某二级公路设计计算书.doc

重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 1 重庆大学网络教育学院 毕业设计（论文） 题目 某新建二级公路设计 学生所在校外学习中心 重庆学习中心 批次 层次 专业 201302 批次、专科起点本科、土木工程 （道路与桥梁方向） 学 号 W12114232 学 生 周峰 指 导 教 师 起 止 日 期 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 2 摘摘 要要 该路段所在地区处属于东部温润季冻区，气候寒冷，主要的病害有冻胀、翻浆、 水毁和积雪等。冬季气温很低，路面结冰会严重影响行车安全。 本设计是某新建二级公路路基路面综合设计 K0+000K1+932.615段，全长 1.932km，双向二车道，路基宽 17m，行车道宽 6m，人行道宽 2.5m，设计行车速度为 40km/h。 本设计进行了线路设计、平纵横立体设计、路基设计、路基路面排水设施设计。 路线设计中，从经济实用，安全美观的角度，对沿溪线和山腰线进行了了比较，最 终选择了山腰线。 关键词：二级公路 路基 路面 山腰线 路线选择 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 3 目目 录录 1.引言.4 1.1 项目建设的必要性及重要意义.4 1.2 沿线地形地质及自然环境.4 1.2.1 地形地貌及水文地质 .4 1.2.2 交通量资料.5 2.公路等级及其主要技术标准.6 2.1主要技术标准 .6 2.2 设计规范 .6 2.3 设计车辆 .6 2.4 确定道路等级 .7 2.5 设计速度 .7 3.平面设计.7 3.1 方案比选 .7 3.2 平曲线要素，逐桩坐标计算 .9 4.纵断面设计.9 4.1 纵坡设计的方法和步骤.9 4.2 竖曲线设计要求：.11 4.4 竖曲线要素计算 .12 5.横断面设计.14 5.1 各项技术指标的确定.14 5.1.1 路基宽度.14 5.1.2 路拱坡度.14 5.1.3 路基边坡坡度.15 5.1.4 边沟设计 .15 5.2 横断面设计步骤 .15 5.3 超高设计 .15 5.4 土石方调配计算 .16 5.4.1 调配要求 .16 5.5 横断面高程计算 .18 结论.19 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 4 1.引言引言 1.1 项目建设的必要性及重要意义项目建设的必要性及重要意义 本路段所处地区地貌单元属于浅丘，路线走廊带沿途地形起伏较小，耕地及建 筑物较多。该项目建设的重要意义在于：新建公路将给当地带来新的发展机遇，带 动沿线加工工业的发展及资源的开发,对当地经济发展具有重要意义。 1.2 沿线地形地质及自然环境沿线地形地质及自然环境 1.2.1 地形地貌及水文地质地形地貌及水文地质 该路段所在地区处属于东部温润季冻区，气候寒冷，主要的病害有冻胀、翻 浆、水毁和积雪等。冬季气温很低，路面结冰会严重影响行车安全，春融期又可能 发生冻胀、翻浆等病害，降雨量为648.2mm,夏季水量暴涨会冲毁路堤，这些都会对 公路交通构成严重威胁；冬季气温最低为38，夏季最高气温为36.5，夏冬温 差较大，路面设计应注意高温稳定性和低温抗裂性；最大冻深为1.91m，设计路面的 总厚度时要考虑这个因素，保证最小防冻厚度。主风向为西南风。 沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡上1米以下是碎石土，山顶多有碎落 现象，在碎落带地区设置碎落台，以堆积碎落岩屑和土石，便于养护时清理。山坡 地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下，新兴屯附近有河流经过，陆家屯与李家店 之间地段有两条河流横穿（一为季节性河流，另一为非季节性河流） ，道路沿线应做 好排水工作，以免水毁路基。 多丘陵和山地，山岗处树木较多，农田处有灌木区，农田多旱地。沿线多粘 质土，山坡上1米以下是碎石土。 沿线有丰富的砂砾，有小型采石场和石灰厂，水泥和沥青均需外购。故设计混 凝土路面与沥青路面均可，基层和垫层材料应该注意就地取材，节约工程费用。 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 5 1.2.2 交通量资料交通量资料 表1.2.2 近期交通量表 车型数量车辆折算系数 三菱FR4152501.5 五十铃NPR595G1401.5 江淮HF140A1001.5 江淮HF150 2002.0 东风KM3403501.5 东风SP9135B1203.0 五十铃EXR181L1103.0 交通增长率：7 % 。 道路必经点: 无要求。 其它：无。 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 6 2.公路等级及其主要技术标准公路等级及其主要技术标准 2.1 主要技术标准主要技术标准 本项目为公路二级，设计速度为40km/h。 设计荷载等级：公路-级。 场地位于抗震设防烈度小于六度区，地震动峰值加速度0.05g，不需进行抗震设防。 2.2 设计规范设计规范 公路工程技术标准 （JTG B01-2003） 公路路线设计规范 （JTG D20-2006） 公路路基设计规范 （JTG D30-2004） 公路沥青路面设计规范 （JTG D50-2006） 2.3 设计车辆设计车辆 设计车辆是指道路设计所采用的具有代表性的车辆。道路上行驶车辆的行驶性 能、外廓尺寸以及不同车辆种类的组成对于道路几何设计（如车道宽度，弯道加宽、 纵坡大小、行车视距等）有密切关系。因此，选择具有代表性的车辆是必要的。二 级公路的设计车辆一般取小客车。其外廓尺寸如下表所示： 表 2.3 小客车外廓尺寸（单位：m） 项 尺 目 寸 总长总宽总高前悬轴距后悬 小客车 61.820.83.81.4 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 7 其他种类的车辆都按照一定的折算系数折算为小客车，折算标准如表 2-2 所示。 2.4 确定道路等级确定道路等级 公路等级的选用应根据公路功能、路网规划、交通量并充分考虑项目所在地区 的综合运输体系和远期发展等经论证后确定。交通量是确定公路等级的重要依据， 公路的交通量是指单位时间内通过公路上某一横断面的往返车辆数。需要通过交通 量的调查和交通预测确定。按规范规定，二级公路所适应的年平均昼夜交通量为 500015000 辆 表 2.4 车辆换算系数表 车辆类型换算系数 小汽车 1.0 小型载货汽车 1.5 3-5 吨载货汽车 2.0 5 吨以上载货汽车 2.5 中、小型公共汽车 2.5 大型公共汽车无轨电车 3.0 摩托车 0.8 2.5 设计速度设计速度 设计速度是决定道路几何形状（如曲线半径、超高、视距）的基本依据,同时还 影响车道宽度、中间带宽度、路肩宽度等指标。该二级公路交通量不大， 位于高山， 地形起伏较小，耕地及建筑物较多。经过技术经济论证，决定设计速度 40km/h。 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 8 3.平面设计平面设计 3.1 方案比选方案比选 由公路工程技术标准与当地的实际情况相结合，从经济，线性指标 等方面综合考虑后，共选出 2 条线路方案。分别是，山腰线（线路一）和沿溪线 （线路二） 。具体路线见方案比选图 。对施工难度，安全，经济方案进行比选， 得出以下表格 表 3.1 主要技术指标对比表 指 标 名 称单位方案一方案二 公路等级级二级公路二级公路 计算行车速度 km/h 40 40 路线总长 Km 1.933 2.163 直线最大长度 m 464.698 521.231 平曲线最小半径 m 200/2 200/2 平曲线长占路线总长 % 48.25462.3 路基宽度 m1717 行车道宽度 m1212 最短坡长 m 570.35470.422 最大纵坡 % 2.152/570.350/1 0.803/466.636/1 竖曲线占路线长 % 15.15631.623 竖曲线最小半径（凸/凹） m 4158.132/3093.248 4676.123/3203.411 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 9 平均填土高度 m 2.191 4.45 最大填土高度 m 6.615 10.321 最小填土高度 m 0.205 0.041 桥梁或涵洞 m 无无 总挖方 m88593108231 总填方 m5505763422 比较结果推荐 由此确定方案一为最终方案。 3.2 平曲线要素，逐桩坐标计算平曲线要素，逐桩坐标计算 (1)JD1: =503219 R=200m 切线长 ： = 134.984m 2 RtgT 曲线外距: =22.635m) 1 2 (sec RE 曲线圆弧长度: =256.413m 180 R L (2)JD2: =315933 R=202.506m 切线长 ： = 169.593m 2 RtgT 曲线外距: =39.463m) 1 2 (sec RE 曲线圆弧长度: =308.843m 180 R L 其余两交点的计算方法相同，就不一一列入计算书。所有计算成果见直线曲线及 转角表 。 逐桩坐标的计算结果请查逐桩计算表 。 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 10 4.纵断面设计纵断面设计 4.1 纵坡设计的方法和步骤纵坡设计的方法和步骤 1.准备工作 纵坡设计前，应先根据中桩和水准记录点，绘出路线纵断面图的地面线绘出平 面直线，曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料，并 熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。 2.标注纵断面控制点 纵面控制点主要有路线起终点，重要桥梁及特殊涵洞，隧道的控制标高，路线 交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城 镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。 3.试坡 试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术和标准，选线意图， 考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试 坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。 前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。以点定线 就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点” ，参考“经济点” ，初步定出坡度线， 然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案 进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线， 将其延长交出变坡点初步位置。 4.调坡 调坡主要根据以下两方面进行：结合选线意图。将试坡线与选线时所考虑的 坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分 析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；对照技术标准。详细检查设计最大纵坡、 坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡 与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度 是否合理，发现问题及时调整修正。 调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。 调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 11 相符。 5.根据横断面图核对纵坡线 核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。如选择高填深挖、挡土墙、重 要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。 6.确定纵坡线 经调整核对后，即可确定纵坡线。所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置（桩号） 和高程确定下来。坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求 取值到千分之一。变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整 10 桩位上。变坡点 的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。 设计纵坡时还应注意以下几点： 1) 在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头曲 线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖 曲线。 2) 平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当， 尽量避免不良组合情况。 3) 大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点 应在桥头两端 10m 以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不 宜突变。 4) 小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免出现 急变“驼峰式纵坡” 。 5) 注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊 要求。 6) 纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不够理 想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移线的办法 修改平面线形，从而改善纵面线形。 7.计算设计标高 根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，则可以计算出未设竖曲线以前各桩号的 设计标高。 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 12 4.2 竖曲线设计要求：竖曲线设计要求： 1.宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增 加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最 小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以 利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最 小半径。 2.同向曲线间应避免“断背曲线” 。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直 线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。 3.反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置 一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶 3s 的行程长度。如受条件限 制也可相互直接连接，后插入短直线。 4.应满足排水要求。 4.3 技术标准的选用 因为本路段的设计时速为 40km/h,根据当地的地形和经济条件，查公 路工程技术标准 （JTG B01-2003） 。根据规范要求和当地实际条件，为利于行车平 顺，坡长进行限制，尽量避免设置小半径竖曲线，注意做到缓坡宜长，陡坡宜短。 为满足行车和排水要求，设计时注意了最大纵坡和最小纵坡的限制。 技术指标的选用见下表 表4.1 纵断设计技术指标 设计指标规范值采用值设计指标规范值采用值 设计车速（km/h) 4040 合成坡度(%) 72.846 最大纵坡（） 62.152 400（凸） 4158 坡段最小长度(m) 110 570.350 竖曲线最小半径 450（凹） 3093 竖曲线占路线长(%) 15.156 平均每公里纵坡变更次 数(次) 2.070 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 13 4.4 竖曲线要素计算竖曲线要素计算 本路段一共有 2 个变坡点，下面分别计算两变坡点的竖曲线要素。 变坡点 1 桩号 K0+780.106,高程为 397.643， =-1.586%，=2.152%，竖曲线 1 i 2 i 半径 R=3093m。2.152%+1.586%=3.738%，为凹形。 12 iiw 曲线长 L=Rw=116.91m 切线长 T=L/2=57.804m 外距 E=T/2R=0.540m 计算竖曲线起终点桩号: 竖曲线起点桩号：(K0+780.106)-57.804=K0+722.302 竖曲线起点高程：397.643+57.804 1.586%=398.556m 竖曲线终点桩号：(K0+780.106)+57.804=K0+837.910 竖曲线终点高程：397.634-57.804*2.2152%=396.356m 变坡点 2 桩号 K1+350.456,高程为 409.914， =2.152%，=-2.112%，竖曲线 1 i 2 i 半径 R=4158m。-2.112%-2.152%=4.264%，为凸形。 12 iiw 曲线长 L=Rw=117.297m 切线长 T=L/2=88.651m 外距 E=T/2R=0.945m 计算竖曲线起终点桩号: 竖曲线起点桩号：(K1+350.456)-88.651=K1+261.805 竖曲线起点高程：409.914-88.651 2.152%=408.006m 竖曲线终点桩号：(K1+350.456)+88.651=K1+439.107 竖曲线终点高程：409.914+88.651 2.112%=411.786m 然后对两个变坡点分别进行设计高程的计算，最后汇总得出设计高程计算表 表4.2 竖曲线高程计算表 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 14 桩号竖曲线高程(m) K0+740 398.330 K0+760 398.192 K0+780 398.183 K0+800 398.304 K0+820 398.553 K1+280 408.359 K1+300 408.653 K1+320 408.852 K1+340 408.954 K1+360 408.960 K1+380 408.870 K1+400 408.684 根据以上表格与其他竖曲线要素，完成路线纵断面图的绘制。具体设计成果见 纵坡线表。 5.横断面设计横断面设计 5.1 各项技术指标的确定各项技术指标的确定 5.1.1 路基宽度路基宽度 本公路为二级公路，无中央分隔带，路基总宽为 17m。设计车道宽度为 6m，得 总车道宽度为 6212m，行车道的宽度为 2.52=5m。 5.1.2 路拱坡度路拱坡度 沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为12%，故取路拱坡度为1.5%；路肩横向 坡度一般应较路面横向坡度大1%2%，故取路肩横向坡度为2%，路拱坡度采用修正的 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 15 三次抛物线公式计算,计算公式为： x B h x B h y 3 3 4 x距中心的横向距离(m) y 相应点的竖向距离(m) i横坡 B行车道宽度(m) h路拱高度， i B h 2 5.1.3 路基边坡坡度路基边坡坡度 填方边坡高度大于8米，分阶放坡,第一阶高差8米，以后每阶10米,边坡坡度为: 第一阶1:1.5，以后均为1:1.75；填方路基原地面横坡大于1：5的斜坡上，路堤底应 挖台阶，台阶宽度不小于1m，台阶底应有2%-4% 向内倾斜的坡度，挖台阶前应清除 草皮和树根。挖方边坡高度大于8米，分阶放坡，第一阶高差8米，坡度为1：0.75， 第二阶高差10米，坡度为1：1。 5.1.4 边沟设计边沟设计 边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为 1：1.01：1.5，外侧边坡与 挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜 采用 1：21：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处山腰地段， 故宜采用梯形边沟，且底宽为 0.6m，深 0.6m，内侧边坡坡度为 1：1。 5.2 横断面设计步骤横断面设计步骤 1.根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。 2.根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、 超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等）抄于相应桩号的断面上。 3.根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和尺寸。 4.绘横断面设计线，又叫“戴帽子” 。设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、 加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等，在弯道上的断面还应示出超高、加 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 16 宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。 5.计算横断面面积（含填、挖方面积） ，计算土石方数量。 5.3 超高设计超高设计 为抵消车辆在曲线路线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。合理的设置超高，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与舒适性。当汽车等速行驶时， 圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行驶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。 在公路工程施工中，路面的超高横坡及正常路拱横坡是不便于用坡度值来 控制，而是用路中线及路基，路面边缘相对于路基设计高程的相对高差来控制 的。因此，在设计中为便于施工，应计算出路线上任意位置的路基设计高程与 路肩及路中线的高差。所谓超高值就是指设置超高后路中线，路面边缘及路肩 边缘等计算点与路基设计高程的高差。 本公路为整体式路基，路拱为 1.5%，土路肩为 2%。 超高过渡段仅在回旋线上的某一区段上进行。超高方式采用绕内侧行车道 边缘超高。 5.4 土石方调配计算土石方调配计算 5.4.1 调配要求调配要求 1.土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。 2.纵向调运的最远距离一般应小于经济运距（按费用经济计算的纵向调运的最 大限度距离叫经济运距） 。 3.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，不跨越深沟和少做上坡调运。 4.借方、弃土方应与借土还田，整地建田相结合，尽量少占田地，减少对农业 的影响，对于取土和弃土地点应事先同地方商量。 重庆大学网络教育学院 道路与桥梁工程毕业设计 17 5.不同性质的土石应分别调配。 回头曲线路段的土石调运，要优先考虑上下线的竖向调运。 5.4.2 调配方法调配方法 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，由于表格 调配法不需单独绘图，直接在土石方表上调配，具有方法简单，调配清晰的优点， 是目前生产上广泛采用的方法。 表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。一般采用分段调用。 表格调配法的方法步骤如下： 1.准备工作 调配前先要对土石方计算进行复核，确认无误后方可进行。调配前应将可能影 响调配的桥涵位置、陡坡、深沟、借土位置、弃土位置等条件表于表旁，借调配时 考虑。 2.横向调运 即计算本桩利用、填缺、挖余，以石代土时填入土方栏，并用符号区分。 3.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，确定调运方向和调运起讫点， 并用箭头表示。 计算调运数量和运