黑河爱辉公路初步设计开题报告.doc

黑龙江工程学院本科生毕业设计开题报告1 设计项目的背景和依据1.1 项目背景黑河市爱辉区是黑龙江省北部的交通枢纽，是新兴的工业城市，是黑龙江省北部的政治、经济、教育、文化和交通中心。爱辉区与俄阿州首府布拉戈维申斯克市隔黑龙江相望。布市是俄远东第三大城市，布市市区面积105平方公里，人口50万，港口年吞吐能力300万吨，机场有50多条航线与国内外大中城市连接。作为与俄布市仅一江之隔的爱辉区，在发展对俄经贸上有着得天独厚的地缘优势。俄罗斯以乌拉尔山为界分成欧洲、亚洲两个部分，爱辉区和俄布市的所处区位正是东部边界的核心，与俄远东和西伯利亚发展经贸，距离近、交通便利。西岗子镇位于黑龙江省黑河市南45公里，黑大、黑嫩公路交汇处，北部、东部被锦河农场和爱辉镇环抱；南部和西部与坤河乡、红色边疆农场、爱辉区种畜场、二站乡、锦河农场分场接壤，公别拉河由西向东横穿该镇，支流多、水利资源丰富。西沟水电有限责任公司、宋集屯水库位于该镇辖区内。该镇地处交通枢纽，是黑大、黑齐公路的交汇点，北黑铁路的三级站所在地，是陆路出入黑河市的必经之地，交通网络分发达。地缘资源和基础条件得天独厚。镇辖区内有富地营子铜矿、宋集屯煤矿、盘肠沟煤矿等场矿企业。自然资源十分丰富，辖区面积624平方公里，有耕地10.2万亩，草原6.4 万亩，林地42.7万亩，水面和矿藏资源1.7万亩，矿藏有煤炭、铜、大理石、花岗岩、玛瑙等。共有13个行政村和40个省、市、区、镇直企事业单位和驻军部队，全镇国民经济生产总值7000万元，农业人均收入2450元。爱辉区的旅游资源十分丰富，有具有重大历史意义的爱辉古城，有“北方沙头角”之称的大黑河岛、具有地方特色黑龙江界江游、省级风景名胜区卧牛湖和胜山原始森林游等自然景观，颇具游猎民族特色的鄂伦春民俗旅游活动。还可以通过旅贸大通道观赏俄罗斯及至欧洲风光。本设计选题是黑河爱辉公路锦河林场至西岗子镇段两阶段初步设计。该设计公路位于黑龙江省山区，是爱辉地区的重要干线公路，爱辉区地处连接俄罗斯远东地区的重要地带，因此本项目是我省发展水陆联运国际贸易大通道的一个重要的组成部分，对于带动沿线地区的经济发展具有十分重要的意义。同时，也是我省北部地区公路网中非常重要的一条出省通道；更是黑河辖区内至关重要的一条边防公路，本工程的实施使边防公路进一步形成网络，这对于加强我省边防实力具有重要且深远的军事意义。设计任务书和指导书已详细研读，设计任务和具体内容基本明确，所给地形图已按要求放大四倍至1：1万比例尺，所给路线起、终点位置已经确定，并初步研判了可能的选线方案。本设计所需的现行国家或行业标准和规范，以及各种参考用书已准备就绪，按要求检索查阅了一定数量的中外文相关文献资料，设计所需软件和硬件条件业已齐备，开题前的各项准备工作基本完成。本设计项目是在土木与建筑工程学院学校指导教师以及企业指导教师的具体指导下，独立完成一段指定起、终点位置的一般公路两阶段初步设计任务，以此达到对四年所学专业知识的巩固、深化与综合应用，使理论与实践相结合，以及解决工程实际问题的能力得到锻炼，进而全面提升自己的专业能力和素质，为毕业后适应生产单位的实际工作需要打牢专业基础。1.2 设计依据 （1） 毕业设计任务书和指导书。(2) 所给地形图及交通量。(3) 交通运输部颁发的现行规范和标准： （4） 公路工程技术标准(JTG B01-2003)； （5） 公路自然区划标准(JTJ 003-86)； （6） 公路环境保护设计规范(JTJ/T 006-11)； （7） 公路路线设计规范(JTG D20-2006)； (8) 公路路基设计规范(JTG D30-2004)；(9) 公路水泥混凝土路面设计规范(JTG D40-2011)； (10) 公路沥青混凝土路面设计规范(JTG D50-2006)；(11) 公路排水设计规范(JTJ 018-97)； (12) 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2011)。2 国内外及本项设计现状分析2.1国外公路设计现状国外首先利用法规约束和对驾驶员安全教育来增强人们的安全意识，为此多次制定并修改了公路几何设计标准来保证公路设计的安全性，其主要体现在平衡、协调处理快速、安全、环保和美观的要求，灵活地运用技术标准。另外，在设计中采用了汽车运行车速的理念，路线设计中追求各线形指标的相互配合协调、高低指标之间的过渡缓和、路线线形均衡，追求实际行驶车速相对平稳等，这对降低工程造价、克服超速现象、减少交通事故、保护生态环境和道路景观及与环境的相互协调具有重要的意义。美国联邦公路管理局认为“在公路建设的同时加强保护自然生态环境、景观、人文历史及社会资源的同时为公路提供安全、高效的交通运输服务是他么面临的一个巨大挑战”每一个地理位置、地形地貌、气候气象、社会环境、文化传统、风俗习惯及审美观点在设计中都应充分予以考虑并得到尊重。国外道路设计理论和体系更注重路线与地形、环境的配合和协调。在设计中充分强调路线的一致性和连续性，其目的是让设计者按照“公路设计灵活性”的新理念对路线进行设计，寻求到达更符合公路沿线可持续发展的需要和利益最大化的目标。软件方面国外比较好的就是CARD/1和英国的MOSS。其中CARD/1是一款强大的道路勘测设计一体化软件。该软件以精细的功能、灵活的出图机制、开放的集成环境等特点而著称，广泛应用于测绘、道路、铁路（含高速铁路和轨道交通）、管网、环保工程等领域的规划和设计。2.2国内公路设计状况 早期以“设计的公路应该是经济的公路”为设计理念，使建设方案最大限度地降低公路造价；中期公路基础建设发生了历史性的转变，公路由以前的“以通为主”向“提高公路的快速性”方向转变，主要任务是提高公路等级质量和通行能力，以“快速、安全、舒适”为理念；当前交通部大力提倡公路设计的“六个坚持、六个树立”，要适应“安全、环保、可持续发展”的新要求。并在在高速公路的监控，通信，收费系统与实施方面，对控制方式，收费方式，设备的布置，管理的软件及少量硬件设备的开发等已经达到了实用阶段。现在国内一般设计院都用纬地软件，是中交一勘院和西安的一个软件公司开发的，其他的还有EICAD等等，国内的设计院大部分都用的是基于CAD上的软件，如纬地道路辅助设计系统、海地道路辅助设计系统及路线大师道路设计系统等。2.3本设计所采用的理念及技术手段总体设计必须坚持“以人为本，树立全面、协调、可持续发展观”，深入贯彻“六个坚持，六个树立”，充分体现“安全、舒适、和谐、美观、耐久”的公路设计新理念。从环境保护和土地资源利用等角度，重视路外居民和公众的感受，考虑地面以下的地质、文物、矿藏等健身条件，重视公路与沿线自然、生态、社会、人文等周边环境的协调性。因此通过适当的改善路线平纵线性，采取必要的工程处理以及设施完善、可靠地交通安全设施，以确保公路结构本身的安全稳定，消除道路上的事故多发点和道路安全隐患，为行车、行人提供安全保障。公路景观设计应重点体现对原有景观资源的保护、利用和开发，最大限度地保护和恢复生态原始地貌，使公路与自然环境相协调。从景观设计入手，例如公路沿线局部路段的优美自然风光，可将其露在视野范围内，从公路结构入手，路基边坡应以曲线边坡为主，挡墙宜由高至低或由低至高渐变且与路线线性吻合。本设计将采用纬地，CAD等软件进行辅助设计。2.4本项设计自然状况黑河爱辉公路锦河林场至西岗子镇段公路是黑龙江省公路网建设中的重要组成部分, 以下自然情况需进行确定：路线位于东经 12529-12740 北纬 4924-5058 之间, 地势变化情况 山岭重丘区 ；地表植被 桦柞树林和草皮 ；地质年代 第四世纪冲积和洪积层 ；土壤状况 黑黏性土、内陆软土 ；沿线所处自然区划为 2 区；气候：年平均气温 0.4 ,降雨量 450550mm 。冬季主导风向 西北风 年最大风速 2-3.5m/s 最大冻深为 3.5 m 。水文情况：地表排水 良好 ；沿线公路主要病害 路基融沉、冻胀翻浆等 。2.2 资源状况砂砾：黑河市运通砂场，汽车运输。碎石、片石：黑河市运通石场，汽车运输。水泥：黑河水泥厂，汽车运输。石灰、粉煤灰：嫩北石灰场，汽车运输。钢材：由北安市运至，汽车运输。汽、柴油：黑河石油公司。水：井水。电：国电配合自发电。2.3 交通量调查 经调查统计本公路设计初年的年平均昼夜交通量折算为小客车为 4805.9辆/日 ；交通量年平均增长率为 8.2% 。计算出本公路20年预期年平均昼夜交通量折算为小客车为21482.6辆/日。拟建设一条一级公路。2.4 路线起点桩号及起讫点坐标起点桩号： K19+500 。 起点坐标： N- 5564000，E- 22343000 。 终点坐标： N- 5576000，E- 22352000 。3 拟采用的主要技术标准3.1 公路等级根据拟建公路的功能、路网规划和交通量预测数据确定为 一级 公路。 3.2 设计速度根据公路等级和地形条件，设计速度按 80 公里/小时确定。3.3 其它拟采用的主要技术标准路基宽度：24.50m行车道宽度：43.75m路肩：22.5m(硬路肩) + 20.75m(土路肩)中间带宽度：(0.5+2+0.5)m 极限/一般/不设超高最小半径：250m/400m/2500m最大纵坡：4.0%最小坡长：200m 竖曲线最小半径一般值：凹形3000m；凸形4500m 竖曲线最小半径极限值：凹形2000m；凸形3000m一般路基、小桥涵设计洪水频率：1/50大、中桥 设计洪水频率：1/100汽车荷载：公路-级。3.4 路面类型及结构 面层采用： 水泥混凝土板；基层采用： 水泥稳定碎石；底基层采用：石灰粉煤灰稳定土；垫层采用： 天然砂砾或碎石材料。 4 设计的基本内容和拟解决的主要问题4.1设计内容本设计选题是黑河爱辉公路锦河林场至西岗子镇段两阶段初步设计。基本内容为公路几何线型设计，纵断面设计，横断面设计及土石方量的计算，路线平面交叉设计。本设计的所有图纸均采用计算机出图。具体设计内容包括： （1）几何线形设计选择一条符合现行公路技术标准，经济合理、线形美观均衡、技术可行并与 地 形相协调的等级公路，根据计算出的设计参数，利用公路路线CAD绘出路线平纵横图； （2） 路基工程设计计算路基超高和加宽结合路基排水要求，进行路基设计； （3） 路面设计 根据公路荷载等级及当地自然资源状况进行路面设计4.2 拟解决的主要问题 （4） 立体交叉设计 按立体交叉等级及技术标准，进行立体交叉设计，绘出立体交叉设计图。4.2拟解决的主要问题1 路线的确定：沿线旅游资源丰富，在满足设计技术指标的前提下，要尽量减少填挖量，保持原有自然风貌，做到道路与当地风貌的完美结合。使我们的道路也成为一道风景！2 岛状冻土问题：由于气候变暖岛状多年冻土趋于退化状态。一般应根据冻土层厚度采取直接挖除或加速其融化降低含水量来进行处理。同时搞好路基两侧排水，路基边坡角以外地面边坡植被不被破坏，保持原保温土层。我省伊春市内公路建设已积累较多处理岛状冻土的经验，设计时应多多借鉴。 路基填料：路基填料宜采用粗粒透水性好的材料，以降低毛细水的影响， 避 免在路基内出现二次结冰冻胀。冻土区路基高度不宜低于20m，当路堤 高度大于40m时，基底的保温层和隔离层厚度应适当加大。5 技术路线1 根据设计任务书提供的当地交通量，结合地形、地质等条件，确定拟设公路等级和设计速度；2 按确定的公路等级和设计速度，在路线起终点之间，采用纸上定线的方法，进行平面设计和方案比选；3 根据已确定的路线走向，在考虑工程造价、填挖平衡及平纵组合要求的情况下，严格按公路技术标准规定的各种技术指标，进行纵断面设计；4 按已确定的公路等级和设计速度，拟定路基横断面尺寸，根据平纵线形要求，计算路基超高和加宽；5 按平面交叉等级及技术标准，进行平面交叉设计；6 按设计说明书编写要求，结合本设计的实际内容，编写设计说明书。6设计方法 两阶段的初步设计和纸上定线的方法；理论与实际相结合的方法； 校内理论教师和企业实战相结合的方法；个人和集体相结合的方法。7 文献摘要文献摘要：浅谈山区公路定线J.夏小英.科技成果纵横，2007，(02)文章指出，公路平面线形是由直线、平曲线组合而成的，它几乎涉及到技术标准里的所有重要指标。因此，公路平面曲线形设计的成败关键，是定测阶段应着重对待的问题。在平面线形设计中,除要掌握线形设计的一般原则外,别应处理好直线、圆曲线、回旋线的合理组合，这三种曲线的组合形式在规范中共列了六种，它们分别是：基本型、S型、卵型、凸型、复合型和C型。地处山区，由于地形的复杂性，除基本型外，在特殊地形条件下还运用S型和C型的组合。文章指出，测设山岭重丘二级公路，在地形条件复杂地段,两曲线之间的直线长度往往很难达到规定值的要求，S型和C型是经常采用的型式。在实际工作中，两同向曲线或反向曲线交点位置适宜,选定两曲线半径后，中间直线长度不足，为使两曲线径向衔接,势必要增大两曲线的半径或回旋线的长度，导致工程量增加。在这种情况下，可视L值的大小，在AB或EF导线中间增设小偏角交点，以减小工程量，达到经济合理的目的。公路纵断面，定线人员定线前必须掌握好路线最大纵坡、最小纵坡以及最大坡长(坡长限制)、最小坡长的控制指。对于越岭线还要按标准规范要求控制好路线平均纵坡度，并根据平均纵坡度进行实地放坡。定线中依据放好的坡度旗，结合地形，拟定所采用的横断面型式，以决定所定线位的高低。有时遇到特别复杂的地形,仅依靠坡度旗是定不出理想线位的，定线人员必须做到勤跑、勤想,在充分熟悉实际地形的基础上，经反复比较，才能得到一条最佳的合理线位，否则，仅凭主观臆断，所定路线不是过饱,就是挂空，就会造成返工现象。横断面，路线测量中以达到技术标准为基本前提，但横向平衡不可忽视，它直接体现出经济指标是否合理。文献摘要：公路几何设计与交通安全J. 孙波涛 贾志强. 交通科技，2010，(10)公路的路面横向分布即路幅宽的布置方式对交通安全也有一定的影响，车行道、路缘带、路肩以及中央分隔带的形状和尺寸都应根据使用功能、交通量大小、交通流的组成以及安全行车要求进行合理设计，做到连续性和一致性。交通事故数的相对值与车行道宽度有直接关系，一般随车行道宽度的变窄而增加 但如果车行道过宽，易形成一个车道两辆车并行行驶。因此 一般车行道的宽度宜控制在3.54.0m之间。车行道宽度的有效利用，在很大程度上取决于路缘带和路肩的状况，高速公路设置规定宽度的路缘带能起到分隔车行道和路肩、车行道和分隔带的作用，并诱导驾驶员，有利于安全行驶。桥面宽度与路基宽度不一致时，或者桥上的人行道与护栏引起路面、路缘带宽度发生变化时，或者跨线桥下车行道侧向的桥墩、桥台过近，余宽不够时，都会引起驾驶员的心理变化，导致不应有的事故发生。因此，在设计过程中，对此类问题应高度重视。文献摘要：道路工程设计应注意问题的分析与探讨J. 姜雅琪 蒋灵翰. 科技创新导报，2010，(25)道路交叉口在道路交叉中有着非常特殊的状况,它的设计是竖向标高点逐渐曲线的路线。要想把道路交叉口设计的更加合理,必须注意不同情况要运用不同的设计方法,在道路等级相同的情况下,要维持各自的纵坡不变,在此基础上来调节横坡。在道路等级不同的时候,可以主道路的纵、横坡均保持不变,只需将次道路的双坡横断面逐渐过渡为单坡横断面。道路交叉口主要的设计方法有方格网法、设计等高线法和方格网设计等高线法。目前设计者普遍运用的方法就是方格网法和设计等高线法的结合。这种方法更能清晰地反映出交叉口竖向设计的形状,对于普通交叉口的混凝土路面则比较适合采用方格网法。交叉口除了标注路脊上各点的设计标高外,还必须加密设计标高点,这样可以更形象地反映出交叉口竖向设计的形态。文献摘要：公路几何设计与交通安全J.森林工程，2002，17(5)。在平面线形设计中，直线是最常用的线形,其优点是勘测、设计简单，方向明确，距离短捷,但直线单调，对驾驶人员易产生乏味感，降低集中力，不利于行车安全在选用直线线形时，一定要十分慎重。我国规定最小直线长度为；当设计速度为60km/h，同向曲线间最小直线长度(以米计)以不小于行车速度(以km /h计)的6倍为宜，反向曲线间最小直线长度(以米计)以不小于行车速度(以km /h计)的2倍为宜。在实际设计中，要充分利用地形,尽量采用直线，特别在平原地区，不能过多的人为改变直线线形，但也要注意适当引入曲线，以便吸引驾驶员的注意力，一般直线最大长度为20V (单位以米计)，其中V为设计行车速度，V为通常在直线段的实际行驶速度与设计行车速度的差值，一般取V= 15 20km /h。曲线线形要适合地形的变化，并能圆滑的将前后线形连接以保持线形的连续性。圆曲线的曲率半径尽可能大些，一般避免采用极限最小半径。缓和曲线通常采用回旋线,对于设计车速较高的公路，在计算缓和曲线时，横向加速度变化率宜采用0.45m /S2，并相应增加缓和曲线的长度。在较小半径弯道上，应该设置超高，超高不能太小，也不能太大，应该根据弯道半径以及道路等级、所在地区的寒冷积雪程度、地形状况等综合考虑。对超高、加宽值的计算，必须满足条件，超高、加宽不足往往是引发交通事故的直接原因。曲线转角对公路交通安全也有影响。大量资料统计，小偏角曲线容易导致驾驶员产生急弯错觉，不于行车安全。因此,在公路设计中合理确定路线转角十分重要。纵断面线形应注意纵向坡度和变坡点处的竖曲线两类。道路原则上按在同一设计车速路段保持同一行驶状态来进行设计，纵向坡度和别的线形因素不同，受车辆和行驶性能的影响较大。爬坡能力明显不同的车辆混在一起，不采用适当纵向坡度和在路段设置爬坡车道，就会成为道路通行能力低和发生交通事故的主要原因。纵向坡度的标准值，要在经济容许范围内按尽可能较少的降低车辆速度的原则来确定。在连续下坡时，车速越来越快,不安全，因此必须控制坡长。高速公路、一级公路应对纵坡长度受限路段采用平均坡度法进行验算。公路的路面横向分布即路幅宽的布置方式对交通安全也有一定的影响，行车道、路缘带、路肩以及中央分隔带的形状和尺寸，都应根据使用功能、交通量大小、交通流的组成以及安全行车要求进行合理设计，做到连续性和一致性。交通事故数的相对值与车行道宽度有直接关系，一般随车行道宽度的变窄而增加，但如果车行道过宽，易形成一个车道两列车并行驶。因此，一般车行道的宽度控制在3.54.0m之间。车行道宽度的有效利用，在很大程度上取决于路缘带和路肩的状况，高速公路设置规定宽度的路缘带能起到分隔车行道和路肩、车行道和分隔带的作用，并诱导驾驶员，有利于安全行驶。桥面宽度与路基宽度不一致时,或者桥上的人行道与护拦引起路面、路肩宽度发生变化时，或者跨线桥下车行道侧面的桥墩、桥