制 在进 行设计时 必须明确那一种限制因素最为不利 这样才能最为有效的控制 5 3 2 纵断面设计要点及计算 1 纵坡极限值的运用 一般来讲 纵坡缓一些为好 但为了路面和边沟排水 最小纵坡不应低于 0 3 0 5 2 最短坡长 坡长是指纵断面上两变坡点之间的距离 坡长不宜过短 一般 以不小于计算行车速度 9s 的行程为宜 3 纵坡的设计 本设计地形为山岭重丘地形 所以其纵坡应均匀平缓 注意 保证最小纵坡的要求 4 竖曲线半径的选用 竖曲线半径应以较大为宜 当受到限制时可采用一般 最小值 特殊困难方可采用极限最小值 在 xoy 坐标系中 如图 5 1 所示 设变坡点相邻两纵坡坡度分别为 他们 21ii 和 的代数差用表示 即 当为 时 表示为凹形竖曲线 为 1i2i 时 为凸形竖曲线 本设计中的竖曲线要素计算如下 本科生毕业论文 设计 18 图 5 1 竖曲线要素示意图 曲线长 L Rw 286 2m 切线长 T L 2 143 1m 外距 E T 2R 1 706m 5 3 3 纵断面设计步骤 1 根据所给的平面图 结合当地的地形 地物的实际情况 设计出一条既符 合规范的 又省土石方的设计线 2 结合坡长限制和半径限制 合理的定出竖曲线半径 3 计算出有关的竖曲线要素值 4 绘制纵断面图 并注明各要素值 5 3 4 纵断面图的绘制 纵断面图在 CAD 图里面包括上下两部分内容 上部分在本图里面主要包括地面 线和设计线 以及纵断面各要素的数据 下部分主要包括填挖高度 里程桩号 地 面高程 设计高程 坡长坡度说明 平曲线说明 本科生毕业论文 设计 19 6 道路横断面及路基设计 道路的横断面是指中线各点的法向切面 它是由横断面设计线和地面线所构成 的 其中横断面设计线包括行车道 路肩 边沟边坡 护坡道 分隔带 截水沟以 及取土坑 弃土坑 环境保护设施 横断面中的地面线是表征地脉那起伏变化的那 条线 路线设计中所涉及的横断面设计只限于与行车道直接有关的那一部分 即各 组成部分的宽度 横向坡度等问题 6 1 道路横断面的组成 6 1 1 路幅的构成 路幅是指公路路基顶面两路肩外侧边缘之间的部分 道路的分隔方式有两种 一种是用分隔带分隔 整体式断面 一种是将上下行车道分别放在不同的平面上加 以分隔 分离式断面 本设计为整体式断面 6 1 2 路幅布置类型 路幅布置类型包括单幅双车道 双幅多车道 单车道三种 设计时根据设计要 求合理采用路幅形式 本设计为双幅四车道 6 2 行车道及路肩 路拱 6 2 1 行车道宽度的确定 行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称 它包括快车道和慢车道 在一般公 路和城市道路上还有非机动车道 行车道的宽度要根据车辆总宽 设计交通量 交通 组成和汽车行驶速度确定 本次设计单车道宽 3 5m 6 2 2 平曲线加宽及其过渡 加宽值的计算 汽车行驶在曲线上 各轮迹半径不同 其中以后内轮轨迹半径最小 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 四级公路和山岭 重丘区的三级公路采用第一类加宽值 其余的各级公路采用 第三类加宽值 对不经常通行集装箱运输半挂车的公路 可采用第二类加宽值 对于 R 250m 的圆曲线 由于其加宽值比较小 可以不加宽 对于本次工程来说 半径都大于 250m 不设置加宽 故不需计算加宽 6 2 3 路肩 各级公路都要设置路肩 路肩对于一条道路来说有很重要的作用 从构造上来 本科生毕业论文 设计 20 说 路肩分为土路肩和硬路肩 硬路肩是经过了铺装的路肩 为了使路肩能汇集路 面积水 在路肩边缘应设置路缘石 土路肩是指不经过任何铺装的路肩 它其保护 路面和路基的作用 并能提供侧向余宽 路肩的最小宽度为 0 5m 本设计路肩为 1 0m 宽的土路肩和 7m 的硬路肩 6 2 4 路拱及超高 1 路拱及路肩的横坡度 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选用不同的路拱坡度 土路肩的排水性远低于路面 其横坡度较路面宜增大 1 0 2 0 硬路肩视 具体情况 材料 宽度 可与路面同一横坡 也可稍大于路面 本设计中采用的是沥青混凝土路面 路拱坡度采用 2 2 超高 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力 将路面做成外侧高于内侧的 单向横坡的形式 这就是曲线上的超高 合理地设置超高 可以全部或部分地抵消 离心力 提高汽车行驶在曲线上的稳定性和舒适性 超高横坡度由直线段的双坡路拱 过渡到与圆曲线半径相适应的单向横坡的路 段 称作超高缓和段或超高过渡段 高横坡度的计算确定 超高横坡度可由平曲线最小半径公式 得出 对此 我国现行的 公路工程技术标准 中规定 凡半径小于不设超高的最小 半径的平曲线均应设置超高 超高的横坡度按设计速度 半径大小 结合路面类型 自然条件和车辆组成等情况确定 高速公路 一级公路的超高横坡度不应大于 10 其他各级公路不应大于 8 在本设计中 由上面的计算得知当圆曲线半径大于 1500m 时 可以不设置超高 超高的过度 超高的过渡分为无中间带道路和有中间带道路的过渡 本设计采用的有中间带 本科生毕业论文 设计 21 道路的超高过渡方式 本设计为绕中线旋转 先将外侧车道绕路中线旋转 待达到与内侧车道构成单向 横坡度后 整个断面绕中线旋转 直至超高横坡度 超高值计算见附表 6 3 公路横断面设计 路面横断面的形式是随着道路的等级的不同而有所 可选择不同的形式 通常 分为槽式横断面和全铺式横断面 对于槽式横断面它与全铺式横断面的最大一个不 同点是槽式横断面中路面结构层是等厚的 而全铺式中是非等厚的 本次设计所采 用的是槽式横断面 6 3 1 公路横断面设计要求 横断面设计 必须结合地形 地质 水文等条件 本着节约用地的原则 选用 合理的断面形式 以满足行车顺适 工程经济 路基稳定且便于施工和养护的要求 6 3 2 路基标准横断面 在具体设计每个横断面之前 先确定路基的标准横断面 或称 典型横断面 在标准横断面图中 一般要包括 路堤 路堑 半堤半堑 砌石路基等 断面中的 边坡坡率 边沟尺寸 挡墙断面等 必须按现行 公路路基设计规范 的规定处理 对于高填 深挖 特殊地质 浸水路堤等应单独设计 路基标准横断面见路基标准 横断面图 6 4 路基边坡设计 6 4 1 边坡坡度设计 路基边坡的坡度 应根据当地的自然条件 岩土性质 填挖类型 边坡高度和 施工方法等进行合理选定 本设计沿线无不良地质状况 路堤 路堑均为砂性土 故采用路堤的边坡为 路堤上部坡度 H 1 1 5 下部坡度 1 1 75 H 路堑边坡为m8 12m 1 1 5 6 4 2 边坡稳定性分析 该工程填挖深度在 8m 以下的 按一般路基设计 采用规定的坡度值 可不做稳 定性分析计算 路基挖方深度超高 8m 的须做路基边坡稳定分析计算 路基边坡稳定的力学计算基本方法是分析失稳滑动体沿滑动面上的下滑力 T 与 抗滑力 R 按静力平衡原理 取两者的比值为稳定系数 K 即 K R T 工程上规定采 本科生毕业论文 设计 22 用作为路基边坡稳定性分析的界限值 本设计中路堤路堑均为砂性土 砂类土路基边坡渗水性强 黏性差 边坡稳定 主要靠其内摩擦力支持 失稳土体的滑动面近似直线形态 桩号 K1 800 处 填挖高度为 10 2m 路基左侧边坡高度 H1 12m 右侧高度 H2 8m 取 H 12m 进行边坡稳定性验算 内摩擦角 35 土的容重 r 19KN m3 黏 结力 c 14 7KPa 坡度为 1 1 5 图 6 1 边坡示意图 按静力平衡可得 本科生毕业论文 设计 23 min0 0 costan sin cot sin ABDQ 1H Q L 2sin 2sin cot sin sin 2 tan cotcot 0 cotco RNfcLQcL K TTQ cL f Q c Kf H c af H Kfaa KdK d 单位长度路基边坡滑动体的重力 表达式为 由此可得 令 而则 欲求值 对上式求导数 取 则最危险滑动面的倾角表达式为 0 0 min min tcsc 2 2 cot2 csc cot1 5csc 1 8028 2 tan350 7002 0 129 2 621 25 a fa Kafa fa c fa H K 以代替 最后得 对于该断面 则 该路基边坡稳定 6 5 路基土石方计算及调配 6 5 1 土石方数量计算 平均断面法 若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近 则可假定两断 面之间为一棱柱体 其体积的计算公式为 其中 V 体积 即土石方数量 m3 F1 F2 分别为相邻两断面的面积 m2 L 相邻断面之间的距离 m 6 5 2 路基土石方调配 土石方调配的目的是为确定填方用土的来源 挖方弃土的去向 以及计价土石 方的数量和运量等 通过调配合理地解决路段土石方平衡与利用问题 使从路堑挖 出的土石方 在经济合理的调运条件下移挖作填 达到填方有所 取 挖方有所 本科生毕业论文 设计 24 用 避免不必要的路外借土和弃土 以减少占用耕地和降低公路造价 1 土石方调配方法 土石方调配方法有多种 如累积曲线法 调配图法及土石方计算表调配法等 目前生产上多采用土石方计算表调配法 该法不需绘制累积曲线与调配图 直接可 在土石方表上进行调配 其优点是方法简捷 调配清晰 精度符合要求 具体调配 步骤是 土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的 调配前应将可 能影响运输调配的桥涵位置 陡坡 大沟等注在表旁 供调配时参考 弄清各桩号间路基填挖方情况并作横向平衡 明确利用 填缺与挖余数量 在作纵向调配前 应根据施工方法及可能采取的运输方式定出合理的经济运 距 供土石方调配时参考 根据填缺挖余分布的情况 结合路线纵坡和自然条件 本着技术经济和支农 的原则 具体拟定调配方案 方法是逐桩逐段地将毗邻路段的挖余就近纵向调运到 填缺内加以利用 并把具体调运方向和数量用箭头标明在纵向利用调配栏中 经过纵向调配 如果仍有填缺或挖余 则应会同当地政府协商确定借土或弃 土地点 然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或弃方栏内 土石方调配后 应按下式进行复核检查 横向调配 纵向调配 借方 填方 横向调配 纵向调配 弃方 挖方 挖方 借方 填方 弃方 检查一般是逐页进行复核的 如有跨页调配 须将其数量考虑在内 通过复核 可以发现调配与计算过程有无错误 经过核证无误后 即可分别计算计价土石方数 量 运量和运距等 为编制施工预算提供土石方工程数量 本科生毕业论文 设计 25 7 7 公路路面结构设计公路路面结构设计 我国在路面设计时以双轮组单轴载 100kN 为标准轴载 以 BZZ 100 表示 在本 次设计中采用的标准轴载为 100