高速公路毕业设计

西 南 交 通 大 学 本科毕业设计 论文 德格一级公路 两河口至老街子段路基路面组合设计 年 级 123123323 学 号 fhfhfhfhfh 姓 名 fghfhgfhgfhgf 专 业 土木工程 指导老师 fhfhfhfhf 2009 年 04 月 西南交通大学本科毕业设计 论文 2 院 系 dgdgdgdgdg 专 业 dgdgdgdgdg 年 级 dgdgdgdgdgdgdgd 姓 名 fdgfdgdgdgdgdgdgd 题 目 德格一级公路两河口至老街子段路基路面组合设计 指导教师 评 语 指导教师 签章 评 阅 人 评 语 评 阅 人 签章 成 绩 答辩委员会主任 签章 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 3 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 班 级 dgdgdgdgdg 学生姓名 dgdgdgdgdgd 学 号 dgdgdgddd 发题日期 2009 年 04 月 10 日 完成日期 月 日 题 目 德格一级公路两河口至老街子段路基路面组合设计 1 本论文的目的 意义 通过路基路面结构设计 方案比较和专题设计 加深学 生对已学理论的理解及掌握 培养学生综合应用有关理论进行道路工程设计的能力 2 学生应完成的任务 设计说明书 毕业实习报告和英文翻译原稿与译稿 其中设 计说明书应包括横断面设计路线设计 平面设计 路基边坡支防护工程专题设计 水泥混凝土及沥青路面结构设计 路面结构的细部设计 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 4 3 论文各部分内容及时间分配 共 12 周 第一部分 周 第二部分 周 第三部分 周 第四部分 周 第五部分 周 评阅及答辩 周 备 注 指导教师 年 月 日 审 批 人 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 5 摘 要 本设计为德格一级公路两河口至老街子段路面组合设计 本设计包括平面线形设计 线路横断面设计 刚性路面和柔性路面设计比选方案 标准断面排水 混凝土路面 接缝设计 路肩等细部构造设计等等 关键词 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 6 Abstract 正文略 key words 西南交通大学本科毕业设计 论文 7 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 1 公路发展概况 1 2 设计概况 第 2 章 平面设计 2 1 公路等级的确定 2 2 设计行车速度的确定 2 3 选线设计 2 4 平面线形设计 第 3 章 纵断面设计 3 1 纵断面设计原则 3 2 纵坡设计的要求 3 3 纵坡设计的步骤 3 4 竖曲线设计 第 4 章 横断面设计 4 1 横断面设计原则 4 2 超高的确定及过渡方法 4 3 超高值的计算 4 4 路基设计的内容 4 5 横断面的绘制 第 5 章 排水设计 5 1 排水设计的原则 5 2 排水设计的具体步骤 5 3 路面排水设计 5 4 排水系统分析 第 6 章 路面设计 6 1 路面设计的内容 6 2 路面设计步骤 6 3 路面设计 第 7 章 设计总结 主要参考文献 西南交通大学本科毕业设计 论文 8 第第 1 1 章章 绪论绪论 纵观当今世界 经济发达的强国 无一不是公路发达的国家 公路已成为一个 国家生产力是否发达的重要标志 也是一个国家实力的重要组成部分 1 11 1 德格一级公路修筑的意义德格一级公路修筑的意义 本路段起点位于四川凉山州彝族自治州两河口 首先介绍凉山彝族自治州基本概况 凉山彝族自治州位于四川省西南部 总面积6 01 万平方公里 辖西昌 德昌 会理 会东 宁南 普格 布拖 昭觉 金阳 雷波 美姑 甘洛 越西 喜 德 冕宁 盐源及木里藏族自治县等17 个县市 616 个乡镇 是全国最大的彝 族聚居区和四川省民族类别最多 少数民族人口最多的地区 全州总人口415 48 万 凉山是一个资源十分富集 开发潜力巨大的地区 是四川省委 省政府确立 的 攀西资源综合开发区 的重要组成部分 党和国家领导人历来对这一地区的资 源开发和经济社会发展十分重视 富甲天下的水能资源 凉山境内江河纵横 水能资源极其丰富 理论蕴藏 量达 7100 多万千瓦 可开发量 4952 万千瓦 占全省的三分之一 流经凉山的 雅砻江 金沙江 大渡河 三江 流域 流量大 落差大 具有广阔的水电开发前 景 是国家 西电东送 的重要基地和骨干电源点 得天独厚的矿产资源 凉山地处著名的攀西裂谷成矿带 是我国乃至世界 罕见的 聚宝盆 被誉为 中国乌拉尔 境内矿产资源十分富集 具有品位高 埋藏浅 采取条件好 综合利用价值高的特点 现已探明矿种84 种 有相当 储量的达 60 种 其中大型 特大型矿床 30 处 中型矿床 63 处 极为丰富的农业资源 凉山光热丰富 雨量充沛 立体气候特征明显 农 业和生物资源极具特色 被誉为各类动植物的基因库 安宁河谷是四川省第二大 平原 素有 川南粮仓 美誉 是国家优质烟叶 储备烟叶 出口烟叶的重要基地 甘蔗平均亩产 5 吨以上 最高亩产达 15 吨 平均含糖量 13 5 蚕茧一年 可养四季 个大质优 单粒丝长达1200 米 各类蔬菜具有 早 优 高 稀 特 的优势 苹果 石榴 脐橙等水果享誉省内外 凉山是全省三大林区 三大牧 区之一 有林地 173 万公顷 森林覆盖率 30 6 活立木蓄积量达 2 3 亿立方 米 草地 241 万公顷 占总面积的 40 以上 牧草产量高 草质好 仅草本类 西南交通大学本科毕业设计 论文 9 优良饲草就达上百种 野生植物资源名目繁多 仅中草药就有2400 余种 被 称为 川南中草药宝库 绚丽多彩的旅游资源 凉山自然风光秀美 自然 人文景观遍布各地 民族民 俗风情别具特色 是四川省旅游资源最丰富的地区之一 终点攀枝花市境内老街子 攀枝花市是攀西地区最大的城市 地级市 是四川 南部地区最富裕的城市 也是四川省重点打造的四座特大城市之一 人均 GDP 四川 第一 城镇居民人均可支配收入四川第二 仅次于成都 连续两年区域综合竞争力 位居四川第二名 攀枝花市自然资源得天独厚 这里拥有丰富的矿产 水力和农 业资源和旅游资源 德格一级公路为攀高速公路组成部分 攀高速公路是国家实施西部大开发战 略 交通部规划的西部大通道甘肃兰州至云南磨憨口岸公路的重要组成部分 是 四川省高速公路网中的主干线之一 项目的建设对完善四川省总体路网规划布局 促进攀西地区经济发展具有重要意义 设计概况 本设计为德格两河口至老街子段一级公路组合设计 德格一级公路两河口至老街子位于四川省西部 地处青藏高原东南缘的横断山系凉 山高原中高山区 区内地势北高南低 向南微倾 山脉水系与地质构造线方向一致 呈 SN 走向 线路沿安宁河而行 安宁河属雅袭江一级支流 线区内呈 NS 流向 安 宁河河谷较为开阔 两侧 特别是东侧多可见大小不等的冲积阶地及泥石流堆积扇 体 区内羽状水系发育 有孙水河 河边河等次级水系 安宁河流量随季节变化大 雨季山洪暴发 河水漫溢 旱季时则河床暴露 甚至断流 据安宁河安于桥 漫水 湾水文站观测 最低 最高水位差 3 53 5 46m 年平均流量 40 6 114m3 s 最大流 量 2590m3 s 其流量变幅达 80 260 倍 本区属中亚热带季风气候 其主要特点是寒暑差异不大 雨旱两季分明 10 月至次 年 5 月为旱季 气候干爽 冬春多季风 蒸发量大 6 9 月为雨季 月降雨量 150 250mm 全年降雨量 1040mm 雨季连续无降水日数不超过 10 天 由于地形的 影响 安宁河谷与两岸山地气候差异比较明显 就安宁河河谷区 工程区 而论 年平均气温 13 最高气温 36 15 最低气温 10 7 气温日变化较大 多年平 均相对湿度在 69 左右 无霜期为 236 天 多年平均风速 2 4m s 最大风速 西南交通大学本科毕业设计 论文 10 20m s 无严寒酷暑 四季不太分明 年平均日照时数约 2400 小时 1 2 地层岩性 区内地层发育较为齐全 除石炭系外 从下元古界至新生界各系均有出露 震旦系 古生界和三叠系为一套海相沉积岩 间夹火山岩及火山碎屑岩 主要分布于工程区 以东地区 保罗系自主系为一套陆相地层 分布极广 新生界为不厚的冲积 洪积 泥石流堆积 冰积物 分布仅限于安宁河等河谷地带 1 3 地质构造 工程区位于川滇南北向构造带 E 级构造带一一安宁河断裂带北段 安宁河断裂带呈 SN 向延伸 由一系列规则的南北向分支断裂组成 断裂带宽 10 20km 延长约 700km 断裂面总体倾向东 倾角 73 80 为一组高角度的冲断层 历经多期构造 活动 形成和发展了以南北向构造为主体 并兼有北西向 北东向和东西向构造互 相穿插交切 形成南北呈条 东西呈块的构造格架 安宁河断裂是控制本区地层岩 相 岩浆岩体分布的深大断裂带 其多期活动性决定了本区复杂的岩浆岩体的形成 1 4 根据工程可行性研究报告 路段所在地区近期交通量调查资料以及根据交通调 查进行综合分析所得交通预测增长率如表 设计交通量预测年限取 20 年 经交通预 测 初步拟定采用双向四车道 计算行车速度 80km h 路基宽 22 5m 交通调查显示 本段所过车辆基本为解放 CA10B 解放 CA390 黄河 JN360 长征 XD160 太脱拉 111R 太脱拉 130S 日野 KF300D 等 本设计提供线路平面与横断面 纵断面设计 提供刚性与柔性路面两种方案比选 以下为对设计过程的详细说明 一 选线部分 首先本路段处于安宁河附近 海拔较高 沿途有河流 沟谷大量 的存在 并且有不良地址发育 因此在选线设计中均采取绕避的方法 但线路基本 平直 全线无超限坡 但考虑到线路拔起高度相对比较大 考虑到工程造价的问题 通过反复必选 线路线形基本合理 经过交通 20 年的预测 确定线路设计时速 80KM 线路半径按照规范选取 二 路面设计 本设计采用两套路面设计方案 分别为刚性路面和柔性路面 采 用规 公路沥青路面设计规范 报批稿 JTG D50 2004 公路水泥混凝土路面 设计规范 JTG D40 2004 采用以本规范为基础的设计软件 HPDS2003 进行路面 西南交通大学本科毕业设计 论文 11 的厚度及力学性能的验算 1 柔性路面的设计 本区属中亚热带季风气候 其主要特点是寒暑差异不大 雨 旱两季分明 10 月至次年 5 月为旱季 气候干爽 冬春多季风 蒸发量大 6 9 月 为雨季 月降雨量 150 250mm 全年降雨量 1040mm 石料磨光值 PSV 采用大于 42 一级公路采用设计年限 15 年因为年降雨量为 1040mm 大于 1000mm 所以面层 需要用集料与沥青粘附性宜达到 5 级 西南交通大学本科毕业设计 论文 12 第第 2 2 章章 平面设计平面设计 道路为带状构造物 它的中线是一条空间曲线 中线在水平面上的投影称为路 线的平面 路线平面的形状及特征为道路的平面线形 而道路的空间位置成为路线 路线受到各种自然条件 环境 以及社会因素的影响和限制时 路线要改变方向和 发生转折 2 12 1 公路等级的确定公路等级的确定 交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量 既单位时间通过道路某断面 的车辆数目 根据本路段交通量调查 近期交通组成与交通量近期交通组成与交通量 车型 解放 CA10B 解放 CA390 黄河 JN360 长征 XD160 太脱拉 111R 太脱拉 130S 日野 KF300D 小客车 数量 辆 日 1002502503001501503503850 年交通增长 率 5 5 7 7 5 5 5 5 5 8 3 含中型客车折算量 可得远景 20 年平均交通量大概是 28767 辆 日 依据 公路工程技术标准 JTG B01 2003 在综合考虑线路等级的情况下 拟定为双向四车道一级公路 本路段位 于川西高原 安宁河附近 线路在高程上限制较小 主要对平面障碍适当绕避 以 降低工程造价 本段年降雨量大约为 1040mm 应该对线路防排水做特别重视的设计 2 22 2 设计行车速度的确定设计行车速度的确定 设计车速 是在气候正常 交通密度小 汽车运行只受道路本身条件 几何 要素 路面 附属设施等 的影响时 一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大 行驶速度 依据 标准 从工程难易程度 工程量大小及技术经济合理的角度考虑 各级公路的设计车速按地形分为两类 由于位于高原地带 一级公路的时速拟定为 80KM 2 32 3 选线设计选线设计 2 3 12 3 1 选线的基本原则 西南交通大学本科毕业设计 论文 13 1 路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应 2 在对多方案深入 细致的研究 论证 比选的基础上 选定最优路线方案 3 路线设计应尽量做到工程量少 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标准 4 选线应注意同农田基本建设的配合 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 5 要注意保持原有自然状态 并与周围环境相协调 6 选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查 弄清其对道路的影响 7 选线应综合考虑路与桥 涵等的关系 2 3 22 3 2 选线的步骤和方法 A 选线 道路选线的目的就是根据道路的性质 任务 等级和标准 结合地质 地表 地物及其沿线条件 结合平 纵 横三方面因素 在纸上选定道路中线的位置 而 道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局 具体定出道路的交点位置 和选定道路曲线的要素 通过电子地图选线把路线的平面布置下来 a 全面布局 全面布局是解决路线基本走向的全局性工作 就是在起终点以及中间必须通过 的据点间寻找可能通过的路线带 具体的在方案比选中体现 路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应 限制和影响道路的走向的因 素很多 大门归纳起来主要有主观和客观两类 主观条件是指设计任务书或其他的 文件规定的路线总方向 等级及其在道路网中的任务和作用 我们的起终点就是由 导师师规定的 而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局 城镇以及地 形 地质 水文 气象等自然条件 上述主观条件是道路选线的主要依据 而客观 条件是道路选线必须考虑的因素 b 逐段安排 在路线基本走向已经确定的基础上 根据地形平坦与复杂程度不同 可分别 采取现场直接插点定线和放坡定点的方法 插出一系列的控制点 然后从这些控 制点中穿出通过多数点 特别是那些控制较严的点位 的直线段 延伸相邻直线的 西南交通大学本科毕业设计 论文 14 交点 即为路线的转角点 c 具体定线 本段起点为凉山州境内两河口 沿起点1000 米的范围内基本在安宁河附近 线路受高程限制较小 为缓坡地段定线 主要解决的矛盾是线路平面方向的障碍 问题 在大约为 360 米段有建筑物 考虑到减少拆迁的要求 做了适当的绕避处 理 同时为了尽量使线路为直线 以保证行车的舒适性及安全性 采用直线方案 前方 400 米外有一汇水的河谷 同样出于上述考虑 提前做好线路转向的处理 跨过汇水河谷以后 在距离起点 1000 米处有一陡峻的深谷 为了避免填挖量过 大极其路基的稳定 采用绕避的方式 综合考虑线路平顺性 采用直线 同时由 于客观上的限制 考虑到航空折线上限制 线路在1000 米处做了转向 然后沿 着航空折线的方向以直线通行 考虑的直线不能过长 以免驾驶员的视觉反应 及心理上的承受能力 在距离起点 2200 米做了适当的转向 同时 在这个范围 内有两个较大的深谷 考虑到尽量降低工程造价的目标 做了适当的绕避 线路 行进到此段以后 线路要进行长大范围的爬坡 线路高程在逐渐升高 由于走向 限制 线路要顺山而上 在距离目的点400 米的范围内有大量的农房 水塘 线路做了转向 然后直达老街子 2 2 3 3 3 3 方案选择 在选线过程中 从理论上讲 线路走向问题并没有正确与否的说法 只是在 技术上和经济上的可行性与造价低廉上有一定得要求 从个人主观上 设计者更 趋近于选择直线 这个正好和驾驶者心里相符合 但是 公路驾驶如果选择长大 直线 驾驶员容易产生心理上的懈怠和视觉上错觉 容易发生事故 由于本设计 指导教师指定选择下线方案 但一个起点和一个终点之间有许多供选择的方案 在综合考虑线路的平顺性 安全性 美观性 实用性的基础上 同时依据 标 准 在做了反复的比选论证之后 最后选择线路走向 线路走向合理明确 符合规定 同时在充分考虑了减少工程量的目的 为后续施工方便打好基础 2 42 4 平曲线要素值的确定平曲线要素值的确定 2 4 12 4 1 平面设计原则 1 平面线形应直捷 连续 顺舒 并与地形 地物相适应 与周围环境相协调 西南交通大学本科毕业设计 论文 15 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 为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶 应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变 4 应避免连续急弯的线形 这种线形给驾驶者造成不便 给乘客的舒适也带来 不良影响 设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线 5 平曲线应有足够的长度 如平曲线太短 汽车在曲线上行驶时间过短会使驾 驶操纵来不及调整 一般都应控制平曲线 包括圆曲线及其两端的缓和曲线 的最 小长度 2 4 22 4 2 平曲线要素值的确定 平面线形主要由直线 圆曲线 缓和曲线三种线形组合而成的 当然三个也可 以组合成不同的线形 在做这次设计中主要用到的组合有以下几种 A 基本形曲线几何元素及其公式 按直线 缓和曲线 圆曲线 缓和曲线 直线的顺序组合而成的曲线 这种线形是经常采用的 例如设计中的大多数点都是应用这个的 如下图一 缓和 曲线是道路平面要素之一 它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转 向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线 标准 规定 除四级路可以不设 缓和曲线外 其余各级都应设置缓和曲线 它的曲率连续变化 便于车辆遵循 旅 客感觉舒适 行车更加稳定 增加线形美观等功能 设计是要注意和圆曲线相协调 配合 在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果 在设计的时候还要注意缓和曲线长度确定除应满足最小 外还要考虑超高和加宽 的要求 所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要 求 根据 公路工程技术标准 JTG B01 2003 的规定如表 公路等级一级 地形高原山岭 圆曲线一般最小半径 m 400 圆曲线极限最小半径 m 250 平曲线最小长度 m 100 西南交通大学本科毕业设计 论文 16 缓和曲线最小长度 m 70 平曲线要素值表 要素 交点 R m T m L m La m a m JD150039 7679 30100 9 5 31 ID260060 56120 65100 11 31 40 JD3800107 35213 32100 15 17 9 JD41000132 26262 86100 15 4 7 考虑到线形的连续和驾驶的方便 相邻两平曲线之间应有一定得直线长度 直线 不宜太长 也不宜太短 特别是同向平面曲线之间不得设置短直线 以免产生视觉 差 由于 规范 规定 当设计速度大于 60km h 时 同向平曲线间的最小长度 以 m 计 以不小于设计速度 km h 的 6 倍为宜 当地形条件及其他特殊情况限制时 最小直线长度 以 m 计 不得小于设计速度 以 km h 计 的 3 倍 本设计路段在平 面选线中综合考虑各种因素选定的 在 JD1 转向角度 a 9 5 31 考虑到和 JD2 距离较近 所以选用较小的半径 500 米 同时 JD2 也出于同样的考虑选定圆曲线半 径 600 米 根据 标准 选定较大的回旋线的长度 有利于行车安全 同时在不违 背 标准 的前提下 线路尽量截弯取直 给后来的运营创造良好的条件 在 JD3 和 JD4 的选择上 在照顾到直线段不宜太长的规定下 尽量使用的是长直线 在 JD3 和 JD4 之间有较长的直线 不在考虑夹直线过长过短的问题 选择相对宽松些 具体的曲线要素如前表所示 西南交通大学本科毕业设计 论文 17 第第 3 3 章章 纵断面设计纵断面设计 沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面 由于自然因素的影响以及经 济性要求 路线纵断面总是一条有起伏的空间线 纵断面设计的主要任务就是根据 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 线的大小和长度 以便达到行车安全 迅速 运输经济合理及乘客感觉舒适的目的 3 13 1 纵断面设计的原则纵断面设计的原则 1 纵面线形应与地形相适应 线形设计应平顺 圆滑 视觉连续 保证行驶 安全 2 纵坡均匀平顺 起伏和缓 坡长和竖曲线长短适当 以及填挖平衡 3 平面与纵断面组合设计应满足 4 视觉上自然地引导驾驶员的视线 并保持视觉的连续性 5 平曲线与竖曲线应相互重合 最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两 个缓和曲线内 即所谓的 平包竖 6 平 纵线形的技术指标大小应均衡 7 合成坡度组合要得当 以利于路面排水和行车安全 8 与周围环境相协调 以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度 并起到引导视线的 作用 3 23 2 纵坡设计的要求纵坡设计的要求 1 设计必须满足 标准 的各项规范 西南交通大学本科毕业设计 论文 18 2 纵坡应具有一定的平顺性 起伏不宜过大和过于频繁 尽量避免采用极限 纵坡值 合理安排缓和坡段 不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡 连 续上坡或下坡路段 应避免反复设置反坡段 3 沿线地形 地下管线 地质 水文 气候和排水等综合考虑 4 应尽量做到添挖平衡 使挖方运作就近路段填方 以减少借方和废方 降 低造价和节省用地 5 纵坡除应满足最小纵坡要求外 还应满足最小填土高度要求 保证路基稳定 6 对连接段纵坡 如大 中桥引道及隧道两端接线等 纵坡应和缓 避免产 生突变 7 在实地调查基础上 充分考虑通道 农田水利等方面的要求 3 33 3 纵坡设计的步骤纵坡设计的步骤 1 准备工作 AutoCAD 图上先选定纵向极其横向比例尺 本设计纵向比例尺 为 1 200 横向比例尺为 1 2000 按比例标注里程桩号和标高 点绘地面线 里程 桩包括 路线起点桩 终点桩 交点桩 公里桩 百米桩 整桩 50m 加桩或 20m 加 桩 平曲线控制桩 如直缓或直圆 缓圆 曲中 圆缓 缓直或圆直 公切点等 桥涵或直线控制桩 断链桩等 2 标注控制点 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 铁路道口 城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等 3 试坡 在已标出 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 以控制点为依据 穿插与取直 试定出若干直坡线 反复比较各 种可能的方案 最后定出既符合技术标准 又满足控制点要求 且土石方较省的设 计线作为初定试坡线 将坡度线延长交出变坡点的初步位置 4 调整 对照技术标准检查设计的最大纵坡 最小纵坡 坡长限制等是否满 足规定 平 纵组合是否适当等 若有问题应进行调整 5 核对 选择有控制意义的重点横断面 如高填深挖 作横断面设计图 检 查是否出现填挖过大 坡脚落空或过远 挡土墙工程过大等情况 若有问题应调整 西南交通大学本科毕业设计 论文 19 6 定坡 经调整核对无误后 逐段把直坡线的坡度值 变坡点桩号和标高确 定下来 坡度值要求取到 0 1 变坡点一般要调整到 10m 的整桩号上 7 设置竖曲线 根据技术标准 平纵组合均衡等确定竖曲线半径 计算竖曲 线要素 8 计算各桩号处的填挖值 根据该桩号处地面标高和设计标高确定 3 43 4 纵断面设计纵断面设计 在已经汇出地形线的 AutoCAD 图上先根据 标准 规定的坡度进行试坡 由于本 设计为德格一级公路组合设计 线路等级为一级 依据 规范 可知最大纵坡为 5 但是考虑到经济性 同时由于客观上线路在高程上的限制较小 所以尽量选择 小坡度 当然 还要综合考虑填挖平衡 极其 标准 中规定的最大纵坡长度等综 合因素 由于电子定线在操作上有很高的灵活性 可以方便的试坡 放线 同时由 于本设计路段年降雨量为 1040mm 应照顾到后续排水的方便 坡度及长度设计 在 距离起点 798 米的范围内 经过比选 选用 1 坡度的线虽然有利于排水 但是造成 相对的填方过大 致使工程造价提高 基于这种考虑 再加上后续设计的需要爬坡 的需要 选用小坡度为首选 在本段选用 1 坡度 虽然坡度较小 但比平坡有利 排水 同时 在这种设计下 路基为填方路堤 在排水上其实在横向设置横坡便可 达到目的 在距离起点 798 7319 米开始 线路需要爬坡 但如果从坡底到坡顶使用 同一个坡度 虽然没超过最大坡度 5 的限制 但这样会造成一个连续下坡的设计 会在之后运营的过程中给行车造成危险 因为过长的小坡度连续下坡会使驾驶员思 想松懈 基于这种考虑 设计上采用分段设计的处理 在第一个变坡点后 240 米的 范围内采用 3 的坡度 同时 满足 标准 规定的最小坡长为 200 米的要求 这样 突然地拔起的目的在于在短距离获得较大的高程增高 为在后续设计上避免长下坡 创造条件 如此考虑 在变坡点 2 处后续 249 米范围设置 3 的小坡度 原本准备 设计平坡 以保证满足 标准 最大纵坡长度 但由于后续坡度都小于 3 在 标 准 中并未做硬性限制条件 设置 3 的纵坡目的有利于排水 在变坡点 3 后面路 程全部使用同种坡度 2 5 这个坡度值是完全进过前面多次比选得到的 正是由于 多次比选极其综合考虑 后面爬坡才比较顺利 坡度也不是很大 完全满足 标准 同时充分考虑到排水 运营上的安全和工程经济性的要求 3 53 5 竖曲线的选择竖曲线的选择 西南交通大学本科毕业设计 论文 20 根据 标准 公路纵坡变更处应设竖曲线 竖曲线最小半径和最小长度应符合表 3 0 18 规定 3 5 1 竖曲线最小长度和半径 竖曲线设计 首先应确定合适的半径 在不过分增加工程量的情况下 宜选用较大 的的竖曲线半径 前后两相邻纵坡的代数差小时 竖曲线应采用大半径 只有当地 地形限制或其他特殊困难时 才选用极限最小半径 选用竖曲线半径时 为了获得 更好的视觉效果 还应将竖曲线半径选得大一些 使视觉上感到舒适畅顺 有条件 时 宜选用 规范 所列视觉所需要的的最小竖曲线半径 3 5 2 满足超车视距路段凸形竖曲线半径 设计速度 km h 8060403020 凸形竖曲线 半径 m 3150012800420024001100 在第一个变坡点 BP1 坡度差为 3 1 0 029 而 规范 规定在设计时速 80km 时 竖曲线长 L 不小于 70 米 基于这种考虑 竖曲线半径 R 至少为 2413 79 米 所 以 按照 规范 所给的最小值为 3000 在本设计第一个变坡点选择 4000 米的竖 西南交通大学本科毕业设计 论文 21 曲线半径 在第二个变坡点 BP2 坡度差为 3 3 0 027 在满足竖曲线最小长度 情况下 此段需要设计至少 2592 59 米 但考虑到超车视距的凸形曲线 选择 40000 米的竖曲线半径 在这里选择大半径曲线既有利于行车安全 又有利于减少 工程填方量 选择大半径为合理设计 在变坡点三 BP3 坡度差为 2 5 3 0 022 出于同种考虑 在本变坡点最小竖曲线半径为 3181 82 米 同时本点为凹曲线 选 择 4000 米的竖曲线半径 具体竖曲线要素如表 3 5 3 所示 3 5 3 竖曲线要素表 要素 变坡点 R 半径 m T 切线长 m E 外距 m L 竖曲线长 m BP14000580 42116 BP2400005403 651081 BP34000440 2488 本设计段的纵断面在此一步完成暂告一段落 但需要特殊说明的在于路线小坡度 的长下坡 虽然各项都满足 规范 要求 但小坡度的长下坡更易引起驾驶人员的 松懈怠慢 容易造成事故 因此需要在坡顶安装显眼的警示标志 西南交通大学本科毕业设计 论文 22 第第 4 4 章章 横断面设计横断面设计 道路横断面 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构成 的 横断面设计线包括行车道 路肩 分隔带 边沟边坡 截水沟等设施构成的 4 14 1 横断面设计的原则横断面设计的原则 1 设计应根据公路等级 行车要求和当地自然条件 并综合考虑施工 养护和 使用等方面的情况 进行精心设计 既要坚实稳定 又要经济合理 2 路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外 还应设置完善的排 水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物 采用经济有效的病害防治措施 3 还应结合路线和路面进行设计 选线时 应尽量绕避一些难以处理的地质不 良地段 对于地形陡峭 有高填深挖的边坡 应与移改路线位置及设置防护工程等 进行比较 以减少工程数量 保证路基稳定 4 沿河及受水浸水淹路段 应注意路基不被洪水淹没或冲毁 5 当路基设计标高受限制 路基处于潮湿 过湿状态和水温状况不良时 就应 采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实 使路面具有一定防冻总厚度 设 置隔离层及其他排水设施等 6 路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要 4 1 1 行车道宽度的确定 根据本设计交通量近期估计公路的等级为双向四车道一级公路 时速 80km 则由 公路工程技术标准 JTG B01 2003 规定 一级公路的横断面尺寸按照 标准 选 取 路基面宽度取 24 50 米 车道宽度 3 75 米 中央分隔带宽度 3 0 米 标准 规定尺寸如表 4 1 1 表 4 1 2 表 4 1 3 和表 4 1 4 各等级路基宽度表 4 1 1 西南交通大学本科毕业设计 论文 23 路肩宽度表 4 1 2 中央分隔带宽度表 4 1 3 车道宽度表 4 1 4 西南交通大学本科毕业设计 论文 24 根据上述规定 线路的标准断面尺寸可以确定 具体细部尺寸见附图标准断面图 4 1 2 平曲线加宽及其过渡 汽车行驶在曲线上 由于各轮迹半径不同 其中以后内轮轮迹半径最小 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与安全 1 平曲线加宽值的确定 由 公路工程技术标准 JTG B01 2003 规定 二级 公路采用第 3 累加宽值 公路平曲线加宽 加宽 类型 平曲线 半径 m 汽车 轴距前悬 m 250 200 200 150 150 100 100 70 70 50 50 30 30 25 25 20 20 15 35 2 8 80 81 01 52 02 5 2 缓和曲线加宽 采用比例过渡 则加宽缓和段内任意点的加宽值 Bx LxB L Lx 任意点距缓和段起点的距离 m L 加宽缓和段长 m B 圆曲线上的全加宽 m 桩号 k72 269 634 加宽的值见下表 桩号加宽值桩号加宽值 k72 189 8390k72 294 5311 k72 239 8391k72 344 5310 k72 267 1851 对于 JD5的半径为 600 已经等于不设超高的最小半径了 大于 250m 由于加宽 值很小 可以不加宽 4 1 3 路拱的确定 西南交通大学本科毕业设计 论文 25 路拱是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 根据 公路沥青路面设计规范 JTJ014 97 规定 水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的 路拱横坡度 1 2 考虑到绵阳处于亚热带温润季风气候 终年温和湿润 因此取用 2 的横坡度 土路肩的排水性远低于路面 所以其横坡度取用 3 4 24 2 超高的确定及过渡方法超高的确定及过渡方法 4 2 1 超高的确定 超高是为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力 而将路面做成外侧 高于内侧的单向横坡的形式 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 而在缓和曲线上则是逐渐变化的超高 因此 从直线上的双向横坡渐变到圆 曲线上的单向横坡的路段 称作超高缓和段或超高过渡段 超高值的计算公式 ih u V2 127R i 超高横坡度 u 横向力系数 V 行车速度 km h R 圆曲线半径 m 根据规范规定 二级公路一般地区圆曲线部分最大超高值不大于 8 且考虑到 超高横坡度与路线纵坡组合而成的坡度 即合成坡度 规范规定二级公路山岭重丘 区的最大允许合成坡度不的大于 10 4 2 2 超高的过渡 此设计公路是无中间分隔带的 在直线路段的横断面均以中线为脊向两侧倾斜的 路拱 在曲线路段路面由双向倾斜的路拱形式过渡到具有超高的单向倾斜的超高形 式 外侧须逐渐抬高 在抬高过程中 若超高横坡度等于路拱坡度 则行车道外侧 绕中线旋转 直至与内侧横坡度相等为止 当超高坡度大于路拱坡度时 先将外侧 车道绕外边缘旋转 与此同时 内侧车道随中线的降低而相应降低 待达到单向横 坡后 整个断面仍绕外侧车道边缘旋转 直至超高横坡度 绕边线旋转超高值计算公式 超高位置计算公式注 西南交通大学本科毕业设计 论文 26 X X0X X0 外缘 hcbJ iJ bJ B ih 中线 h bJ iJ Bih 2 圆曲线上 内缘 h bJ iJ bJ b ih 外缘 hc x bJ iJ iG bJiG bJ B ih X Lc 中线 h x bJ iJ BiG 2 bJ iJ B 2 X ih Lc 过渡段上 内缘 h c x bJ iJ bJ bx iG bJ iJ bJ bx X ih Lc 1 计算结 果均为与设计 高之高差 2 临界断 面距缓和段起 点 X iG Lc ih 3 X 距离 处的加宽值 bx Xb Lc BJ 路肩宽度 iG 路拱坡度 iJ 路肩坡度 ih 超高横坡度 Lc 超高缓和段长度 X0 与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离 X 超高缓和段中任一点至起点的距离 hc 路肩外缘最大抬高值 h 路中线最大抬高值 h 路基内缘最大降低值 hc x X 距离处路基外缘抬高值 h x X 距离处路中线抬高值 h c x X 距离处路基内缘降低值 b 路基加宽值 bx X 距离处路基内缘降低值 4 34 3 超高值的计算超高值的计算 例如 桩号 JD6 西南交通大学本科毕业设计 论文 27 B 8 50m b 1 5m R 150m bJ 0 75m iG 2 iJ 3 ih V2 127R u 402 127 150 0 06 2 外缘 hc bJ iJ bJ B ih 0 75 3 0 75 7 2 0 17m 中线 h bJ iJ Bih 2 0 75 3 7 0 2 2 0 9m 内缘 h bJ iJ bJ b ih 0 75 3 0 75 1 5 2 0 02m 4 44 4 路基设计的内容路基设计的内容 路基设计的基本内容 就是确定路基边坡的形状和坡度 路基边坡的形状在在 本次设计中采用了直线 折线和台阶形 在填方边坡小于 8 时采用直线形 大于 8 小于 20 时采用折线形 当地形较陡 不容易放坡时 采用了重力式挡土墙 在挖方 边坡坡高较小时用直线形 当边坡中混合了土 石时在分界处变坡 即采用折线形 边坡 坡高较高时则采用台阶形 填挖方坡度值的取用综合了当地的地形和符合规 范的规定 具体如下 填方边坡坡度 边坡高度 m 边坡坡度填料种类 全部上部下部全部上部下部 粘质土 粉质土 砂类土 20812 1 1 51 1 75 砂 砾 12 1 1 5 砾类土 卵石土 漂石土 20128 1 1 51 1 5 不易风化 的石块 20812 1 1 5 1 1 5 挖方边坡坡度 边坡高度 m 土 岩石种类密实 风化程度 2020 30 西南交通大学本科毕业设计 论文 28 粉质土胶结 1 0 5 砂岩微风化 弱风化 1 0 3 泥岩微风化 弱风化 1 0 3 4 54 5 横断面的绘制横断面的绘制 道路横断面的布置及几何尺寸 应能满足交通 环境 用地经济 城市面貌等要求 并应保证路基的稳定性 本次横断面设计选择了路线的一公里来绘制 其中包括了桩 号 JD5 桩号 JD6 两个桩号 此段路的路基土石方数量见附表三路基土石方数量计算 表 路基设计的主要计算值见附表四路基设计表 第第 6 6 章章 路面设计路面设计 6 16 1 路面设计的原则路面设计的原则 路面结构是直接为行车服务的结构 不仅受各类汽车荷载的作用 且直接暴 露于自然环境中 经受各种自然因素的作用 路面工程的工程造价占公路造价的 很大部分 最大时可达 50 以上 因此 做好路面设计是至关重要的 路面设计内容应包括路面类型与结构方案设计 路面建筑材料设计 路面结 构设计和经济评价 6 1 1 路面类型与结构方案设计 路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件 使用要求 材料供应 施工和养护工艺等 并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确 定结构方案 由于路面工程量大 基垫层材料应尽可能采用当地材料 并注意使 用各类废弃物 必要时 应考虑采用新型路面结构形式 新材料 新施工工艺 同时 应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计 施工 养护等共同保证的 可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构 在本设计中 教师确定路面设计为本次设计重点 因此本次设计中提供刚性 路面和柔性路面的比选方案 同时分别在两个方案中分别提出两种比选方案 西南交通大学本科毕业设计 论文 29 通过最后的技术及经济比选 选择最优组合 6 6 1 1 2 2 设计软件介绍 在本次设计中采用软件 HPDS2003 路面力学分析软件 本软件符合 公路水 泥混凝土路面设计规 范 JTG D40 2002 及 公路沥青路面设计规范 JTG D50 2006 设计的 适合公路路面设计 软件 HPDS2003 提供刚性和柔性路面的计算 通 过设计弯沉值计算设计层厚度及容许拉应力验算设计层厚度 最后选择满足两条件 的厚度 软件输入通过人机对话输入 可结合当地可提供的材料方便输入 6 6 2 2 路面设计步骤路面设计步骤 本设计路面采用沥青混凝土 沥青路面结构设计有以下四步 1 根据设计任务书的要求 进行交通量分析 确定路面等级和面层类型 计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设计弯沉值 2 按路基土类与干湿类型 将路基划分为若干路段 在一般情况下路段长 不宜小于 500m 若为大规模机械化施工 不宜小于lkm 确定各路段土基回 弹模量 3 可参考规范推荐结构 见规范附录 A 拟定几种可能的路面结组合与厚 度方案 根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量 抗拉强度 确定各结构层材料设计参数 4 根据设计弯沉值计算路面厚度 对高速公路 一级公路 二级公路沥青混 凝土面层和半刚性材料的基层 底基层 应验算拉应力是否满足容许拉应力的要 求 如不满足要求 或调整路面结构层厚度 或变更路面结构组合 或调整材料 配合比 提高极限抗拉强度 再重新计算 上述计算应采用多层弹性体系理论编 制的专用设计程序 本设计采用 HPDS2003 程序 进行 对于季节性冰冻地区的 高级和次高级路面 尚应验算防冻厚度是否符合要求 进行技术经济比较 确定 采用的路面结构方案 设计时 应先拟定某一层作为设计层 拟定面层和其他各层的厚度 当采用 半刚性基层 底基层结构时 可任选一层为设计层 当采用半刚性基层 粒料类 材料为底基层时 应拟定面层 底基层厚度 以半刚性基层为设计层才能得到合 理的结构 当采用柔性基层 底基层的沥青路面时 宜拟定面层 底基层的厚度 西南交通大学本科毕业设计 论文 30 求算基层厚度 当求得基层厚度太厚时 可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做 上基层 以减薄路面总厚度 增加结构强度和稳定性 对高速公路 一级公路 二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层 底基层 应进行拉应力的验算 目前 以上计算 使用程序 HPDS2003 计算 6 6 3 3 路路面面设设计计 6 6 3 3 1 1 沥青路面结构设计标准 现行 公路沥青路面设计规范 的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计 控制指标 对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力 6 6 3 3 2 2 各层材料计算参数的确定 1 沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25 和 15 时的抗压模量 和 15 的劈裂强度 强度和模量的确定方法不外两种 试验法和经验法 经验法是参照规范中的参数建议值 考虑工程所在地的气候状况 自然区划 和气候分区 和工程的具体情况适当选用 如 沥青路面设计规范建议粗粒式沥 青混凝土 沥青标号 90 的抗压模量为 1800 2200 设计时不能简单地取中值 如果所用沥青标号较低 如 60 70 可考虑用较高的值 若为 90 则应取低限 高速公路行车速度高 一般二级公路行车速度低 那么设计高速公路路面时可取 上限值 设计诸如矿区道路时 因轴载较重车速低 则可取低限 设计时可参 考规范建议值采用 2 基层材料类别与计算参数确定 基层材料的类别 我国路面工程中最常用的当属半刚性基层 主要材料类别 按沥青路面规范定义有水泥稳定类 水泥土 水泥稳定级配碎石 砂砾 石灰 粉煤灰碎石 砂砾 水泥石灰土 二灰土 水泥粉煤灰等综合稳定类 主要力学参数确定 设计中主要要确定的基层材料力学参数为设计沥青路面 时有抗压模量和劈裂强度 设计水泥混凝土路面时只须确定抗压模量 同样 材 料力学参数可通过配比试验确定 也可参照规范建议值确定 半刚性基层材料的 参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期 材料配比 特别是结合料的含量 同时应考虑基层将来可能处于的潮湿状态 3 垫层材料类别与计算参数 垫层材料类别 垫层材料主要有石灰稳定类 石灰土 石灰稳定集料等 西南交通大学本科毕业设计 论文 31 级配碎石 砂砾等 垫层材料的力学参数 设计中一般只须确定垫层材料的抗压 回弹模量 由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定 一般参照规范建议值确 定即可 4 土基回弹摸量的确定 一般规定 新建公路初步设计时 土基回弹模量值应根据查表法 或现有公 路调查法 室内试验法 换算法等 经综合分析 论证 确定沿线不同路基状 况的土基回弹模量设计值 土基回弹模量是路面设计的关键参数 也是随机性大 和比较难确定的参数 确定的方法有两种 可称为经验法 查表法 和现场测定 法 经验法 新建道路设计时 尚无法实测土基顶面的回弹模量 应对路基填土 类型 地下水位 预测的路基潮湿状态综合分析 根据经验数据或通过室内试验 确定 根据土类和气候区以及拟定的路基土的平均稠度 可参考 沥青路面设 计规范 附录 E 表 E2 预测土基回弹模量值 当采用重型击实标准时 土基回弹 模量值可较表列数值提高 15 30 现场实测法 在已建成的路基上 在不利季节按照现行 公路路基路面现 场测试规程 规定 用大型承载板测定土基0 0 5mm 路基软弱时测至 lmm 的变形压力曲线 然后根据公式计算出回弹模量值 在本设计中采用经验值为 36MPa 6 6 4 4 路面结构具体设计 路面结构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料 运用规范建议的 设计理论和方法对结构进行力学验算 现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面 学生应综合考虑当地的环境 降水 材料 交通