西商高速公路C11合同段施工图设计毕业设计说明书.doc

西南科技大学本科生毕业论文 I I 西商高速公路 C11 合同段施工图设计 摘要 西安至商州高速公路 C11 合同段路段地形为山岭重丘区 通过交通量统计 资料的计算 结合工程量 地质条件 筑路材料等诸多因素的考虑 确定设计车速 80km h 路基宽度 24 5m 采用沥青混凝土路面进行设计 设计内容包括三维空间 设计 平面设计 纵断面设计 横断面设计 路面结构设计 沥青混凝土路面 防护工程设计 挡土墙等 排水设施设计 平面设计内容包括公路路线的选择 平 面线形的绘制 曲线要素的确定 纵断面设计内容包括纵面线形的绘制 平纵横的 协调配合以及填挖平衡的控制 横断面设计内容包括路线横断面的绘制 填挖方量 计算 路面结构设计内容包括沥青路面结构层设计 面层厚度的确定等 防护工程 设计内容主要是挡土墙形式和尺寸设计 关键词 高速公路 平面线形 纵断面线形 横断面 沥青混凝土路面 西南科技大学本科生毕业论文 II II Construction Design for the 11th contract section of Xi an to Shangzhou s Freeway Abstrac The terrain of the 11th contract section of Xi an to Shangzhou s Freeway is mountainous and hilly areas Through the calculation of traffic statistics as well as the amount of engineering geological conditions road construction materials and many other considerations finally people determine the design speed of 80km h roadbed width of 24 5m and use the asphalt concrete pavement design The design includes the three dimensional design horizontal design vertical design cross sectional design pavement design asphalt concrete pavement protection engineering design retaining walls and the drainage facilities design The graphic design includes the determine of the selection of the highway route the drawing of the horizontal alignment and the curve elements The vertical design includes the drawing of the vertical alignment flat vertical and horizontal coordination and balance of control excavation and filling The cross sectional design includes the line s drawing and the calculating of excavation and filling The pavement design includes the asphalt pavement design the setting of surface layer thickness and so on The protection engineering design is primarily aimed at retaining the form and the size design Key words freeway horizontal alignment vertical alignment cross section asphalt concrete pavement 西南科技大学本科生毕业论文 III III 目录目录 引 言 1 第 1 章 总 说 明 2 1 1 任务要求 2 1 1 1 基本要求 2 1 1 2 设计过程 2 1 1 3 交通工程及交通设施 2 1 1 4 本设计所用指标 2 1 2 设计任务 4 1 2 1 平面设计部分 4 1 2 2 纵断面设计部分 4 1 2 3 横断面设计部分 5 1 2 4 路面结构设计部分 5 1 2 5 路基防护工程及排水设计部分 5 1 2 6 隧道设计部分 5 1 3 沿线工程地质条件及评价 6 1 3 1 地形 地貌及气候条件 6 1 3 2 水文地质评价 6 1 3 3 不良地质现象 6 第 2 章 选 线 7 2 1 布线原则 7 2 1 1 路线的基本走向应与主客观条件相适应 7 2 1 2 正确掌握和运用技术标准 7 2 1 3 多方面论证选择最优路线方案 7 2 1 4 选线时应重视的问题 8 2 2 选线过程 8 第 3 章 平面设计 10 3 1 平面线形要素及设计原则 10 西南科技大学本科生毕业论文 IV IV 3 2 平面线形设计标准 10 3 3 平曲线设计 11 3 3 1 平曲线设计所用部分公式 11 3 3 2 平曲线设计计算 11 3 4 平面设计的整理 12 第 4 章 纵断面设计 13 4 1 纵断面设计原则 13 4 2 纵断面设计 13 4 2 1 纵断面设计过程 13 4 2 2 纵坡设计标准 14 4 2 3 竖曲线设计 15 4 2 4 纵断面具体设计 16 4 2 5 竖曲线要素计算 16 4 3 纵断面设计整理 17 第 5 章 横断面设计 18 5 1 横断面构造及尺寸 18 5 2 路基典型断面 18 5 3 横断面设计 18 5 3 1 设计过程概述 18 5 3 2 超高值计算 19 5 3 3 路基土石方计算与调配 19 第 6 章 路面结构设计 22 6 1 路面结构层组合设计 22 6 2 路面材料设计 22 6 3 路面各结构层厚度设计 23 6 3 1 已知资料和控制指标 23 6 3 2 具体设计过程 23 结 论 28 西南科技大学本科生毕业论文 V V 致 谢 30 参考文献 31 附 录 32 西南科技大学本科生毕业论文 1 引 言 交通运输业的快速发展 最显著的效益在于能大大缩短省际之间 重要城市之 间的时空距离 加快区域间人员 商品 技术 信息的交流速度 有效降低生产运 输成本 在更大空间上实现资源有效配置 拓展市场 对提高企业竞争力 促进国 民经济发展和社会进步都能起到重要的作用 交通运输的发展 有利于整个社会的经济发展和人民物质文化生活的提高 有 利于加强国防建设 交通运输 是一个国家得以繁荣强大所必须的重要物质基础 要实现国民经济的现代化 必须首先实现交通运输现代化 而公路是交通体系的重 要组成部分 由于公路运输具有机动灵活 迅速方便及建设投资少 周期短等特点 在交通体系中起着非常重要的作用 随着中国西部大开发等国家重大战略的实施 国家对公路等基础建设的投资大幅增加 全国公路网也在逐步完善中 本次毕业设计的课题是西安至商州高速公路 C11 合同段施工图设计 是严格按 照中华人民共和国最新颁布的各种公路工程技术标准 规范来设计的 本次设计内 容为公路的总体设计 包括路线的平面 纵断面以及横断面设计 路面结构设计 防护与排水设计 在制作毕业设计的过程中 不仅能使广大学生巩固和扩展专业知 识 而且能进一步培养综合运用所学基础理论 专业知识和基本技能分析和解决问 题的能力 西南科技大学本科生毕业论文 2 第 1 章 总 说 明 1 1 任务要求 1 1 1 基本要求 根据给定的地形图 沿线的土壤 地质 水文资料 及指导老师指定路线起终 点 公路等级 交通量等 独立完成一段公路的一阶段施工图设计 设计概况如表 1 1 表表 1 11 1 设计参数设计参数 公路等级山岭重丘区高速公路设计车速80km h 起点高程403 120m 终点高程520 000m 最小高程380 460m最大高程542 000m 起终点高差116 880 m起终点平距4500 00m 1 1 21 1 2 设计过程设计过程 1 首先熟悉任务书和地形图 确定路线的基本走向 选线 定线 并进行方 案比选 确定最佳平面线形设计方案 2 在平面线形设计完成的基础上完成纵断面线形设计 3 设计路基横断面 包括超高 计算路基土石方 路基挡墙设计 路面结构 设计 并完成相关图表 4 涵洞的择位与设计 路面设计 5 工程量汇总 整理设计资料 完成设计说明书 1 1 3 交通工程及交通设施 本工程为西安至商州高速公路 C11 合同段路段 工程全长 4500 米 设 7 个交 点 其主要工程包括公路的主体及其附属设施 公路沿线主要为山岭重丘区 所以 要根据地形情况设置涵洞 开挖截水沟及挡土墙防护等必要工程 1 1 4本设计所用指标本设计所用指标 西南科技大学本科生毕业论文 3 表 1 2 为 公路工程技术标准 中规定时速为 80km h 的技术指标 表 1 3 为设计中所采用的全部满足 公路工程技术标准 的数据指标 表表 1 21 2 技术标准技术标准 序号序号指标名称指标名称单位单位技术指标技术指标 1公路等级高速公路 2设计行车速度Km h80 3平曲线一般最小半径m400 4平曲线极限最小半径m250 5路拱 2 0 m2500 6 不设超高平曲 线半径路拱 2 0 m3350 7不设加宽平曲线半径m 250 8凸m4500 9 竖曲线一般最小半径 凹m3000 10凸m3000 11 竖曲线极限最小半径 凹m2000 12凸m12000 13 视觉要求的竖曲线最小半径 凹m8000 14竖曲线最小长度m70 15缓和曲线最小长度m50 16平曲线最小长度m140 17最小纵坡长度m200 18最大纵坡坡度 5 19最大纵坡长度 纵坡为 3 时 m1100 20路基宽度m24 5 21路基设计洪水频率 1 100 22最大合成纵坡 10 5 西南科技大学本科生毕业论文 4 表表 1 31 3 本设计所用指标本设计所用指标 公路等级公路等级高速公路高速公路 设计车速80km h 路线长度4500 交点数量7 最大780 906m 直线 最小反向曲线间 165 008m 最小半径 300m 设超高圆曲线半径 最大半径 2500m 不设超高 平曲线曲线长最小长度 431 212m 平面线形 缓和曲线曲线长最小长度 120m 最大坡度5 最小坡度2 62 最大坡长893 331m 纵断面线型 最小坡长233 475m 路基设计洪水频率1 100 桥涵设计洪水频率涵洞及小型排水构造物1 100 1 2 设计任务 1 2 1 平面设计部分 根据任务书中 80km h 的设计车速要求 通过多次路线比选 结合地形条件 工 程造价 施工难度等方面的考虑 尽可能避开建筑设施 农田 水塘 名胜风景等 是平面设计中选线过程主要考虑的问题 为满足高速公路车辆行驶的安全 快速 平稳性 根据相关要求选择采用直线 缓和曲线 圆曲线 缓和曲线 直线基本线 形可以很好的解决上述问题 该线形也是高速公路平面设计中最常用到的线形 1 2 2 纵断面设计部分 西南科技大学本科生毕业论文 5 纵断面设计主要解决公路线形在纵断面上的位置 形状和尺寸问题 具体内容 包括纵坡设计和竖曲线设计两项 根据公路的性质 任务 等级和地形 地质 水 文等因素 考虑路基稳定 排水及工程量等的要求对纵坡的大小 长短 前后的纵 坡情况 竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计 从而设计出纵 坡合理 线形平顺圆滑的最优线形 以达到行车安全 快速 舒适 工程造价节约 运营费用经济的目的 1 2 3 横断面设计部分 横断面设计根据 公路路基设计规范 要求 80km h 的设计车速 考虑预测交 通量及山岭重丘区 24 5 米路基宽度能够满足行车要求 横断面设计主要解决道路 横断面的布置 超高设计 计算填挖面积 计算土石方数量及做好调配方案等 1 2 4 路面结构设计部分 面层采用沥青混凝土 由于该路面等级高 交通量等级为重交通 因此采用三 层式结构 即面层采用 4cm 厚细粒式沥青混凝土 中面层采用 6cm 厚中粒式沥青混 凝土 下面层采用 8cm 厚粗粒式沥青混凝土 基层和底基层分别采用刚度较高 水 稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层 厚 20cm 和石灰粉煤灰稳定土底基层 厚度 35cm 经过验算能够满足交通荷载需要 1 2 5 路基防护工程及排水设计部分 防护工程中 主要解决深路堑和高路堤的边坡稳定问题 如设置挡土墙等 边 沟 截水沟及涵洞作为排水的主要构造物 对路基稳定有很大影响 为此边沟和截 水沟深度和底宽均采用了较大值 涵洞方面根据路线所经区域结合地形 在相应位置 总共设置了 8 个钢筋混凝土盖板涵 1 2 6 隧道设计部分 隧道方案的采用应综合考虑社会 经济 地质 环保 工程造价等因素进行比 选 隧道长度的分类标准主要依据的是隧道的建设规模和设计 施工以及运营管理 的技术水平 另外 参照国家相关标准 隧道内纵坡不宜大于 3 本设计中设置有 西南科技大学本科生毕业论文 6 一处长为 271 5m 的短隧道 k0 608 000 k0 879 500 纵坡为 2 62 满足要求 1 3 沿线工程地质条件及评价 1 3 1 地形 地貌及气候条件 地形地貌 拟建项目位于陕西省东南部商洛市 处于秦岭东段南麓 西临西安 东通鄂豫 项目所在区域地形地貌特征主要受区域地质构造和岩性控制 区内地形 切割强烈 山峦起伏 沟谷纵横 第四纪以来 间歇性上升显著 以流水侵蚀作用 和重力作用为主 剥蚀度强大 山谷多陡峭 项目所在区域地貌类型包括褶皱断块 山地地貌与河谷地貌两大单元 气候条件 拟建项目处于秦岭南坡 属于暖温区气候区 垂直差异较大 秋季 多连阴雨 夏季多伏旱和暴雨 间有雹害 区间年均气温 12 8 最热月为 7 月 平均气温 24 8 最冷月为 1 月 平均气温 0 3 受东南季风影响 降水比较丰富 多年平均降水量 725 5mm 全年太阳辐射量为 122 67 千卡 平方厘米 受地形影响 不同坡度 坡向 辐射量不同 多年平均日照 2123 8 小时 从季节看 夏季最多 春次之 冬再次 秋最少 春占 25 5 夏占 31 5 秋占 21 冬占 22 区年 内平均风速 2 5m s 最大风速 24m s 最大风速相应的风向 NW 最大风向 SE 1 3 2 水文地质评价 地层 拟建项目所在区域出露地层自老而新包括元古界 Pt 古生界 Pz 中生界 Mz 和新生界 Kz 地质构造复杂 部分区域变质程度较深 地下水 依据项目所在区域地质构造 岩性及地貌 地下水赋存条件 水理性 质 水利特征等因素 将地下水类型划分为四种主要类型 松散岩类孔隙水 碎屑 岩类裂隙孔隙水 碳酸盐岩类溶洞水和基岩裂隙水 各河谷以及每一河谷的不同地 段富水性差别较大 台面宽阔的地段 含水层厚度大 透水性好 补给条件优越的 地段 富水性好 1 3 3 不良地质现象 本项目沿线地形 地貌复杂 沟谷侵蚀较深 地质构造活动强烈 基岩风化程 度高 岩体破碎各类面理发育 节理 劈理 裂隙 岩石结构松散 项目沿线不良 西南科技大学本科生毕业论文 7 地质体主要包括 滑坡 崩塌体 沿线滑坡体以古滑坡为主 目前均处于稳定状态 路线两侧沟谷多 切割深 地势险峻 岩性主要以硬质岩类构成 节理裂隙发育 沟谷两侧岩体易失稳 产生崩塌和落石 西南科技大学本科生毕业论文 8 第 2 章 选 线 道路选线的目的是根据道路的性质 任务 等级和标准 结合地形 地物 地 质及其沿线条件 综合平 纵 横三方面因素 在纸上选定道路中线的最佳平面位 置 选线的主要任务是 确定道路的走向和总体布局 具体确定道路的交点位置和 选定道路曲线的要素 通过纸上选线 把路线中线的平面布置确定下来 2 1 布线原则 2 1 1 路线的基本走向应与主客观条件相适应 主观条件指设计任务书规定的路线总方向 等级及其在道路网中的地位和作用 客观条件指道路所经地区原有交通的布局 城镇 工矿企业 资源状况 土地的开 发利用和规划的情况及地形 地质 气象 水文等自然条件 在设计过程中 以主 观条件为道路选线的基本依据 而客观条件则作为道路选线考虑的因素 选线时 要充分考虑各种因素对线路的影响 使之相适应 2 1 2 正确掌握和运用技术标准 路线设计应在保证行车安全 舒适 迅速的前提下 使工程数量小 造价低 效益好 并有利于施工和养护 在工程数量增加不大的情况下 应尽量采用较高的 技术指标 不轻易采用最小值或极限值 也不应不顾工程数量的增加 片面追求高 指标 路线布设 应充分考虑平 纵 横各方面的因素和技术标准 使其在设计中 做到舒顺合理的配合 2 1 3 多方面论证选择最优路线方案 路线设计时 应对地形图做深入细致的研究 在多方案论证比选的基础上 选 定最优路线方案 方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法 在可能布局的 多种方案中 通过方案比较决定取舍 选择出技术合理 费用经济 切实可行的最 优方案 路线方案的取舍是路线设计中的重要问题 方案是否合理 不仅直接关系 到公路本身的工程投资和运输效率 更重要的是影响到路线在公路网中的作用 直 接关系到是否满足国家政治 经济及国防的要求和长远利益 西南科技大学本科生毕业论文 9 2 1 4 选线时应重视的问题 选线时要处理好道路和农业的关系 注意与农业基本建设的配合 尽量少占良 田 避免路线横穿经济林 并注意与修路造田 农田水利灌溉 土地规划等结合 选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查 对滑坡 崩塌 岩堆 泥 石流 沼泽等严重地质不良地段 应慎重考虑 应尽量绕避 对高填深挖路段 应 采取必要的工程措施 通过名胜风景 古迹地区的公路 应注意保护原有自然状态 并与周围环境 景观相协调 另外还应注意占地 拆迁对环境带来的影响 在选线中 个别特殊大桥桥位 一般作为路线总方向的控制点 大中桥位原则 上应服从路线总方向 一般作为路线走向的主要控制点 小桥涵位置应服从路线走 向 2 2 选线过程 为发挥高速公路的交通快速与便利性 考虑到道路等级和沿线地质水文情况 结合道路线形设计的技术标准和基本原则进行选线 本设计采用的是在已给的 1 1000 的大比例地形图纸上定线的方法 基本方法 和布置如下 定导向线 在确定了合适的路线布局方案后 进行纸上放坡 分析研究坡度线 检查利用地形和避越障碍的情况 进一步移动线位 确定中间控制点 由中间控制 点将路线分为可以分别调整放坡的数个路段 然后在各路段再重新放坡 得到导向 线 修正导向线 作平面试线 导向线是条折线 所以还应根据技术标准的要求 结合横坡变化情况 确定必须通过的点作修正导向线 然后用此点连线 以线交点 的办法定出平面试线 反复试线最后定出交点 为了使路线更为经济合理 当地形复杂时在平面试线的基础上敷设曲线 确定 中桩 做出纵断面 横断面 然后在横断面上确定路中线的最佳位置 作为经济点位 置或控制点位置 这些点的连线则是一条具有理想纵坡 横断面位置最佳的平面折 线 称为二次导向线 再进一步根据二次导向线对路线线位局部进行修改 最后定 出线位 总之 纸上定线的过程是一个反复试线 比较 逐步趋于完善的过程 定 西南科技大学本科生毕业论文 10 线时要在满足标准的前提下 结合自然条件 平 纵 横综合考虑 反复进行 直 到达到综合要求为止 西南科技大学本科生毕业论文 11 第 3 章 平面设计 3 1 平面线形要素及设计原则 本次设计平面线形要素主要由直线 圆曲线 缓和曲线组成 设计原则如下 1 平面线形应直捷 连续 均衡 并与地形 地物相适应 与周围环境相协调 2 公路不论转角大小均应敷设曲线 并尽量选用较大的圆曲线半径 公路转角 过小时 应设法调整平面线形 当不得已而设置小于 7 的转角时 则必须按规定 设置足够长的曲线 3 两同向圆曲线间应设有足够长度的直线 不得以短直线相连 否则应调整线 形使之成为一个单曲线或复曲线或运用回旋线组合成卵形 凸形 复合形等曲线 4 两反向圆曲线间夹有直线段时应设置不小于最小直线长度的直线段为宜 否 则应调整线形或运用回旋线组合成 S 形曲线 5 设置超高时 中间直线长度不得小于 15m 6 应避免连续急弯的线形 可在圆曲线间插入足够的直线或回旋线 3 2 平面线形设计标准 1 设计车速 80km h 2 直线最大长度不超过 1600m 3 直线最小长度 1 同向曲线间大于 480m 2 反向曲线间大于 160m 4 圆曲线最小半径一般值 400m 极限值 250m 5 圆曲线不设超高最小半径 路拱横坡 2 时为 2500m 2 时为 3350m 6 圆曲线最大半径不超过 10000m 7 缓和曲线最小长度 70m 3 3 平曲线设计 西南科技大学本科生毕业论文 12 3 3 1 平曲线设计所用部分公式 3 1 sec 2 h ERPR 3 2 h L2 hh TJ 3 3 2 24 S RpL 3 2384 S LR 3 4 2 tan h TRPq 3 5 180hs LRL 式中 Th 切线长 m R 平曲线半径 m p 曲线内移值 m 转角 Ls 缓和曲线长 m Eh 外距 m Lh 曲线长 m J 曲差或校正值 m q 切线增长值 m 0 缓和曲线角 3 3 2 平曲线设计计算 1 主点桩号计算 ZH JD Th 3 6 HY ZH Ls 3 7 YH HY Lh 2 Ls 3 8 HZ YH Ls 3 9 QZ HZ 2 3 10 h L JD QZ 2 3 11 h J JD1 注 JD1 是大半径圆曲线 因满足规范要求 所以没有设缓和曲线 J 2T L 1 079 ZY JD T K0 456 241 216 557 K0 239 684 YZ ZY L K0 239 684 432 035 K0 671 719 西南科技大学本科生毕业论文 13 QZ ZY L 2 K0 239 684 432 035 2 K0 455 702 JD QZ J 2 K0 455 702 0 539 K0 456 241 JD2 JD3 JD4 JD5都属于基本型平面线性 JD2 Jh 2Th Lh 27 862 ZH JD2 Th K1 460 164 229 537 K1 230 627 HY ZH Ls K1 230 627 140 000 K1 370 627 YH YH HY Lh 2 Ls K1 370 627 431 212 280 000 K1 521 839 HZ YH Ls K1 521 839 140 000 K1 661 839 QZ HZ Lh 2 K1 661 839 215 606 K1 446 233 JD QZ Jh 2 K1 446 233 13 931 K1 460 164 JD3 JD4 JD5 各曲线要素由上述方式可一同得出 JD3 ZH K1 826 847 HY K1 956 847 YH K2 130 731 HZ K2 260 731 QZ K2 043 789 JD4 ZH K2 428 509 HY K2 558 509 YH K2 788 500 HZ K2 918 500 QZ K2 673 504 JD5 ZH K3 324 138 HY K3 444 138 YH K3 675 224 HZ K3 795 224 QZ K3 559 681 3 4 平面设计的整理 直线 曲线及转角表是平面设计成果之一 它是通过测角 丈量中线和设置曲 线后获得的成果 反映了平面线形设计的直线 曲线要素及数据 是施工时恢复路 线的主要依据 路线平面图是设计文件中主要内容之一 是平面设计的重要成果之一 它综合 反映了路线的平面位置 线形和尺寸 还反映了沿线人工构造物 西南科技大学本科生毕业论文 14 第 4 章 纵断面设计 4 1 纵断面设计原则 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 坡与景观的影响 3 相邻纵坡之代数差较小时 应采用大的竖曲线半径 4 连续上坡 或下坡 路段 应符合平均纵坡的规定并采用运行速度对通行能 力与行车安全进行检验 5 路线交叉处前后的纵坡应平衡 6 位于积雪或冰冻地区的公路 应避免采用陡坡 4 2 纵断面设计 纵断面线形设计应根据公路的性质 任务 等级和地形等因素 来确定变坡 点 从而确定坡长 坡度 竖曲线半径大小以及与平面线形的组合设计过程 4 2 1 纵断面设计过程 1 根据平面地形图上已知的等高线 每隔 20m 确定各个里程桩的地面高程 2 绘制完地面线后 同时绘出平面直线 平曲线示意图 以便平纵的组合设计 之后 结合区域内实际地形地貌 在路线纵断面图上选择控制点 3 根据已选好的控制点 结合纵断面设计标准和实际地形 地貌及平曲线形 在路线纵断面图上补充添加控制 初步定出坡度设计线 4 结合地面的起伏状况 本着填挖平衡的原则 在小范围内调整各个变坡点及 控制点的桩号 高程及坡度等 填方地段应尽量选设凹形曲线的变坡点 挖方地段 应尽量选设凸形曲线的变坡点 并结合平曲线的起始点 完成平包纵的设计 5 根据各设计变坡点的桩号和地面高程 对一些没有办法要设桥梁的路段 应 使桥梁设在竖曲线起终点 10m 之外 也不能设在平曲线段 之后可根据以下公式计 西南科技大学本科生毕业论文 15 算纵坡坡度 ii Yi 1 Yi X 4 1 i ii 1 ii 4 2 式中 ii 第 i 纵坡坡度 上坡为正 下坡为负 Yi 第 i 变坡点高程 X 第 i i 1 变坡点之间坡长 i 第 i 1 纵坡与第 i 纵坡坡度差 当 i为 时 表示凹形竖曲线 当 i为 时 表示凸形竖曲线 6 结合地形 地貌 根据设计标准及规定 并结合平竖曲线匹配的原则 选定 适当的竖曲线半径 然后利用如下公式计算竖曲线的几何要素 同时检查竖曲线设 计是否与平曲线发生冲突 L R 4 3 T L 2 4 4 E T 4 4 5 式中 L 竖曲线长 m T 竖曲线切线长 m E 竖曲线的外距长 m 坡度差 7 在路线纵断面图上 描绘出设计线路 然后计算对应桩号的设计高程和填挖 高度 在纵断面图上绘制竖曲线及其要素 加以标注 完成纵断面设计 4 2 2 纵坡设计标准 1 最大纵坡 制定最大纵坡的依据是车辆类型 设计速度 自然条件 它是纵面线形设计的 一项重要指标 最大纵坡的大小将直接影响路线的长短 行车安全以及运营成本和 工程的经济性 按照本次设计车速 最大纵坡为 5 西南科技大学本科生毕业论文 16 2 最大纵坡长度 长距离的陡坡对行车不利 连续上坡发动机过热影响机械效率 使行驶条件恶 化 下坡则因制动频繁而危及行车安全 故应对纵坡最大长度有所限制 标准 规 定 在本次设计车速情况下 纵坡为 3 时 最大坡长为 1100m 纵坡为 4 时 最 大坡长为 900m 纵坡为 5 时 最大坡长为 700m 3 最小纵坡长度 参照 公路路线设计规范 要求 本设计车速的最小坡长一般值为 200m 4 缓和坡段 在连续陡坡长度大于最大坡长限制的规定时 在不大于最大坡长所规定的长度 处设置不大于 3 的纵坡 称为缓和坡段 坡长应满足最小坡长的规定 本次设计 需要设置缓和坡段 5 合成坡度 它是指在有超高的路段上 有路线纵坡和超高横坡所构成的坡度 其值用下式 计算 iH 4 6 22 CZ ii 其中 iH为合成坡度 为路线纵坡 为超高横坡 Z i C i 参照 公路路线设计规范 中规定 设计车速为 80km h 的最大合成坡度为 10 5 6 最小纵坡 为保证排水 最小纵坡设为 0 3 4 2 3 竖曲线设计 竖曲线应选用较大的半径 同向竖曲线间 特别是同向凹形竖曲线间 如直线 坡段不长 应合并为单曲线或复曲线 避免出现断背曲线 反向竖曲线间宜插入直 线坡段 亦可直接连接 首先在纵断面图中做好直线及平曲线这栏 以便于竖曲线 的设计 1 竖曲线最小半径 竖曲线有凸形和凹形两种 在本设计车速下 规范 规定 凸形竖曲线半径一 般最小值为 4000m 极限最小值为 3000m 满足视距要求的最小值为 12000m 凹形 竖曲线半径一般最小值为 3000m 极限最小值为 2000m 满足视距要求的最小值为 西南科技大学本科生毕业论文 17 8000m 2 竖曲线最小长度 规定汽车在竖曲线上 3s 的行程时间控制竖曲线最小长度 本设计车速下 极限 值为 70m 4 2 4 纵断面具体设计 本路全线共设变坡点 6 个 第一个变坡点 简称 SJD1 在 K0 360 00 处 为凹形 竖曲线 半径 3000m SJD2 在 K1 460 00 处 为凹形竖曲线 半径 10000m SJD3 在 K2 040 00 处 为凸形竖曲线 半径 10000m SJD4 在 K3 100 00 处 为凸形竖 曲线 半径 10000m SJD5 在 K3 560 00 处 为凹形竖曲线 半径 8000m SJD6 在 K3 980 00 处 为为凸形竖曲线 半径 4000m 4 2 5 竖曲线要素计算 1 SJD1 竖曲线要素计算 R 3000 m i1 3 3 i2 2 62 i2 i1 5 92 L R 177 60m T L 2 88 80m E T 4 1 31m 2 SJD2 竖曲线要素计算 R 10000m i1 2 62 i2 4 98 i2 i1 2 36 L R 236 00m T L 2 118 00m E T 4 0 70m 3 SJD3 竖曲线要素计算 R 10000m i1 4 98 i2 2 84 i2 i1 2 14 L R 214 00m T L 2 107 00m E T 4 0 57m 4 SJD4 竖曲线要素计算 西南科技大学本科生毕业论文 18 R 10000m i1 2 84 i2 1 65 i2 i1 1 19 L R 119 00m T L 2 59 50m E T 4 0 18m 5 SJD5 竖曲线要素计算 R 8000m i1 1 65 i2 5 i2 i1 3 35 L R 268 00m T L 2 134 00m E T 4 1 12m 6 SJD6 竖曲线要素计算 R 4000m i1 5 i2 2 38 i2 i1 2 62 L R 104 80m T L 2 52 40m E T 4 0 34m 4 3 纵断面设计整理 整理结果如表 4 1 表表 4 14 1 竖曲线要素表竖曲线要素表 序号坡度角 竖曲线 半径 R m 竖曲线长 L m 竖曲线 切线长 T m 外距 E m SJD15 92 3000177 6088 801 31 SJD22 36 10000236 00118 000 70 SJD3 2 14 10000214 00107 000 57 SJD4 1 19 10000119 0059 500 18 SJD53 35 8000268 00134 001 12 SJD6 2 62 4000104 8052 400 34 西南科技大学本科生毕业论文 19 西南科技大学本科生毕业论文 20 第 5 章 横断面设计 5 1 横断面构造及尺寸 高速公路横断面一般由行车道 中间带 路肩 边沟 边坡五部分组成 下面 分别就此介绍下横断面的构造及尺寸 行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称 行车道宽度直接影响公路的通行能力 行车速度 行车安全 其宽度必须有能满足 对向车辆错车 超车或并列行驶以及车辆与路肩之间所必须的余宽 对于设计车速 为 80Km h 的高速公路而言 单条车道宽度为 3 75m 中间带宽度一般值为 3 0m 最小值为 2 0m 硬路肩宽度一般值为 2 5m 最小值为 1 5m 土路肩宽度一般值为 0 75m 最小值为 0 75m 路基宽度即是设置的车道宽度 中间带宽度 路肩宽度的总和 标准 规定 对于四车道整体式的路基 其宽度一般值取 24 5m 最小值取 21 5m 其中 一般值 是正常情况下采用的值 最小值为条件受限时采用的值 路基断面尺寸如表 5 1 表表 5 15 1 路基断面尺寸表路基断面尺寸表 路基总宽 24 50m 路肩 3 25m 行车道 3 75 2m 中间带 3 00m 行车道 3 75 2m 路肩 3 25m 土路 肩 0 75m 硬路肩 2 50m 左侧路 缘带 0 50m 中央分 隔带 2 00m 左侧路 缘带 0 50m 硬路肩 2 50m 土路肩 0 75m 5 2 路基典型断面 本次设计路基路基典型横断面主要包括一般路堤横断面 一般路堑横断面 半 填半挖横断面 设挡土墙横断面 5 3 横断面设计 5 3 1 设计过程概述 西南科技大学本科生毕业论文 21 1 点绘横断面的地面线 2 根据路线和路基资料 填写路基设计表 根据路基设计表的成果将横断面的 填挖值及有关资料抄于相应桩号的断面上 3 根据现场土壤资料 示出土石界限 确定边坡坡度以及边沟的形状和尺寸 4 绘横断面的设计线 5 计算横断面的填挖面积 6 土石方数量计算和调配 5 3 2 超高值计算 0 cbG Li xi 0 GCb xi Li 超高过渡在回旋线全长范围内进行 则 sc LL 01 G xi B P 超高过渡在回旋线部分长度范围内进行 则超高缓和长度为 cs LL 0 cbG Li xi B 左侧 或右侧 行车道宽度 m b1 左侧路缘带宽度 m b2 右侧路缘带宽度 m ih 超高横坡 iG 路拱横坡 x 超高缓和段中任意点至超高缓和段起点的距离 m 5 3 3 路基土石方计算与调配 路基土石方工程是公路工程的主体工程之一 在公路工程量中占有很大比重 土石方工程数量又是公路方案评价和比选的主要技术经济指标之一 土石方计算与调配的主要任务是 计算路基土石方工程数量 合理进行土石方 调配 并计算土石方的运量 为编制公路概 预 算 公路施工组织 施工计量支 付提供依据 1 调配要求 1 土石方调配应按先横向后纵向的次序进行 横向调运是指将本桩位内的挖方 直接横向调运 西南科技大学本科生毕业论文 22 2 用作本桩填方 达到横向平衡 纵向调运则是将本桩多余的挖方纵向运至其 它桩号填筑或将其它桩号的挖余土石方运至本桩不足的填方进行填筑 3 纵向调运的最远距离一般应小于经济运距 在纵向调运计算运距时应扣除免 费运距 4 土石方调运时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 不跨越深沟和少做上坡调运 5 借方 弃方应与借土还田 整地建田相结合 尽量少占田地 减少对农田的 影响 6 不同性质的土石方应分别调配 调运时可以以石代土 但不能以土代石 以 保证路基填方质量 7 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 本设计采用表格调配法 方法及步骤 A 准备工作 B 横向调运 C 纵向调运 D 计算借方数量 废方数量和点运量 借方数量 填映 纵向调入本桩的数量 废方数量 挖余 纵向调出本桩时数量 总运量 纵向调运量 废方调运量 借方调运量 E 复核 a 横向调运复核 填方 本桩利用 填缺 挖方 本桩利用 挖余 b 纵向调运复核 填缺 纵向调运方 借方 西南科技大学本科生毕业论文 23 挖余 纵向调运方 废方 c 总调运量复核 挖方 借方 填方 废方 F 计算计价土石方 计价土石方是指概预算编制中需单独计算费用的土石方数量 计价土石方 挖方数量 借方数量 西南科技大学本科生毕业论文 24 第 6 章 路面结构设计 路面是直接供车辆行驶的部分 它设计的好坏直接影响行车速度 安全和运输 成本 本次设计采用沥青混凝土路面 它是一种多层结构 各组成成分在结构体系 中具有不同的功能 发挥各自的作用 如何正确合理地选择路面结构层次及材料组 成 是路面结构首先面临的问题 6 1 路面结构层组合设计 路面结构组合应结合交通荷载 环境因素 当地筑路材料等条件 从技术经济 角度出发 选择合理的路面结构体系 本次设计对象是新建沥青混凝土高级路面 设计年限为 15 年 按照作用在路面上的行车荷载 在路面结构中所产生的应力和应 变随深度增加而递减的规律 路面结构层材料强度和刚度也应遵循自上而下递减的 规律 以便充分发挥各层次材料的性能 同时考虑到面层强度和刚度高 造价高 而基层 底基层强度 刚度比面层低 造价也低这一情况 在厚度结合时 宜从上 到下由薄到厚 以达到经济的目的 由于面层直接承受行车荷载 故高速公路的沥 青面层宜采用三层结构 基层是面层的下卧层 主要承受由面层传递的行车荷载垂 直力 应该具有足够的强度 刚度和水稳定性 底基层的作用为保证路面结构层之 间传递应力的连续性和结构的整体性 6 2 路面材料设计 通过路面结构层组合分析 再综合沿线交通量 水文地质 沿线筑路材料 拟定 的路面材料如下 面层 采用三层结构 上面层采用细粒式沥青混凝土 中面层采用中粒式沥青混 凝土 下面层采用粗粒式沥青混凝土 基层 采用石灰粉煤灰碎石 底基层 采用石灰粉煤灰土 6 3 路面各结构层厚度设计 6 3 1 已知资料和控制指标 西南科技大学本科生毕业论文 25 我国现行沥青路面设计方法 采用双圆垂直均布荷载下的多层弹性层状理论 以路表设计弯沉值作为路面整体刚度的设计控制指标 对高速公路沥青混凝土面层 和半刚性基层 底基层 应对层底弯拉应力进行验算 本路段设计车速为 80km h 根据交通量的预测结果 交通量年平均增长率分别 为 2012 2019 年为 10 2020 2023 年为 8 2024 2026 年为 5 则在使用 年限 15 年 内交通量的年平均增长率为 8 47 公路按自然区划属 2区 地下水 位 1 2m 平均填土高度 2m 地表土质由灰黄 灰白等色的粘土 淤泥质粘土 砂 粘土 细砂和粉砂相互沉积而成 结构稍密 局部松散 结合有关规范 本路段路 基干湿类型为干本路段路基干湿类型为中湿类型 6 3 2 具体设计过程 由规范可知 高速公路为专供汽车分向 分车道行驶并应全部控制出入的多车 道公路 四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 25000 55000 辆 六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交 通量 45000 80000 辆 八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均 日交通量 60000 100000 辆 表表 6 16 1 交通等级交通等级 交通等级BZZ 100 累计标准轴次 Ne 次 车道 大客车及中型以上的各 种货车交通量 辆 d 车道 轻交通 3 1062 5 107 3000 1 轴载分析 路面设计以双轮组单轴载 100KN 为标准轴载 1 当以设计弯沉为指标及验算沥青层底拉应力时 各级轴载换算采用以下公 式 小于 25KN 的不计 式中 35 4 1 21N1 P P nCC i i k i 16 西南科技大学本科生毕业论文 26 N1 标准轴载的当量轴次 次 日 ni 被换算车辆的各级轴载作用次数 次 日 P 标准轴载 KN Pi 被换算车辆的各级轴载 KN C1 轴数系数 C2 轮组系数 单轮组为 6 4 双轮组为 1 k 表示被换算车辆的类型数 当轴间距大于 300 时 应按单独的一个轴载计算 此时轴数系数为 m 当轴检 举小于 3m 时 按双轴或多轴计算 轴数系数按以下公式计算 C1 1 1 2 m 1 6 2 m 轴数 计算结果见表 6 2 6 3 表表 6 2 预测交通量组成预测交通量组成 车型前轴重 KN后轴重 KN后轴数后轴轮组数交通量 辆 日 小客车 20 00 20 001单2950 跃进 NJ13016 2038 301双680 东风 EQ14023 7069 201双650 黄河 JN15049 00101 601双780 黄河 JN16259 50115 001双800 西南科技大学本科生毕业论文 27 表表 6 3 轴载换算结果汇总 以弯沉为标准时 轴载换算结果汇总 以弯沉为标准时 高速公路沥青路面的设计年限为 15 年 由文献可知 四车道的车道系数为 0 4 0 5 此处取 0 5 则累计当量轴次为 因为 1 2 107 Ne 2 5 107 该道路属于重交通等级 2 当验算半刚性基层层底层底拉应力时 各级轴载采用以下公式换算 小于 50KN 的轴载不计 式中 轴数系数 1 2 m 1 m 为轴数 1C 1C 车型Pi KNC1C2ni 辆 日 C1 C2 35 4 P P n i i 前轴20 211680跃进 NJ130后轴38 211680 前轴23 711650东风 EQ140后轴69 211650 前轴49 0011780黄河 JN150后轴101 6011780 前轴59 5011800黄河 JN162后轴115 0011800 合计 35 4 1 21 P P nCC i i k i 3218 次17439630 5 03218 0847 0 365 1 0847 0 1 365 1 1 15 1 NN t e 36 8 1 2 1 P P nCCN i i k i 46 西南科技大学本科生毕业论文 28 轮组系数 单轮组为 18 5 双轮组为 1 0 2C N1 3648 因为 1 2 107 Ne 2 5 107 由表 6 1 可知 该道路属于重交通等级 2 路面结构组合设计 参照文献可知 路面设计使用年限内一个车道上累计标准轴次大于 400 万次 面层选择沥青混凝土 面层采用沥青混凝土 又由于该路面等级高 所承受交通量 较重 因此采用三层式结构 即面层采用 4cm 厚细粒式沥青混凝土 中面层采用 6cm 厚中粒式沥青混凝土 下面层采用 8cm 厚粗粒式沥青混凝土 基层和底基层分 别采用刚度较高 水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层 厚 20cm 和石灰粉煤灰 稳定土底基层 厚度待定 表表 6 5 拟定路面结构组合方案拟定路面结构组合方案 结构层厚度 细粒式密集配沥青混凝土4 0cm 中粒式密集配沥青混凝土6 0cm 粗粒式密集配沥青混凝土8 0cm 二灰碎石稳定基层20cm 二灰稳定土底基层 土基 3 土基回弹模量的确定 该区位于陕西东南部 秦岭东段南麓 沿线土质主要为亚砂土 坡积碎石土 和低液限粘土 地理区划为 2 地下水位为 1 2m 高度介于 H1 2 0 2 2 和 H2 0 9 1 1 之间 属中湿路基 由文献可知 路基平均稠度介于 0 86 和 2c 1 08 之间 取 1 0 参照文献可知 E0 34MPa 1c 4 各层的材料的抗压模量与劈裂强度 用查表法得到 按设计弯沉计算厚度时 20 抗压模量和验算面层底弯拉应力时 次19769970 5 03648 0847