一级道路毕业设计

前言毕业设计是对我们大学所学专业知识的回顾和提升，做好设计能为我们以后的学习和工作打下坚实的基础。公路交通是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志。我国从“七五”开始，公路建设进入了高等级公路建设的新阶段，近几年随着公路等级的不断提高，路桥方面知识得到越来越多的应用。本次设计中，运用了纬地设计程序、AutoCAD2008、公路路面设计系统等程序。查阅了相关资料后，做了以下工作：1明确设计任务的依据和概况。包括设计标准以及原则，沿线筑路材料等。2确定公路等级和技术标准。3平面设计，包括平面线形设计、纵断面设计、横断面设计。平面线形设计首先拟定路线方案根据孙家驷主编的道路勘测设计（人民交通出版社），根据选线的一般要求，综合考虑沿线地形、地物、地质、水文条件等影响因素，按照选线的步骤选定一条切实，可行的方案。纵断面线形设计是根据已经确定的路中线的位置，结合所经地面的起伏情况，在地面上确定各中桩点的具体位置和桩号，并用内插法计算各点面的地面高程。4路基设计。运用土力学（中国建筑工业出版社）、基础工程（中国建筑工业出版）、邓学均主编的路基路面设计（人民交通出版社）的各项规定对挡土墙进行设计。5路面设计。路面结构设计是根据公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）、路基路面工程（人民交通出版社）的要求，完成各项指标的设计。6小桥涵、平面交叉口设计。本设计的内容全面地包含了交通土建专业所学知识，是一次全面的设计演练。设计应达到的技术要求为满足实际施工要求，即所设计的内容正确、可行。为此，设计过程中要以设计规范为准绳，严格控制各设计内容满足规范和相关条例的要求。限于时间和经验的不足等方面的原因，在设计过程中难免有不尽合理和完善之处，尽请指正。第一章 道路线形设计1.1设计要素确定1.1.1路线方案确定在本设计中，地形复杂、地区范围很广，路线方案的选择首先是在1:5000的航测地形图上从较大面积范围内选定一些细部控制点，连接这些控制点，形成路线布局，此时路线的雏形已经明显勾画出来。1.1.2确定道路等级公路根据交通量及其使用功能、性质分为五个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。根据所给资料，查公路工程技术指标，先拟定按一级公路标准建设，双向4车道，路基宽度26米，设计车速为100km/h。1.2选线1.2.1一级公路只要技术指标公路几何指标的计算、确定与复核表 表1.1计算行车速度（km/h）100纵坡不小于（%）0.3行车道宽度（m）27.5最大纵坡（%）4车道数4最小纵坡（%）0.30.5中间带中央分隔带宽度（m）一般值2.00坡长限值（m）纵坡坡度（%）31000极限值2.004800左侧路缘带宽度（m）一般值0.75缓和段坡长小于（%）3极限值0.50合成坡度（%）10.0中间带宽度（m）一般值3.50竖曲线凸形竖曲线半径（m）极限最小值6500极限值3.00一般最小值10000硬路肩宽度（m）一般值3.00凹形竖曲线半径（m）极限最小值3000极限值2.5一般最小值4500视距停车视距（m）160竖曲线最小长度（m）85行车视距（m）160视觉所需最小竖曲线半径值（m）凸形16000公路用地不小于（m）3m凹形10000平曲线极限最小半径（m）400V60km/h同向曲线间最小直线长度（m）6V一般最小半径（m）700反向曲线间最小直线长度（m）2V不设超高的最小半径（m）4000路基宽度（m）一般值26最大半径不应大于（m）10000变化值24.5最小长度（m）170最小坡长（m）250平曲线超高横坡不大于（%）10缓和曲线最小长度m85路拱横坡（%）1.02.01.2.2地形综述地形条件：本路段有部分农田分布，渠道纵横交错，湖泊较多。天然建筑材料基本为零，需要全部运输。地质条件：该地区地势平坦，地下水埋深平均为1.0m，路基土湿度较大，修筑时根据干燥条件要考虑填土高度。气候条件：本地区气候温暖适宜，不易发生翻浆和冻胀的情况。1.2.3选线原则平原地区公路选线应符合以下原则(1) 根据道路使用任务和性质，综合考虑路线区域国民经济发展情况与远景规划，正确处理好近期与远景的关系，在总体规划的指导下，合理选择方案。(2) 认真领会任务书的精神，深入现场，多跑、多看、多问、多比较，深入调查当地的地形、气候、土壤、水文等自然情况，以利于选择有价值的方案进行比较。(3) 充分利用有利地形、地势，尽量回避不利地带，正确运用技术标准，从行车的安全、畅通和施工养护的经济、方便着眼，对路线与地形的配合加以研究，做好路线平、纵、横三方面的结合，力求平面短捷舒顺，纵断面平缓、均匀，横断面稳定、经济。平原地区河道密布、沟塘众多，在交通工程建设中，特别是高等级公路建设中，桥涵构造物及沟塘软基处理增多，使得工程造价大大增加。在一级公路中，桥涵构造物和沟塘处理费用要占总造价的一半以上，因此所选路线直接影响着工程的总造价。在选线时要作认真的比较，绕避沟塘和减少中小桥涵的数量、合理选择大桥桥位可使桥长缩短，交角变小，但这样往往又会使路线变小。对一些方案的路线，进行估算比较后选择造价较低的路线，有时在个别地段，由于地形限制，要达到一级路的要求需要增加相当大的费用；例如沿河路线要跨越该河时，由于该河较宽且为等级航道，如果达到一级公路技术标准，要么使大桥角度斜穿河道，要么在桥头设匝道，大桥大角斜穿河道相应就增加了桥长和跨径，角度越大增加越大，所需要的费用也就越多；在桥头设置匝道，由于是等级航道，通航净空较大，桥头较高，要使匝道部分平曲线，竖曲线达到一级路要求，匝道将会很长，也就是说大大增加了路线长度，增加了费用。为了减少费用，在这些地段的路线常采用规范规定的极限值，甚至在极个别情况下，采用低于规范极限值的标准，这样虽使个别地段标准有所降低却省了数目可观的费用，同时通过交通工程的设计如设置急速标记、减速车道、加速车道等，弥补线形的不足，使路线线形总体能达到设计要求。(4) 充分利用土地资源，减少拆迁，就地取材，带动沿线城镇及地方经济的发展。平原地区多数是鱼米之乡，土地肥沃，水资源丰富，但是人口密集，特别是耕地尤为紧张，人均耕地0.51.0亩，修一条高等级公路要占用许多土地，在选线时，要考虑到尽可能少占耕地，不破坏农田水系。常用的方法是利用河堤，利用河堤好处较多，除了节省耕地，不破坏水系外，还有以下一些好处：利用老路，这个地区以前的低等级公路大多数在河堤上建筑的，长期的自重作用和车辆荷载作用使路基沉陷趋于稳定，在路基处理时可以节省费用；可以减少拆迁，由于有老路的存在，沿线的拆迁量减少；由于河堤较高，可以节约土地用量，减少耕地的开挖，节省了耕地；可以带动沿线经济的发展，河网地区城镇、乡村多倚河而建，各乡镇间距距离较小，大多不超过10km，多为一些低等级砂石路相连且人口较多，每个乡镇达到48 万人，当道路等级提高后，可以带动沿线许多行业的发展，特别是旅游业，由于交通的便利，经济发展大为加快；有利于公路网路建设，利用老的低等级公路网进行技术改建，提高技术标准，改造成新型的高等级网络，可以加快路网建设的速度。1.2.4平原一级公路选线的依据(1)平原一级公路选线的依据主要有交通部颁发的规范，实测和预测交通量，地形图，地方政府以及建设单位下发的文件，会议纪要，设计任务书等，它们是路线设计不可缺少的资料。(2)实测和预测交通量(3)地形图比例为1：10001：5000，用于路线的方案的选择(4)地方政府建设单位的下发的文件，会议纪要，设计任务书是对道路设计提车的要求，在路线设计时要能充分满足这些要求1.3 方案对比1.3.1方案比选考虑的主要因素本设计主要考虑的因素有：1. 本一级路路线在铁路、公路等综合交通运输系统中的作用，与沿线工矿、城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利建设的配合及用地情况。2. 本道路的建设对沿线自然条件的影响。3. 设计道路主要技术标准和施工条件的影响。1.3.2方案对比本设计拟定两个比选方案。图1.1两方案均符合平、竖曲线设计要求，比选内容见表3.1 方案比选表 表1.2比较项目方案一方案二路线总长4159.269m4584.36m线形平均圆曲线半径比方案2小，路线顺畅平均圆曲线半径较方案2大，路线较顺畅交点数目3个3个占用农田房屋情况较方案2少较方案1多平曲线最小半径800600安全评价安全安全征地拆迁较方案2少较方案1多竖曲线5个6个桥梁1座中桥，2座小桥2座中桥，3座小桥方案优点比方案一利用的老路较多，曲线转角较小沿线经过村庄较多，可充分利用地形方案缺点施工较复杂，需要做交叉口土石方量比较多，转角比较大方案比较推荐方案参考方案说明： 两个方案均采用直线，缓和曲线，圆曲线相结合的办法，均符合平曲线设计要求，都是可行方案，两个方案平竖曲线均满足规范，满足平纵组合“平”包“纵”，与乡道，水渠多次相交，均采用通道、涵洞形式。由表1.2也可以看出很多方面因素差别不大，关键在线形、施工和造价上，方案一拆迁数较少,占用耕地、房屋以及蔬菜温室少于方案二，填挖较小，方案一线形也较好，无隧道，工程造价低,对于一级公路来说，综合考虑选方案一。1.4道路平面设计1.4.1线形说明 图1.2平面线形综合考虑以上选线原则，本设计选择线形如下： 交点坐标表 表1.3 XYQD3631495.7747491703.5939JD13631493.1610492019.0435JD23631305.9256493215.7825JD33631465.7179494789.1157ZD3631782.0677495794.0176 转 角 表 表1.4转角度数182502.62144128.8 3114030.4角度大于7，符合要求 交点间的距离表 表1.5交点间距L（m）QD-JD1 415.460JD1-JD2 1211.297 JD2-JD3 1581.427 JD3-ZD1053.5201.4.2平曲线设计平面设计中，交点处的平曲线设计应使平面线形直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围的环境相协调，尽量保证平面线形的均衡和连贯，长直线尽头不能接以小半径曲线，高低标准之间要有过渡，避免连续转弯，平曲线应有足够的长度。图示1.3 交点基本型曲线以JD1计算为例JD1初拟R=1350m 100m 转角=82502.6 平曲线要素计算： R=1350m 100m q=50p=0.31=2o0723T=(R+p)tan+q=(1350+0.31)tan（8o250.26/2）+50=149.364L=(8o250.26-22o0723)+1002=298.381L=L-2=298.381-2100=98.381 J=2T-L=2149.364-298.381=0.347E=(R+p)sec -R=(1350+0.31)sec-1350=4.0式中：转角，； R曲线半径，m； 缓和曲线长度，m； L平曲线中圆曲线长，m； L曲线全长，m； T切线长，m； E外距，m； q切线增长值，m； p曲线内移值，m； 缓和曲线角度，。用同样的方法可求得JD2和JD3的平曲线要素，见表。 平曲线几何要素 表1.6交点RTELJJD113508o2502.6149.3644.0298.3811000.347JD280014o4128.8153.1917.145305.1301001.253JD3100011o4030.4152.2775.631303.7701000.785验算直线段距离是否符合要求：JD1，JD2之间的直线段=1211.297-149.364-153.191=907.774m2V=200m，符合规范要求。JD2，JD3之间直线段长=1581.427-153.191-152.277=1275.959m6V=600m，符合规范要求。1.4.3主点桩号计算以JD1计算为例QD：K0+000.00 JD1：K0+315.460 K0+315.460149.364= K0+166.096 K0+166.096+100.000= K0+266.096 K0+266.096+98.381= K0+364.477 K0+364.48+100.000= K0+464.48 K0+464.48298.381/2= K0+315.29 K0+315.29+0.347/2= K0+315.46校核无误。JD2与JD3的计算过程同上，见下表。 平曲线主点桩号表 表1.7主点JD1JD2JD3ZHK0+166.096K1+373.168K2+954.257HYK0+266.096K1+473.168K3+054.257QZK0+315.29K1+525.733K3+106.141YHK0+364.477K1+578.298K3+158.026HZK0+464.48K1+678.298K3+258.026JDK0+315.46K1+526.359K3+106.543第二章 纵断面设计纵断面线形设计主要是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。纵断面线形设计应根据公路的性质、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，工程造价省,运营费用较少的目的。该路地处平原区，土地资源宝贵，本项纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相结合，尽量降低路堤高度。路线纵断面按百年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态所需的最小填筑高度来控制标高线形。设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3 秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。2.1纵坡设计原则（1）纵坡设计必须满足公路工程技术标准的各项规定；（2）为保证车辆能以一定速度安全舒适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁；（3）纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定和通畅；（4）一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方以减少借方和废方，降低造价和节约用地；（5）平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，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）在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求；2.2纵坡设计的方法和步骤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。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制标高，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。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“前后照顾，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。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相符。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。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。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起伏过大，纵坡不够理想，或者土石方工程量过大而无法调整时，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。2.3 竖曲线设计要求：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。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。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。应满足排水要求。2.4平纵组合的设计原则（1）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线；平曲线与竖曲线大小应保持平衡；（2）暗、明弯与凸、凹竖曲线的组合应合理悦目；（3）平、竖曲线应避免不当组合；（4）注意与道路周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。本设计避开了平纵组合设计，因此不需设计。2.5纵断面竖曲线设计图1.4 1.变坡点K0+680处，切线高程4.99mR=14000m i1=0.302% i2=-0.341%竖曲线长 m切线长度 m外距 m竖曲线起点桩号：K0+68045= K0+635m 竖曲线起点高程：4.99-450.302%=4.85m竖曲线终点桩号：K0+68047.4= K0+725m竖曲线终点高程：4.99-450.323%=4.84 m 中间各点高程以桩距25m按公式计算。变坡点1竖曲线计算表 表2.1桩号未设竖曲线高程（m）横距x(m)竖距 (m)设计高程（m）K0+6354.8500.004.85K0+6604.90250.0224.88K0+6804.99450.0754.92K0+7204.86250.0224.84K0+7254.8400.004.84 变坡点bp2、bp3、bp4、bp5的竖曲线计算方法同上。 2.变坡点K1+250处，切线高程3.04mR=11000m i1=-0.341% i2=0.472%变坡点2竖曲线计算表 表2.2桩号未设竖曲线高程（m）横距x(m)竖距 (m)设计高程（m）K1+205.33.1900.0003.19K1+230.53.14250.0283.17K1+250.03.04 44.70.0913.13K1+269.73.17250.2803.20K1+294.72.2500.0003.253.变坡点K2+150处，切线高程7.30mR=10000m i1=0.472% i2=-0.533%变坡点3竖曲线计算 表2.3桩号未设竖曲线高程（m）横距x(m)竖距 (m)设计高程（m）K2+099.77.0600.0007.06K2+124.77.14250.0317.12K2+150.07.30 50.30.1277.17K2+175.37.13250.0317.10K2+200.37.0300.0007.034.变坡点K2+830处，切线高程3.67mR=10000m i1=-0.533% i2=0.335%变坡点4竖曲线计算 表2.4桩号未设竖曲线高程（m）横距x(m)竖距 (m)设计高程（m）K2+786.63.9000.0003.90K2+811.63.80250.0313.83K2+830.03.67 43.40.0943.76K2+848.43.76250.0313.79K2+873.43.8200.0003.825.变坡点K3+400处，切线高程5.58mR=14000m i1=0.334% i2=-0.320%变坡点5竖曲线计算 表2.5桩号未设竖曲线高程（m）横距x(m)竖距 (m)设计高程（m）K3+354.25.4300.0005.43K3+379.25.49250.0225.47K3+400.05.58 45.80.0755.51K3+420.85.49250.0225.47K3+445.85.4300.0005.43第三章 横断面设计3.1横断面技术设计图3.1 路基示意图3.1.1路基宽度根据设计资料,再查公路工程技术标准（JTGB012003）得公路等级为一级，车道数拟定四车道。再查公路工程技术标准得一级公路车速为100km/h 四车道的路基宽度一般值为26m,最小值为24m，取设计车道宽度为3.75m，得总车道宽度为3.75415m，取左右硬路肩宽度各为3m，土路肩0.75m，中央分隔带宽度为3.5m，总计26m。3.1.2路拱与边坡坡度查公路工程技术标准（JTGB012003）得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2%；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 4%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。由公路路基设计规范得知，当 H万次由以上数据可知路面等级应为高级，面层类型为沥青路面。（3）初拟结构组合和材料选取由表A1可查得一级公路的沥青层推荐厚度为1015，取15，初拟结构层如下所示：面层 细粒式沥青混凝土 4 中粒式沥青混凝土 6 粗粒式沥青混凝土 5基层 水泥稳定碎石 20底基层 水泥石灰稳定砂砾 29土 基（4）各层材料的抗压模量与劈裂强度查规范得各层材料的抗压模量和劈裂强度，抗压模量取20的模量，各值均取规范范围的中值，因此得20的抗压模量，统计结果如下表： 路面材料指标 表4.3 材料种类抗压模量劈裂强度细粒式沥青混凝土14001.2中粒式沥青混凝土12001.0粗粒式沥青混凝土9000.8水泥稳定碎石15000.6水泥石灰稳定砂砾5500.44.2.3设计指标的确定该路段处于1区，为粘性土由规范查得，当路基处于干燥状态时，粘质土的平均稠度为1.1，查表得土基回弹模量为35MPa。对于一级公路，沥青路面设计规范要求以设计弯沉值为设计指标，并进行层底拉应力验算 （1）设计弯沉值该公路为一级公路,公路等级系数取1.0，面层是沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，底基层的总厚度大于20，所以基层类型系数取1.0。