毕业设计 黑嫩公路曙光至安溪段两阶段初步设计

I 黑嫩公路曙光至安溪段两阶段初步设计 摘 要 本设计根据给定的资料 通过对原始数据的分析 根据该路段的地质 地形 地 物 水文等自然条件 依据 公路工程技术标准 公路路线设计规范 等交通部 颁发的相关技术指标 在老师的指导和同学的帮助下完成的 山区公路选线即要考虑 行车的安全 线形的美观 与环境相协调又要考虑其经济性 设计内业详细资料有 路线设计 包括纸上定线 山岭区或越岭线 绘制路线 平面图 路线纵断面设计 路基设计 完成两公里横断面和路基土石方的计算及路 基排水设计 路面设计 水泥混凝土路面设计 小桥涵设计 完成一项涵洞设计 路 线交叉设计 完成一项路线平面交叉 设计概算编制 完成全线设计路段的初步设计 概算 应用计算机绘制工程图 按老师指导和要求完成 整个设计计算了路线的平 纵 横要素 设计了路基 路面 平面交叉 小桥涵 的尺寸等内容 由此圆满完成了黑嫩公路曙光至安溪段两阶段初步设计 关键词 路线 路基 路面 涵洞 平面交叉 概算 II ABSTRACT Data that this design according to give to settle to complition complete the Threexin forest of Mulin to lianhe highway station segment 1 first design station segment 2 the relevant technique index sign for kind geography for second class highway route from this design learning a lot of knowledge concerning highways passing analysis primitive dataing according to the road s segment characteristics of term nature such as ground thing and hydrology etc Basis highway engineering technique standard highway route designing the normal waiting the transport and complete to design under the help that the teacher s leading is with the classmate of constitute the circumstance Route selection of highway in the mountain not only wants to consider traffic safety beautiful of the alignment of highway harmony between highway and its surroundings but also wants to consider its economy The design inside of stage first steps include Route design The paper up settles the lines mountain range area or more mountain range line Draw the route plane chart Proceed route vertical section of design Roadbed design Complete two kilometer cross sections are with the roadbed the calculation of square ground and roadbed drain the design Road design Cement concrete road design Small bridge culvert design Complete the design of a culvert The route crosses the design Complete a route flat surface to cross Design budgetary estimate establishment Completes the entire line todesign the road section the preliminary design budgetary estimate The application calculator draws the engineering diagram Complete under the teacher s leading request we compute the route even vertical horizontal main factor designed the flat surface to design the roadbed road the size for small bridge culvert from here successfully completed the hei nen road to shu guang of an xi in section two stages preliminary designs III Key words Route roadbed road culvert Route cross Budgetary estimate 目 录 摘要 Abstract 第 1 章 绪论 1 1 1 选题的背景 目的及意 义 1 1 2 设计任务 1 1 3 路线概况 1 1 4 公路等级和技术标准 2 1 5 路线采用的技术经济指标 2 1 6 路线设计起终点及设计高程 3 1 7 本章小结 3 第 2 章 路线线型设计 4 2 1 路线方案的说明和比较 4 2 1 1 了解资料 4 2 1 2 定线的原则与方法 4 2 1 3 定线具体过程 4 2 1 4 路线方案的比选 5 2 2 路线平面设计 5 2 2 1 确定各平曲线半径及缓和曲线长度 5 2 2 2 设计确定平曲线的原则 7 2 2 3 特殊线形设计方法 7 2 2 4 编制直线及转角一览表 12 2 2 5 平面图标注 12 2 2 6 弯道视距的检查 12 2 2 7 绘图 12 2 2 8 路线布设中遇到的主要问题及处理措施 12 2 3 路线纵断面设计 13 2 3 1 设计原则和方法 13 2 3 2 纵断面设计中遇到的主要问题及解决方法 16 2 3 3 平纵线形设计应注意避免的组合 16 2 4 本章小结 7 第 3 章 路基路面及排 水 18 3 1 路基设计 18 3 1 1 边坡的确定 18 3 1 2 路基高度的确定 18 3 1 3 加宽 超高设 计 19 3 1 4 路基横断面面积与路基土石方计算方法 21 3 1 5 路基地段的处理 21 3 1 6 排水系统的设计原则 23 3 1 7 横断面的绘出 24 3 2 路面设计 24 3 2 1 设计原则 24 3 2 2 路面结构的确定及材料的选择 24 3 2 3 施工要求 25 3 2 4 路面设计计算书 25 3 3 排水系统的设计原则 28 3 4 本章小结 28 第 4 章 桥涵 涵 洞 35 4 1 全线采用的涵洞 35 4 2 涵洞的设计 35 4 2 1 小桥涵位置确定 35 4 2 2 洞口类型的选择 35 4 2 3 涵洞计算 35 4 3 本章小结 37 第 5 章 路线交叉 38 5 1 交叉概述 38 5 1 1 交叉口设计的基本要求 38 5 1 2 交叉口设计的主要内容 38 5 2 交叉口设计类型 38 5 3 交叉口设计技术指标 38 5 4 交叉口设计 38 5 5 本章小结 39 第 6 章 环保设计 40 6 1 环保设计方案 40 6 2 本章小结 40 第 7 章 设计概算 41 7 1 概算的编制依据 41 7 2 路线工程概算项目主要包括的内容 41 7 3 本章小结 42 结论 43 参考文献 44 致谢 45 1 第 1 章 绪 论 1 1 选题的背景 目的及意义 本次毕业设计是在对 公路勘测设计 路基工程 路面工程 桥梁工程 及其它有关专业课程的学习的基础上 并在教师的指导下 完成黑嫩公路曙光至安溪 段两阶段初步设计任务 本次设计的目的和意义是应用学过的专业知识 根据自己专业的服务去向 在老 师的指导下独立的完成一段公路的初步设计任务 通过此次设计可以培养我们的综合 设计能力 进而把学过的知识加以系统的应用和巩固 使理论与生产实践相结合 掌 握路线设计 路基设计 路面设计 小桥涵设计及初步设计概算设计理论和具体设计 方法 并能够独立完成全部设计的图表 为自己走向工作岗位后适应生产实践的需要 打下坚实的基础 1 2 设计任务 本次设计任务主要包括 依据地形图完成给定的初步设计 路线设计 纸上定线 山岭区或越岭线 进行方案比较 局部 进行路线平面设计 进行路线纵断面设计 路基设计 完成 2 0km 路基横断面设计 全线的土石方计算及路基排水设计 结构设 计边坡设计 路面设计 水泥混凝土路面设计 详细设计 小桥涵设计 结合自身设计 完成一项涵洞设计 路线平面交叉设计 完成一处路线平面交叉设计 初步设计概算 完成初步设计概算 01 表 02 表 03 表 专项设计 公路几何线形 1 3 路线概况 本设计路段为山岭区 沿线为第四纪冲积和洪积层 表层土壤为粉质低液限粘 土 中层为冲积形成的砂砾 圆砾 底层为白垩系的砂岩 土壤渗透性好 地层比较 2 稳定气候寒冷 主要的病害有冻胀 翻浆 水毁和积雪等 工程名称 黑嫩公路曙光 至安溪段 路线位于东经 124 44 30 126 49 30 北纬 48 42 35 51 00 05 之间 属山岭重丘区 植被为人工林和次生林 沿线所处自然区划为 1区 属寒温带半湿 润大陆性气候 冬季长而寒冷 夏季短而多雨 年平均气温 2 4 最大年降水量 为 937 4 毫米 冬季主导风向为西北风 年平均风速 3m s 多年平均最大冻深 3 0 米 山坡地下水 3 米以下 洼地地下水 1 5 米以下 道路沿线应做好排水工作 以免 水毁路基 1 4 公路等级和技术标准 确定公路等级 1 1 1 0 1 n d rNN 式中 远景设计年平均日交通量 辆 日 d N 起始年平均日交通量 辆 日 包括现有交通量和道路建成后从其它 0 N 道路吸引过来的交通量 设计交通量年平均增长率 r 设计交通量预测年限n 由 公路工程技术标准 JTGB01 2003 规定得 车辆折算系数小客车 1 0 中型车 1 5 大型车 2 0 拖挂车 3 0 交通量年平均增长率为 7 0 一般能适应各种车辆折合成小客车的年平均昼夜 交通量 则 0 1 525380N 小型车中型车大型车 15 1 5380 1 7 0 13872 51 d N 交通量在 5000 15000 之间 所以由 5 可知所选路段为二级公路 表1 1 技术指标选取表 计计速度 km h 行车道宽度 m 路基宽度 m 最大纵坡 平曲线最小 半径 m 会车视距 桥涵设计载 重 607106 极限125 一般200 150公路 级 1 5 路线采用的技术经济指标 3 路线的起点桩号为 K50 700 00 终点桩号为 K57 770 464 总里程为 7 070464 公里 设置了 5 个圆管涵洞 7 条平曲线 平曲线最小半径采用值为 300 米 最大纵 坡度为 5 5 路面宽度为 8 5 米 该路设计基准期为 15 年 路面采用水泥混凝土路 面 路面结构为面层 水泥混凝土 基层 6 水泥水稳砂砾 底基层 水泥 石 灰综合稳定土 垫层 天然砂砾 路面类型分为干燥和中湿两种 1 6 路线设计起终点及设计高程 起点坐标 N 5057500 E 22146600 起点高程 372 87 终点坐标 N 5063200 E 22146100 终点高程 364 66 1 7 本章小结 本章介绍了黑嫩公路曙光至安溪段的设计任务和整个路段的自然地理状况 为整 个路段的设计提供了良好的依据 设计路段前应先确定路线的等级及路线采用的技术 经济指标 因此 本章还介绍了公路等级及路线等级的技术指标 4 第 2 章 路线线形设计 2 1 路线方案的说明和比较 2 1 1 了解资料 首先要熟悉地形图和所给的原始资料 分析其地貌 高差 河渠 耕地 建筑 物等的分布情况 2 1 2 定线的原则与方法 根据给定的起终点 分析其航空 直线 距离和所需的展线长度 选择合适的中 间控制点 在路线各种可能的走向中 初步拟定可行的路线方案 如果有可行的局 部路线方案 应进行比较确定 然后进行纸上定线 1 在 1 10000 的小比例尺地形图上在起 终控制点间研究路线的总体布局 找 出中间控制点 根据相邻控制点间的地形 地貌 地质 农田等分布情况 选择地势 平缓山坡顺直的地带 拟定路线各种可行方案 2 对于山岭重丘地形 定线时应以纵坡度为主导 对于平原微丘区域 即地形 平坦 地面自然坡度较小 纵坡度不受控制的地带 选线以路线平面线形为主导 最 终合理确定出公路中线的位置 定出交点 2 1 3 定线具体过程 1 试坡 定均坡线 在山岭重丘地带 根据等高线间距和所选定的平均纵坡 视路线高差 大小 一般选 5 5 5 按计算得等高线间平均长度 a a 等高距 平均纵坡 进行试坡 用分规卡等高线 本设计中 a 取 2 5cm 将各点连成折线 即均坡线 2 定导向线 分析这条均坡线对地形 地物等艰苦工程和不良地质的避让情况 如有不合理之 处 应选择出须避让的中间控制点 调整平均纵坡 重新试坡 经过调整后得出的折 线 称为导向线 3 平面试线 穿直线 按照 照顾多数 保证重点 的原则综合考虑平面线形设计的要求 穿 线交点 初定路线导线 初定出交点 敷设曲线 按照路中线计划通过部位选取且 注明各弯道的圆曲线的长度 平面试线中要考虑平 纵 横配合 满足线形设计和 5 标准 的规定和要求 综合分析地形 地物等情况 穿出直线并选定曲线半径 4 修正导向线 纵断面控制 在平面试线的基础上点绘出粗略纵断面地形线 可用分规直接在 图纸上量距 确定地面标高 进行初步纵坡设计 并根据纵坡设计情况修正平面线 形 横断面校核 根据初步纵坡设计 计算出路基填挖高度 绘出工程困难地段的路 基横断面图 如地面横坡陡或工程地质不良地段等 根据路基横断面的情况修平面 线形 5 定线 经过几次修正后 最终确定出满足 标准 要求 平纵线型都比较合适的路线导 线 最终定出交点位置 一般由交点坐标控制 2 1 4 路线方案的比选 如有路线局部方案 应分别进行定线设计 经论证比较定出推荐方案 路线 方案比较选择主要考虑下列因素 路线长度 平 纵面线形指标的高低及配合情况 占地面积 工程数量 路基土石工程数量 桥梁涵洞工程数量 等 方案的论证 方 案一 所设计的线型包括基本型 S 型 C 型三种类型设置 7 个交点 且各种曲线配 合得当 没有出现最小极限半径和一般最小半径的情况 方案二 路线总长度较方案 一长上些 线型相对较差填挖方量也比路线一大 综合上述方案一所选线型占地面积和工程量较方案二好些因此选择方案一做为设 计线路 进行全面细致的设计 2 2 路线平面设计 根据路线几何线形设计要求 确定路线平面线形各要素及其他们之间的配合 线 形应与地 地物相适应 与道路所经地带的地形 地物 环境 景观相协调 而且减 少工程数量 节省投资 2 2 1 确定各平曲线半径及缓和曲线长度 由 公路工程技术标准 JTGB01 2003 规定 当平曲线半径小于等于 250m 时 应设置加宽 当平曲线半径大于等于 1500m 时可以不设置缓和曲线和超高 超高的 横坡度计算由行车速度 半径大小 结合路面类型 自然条件和车辆组成等情况确定 二级最大超高不应大于 8 在积雪地区不宜大于 6 当超高横坡度的计算值小于 路拱坡度时 应当设等于路拱坡度的超高值 极限最小半径 规范值 125m 22 60 135 1271270 130 08 V Rm i 6 一般最小半径 规范值200m 22 60 202 5 1271270 060 08 V Rm i 不设超高最小半径 规范值 22 60 1417 1271270 0350 015 V Rm i 1500m 平曲线一般最小长度按3倍极限长度计算 规范值300m 3 100300Lm 缓和曲线最小长度按3秒计算极限长度 规范值50m 60 1000 350 60 60 Lm 由中华人民共和国行业标准 公路路线设计规范 JTG D20 2006 知 同向曲线 间为了防止出现组合出现断臂曲线宜在两同向曲线间设置不小于6V的直线段 反向 曲线间为了设置适当长度距离改变行车方向宜在两反向曲线间设置不小于2V的直线 段 表2 1 平曲线规范规定汇总表 序 号 名称取值说明 1 平曲线一般最小半径 200m 在一般情况下应尽量使用大于一般最小半径的曲线 半径 规范规定 原曲线半径不宜超过10000m 只 有在地形条件限制时采用 2 平曲线极限半径 125m 只有当地形条件特殊困难或受其它条件严格限制时 方可采用 3 不设超高最小半径 1500m 路拱 2 4 平曲线一般最小长度 300m 9s行程计 5 平曲线极限最小长度 100m 6s行程计 6 同向曲线间最小直线长 度6V 360m 按照实际工程经验在山区工程可以在一般困难地区 保证4V 240m 在工程十分艰巨困难处可以采用 3V 180m 但在采用低值时应避免在直线上设置凹形 竖曲线 7 反向曲线间最小直线长 度为2V 120m 按照实际工程经验山区公路此指标比较容易满足 8 缓和曲线最小长度 50m 3秒行程 9 最大超高 6 越岭段纵坡较大将最大超高值由8 减小至6 可以减 小合成坡度 保证车辆在雨天 冰雪天气的行车安 7 全 10 超高渐变率 1 125 边线 线性超高 11 原曲线加宽第三类线性加宽 12 会车视距 150m 两倍停车视距 2 2 2 设计确定平曲线的原则 1 在条件允许的情况下尽量使用大的曲线半径 R 10000m 2 一般情况下使用极限半径的 4 8 倍或超高为 2 4 的原曲线半径值 即 390 1500m 为宜 3 从现行设计要求方面考虑 曲线长度按最小值 5 8 倍 4 地形受限时曲线半径应该尽量大于一般最小半径 5 从视觉连续性角度 缓和曲线长度与平曲线半径间应有如下关系 9 s R LR 6 为使线形连续协调宜将回旋线与原曲线长度比例定位 1 1 1 当曲线半径较 大 平曲线较长时 也可以为 1 2 1 7 尽量保证全线指标均衡 根据设计资料 本次设计段路为二级路 设计速度为 60 公里 小时 设计年限为 15 年 全线共设 7 条平曲线 其中包含基本型 S 形和 C 形曲线等曲线 2 2 3 特殊线形设计方法 1 基本型 按直线 回旋线 圆曲线 回旋线 直线的顺序组合 为了使线形连续协调 宜 将回旋线 圆曲线 回旋线的长度比设计成1 1 1 当半径较大 平曲线较长时 也可 以将回旋线 圆曲线 回旋线的长度比设计成1 2 1等组合形式 8 JD6 图 2 1 基本型曲线 例如对于交点 JD6交点桩号 K55 334 153 偏角为 66 11 26 7 200 s Lm 300 Rm 2424 33 200200 5 53 24238424 3002384 300 ss LL pm RR 33 22 200200 99 63 22402240 300 ss LL qm R 0 66 11 26 7 tan3005 53tan99 63298 77 22 h TqRpm 0 66 11 26 7300200546 57 180180 hs LRLm 0 66 11 26 7 sec3005 53 sec30064 698 22 h ERpRm 22 298 77546 5750 97 hhh JTLm 2 S 型曲线 9 JD1 JD2 3 ZH Ls 200 4 5 HY R 350 6 7 8 QZ YH Ls 200 9 K52 GQ Ls 200 1 2 HY R 415 930 3 4 QZ YH Ls 200 5 6 HZ 7 图2 2 S型曲线 例如JD1 JD2组成S型 交点桩号为K51 718 283 偏角为左77 38 45 3 交点桩号为K52 355 705 偏角为右61 13 43 7 交点间距 L 733 4848 m 设计曲线 1的半径和缓和曲线长 1 350 Rm 1 200 s Lm 33 11 1 22 1 200200 22402240 350 99 728 ss LL q R m 22 1 1 1 200 2424 350 4 762 s L P R m 1111 77 38 45 3 tan3504 762 tan99 728 22 385 187 o h TRPq m 21 733 4848385 187348 298 hh TLTm 拟定 2 200 s Lm 332 22222 2 240200 2200 240 ss qllRR 10 22 2222 24200 24 s plRR 0 2 222222 32 2 611343 7 tan200 24tan200 2 22 200 240 h TRpqRR R 2 1 由上两式解得m 2 415 93R 在 1 到 1 3 之间 12 350 415 930 841RR 11 22 222 415 93 200288 42 s AR L 11 22 111 350 200264 575 s AR L 21 1 091 5AA m 3232 2222 2 240200 2200 240 415 93 99 807 ss qllR m 22 222 24200 24 415 934 007 s plR m 0 2222 611343 7 tan415 934 007 tan99 807 22 348 295 h TRpq m m 各项验算满足要求 1212 0 003 4013 82 hh LLTTAA 3 C 型曲线 11 JD3 JD4 1 ZH Ls 180 2 3 HY R 600 4 5 QZ YH Ls 180 6 7 GQ Ls 100 8 HY R 312 160 9 QZ YH Ls 100 K54 HZ 12 图2 3 C型曲线 例如JD3 JD4组成C型 交点桩号为K53 911 851 偏角为左34 10 8 3 交点桩号为K54 642 886 偏角为左52 39 8 3 交点间距L 480 1042m 设计曲线 1的半径和缓和曲线长R1 600m m 1 L180 s m 332 1111 2 240180 2 180 240 60089 933 ss qllR m 2 111 24180 24 600 0 0125 s plR m 1111 tan275 03 2 h TRpq m 21 480 1042275 03205 074 hh TLT 拟m 2 100 s L 332 22222 2 240100 2 100 240 ss qllRR 22 2222 24100 24 s plRR 0 2 222222 32 2 52 39 8 3 tan100 24tan100 2 22 100 240 h TRpqRR R 2 2 12 由上两式解得m 2 312 16R 11 22 111 600 180328 633 s AR L 11 22 222 312 16 100176 652 s AR L m 332 2222 2 240100 2 100 240 312 1649 995 ss qllR m 22 222 24100 24 312 161 335 s plR m 0 2222 52 398 3 tan312 16 1 335 tan49 995205 074 22 h TRpq m 则各项验算满足要求 12 0 hh LLTT 4 主点里程桩号计算公式 以 JD6为例 ZH JD6 Th1 K55 334 153 298 77 K55 035 382 HY ZH Ls1 K55 035 382 200 K55 235 382 HZ ZH Lh K55 035 382 546 57 K55 581 957 YH HZ Ls2 K55 581 957 200 K55 381 957 QZ 点位于圆心 O 与连线上 通过计算的角度值计算出来 6 JD 1 298 7799 63 arctanarctan33 096 3005 53 h Tq Rp 半支曲线长度为 1h L 1111 273 288 180 hs LRL QZ ZH K55 035 382 273 288 K55 308 670 1h L 式中 ZH 第一缓和曲线起点 直缓点 HY 第一缓和曲线终点 缓圆点 QZ 圆曲线终点 曲中点 YH 第二缓和曲线终点 圆缓点 HZ 第二缓和曲线起点 缓直点 根据路线几何线形设计要求 确定路线平面线形各要素及其他们之间的配合 线 形应与地形 地物相适应 与道路所经地带的地形 地物 环境 景观相协调 而且减少 工程数量 节省投资 在以上工作完成后 即可以绘制等高线根据中桩地面高程以及横断面数据利用内 差绘制等高线 13 年 全线共设 7 条平曲线 其中包含基本型 S 形和 C 形曲线等多种曲线 2 2 4 编制直线及转角一览表 根据所得数据填写直线转角一览表 2 2 5 平面图标注 路线起终点里程 交点位置及编号 公里桩 百米桩 水准点地物 人工构造物 曲线主点桩号 曲线要素表 坐标网格等 2 2 6 弯道视距的检查 对于曲线内侧受建筑物 树木 路堑边坡等限制较严的弯道应进行视距检查 对 于需要进行工程处理来保持视距的弯道绘出视距包络图 2 2 7 绘图 根据路基横断面设计图确定出公路用地范围 并据此绘出公路用地图 比例尺 纵向 1 2000 横向 1 1000 图上标出百米桩左右两侧的用地范围 连结细实线 并注 上占地宽度 各曲线要素点要标出 单曲线内中桩坐标计算 2 2 8 路线布设中遇到的主要问题及处理措施 1 路线布设中的主要问题 在山岭区修建公路无论其在设计方面还是在施工方面 其难度都是比较大的 相应 的工程造价也要高出平原区公路很多 同时 由于我国的绿化工作已得到全民的高度 重视 封山育林 退耕还林正在积极运作 森林植被的恢复和发展较快 因此 公路的 修建将不可避免地对原有的森林植被 景观 地貌造成破坏 如何充分利用山岭区的 地形 地貌 巧妙的对线形进行布设 尽可能减小工程量 降低工程造价 是山岭区公 路设计过程中必须认真考虑的 2 路线布设中的主要问题的解决 根据 公路工程技术标准 中规定的指标 山岭及重丘区采用的计算行车速度一 般为 80km h 60km h 特殊情况也可能采用 40km h 的计算行车速度 由于计算行车速度的不同 其指标差异很大 影响的工程数量也是十分巨大的 因此 合理的选用计算行车速度作为控制指标 是控制设计标准和工程造价的决定因 素 在确定计算行车速度以后 如何采用合适的技术指标是保证行车安全 舒适以及 控制工程造价的关键 我认为 在指标选取时 应采用本计算行车速度指标与上一计 算行车速度指标的中值作为全线的控制指标较为合理 同时 应避免采用极限指标 具体理由如下 1 较高的线形指标是可以更好的保证行车安全 舒适的必要条件 14 2 可以做到工程造价不会有过大的增加 3 可以较好的做到平面及纵断面线形与地形 地貌有机的结合 尽可能减小对 原有景观及地貌地破坏 在具体的选线工程中 应注意以下问题 1 线形指标运用上要做到均衡 舒展 避免长直线接小半径的平曲线等现象出 现 2 除非特殊限制 建议少用复合曲线 3 直线段长度尽管在 路线设计规范 中做了长度限制 但我认为这不是绝对 的 应该结合地势综合决断 必要时 可采用标志牌提示或景观设计来弥补长直线的 不足之处 4 对于设置缓和曲线的平曲线缓和曲线长度应在满足规范规定的前提下尽可能 取大值 其长度宜为规定值的 2 3 倍 5 在北方冰冻积雪地区 路线应尽可能选在阳坡面上 在平面线形布置上应尽量与地形相结合 宜采用曲线定线法 具体做法为在选线 时首先在地形图上确定平曲线的位置和曲率半径 然后插入直线进行连接 相应的平 曲线可以采用单曲线 对称曲线非对称曲线 卵形曲线和复曲线等 2 3 路线纵断面设计 2 3 1 设计原则和方法 1 设计原则 1 纵坡设计必须满足 标准 的各项规定 2 为保证车辆能以一定速度安全顺利地行驶 纵坡应具有一定的平顺性 欺负 宜过大和过于频繁 尽量避免采用 规范 中的极限纵坡值 留有一定的余地 3 设计应对沿线地形 地质 水文 地下管线 气候和排水等综合考虑 并根 据需要采取适当的技术措施 以保证道路的稳定与通畅 4 一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方和其他工程数量 以降低造价和节省 用地 5 山岭重丘区地形纵坡设计应考虑纵向填挖平衡 尽量使挖方运作就近路段填 方以减少借方和废方 称为填挖平衡 新建公路的路基设计标高 二级公路采用路基边缘标高 在设置超高 加宽地段 为设超高 加宽前该处边缘标高 2 设计方法 1 根据各里程桩号及对应的地面高程 在米格线上按横向 1 2000 纵向 15 1 200 点绘出路线地面线 2 根据 公路路线设计规范 规定 二级公路山岭重丘区最大纵坡为 6 最小 坡长不能小于 150m 最大坡长视不同坡度而定 二级公路山岭重丘区最大容许合成 坡度为 5 5 当陡坡与小半径平曲线重迭时 在条件允许的情况下 宜采用较小的 合成坡度 为保证路面排水迅速 各级公路的最小合成坡度不宜小于 0 3 最好不 小于 0 5 在超高过渡的变化处 合成坡度不应设计为零 任意连续 3000m 路段范 围内的平均纵坡不宜大于 5 5 确定设计高程时 应根据 公路路线设计规范 规定公路的最大纵坡 限制坡长 纵坡折减 合成坡度等 并结合路线起终点 桥隧 交叉口 越岭线垭口 沿溪线水 位等控制点和经济点的高程 确定出公路路线纵断面设计线 该设计线必须满足技术 标准 又尽可能照顾平 纵面线形的协调 同时还是最经济的设计 3 高程纵断面设计线不宜太碎 应保证最小坡长要求 还不能超过最大坡长的 要求 变坡点位置最好选择在整 50m 桩号上 变坡点高程精确到小数点后三位 中 桩精度小数点后三位 坡度值为 0 00 4 纵断面图的详细设计 确定各变坡点处竖曲线半径同时满足曲线的最小长度 计算各竖曲线要素 根据设计资料绘制出路线中桩点的地面线 并写出纵断面设计图 的地质土壤情况 地面标高里程桩号 桥涵位置 孔径 结构类型 水准点的高程和 位置 坡度 填挖高度 与公路交叉的位置 纵坡设计应考虑汽车的性能 有利于安 全 提高车速 减少大气污染 应当避免出现小于 0 3 的不利于排水的纵坡度 5 平 竖曲线的组合 平 竖曲线应相互重合 且平曲线应稍长于竖曲线 平 竖曲线大小应保持均衡 选择合适的合成坡度 6 竖曲线要素的计算 由 规范 查的主要技术经济指标 规范 规定 级公路 山岭重丘区凸形竖曲线最小半径为 2000m 极限最小半径为 1400m 凹形竖曲线最小 半径为 1500m 极限最小半径为 1000m 竖曲线最小长度为 50m 在进行竖曲线线 形设计时 应考虑相邻竖曲线的衔接问题 参照 规范 要求 结合本段路的实际情况 设置竖曲线 竖曲线设计完成之后 应计算其竖曲线要素 具体数值见路线纵断面图 现将计 算公式摘录如下所示 RL 2 3 12 ii 2 4 16 22 LR T 2 5 R T E 2 2 2 6 注 R 竖曲线半径 T 竖曲线切线长 E 外距 前段坡线坡度 2 i 后段坡线坡度 1 i 当 0 时为凹型竖曲线 0 时为凸型竖曲线 以变坡点桩号为 K55 310 00 高程为 378 9m 竖曲线 12 0 99 2 26 ii 半径 R 18000m 为例 计算竖曲线要素 为凸形 21 0 02260 00990 0127ii 曲线长 18000 0 0127228 6LRm 切线长 228 6 114 3 22 L Tm 外距 22 114 3 0 363 22 18000 T E R 计算设计高程 竖曲线起点桩号 K55 310 00 114 3 K55 195 7 竖曲线起点高程 378 9 114 3 0 0099 380 03 竖曲线终点桩号 K55 310 00 114 3 K55 424 3 竖曲线终点高程 378 9 114 3 0 0226 376 32 注 起点位于上坡段取负 起点位于下坡段取正 切线高程 竖曲线起点高程 xi 设计高程 切线高程 h 填挖高度 设计点高程 地面高程 式中 凹型竖曲线取正 凸型竖曲线取负 17 计算点到竖曲线起点距离x 坡线的中纵坡度 上坡取正 下坡取负 i h 竖曲线上任意点的距离 7 标高计算 施工标高 填挖高度 设计标高 地面标高 竖曲线上点的设计标高 切线高程 竖曲线改正值 将标高计算结果按要求填于对应纵断面图上 2 3 2 纵断面设计中遇到的主要问题及解决方法 由于本路线起终点间高差较大 在纵断面设计中会出现连续爬坡或连续下坡的情 况 而纵坡越陡 坡长越长 对行车影响越大 主要表现在使行车速度显著下降 甚 至要换较低排挡克服坡度阻力 易使水箱开锅 导致汽车爬坡无力 甚至熄火 下坡 行驶制动次数频繁 易使制动器发热而失效 甚至造成车祸 当连续陡坡由几个不同坡度值的坡段组合而成时 应对纵坡长度受限制的路段采 用平均坡度法进行验算 即 i i li i l 均 2 7 连续陡坡路段的平均纵坡 i均 坡度的实际坡长 m i li 当连续纵坡大于坡长限制时 为了避免出现此种情况 应在不大于表 2 1 所规定 长度处设置缓和坡段 用以恢复在陡坡上降低的速度和保证安全 表 2 2 各级公路纵坡长度限制 设计速度 km h 1201008060403020 390010011001200 47008009001000110011001200 5 6007008009009001000 坡度 6 500600700700800 2 3 3 平纵线形设计应注意避免的组合 公路路线设计规范 规定计算行车速度 60km h 的公路 必须注重平 纵线形 18 的合理组合 不仅应满足汽车运动学和力学的要求 而且应充分考虑驾驶者在视觉平 纵线形设计应注意避免的组合 1 应避免在凸型曲线的顶部和凹型竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合 2 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠 3 设计速度大于 40 千米 时的道路 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 4 在长平曲线内 要尽量设计成直坡线 避免设置短的 半径小的竖曲线 5 平 竖曲线半径都很小时不宜重合 此时应将两者分开 把二者拉开相当距 离 使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上 2 4 本章小结 本章对公路纸上定线和方案的确定进行了详细介绍 同时包括了路线平面设计 平曲线半径及缓和曲线长度计算 等高线的绘制 平曲线的超高计算 路线纵断 面设计 点绘地面线 拉坡 调坡 定坡 确定纵坡度 变坡点的位置 纵断面图的详 细设计以及竖曲线要素计算等 还阐述了平 竖曲线的组合方式及平纵线形设计应 注意避免的组合 19 第 3 章 路基路面及排水 路基是公路的重要组成部分 它是按照路线位置和一定技术要求修筑的带状构造 物 承受由路面传来的荷载 必须具有足够的强度 刚度 稳定性和耐久性 中期设 计在公路设计中占有重要的地位 3 1 路基设计 由 公路工程技术标准 JTGB01 2003 规定一级公路 山岭区的有关技术标准 表 3 1 路基参数表 路基宽度 m 路基边坡坡度 路面宽度 m 右侧硬路肩宽度 m 土路肩宽度 m 边沟坡度 10 001 1 58 50 750 751 1 5 路基横断面由路面宽度 路拱横坡度 路肩 路基宽度 路基边沟 截水沟 取土坑 弃土坑 公路用地等组成 路拱横坡度取 2 土路肩为 3 路基边坡为 1 1 5 在设计边沟的深度为 0 6 m 宽度为 0 6m 外侧边坡坡度均为 1 1 5 3 1 1 边坡的确定 路基边坡坡度对路基稳定性十分重要 确定路基边坡坡度是路基设计的重要任务 其大小取决于边坡的土质 岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度 一 般路基的边坡坡度可根据多年实践经验和设计规范推荐的数值采用 1 路堤边坡 一般路堤的边坡度可根据填料种类和边坡高度按规定坡度选用 路堤边坡坡度超 高时 单独设计 陡坡上路基填方可采用砌石 2 路堑边坡 20 土质路堑边坡应根据边坡高度 土的密实程度 地下水和地面水的情况 土的成 因和生成时代等因素选定 岩石路堑边坡 一般根据地质构造与岩石特性对照相似工 程的成功经验选顶边坡坡率 3 1 2 路基高度的确定 路基的填挖高度 是在路线纵断面设计时综合考虑路线纵坡要求 路基稳定性和 工程经济等因素确定 从路基的强度和稳定性要求出发 路基上部土层应处于干燥或 中湿状态 路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定 路基的最小填土高度 路基横断面设计是在横断面测量所得的数据点绘到横断面上 按纵断面设计确定的填高度和平曲线上的超高 加宽值逐桩绘出路基横断面设计图 并 计算的填挖中桩高度 填方面积和挖方面积分别标注于横断面图上 填 挖方面积的计算方法 填挖面积的计算方法包括积距法 几何图形法 混合法 求积仪法 本设计采用 积距法 图 3 1 横断面计算图 如图每隔 1cm 量出高度累计相加由于比例尺为 1 200 结果乘以 4 得到填挖方面最 后把结果减去 填方 或加上 挖方 路面结构层面积即得该断面的填挖方面积 对于半 填半挖路段 填挖面积应该分别写出 3 1 3 加宽 超高设计 1 加宽 当半径小于等于 250m 时 为了保证车的安全 曲线段上的正常宽度应做适当的 加宽 半径大于 250 时不加宽 2 超高 二级公路设计时速为 60km h 时 当平曲线半径小于 1500m 时为让汽车在曲线上 行驶时能够获得一个指向曲线圆心的横向分力 以克服离心力对行车的影响应设置超 21 高 本设计中超高的设置方法采用的是绕边线旋转的方法 超高的形成过程包括提肩 阶段 双坡阶段和旋转阶段 3 超高值的计算 路基设计调和一般是指路肩边缘的高程 在超高设置段路基及中线的填 挖高度 内改变 因此在该段应对超高值进行计算 1 正常断面 303 3323 202 2212 101 111 i ii I ii i i HH ibHH HH ibHH HH ibH 3 1 2 全超高断面 11 222 323 011 02012 2 03023 3 ih iih iih h Hbb i HHb i HHb i Hbi HHb i HHb i 3 2 3 双坡断面 双坡阶段长度 Lc h ii i x 1 0 2 当时 003 0 2 0 11 1 x bi P 11 11 1 11 0 660 003 0 22 bi bi p bi x 当超高的过渡设在回旋线的某一区段范围之内 Lc2 00 28 低 中 高液限 粘土 0 30 0 500 40 0 600 50 0 700 60 0 95 中湿路基 粉土 粉质粘土0 40 0 600 50 0 700 60 0 850 70 1 10 低 中 高液限 粘土 0 40 0 600 50 0 700 60 0 900 75 1 20 潮湿路基 粉土 粉质粘土0 45 0 700 55 0 800 70 1 000 80 1 30 表 3 8 综合系数 kc 公路等级高速公路一级公路二级公路三 四级公路 Kc1 301 251 201 10 2 交通分析 由 公路水泥混凝土路面设计规范 JTG D40 2003 二级公路的设计基准为 15 年 安全等级为三级 临界荷载处的车辆轮迹横向分布系数取 0 54 交通年平均 增长率为 7 0 为单轴双轮 设计初年交通量 中型车 1100 辆 日 中型车中各种车 型所占比例为 解放 CA10B 36 36 1100 396 辆 日 东风 EQ140 33 33 1100 363 辆 日 解放 CA390 31 31 1100 341 辆 日 大型车 1080 辆 日 大型车中各种车型所占比例为 黄河 JN150 12 12 1080 130 沃尔沃 N8648 12 12 1080 130 黄河 JN162 13 13 1080 141 根据规范查得 我国常用汽车路面参数 轴载换算结果见下表 车型轴型轴重 i NiNsi 前轴19 40620 303960 解放 CA10B 后轴60 8513960 前轴35 00481 303410 解放 CA390 后轴70 1513411 173 前轴23 70569 103630 东风 EQ140 后轴69 2013631 004 前轴49 00416 501300 598 黄河 JN150 后轴101 601130167 588 前轴59 50383 1014113 329 黄河 JN162 后轴115 0011411319 425 29 前轴55 00396 301623 612 沃尔沃 N8648 后轴120 0011622403 495 10634Nsi Ns 3 6 16 1 100 i i n i i P N 3 7 43 0 3 1020 2 ii p 3 8 22 0 5 1007 1 ii p 3 9 22 0 8 1024 2 ii p 式中 Ns 100KN 的单轴 双轮组标准轴载作用次数 Pi 单轴 单轮组 单轴 双轮组 双轴 双轮组或三轴 双 轮组轴型 i 级轴载的总重 KN N 轴型和轴载级位数 Ni 各类轴型 i 级轴载的作用次数 轮轴型系数 单轴 单轮组时 按 3 5 式算 单轴 双轮组时 i i 1 双轴 双轮组时 按 3 6 式算 三轴 双轮组时 按 3 7 计算 标准轴载累积作用次数 36511 t r r Nsg Ne g 15 4 365 39111 0 071 0 54 0 07 1937 1 10 次 0 54 根据 公路水泥混凝土路面设计规范 JTJD40 2002 表 3 0 5 交通 分级知 Ne 在 100 至 2000 万次之间 属重交通 式中 临界荷载处的车辆轮迹横向分布系数 根据 公路水泥混凝土路面设 计规范 3 JTJD40 2002 表 A 2 2 车辆轮迹横向分布系数知 二级及二级以下公 路行车道宽度7m 时 0 54 0 62 注 车道或行车道宽度或交通量较大时 取 高值 反之 取低值 3 初步拟定