二级公路初步设计毕业设计论文.doc

湖南科技大学本科生毕业设计 论文 i 二级公路初步设计二级公路初步设计 摘摘 要要 本设计为广水至曾都二级公路 K0 000 K1 273 868 段的初步设计 主要内容包括 平面设计 纵断面设计 横断面设计 路基设计 挡土墙设计 公路排水及防护工程 路面结构设计 在设计过程中结合已知资料和文献 并严格按照规范标准设计 线形设计阶段 遵循选线原则对路线方案做深入 细致的研究 做到少占农田 并与周围环境相协调 纵断面设计根据道路等级 综合考虑了路线填挖平衡 在横断面设计中考虑公路等级 行车要求 自然地质条件 保证路基的稳定和排水 在挡土墙设计部分采用了重力式 挡土墙 在公路排水及防护工程部分充分考虑到当地地质状况 环境景观以及驾驶员的 舒适性等因素 在路面结构设计部分 对沥青路面和水泥混凝土路面进行了详尽的比 较 最终采用沥青路面 关键词 二级公路 平纵横设计 路基设计 挡土墙设计 路面设计 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 ii ABSTRACT This design studies the grade II highway from Guangshui to Zengdu which covers K0 000 K1 273 868 The main contents include graphic design alignment design cross sectional design roadbed design retaining wall design road drainage as well as protective engineering and pavement strcture design The design is in strict accordance with the code standard and consults related references At the stages of alignment design the author followed the model in choosing the line and tries to take up little land and in harmony with the surrounding environment longitudinal design according to the road grade considering the balance of excavation in the part of cross sectional design the design considers highway grade driving requirements and natural geological condition in order to guarantee the stability of roadbed and drainage In the part of retaining wall design the designer uses a gravity retaining wall in the design of highway drainage and protective engineering in view of the factors of local geology condition environmental landscape and the comfort of drivers In the part of pavement structure design after the comprehensive selection the cement bituminous pavement was adopted in the design KeyWords The grade II highway Flat freely design Roadbed design Retaining wall design Pavement design 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 iii 目 录 第一章第一章 工程概况及设计标准工程概况及设计标准 1 1 1 公路沿线工程地质概况 1 1 1 1 路线走向 1 1 1 2 沿线地形 地质 气候 水文特征 1 1 1 3 沿线施工条件 1 1 2 设计标准 1 1 2 1 设计依据 1 1 2 2 主要技术指标 1 第二章第二章 平曲线设计平曲线设计 3 2 1 选线 3 2 1 1 选线的一般原则 3 2 1 2 选线的步骤和方法 3 2 1 3 选线方案的确定 3 2 2 平曲线设计 5 2 2 1 设计参数的确定 5 2 2 2 交点间距 坐标方位角及转角值的计算 5 2 3 逐桩坐标计算 6 2 3 1 直线上中桩坐标计算 7 2 3 2 设缓和曲线单曲线中桩坐标计算 7 第三章第三章 纵断面设计纵断面设计 9 3 1 概述 9 3 2 纵坡及坡长设计 9 3 2 1 纵坡设计的一般要求 9 3 2 2 平曲线与竖曲线的组合的一般原则 9 3 2 3 平 纵线性设计中应注意避免的组合 10 3 2 4 相关控制参数 10 3 2 5 纵坡设计步骤 10 3 3 竖曲线设计 11 3 3 1 设计技术规范 11 3 3 2 竖曲线要素计算 12 第四章第四章 路基设计路基设计 15 4 1 概述 15 4 1 1 路基的类型和构造 15 4 1 2 一般路基设计内容 15 4 1 3 路基设计的一般要求 15 4 2 横断面设计 16 4 2 1 设计依据 16 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 iv 4 2 2 横断面组成 16 4 2 3 路基宽度的确定 17 4 2 4 路堤和路堑边坡坡度的确定 17 4 2 5 路拱 17 4 2 6 超高及加宽 18 4 2 7 视距的保证 18 4 3 路基填料与压实标准 18 4 3 1 填料选择 18 4 3 2 压实标准和压实度 18 4 4 特殊路基设计要求 19 4 5 路基土石方计算与调配 19 4 5 1 土石方计算 19 4 5 2 土石方调配 20 第五章第五章 边坡稳定分析边坡稳定分析 22 5 1 概述 22 5 1 1 K0 760 处路堤稳定性分析 22 5 1 2 K0 300 处路堑边坡稳定性分析 23 第六章第六章 挡土墙设计与边坡防护挡土墙设计与边坡防护 25 6 1 概述 25 6 1 1 挡土墙的用途 25 6 1 2 本路段挡土墙设置 25 6 2 挡土墙计算 25 6 2 1 挡土墙设计资料 25 6 2 2 土压力计算 26 6 3 挡土墙的排水设施和沉降缝 伸缩缝的设置 32 6 3 1 排水设施 32 6 3 2 沉降缝与伸缩缝 32 6 4 边坡防护 32 6 4 1 植被防护 33 6 4 2 工程护坡 33 第七章第七章 公路排水设计公路排水设计 34 7 1 概述 34 7 1 1 公路排水设计的内容 34 7 1 2 设计依据 34 7 2 路基排水 34 7 2 1 路基排水设计的任务 34 7 2 2 地表排水 35 7 3 涵洞设计 37 7 3 1 涵洞分类 37 7 3 2 各种涵洞的适用性及优缺点 37 7 3 3 涵洞选用原则 37 7 3 4 桥涵的拟定 37 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 v 第八章第八章 公路路面设计公路路面设计 40 8 1 概述 40 8 1 1 路面结构组成 40 8 1 2 路面类型 40 8 2 沥青路面设计 40 8 2 1 设计资料 40 8 2 2 设计过程 41 8 3 水泥路面设计 46 8 3 1 设计资料 46 8 3 2 设计过程 46 8 3 路面比选 50 参考文献参考文献 51 致谢致谢 52 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 1 第一章第一章 工程概况及设计标准工程概况及设计标准 1 11 1 公路沿线工程地质概况公路沿线工程地质概况 1 1 11 1 1 路线走向路线走向 本设计为广水至曾都二级公路 K0 000 K1 273 868 段的初步设计 设计标准为双 向两车道二级公路 设计车速 60km h 路基宽 10m 施工长度 1273 868m 线路走向为 南北走向 1 1 21 1 2 沿线地形 地质 气候 水文特征沿线地形 地质 气候 水文特征 本路段属于平原微丘区 沿线土质基本上以粘性土为主 深挖地段下为发育良好 的岩石层 该路段位于湖北北部 属东南湿热区 年平均气温在 17 24 之间 1 月 平均温度最低 平均气温在 3 5 7 月温度最高 最高温度达到 39 5 年均日照 1317 小时 年均降水量 1468mm 无霜期 302 天 1 1 31 1 3 沿线施工条件沿线施工条件 线路的起点和终点都为人口稀少的小村庄 其周边交通条件一般 但是交通量较 大 线路及附近区域的山坡谷地均有粘土 亚粘土 可作路基填料 线路前半段穿过 山丘 故附近区域石料相当丰富 可采用石料作为浆砌片石挡土墙的原材料 工程用 水可从沿线的池塘取用 较为方便 沿线电力充沛施工用电可就近搭接 1 21 2 设计标准设计标准 1 2 11 2 1 设计依据设计依据 公路工程技术标准 JTG B01 2003 人民交通出版社 公路路线设计规范 JTG D20 2006 人民交通出版社 公路路基设计规范 JTG D30 2004 人民交通出版社 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 人民交通出版社 公路沥青路面设计规范 JTG D50 2006 人民交通出版社 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40 2002 人民交通出版社 公路排水设计规范 JTJ 018 97 人民交通出版 社 公路排水设计手册 第一版 人民交通出版社 公路路基设计手册 第二版 人民交通出版社 道路勘测设计 第三版 人民交通出版社 路基路面工程 第三版 人民交通出版社 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 2 1 2 21 2 2 主要技术指标主要技术指标 1 公路等级 二级公路 2 公路类型 新建二级公路 3 车辆荷载等级 公路 级 4 地形 平原微丘 5 路基宽度 10 m 6 设计车速 60km h 7 直线最小长度 a 同向曲线间 6 V 360m b 反向曲线间 2 V 120m 8 圆曲线最小半径 a 一般最小半径 200m b 极限最小半径 125m c 不设超高的最小半径 1500m 9 缓和曲线长度 a 一般长度 80m b 最小长度 60m 10 平曲线长度 a 一般长度 400m b 最小长度 140m 11 停车视距 75m 12 超车视距 350 m 13 竖曲线最小半径 a 凸形 极限最小半径 1400m 一般最小半径 2000m b 凹形 极限最小半径 1000m 一般最小半径 1500m 14 最小坡长 a 一般值为 200m b 极限值为 150m 15 最大纵坡 6 16 最大超高 6 17 路基 涵洞设计洪水频率 1 50 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 3 第二章第二章 平曲线设计平曲线设计 2 12 1 选线选线 选线是根据路线基本走向和技术标准 结合地形 地质条件 考虑安全 环保 土地利用和施工条件及经济等因素 通过全面比较 选定道路中线位置的全过程 2 1 12 1 1 选线的一般原则选线的一般原则 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 在多方论证 比选的基础上 选定最优路线方案 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 营运费用节省 效益好 并有利于施工和养护 3 选线应注意同农田基本建设相配合 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等 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 处理好重要历史文物遗址 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 6 选线应重视环境保护 注意由于道路修筑 汽车运营所产生的影响和污染 2 1 22 1 2 选线的步骤和方法选线的步骤和方法 选线的任务就是在众多的方案中选出一条符合设计要求 经济合理的最优方案 选线一般按工作内容分三步进行 1 路线方案选择 路线方案选择主要是解决起 终点间路线基本走向 此项工作通常是在小比例尺 地形图上从较大面积范围内找出各种可能的方案 收集各可能方案的有关资料 进行 初步评选 确定数条有比较价值的方案 然后通过多方案的比选得出一个最佳的方案 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 连接这些控制点 即构成路线带 也称路线布局 这些细部控制点的取舍 自然仍是通过比选的办法来确定的 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路线带内进行平 纵 横综合设计 具体定出道路中线的工作 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 4 2 1 32 1 3 选线方案的确定选线方案的确定 1 路线总体布局 路线基本走向的选择 应根据指定的路线走向 路线起 终点和中间点的主要控制点 和 公路等级 及其在公路中的作用 结合铁路 航空 空运 管道的布局和城镇 工矿企 业资源情况 以及水文 气象 地质 地形等自然条件 由面到带 从所有可能的路线方案 中 通过调查 分析 比选 确定一条最优路线方案 湖北广水至曾都二级公路 K0 000 K1 273 868 前半段属于丘陵地段 后半段属于 平原区 最高点和最低点相差 70 几米 沿线路段内有近十个河塘和一条河流 选线时 应该尽量避开 该地区水田不多 多为旱地 在选线时必须考虑少占农田 该地段已 有几条道路 前半段考虑到山丘只有一条合适路线 没有其他更好的路线方案 故只 能采取旧路改造方案 废弃原有的道路 同时在道路交叉方面尽可能的减少交叉口 穿过河流时尽可能避免多次跨河 2 路线方案比选 路线方案比选的评价指标较多 主要有技术 经济 政策及国防上的意义 交通 网系中的作用及其联系城镇的多少等指标 本设计路段由北到南从丘陵到平原 地势从高到低 前半段为两山之间 已经确 定采取旧路改造方案 故前半段方案唯一 后半段采用两种方案 方案一主要沿山脚 选线 沿线施工方便 能做到尽量少占用农田 最后穿过一次河流到达终点 总长 1273 868m 方案二相对第一条占用农田较多 且两次穿过河流 总长 1298 758m 考 虑到方案一占用农田少 施工更便利 经济方面更合理 故最终选择第一方案 路线 方案比选图见下图 2 1 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 5 图 2 1 路线方案比选图 2 22 2 平曲线设计平曲线设计 2 2 12 2 1 设计参数的确定设计参数的确定 根据 公路路线设计规范 JTG D20 2006 公路工程技术标准 JTG B01 2003 道路勘测设计 查得设计参数如下 1 直线最大长度 1200m 2 设计车速 60km h 3 直线最小长度 同向曲线间 360m 反向曲线间 120m 4 圆曲线一般最小半径 200m 本路段两个圆曲线半径均取 200m 5 缓和曲线一般长度 80m 本路段缓和曲线均取 80m 2 2 22 2 2 交点间距 坐标方位角及转角值的交点间距 坐标方位角及转角值的计算计算 1 根据各交点坐标计算出两点间的距离和各交点的转角 计算结果如表 2 1 表 2 1 交点坐标 转角表 交点号交点坐标 X交点坐标 Y 转 角 距 离 m QD472621 274490150 207 659 700 JD1472360 776490756 296 左 56 38 24 1 387 184 JD2472573 811491079 603 左 33 13 41 5 250 212 ZD472574 482491329 814 2 图 2 2 为含有缓和曲线的道路平曲线 其几何要素计算公式如下 E ZH R q T HY HZ o QZ YH JD 0 0 p SL LS L L 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 6 图 2 2 平曲线对称基本型曲线 2 3 2402R LL q ss 2 1 3 42 268824R L R L p ss 2 2 R Ls 6479 28 0 2 3 qPRT 2 tan 2 4 s LRL2 180 2 0 2 5 RpRE 2 sec 2 6 LTJ 2 2 7 3 曲线几何元素具体计算如下 对于 JD1 拟定 R 200m Ls 80m 1 248356 切线长 443 148 2 mqtgPRT 曲线总长 711 2772 180 2 0 mLRL S 外距 705 28 2 sec mRPRE 切曲差 176 192mLTD 对于 JD2 拟定 R 200m Ls 80m 5 413133 切线长 020 100 2 mqtgPRT 曲线总长 988 1952 180 2 0 mLRL S 外距 103 10 2 sec mRPRE 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 7 切曲差 052 4 2mLTD 4 平曲线几何要素计算成果详见 直线 曲线及转角表 2 3 逐桩坐标计算逐桩坐标计算 根据前面算出来的方位角和平曲线要素 进行逐桩坐标的计算 本设计采用的是 绝对坐标 在进行计算时分直线和曲线计算 曲线段采用综合曲线放样 直线段采用直 线放样 计算原理 1 坐标系统的采用 本设计是在已有平面控制网的地区 所以沿用了原有的坐 标系统进行计算 2 逐桩坐标 即道路中线上各桩点的坐标 其计算和测量的方法是按 从整 体到局部 的原则进行 2 3 12 3 1 直线上中桩坐标计算直线上中桩坐标计算 设交点坐标为 交点相邻直线的方位角分别为和 则 JJ YXJD 1 A 2 A ZH 点坐标 1 XXTcos A180 ZHJ 2 8a 1 YYTsin A180 ZHJ 2 8b HZ 点坐标 2 XXTcosA HZJ 2 9a 2 YYTsinA HZJ 2 9b 设直线上加桩里程为 L ZH HZ 表示曲线起 终点里程 则前直线上任意点坐标 ZHL 1 XX TZHL cos A180 J 2 10a 1 YY TZHL sin A180 J 2 10b 后直线上任意点坐标 LHZ 2 XX TLZH cosA J 2 11a 2 YY TLZH sinA J 2 11b 2 3 22 3 2 设缓和曲线单曲线中桩坐标计算设缓和曲线单曲线中桩坐标计算 曲线上任点的切线横距 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 8 x 5913 224466 40R Ls3456R Ls599040R Ls lll l 2 12 式中 缓和曲线上任意点至 或 的曲线长 lZHHZ 缓和曲线长度 s L 1 第一缓和曲线 任意点坐标 ZHHY 22 1 3030 XX coscos A RLsRLs ZH ll x 2 13a 22 1 3030 YY cossin A RLsRLs ZH ll x 2 13b 式中 转角符号 右偏为 左偏为 2 圆曲线内任意点坐标 YH HY 1 9090 Ls XX2Rsincos A RR HY ll 2 14a 1 9090 Ls YY2Rsinsin A RR HY ll 2 14b 式中 圆曲线内任意点至 HY 点的曲线长 l 点的坐标 XHYYHY HY YHHY 2 9090 Ls XX2 sincos A180 RR YH ll R 2 15a 2 9090 Ls YY2Rsinsin A180 RR YH ll 2 15b 式中 l 圆曲线内任意点至 YH 点的曲线长 3 第二缓和曲线 内任意点的坐标HZYH 22 2 3030 XX coscos A180 RLsRLs HZ ll x 2 16a 22 2 3030 YY cossin A180 RLsRLs HZ ll x 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 9 2 16b 式中 l 第二缓和曲线内任意点至 HZ 点的曲线长 4 各中桩坐标计算成果详见 逐桩坐标表 第三章第三章 纵断面设计纵断面设计 3 13 1 概述概述 沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面 在纵断面图上有两条主要的线 一条是地面线 它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线 它反映了 道路中线地面高低起伏的情况 另一条是设计线 反映了道路路线的起伏变化情况 从中可知设计路线的纵向坡度情况 从而可以看出纵向土石方工程的挖填情况 把道 路的纵断面图与平面图结合起来 就能完整的表达出道路的空间位置 3 23 2 纵坡及坡长设计纵坡及坡长设计 3 2 13 2 1 纵坡设计的一般要求纵坡设计的一般要求 1 纵面线形应平顺 圆滑 视觉连续 并与地形相适应 与周围环境相协调 2 纵坡设计应考虑填挖平衡 并利用挖方就近作为填方 以减轻对自然地面横 坡与环境的影响 3 连续上坡路段的纵坡设计 除上坡方向应符合平均纵坡 不同纵坡最大坡长 规定的技术指标外 还应考虑下坡方向的行驶安全 凡个别技术指标接近或达到最大 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 10 值的路段 应结合前后段各技术指标设置情况 采用运行速度对连续上坡方向的通行 能力与下坡方向的行车安全进行检验 4 相邻纵坡之代数差小时 应尽量采用大的竖曲线半径 5 路线交叉处前后的纵坡应平缓 6 位于积雪或冰冻地区的公路 应避免采用陡坡 3 2 23 2 2 平曲线与竖曲线的组合的平曲线与竖曲线的组合的一般原则一般原则 1 平曲线和竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 即满足 平包竖 的原则 2 平曲线和竖曲线的大小应保持均衡 一条平 竖 曲线不宜设两个或两个以上 的竖 平 曲线 3 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 4 平 竖曲线应避免的组合 要避免使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重合 小半 径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠 计算行车速度 40km h 的道路 应避免在凸形竖曲 线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线 5 平 纵面线形组合必须注意与路线所经地区的环境相配合 对计算行车速度 高的公路 线形设计和周围环境配合尤为重要 3 2 33 2 3 平 纵线性设计中应注意避免的组合平 纵线性设计中应注意避免的组合 1 避免竖曲线的顶 底部插入小半径的平曲线 2 避免将小半径的平曲线起 讫点设在或接近竖曲线的顶部和底部 3 避免使竖曲线顶 底部与反向平曲线的拐点重合 4 避免出现驼峰 暗凹 跳跃 断背 折曲等使驾驶员视线中断的线性 5 避免在长直线上设置陡坡或曲线的长度短 半径小的凹形竖曲线 6 避免急弯与陡坡的不利组合 7 应避免小半径的竖曲线与缓和曲线的组合 3 2 43 2 4 相关控制参数相关控制参数 1 最大纵坡 最大纵坡是指在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 本路段设计为速度 60km h 的二级公路 最大纵坡为 6 2 最小纵坡 在长路堑 低填以及其它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 一般情况下以采用不小于 0 5 为宜 3 坡长限制 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 11 坡长是纵断面上相邻两边坡点间的长度 最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺 性的要求考虑的 本路段为设计速度 60km h 的二级公路 最短坡长为 150m 一般值 为 200m 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 本路段为设计速度 60km h 的二级公路 最大坡长限制为 3 1200m 4 1000m 5 800m 6 600m 4 平均纵坡 平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线的长度之比 是为了合理 运用最大纵坡 坡长及缓和坡长的规定 以保证车辆安全顺利地行使的限制性指标 由于本路段相对高差小 所以不需考虑平均纵坡 3 2 53 2 5 纵坡设计步骤纵坡设计步骤 1 准备工作 拉坡之前在厘米绘图纸上 按比例标注里程桩号和标高 点绘地 面线 填写有关内容 同时应收集和熟悉有关资料 并领会设计意图和要求 2 标注控制点 控制点是影响纵坡设计的标高控制点 如路线起 终点 越岭 垭口 重要桥涵 地质不良地段的最小填土高度 最大挖深 沿溪线的洪水位 隧道 进出口 平面交叉和立体交叉点及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等 3 试坡 试坡主要是在已标注 控制点 的纵断面图上 根据技术指标 选线 意图 结合地面起伏变化 本着以 控制点 为依据 照顾多数 经济点 的原则 在这些点位间进行穿插与取直 试定出若干直坡线 对各种可能坡度线方案反复比较 最后定出既符合技术标准 又能满足控制点要求 且土石方较省的设计线作为初定坡 度线 将前后坡度线延长交会出变坡点的初步位置 4 调整 初定纵坡后 将所定的坡度与选线时坡度的安排比较 二者应基本相 符 若有较大差异时应全面分析 权衡利弊 决定取舍 然后对照技术规范检查设计 的最大 最小纵坡 坡长限制等是否满足规定 平 纵组合是否得当 以及路线交叉 桥隧和接线等处的纵坡是否合理 5 核对 选择有控制意义的重点横断面 如高填深挖 地面横坡较陡路基 挡 土墙等 在纵断面图上直接读出对应桩号的填 挖高度 初画横断面 检查是否填挖 过大 坡角落空或过远等 6 定坡 经调整核对无误后 逐段把直坡线的坡度值 变坡点桩号和标高记确 定下来 7 通过反复拉坡比较后 最后确定纵坡设计如表 3 1 所示 表 3 1 纵坡设计成果表 变坡点桩号 m 变坡点高程 m 变坡点间距 m 纵坡值 起点 K0 000 155 54 640 1 66 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 12 变坡点 1 K0 640 144 92 400 5 21 变坡点 2 K1 040 124 08 234 3 34 终点 K1 273 868 116 27 3 3 竖曲线设计竖曲线设计 竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处 为了便于行车 起缓和作用的一段曲 线 竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线 在使用范围二者几乎没有差别 但在设计 和计算中 抛物线比圆曲线更为方便 因此 本设计采用二次型抛物线型竖曲线 3 3 13 3 1 设计技术规范设计技术规范 1 公路路线线形设计规范 JTG D20 2006 中规定的竖曲线一般最小半径和 极限最小半径见表 3 2 表 3 2 计算行车速度 V 60km h 的竖曲线的最小半径 竖 曲 线 半 径凸 形凹 形 一般最小值 2000 m1500m 极限最小值 1400m1000m 2 选择竖曲线半径时应考虑以下因素 选择半径应符合 公路路线线形设计规范 JTG D20 2006 一般最小半径和极 限半径的要求 在不过分增大土石方数量的情况下 为使行车舒适 应采用较大的半径 过大的竖曲线半径将使竖曲线过长 从施工和排水来看 都是不利的 选择半 径时应考虑 夜间行车交通量较大的路段应考虑灯光照射的方向 使前灯照射范围受到限制 选择半径时应适当放大 以使其有较长的照射距离 3 综合考虑后本路段竖曲线半径变坡点 1 取 5000m 变坡点 2 取 4000m 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 13 3 3 23 3 2 竖曲线要素计算竖曲线要素计算 o y Q x P h E x L T1T2 2 图 3 1 竖曲线要素示意图 如上图 3 1 所示 设变坡点相邻两纵坡坡度分别为 和 它们的代数差用表示 1 i 2 i 即 当为 时 表示凹形竖曲线 为 时 表示凸形竖曲线 12 ii 1 用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式 或 3 1 xix L y 1 2 2 xix R y 1 2 2 1 式中 坡差 L 竖曲线长度 m R 竖曲线半径 m 2 竖曲线要素计算公式 竖曲线长度 L 或竖曲线半径 R 或 3 2 RL L R 竖曲线切线长 T T T1 T2 3 3 22 RL T 竖曲线上任一点竖距 h 因为 xixi R x yyPQh QP11 2 2 则 3 4 R x h 2 2 竖曲线外距 E 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 14 或 3 5 R T E 2 2 488 2 TLR E 3 竖曲线计算 变坡点变坡点 1 1 K0 640K0 640 高程为 高程为 155 54m155 54m 算竖曲线要素 由于 1 66 5 21 R 5000m 故 为凸形 1 i 2 i 55 3 12 ii 曲线长 5 17755 3 5000mRL 切线长 75 88 2 5 177 2 m L T 外 距 7877 0 50002 75 88 2 22 m R T E 计算设计高程 竖曲线起点桩号 K0 640 88 75 K0 551 25 竖曲线起点高程 27 17075 88 66 1 54 155m 计算竖曲线上 20m 整桩的设计高程 以桩号 K0 560 为例 横距 x K0 560 K0 551 25 8 75 m 竖距 0077 0 50002 75 8 2 22 m R x h 切线高程 42 170 66 1 75 827 170m 设计高程 170 42 0 0077 170 41 m 变坡点变坡点 2 2 K1 040K1 040 高程为 高程为 124 08m124 08m 算竖曲线要素 由于 5 22 3 34 R 4000m 故 为凹形 2 i 3 i 88 1 23 ii 曲线长 2 75 88 1 4000mRL 切线长 6 37 2 2 75 2 m L T 外 距 1414 0 40002 6 37 2 22 m R T E 计算设计高程 竖曲线起点桩号 K1 040 37 6 K1 002 4 竖曲线起点高程 79 124 6 37 88 108 124m 计算竖曲线上 20m 整桩的设计高程 以桩号 K1 020 为例 横距 x K1 020 K0 002 4 17 6 m 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 15 竖距 0387 0 40002 6 17 2 22 m R x h 切线高程 46 124 88 1 6 1779 124m 设计高程 170 42 0 0387 170 38 m 路线上其余各个整桩的设计高程计算原理同上 各桩号设计高程详见 路基设计 表 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 16 第四章第四章 路基设计路基设计 4 14 1 概述概述 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 是公路的承重主体 4 1 14 1 1 路基的类型和构造路基的类型和构造 由于填挖情况的不同 路基横断面的典型形式 可归纳为路堤 路堑和填挖结合 等三种类型 路堤是指全部用岩土填筑而成的路基 按路堤的填土高度不同 划分为矮路堤 高路堤和一般路堤 填土高度小于 1 0 1 5m 者 属于矮路堤 填土高度大于 18m 土 质 或 20m 石质 的路基属于高路堤 填土高度在 1 5 18m 范围内的路堤为一般路 堤 路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基 常用的横断面形式有全挖路基 台口 式路基及半山洞路基 当天然地面横坡大 且路基较宽 需要一侧开挖而另一侧填筑时 为半填半挖路 基 在丘陵或山区公路上 填挖结合是路基横断面的主要形式 4 1 24 1 2 一般路基设计内容一般路基设计内容 1 选择路基断面形式 确定路基宽度与路基高度 2 选择路堤填料与压实标准 3 确定边坡形状与坡度 4 路基排水系统布置和排水结构设计 5 坡面防护与加固设计 6 附属设施设计 4 1 34 1 3 路基设计的一般要求路基设计的一般要求 1 路基设计应符合公路建设的基本原则和现行 标准 的具体要求 2 路基设计应兼顾当地农田基本建设的需要 尽量少占农田 3 沿河线的路基设计 应保证路基不被洪水淹没或冲毁 4 必须穿过耕种地区的路基 必要时可进行边坡加固或修建矮墙 以防边坡坍 塌 并尽量节约用地 原有的梯田 因筑路受到破坏 应给予修复 5 横坡陡于 1 5 的坡地上的填方路基 在修筑前 要将地面挖成台阶 台阶 宽度不小于 1m 台阶顶面应做成 2 4 的反向横坡 6 山坡上的半填半挖路基 若原地面横坡较陡 填方坡脚伸出很远 施工很 困难 且边坡稳定性较差时 可设置挡土墙 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 17 7 山坡坳形地段路基设计除应根据当地土质及水文情况适当放缓挖方边坡外 还应在挖方坡脚设置矮墙 8 尽量考虑路基工程的经济性 使填 挖达到基本平衡 9 路基不能产生给路面带来不良的不均匀的沉降 填方路基要充分压实 10 挖方 填方路基与桥梁构造物一样 其设计须与周围环境协调 因此 因 充分考虑地区特点 尽量有效地利用自然地形 减少土石方量 加固园林绿化 改善 变化后的地形 4 24 2 横断面设计横断面设计 公路的横断面 是指公路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 截水沟 护坡 道以及隔离栅 环境保护等设施 公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量 交通组成 设计车速 地 形条件等因素 在保证必要的通行能力和交通安全与通畅前提下 尽量做到用地省 投资少 使道路发挥其最大经济效益与社会效益 道路横断面的布置及几何尺寸应能满足交通 环境 城市面貌等要求 横断面设 计应满足以下一些要求 1 设计应符合公路建设的基本原则和现行 公路工程技术标准 规定的具体要 求 2 设计时应兼顾当地农田基本建设的需要 尽可能与之相配合 不得任意减 并农田排灌沟渠 3 路基穿过耕种地区 为了节约用地 如当地石料方便 可修建石砌边坡 4 沿河线的横断面设计 应注意路基不被洪水淹没或冲毁 4 2 14 2 1 设计依据设计依据 公路路线线形设计规范 JTG D20 2006 公路工程技术标准 JTG B01 2003 公路路基设计规范 JTGD30 2004 4 2 24 2 2 横断面组成横断面组成 公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量 交通组成 设计车速 地 形条件等因素确定 在保证必要的通行能力和交通安全与通畅前提下 尽量做到用地 省 投资少 使道路发挥其最大的经济效益与社会效益 二级公路的路基横断面组成包括 行车道 路肩 边坡 排水设施等 在某些路 段 可能要增加错车道和紧急停车带 在边坡上可能有护坡道 碎落台等 具体的标 准横断面见图表中的 路基标准横断面图 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 18 4 2 34 2 3 路基宽度的确定路基宽度的确定 路基宽度是指公路路幅顶面的宽度 即两路肩外缘之间的宽度 公路路基宽度为 行车道与路肩宽度之和 根据规范可查得二级公路的路基宽度一般不超过 12 0m 此段二级公路采用单幅路 形式 行车道宽 2 3 5m 路肩宽度 2 1 5m 路基总宽度为 7 3 10m 行车道路拱 坡度 2 0 路肩的路拱坡度为 2 0 布置如下图 4 1 所示 图 4 1 路基设计简图 4 2 44 2 4 路堤和路堑边坡坡度的确定路堤和路堑边坡坡度的确定 路堤边坡 根据沿线工程地质特性 结合 公路路基设计规范 JTGD30 2004 的有关规 定 经综合考虑后 拟定路基边坡坡度为 1 1 5 有些路堤的填方数量大 占地多 为 使路基稳定和横断面济济合理 可以在适当位置设置挡土墙 为防止水流侵蚀和坡面 冲刷 高路堤的边坡采取适当的坡面防护和加固措施 路堑边坡 根据路堑工程地质特性进行边坡稳定分析和验算 拟定路堑边坡坡率为 1 1 5 挖方边坡的坡脚设置边沟 以汇集和排除路基范围内的地表径流 路堑的上方设置截 水沟 以拦截和排除流向路基的地表径流 半挖半填路基 半挖半填路基兼有路堤和路堑的特点 上述对路堤和路堑的要求均应满足的同时 横向陡坡地段的半填半挖路基 在挖方一恻宽度不足一幅行车道宽时 应将路床深度 内的原有土质全部挖除换填 4 2 54 2 5 路拱路拱 为了利于路面横向排水 将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形 称为路拱 由 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 19 公路路线设计规范 JTG D20 2006 可知 二级公路的路拱应采用双向路拱坡度 由路中央向两侧倾斜 路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件确定 本设计中行车 道和路肩横坡度取 2 0 4 2 64 2 6 超高及加宽超高及加宽 1 超高 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 向横坡的形式 这就是曲线上的超高 合理地设置超高 可以全部或部分抵消离心力 提高汽车行驶在曲线上的稳定性和舒适性 由于是新建道路故采用绕内边线旋转的超高过度方式 超高的计算 当汽车行驶时 圆曲线上所产生的离心力是常数 而在回旋线上行使则因回旋线 曲率是变化的 其离心力也是变化的 因此 超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半 径相适应的全超高 在缓和曲线上应是逐渐变化的超高 即为超高缓和段 具体计算成果见 路基设计表 2 道路加宽 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顺适和安全 同时在道路内侧加宽 工程量较小 且有利于路容美观 对于 R 250m 的圆曲线 由于其加宽值甚小 可以 不加宽 而本设计中圆曲线半径都等于 200m 所以路基需要进行加宽设计 4 2 74 2 7 视距的保证视距的保证 为了行车安全 驾驶人员能随时看到汽车最前面相当远的一段路程 一旦发现前 方路面有障碍物或迎面来车 能及时采取措施避免相撞 这一必须的最短距离称为行 车视距 行车视距可分为 停车视距 会车视距 错车视距 超车视距 本路段设计 速度 60km h 故停车视距 75m 超车视距 250m 4 34 3 路基填料与压实标准路基填料与压实标准 4 3 14 3 1 填料选择填料选择 路基施工破坏土体的天然状态 致使结构松散 颗粒重新组合 为使路基具有足 够的强度与稳定性 必须予以压实 以提高其密实程度 路基的压实工作是提高路基 强度与稳定性的技术措施之一 当泥炭 淤泥 强膨胀土及易溶盐在土中的含量超过 允许量时 不得直接用于填筑路基 4 3 24 3 2 压实标准和压实度压实标准和压实度 路基压实度及填料规格应满足表 4 1 的要求 当填料无法满足规范要求时 必须及 时采取适当的处理或换填措施 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 20 表 4 1 路基压实度及填料要求表 填土压实应采用重型压实标准 严格控制松铺厚度并保证满足压实度要求 为保证路基边缘压实度 路基填方施工宽度每侧超填不少于 50cm 按技术规范 本设计超填数量未计入 路肩培土的压实度应不小于 92 粗粒土填料的最大粒经不 应超高压实度的 2 3 4 44 4 特殊路基设计要求特殊路基设计要求 翻浆与冻胀 通常情况是发生于我国北方冬季和春季 由于水在温差的作用下产 生的聚流现象 引起的下地基承载力达不到其上面构造物要求的承载力 或虽在建筑 物施工时能达到要求 但在后期使用过程中由于地基本身的原因或水的原因 使地基 失稳 造成路面严重破坏 处理好路基 是设计的重大环节 公路是一条带状的承受 动静两种荷载的特殊人工建筑物 由于它分布较广 使用要求较高 因而对地基提出 了较高的要求 本设计所经过的路段除田间 水塘地段有粉性土的不良地段外 其它地段的地基 承载力很好 地质也良好 对于易发生冻胀和翻浆地区 在施工时要注意 1 含水量偏大时 掺拌 4 水泥用路拌机拌和 2 遍 用压路机碾压完成后 覆 盖土养生 2 当含水量过大 无法压实翻浆严重时 采取挖除后用 4 水泥土换填 较深 时 采取分层换填 3 翻浆处理前 将需要处理的部位用灰线标出范围 4 挖除换填时 用挖掘机配合人工对基底进行整平和翻浆坑壁整理 5 压实时 要保证压实后的高度 壁周边高出 5cm 左右 确保压实 各个横断面的设计具体见图表中的 路基横断面图 4 54 5 路基土石方计算与调配路基土石方计算与调配 4 5 14 5 1 土石方计算土石方计算 路基土石方工程量是公路工程的主要工程项目 在公路工程中占有很大比重 土 石方工程量又是公路方案评比与比选的主要经济技术指标之一 它占工程造价的很大 填挖类型路面底面以下深度 cm 填料最小强度 CBR 填料最大粒径 cm 路基压实度 重型 上路床 0 30610 95 下路床 30 80410 95 上路堤 80 150315 94 填 方 路 基下路堤150 以下 215 92 零填及路堑路床 0 80610 95 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 21 一部分 土石方计算与调配的主要任务 计算路基土石方工程数量 合理进行土石方 调运 并计算土石方的运量 降低工程造价 方法一 平均断面法 4 1 LFFV 2 1 21 方法二 若两断面面积相差较大 其计算公式为 4 2 1 1 3 1 21 m m LFFV 式中 其中 2 1 F F m 12 FF 第二种方法的精度高 尽量采用 特别是用计算机计算时 可方便地达到较高的 精度 用上述方法计算的土石方体积中 是包含了路面体积的 但在实际的土石方计算 中填方扣除 挖方增加路面部分所占的部分面积 具体见图表中的 土方计算表 4 5 24 5 2 土石方调配土石方调配 土石方调配是指路基挖方合理移用于填方路堤 以及适当布置取土坑及弃土堆的 土石调运和运量计算工作 通过合理调配 合理解决路段土石方平衡与利用问题 达 到 填 方有所 取 挖 方有所 用 避免不必要的借土和弃土 尽量减少占用耕地 1 调配要求 土石方调配应按 先横向后纵向 的次序 纵向调运的最远距离一般应小于经济运距 4 3 mj L T B L 式中 B 借方单价 元 3 m 免费运距 元 m L kmm3 T 免费运距 km 土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响 一般情况下 不跨越深沟 少做上破调运 借方 弃方应与借土迁田 整地建田结合 少占田地 减少对农业的影响 不同性质的土质应分别调运 调运时可以以石代土 但不能以土代石 回头曲线路段的土石调运 要优先考虑上下线的竖向调运 2 调配方法 土石方调配方法有多种 如累积曲线法 调配图法 表格调配法等 表格法又分 逐桩和分段调运两种方法 一般采用分段调运 表格调配法的方法步骤如下 湖南科技大学本科生毕业设计 论文 22 准备工作 调配前先对土石方计算进行复核 确认后方可进行 横向调运 即计算本桩利用 填缺 挖余 纵向调运 确定经济运距 根据填缺 挖余情况结合调运条件拟定调配方案 确定调运方向 计算调运数量和运距 计算借方数量和废方数量和总数量 借方数量 填缺 纵向调入本桩的数量 废方数量 挖余 纵向调出本桩的数量 总数量 纵向调数量 废方数量 借方调运数量 计算后分土石填入表格中 3 复核 横向调运复核 填方 本桩利用 填缺 挖方 本桩利用 挖余 纵向调调运复核 挖余 纵向调运 废方 总调运量复核 挖方 借方 填方 废方 4 计算计价土石方 计价土石方是指概预算编制中需要单独计算费用的