道路与桥梁毕业设计--公路设计

I 摘 要 随着社会经济的发展，公路起着越来越重要的作用。本文主要讲述了公路设计中的一个完整的过程。本设计主要分两个阶段：初步设计阶段和详细设计阶段。 为了作到路线方案的最优，选择两条方案分别进行初步设计。根据一定的技术指标来进行方案的比选，选择合理的路线方案来进行详细设计 设计主要内容有：路线设计，包括纸上定线、绘制路线平面图、路线纵断面设计；路基设计，完成全程横断面和路基土石方的计算及路基排水设计；路面设计，沥青混凝土路面设计；应用计算机绘制工程图，按老师指导和要求完成。 关键词 公路设计 路基 设计 路面设计 II Abstract With the development of social economy, highway plays an increasingly important role. This paper mainly introduces the a complete highway design process. This design mainly divided into two phases: preliminary design stage and detailed design stage. In order to achieve the optimal route schemes respectively, choose two scheme preliminary design. According to certain technical indicators to choose the plan than to choose reasonable route schemes for the detailed design Design main contents include: route design, including paper fixed line, draw route alignment design; plan, route Roadbed design, complete the whole conditions cross-sectional and roadbed calculated and roadbed drainage design; Pavement design, the asphalt conc rete pavement design; The application of computer drawing engineering drawing, the teacher guidance and asked to complete. Keywords Highway design Roadbed design Pavement design III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 工程概况 . 1 1.1 道路建设的意义 . 1 1.2 沿线自然条件 . 1 1.3 总体设计的基本任务 . 1 第 2 章 平面设计 . 3 2.1 公路等级确定 . 3 2.1.1 已知资料 . 3 2.1.2 交通量计算 . 3 2.1.3 公路等级 . 4 2.1.4 设计行车速度确定 . 4 2.2 主要技术指标 . 4 2.3 选线设计 . 5 2.3.1 选线的基本原则 . 6 2.3.2 选线的步骤 . 6 2.4 平面线形设计 . 7 2.4.1 直线段 . 7 2.4.2 曲线段 . 8 2.5 方案比选 . 13 第 3 章 纵断面设计 . 15 3.1 纵断面设计的原则及步骤 . 15 3.1.1 纵断面设计的原则 . 15 3.1.2 纵断面设计步骤 . 15 3.2 纵坡设计的要求 . 17 3.3 竖曲线设计 . 17 第 4 章 横断面设计 . 21 4.1 横断面设计原则及步骤 . 21 4.1.1 横断面设计原则 . 21 IV 4.1.2 横断面设计步骤 . 21 4.2 超高设计 . 22 4.3 土石方计算与调配 . 25 4.3.1 土石方计算 . 25 4.3.2 调配原则 . 26 4.3.3 调配方法 . 26 第 5 章 排水设计 . 28 5.1 路基排水设计 . 28 5.1.1 边沟设计 . 28 5.1.2 截水沟设计 . 29 5.1.3 排水沟设计 . 29 5.1.4 路基防护与加固 . 31 5.2 路面排水设计 . 31 第 6 章 挡土墙的设计 . 33 6.1 挡土墙的布置及构造 . 33 6.2 挡土墙的土压力计算 . 34 6.2.1 主动土压力计算 . 错误 !未定义书签。 6.2.2 挡土墙稳定性验算 . 37 6.2.3 挡土墙的排水设施 . 38 第 7 章 边坡防护 . 40 第 8 章 路面结构设计 . 43 8.1 轴载分析 . 43 8.2 路面结构组合设计 . 45 8.2.1 面层类型和等级选择 . 45 8.2.2 路面厚度计算 . 50 8.2.3 弯拉应力验算 . 54 结 论 . 56 致 谢 . 57 参考文献 . 错误 !未定义书签。 V Contents Abstract . I Chapter 1 Project summary . 1 1.1 The significance of road construction . 1 1.2 Natural conditions along the . 1 1.3 The basic task of the overall design . 1 Chapter 2 Graphic Design . 3 2.1 Highway grade of . 3 2.1.1 Information known to the . 3 2.1.2 Traffic Calculations . 3 2.1.3 Road grade . 4 2.1.4 Design speed to determine . 4 2.2 Main Specifications . 4 2.3 Location Design . 5 2.3.1 The basic principles of route selection . 6 2.3.2 Selection Steps . 6 2.4 Horizontal Alignment . 7 2.4.1 Straight line . 7 2.4.2 Curve segment . 8 2.5 Alternatives . 13 Chapter 3 Profile Design . 15 3.1 Profile Design principles and steps . 15 3.1.1 Profile Design principles . 15 3.1.2 Profile Design Steps . 15 3.2 Longitudinal design requirements . 17 3.3 Vertical Curve Design . 17 Chapter 4 Cross-sectional design . 21 4.1 Cross-sectional design principles and steps . 21 4.1.1 Cross-sectional design principles . 21 4.1.2 Cross-sectional design steps. 21 VI 4.2 High Design . 22 4.3 Earthwork calculation and allocation . 25 4.3.1 Earthwork calculations . 25 4.3.2 Allocation principles . 26 4.3.3 Deployment method . 26 Chapter 5 Drainage Design . 28 5.1 Subgrade drainage design . 28 5.1.1 Ditch Design . 28 5.1.2 Design drainage ditches . 29 5.1.3 Drainage design. 29 5.1.4 Roadbed protection and reinforcement . 31 5.2 Pavement Drainage Design . 31 Chapter 6 Retaining wall design . 33 6.1 Layout and construction of retaining wall . 33 6.2 Calculation of earth pressure retaining wall . 34 6.2.1Checking the stability of retaining wall . 37 6.2.3 Measures to increase the stability of retaining wall . 错误 !未定义书签。 6.2.4 Retaining wall drainage . 38 Chapter 7 Slope Protection . 40 Chapter 8 Pavement Design . 43 8.1 Load Analysis . 43 8.2 Pavement Structure Design . 45 8.2.1 Select the type and level surface . 45 8.2.2 Pavement Thickness . 50 8.2.3 Flexural stress check . 54 Conclusion . 56 Thanks . 57 References . 错误 !未定义书签。 1 第 1 章 工程概况 1.1 道路建 设的意义 本公路的建设通车对 武宁 的经济往来和贸易交流起着积极的推动作用， 给 当地居民带 来交通 上的 便利，也 势必将 对 当地的经济的发展产生极其重要的意义 。 道路运输的特点是激动、灵活，适应性强，直达，迅速，单车运量小。公路的建设，深刻的影响着它所服务的每一个人它接触的每一寸土地。公路的发展，不仅仅是经济的需要，也是人类文明和现代生活的一部分。 1.2 沿线自然条 件 武宁 境内地形以山地、丘陵为主，地势南低北高。属于亚热带季风性湿润气候，年平均温度 21 。 1985 年最高日气温 36.3 ，最低 1.6 。无霜期达 300 天以上，年日照 2000-2300h；年积温 7701.5 。年降雨量 1600-2000mm， 雨季集中在 五 八 月。年平均风力二级。武宁 每年六 九月常有台风袭来，最大风力达 11 级，台风常来暴雨或大暴雨，造成洪涝灾害。但在高温季节，台风也有助于降低气温和解除旱象。 1.3 总体设计的基本任务 总体设计是在项目工程可行性研究报告所作项目建设必要性、经济合理性、技术可行性、 实施可能性和最佳综合社会经济效益发挥的可靠性等综合研究的基础上， 对路线作出的全面安排，包括如下几方面 ： 1.路线方案 路线方案 是依据指定的路线总方向（路线起终点和中间主要控制点）和设计公路的性质、任务及其在公路网中的作用，考虑了社会 、经济因素和复杂的自然条件等拟定的路线走向。路线方案是否 2 合理将直接关系到公路本身的工程投资、运输效率和使用质量，还影响到在公路网中是否起到应有作用。因此要在 各种可能的方案中，通过调查分析、比选，确定出一条最优路线方案来 1。 2.线形设计 (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 。 3.沿线设施 依据公路的功能、设计交通量、通行能力及需要的服务水平，研究确定拟建公路的安全设施、管理设施、服务设施等的合理布局和建设规模，并检查与公路主题工程设计和环境的适应情况。收费公路还 应论证收费制式、收费方式及站点布置 2。 3 第 2 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 3。 2.1 公路等级确定 2.1.1 已知资料 该路段初始交通量 见表 2 1，交通量年平均增长率 6%。 表 2 1 交通量 （ 单位 ： 辆 /日 ） 小客车 3600 中型车 尼桑 CK10G 90 黄河 JN105 50 三菱 FR415 80 解放 CA1OB 160 东风 EQ140 120 大型车 五十铃 EXR181L 90 太脱拉 138 140 延安 SX161 150 2.1.2 交通 量 计算 我国标准规定，将涵盖小客车与小型货车的“小客车”定为各级公路设计交通量换算的标准车型。用于道路规划与技术等级划分的机动车折算系数 见 表 2 2。 4 表 2 2 各级公路车辆折算系数 车型编号 代表车型 折算系数 车种说明 1 小客车 1.0 19 座以下的客车和载质 量 2t 且 7t 的货车 3 大型车 2.0 载质量 7t 且 14t 的货车 4 拖挂车 3.0 载质量 14t 的货车 初始年交通量： 0N=3600+1.5（ 90+50+80+160+120） +2.0 （ 90+140+150） =5110（ 辆 /日 ） 2.1.3 公路等级 假设 武宁 A 段路线 远景 设计 年限为 14 年，交通年增长率为 6%，则远景设计年限交通量 N： N=N0 （ 1+k） n -1=5110（ 1+6%） 14 -1=10899（ 辆 /日 ） 可得 远景设计 年限交通量 N=11325.8(辆 /日 )，查公路工程技术标准 (JTG B01 2003)， 可确定此公路可设计成二级公路。 2.1.4 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 公路工程技术标准 (JTG B01 2003)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 ,查表可知设计车速为 80km/h。 2.2 主要技术指标 2.2.1 平面技术指标 (1)二级公路 路基 宽度 、硬路肩宽度，土路肩宽度 见表 2 3。 5 表 2 3 二级公路 路基、路肩宽度 （ 单位 ： m） 一般值 最小值 路基宽度 12.00 10.00 硬路肩宽度 2.75 2.5 土路肩宽度 0.75 0.5 在本设计中，路基宽度取 14.00m，硬路肩取 2.75m，土路肩取0.5m，设计车速为 80km/h，双向两车道。 (2)停车视距： 110m (3)圆曲线最小半径 见表 2 4。 表 2 4 圆曲线指标 （单位： m） 圆曲线最小半径 一般值 270 极限值 220 不设超高最小半径 路拱 2.0% 2500 路拱 2.0% 7500 缓和曲线最小长度 70 2.1.2 纵断面设计技术指标 (1)二级公路设计车速为 80km/h 时，最大纵坡为 5%，纵坡长度在 700m 以内。 (2)竖曲线最小长度和最小半径 见表 2 5。 表 2 5 竖曲线最小长度和最小 半径 （ 单位： m） 凸形竖曲线半径 一般值 4500 极限值 3000 凹形竖曲线半径 一般值 3000 极限值 2000 竖曲线长度 一般值 170 极限值 70 2.3 选线 设计 道路选线是一个涉及面广、影响因素多、政策性和技术性都很 6 强的工作。它是由面到带，由带到线，由粗到细的过程，是逐步具体化、逐步补充修改和提高的过程。选线要先通过总体布局解决基本走向，然后再解决局部路线方案知道具体定线 4。 2.3.1 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)选线应注意同农田基本建设的配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园。 (5)要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。 (6)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。 (7)选线应综合考虑路与桥的关系 。 2.3.2 选线的步骤 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 5。 1.全面布局 在路线总方向（起、迄点和中间必须经过的城镇或地点）确定后，从大面积着手由面到带进行总体布置的过程，此项工作最好先地形图上进行路线布局，选定出可能的路线方案，然后进行踏勘与资料收集，根据需要与可能结合具体条件，通过必选落实必须通过的主 要控制点，放弃那些应避让的控制点，逐步缩小路线活动范围，进而定出大体得路线布局，为下一步定线工作奠定基础。 2.逐段安排 7 在总体路线方案既定的基础上，以相邻主要控制点间划分段落，根据道路标准结合其间具体地形通过试坡展线方法逐段加密细部控制点，进一步明确路线走法，这样就构成了路线的雏形。这一步工作和关键在于探索与落实路线方案，为实现具体定线提供可能的途径。这一步工作如做得好仔细，研究得周到，就可以减少以后的不必要的改线与返工。 3.具体定线 有了上述路线轮廓即可进行具体定线。根据地形平易与复杂程度不同，可分别 采取现场直接定线或放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些点位中穿出通过多数点（特别是那些控制较严的点位）的直线段，延伸相邻直线段的交点，即为路线的转角点。随后拟定出曲线半径，至此定线工作基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适技术指标，以期使整个线形得以连贯协调。 依据上述方法和步骤在已有的地形图上选出两个合理可行的道路方案，第一方案主要由两个同向平曲线和若干直线组成；第二方案主要由两个反向平曲线和若干直线组成。由于受到互通式立体叉匝道的 限制两方案的总体走向是一致的，在各路线第二平曲线到终点段的直线重合沿河岸与立体交叉相衔接 6。 2.4 平面线形设计 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。 2.4.1 直线段 直线是平面线形中的基本线形。在设计中，过长和过短的直线都不是好的线形。因此对直线的最大长度和最小长度应加以限制，直线使用与地势平坦、视线目标无障碍处。在平原区，直线作为主要线形要素较为适宜。直线有测设简单。前进方向明确、路线短捷等优点，直线路段能提供较好的超车条件，对双车道公路有必要在间隔适当距离处设置一定长度的直线 7。但长直线易使驾驶员由于缺乏警觉产生疲劳而发生事故。且在地形变化复杂地段，工程费用高， 8 因此，要避免使用过长的直线，并注意直线的设置与地形、地物、环境相适应。对此，在公路工程技术标准 (JTG B01 2003)中，由 于 缺 乏 资 料 尚 无 明 确 规 定 ， 但 在 公 路 路 线 设 计 规 范 (JTG D20 2006)中已明确在确定直线长度时“必须持谨慎态度，尽量不采用较长的直线”（特别是汽车专用公路）。 2.4.2 曲线段 1.平曲线要素计算 平曲线 曲线要素 如图 3-1。 图 3 1 曲线要素图 (1)第一方案 第一曲线 转角 1 =48，圆曲线半径 R1=600m， 交点桩号： JD1 K1+070 曲线要素，计算曲线上设缓和曲线后的曲线基本要素。 q =2sl=2120=60 p=Rls242 =600241202=1.00 T1=(R+P)tan21+q=(600+1)tan248+60=327.6 9 0=Rls90=60014.3 12090 =5.73 L=slR+180=180 48 600+120=622.4 LY=L-2 LS =622.4-2 120=382.4 E=（ R+P） sec2-R=(600+1.0)sec248-600=750.56 J=2T-L=2 327.6-622.4=32.8 五个基本桩号 ZH=JD-T=K1+070-327.6=K0+742.4 HY=ZH+LS=K0+742.4+120=K0+862.4 YH=HY+LY= K0 +862.4+382.4= K1+224.8 HZ=YH+ LS = K1 +224.8+120=K1+364.8 QZ=HZ-2L= K1 +364.8-24.622= K1 +053.6 JD=QZ+2J=K1+053.6+28.32=K1+070 第二曲线 转角 2 =12.2，圆曲线半径 R1=600m，交点桩号： JD1 K2+060曲线要素，计算曲线上设缓和曲线后的曲线基本要素。 T2=(R+P)tan22+q=(600+1.0)tan22.12+60=124.2 0=Rls90=60014.3 12090 =5.73 L=slR+180=180 12.2 600+120=247.7 LY=L-2 LS =247.7-2 120=7.7 E=（ R+P） sec22-R=(600+1.0)sec212.2-600=5016.8 J=2T-L=2 124.2-247.7=0.7 五个基本桩号 ZH=JD-T=K2+060-124.2=K1+952.3 10 HY=ZH+LS= K1+952.3+120=K2+055.8 YH=HY+LY= K2+055.8+7.7= K2+063.5 HZ=YH+ LS = K2+063.5+120=K2+183.5 QZ=HZ-2L= K2+183.5-27.247= K2 +059.65 JD=QZ+2J=K2+059.65+27.0=K2+060 第三曲线 转角3=16.6，圆曲线半径 R1=600m，交点桩号： JD1 K3+100曲线要素，计算曲线上设缓和曲线后的曲线基本要素 。 T3=(R+P)tan23+q=(600+1.0)tan26.16+60=147.7 0=Rls90=60014.3 12090 =5.73 L=slR+180=180 16.6 600+120=293.7 LY=L-2 LS =293.7-2 120=53.7 E=（ R+P） sec23-R=(600+1.0)sec216.6-600=3516.4 J=2T-L=2 147.7-53.7=1.7 五个基本桩号 ZH=JD-T=K3+100-147.7=K2+952.3 HY=ZH+LS=K2+952.3+120=K3+072.3 YH=HY+LY= K3+072.3+53.7= K3+126.0 HZ=YH+ LS = K3+126.0+120=K3+246.0 QZ=HZ-2L=K3+246.0-27.293= K3+099.15 JD=QZ+2J=K3+099.15+27.1=K3+100 (2)第二方案 第一曲线 11 转角 1 =18，圆曲线半径 R1=600m，交点桩号： JD1 K0+930 曲线要素，计算曲线上设缓和曲线后的曲线基本要素。 p=Rls242 =600241402=1.36 T1=(R+P)tan21+q=(600+1.36)tan218+70=165.2 0=Rls90=60014.3 14090 =6.69 L=slR+180=180 18 600+140=328.4 LY=L-2 LS =328.4-2 140=48.4 E=（ R+P） sec2-R=(600+1.36)sec281-600=3206.1 J=2T-L=2 165.2-328.4=2 五个基本桩号 ZH=JD-T=K0+930-165.2=K0+764.8 HY=ZH+LS=K0+764.8+140=K0+904.8 YH=HY+LY= K0+904.8+48.4= K0+953.2 HZ=YH+ LS = K0+953.2+140=K1+093.2 QZ=HZ-2L= K1 +093.2-24.328= K0+929 JD=QZ+2J=K0+929+22=K0+930 第二曲线 转角 2 =19，圆曲线半径 R1=600m，交点桩号： JD1 K1+840曲线要素，计算曲线上设缓和曲线后的曲线基本要素 T2=(R+P)tan22+q=(600+1.36)tan219 +70=170.6 0=Rls90=60014.3 14090 =6.69 L=slR+180=180 19 600+140=338.9 12 LY=L-2 LS =338.9-2 140=58.9 E=（ R+P） sec22-R=(600+1.36)sec219 -600=3001.0 J=2T-L=2 170.6-338.9=2.3 五个基本桩号 ZH=JD-T=K1+840-170.6=K1+669.4 HY=ZH+LS=K1+669.4+140=K1+809.4 YH=HY+LY= K1+809.4+58.9= K1+868.3 HZ=YH+ LS = K1+868.3+140=K2+008.3 QZ=HZ-2L= K2+008.3-29.338= K1+838.85 JD=QZ+2J=K1+838.85+23.2=K1+840 第三曲线 转角3=20，圆曲线半径 R1=600m，交点桩号： JD1 K2+810曲线要素，计算曲线上设缓和曲线后的曲线基本要素 。 T3=(R+P)tan23+q=(600+1.36)tan220 +70=176.0 0=Rls90=60014.3 14090 =6.69 L=slR+180=180 20 600+140=349.3 LY=L-2 LS =663.3-2 140=283.3 E=（ R+P） sec23-R=(600+1.36)sec220 -600=2816.8 J=2T-L=2 176.0-349.3=2.7 五个基本桩号 ZH=JD-T=K2+810-176.0=K2+634 HY=ZH+LS=K2+634+140=K2+774 YH=HY+LY= K2+774+69.3= K2+843.3 HZ=YH+ LS = K2+843.3+140=K2+983.3 13 QZ=HZ-2L= K2+983.3-23.349= K2+808.65 JD=QZ+2J=K2+808.65+27.2=K2+810 2.5 方案比选 根据已确定的路线的大概走向，综合考虑地形状况和技术经济指标后，选定了两套方案。 路线方案是路线设计中最根本的问题。 方案是否合理，不但直接关