辽宁地区某高速公路A3标段高速公路施工图设计毕业论文.doc

1 辽宁地区某高速公路辽宁地区某高速公路 A3 标段高速公路施标段高速公路施 工图设计毕业论文工图设计毕业论文 前言 6 1 原始资料 7 1 1 地形地貌 7 1 2 水文地质 7 1 3 气候特点 7 1 4 路线状况 8 1 5 道路等级的确定 8 1 6 道路设计标准 10 现依据 规范 将高速公路的设计指标列出如下 10 公路等级 高速公路 10 1 7 选线和定线 10 道路平面线形设计 是根据汽车形式的力学性质和行驶轨迹要求 合理地确定各线形要 素的几何参数 保持 线形的连续性和均匀性 避免采用长直线 并注意使线形与地形 地物 环境和景观等协调 14 本设计中路线总长 3002 371m 设有 2 个转折点 地形坡度平缓顺畅 15 2 平面设计 15 2 1 平面设计的基本原则 15 2 2 平面线形设计的基本要求 16 2 3 平曲线要素的组合类型 19 2 5 3 中桩坐标计算 24 2 1 直线中桩坐标计算 24 2 平曲线内中桩坐标计算 25 s L 缓和曲线长度 25 3 纵断面设计 26 3 1 断面设计的步骤和方法 26 3 2 1 坡设计的原则 27 3 2 2 坡技术指标的确定 28 1 最大纵坡 28 1 计算竖曲线要素 32 2 计算设计高程 32 4 横断面设计 35 4 1 路基横断面尺寸确定 11 35 4 1 1 路幅及行车道宽的确定 1 36 4 1 2 加宽值的确定 7 36 4 1 3 路肩的确定 36 4 1 4 中间带的确定 11 37 4 1 5 路拱和超高的确定 37 1 路拱 37 2 超高及作用 37 4 2 路基土石方数量计算及调配 7 45 4 3 道路建筑界限与道路用地 47 4 3 1 道路建筑界限 48 4 3 2 道路用地 48 3 5 路基设计 48 5 2 路基的类型与设计 12 49 5 2 1 路基断面形式 49 5 2 2 路基高度 49 5 2 3 边坡坡度 49 5 2 4 路基填土与压实 50 5 3 路基的处理 52 5 3 1 一般路基处理 52 5 3 2 路床处理 52 5 3 3 特殊路基处理 53 5 4 路基防护 53 5 5 挡土墙设计 54 5 5 1 挡土墙的作用 54 5 5 2 挡土墙的布置 54 6 路面设计 55 6 1 路面设计应达到的要求 55 6 2 路面类型及结构 56 6 2 1 路面类型 5 56 6 3 路面设计 57 7 排水设计 66 7 1 排水类型 10 66 7 2 路基排水 10 66 7 3 路面排水 68 7 3 1 分散漫流式路表排水 69 4 7 3 2 中央分割带排水 69 7 3 3 路面内部排水 69 8 结论 70 9 致谢 70 前言 高速公路是社会经济发展过程中的重头戏 是经济发展的必然产物 它伴随着运输 行业的蓬勃发展和整个社会的政治 经济 军事的发展而发展 同时为经济发展提供了 更广阔的空间 随着经济全球化的发展 公路运输市场不再是一个国家 一个地区的市 场 而是一个全球性的开放性市场 邻国之间共同修建高速公路 最终连接在一起 形 成了国际高速公路网 成为现今公路发展的大趋势 如今 为了更好地发挥高速公路的 效益 加强国际间的公路运输联系 一些发达国家把主要高速公路连接起来 构成了国 际高速公路网 本次毕业设计是交通土建专业在完成全部课程后 依据交通土建专业毕业设计大纲 的要求 对实习资料进行整理 分析 并加以认真的思考 听取指导教师的意见编制而 成的 在设计中参阅了 路基路面工程 高速公路规划与设计 公路工程技术标准 道路勘测设计 公路工程概 预算定额 等专业文献 本设计分为九大章节 第一章是关于本次毕业设计所收集的原始资料 技术等级和几何 标准 同时阐述了路线的选线与比选的具体过程 第二 三 四章则分别关于平 纵 横三方面的设计 具体介绍了平 纵 横设计几何标准的选定 还有三者综合设计的过 程 第五介绍了路基设计的内容 第六章详述了路面结构设计 第七章介绍了关于排水 方面的设计 第八章是关于施工组织方面的设计 第九章是概预算 附录包括专题部分 以及英语翻译部分 设计过程中 我和同组同学们互相探讨 积极向指导教师请教 及时 认真地完成 了每个阶段老师交给的任务 在本次公路设计中比较圆满的完成了纵断面 横断面 路 面 施工组织以及概预算的编制 让我对专业知识进行了全面而系统的回顾 通过完成 本次设计加深了自己专业意识 灵活运用了所学理论知识 培养了理论联系实际的能力 为日后的工作打下了良好基础同时做好了较为充足的准备 5 本人实践经验与理论知识的缺乏 设计中难免会有错漏之处 恳请各位指导老师予以 点评指正 帮助学生将设计修改完善 1 原始资料及选线与定线 本设计为交通土建专业公路方向学生的毕业设计 设计任务为辽宁地区某高速公路 A3 标段施工图设计 主要任务包括 路线方案的拟订和比选 道路平面线形设计 纵断 面设计 横断面设计 路基设计 路面铺装层及厚度计算 排水设计 施工组织设计 概预算编制和专题设计等 本设计初始资料有地形图一幅 比例 1 2000 地形 气候等 设计资料按有关资料查询得到 本设计地形图主要为平原微丘地区 整个设计应遵循平 原微丘地区高速公路的技术标准 具体内容如下 1 1 地形地貌 本设计路线沿线为辽宁省中东部平原区高速公路路段之一 公路自然规划为 5区 主要为平原微丘地形 地势平坦 沿线伴有村庄 小山丘和池塘 1 2 水文地质 道路沿线基本位于平原地区 沿线的土质为粉性土 河流较少 无大范围积水 层 间水 裂隙水等 无不良地质现象 不会影响地基的稳定性 1 3 气候特点 本设计所在地区属于温带气候 四季分明 温度变化较大 为温带湿润气候 光能 较为充足 热量较高 无霜期长 降水较多 气候温和 1 4 路线状况 本设计高速公路的起点为 K0 000 000 终点为 K3 079 828 总里程为 3079 828 米 路线设计起点位于地形图左侧 终点位于地形图右侧 起点地势高 终点地势低 但渐 变坡度较为平缓 路线状况较好 1 5 道路等级的确定 经调查该地区近期交通量资料如下 6 表 1 11 1 交通量资料 Table 1 1 the volume of traffic information 车 型 总重 KN 后轴重 KN 后轴数 辆 日 折算系数 解放 CA 10B 19 4 60 0 1 1450 2 0 黄河 JN 150 49 0 101 6 1 930 3 0 续上表 日野 KB 222 50 2 104 3 1 5803 0 黄河 JN 36050 0110 02 6203 0 东风 EQ 140 23 7 69 3 1 1960 2 0 黄河 JN 162 59 5 115 01 5903 0 跃进 JN 130 15 3 38 3 1 9601 5 查 公路工程技术标准 得小客车和中型载重汽车折算系数如下 表 1 2 汽车折算系数 Table 1 2 car conversion coefficient 汽车代表车型车辆折算系数 小客车1 0 中型车1 5 大型车2 0 托挂车3 0 设计年限内交通量的平均年增长率 8 3 设计交通量 1 1 1 0 1 n d rNN 式中 远景设计年平均日交通量 辆 日 d N 起始年平均日交通量 辆 日 0 N 7 年平均增长率r 远景设计年限n 设计年限内交通量的平均年增长率为 8 3 远景设计年限为 20 年的年平均昼夜交通 量为 1 0 1 n d rNN 120 083 0 1 0 3 590620580930 0 2 19601450 5 1960 74699 查 公路工程技术标准 可知 公路根据功能和适应的交通量分为以下等级 高速公路为专供汽车分向分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路 四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000 55000 辆 六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量45000 80000 辆 八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 60000 100000 辆 各级公路设计交通量的预测应符合下列规定 1 高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测 具集散功能的一级公路 以及二三级公路的设计交通量应按15年预测 四级公路可根据实际情况确定 2 设计交通量预测的起算年应为该项目可行性研究报告中的计划通车年 3 设计交通量的预测应充分考虑走廊带范围内远期社会经济的发展和综合运输体系的影响 故根据 标准 应建八车道高速公路 为主要供汽车行驶的公路 1 6 道路设计标准 现依据 规范 将高速公路的设计指标列出如下 公路等级 高速公路 设计车速 120km h 行车道宽 30 0 m 路基宽度 34 5 m 8 圆曲线极限最小半径 650 m 圆曲线一般最小半径 1000m 缓和曲线最小长度 100 m 平曲线最小长度 200 m 同向曲线最小长度 6v 720m 反向曲线最小长度 2v 240m 公路直线段最大长度 2400 m 凸形竖曲线极限最小半径 11000m 凸形竖曲线一般最小半径 17000m 凹形竖曲线极限最小半径 4000 m 凹形竖曲线一般最小半径 6000 m 竖曲线最小长度 100 m 公路最大纵坡 3 公路最小纵坡 0 5 圆曲线部分最大超高 10 一般地区 6 积雪冰冻地区 平曲线采用的超高方式 绕中央分隔带边缘旋转 1 7 选线和定线 选线是在公路规划路线起 终两点间选定一条技术上可行 经济上合理 又能符 合使用要求的道路中心线的工作 它需要面对十分复杂的政治需要 自然环境和社会 经济条件等 需要综合考虑多方面因素 为达到此目的 我选线时由主体到个体 由 粗到细 同时确定好每段路线的行进方向 再分阶段分步骤地加以分析比较 定出了 我认为最合理的路线来 1 7 1 影响公路选线设计的因素 平原微丘地形对路线限制较少 两控制点间如无不良地质和地物障碍等 则两控制点 之间的直接连线是最理想的路线 但一般平原地区 农田密布 小渠池塘和灌溉渠道网纵 横交错 城镇 居民点和工业设施很多 选线时应根据公路使用要求 进行综合分析 依据本设计的具体情况 现分析选线要点如下 9 1 合理考虑路线与城镇的关系 布线时需正确处理穿越和绕避的问题 为了提高农村经济该公路又不能离村庄太远 2 正确处理公路与农业的关系 山岭区多为梯田和经济树林 选线时要注意少占梯田或不占梯田 必须占的 应该 经过综合考虑后 合理的 经济的选择 3 处理好路线与桥位的关系 在平面地形图上按比例尺计算的渠道宽度确定需要修建中 小桥梁 中桥桥位原则 上应服从路线总方向并满足桥头接线的要求 桥路综合考虑 一般情况下 桥位中线应 尽可能与洪水的主流方向正交 桥梁和引道最好都在直线上 位于直线上的桥梁 如两 端引道必须设置曲线时 应在桥两端以外保持一定的直线段 并尽量采用较大平曲线半 径 当条件受限制时 也可设置斜桥或曲线桥 要注意防止两种偏向 一种是单纯强调 桥位 造成路线过多迂绕 或过分强调正交桥位 出现桥头急弯影响行车安全 另一种 只顾线形顺直 不顾桥位 造成桥位不合适或斜交过大 增加建桥困难 小桥位置应服 从路线走向 但遇到斜交过大 一般在桥轴线与洪水流向的夹角小于 45 度时 或河沟过 于弯曲的情况 可采取改河措施或改移路线 调整桥轴线与流向的夹角 以免过分增加 施工困难和加大工程投资 4 注意土壤水文条件 沿线多处为沙砾地 地下水位高 使路基稳定性差 因此应尽可能沿接近分水岭的 地势较高处布线 必要时要换土 确保安全 山岭地带地质情况复杂 常有滑坍 岩堆 泥石流等病害存在 布线时要注意避让该地区 必须穿越时要做好防护措施 山区河流 平时流量不大 但一遇暴雨 山洪暴发 洪流常夹带泥沙 砾石 树木等急速下泄 冲 刷河岸 毁坏桥涵 淹没田园 为害甚大 选线前要对沿线的最大洪水水位做了解 公 路高程应该在水位以上 1 7 2 路线带选择 在路线基本方向选定的基础上 按地形 地质 水文等自然条件选定出一些细部控制 点 即构成路线带 也称路线布局 只有在地形简单 方案明确的路段 路线布局才可以 10 现场直接选定 因为此次设计我缺乏实地经验 也没有物质条件 所以路线布局只能在 1 2000 的平面图上进行选线 定线 1 7 3 路线方案的拟定 本次设计中 在地形图上起 终两点为指导教师规定的固定控制点 所谓固定控制点 是指无论设计选线采用何种方案 都必须通过的点 本次设计的地形从图纸上表现为以平 原微丘为主 所以我在本次选线设计中 主要考虑道路对平原微丘和居民区的处理 对耕地的占有 及利用问题 线形如何展开以及线形的美观流畅 经济 工期的长短等诸多因素 现拟有 三个拟定定方案如下 方案一 路线从起点 K0 000 开始 跨过一处水深 4 米的水塘 途径三处居民楼 一处栗田 在 K1 778 处左转 跨过一个小山包 靠近水坝 途径一处居民房 一处谷场 最后到达 终点 K3 1193 676 处 路线全长 3123 616m 方案二 路线从起点 K0 000 处开始 跨过一处水深 4 米的池塘 在 K1 588 632 处向右转 后分别经过水深 1 6 米的水塘 在 K2 653 517 处向左转 经过一处深 0 5 米的水塘 最 后到达终点 K3 436 893 处 路线全长 3436 893m 方案三 路线从起点 K0 000 处开始 跨过一处水深 4 米的池塘 在 K1 278 628 处向右转 在 K2 500 000 处向左转 经过几处人家以及一处小谷场后 最后到达终点 K3 093 676 处 路线全长 3079 828m 1 7 4 路线方案的比选 本设计采用三个方案进行评选 分别进行平面设计 纵断面设计 横断面设计 桥涵 设置 以及保证满足设计标准和保证行车安全的条件下进行必选 方案一 优点 1 路程相对较短 运输能力强 节省车辆行驶时间 11 2 路线线形比较平缓 行驶舒适 3 整体地势较为平坦 填挖工程量小 缺点 1 沿途经过一处水塘 需架桥 工程量变大 2 沿途经过两处居民区 需搬迁 3 线路距离水库过近 受到水库影响 方案二 优点 1 沿途无居民区 无需搬迁 2 整体地势较为起伏不大 行驶比较舒适 缺点 1 沿途经过两处水塘 需架两座桥 工程量较大 2 沿途路程最长 施工周期长 行驶时间长 运输能力弱 方案三 优点 1 路程相对方案一要长 相对方案二要短 2 路线线形平缓 行驶舒适 3 沿途仅一处居民房 与居民区距离较远 缺点 1 沿途经过一处水塘 需架桥 工程量变大 2 沿途经过一处谷仓 表 1 31 3 方案比选表 Table 1 3 Selection table 评价指标 单位 方案一 方案二 方案三 路线长度m3123 6163436 8933079 828 路线增长系数11 0241 0251 027 转角数个122 12 转角总和 28 01 03 90 04 28 51 54 42 转角平均度数 28 01 03 45 02 14 25 57 21 平曲线个数个233 平曲线最小半径m100010001000 竖曲线个数个222 续上表 最小竖曲线最小半径 最大纵坡个数 最大纵坡坡度 最大纵坡坡长 最小纵坡个数 最小纵坡坡度 最小纵坡坡长 中桥 小桥涵 比选结果 m 个 m 个 m 座 座 道 17000 1 1 313 1744 858 1 0 502 634 923 1 0 推荐 17000 1 1 514 1566 756 1 0 493 589 482 2 0 17000 1 1 436 1600 426 1 0 500 625 683 1 0 所以综合比较之后 选择方案三 2 道路平面设计 道路平面线形设计 是根据汽车形式的力学性质和行驶轨迹要求 合理地确定各线 形要素的几何参数 保持 线形的连续性和均匀性 避免采用长直线 并注意使线形与地 形 地物 环境和景观等协调 本设计中路线总长 3002 371m 设有 2 个转折点 地形坡度平缓顺畅 2 1 平面设计的基本原则 1 平面设计必须满足标准和规范的要求 标准和规范是平面设计的指导性文件 平面设计中 圆曲线半径 缓和曲线长度的 取值必须满足其相应的规定 在此基础上 应根据设计条件尽量选用较高的技术指标 13 不应轻易选用指标中的最大 最小 值 并保持各种线形要素的均衡性 连续性 2 平面线形应直捷 连续 顺畅 并与地形地物相适应 与周围环境相协调 3 保持平面现形的均衡与连贯 为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶 应注意各线形要素保持连续性而不 出现技术指标的突变 设计时应注意 长直线尽头不能接以小半径曲线 长的直线和长 的大半径曲线会导致较高的车速 若突然出现小半径曲线 会因减速不及而造成事故 特别是在下坡方向的尽头更要注意 若由于地形所限 小半径曲线难避免时 中间应插 入中等曲率的过度性曲线 并使纵坡不要过大 4 行驶力学上的要求是基本的 视觉和心理上的要求对高速度公路应尽量满足 5 应避免连续急弯的线形 这种线形给驾驶造成不便 给乘客的舒适也带来不良影响 设计时可在曲线间插入 足够长的直线或回旋线 本设计中没有连续急弯 6 曲线间直线最小长度的要求 考虑到线形的连续和驾驶的方便 相邻两直线之间应有一定的直线长度 这个直线 长度是指前一曲线的终点 缓直点 HZ 到后一曲线起点 直缓点 ZH 之间的长度 公路路线设计规范 推荐同向曲线间的最小直线长度以不小于 6V 为宜 反向曲 线间最小直线长度以不小于 2V 为宜 V 为计算行车速度以 km h 计 直线长度以 m 计 7 平曲线应有足够的长度 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 故平曲线长度 应满足 公路路线设计规范 要求 公路弯道在一般情况下由两段缓和曲线 或超高段 和一段圆曲线组成 缓和曲线 的长度不小于该级公路对其最小长度的规定 中间圆曲线的长度也大于 3 秒的行程 线 型采用的是基本型组合 即回旋线 圆曲线 回旋线的组合形式 直线与半径小于不设超高最小半径的圆曲线径相连接处 应设置缓和曲线 14 缓和曲线长度需根据 公路路线设计规范 和设计采用的基本型曲线组合类型中 回旋线与圆曲线之长度比例 1 1 1 1 2 1 而选用 1 曲率连续变化 便于车辆遵循 便 于司机驾控方向 2 离心加速度逐渐变化 旅客感觉舒适 消除离心率突变 3 超高 横坡度及加宽逐渐变化 行车更加平稳 完成超高和加宽的过渡 4 与圆曲线配合 增加线形美观 2 2 平面线形设计的基本要求 2 2 1 标准技术指标 规范 在考虑了具体要求并结合我国的具体情况规定了高速级公路最小 最大以及 极限半径的大小 一般最小半径 1000m 极限最小半径 650 m 圆曲线的最大半径不宜超过 10000 m 2 2 2 圆曲线的设计 圆曲线半径的选用原则 1 圆曲线半径的确定 必须能够保证汽车以一定的车速安全行驶 选用圆曲线半 径时 应充分注意地质 水文条件 使曲线既能更好地吻合地形 减少工程 又能满足 桥梁的要求和路基等建筑物的设置条件 2 在确定圆曲线半径时 应注意 1 在地形条件许可时 应力求使半径尽可能接近不设超高最小半径 一般情况 下或地形有限制时应尽量采用大于一般最小半径 只有在地形特别困难不得已时 方可 采用极限最小半径 2 应同纵断面线形相配合 必须避免小半径曲线与陡坡相重合 3 在平面设计中 公路平曲线一般由前后缓和曲线和中间圆曲线三段曲线组成 为了便于驾驶操作和行车安全舒适 汽车在任何一段线形上行驶的时间都不应短于 3 s 在曲线上行驶里程需要 9s 在平曲线设计时 圆曲线的最小长度一般要有 3s 的行程 15 4 应同前后线形要素相协调 使之构成连续 均衡的曲线线形 5 一般情况下 宜采用极限最小平曲线半径的 6 倍在左右或超高为 3 左右的圆 曲线半径 本设计在依据上述原则的基础上 在选用圆曲线半径时避免了选用极限最小半径 所有的半径都大于一般最小半径 由于受地形 地物的限制 虽然没有全部达到极限最 小半径的 6 倍左右 但也满足规范要求 本设计的圆曲线半径均为 1000 m 均满足要求 2 2 3 缓和曲线的设计 由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶 所以要求缓和曲线有足够的长 度 以使司机能从容地打方向盘 乘客感觉舒适 线形美观流畅 圆曲线上的超高和加 宽的过渡也能在缓和曲线内完成 另外 在确定缓和曲线长度时 须使回旋线参数 A 满足要求 即 A 不小于 R 3 且不 大于 R 当 R 接近 100m 时 取 A 等于 R 当 R 小于 100m 时 则取 A 等于或大于 R 反之 在圆曲线较长时 可选择 A 在 R 3 左右 如 R 超过了 3000m 即使 A 小于 R 3 也是满足视觉要求的 规范 规定 在下列情况下可不设缓和曲线 1 在直线与圆曲线间 当圆曲线半径大于或等于 不设超高最小半径 时 2 半径不同的同向圆曲线间 当小圆半径大于或等于 不设超高最小半径 时 3 小圆半径大于表 3 1 中所列临界曲线半径 且符合下列条件之一时 表 2 12 1 临界曲线半径 Table 2 1 Critical curve radius 设计速度 km h12010080604030 临界曲线半径 m21001500900500250130 16 小圆曲线按规定设置相当于最小缓和曲线长的回旋线时 其大圆与小圆的内移值之 差不超过 0 10m 设计速度 80km h 时 大圆半径 R 与小圆半径 R 之比小于 1 5 12 本设计的缓和曲线长度均为 120m 满足标准要求 2 2 4 直线的设计 作为平曲线要素之一的直线 在公路中使用最为广泛 采用直线时应特别注意它同 地形的关系 在运用直线并决定其长度时 必须持谨慎态度 并不宜采用长直线 下述路段可采用直线 1 路线交叉点前后 2 不受地形 地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地 3 桥梁 隧道等构造物地段 4 市镇及其近郊或规划方正的农耕区等以直线条为主体的地区 5 双车道公路提供超车的路段 直线的最大长度应有所限制 当采用长的直线线形时 为弥补景观单调之缺陷 应 结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题 直线的最大长度应有所限制 当采用长的直线线形时 为弥补景观单调之缺陷 应 结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题 直线的最大长度应有所限制 当采用长的直线线形时 为弥补景观单调之缺陷 应 结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题 1 在长直线上纵坡不宜过大 因长直线再加下陡坡行驶更容易导致高速度 2 长直线与大半径凹型竖曲线组合为宜 这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和 3 道路两侧地形过于空旷时 宜采取种植不同树种或设置一定建筑物 雕塑 广告 17 图3 1 基本型 圆曲 回旋线 线 Fig 3 1 basic type 牌等措施 以改善单调的景观 4 长直线或长下坡尽头的平曲线 除曲线半径 超高 视距等必须符合规定外 还 必须采取设置标志 增加路面抗滑能力等安全设施 直线的最大长度 在城镇附近或其 他景色有变化的地点大于 20V 是可以接受的 在景色单调的地点最好控制在 20V 以内 而在特殊的地理条件下应特殊处理 直线的长度也不宜过短 相邻两曲线之间应有一定 的直线长度 具体参见本章第一节的规定 2 3 平曲线要素的组合类型 平曲线要素组合的类型有基本型 S 型 卵型 凸型 复合型和 C 型 本设计采用基 本型 基本型 直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线 基本型的回旋参数 圆曲线最小 长度都应符合有关规定 两回旋参数可以相等也可以设计成不对称的曲线从线形的协调 性来看易将回旋线 圆曲线 回旋线长度设计成 1 1 1 1 2 1 示意图如下 基本型 直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线 基本型的回旋参数 圆曲线最小 长度都应符合有关规定 两回旋参数可以相等也可以设计成不对称的曲线从线形的协调 性来看易将回旋线 圆曲线 回旋线长度设计成 1 1 1 1 2 1 示意图如下 图 2 12 1 基本型 Fig 1 1 basic type 2 4 停车视距 停车视距是指汽车行驶时 自驾驶人员看到前方障碍物前安全停车需要的最短距离 它又分为反应距离和制动距离两部分 反应距离 t V S 6 3 1 m33 835 2 6 3 120 18 制动距离 254 2 2 V S m 49 195 29 0 254 1202 所以停车视距为 21 SSS m82 27849 19533 83 本设计的停车视距为 根据 道路勘测设计 的标准 m82 278m210 2 5 平曲线要素的计算 2 5 1 几何要素计算 平曲线要素计算图如下 0 图 2 22 2 平曲线计算示意图 Fig 2 2 Schematic diagram of the calculation curve 2 1 3 42 238424R L R L R ss 2 2 2 3 2402R LL q ss 19 2 3 R Ls 6479 28 0 2 4 qpRT 2 tan 2 5 ss LRLRL2 180 2 180 0 2 6 RRRE 2 sec 2 7 LTD 2 2 8 s LLL2 式中 总切线长 Tm 总曲线长 Lm 外距 E m 校正数 Dm 主曲线半径 Rm 路线转角 缓和曲线终点处的缓和曲线角 0 缓和曲线切线增值 qm 设缓和曲线后 主圆曲线的内移值 R m 缓和曲线长度 s L m 平曲线中圆曲线长度 Lm 其中的计算如下 设起点坐标为 第 个交点坐标为 1 2 3 n 则坐标 000 YJXJJDi iii YJXJJD i 增量 2 9 1 1 ii ii YJYJDY XJXJDX 交点间距 2 10 22 DYDXS 象限角 20 2 11 DX DY arctg 计算方位角 A 0 0 DYDX A 0 0 DYDX 180A 0 0 DYDX 180A 0 0 DYDX 360A 转角 当 0 时 路线右偏 0 时 路线左偏 1 iii AA i i 平曲线要素计算 见表 2 2 表 2 22 2 平曲线要素计算表 Table 2 2 Curve computation elements 计算结果 序号要素名称符号计算公式 JD1JD2 1 回旋参数 A S RLA 1268 464m2492 506m 2 曲线转角 1 ii AA 注 为方位角 i A 9 44 0814 6 15 3235 3 切线增长值 q 3 2 2240 ss LL q R 49 998m49 998m 4 曲率圆的内移值 R 3 42 238424R L R L R ss 0 278m0 595m 21 5 缓和曲线角 0 R Ls 90 0 36 541 33 54 6 切线长 T 2 TRp tgq 236 147m274 508m 7 曲线长 L 0 2 2 180 s LRL 464 636m534 177m 8 外距 E RRRE 2 sec 11 149m35 066m 9 校正系数 J 2mLTD 1 810m14 471m 注 R1 1500m R2 700m LS1 100 LS2 100 2 5 2 主点里程计算 点里程计算 见表 2 3 表 2 32 3 主点里程计算表 Table 2 3 mileage calculator of main points 计算结果 序号 主点名称符号计算公式 JD1JD2 0 交点 JD 3 2 1 1 22 22 i SDYDXS iDYDXS ii i 1268 464m2492 506m 1 直缓点 ZH TJDZH 1032 317m2217 998m 2 缓圆点 HY S LZHHY 1132 317m2317 998m 22 3 曲中 QZ 2 L ZHQZ 1267 485m2485 085m 4 圆缓点 YH S LLHYYH2 1402 653m2652 173m 5 缓直点 HZ S LYHHZ 1502 653m2752 173m 注 1 DX 前后两交点方向的坐标增量 DY 前后两交点 Y 方向的坐标增量 2 5 3 中桩坐标计算 1 直线中桩坐标计算 设交点坐标为 交点相邻直线方位角分别为和 YJXJJD 1 A 2 A 则 ZH 点坐标 2 12 180cos 1 ATXJXZH 2 13 180sin 1 ATYJYZH HZ 或 YZ 点坐标 2 14 2 cos ATXJXHZ 2 15 2 sin ATYJYHZ 设直线加桩里程为 L ZH HZ 表示曲线起 终点里程 则前直线上任意点坐标 L ZH 2 16 180cos 1 ALZHTXJX 2 17 180sin 1 ALZHTYJY 右直线上任意点坐标 L HZ 2 18 2 cos ALZHTXJX 2 19 2 sin ALZHTYJY 2 平曲线内中桩坐标计算 曲线上任意点的切线横距 23 2 20 66 13 44 9 22 5 599040345640 sss LR l LR l LR l lx 式中 缓和曲线上任意点至 ZH 或 HZ 点的曲线长l s L 缓和曲线长度 1 第一缓和曲线 ZH HY 任意点坐标 2 21 s s ZH L l A RL l x XX 2 1 2 30 cos 30 cos 2 22 s s ZH L l A RL l x yy 2 1 2 30 sin 30 cos 2 圆曲线内任意点坐标 a 由 HY YH 时 2 23 R Ll A R l RXX s HY 90 cos 90 sin2 1 2 24 R Ll A R l RYY s HY 90 sin 90 sin2 1 式中 缓和曲线上任意点至 HY 点的曲线长 l 缓和曲线长度 s L 点坐标 HYHY YX b 由 YH H 2 25 R Ll A R l RXX s HY 90 180cos 90 sin2 2 2 26 R Ll A R l RYY s HY 90 180sin 90 sin2 2 式中 缓和曲线上任意点至 YH 点的曲线长 l 3 第二缓和曲线 HZ YH 内任意点坐标 2 27 s s ZH L l A RL l x XX 2 2 2 30 180cos 30 cos 24 2 28 s s ZH L l A RL l x YY 2 2 2 30 180sin 30 cos 式中 第二缓和曲线上任意点至 HZ 点的曲线长 l 详细具体计算结果见逐桩坐标表 2 6 道路平面图的绘制 图纸用透明纸描绘 常用比例 1 2000 带状路线两侧各 100 200 米范围内勾绘等 高线 见附图 3 纵断面设计 由于路况的复杂性 公路路线在平面上 起点至终点不可能是一条直线 在纵断面 上 从起点至终点也不可能是一水平线 必然有一定的起伏 纵断面 即沿道路中线刨 切然后展开所呈现的面 由于环境因素以及经济因素的要求 路线纵断面总是一条有起 伏的空间线 纵断面上有两条主要的线 一条是地面线 一条是设计线 纵断面设计的 主要任务是根据道路等级 汽车的动力特性 当地的自然地理条件工程经济性以及当地 的自然地理条件等 研究起伏空间线几何构成的大小及长度 以便保证行车安全速度 以及运输经济合理和乘客感觉舒适等的目的 3 1 断面设计的步骤和方法 1 准备工作 纵坡设计之前我在 坐标绘图纸 上 按比例标注里程桩号和标高 点 绘地面线 填写有关内容 同时收集和熟悉了必要的设计资料 并领会设计意图和要求 2 标注控制点 控制点是指影响纵坡设计标高的控制点 比如此路线的起点 终点 重要桥涵 地质不良地段的最小填土高度 最大挖深 沿溪线的最高设计洪水位 平面 交叉和立体交叉点 城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点 等 25 本设计涉及到在 K0 735 000 点处设计填充水塘的问题 所以可以在此处设一控制点 经过查找资料 标准 该处的最小填土高度应该在 6 米左右 在后半段地势较低地区 有一处山坡 为道路更加平顺以及填挖量尽可能相等 我将设计的路面高程控制在这些 地区的地面高程之下 3 试坡 我在已标出的控制点的基础上 根据经济指标 选线意图 结合地面的起 伏变化 在这些点位间进行穿插与取直 试定若干直线段 对于各种可能的坡度方案进 行了比较 最后定出了既符合技术标准 又满足控制点的要求 且土石方较省的设计线 作为初定坡度线 延长就可以确定变坡点的初步位置 4 调整 我将选定的坡度与 公路工程技术标准 进行对照 检查设计的最大纵坡 最小纵坡 坡长限制等是否符合要求 平 纵组合是否适合 以及与路线交叉 涵洞等 处的纵坡安排是否合理 若有问题则要进行调整 调整方法不外乎是对坡度线平抬 平 降 延伸 缩短或改变坡度值 本设计调整工作的重点是最小纵坡和坡长限制的考虑 5 核对 选择有控制意义的重点横断面 如最大填挖高度处 检查是否填挖过大 横断面坡度线是否与地面线相交 桥梁过高或过低涵洞过长等情况 若有问题应及时调 整纵坡 本设计的最大填挖高度 17 米左右 填挖量不大 6 定坡 调整核对无误后 定出变坡点的里程 一般要为 10 的整倍数 然后逐段 将直线坡段的坡度值 变坡点的桩号和标高等确定下来 相邻变坡点的里程之差为坡长 变坡点标高是由纵坡度和坡长依次推算而得的 7 设置竖曲线 拉坡时已经考虑了平 纵组合等问题 可以根据 公路工程技术 标准 道路设计资料集 道路勘测设计 等资料确定竖曲线半径 计算竖曲线要素 值 3 2 坡的设计 3 2 1 坡设计的原则 1 纵坡设计必须满足 公路工程技术标准 的各项规定 2 为保证车辆能以一定的速度安全顺适的行驶 纵坡应具有一定的平顺性 起伏不宜 过大或过于频繁 尽量避免采用极限纵坡值 合理安排缓和坡段 应该避免设置反坡段 26 越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓和些 3 纵坡设计应对沿线地质 地下管线 地质 水文 气候和排水等综合考虑 视具 体情况处理 以保证道路的稳定与通畅 4 一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡 尽量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 5 平原微丘区地下水埋藏较浅 或池塘 湖泊分布较广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 6 对连接段纵坡 如大 中桥引道及隧道两端接线等 纵坡应缓和 避免产生突变 交叉处前后的纵坡应平缓些 7 在实地调查的基础上 充分考虑通道 农田水利等方面的要求 3 2 2 坡技术指标的确定 1 最大纵坡 最大纵坡是指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 我国 公路工程技术标准 中规定高速公路的最大纵坡为 3 高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时 经技术经济论证合理 最大纵坡可增 加 1 在非机动车交通比例较大的路段 为照顾其交通要求可根据具体情况将纵坡适当 放缓 平原微丘区一般不大于 2 3 本设计的最大纵坡为 0 62 2 2 最小纵坡 在长路堑 低填以及其他横向排水不通畅地段 为保证排水要求 防止积水渗入路 基而影响其稳定性 均应设置不小于 0 3 的最小纵坡 一般情况下以不小于 0 5 为宜 当必须设计平均纵坡或纵坡小于 0 3 时 边沟应作纵向排水设计 在弯道超高横坡渐变 段上 为使行车道外侧边缘不出现反坡 设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率 本设计的最小纵坡为 0 394 0 3 3 坡长限制 1 最短坡长限制 最短坡长的限制主要是从汽车行驶的平顺的要求考虑的 如果坡长过短 使变坡点 增多 汽车行驶在连续起伏地段产生的增重与减重的变化频繁 导致乘客感觉不舒适 车速越高越突出 所以最短坡长要满足 公路工程技术标准 和 道路勘测设计 规定 27 本设计的最短坡长为 1500 米 纵坡为 0 62 满足要求 2 最大坡长限制 道路纵坡的大小及其对汽车正常行驶影响很大 纵坡越陡 坡长越长 对行车影响也越大 所 谓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 所以最 大坡长要满足 公路工程技术标准 和 道路勘测设计 规定 本设计的最大坡长为 1600 米 0 481 满足要求 3 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 其方向即流 水线方向 合成坡度的计算公式为 3 1 22 iii ch 式中 合成坡度 h i 超高横坡度或路拱横坡度 i 路线设计纵坡坡度 h i 对于本设计最大允许合成坡度 道路勘测设计 规定了最大允许合成坡度为 10 0 利用公式 3 1 对本设计的合成坡度进行验算 10 06 2 005 0 02 0 2222 1 iii ch 10 39 2 01311 0 02 0 2222 2 iii hh 10 07 2 00547 0 02 0 2222 3 iii hh 所以本设计的设计纵坡满足最大允许合成坡度的要求 3 3 曲线的设计 纵断面上两个坡段的转折处 为了便于行车用一段曲线来缓和 称为竖曲线 竖曲线 的形式可采用抛物线或圆曲线 二者几乎没有差别 但在设计和计算上 抛物线比圆曲 线更为方便 所以我在设计中采用抛物线 3 3 1 曲线设计的原则 28 1 要满足竖曲线最小半径和最小长度的要求 本设计中凹形竖曲线半径 50000 米大于一般最小半径 6000 米 长度 132 6 米大于最 小长度 100 米 2 考虑平 纵组合的设计原则 a 在视觉上能自然地引导驾驶员的视线 并保持视觉的连续性 b 能保持平 纵线形的技术指标大小的均衡 本设计中基本满足要求 c 选择组合得当的合成坡度 以利于路面排水和行车安全 d 注意到了与道路周围环境的配合 3 考虑平曲线与竖曲线的组合 a 平曲线与竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 本设计中平曲线与竖曲线应相互重合 且平曲线长于竖曲线 b 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 本设计基本保持平衡 c 暗 明弯与凸 凹竖曲线 7 暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的 悦目的 由于本设计中地势比较平坦 道路周围没有高的地势 所以不涉及到明 暗弯的问 题 d 平 竖曲线应避免的组合 要避免是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相重合 设计 中没有反向平曲线 小半径竖曲线不与缓和曲线相重合 本设计中没有小半径竖曲线 计算行车速度 40km h 的道路 应该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 这种组合是使平曲线与竖曲线对应 最好使竖曲线的起终点分别方在平曲 线的两个缓和线内 即所谓的 平包竖 本设计不涉及这些 4 直线与纵断面的组合 只要路线有起有伏 就不要采用长直线 最好使平面路线随纵坡的变化略加转折 并把平 竖曲线合理的组合 但要避免驾驶员一眼能看到路线方向转折两次以上或纵坡 起伏三次以上 平面的长直线与纵面的直坡线配合 对双车道道路超车方便 在平坦地 区与地形相适应 但行车单调乏味 易疲劳 直线上一次变坡是很好的平纵组合 从美 学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好 而包括一个凹形竖曲线次之 直线中短距离内二 次以上变坡会形成反复凸凹的 驼峰 和 凹陷 看上去线形有起伏 就不用采用长直 线 29 本设计在长直线段上设计了一个大半径的凹形竖曲线 是比较好的组合 5 平 纵线形组合与景观的协调配合 a 应在道路规划 选线 设计 施工全过程中重视景观要求 我建议做些广告牌等 b 尽量少破坏沿线自然景观 避免深挖高填 本设计地形图中 道路附近没有自然景观 填挖量也很小 c 应提供视野的多样性 力求与周围的风景自然的融为一体 d 不得已时 可采用修整 植草皮 种树等措施加以补救 e 应进行综合绿化处理 避免形式和内容上的单一化 将绿化视作引导视线 点缀风 景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计 高速公路易采用此点 3 3 2 曲线要素的计算 纵断面上两个坡段的转折处 为了便于行车用一段曲线来缓和 称为竖曲线 竖曲 线的形式多为二次抛物线 其要素主要包括竖曲线长度 L 切线长 T 和外距 E 由于在 纵断面上只计水平距离和竖直高度 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差 相邻两坡度线的交角用坡度差 来表示 竖曲线要素计算 设变坡点相邻两纵坡坡度分别为和 它们的代数差用表示 即 1 i 2 i 12 ii 当为 时 表示凹形竖曲线 为 时 为凸形竖曲线 竖曲线计算要素图如下 30 图 3 1 竖曲线要素示意图 Fig 3 1 Vertical curve element diagram 竖曲线要素的计算公式汇总如下 3 2 12 ii 3 3 RL 3 4 22 RL T 3 5 R T E 2 2 3 6 R x h 2 2 式中 R 竖曲线半径 m T 切线长 m L 竖曲线长 m E 外距 m x 计算点桩号于竖曲线起 终 点桩号差 本设计地形主要以平原微丘为主 考虑了设计道路等级 实际地形和沿线自然条件 31 及构造物控制标高等因素后 确定出了路线合适的标高 各坡段的纵坡坡度和坡长 并 设置了一个凸形竖曲线和一个凹形竖曲线 变坡点 K1 500 000 的竖曲线要素计算如下 620 0 01500 3 48 0 39 1 i R 50000 m 394 0 15003100 0 39 7 32 2 i 1 计算竖曲线要素 故为凹形 2i1i00226 0 曲线长 mRL 0 11300226 0 50000 切线长 m L T 5 56 2 0 113 2 外距 R T E 2 2 m032 0 500002 5 56 2 2 计算设计高程 竖曲线起点桩号 K1 500 000 56 5 K1 443 5 竖曲线起点高程 39 0 56 5 0 0062 39 350 m 竖曲线终点桩号 K1 500 000 56 5 K1 556 5 竖曲线终点高程 39 0 56 5 0 00394 38 777 m 按照各要素的计算公式计算 计算方法与结果见表 5 表 3 1 竖曲线要素计算表 32 Table 3 1 Calculation table of vertical curveelements calculation table 计算结果 序号 要素名称符号计算公式 曲线 1坡差 12 ii 0 00226 2切线长T 22 RL T 56 5m 3曲线长LL R 113 0m 4外距E R T E 2 2 0 032m 5竖距h R x h 2 2 6起点桩号 起 KTKk 变起 K1 443 5 7终点桩号 终 KTKK 变终 K1 556 5 8起点高程 起 H 10 TiHH 起 39 350m 9终点高程 终 H 20 TiHH 终 38 777m 注 1 竖曲线的半径分别为 R1 50000m 2 竖距的计算是相对某一个桩号而计算的 需要先计算出该桩号距离竖曲线变坡点的横距 x 3 4 纵断面图的绘制 33 纵断面图是路线纵断面设计的成果 也是公路设计文件的主要内容之一 它和平面 图结合起来