道路工程课程设计说明书.docx

第一章 总说明1. 道路修建意义公路是经济建设的先行设施，正如民间谚语所说：“要致富，先修路；小路小富，大路大富，快路快富。”同时，相比于其他的运输方式，公路具有机动灵活、受交通设施限制少、适应性强、服务面广、投资少、资金周转快等特点。它对商品流通、发展经济、巩固国防、建设边疆、开发山区和旅游事业的发展等方面都有巨大的作用。该公路位于四川省内江市。公路沿沱江修筑，主要任务是运输及与加强各村落间以及村落与附近城镇的联系，同时为沱江沿线的工农业生产服务。沿江道路可以充分发挥港口的优势，使水陆运输相结合，加强沿江地区和外界的物资交流。可以达到方便工农产品的运输，提高村民的出行便捷度的目的。2. 初始资料（1） CAD地形图比例尺1:1000（2） 线路起点中心坐标为B0+000（3） 根据调查起始年平均日当量轴次为400辆，预测年平均增长率为6.5%。（4） 公路等级为三级，设计年限8年。3. 道路等级论证老师给定三级公路。4. 地形地貌描述该地区属于公路自然区划4区，内江市属亚热带湿润季风气候。受盆地和本地自然环境的影响，具有气候温和、降雨量丰富、光热充足、无霜期长的特点。冬暖夏热，雨量适中。平均年温1528，一月均温68，七月均温2628，最高气温可达41，最低气温-5.4，活动积温5598左右。热量资源比较丰富，常年平均太阳总辐射为89.6千卡/平方厘米，年总日照时数1100-1300小时，无霜期达330天。全年有霜日数一般为4-8天左右。灾害性天气以旱为主，旱涝交错出现；春夏秋冬，低温、风、暴雨时有发生，绵雨显著。全年气温有明显的冬干春旱现象，同时，夏旱伏旱的现象也时有发生。历史上有“十年一大旱，五年一中旱，三年两头旱，插花干旱年年现”之说。年相对温度在80%左右。年降雨量1000毫米上下，多分布在夏季，约占全年雨量的60%，高温期与多雨季节基本一致，春季约占17%，冬季仅占4%。内江市地处四川省盆地中部丘陵为主，东南、西南面有低山环绕。海拔在350-450米间的丘陵约占90%。地质构造属新华夏系沉降带的一部分，褶断规模小。地表由较平缓的紫色砂岩与泥岩组成，经长期流水侵蚀切割后，多呈浑圆状和垄岗状浅丘；丘间沟谷狭长平直，从丘顶到沟谷多为梯形缓坡，构成层层台阶的粮田。泥质中以泥土、粗砂土和红砂土、豆面泥土、黄泥砂土为主，这些土壤保水性能良好，抗旱力强，有利于农作物生长。5. 道路技术标准论证道路技术标准是指道路路线及构造物技术性能、组成部分、几何形状等要求。主要内容有：（1） 计算行车速度论证（2） 平面线形标准论证（3） 竖曲线形标准论证（4） 横断面技术标准论证按照公路路线设计规范要求得出该三级公路各项技术标准如下 平面线形主要技术指标表1-5-1计算行车速度（km/h）30同向曲线直线最小长度（m）180平曲线一般最小半径（m）65反向曲线直线最小长度（m）60平曲线极限最小半径（m）30平曲线曲线最小长度（m）50不设超高的最小半径（m）350停车视距（m）30缓和曲线最小长度（m）25超车视距（m）100 竖曲线主要技术指标 表1-5-2最大纵坡%最短坡长限制凸形竖曲线凹形竖曲线极限半径一般半径极限半径一般半径8100250400250400 纵坡坡长限制表1-5-3纵坡%4567最大坡长限制（m）1000900700500最小坡长限制（m）100 横断面主要技术指标 表1-5-4行车道宽度路肩宽度路拱横坡%路肩坡度%6.00.7523 平曲线加宽技术指标 表1-5-5平曲线半径（m）250-200200-150150-100100-7070-50加宽值（m）0.81.01.52.02.5 平曲线超高坡度技术指标 表1-5-6半径（m）360-230230-150150-9090-60超高（%）3456 公路超高渐变率 表1-5-7 设计速度 （km/h）P超高渐变率1201008060403020超高渐变率（绕中线）1/2501/2251/2001/1751/1501/1251/100超高渐变率（绕边缘）1/2001/1751/1501/1251/1001/751/50第二章 路线平面设计选线是在道路规划路线起终点之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。1. 道路选线的一般原则(1). 在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最有路线方案。(2). 路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、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指标，不要轻易采用极限指标，也不应不顾工程大小，片面追求高指标。(3). 选线应注意同农田基本建设相结合，做到少占田地。(4). 通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调。(5). 选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。对严重地质不良路段，一般情况下应设法避免。当必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。(6). 选线应重视环境保护，注意由于道路修筑，汽车营运所产生的影响和污染，如：1) 路线对自然景观与资源环境可能产生的影响；2) 占地、拆迁房屋所带来的影响；3) 路线对城镇布局、行政区划、农业耕作区等现有设施造成分割引起的影响；4) 噪音对居民以及汽车尾气对大气、水源、农田所造成的污染及影响。(7). 对于高速路和一级路，由于其路幅较宽，应本着因地制宜的原则，合理采用上下行车道分离的形式设线。2. 选线的步骤和方法(1). 路线方案选择路线方案选择主要是解决起、终点间路线的基本走向问题。首先在小比例尺（1：2.51：10万）地形图上从较大面积范围内找出各种可能的方案，收集各可能方案的相关资料，进行初步评选，确定数条有价值的方案。然后进行现场勘查，通过比选得出一个最佳方案。当没有地图时，可采用调查或勘测的方法收集资料，地形复杂或区域范围很大时，可以通过航空观察或遥感测量。(2). 路线带选择在路线基本方向选定的基础之上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带，也称路线布局。(3). 具体定线定线就是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横综合设计，具体定出道路中线的工作。3. 路线平面设计3.1. 初步定线按照规范和标准的要求，在保证路线最大纵坡不大于8%，同向曲线之间的最短距离4V（一般值取6V，该公路设计车速30km/h，按照规范当设计车速小于40km/h时，该标准参照执行即可）、反向曲线之间最短距离2V的情况下，初步定出各控制点。3.2. 路线特征该地区地形以丘陵为主，有连续起伏的山丘，且有深谷和分水岭，地面自然坡度较大，路线平、纵、横面大部分受地形限制。沿江部分地势相对平坦，但受江流水位以及土质等水文条件影响。3.3. 平曲线要素计算道路平面线形三要素的基本组成是：直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线。其几何元素的计算公式如下：本路段共设置3个转点，以转点1计算过程为例，参数计算如下：JD1:可以不设置缓和曲线。曲线各要素计算如下：由于该段曲线没有设置缓和曲线，因此三个基本桩点数据为：ZYQZYZB0+760.604B0+857.599B0+954.594第三章 纵断面设计1. 纵坡及坡长设计1.1. 纵坡设计的一般要求纵坡设计时要满足以下要求：1. 纵坡设计必须满足公路工程技术标准中的各项规定。2. 为保证汽车能以一定的车速安全舒顺地行驶，纵坡应具有定的平顺性，起伏不宜过大及过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值缓和坡段应自然地配合地形设置，在连续采用极限长度的陡坡之间，不宜插入最短的缓和坡段，以争取较均匀的纵坡。垭口附近的纵坡应尽量放缓一些。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡。3. 纵坡设计时，应对沿线的地形、地质、水文、气候等自然条件综合考虑，根据不同的具体情况妥善处理，以保证公路的畅通和稳定。4. 地下水位较高的平原微丘区和潮湿地带的路段，应满足最小填土高度的要求，以保证路基稳定。5. 纵坡设计在一般情况下应考虑填挖平衡，并尽量利用挖方运作就近路段填方，减少借方和废方，以降低工程造价。6. 纵坡设计时，应照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的特殊要求。1.2. 纵坡设计指标见设计说明第一章第五小节道路技术标准论证部分。2. 竖曲线要素计算公式本设计竖曲线形式为二次抛物线，因为在应用范围内圆形和二次抛物线线形几乎没有差别，而用圆曲线半径表示更为方便，所以通常均以竖曲线半径表示。竖曲线要素计算公式：曲线长：（当较小时，）切线长：外距：竖曲线上任一点竖距：3. 平、纵线形组合设计1. 应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。2. 平面、纵断面线形的技术指标应大小均衡，避免出现平面高标准纵断面低标准，或与此相反的情况，使线形在视觉上，心理上保持协调。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. 纵面线形组合应注意与周围环境相配合，充分利用公路周围的地貌、地形、天然树林、建筑物等，尽量保持自然景观的连续，以消除景观单调感，使公路与大自然融为一体。4. 纵断面设计本路段共设竖曲线8个，以第一个竖曲线为例，竖曲线要素计算如下：取第四章 横断面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、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护措施等。线路设计中所讨论的横断面设计仅限于与行车道有关的那一部分，即各组成部分的宽度、横向坡度等问题，所以也将横断面设计称为“路幅设计”。本设以B0+000到B2+488.286。1. 加宽设计1.1. 加宽的过渡汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中后轮轮迹半径最小，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舒适与安全。为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度，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。加宽过渡的设置根据道路性质和等级可采用不同的方法。其中的加宽过渡法，虽然加宽以后的路面内侧与行车轨迹不符，缓和段的起终点出现破折，于路容也不美观，但是此方法简单易做，适用于二、三、四级公路。本设计公路等级为三级，故采用了比例加宽法。加宽缓和段内任意点的加宽值：式中：任意点据缓和段起点的距离（m）；加宽缓和段长（m）圆曲线上的全加宽值（m）；1.2. 加宽缓和段的长度对于有设置有缓和曲线的平曲线，加宽缓和段应采用与缓和曲线相同的长度；对于不设缓和曲线但设有超高缓和段的平曲线，可采用与超高缓和段相同的长度；既不设缓和曲线，又不设超高的曲线，即可缓和段应按渐变率1:15且长度不小于10米设置。对于复曲线大圆与小圆之间设有缓和曲线的加宽缓和段，均可按上述方法处理。本设计中设计的三个曲线半径分别为，根据表1-5-5所示标准，只有第二个曲线需要加宽，加宽值取，加宽缓和段长度取。2. 超高计算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形式，这就是曲线上的超高。超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，而在缓和曲线上则应是逐渐变化的超高。这段从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，成为超高缓和段或超高过渡段。当圆曲线半径较小时，为了保持行车的稳定，其超高率将是很大的。但是，过大的超高率使慢行的车辆产生向曲线内侧滑移的可能性。各级公路和城市道路圆曲线部分的最小超高值是该道路直线部分的路拱坡度值。此外，当圆曲线半径很大时，则可不设超高。在本设计中，曲线2需要设置超高，根据表1-5-6，超高值为，超高的过渡形式为绕中线旋转方式。2.1. 超高值的确定超高计算公式如下：式中：设计行车速度（）；元曲线半径（）；横向力系数，取0.03。经计算本设计中仅曲线2需要设这超高。以曲线2为例：计算行车速度，元曲线半径。得超高坡度为：2.2. 超高缓和段的长度为了行车的舒适、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，超高的过渡时在超高缓和段的全长范围内进行。双车道公路超高缓和段长度按下式计算：式中：路面宽度（m），本设计中为；超高横坡（%）；超高渐变率，本设计公路车速，绕中线旋转，根据表1-5-7，取。在本设计中，超高缓和段长度为：一般情况下超高缓和段与缓和曲线长度相等。但有时因照顾地形的协调性，在平曲线上配置了较长的回旋线，则超高的过渡可仅在回旋线的某一段内进行。本设计超高段的平曲线缓和曲线长，超高缓和段设置在缓和曲线内即可。3. 路拱路拱是为了利于路面的横向排水，而将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形。其倾斜的大小以百分率表示。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平稳，同时也给乘客不舒适的感觉，而且当车辆在有水或潮湿的路面上制动时还会增加侧向滑移的危险。因此，对路拱大小的采用及形状的设计应兼顾两方面的影响。本课程设计中，采用单向坡，路拱坡度为1.5%。4. 土石方调配4.1. 路基土石方计算路基土石方是公路工程的一项重要工程量，在公路设计和线路方案比较中，路基土石方数量的多少是评价公路测试质量的重要经济技术指标之一。地面形状是很复杂的，填挖方不是简单的集合体，所以其计算只能是近似的，计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时采点密度和计算公式与实际情况的接近程度。面积计算方法计算很多，本设计横断面采用AutoCAD绘制，并直接由电脑得出横断面面积。体积计算公式为：式中：体积，即土石方数量（）；相邻断面的面积（）；相邻断面间的距离。4.2. 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。土石方调配的方法很多，目前生产上多采用土石方计算表调配法，该法不需要绘制累计图和调配图，直接可在土石方表上直接调配，其优点是方法简单，调配清晰。土石方的具体调配方法是：(1). 土石方调配是在土石方数量计算和复核完毕的基础上进行的，调配前应在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。(2). 弄清各桩号间路基填挖方情况并做横向平衡，明确利用填缺与挖余数量。(3). 在做纵向调配前，应根据施工方法与可能采用的运输方式定出合理的经济运距，供土石方调配是参考。(4). 根据填缺挖余情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济和支农的原则，拟定具体调配方案。方法是逐桩逐段的毗邻挖余就近纵向调运到填缺内加以利用，并把具体调运方向用箭头表明在纵向利用调配栏里。(5). 经过纵向调配如果仍有填缺和挖余，则应当同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土和弃土的数量和运距分别填注到填方和挖方栏内。(6). 土石方调配后，按下式进行复核计算：横向运距+借方运距+借方=填方横向运距+借方运距+弃方=挖方挖方+借方=填方+弃方本设计的土石方计算由计算机完成，结果见附表。第五章 路基设计1. 概述公路路基是路面的基础，它承受着本身土体的自重和路面结构的重量，同时还承受由路面传递下来的行车荷载，所以路基是公路的承重主体。路基承受行车荷载作用区的深度一般在路基顶面下0.8m范围内。此部分按起作用可视为路面结构的路床。其强度与稳定性要求可根据路基路面综合设计的原则确定。坚固的路基上，不仅是路面强度和稳定性的重要保证，而且能为延长路面寿命创造条件。在本设计中，路堑边坡1：1，路堤边坡1：1.5，路基宽8.5m，路线全程每隔50m和特殊点绘制路基横断面图，并在图上标注挖深Hw，填高Ht，左路基宽By，右路基宽Bz，挖方面积Aw，填方面积At，采用双列标注，标注路面标高，标出路基宽度和路边缘高，标出边坡坡度。2. 结构尺寸与压实为保证路基的强度和稳定性，使路面有一个稳固的土基，在填筑路基时应将填土分层压实。出设计文件另有规定，一般路基土的压实程度随填土深度的变化而不同。一般情况下：(1). 路面以下约1.01.2m深度内的路堤上层由于受行车荷载的作用较大，要求尽可能接近最大压实度，1.01.2m深度以下的路堤填土，压实度可以适当降低；(2). 高度不大于1.0m的路堤，其中层和下层若不被水所浸，可采用较低于上层的压实度，但对于浸水路堤的下层，则同上层一样，要求接近最大压实度。(3). 路基压实有重型和轻型两种击实标准，路基压实度实际依填挖类型及土层深度而定。压实标准可简单的表示如表5-2-1和5-2-2。 重型击实压实度 表5-2-1深度（cm）08080以下零填及路堑（030）重型击实压实度93%90%93% 轻型击实压实度 表5-2-2深度（cm）08080150150以下零填及路堑轻型击实压实度90%98%85%90%80%90%90%98%3. 路基防护与加固由岩土所筑成的路基，大多都暴露于空间，长期受自然因素的作用，岩土在不利水温条件下，物理、力学性质将发生变化。浸水后湿度增大，图的强度降低；岩性差的岩体，在水温变化条件下，家具风化；路基表面再温差作用下形成胀缩循环，在湿差作用下形成干湿循环，可导致强度衰减和剥蚀；地表水流冲刷，地下水源浸入，使岩土表层失稳，易造成核家具路基的水毁病害；沿河路堤是在水流冲击、淘刷和浸蚀作用下，易遭破坏；湿软低级承载力不足，易导致路基沉陷。路基防护是确保道路全天候使用，石路基不致因地表水流和气候变化而失稳的必要工程措施，石路基设计的主要项目之一。路基防护的方法，一般分为坡面防护和冲刷防护两类。冲刷防护可分为直接和间接两种，直接防护是指在坡面加铺面墙、混凝土板，或采用砌石护坡以及土工织物护面等，亦包括对沿河浸水边坡和坡角进行抛石，或以石笼、梢料、浸水挡土墙防护；间接防护则是指沿河路堤修筑调治构造物和对河道进行整治，将危害路堤的较大水流引向指定位置，以减小水流对路基的直接冲刷。本设计为丘陵地区，路基防护不考虑冲刷防护，主要考虑坡面防护中的灰浆防护，初步定为采用抹面，捶面及喷浆防护。4. 排水系统设计4.1. 边沟设计边沟的断面形式一般采用梯形。底宽与深度一般都不小于0.4m；干旱地区也可以采用0.3m。边沟边坡根据地质情况而定，内侧边坡一般为1:11:1.5，石质路段可以直立；边沟外侧边坡通常与挖方边坡一致。当采用机械化施工时，土方边沟可做成三角形，其内侧边坡也可以用1:21:3，外侧边坡一般为1:11:2。当路线通过分水岭时，路堑中石质边沟在凸型边坡点外，边沟最小深度可减少至0.2m，底宽可不变。本设计路段处于丘陵地区，边沟采用梯形，内侧边坡坡度为1:11:1.5，外侧坡度与挖方边坡坡度相同，沟深0.6m，底宽0.4m0.6m。4.2. 截水沟设计4.2.1. 一般要求截水沟设计的一般要求如下：(1). 路基挖放上侧山坡汇水面积较大时应设置截水沟；(2). 截水沟的设计能保证迅速排除地面水，截水沟底纵坡一般不应小于0.5%，一面水流停滞，对土质地段的截水沟必要时应采取加固措施，以免水力冲刷或渗漏，致使山坡过湿引起滑坍；(3). 截水沟应结合地形合理布置，直接舒顺。在转折处应以曲线连接，必要时采取加固措施；(4). 若因地形限制截水沟绕行，工程艰巨，附近又五出水时可分段考虑，中部急流槽衔接；(5). 若由于地形限制，截水量较大，如将截水沟中的水流引至自然沟或路堤地段确有困难，引入边沟又将过大增加路基挖方时则应综合考虑。可在挖方出增设急流槽和涵洞，直接将水引至路基的另一侧排除路基范围以外。4.2.2. 截水沟的断面形式被设计路线截水沟的截面形式采用梯形，梯形内侧坡度为1:11:1.5，外侧坡度与挖方边坡坡度相同，沟深0.6m，底宽0.4m0.6m为宜。4.2.3. 截水沟离开路基的距离截水沟离开挖方路基山顶的距离，一步影响边坡稳定为设计原则。对于一般土层，距离d5m，土质不良地段酌情增大。当挖方路段土质边坡高度较大，在边坡上没有平台，在平台上可考虑加设截水沟，拦截由坡顶留下的水流，此时应特别注意截水沟的加固，放置水流渗漏而影响边坡的稳定。5. 路基挡土墙设计5.1. 挡土墙的分类(1). 按照在路基工程中所设置的位置，挡土墙分为路肩墙、路堤墙和路堑墙等，如图所示： (2). 按照其材料和结构功能分为重力式和轻型挡土墙。 5.2. 挡土墙类型选择及设计由重力式挡土墙多用片石、块石浆砌或干砌而成，也可采用混泥土浇筑，建造比较容易；而且其断面尺寸较大，结构简单，取材容易，施工方便，所以优先选用重力式。重力式挡墙分为俯斜式、直立式、仰斜式、衡重式等。俯斜式挡墙墙高较小，占用土地少，所以本次设计的填方墙和挖方墙均采用俯斜式挡墙。为增加挡墙的稳定性，另设置墙址台阶，墙背做成台阶形，墙背坡度选用1.0:0.2，墙面采用直立的，面坡选用1.0:0.1。第六章 路面设计1. 路面设计的基本要求汽车直接行驶于路面表面，所以路面的作用首先是能够负担汽车的载重而不破坏；其次能保证道路全天候安全通车；三是能够保证车辆有一定的行驶速度。因此对路面提出六项基本要求：(1). 强度、刚度和稳定性；(2). 平整度；(3). 抗滑性；(4). 少尘；(5). 耐久性；(6). 噪声低。2. 新建路面结构设计设计资料：该设计道路位于四川的山岭重丘地区，道路沿线有多处采石场，可提供充足的碎石、石灰及其它工业废渣类筑路材料。根据调查起始年平均日当量轴次为400次，预测年平均增长率为6.5%。1) 累计当量轴载作用次数计算设计年限内一个车道上的累计当量轴载作用次数为：式中：路面竣工后第一年日平均当量轴次，400次/日；设计年限内交通量年平均增长率，0.65%；车道系数，根据规范双车道无分隔取0.65适宜；设计年限，8年。当量轴次在10100当量轴次/车道，因此设计为三级公路，路面等级为次高级路面。2) 路面结构组合设计经计算，路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次为9.56106次左右，根据三级公路路面标准结构推荐断面，并考虑到沿途有多处采石场，可提供充足的碎石、石灰及其它工业废渣类筑路材料，表面层采用沥青混凝土（10cm），基层采用石灰土碎石（20cm），底层采用石灰土（厚度待定）。三级公路次高级路面面层采用双层式，表面层采用细粒式密级配沥青混凝土（4cm），下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（6cm）。3) 土基回弹模量的确定该公路处于2区，为粉质土，粘稠度取1.0，查道路工程教材表12-8，“二级自然区划各土组土基回弹模量参考值（MPa）”得 土基回弹模量为34.0MPa。4) 确定各层材料的抗压模量与劈裂强度抗压模量取20的值，各值均取规范给