常州地区一级公路设计 道路工程与土木专业毕业设计 毕业论文.doc

石家庄铁道学院毕业设计 1 第 1 章 绪论 1 1 概述 高等级公路的建设带动了沿线经济的发展 快速运输日益显示出巨大的经济效 益和社会效益 形成了快速发展的 高速公路产业带 高等级公路不仅技术标准高 线形顺畅路面平整沿线设施安全 而且全立交 全控制出入 双向隔离行驶 无混 合交通干扰 为公路运输的快速 安全 高效 便捷和舒适提供了技术保障 高等 级公路也因其快速 舒适 安全 便捷的优越性成为我国交通运输的主要组成部分 尽管我国高速公路建设取得了巨大进展 但是由于公路交通基础薄弱 各地发 展极不平衡 因此与国际上发达国家还有很大差距 还不能完全适应国民经济和社 会发展的需要 在今后相当长的时期内加快高等级公路建设是我国公路建设的主要 任务 1 1 1 绪言 常州水陆空交通便利 京沪铁路 京杭大运河 312 国道和沪宁 宁杭 常宁 沿江高速 常澄 锡宜等高速公路 以及江苏第 2 大机场 4D 级民航常州机场 构 成了常州发达的水陆空交通网 此外在建的京沪高速铁路常州站 沪宁城际轨道常 州站 以及城市高架快速路网和筹建的轻轨 1 号线也给常州的交通增添亮色 本设计为常州地区一级公路的某一段 起点为东城 终点为营溪 1 1 2 设计原始资料 1 1 2 1 交通量资料 实测交通量资料 车型 交通量 辆 日 特大型货车 178 大中型货车 276 小型货车 309 大中型客车 383 小型客车 1024 石家庄铁道学院毕业设计 2 拖拉机 1675 摩托车 432 自行车 19253 1 1 2 2 自然条件 1 地貌性质 本段地处长江下游冲积平原 地势平坦起伏在 1 2 米之间 多属软土地区 地 温较高 地下水一般为 1 2 米 2 气象 气温 本地区属亚热季风区 是我国最热的地区 年平均气温 15 3 C 月平均气温中 以 7 月份最高为 28 4 C 1 月份最低为 2 1 C 降雨 本地区春夏两季的梅雨是明显的季节 其累计年平均降水为 1080 0mm 多集中 在 4 9 月份 已测到的日最大降水量为 160 6mm 占该年总降水量的 14 6 使累 年平均值的 14 9 1 1 2 3 工程地质情况 本工程所经地区的表层为厚 1 5 2 5m 的黄色亚粘土 硬壳层 且为该地区唯 一适合作为路堤填料的土 自地表以下 2m 即为淤泥质灰色粘土或灰色亚粘土 呈极软塑 液限状态 厚 约为 20 22m 约 20 35m 以下为夹薄层粉砂 地质极差 强度低 高压缩性 工程 地质极其不良 是产生路堤沉降的主要层次 1 1 2 4 等高线地形图 比例 1 2000 1 2 设计规范标准 1 道路工程制图标准 GB50162 92 2 公路路线设计规范 JTG D20 2006 3 公路工程技术标准 JTG B01 2003 4 公路路基设计规范 JTGD30 2004 5 公路自然区划标准 JTJ003 86 6 公路沥青路面设计规范 JTGD50 2006 石家庄铁道学院毕业设计 3 7 公路排水设计规范 JTJ018 97 石家庄铁道学院毕业设计 4 1 3 道路等级的确定 1 3 1 公路工程技术标准 要求 公路根据交通量及其使用功能 性质分为五个等级 高速公路 一级公路 二 级公路 三级公路和四级公路 根据设计原始交通量资料查得中华人民共和国交通 部颁发的 公路工程技术标准 JTG B01 2003 以下称 标准 规定 高速 一级 公路以小客车为折算标准 各汽车代表车型与换算系数如表 1 1 所示 表 1 1 各汽车代表车型与车辆折算系数 汽车代表车型车辆折算系数说 明 小型客车 1 0 19 座的客车和载质量 2t 的货车 大中型客车及小型货车 1 5 19 座的客车和载质量 2t 7t 的货车 大中型货车 2 0 载质量 7t 14t 的货车 特大型货车 3 0 载质量 14t 的货车 1 3 2 交通量计算 由 标准 中规定 畜力车 人力车 自行车等非机动车在设计交通量换算中 按路侧干扰因素计 一 二级公路上行驶的拖拉机按路侧干扰因素计 将实测各种 车型的交通量折算成小客车的交通当量 初始年交通量 N0 1024 1 0 383 1 5 309 1 5 276 2 0 178 3 0 3148 辆 日 由 标准 中规定 一级公路设计交通量按 20 年预测 交通当量年平均增长率 按 10 计 则 20 年后道路通行能力为 1 3 3 确定线路技术标准 根据 标准 确定该道路为四车道一级公路 设计车速为 100km h 其在平原 区主要技术指标如下 1 服务水平 一级公路设计采用的服务水平为二级 作为集散公路时 可采用三级服务水平设 计 2 建筑限界 20 119 200 1 10 3580 1 121895 NN 辆日 石家庄铁道学院毕业设计 5 路基宽度 24 5m 行车道宽度 3 75m 设计行车速度 100km h 圆曲线 一般最小半径 700m 极限最小半径 400m 缓和曲线最小长度 85m 竖曲线最小长度 85m 凸形竖曲线 一般最小半径 10000m 极限最小半径 6500m 凹形竖曲线 一般最小半径 4500m 最小半径 3000m 停车视距 160m 超车视距 550m 最大纵坡 4 路面类型 沥青混凝土 3 路线 一级公路路基宽度 24 5m 行车道宽度为 3 75m 一级公路整体式断面必须设置中间带 中间带由两条左侧路缘带和中央分 隔带组成 石家庄铁道学院毕业设计 6 第 2 章 路线方案比选与定线 2 1 选线原则 公路选线就是根据路线的基本走向和技术标准的要求 结合当地的地形 地质 地物及其它沿线条件和施工条件等 选定一条技术上可行 经济上合理 又能符合 使用要求的公路中心线的工作 选线的目的 就是根据国家建设发展的需要 结合 自然条件 选定合理的路线 使筑路费用与使用质量达到统一 且行车迅速安全 经济舒适 构造物稳定耐久及易于养护的目的 2 1 1 平原微丘地区选线 2 1 1 1 平原区路线布设要点 选线时 首先在路线的起 终点间 把经过的城镇 厂矿 农场及风景文物点 作为大的控制点 在控制点间 通过实地视察根据地形条件和水文条件进一步选择 中间控制点 一般较大的建筑群 水电设施 跨河桥位 洪水泛滥线以外及其必须 绕越的障碍物均可作为中间控制点 在中间控制点之间 如果没有充分的理由 一 般不再设置转角点 在安排平面线形时 既要使路线短捷顺直 又要注意避免过长的直线 可能条 件下争取采用转角适当 半径较大的长缓的平曲线线形 综合平原区自然和路线特征 布线时应着重考虑以下几点 1 正确处理好路线与农业的关系 修建公路时占地是难以避免的 解决好路线与农田规划 农业灌溉水利设施的 关系 是平原区选线时的关键问题 布设路线时 要注意既不片面要求路线顺直而 占用大面积的良田 也不片面要求少占耕地而降低线形标准 甚至恶化行车条件 再者 应解决好路线与农田水利设施的关系 使路线的布置尽可能地与农业灌溉系 统相配合 少占良田 不占高产田 除较高等级的公路外 一般不要破坏灌溉系统 布线要注意尽量与干渠相平行 减少路线与渠道的相交次数 最好把路线布置在渠 道的上方非灌溉区一侧或者是渠道的尾部 注意筑路与造田 护田相结合 在可能 条件下 布线要有利于造田 护田 以支援农业 路线通过河曲地带 当水文条件 许可时 可考虑路线直穿 裁弯取直 改移河道 缩短路线 改善线形 2 处理好路线和桥位的关系 石家庄铁道学院毕业设计 7 大 中桥位往往是路线的控制点 应在服从路线总方向的原则下 路 桥综合 考虑 选择有利的桥位 布设路线 既要防止只考虑路线顺直 不顾桥位条件 增 加桥跨的难度 又要防止片面强调桥位 使路线绕线过长 标准过低 一般情况下 桥位中线应尽可能与洪水主流流向正交 桥梁和引道都在直线上 桥位应选在水文 地质 跨河条件较好的河段 小桥涵位置原则上应服从路线走向 但遇到斜交过大 夹角小于 45 时 或河沟过 于弯曲时 可考虑采取改沟或改移路线的办法 调整交角 布线时应比较确定 3 理好路线与城镇居民点的关系 平原区有较多的城镇 村庄 工业设施等 路线布设应正确处理好路线与它们 的关系 国防公路与高等级的干道 应采取绕避的方式远离城镇 必要时还应考虑采 用支线联系 较高等级的公路应尽量避免直穿城镇 工矿区和居民密集区 以减少相互干 扰 但考虑到公路对这些地区的服务性能 路线又不宜相离太远 往往从城镇的边 缘经过 做到近村而不进村 利民而不扰民 既方便运输 又保证交通安全 这种 路线布线时 要注意与城镇等的规划相结合 公路等级较低时 应考虑县 区 村的沟通 经地方同意可穿越城镇 但要 注意有足够的视距和必要的公路宽度以及必要的交通设施 以保证行人和行车的安 全 4 注意土壤 水文条件 平原区的水位条件较差 取土较为困难 为了保证路基的稳定性和节约用土 在低洼地区 应尽可能沿接近分水岭的地势较高处布线 以使路基具有较好的水文 条件 在排水不良的地带布线时 要注意保证路基最小填土高度 路线要尽量避开 较大的湖塘 水库 泥沼等 不得已时应选择最窄 最浅和基底坡面较平缓的地方 通过 并采取措施保证路基稳定 5 注意利用老路 并与铁路 航道及已有公路运输相配合 在平原区路线布设 时 若有老路与新布路线相距较近 而且走向一致时 在条件许可时 应尽量地将 其改造后加以利用 以减少耕地的占用和提高路基的稳定性 6 注意就地取材和利用工业废料 修建公路需要消耗大量的筑路材料 为节省 工程造价 应充分利用当地的材料 特别是地方上的工业废料 2 2 方案比选 方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法 在可能布局的多种方案中 石家庄铁道学院毕业设计 8 通过方案比较和取舍 选择技术合理 费用经济 切实可行的最优方案 路线方案 的取舍是路线设计中的重要问题 方案是否合理 不仅关系到公路本身的工程投资 和运输效率 更重要的是影响到路线在公路网中的作用 直接关系到是否满足国家 政治 经济及国防的要求和长远利益 根据方案比较的深度上的不同 可分为原则性方案比较和详细的方案比较两种 2 2 1 路线方案的拟定 由已确定的道路等级和主要技术标准指标 在原始设计交通量资料 所在地区 的气候 土壤 地质 水文等资料和现有地形 地物分布图资料的基础上 经审查 判断分析 初步选定了两个方案 线路走向如下所述 方案一 路线以东城为起点 经小片冲沟地带并过部分柑树果园与支渠相接 中间跨越两个小桥 从大沥村与旧庄之间穿越后直至终点营溪 方案二 路线从东城出发 向东南方向延伸 穿越细沥村至大沥村正东方折向 右 经过一条河路线偏向南 继续延伸过渡渠即到达终点营溪 两方案比选路线如图 2 2 2 3 JD1 JD2 方案一 石家庄铁道学院毕业设计 9 图 2 2 路线方案一 图 2 3 路线方案二 2 2 2 初步定线 根据 公路路线设计规范 平原区一级公路当设计车速为 100km h 时 取缓和 曲线长度均为 l 120m 符合 标准 规定 s 方案 1 直线部分 JD1 处平曲线由于受地形地物限制 取半径 R 700m 测得转向角 46 21 13 6 由 道路勘测设计 知识计算下列各要素 设起始点里程为 K0 000 000 则 JD1 处平曲线各主点要素计算如下 1 由原始资料等高线地形图计算出起点 交点 终点的坐标 A 25670 5326 59730 6831 JD1 C 25114 9532 59570 9241 B 24649 2368 58680 2206 2 路线长计算 方位角校核 JD1 方案二 石家庄铁道学院毕业设计 10 AC 段 m 因为图在第二象限里 故 CB 段 m 因为图在第二象限里 故 18062 2347 7117 3612 3 CB 3 转角计算 左 校核 1 117 3612 3163 5725 9 46 2113 6 CBAC 平曲线部分 已知设定的圆曲线半径 R 700m 缓和曲线长度 l 150m 和转向 s 角 46 21 13 6 计算 JD1 C 处平曲线各主点要素 0 180150180 6 22 700 ls R 22 150 1 339 m 2424 700 ls p R 33 22 150150 74 971 m 22402240 700 lsls m R 0 0 250 3 3 切线长 曲线长 外失距 切曲差 234 143 m qTL 圆曲线 0 2416 3182 m LLls 确定该平曲线各主点的里程 起点 0000 000K ZH0202 862K ZH 202 862 00 222700 462 20 32 150 180180 716 3182 m LLlsRls 46 tan700 1 339 tan74 971375 231 m 22 TRPm 0 sec62 91 m 2 ERPR 22 AC L 25114 953225670 5326 59570 9241 59730 6831 578 093 59570 9241 59730 6831 16 0234 1 25114 953225670 5326 AC arctg 22 CB L 25114 953224649 2368 59570 9241 58680 2206 1005 109 59570 9241 58680 2206 62 2347 7 25114 953224649 2368 CB arctg 18016 0234 1163 5725 9 AC 石家庄铁道学院毕业设计 11 150ls HY 352 862 208 1591 2 L ls QZ 561 021 208 1591 2 L ls YH 769 181 150ls HZ 919 181 终点 1 549 059K 校核 ZH 202 862 2T 750 462 953 324 q 34 143 919 181 方案 2 按上述规范两平曲线半径 R 550m R 391 058m 缓和曲线12 m 转向角 同理得曲线各要素如下 120ls 1 32 234 1218 714mT 2182 66mT 1428 4965mL 2356 9317mL 1 0 23 4966mE 2 0 20 2627mE 18 931mq 28 388mq 则各主点里程为 起点 0000 000K ZHK0 023 186 ZH 23 186 120ls 石家庄铁道学院毕业设计 12 HY 143 186 94 2484 1 2 L ls QZ 237 434 94 2484 1 2 L ls YH 331 683 120ls HZ 451 683 终点 K0 451 683 校核 ZH 23 186 2T 437 4281 460 614 q 8 931 1 451 683 起点 K0 451 683 ZHK0 451 683 ZH 451 683 120ls HY 571 683 58 466 2 2 L ls QZ 630 148 石家庄铁道学院毕业设计 13 58 466 2 2 L ls YH 688 614 120ls HZ 808 614 终点 K1 503 271 校核 ZH 451 683 2T 364 322 816 015 q 8 388 807 627 2 2 3 土石方计算 本设计地形为平原微丘区 路基均为填方 以粘性土作为填方材料 设边坡为 1 1 5 路基宽度采用 24 5m 典型填方断面图如右图 图 2 1 路基断面图 土石方计算由软件生成 不再详述 计算结果见附录 B 表 1 4 2 2 4方案主要技术指标比较汇总及方案选定 表 2 1 两方案主要经济技术指标比较表 指标单位第一方案第二方案 路线长度km 1549 0591503 271 土石方 33 10 m169497 92120330 30 路面 2 km37951 9536830 14 工程数量 桥梁座1 大桥2 小桥 石家庄铁道学院毕业设计 14 比较结果较好 由上表所列主要技术指标 结合当地实际情考虑如下因素 方案二经过的地区人口较多 与村庄距离较近 能够带动当地经济发展 有利 于提高人们出行 从设计施工方面 此工程需要设计建造桥涵穿越两条沟渠 为小 桥 造价低 设计施工难度小 而且填方量小 工程造价低 方案一所经过的村镇较少 不能够有效带动当地经济发展 其设计一座大桥 工程造价高且施工时间长 对工程的进度产生影响 而且其填方量大 增加工程造 价 因此方案比选最后确定推荐方案二 石家庄铁道学院毕业设计 15 第 3 章 平面设计 3 1 平面线形设计的基本要求 1 平面线形应直捷 连续 顺适 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 长直线尽头不能接以小半径曲线 高 低标准之间要有过渡 4 应避免连续急弯的线形 5 平曲线应有足够的长度 3 2 平曲线的设计 3 2 1 曲线半径的选定 根据标准段选定设计路段桩号 K0 143 186 K0 331 683 的曲线半径为 550m 3 2 2 直线 1 直线的最大长度 我国目前的 标准 和 规范 中均未对直线的最大长度规定具体数值 日本 和德国 以设计车速 的 20 倍数字为最大长度限值 当时 km h 80km hV 本设计符合要求 max 201600mlV 2 直线的最小长度 规范 推荐同向曲线间最短直线长度以不 小于 6V 为宜 反向曲线间最短直线以不小于 2V 为宜 本设计采用基本型曲线 即直线两端 设有缓和曲线 本设计符合要求 3 2 3 缓和曲线的长度及计算公式 公路工程技术标准 规定 设计速度为 图 3 1 基本型平曲线 石家庄铁道学院毕业设计 16 100km h 的一级公路 缓和曲线的最小长度为 85m ls 设计时 我们取缓和曲线长度均为 120m 符合 标准 规定 ls 带有缓和曲线的圆曲线如图 3 1 其要素的计算公式如下 3 1a 3 1b 3 1c 3 1d 3 1e 3 1f 3 1g 3 1h 式中 总切线长 m Ts 总曲线长 m Ls 外距 m Es 校正数 m Js 主曲线半径 m R 路线转角 度 缓和曲线终点处的缓和曲线角 度 缓和曲线切线增值 m q 设缓和曲线后主曲线的内移值 m R 缓和曲线长度 m ls 平曲线中圆曲线长度 m Ly 平曲线的基本要素已在上一章方案比选处完成计算 3 3 曲线的超高 3 3 1 超高的作用 为抵消车辆在曲线路段上所产生的 24 3 24 2384 lsls R R R 3 3 2 240 lsls q R 90 28 6479 lsls RR 2 TsRR tgq 180 R Lsls 2LyLsls sec 2 EsRRR 2JsTsLs 石家庄铁道学院毕业设计 17 离心力 将路面做成外侧高于内侧的单向横 坡 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 驶的稳定性与舒适性 当汽车等速行驶时 在园曲线上所产生的离心力是常数 而在回 旋线上行驶时 由于回旋线曲率是变化的 其离心力也是变化的 因此 超高横坡度在 园曲线上应是全超高 在缓和曲线上应是逐 渐变化的超高 图 3 2 超高示意图 3 3 2 超高的确定 由汽车行驶在曲线上的力平衡方程式得 3 2 式中 R 平曲线半径 m 横向力系数 单位车重的横向力 V 行车速度 km h i 横向超高坡度 规定 规定 超高横坡度按设计速度 半径大小 结合路面的类型 自然条 件和车辆的组成情况确定 一级公路的超高横坡度不超过 10 3 3 3 超高的计算 交点处超高的计算 1 JD 由式 3 2 得 y i 2 120 0 128 6 127 550 式中 横向力系数取 0 12 u u 本设计路段选定的超高值为 0 255m 3 3 4 超高缓和段 从直线的路拱双坡断面到圆曲线上具有超高横坡度的单坡断面 有一各逐渐变 化的过渡路段 这一逐渐变化的过渡路段成为超高缓和段 2 127 V i R 石家庄铁道学院毕业设计 18 3 3 4 1 超高缓和段长度 为了行车的安全舒适 路容的美观和排水的通畅 必须设置一定长度的超高 缓和段 超高过渡则是在超高缓和段全长范围内进行的 双车道公路超高缓和段 长度可按下式计算 3 3 式中 L 超高缓和段长 m 旋转轴至行车道外侧边缘的宽度 m 超高坡度与路拱坡度的代数差 p 超高渐变率 本设计路段超高缓和段长度值为 120m 3 3 4 2 超高缓和段实际计算取值 超高缓和段实际计算值应取下列三项中的最大值 1 曲线加宽段长度 2 超高缓和段的理论计算值 3 缓和曲线的长度 此路段没有加宽 超高缓和段的理论计算值为 40m 和缓和曲线的长度为 80m 因此超高缓和段实际计算值应取为 180m 绕路中央分隔带边缘旋转各特征点超高值计算式见表 3 1 超高过度方式图见图 3 3 表 3 1 绕中央分隔带边缘旋转各特征点超高值计算式 超高位置计算公式 x 距离处行车道横坡值备注 C 12x bBbi 外侧 D0 Gh G c x ii ixi L D0 内侧 C 1x2x bBbbi hG G c x ii ixi L 1 计算结果为与设计高之差 2 设计高程为中央分隔带外侧边缘程 3 本设计不设加宽 x 0b 4 当时 为圆曲线上的超高 c xL 式中 左侧 右侧 行车道宽度 m B 左侧路缘带宽度 m 1 b 右侧路缘带宽度 m 2 b x 距离处路基加宽值 m x b 超高横坡度 h i 路拱横坡度 G i i C L p i 石家庄铁道学院毕业设计 19 超高缓和段中任意一点至超高缓和段起点的距离 m x 图 3 3 超高过度方式图 交点有缓和曲线的平曲线处绕中央分隔带边缘旋转各特征点超高值计算 1 JD 如上所述 旋转方式按中央分隔带边缘旋转 路拱横坡 超高横坡 2 G i h 8 6 i 则超高缓和段长度 0 52 3 750 758 75 m B yz 8 6 2 0 106iii 确定缓和段长度 c L 查表得 1150 p 取 5 的整倍数 c 8 75 0 106 139 125 m 1150 Bi L p c 140mL 缓和曲线 sc 120mLL 即从缓和曲线后退 20m 的直线段上开始设置超高缓和 sc 140 12020mLL 段 计算各桩号的超高 超高起点为 K0 3 186 由直线段的硬路肩坡度与行车道相同 为 2 土路肩 为 4 圆曲线内侧的土路肩 内外侧的硬路肩坡度与行车道的坡度相同 均为 4 外侧的土路肩坡度为 4 内侧土路肩坡度的过渡段的长度为 0 4 2 0 75 1 95m 1150 l 取 内侧土路肩坡度在超高缓和段起点之前 即从 K0 3 186 ml2 0 K0 5 186 段内完成路肩的过渡 变成 4 与路拱横坡相同 分别计算各桩号的横断面上中央分隔带边缘 行车道外侧边缘 和硬 3 A 2 A 路肩外缘 的超高值 计算结果见表 3 2 1 A 石家庄铁道学院毕业设计 20 表 3 2 JD 处平曲线超高值计算结果 左侧 m 右侧 m 桩号 X m 1 A 2 A 3 A 3 A 2 A 1 A K0 8 186 直线段 0 375 0 23100 0 175 0 257 K0 23 186 ZH 15 0 423 0 38100 0 032 0 028 K0 143 186 HY 120 0 463 0 379000 0140 037 K0 242 832 QZ 圆曲线 0 463 0 379000 3750 472 K0 331 683 YH 圆曲线 0 463 0 379000 3750 4721 K0 451 683 HZ 120 0 423 0 381000 5280 683 3 4 平面线型要素的组合 本设计主要采用了基本型平面线型 基本型按直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线 的顺序组合 图 3 4 基本型平曲线图 3 5 平面视距的保证 标准 规定一级公路的设计视距应满足会车视距的要求 其长度不小于停车 视距的两倍 此路段的曲线路段在平原微丘区 因此我们在设计时考虑实际困难和 工程量的原因取设计视距为 S 200m 对平面视距的检查 首先应计算出保证设计视距所需要的最大横净距 Z 其次 是计算实际条件下所提供的能通视的横净距若 Z 设计视距可以保证 若 ZZ Z 则应清除障碍物 以满足 Z 的要求 本设计实际条件下所能提供的能同 Z Z 时的横净距为 15m Z 在带有缓和曲线的平曲线的交点处 1 JD 由式 求得 538 5m1 5 2 S B RR 视点轨迹圆曲线长为 3 4 2 180 S LR 石家庄铁道学院毕业设计 21 式中 视点轨迹圆曲线长 不包括缓和曲线 m L 车辆在弯道上行驶时视点的运动轨迹 m S R 路线转角 度 缓和曲线终点处的缓和曲线角 度 由式 3 4 求得 376 73 m 2 538 5 462 615 1 6 180180 S LR 此路段设置缓和曲线因为视点轨迹圆曲线长大于设计视距 S 可用下式求最 L 大横净距 3 5 1 cos 2 S R ZR 由式 3 5 求得 m 22 200 1 cos 9 29 288 538 5 S S RS ZR R 由 Z 9 29m 15m 满足 Z 视距满足通视要求 Z Z 3 6 平面设计成果 1 逐桩坐标表 见附录 B 表 5 2 直线曲线转角表 见附录 B 表 6 3 平面设计图 见附录 B 图册图号 01 02 03 石家庄铁道学院毕业设计 22 第 4 章 纵断面设计 4 1 纵断面设计目的 纵断面设计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 研究起伏空间线的几何构成与要素 以便达到行车安全迅速 运输经济合理及乘客舒适的目的 4 2 纵断面设计的一般要求 为使纵坡设计经济合理 必须在全面掌握勘测资料的基础上 经过综合分析 反复比较定出设计纵坡 纵坡设计的一般要求为 1 纵坡设计必须满足 标准 的各项规定 2 应具有一定的平顺性 起伏不宜过大和过于频繁 为保证车辆能以一定速度 安全 顺适地行驶 纵坡应具有一定的平顺性 起伏不宜过大或过于频繁 3 纵坡设计应对沿线的地形 地下管线 地质 水文 气候 排水等方面综合 考虑 视具体情况妥善处理 以保证道路的稳定与畅通 4 纵坡设计应考虑填挖平衡 减少借方和废方 以降低工程造价和节省用地 5 平原微丘地区地下水埋藏较浅 池塘 湖泊分布较广 纵坡除应满足最小坡 度要求外 还应满足最小填土高度的要求 以保证路基稳定 6 对连接段纵坡 如大 中桥引道及隧道两端引线等 纵坡应小些 避免产生 突变 路线交叉处前后的纵坡也应平缓一些 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 4 3 纵坡基本参数确定 4 3 1 最大纵坡最小纵坡的确定 1 最大纵坡的确定 标准 规定 设计速度为 100km h 时 公路最大纵坡为 4 结合设计路段 定的是 0 9376765 2 最小纵坡的确定 各级公路的路堑以及其它横向排水不畅路段 为保证排水顺利 防止水浸路基 石家庄铁道学院毕业设计 23 应采用不小于 0 3 的纵坡 当必须设计平坡或小于 0 3 的纵坡时 其边沟应作纵 向的排水设计 结合设计路段定的是 0 3441622 3 最大坡长最小坡长限制 标准 规定 各级公路设计不同纵坡时最大坡长不同 设计速度为 100km h 纵坡坡度为 3 时 最大坡长为 1000m 纵坡坡度为 4 时 最大坡长为 800m 纵 坡坡度为 5 时 最大坡长为 600m 标准 规定 设计速度为 100km h 时 公路 最小坡长为 250m 结合设计路段最大坡长定的是 741 44m 最小坡长定的是 257 35m 4 3 2 缓和坡长的要求 缓和坡长可以改善汽车连续在陡坡上行使的紧张状况 避免汽车长时间低速行 驶或汽车下坡产生不安全因素 规范 要求 当连续的纵坡大于 5 应在期间设置 不大于 3 的缓和坡段 其长度不大于 100m 结合设计本路段不设缓和坡长 4 4 竖曲线设计 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 4 4 1 竖曲线要素 变坡角 4 1 竖曲线长度 L R 4 2 竖曲线半径 R L 4 3 竖曲线切线长 4 4 竖曲线上任意一点 P 的竖距 4 5 5 竖曲线外距 4 6 竖曲线要素计算示意如图 4 1 21 ii 12 22 LR TTT 22 11 22 PQ xx hPQyyi xi x RR 22 2884 TRLT E R 石家庄铁道学院毕业设计 24 图 4 1 竖曲线要素图 4 4 2 竖曲线标高计算 本设计路段第一变坡点里程桩号为 K0 340 高程为 16 18m 坡度 1 0 938 i 标准 规定 竖曲线最小半径 R 4500m 本设计竖曲线半径取 2 0 344 i R 10000m 1 竖曲线要素计算 21 0 344 0 938 0 01282wi i 当为 时 表示凹形曲线 为 时为凸形曲线 所以该竖曲线为凸w 形竖曲线 曲线长 满足最小长度要求 10000 0 01282128 2 m LRw 切线长 128 2 64 1 m 22 L T 外距 22 64 1 0 2048 m 22 10000 T E R 2 计算设计高程 竖曲线起点桩号 K0 340 T K0 275 9 m 竖曲线起点高程 1 12 0 T 11 40 m i 竖曲线终点桩号 K0 340 T K0 404 1 m 竖曲线终点高程 1 12 0 T 11 40 m i 3 竖曲线任意点高程 计算切线高程 4 7 计算设计高程 4 8 4 5 平纵线形的组合设计 4 5 1 组合原则 1 保持视觉的连续性 应在视觉上自然地引导驾驶员的视线 并保持视觉的连 续性 任何使驾驶员感到茫然 迷惑或判断失误的线形都应避免 2 保持平 纵线形的技术指标大小应均衡 对纵面线形不断起伏 而在平面上 却采用高标准的线形是无意义的 反之 在平面上线形迂回前进 弯道较多 而在 01 HHTx i 切 HHh 切 石家庄铁道学院毕业设计 25 纵断面设计上采用高标准也同样没有意义 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 注意与周围环境相配合 可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度 并可起到引导 视线的作用 4 5 2 组合方式 1 平曲线与竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 这种组合是使平曲线与竖曲线对应 最好使竖曲线的起点和终点分别放在平曲 线的两个缓和曲线内 即所谓的 平包竖 2 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 平曲线与竖曲线其中一方大而平缓 那么另一方就不要形成多而小 3 暗 明弯与凸 凹竖曲线 暗弯与凸形竖曲线组合 以及明弯与凹形竖曲线组合较为合理 且给人一种平 顺舒适的感觉 4 平 竖曲线应避免的组合 平曲线与竖曲线重合是一种理想的组合 但由于地形等条件限制 这种组合并 不是总能争取得到的 如果平曲线的中点与竖曲线的顶 底 点位置错开距离不超过 平曲线长度的四分之一时 效果仍然令人满意 通过用纬地软件所进行设计平纵线形组合 对其形成的透视图检验 设计路段 线形质量良好 透视图见图 05 4 6纵断面设计成果 竖曲线计算表 见附录 B 表 7 纵断面设计图 见图册图号 04 05 06 透视图 见图册图号 07 石家庄铁道学院毕业设计 26 第 5 章 横断面及路基设计 5 1 概述 道路的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所构 成的 其中横断面设计线包括行车道 路肩 分隔带 边沟边坡 护坡道以及取土 坑 弃土堆 环境保护等设施 高速公路和一级公路上还有变速车道 爬坡车道等 5 2 路基横断面组成 路幅的构成根据 标准 可知 一级公路路基宽度为 24 5m 其中路面跨度为 15 0m 中间带宽度为 3 0m 其中中央分隔带宽度为 2 0m 左侧路缘带宽度为 0 5 2 1 0m 硬路肩看度为 2 0 2 4 0m 土路肩宽度为 0 75 2 1 5m 路面横坡 为 2 土路肩横坡为 4 5 3 路拱横坡 为了迅速排除路面上的雨水 图5 2 折线形路拱 图 5 1 高等级道路横断面组成及各部分宽度 石家庄铁道学院毕业设计 27 路面表面做成中间高 两边 图 5 2 折线型路拱 低的拱形 称之为路拱 路拱对排水有利 但对行车不利 路拱坡度所产生的水平 分力增加了行车的不稳定性 同时也给乘客带来不舒适的感觉 当车辆在有冰 雪 水或潮湿路面上制动时 还会增加侧向滑移的危险 为此 对路拱的横向坡度在满 足横向排水的要求下 应尽量采用低值 本设计路段考虑行车道宽 路面类型及设 计地区的降雨量等方面的要求 设路拱横坡为 2 如图 5 2 折线型 5 4 平曲线加宽及其过渡 为保证曲线段行车的顺适与安全 曲线段路面宽度应适当增加 如图 5 3 图 5 3 弯道加宽示意图 由 标准 规定 平曲线半径等于或小于 250m 时 应在平曲线内侧加宽 本 设计中平曲线半径为 500m 大于 250m 的规定值 所以可以不设曲线加宽 为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上的加宽宽度 需设置加宽缓和段 在加宽缓和段上 路面具有逐渐变化的宽度 5 5 软土地基 软土地基主要是指天然含水量过大 胀缩性高 具有湿陷性 承载力低 在荷 载作用下容易产生滑动或固结沉降的土质地基 如软土 泥沼 泥碳 湿陷性黄土 人为垃圾 松散杂填土 膨胀土 海 湖 相沉积土等 路基直接填筑在这些地基上 往往会因地基承载力不足 或在自然因素作用下产生过大的变形 因此 土木工程 中 地基加固极为重要 常是各种建筑物成败关键 5 5 1 极限高度的计算 本设计处于富饶的长江三角洲平原 土地资源珍贵 路基的高低对降低公路造 价有着十分突出的意义 所以必须对填筑最大高度有所限制 本设计路段有 1 5m 2 5m 的亚粘土 硬壳层 当硬壳层厚度大于 1 5m 时 考虑其应力扩散 提 高承载力 减少地基沉降的效应 软土的 设计中路堤边坡采用 1 1 5 12kPa u C 石家庄铁道学院毕业设计 28 填土为黄色亚粘土 此时 路堤的极限高度可按下式计算 3 19kN mr 5 1 式中 极限高度 m C H k C 软土的快剪黏聚力 kPa 填土的容重 r 3 kN m 稳定因数 与边坡角和深度因数 式中为填土高度 s N Hd nd H H 为软土厚度 有关 d 则路堤极限高度 m k cs 0 5 C HNH r 12 5 60 5 1 54 28 19 设安全系数取 1 5 时 最佳填土高度为 2 9m 因考虑到实际困难 则可确定 2 5m 为最佳填土高度 5 5 2 对地基处理的方法 湿软地基加固 规模大 造价高 应注重技术和经济两方面 同时 地基加固 是路基主体工程的一部分 要结合路基标高 断面形式等方面综合处治 高压旋喷法是利用高压 20 25MPa 射流的强度使浆液与土混和 从而在射流 影响的有效范围内使土体速凝成一圆柱形的桩 桩径达 0 5 1 0m 本设计中主要采用的是旋喷水泥土桩处理方法 桩径取 D 50cm 间距 B 150cm 且桩与桩之间的布置都是按照三角形的方式布置的 布桩时 一律采用 15m 桩长 桩径 桩间距不变 5 6 横断面设计成果 1 路基设计表 见附录 B 表 8 9 10 11 2 一般与超高路基横断面设计图 见附录图册图号为 08 09 10 3 软土地基布置图 见附录图册图号为 11 0 5 k cs C HNH r 石家庄铁道学院毕业设计 29 第 6 章 路面结构设计 6 1 路面类型的确定 6 1 1 路面类型的确定 由于沥青路面使用沥青结合料 因而增强了矿料间的粘结力 提高了混合料的 强度和稳定性 使路面的使用质量和耐久性都得到提高 与水泥混凝土路面相比 沥青路面具有表面平整 无接缝 行车舒适 耐磨 振动小 噪声低 施工期短 养护维修简便 适宜于分期修建等优点 因而获得越来越广泛的应用 本段公路是 高等级道路 结合实际情况 选用沥青混凝土路面 6 1 2 确定路基潮湿类型及土基回弹模量 根据 公路自然区划标准 该地区属于东南湿热区 路基临界高度参考值可知 此区是粘性土中湿状态 临界高度 故土基属中湿状态 相对含水量 2 1 2 1 3mH 取土基回弹模量 0 6 x w 0 30MPaE 6 1 3 轴载分析 表 6 1 交通组成表 车型前轴重后轴重后轴数后轴轮组数后轴距 m 交通量 红岩 CQ30290 621192 双轮组 3178 日野 KF300D 40 75792 双轮组 3383 东风 CS938 24702 双轮组 31024 解放 CA10B 19 460 851 双轮组 1675 1 路面设计以双轴组单轴载 100KN 作为标准轴载 以设计弯沉值为指标及验 算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载换算 轴载换算采用如下计算公式 轴载换算系数 6 1 4 35 121 1 k i i P NC C n P 石家庄铁道学院毕业设计 30 式中 标准轴载 pkN i P 被换算车型的各级轴载 kN 轴载系数 1 C 轮组系数 2 C 被换算车辆的各级轴载作用次数 次 日 i n 轴载换算结果下表所示 表 6 2 轴载换算结果 车型 i p 1 c 2 c i n 35 4 21 P p ncc i i 东风 CS938后轴 70 001130034 566 前轴 62 0016 4540155 212 红岩 CQ30290 后轴 119 0011540578 604 前轴 40 7516 412083 238 日野 KF300D 后轴 79 002 21120399 634 前轴 56 0016 415053 084 黄海 DD690 后轴 104 002 21150125 013 解放 CA10B后轴 56 601124025 082 前轴 22 1016 418019 709 解放 CA340 后轴 56 601118054 552 33 4 21 P P NCCN i i 1532 894 注 轴载小于 25kN 的轴载作用不计 累计当量轴次计算 根据设计规范 一级公路沥青路面的设计年限为 15 年 四车道的车道系数 是 0 4 0 5 取 0 45 8 累计当量轴次 2 验算半刚性基层层底拉应力中的累计当量轴次 轴载换算 验算半刚性基层层底拉应力的轴载换算公式为 6 2 15 1 1136510 11365 1532 9 0 45 7999638 0 1 t e NN 次 8 1 2 1 k i i i p Nc c n P 石家庄铁道学院毕业设计 31 式中 为轴数系数 1 2 m 1 1 c 1 c 2 c为轮组系数 单轮组为 1 85 双轮组为 1 四轮组为 0 09 计算结果如下表所示 表 6 3 轴载换算结果 车型 i p 1 c 2 c i n 8 2 1 P p ncc i i 东风 CS938后轴 70 00113005 640 前轴 62 0011540613 117 红岩 CQ30290 后轴 119 0011 851203 729 前轴 40 7531120771 692 日野 KF300D 后轴 79 0011 851501 360 前轴 56 003115075 498 黄海 DD690 后轴 104 00112403 770 解放 CA10B后轴 56 601118020 035 8 2 1 1 P p nccN i i k i 1494 839 注 轴载小于 50kN 的轴载作用不计 累计当量轴次计算 各参数值同上 一级公路沥青路面的设计年限为 15 年 四车道的车道系数 是 0 4 0 5 取 0 45 8 累计当量轴次 6 1 4 结构组合与材料选取 由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次约为 800 万次左右 根据地地质水文等条件选择柔性路面结构 沥青混凝土路面 6 2 沥青路面设计计算 6 2 1 拟定路面组合结构形式及材料选取 根据 公路沥青路面设计规范 推荐结构 考虑本路段的交通量 路基水温状 15 1 1136510 11365 1494 8 0 45 7800808 0 1 t e NN 次 石家庄铁道学院毕业设计 32 况及材料供应等具体情况 拟定该路段路面结构方案如下 表 6 4 路面结构设计 路面厚度 材料 细粒式沥青混凝土 1 3cmh 1 E 中粒式沥青混凝土 2 4cmh 2 E 粗粒式沥青混凝土 3 6cmh 3 E 水泥碎石 4 h 28cm 4 E cm 石灰土 5 h 5 E 查相关资料表表得各层厚度 劈裂强度 抗压回弹模量 弯拉模量和极限抗弯 拉强度如表 6 5 所示 表 6 5 各层厚度 抗压回弹模量 弯拉模量 极限抗弯拉强度和劈裂强度表 层 次 材料名称 各层厚 度 cm 抗压回弹模量 20C MPa 抗弯拉模 量 MPa sj E 极限抗弯 拉强度 MPa f S 劈裂强度 MPa 1 细粒式沥青混凝土 3140015001 51 4 2 中粒式沥青混凝土 4120015001 51 0 3 粗粒式沥青混凝土 6900 0 8 4 水泥碎石 28150018000 50 6 5 石灰土 55012000 50 25 6 2 2 按容许弯沉计算路面厚度 1 计算弯沉 6 1 0 2 600 deCSb lNA A A 式中 设计年限内 一个车道上的累计当量轴次 次 e N 分别为公路等级系数 面层类型系数及基层类型系数 CSb AAA 公路沥青路面设计规范 规定 一级公路 1 0 1 0 1 0 由式 6 C A S A b A 1 得 0 2 600 deCSb lNA A A 0 2 600 79996381 0 1 0 1 024 98 0 01mm 0 25 mm 2 各层材料的容许层底拉应力 Rsp K 细粒式密级配沥青混凝土 0 220 22 0 090 09 1 0 79996381 02 97 saec KANA 石家庄铁道学院毕业设计 33 1 4 2 970 4714 MPa Rsp K 中粒式密级配沥青混凝土 0 220 22 0 090 09 1 0 79996381 02 97 saec KANA 1 0 2 970 3367 MPa Rsp K 粗粒式密级配沥青混凝土 0 220 22 0 090 09 1 1 79996381 02 97 saec KANA 0 8 2 970 2693 MPa Rsp K 水泥碎石 0 110 11 0 35 0 35 7999638 1 02 01 sec KNA 0 5 2 010 2488 MPa Rsp K 石灰土 0 110 11 0 45 0 45 7999038 1 02 59 sec KNA 0 225 2 580 0869 MPa Rsp K 6 2 3 石灰土层的确定 1 计算容许弯沉 换算成三层体系 Rcs 0 20 2 e 11 011 0 1 0 1 0 0 46 m