一级公路毕业设计论文

摘要本设计为河南省许昌市至漯河市一级公路K0+000K3+010.468标段设计。依据道路的功能将公路定位为平原一级公路，设计时速为80Km/h，设计年限为20年，路面结构设计为沥青路面。根据交通量和交通增长量，将公路确定为双向4车道公路。主要设计包括：路线设计、路基排水设计、路面结构设计和挡土墙设计。根据地形图特点和选线原则，经过比选确定最佳路线。标段全长3010.468m，路线中间设二个交点，圆曲线半径分别为600m，800m，竖曲线设3个交点，半径分别为12000m、7000m、5000m。在此基础上进行横断面设计和路基排水设计，并经过计算和对比确定路面结构层和结构层厚度。在高填方路段进行挡土墙设计，通过计算确定挡土墙断面形式和尺寸。整个设计在技术经济论证分析的基础上完成了平纵横断面设计，路基和路面结构设计，专题挡土墙的设计计算，并进行了道路概预算，完成了整个设计任务。关键词：一级公路 选线 路基 路面 挡土墙AbstractThe design is a first-class highway design for the K0 +000- K3 +010.468 tenders of the road from Xuchang City, Henan Province, to Luohe City. Depending on the functionality of the road, the road was positioned as a first class highway located in plain, the design speed of which is 80Km/h and the design life of which is 20 years. The design pavement structure is asphalt pavement. According to the traffic and traffic growth volume, the highway was identified as a four-lane highway. Highway structure design is asphalt pavement. The main design includes： route design, subgrade drainage design, pavement and drainage design and retaining wall design.According to the features of topographic and the principle of line selection, I determined the best route after comparison. Full length of the tender is 3010.468m,within it, there are two intersections located in the horizontal curve, the radius of which are 600m and 800m respectively ,and there are three intersections located in the vertical curve, the radius of which are 12000m, 7000m and 5000m, respectively. Cross-sectional design and subgrade drainage design were based on it, and the pavement design was determined through calculated and compared to determine pavement layer and the thickness of structure. Moreover, the retaining wall in high fill sections was determined by calculating the retaining wall section forms and sizes.On the basis of technical and economic feasibility analysis, the design have completed draphic design, Profile design, cross-sectional design, subgrade and pavement structural design, retaining wall design and budget estimate. In short, the design have completed all the task.Keywords： First class highway Route design Subgrade Pavement structure Retaining wall 目录第一章 绪论11.1 选题的目的和意义11.2 设计主要任务1第二章 设计说明32.1 设计内容32.2 沿线地理条件与地质资料32.3 气候条件32.4 交通量资料和车道数确定32.5 确定设计时速42.6 确定公路技术指标4第三章 路线方案拟定和比选63.1 选线原则63.2 平原区选线要点和考虑63.2.1 正确处理道路与农业的关系73.2.2 合理考虑路线与城镇的联系73.2.3 正确处理新、旧路的关系83.2.4 处理好路线与桥位的关系83.2.5 尽量靠近建筑材料产地93.3 路线方案拟定与比选9第四章 平面设计114.1 平面设计基本原则114.2 平面线形设计元素选取124.2.1 直线124.2.2 圆曲线134.2.3 缓和曲线144.5 平面元素计算结果154.5.1 有缓和曲线的圆曲线要素计算公式154.5.2 逐桩坐标计算16第五章 纵断面设计235.1 纵坡及坡长设计235.1.1 最大纵坡235.1.2 缓和坡段235.1.3 坡长限制245.1.4 最小纵坡245.1.5 平均纵坡255.1.6 合成坡度255.2 平纵线形组合255.2.1 组合设计原则255.2.2 组合设计方法255.3 竖曲线265.3.1 竖曲线最小半径265.3.2 纵断面设计要点及计算275.3.3 竖曲线要素计算结果275.5.4 设计高程计算30第六章 横断面设计326.1 横断面的组成及类型326.2 行车道及路肩、路拱336.2.1 行车道宽度的确定336.2.2 路肩336.2.3 路拱横坡度346.2.4 中间带346.3 平曲线加宽356.4 平曲线超高设计计算356.4.1 超高及其作用356.4.2 超高值的计算356.4.3 超高过渡方式366.4.4 超高过渡段长度计算376.4.5 横断面超高值的计算386.5 土石方计算和调配396.5.1 土石方数量计算396.5.2 路基土石方调配39第七章 路基设计427.1 概述427.2 路基类型与构造427.3 路基设计437.3.1 路基宽度和高度437.3.2 路基边坡坡度447.3.3 路基填料457.3.4 路基压实467.4 路基附属设施477.4.1 取土坑和弃土堆477.4.2 护坡道和碎落台477.5 路基防护与加固477.6 路基排水设计487.6.1 排水设计原则487.6.2 路基排水设备49第八章 路面结构设计538.1 基本资料538.1.1 自然地理条件538.1.2 交通量及其年增长率和设计年限538.1.3 设计轴载538.2 初拟路面结构588.3 路面材料配合比设计与设计参数的确定598.3.1 试验材料的确定598.3.2 路面材料抗压回弹模量的确定598.3.3 路面材料劈裂强度测定608.4 结构层厚度计算60第九章 专题挡土墙设计669.1 概述669.2 挡土墙的构造669.2.1 墙身669.2.2 排水设置679.2.3 沉降伸缩缝679.2.4 挡土墙的布置689.3 挡土墙的设计原则689.4 挡土墙设计计算689.4.1 基本资料689.4.2 车辆荷载换算699.4.3 俯斜式挡土墙设计699.4.4 仰斜挡土墙设计759.4.5 结论80第十章 概预算8110.1 概预算的定义和分类8110.2 概预算的编制8110.3 预算编制的依据8210.4 编制步骤8210.5 预算编制项目表8310.6 工程量和工程费概算8310.6.1 路基工程8310.6.2 路基排水工程8410.6.3 路基防护工程8410.6.4 路面工程8410.6.5 安全设施8510.7 预算成果86参考文献87致 谢88第一章 绪论1.1 选题的目的和意义公路是衡量一个国家经济和现代化水平的重要指标，是国民经济发展、社会发展和人民生活必不可少的公共基础设施。随着人口流动的加速与地区交通量的迅猛增加，各地区对公路通行能力也提出了更高的要求。许昌市与漯河市位于河南省中南部，地处中国南北方的结合地带，贯南通北，是南北交通线上的重要节点。许昌市至漯河市公路的修通不仅对两地往来通行和经济发展有直接的促进作用，而且贯通北方和南方，很大限度上减缓了交通压力。公路设计是进行公路设计施工建设的必要环节，此环节设计的好坏直接影响着整个工程的施工进度和质量。它是通过所给的地形图在充分考虑当地的地形地物条件并且结合各种规范而进行的道路的综合设计。它一般包括道路的平纵横设计、防护设计、排水设计、路基设计、路面设计、交通工程设施设计等。本次通过设计实例一级公路初步设计，使我们能掌握道路设计过程的一些基本的原则，了解道路基本设计的内容和程序等。通过此次毕业设计，可以使我们在如何进行公路施工图设计方面进行一次全面的、系统的训练，使我们了解公路施工图设计所包括的工作内容、工作程序、施工图设计文件所包括的内容及文件的编制办法等，为今后从事公路工程设计工作打下良好的基础。通过毕业设计，既有助于提高我们综合运用知识的能力，同时也有助于以后在工作岗位能很快地适应工作环境。1.2 设计主要任务本次设计中的主要任务是：1、在进行技术经济分析论证的基础上，在地形图中选定一级公路的路线设计方案，根据道路技术等级和道路技术标准，计算确定相关参数；2、绘制该一级公路路线平、纵、横断面设计图，对平纵横断面要素进行计算并校验，使其符合规范要求；3、进行路基排水设计，确定路基宽度、填料和压实标准，并合理选用排水设施，使其满足使用要求；4、进行路面结构设计，确定路面面层结构和各层厚度，经过必选确定最经济的路面结构；5、根据实际需要，在高填挖地段修筑挡土墙，合理选择挡土墙类型和断面形式，设计挡土墙形式和尺寸并惊醒验证，使其满足使用要求；6、对整个工程进行工程量计算，根据当前工价，对整个工程进行费用进行概算；7、编制设计说明书，对设计步骤和过程进行详细严密的说明；8、将设计成果和图纸进行整理和修改，装订成册。第二章 设计说明2.1 设计内容许昌市至漯河市一级公路K0+000K3+010.468标段设计，包括路基设计，路面结构设计，排水设计，挡土墙设计和概预算。2.2 沿线地理条件与地质资料本项目经过区域地貌为平原区，整个地形起伏不大，料源分布广，储量丰富。地形对工程施工和材料运输影响不大。沿线浅层地质主要为壤土，路基填料主要来源于取土场取土和天然砂砾，砂石料、石灰、粉煤灰等地材均来源于当地，钢筋、水泥、沥青等材料主要为市场采购。2.3 气候条件本设计区属于东部温润季冻区，暖湿性季风气候，四季分明，累年平均气温为14.6，最低温度集中在11、12、1月，极端最低温度为-10，最高气温集中在6、7、8月，极端最高气温为42，降雨量平均为749.2845.2mm，年日照时数为21872359h。2.4 交通量资料和车道数确定根据可行性研究和交通量监控，近期交通量如下表2.1所示，交通量增长量为5%，公路折算系数如下表2.2所示。表2.1交通量组成车型黄河JN150解放CA10B解放CA390尼桑CK10G菲亚特650E长征XD160太脱拉111交通量(辆/日)700800800100010009001000则起始年平均日交通量20年后年平均日交通量表2.2各级公路车辆折算系数车型折算系数车种说明小客车1.019座的客车和载质量2t的货车中型车1.519座的客车和载质量2t7t的货车大型车2.0载质量7t14t的货车拖挂车3.0载质量14t的货车一级公路为供汽车分向、分车道行驶，并根据需要控制出入的多车道公路。四车道一级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为1500030000辆/日，六车道一级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为2500055000辆/日，故根据交通量确定设计道路为四车道一级公路。2.5 确定设计时速一级公路作为干线公路，且纵、横向干扰小时，设计时速宜采用100km/h或80km/h，当作为大、中城市城乡结合部混合交通量大的集散公路时，应结合平面交叉的数量、安全措施等进行论证，设计时速可采用80km/h或60km/h。本设计为城市间干线公路，根据实际情况设计时速采用80km/h。2.6 确定公路技术指标设计公路各项技术指标如表2.4所示。表2.4 一级公路各项技术指标序号项目单位主要技术指标1设计车速km/h802路基宽度m24.53圆曲线半径一般值m400极限值250不设超高最小半径路拱2.0%m25004平曲线最小长度m1405缓和曲线最小长度m706最小纵坡%0.37最大纵坡%68最小坡长m2009相应纵坡的最大坡长3%m11004%9005%7006%50010停车视距m11011竖曲线半径凸形一般值m4500极限值m3000凹形一般值m3000极限值m200012竖曲线最小长度m7013平曲线最大超高%8第三章 路线方案拟定和比选3.1 选线原则路线是道路的骨架，它的优劣影响道路功能的发挥和在路网中的作用。路线设计除受自然条件的影响外，尚受诸多社会因素的制约。选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下：1、在路线设计的各个阶段，运用各种先进手段对路线方案作深入细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案；2、路线设计应在保证行车安全、舒适、快捷的前提下，使工程量小，造价低，营运费用省，效益好，并有利于施工和维护。路线设计应注意立体线形中平、纵、横的舒顺、合理配合。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小或极限指标；3、选线应同农田基本建设相配合，做到少占农田，并尽量不占高产地、经济作物田和经济林园等；4、通过名声、风景、古迹地区的道路应与周围换进、景观协调，并适当照顾美观，总是对原有自然状态和重要历史文物遗址；5、应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对道路的影响；6、选线应重视环境保护，注意因修建道路及汽车运行所产生的影响和污染；7、对高速公路和一级公路，因其路幅宽，可根据通过地区的地形、地物、自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着因地制宜的原则，合理采用上下行车道分离的行驶设线。3.2 平原区选线要点和考虑依据地形图，本设计中最大标高为65.9m，最低标高为47.2m，高差为18.7m，属于平原区。村镇、农田、湖泊水塘等是平原区较常见的障碍，在本设计地形图中，共有12个村庄，多处水塘、农田和沟谷，还有三条四级公路。根据本一级公路的任务和性质，在设计中靠近了一些村镇，同时避绕了另外一些的村镇，占用了一些农田和鱼塘，虽然增长了距离，但这些都是必要的，本设计具体考虑如下：3.2.1 正确处理道路与农业的关系平原区农田成片，渠道纵横交错，选线应从考虑支援农业，处理好以下问题：1、平原区新建道路需要占用一些农田，这是不可避免的，但要尽量做到少占和不占高产地。布线要从路线的地位、支农运输、地形条件、工程数量、运营费用等方面比较分析，既不片面求直占用大片良田，也不片面强调不占某块田，造成路线弯曲，使行车条件恶化。2、路线应与农田水利建设相配合，有利于农田灌溉，尽可能少和灌溉渠道相交，把路线布置在渠道上方非灌溉的一侧或渠道尾部。当路线走向与渠道走向基本一致时，可沿渠堤布线，堤路结合，桥闸结合，以减少占田和便利灌溉。路线必须跨水塘时可考虑设在水塘的一侧，并拓宽水塘取土路堤，是水塘面积不致缩小。当线路靠近河边低洼的村庄或田地通过时，应争取靠河岸布线，利用道路的防护措施，兼作护村保田之用。根据地形图2的特点和选线要求，选线过程中方案一仅在K2+600-K2+800段占用了农田，而且只穿过了4处鱼塘，对周边农业基本未造成影响，且道路修通后能促进沿线农业的发展，较好的处理了公路与农业的关系，形成相互促进作用。因本地形图中未涉及河流，对水利方面未作考虑。3.2.2 合理考虑路线与城镇的联系平原区有较多的城镇村庄、工业或其他设施，选线应以避绕为主，尽量不破坏或少破坏，并采用较高的技术指标通过。在避绕局部障碍时，要注意线形的连续舒顺。1、等级较高公路，应尽量避免穿越城镇、工矿区及比较密集的居民点，但又要考虑到便利支农运输，便利群众，便利与工矿的联系，路线不宜离开太远，必要时还可修建直线联系，做到“靠村不进村，利民不扰民”，既方便运输又保证安全。2、一般沟通县乡村直接为农业运输服务的公路，经地方同意也可穿越城镇，但应有足够的路基宽度和行车视距，以保证行人、行车的安全。3、路线应尽量避开重要的电力、电信设施。当必须靠近或穿越时，应保持足够的距离和净空，尽量不拆或少拆各种电力、电信设施。根据地形图2的特点，在满足线形要求前提下，方案二路线经过了南程岗、大张岗、鄢墩和刘大冲四个村庄，但均严格遵守原则未穿越村庄，而是沿村庄外围通过，既不影响村庄人们的生活，又通过道路的修通促进了村庄和外界的联系，对村庄的出行和经济增长有重大的积极意义。3.2.3 正确处理新、旧路的关系平原区通常有较宽的人行大路或等级不高的公路，当设计交通量很大，需要新建公路时，应分别情况处理好新、旧路的关系。等级较低的公路应尽量利用旧路。根据地形图2的特点，方案二线路与地形图中的2条旧路相交，但接近正交，对旧路影响不大，既避免了新建道路导致旧路废置现象，又合理分散了交通车辆，基本满足设计原则的要求。3.2.4 处理好路线与桥位的关系1、特大桥是路线基本走向的控制点，大桥原则上应服从路线总方向并满足桥头接线的要求，桥路综合考虑。一般情况下，桥位中线应尽可能与洪水的主流流向正交，桥梁和引道最好都在直线上。位于直线上的桥梁，如两端引道必须设置曲线时，首先考虑桥梁和引道的位置对线形设计的影响，要使桥梁与线形的配合视野开阔，视线诱导良好。当条件受限制时，也可设置斜桥或曲线桥。要防止两种倾向：一种是只强调桥位，造成路线过多的迂绕，或过分强调正交桥位，出现桥头急弯影响行车安全；另一种是只顾线形顺直，不顾桥位，造成桥位不合适或斜交太大，增加建桥难度；2、中、小桥和涵洞位置应服从路线走向，但遇到斜交过大或河沟过于弯曲的情况，可采取改河措施或改移路线，调整桥轴线与流向的夹角，以免过分增加施工困难和加大工程投资，选线时应全面比较难度；3、路线通过洪泛区时，对桥涵、路基应根据水文资料留有足够的孔跨和高度，以免造成洪水淹没村庄和农田；4、路线跨河修建渡口时，应在线路走向基本确定后选择渡口位置。渡口要避开浅滩等不良地段，两岸地形应适宜修建码头。由于本地形图中并未出现桥梁，在此不予说明。3.2.5 尽量靠近建筑材料产地平原区一般缺少砂石建筑材料，路线应尽可能靠近建筑材料产地，以减少施工、养护材料运输费用。3.3 路线方案拟定与比选方案一：根据地形图在起点1和终点4之间定线，为顺等高线走势和防止直线路段过长，定2个转弯交点，分别为交点2（K1+253.996），交点3（K2+029.246），圆曲线半径分别为800m，600m，缓和曲线长度分别为120m，110m。方案二：在起点1和终点4之间定线，选取2个转弯交点，分别为2（K0+945.690），交点3（K1+897.184），圆曲线半径分别为800m，600m，缓和曲线长度分别为120m，130m。一级公路投资比较大，对所经过的地区经济有较大的影响，所以在修建过程中应综合考虑沿线地带的自然地理特征，设计要特别考虑线形设计，使之在视觉上能诱导司机视线，保持线形的连续性，让司机和乘客在心理上有安全感和舒适感，同时考虑经济因素，尽可能减少工程量，降低造价。从技术因素方面来看，方案一和方案二的平面线形、纵断面设计均能满足规范要求和保证行车安全，并且两种方案都只有两个交点，路线长度也很接近。故从技术因素来讲，两种方案相差甚微。对比结果结果见表3.1。从社会因素来看，方案一路线经过了南程岗、大张岗、鄢墩和刘大冲四个村庄，但均严格遵守原则未穿越村庄，而是沿村庄外围通过，做到了“靠村不进村”；同时方案一仅在K2+600-K2+800段占用了农田，占用鱼塘4处，对当地农村农业发展影响较小。方案二路线经过了郭湾、大张岗，且未穿越村庄，但路线经过鄢墩时横穿了村庄，在路线中K2+400-K2+900段还占用了大片的农田，不仅需要进行拆迁，而且会对所过村庄造成较大的不良影响，增加施工的难度和费用。从经济因素来看，方案一路线总挖方量为71210.99m3，总填方量为80097.34m3，填挖比较平衡，且多填少挖对平原区路基有利。方案二路线总挖方量为183257.1m3，总填方量为91552.1m3，填挖差距过大，且挖方过多对平原区路基不利。从经济因素来看，方案一费用要远低于方案二，故方案一优于方案二。表3.1 方案技术指标对比表类别方案一方案二长度(m)3010.4683019.778交点数量22路线最大转角圆曲线半径(m)600、800700、600缓和曲线长度(m)120、110120、120竖曲线半径(m)12000（凸）、7000（凸）、5000（凹）10000（凸）、8000（凹）挖方量(m3)71210.99183257.1填方量(m3)80097.3491552.1综合考虑，方案一从汽车行驶的安全和稳定性上看线形稍优于方案二，施工难度、填挖方量和造价都优于方案二，且不用考虑拆迁和对当地农业的影响。总体上考虑技术、社会、经济因素，选择方案一。第四章 平面设计4.1 平面设计基本原则1、平面线形应与地形、地物相适应，与周围环境相协调在地势平坦的平原微丘区，路线以方向为主导，平面线形三要素中以直线为主；直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等具体条件。本设计中在起点和终点之间选择了两个交点，目的方向明确，避免了长距离直线的枯燥环境，同时避免了距离的盲目增长。2、保持平面线形的均衡与连贯（1）直线与平曲线的结合应注意：长直线尽头不能接以小半径曲线。长直线和大半径曲线会导致较高的车速，若突然出现小半径曲线，会因减速不及而造成事故。（2）平曲线与平曲线的组合在条件允许时，相邻圆曲线大半径与小半径之比宜小于2.0，相邻回旋线参数之比宜小于2.0，这对行车是有利的。（3）高、低标准之间要有过渡，同一等级的道路由于地形的变化在指标的采用上会有变化，同一条道路按不同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。3、平曲线应有足够的长度汽车在曲线路段上行驶，如果曲线过短，司机就必须很快的转动方向盘，这样在高速行驶的情况下是非常危险的。同时，如不设置足够长度的缓和曲线，使离心加速度变化率小于一定数值，从乘客的心理和生理感受来看也是不好的。当道路转角很小时，曲线长度就显得比实际短，容易引起曲线很小的错觉。因此，平曲线具有一定的长度是必要的。为了解决上述问题，最小平曲线长度一般应考率下述条件确定：（1）汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难，一般按6s的通过时间来设置最小平曲线长度，当设计车速为80km/h时，平曲线一般值取700m，最小值取140m。本设计中平曲线长度分别为548.3427m，299.9985m，满足要求。（2）小偏角的平曲线长度当路线转角时称为小偏角。设计计算时，当时，平曲线按6s行程考虑；当时，曲线长度与成反比；当时，按计。4.2 平面线形设计元素选取4.2.1 直线作为平面线形要素之一的直线，在道路设计中使用较多。因为汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简单。一般定线时，定线人员首先考虑采用直线通过。在道路平面线形设计时，一般应根据沿线地形、地物条件，驾驶员的视觉、心理感受以及保证行车安全等因素，合理布设直线路段，对直线的最大长度与最小长度应有所限制。1、直线的最大长度我国从经验出发，根据调查结果规定直线最大长度不超过20v，在特殊地理条件下应特殊处理，如戈壁和草原上的公路直线长度可达数十公里。在本设计中最长直线段为K0+000至K0+969，满足直线不超过20v的要求。2、最小长度（1）同向曲线间直线的最小长度同向曲线是指两个转向相同的圆曲线之间用直线或缓和曲线或径相连接而成的平面线形。若用直线连接时，直线长度指前一曲线终点到后一曲线七点之间的曲线。当直线过短，易形成“断背曲线”，造成驾驶操作失误，应精良避免。公路路线设计规范规定，当设计时速大于60km/h时，同向圆曲线间的直线最小长度以不小于设计时速的6倍为宜。（2）反向曲线间直线的最小长度同向曲线是指两个转向相反的圆曲线之间用直线或缓和曲线或径相连接而成的平面线形。因两弯道转弯方向相反，考虑超高和加宽过渡的需要，一级驾驶员操作的方便，其间直线的最小长度应予以限制。公路路线设计规范规定，当设计时速大于60km/h时，反向圆曲线间的直线最小长度以不小于设计时速的2倍为宜。本设计中两段圆曲线为反向圆曲线，反向圆曲线之间直线为K1+518.229- K1+878.731距离为360m，设计时速为80km/h，符合要求。4.2.2 圆曲线各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的重要组成部分。路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。圆曲线具有易与地形相适应、可循环好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。本次公路为一级公路，故应该合理的设置圆曲线。1、圆曲线最小半径的计算圆曲线最小半径包括极限最小半径、一般最小半径和不设超高的的最小半径。极限最小半径是指各级公路对按设计速度行驶的车辆，能保证其行车的安全的最小允许半径。它是圆曲线半径允许采用的极限最小值，只有当地形条件特殊困难或受其他条件严格限制时，方可采用。一般最小半径是指通常情况下各级公路对按设计速度行驶的车辆，能保证其安全性和舒适性行车的推荐采用的最小半径。本设计中考虑了超高对行车的影响，并在平曲线路段设置了超高，故不考虑不设超高情况下圆曲线最小半径的限制。为保证汽车行驶的横向稳定性，采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车载的横向力，即： （4-1）用v（km/h）表达上述公式，则： （4-2）式中：-圆曲线半径（m）；-横向力系数；-汽车行驶速度（km/h）；-横向超高坡度（超高值）。标准采用摩阻系数作为圆曲线最小半径的指标，即： （4-3）式中：-圆曲线半径（m）；-路面与轮胎之间的横向摩阻系数；-汽车设计速度（km/h）；-横向超高坡度（超高值）。我国规范根据不同的值，对不同等级的公路规定了极限最小半径、一般最小半径，见表4.1。表4.1 一级公路圆曲线最小半径设计速度（km/h）1008060极限最小半径（m）400250125一般最小半径（m）7004002002、圆曲线最大半径选用圆曲线半径时，在地形、地物等条件允许时，应尽量采用较大曲线半径。但是，当半径大到一定程度时，其几何性质与直线区别不大，而且容易给驾驶员造成判断上的失误，因此，规范规定了圆曲线的最大半径不宜超过1000m。本次设计中在第一个交点处圆曲线半径R取600m，第二个交点处圆曲线半径R取800m，均满足要求。4.2.3 缓和曲线缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间的或两个圆曲线之间的曲率半径逐渐变化的曲线，是平面线形的主要组成部分。在直线和圆曲线连接处插入缓和曲线，可以增加驾驶员的行车安全感，使乘客感觉舒适，并且增加了线形美观。标准规定，除四级公路可以不设缓和曲线外，其余各级公路在其半径不小于不设超高的最小半径时都应设置缓和曲线。根据影响缓和曲线长度的各项因素，标准制定了一级公路缓和曲线最小长度，见表4.2，在实际运用中缓和曲线一般不宜小于一般值，只有在极端情况下才能取最小值。本设计中，第一处缓和曲线前后缓和曲线长度为120m，第二处缓和曲线的前后缓和曲线长度为110m，均满足要求。表4.2 一级公路缓和曲线最小半径设计速度（km/h）1008060缓和曲线最小长度（m）一般值12010080最小值8570604.5 平面元素计算结果4.5.1 有缓和曲线的圆曲线要素计算公式在圆曲线和直线连接的两端，分别插入相同长度的缓和曲线，即构成对称基本形曲线，其示意图如下图4.1所示。其要素计算公式如下：图4.1对称基本型曲线计算图式 (4-4) (4-5) （4-6） （4-7） （4-8） （4-9） （4-10） （4-11）式中：总切线长(m)；总曲线长(m)；外距(m)；校正数(m)；主曲线半径(m)；路线转角（）；缓和曲线终点处的缓和曲线角（）；缓和曲线切线增值(m)；设缓和曲线后，主圆曲线的内移值(m)；缓和曲线长度(m)；圆曲线长度(m)。4.5.2 逐桩坐标计算根据地形图和选定路线知：路线总长3010.468m，起点桩号K0+000.00，终点桩号为K3+010.468。设计路线共设置了2个平曲线，桩号分别为K1+253.996、K2+029.246，在缓和曲线内均设置超高，超高值设置为6%，因为半径基本都大于等于250m，则不需要加宽。根据地形图设计的路线大致如下图4.2所示。图4.2 路线示意图1、路线转角、交点间距、曲线要素及主点桩计算设起点坐标，第个交点坐标，=2，3n，则坐标增量 （4-12）交点间距 （4-13）象限角 （4-14）计算方位角 （4-15）转角 （4-16）为“+”路线右转，为“-”路线左转。首先根据地形图上的“十字坐标”求出起点、终点。按路线前进方向求得第一个转角处交点、第二个转角处交点坐标：（A）：（3540231.17975，517535.91546）(B)：(3538981.14093，517635.45713)(C)：(3538340.74429， 517164.16417)（D）：（3537434.86433，516784.42415）。按公式（4-13）计算AB段BC段CD段按公式（4-14）计算象限角因为所以方位角由公式（4-14）知，因为所以方位角由公式（4-14）知，因为所以方位角按公式（4-13）计算两转角的角度各桩点坐标公式如下： （4-17） （4-18） （4-19） （4-20） （4-21） （4-22）JD1：K1+253.996处计算如下，已知，则曲线要素计算如下： 主点里程桩号计算： 校核：故交点坐标校核无误。JD2：K2+029.246处计算如下，已知，则曲线要素计算如下： 主点里程桩号计算： 校核：故交点坐标校核无误。2、直线上中桩坐标计算利用已知坐标，交点相邻直线的方位角，则(或)点坐标： （4-23）（或)点坐标： （4-24）设直线上加桩里程距的距离为，已知，则加桩坐标为可以有下式计算。 （4-25）例如：JD1（3538981.14093， 517635.45713） 当时：其他直线桩号坐标，详见逐桩坐标表（附表）。3、缓和曲线上任意点坐标缓和曲线上任意点的切线横距： （4-26）式中 缓和曲线上任意点至（或）点的曲线长；缓和曲线长度。第一缓和曲线（）任意点坐标 （4-27）式中 转角符号，右转为“+”，左转为“-”。第一段缓和曲线的坐标见表4.3。表4.3 缓和曲线上桩点坐标桩号XYK0+969.8873539264.35517612.90K0+9803539254.27517613.7051K1+0003539234.33517615.232K1+0203539214.377517616.5921K1+0403539194.406517617.6743K1+0603539174.42517618.3674K1+0803539154.42517618.56K1+089.8873539144.534517618.4362经验算，平面线形元素坐标均正确无误。第五章 纵断面设计沿着道路中线竖直剖切然后展开得到的断面即为路线纵断面。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，确定起伏空间线的位置，以便达到行车安全迅速、运输经济合理以及乘客感觉舒适的目的。5.1 纵坡及坡长设计沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性的要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。 纵断面设计根据地形、地质、水文、地物，综合考虑平面、横断面而设。设计纵坡连续、协调、充分利用旧路。纵断面是道路纵断面设计的主要成果，也是道路设计的重要技术文件之一，见纵断面设计图。在纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况；另一条是设计线，它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。纵断面设计线是由直线和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济以及行车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，是以通行的汽车类型及行驶性能来决定的。在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凸有凹，其大小用半径和水平长度表示。5.1.1 最大纵坡最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值。它是道路纵断面设计的重要控制指标。本次设计一级公路设计速度为80km/h，最大纵坡取6%。设计中最大纵坡坡度为1.4%，符合设计要求。5.1.2 缓和坡段当连续纵坡大于坡长限制时，应在不大于所规定长度处设缓和坡段，用以恢复在陡坡上降低的速度和保证安全。标准规定缓和坡段的纵坡度应不大于3，其长度应不小于该级公路相应的最短坡长。在必须设置缓和坡段而地形又困难的地段，可将缓和坡段设置于半径较小的平曲线上，但应适当增加缓和坡段的长度。此时缓和坡段的长度应予增加，所增加的长度为该平曲线的半径值。5.1.3 坡长限制1、最小坡长限制最小坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性和布设竖曲线的要求考虑的，80km/h时规定最小为150m。2、最长坡长限制所谓最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶时，当车速下降到最低允许速度时所行驶的距离。规范规定的最大坡长见表5-1。本次设计中，设计坡度为1.2%时坡长为640m，设计坡度为0.59%时坡长为1000m，设计坡度-1.01%时坡长为1000m，设计坡度为1.4%时坡长为620m，均符合设计要求。表5-1 一级公路纵坡长度限制设计速度/（km/h）1008060坡度/310001100120048009001000560070080065006007895.1.4 最小纵坡挖方路段以及其他横向排水不良的路段所规定的纵坡最小值称为最小纵坡。在长路堑以及其他横向排水不利地段，为了防止积水渗入路基而影响其稳定性，各级公路均应设置不小于0.3的最小纵坡，一般情况不小于0.5。当必须设计平坡或纵坡小于0.3的路段时，边沟应作纵向排水设计。本设计中最小坡度为0.58%符合要求。5.1.5 平均纵坡 平均纵坡是指由若干坡段组成的路段所克服的高差与路现长度之比，是衡量线形质量的重要指标，目的是为了合理运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利地行驶的限制性指标。本设计中公路为一级公路，故可以不考虑平均纵坡。5.1.6 合成坡度合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其方向即为流水线方向。合成坡度的计算公式为： （5-1）式中：合成坡度，；超高横坡或路拱横坡，；路线设计纵坡坡度，。在本设计中，该一级公路设计时速为80km/h，最大允许合成坡度值的规定为小于10.5。本次设计中最大合成坡度为2.410.5，符合设计要求。各级公路最小合成纵坡不宜小于0.5，当合成纵坡小于0.5时，应采用综合排水措施，以保证路面排水畅通。5.2 平纵线形组合5.2.1 组合设计原则道路平纵线形组合设计应遵循以下原则：1、在视觉上能自然引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性；2、保持线形技术指标在视觉和心理上的大小均衡；3选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全；4、注意与道路周围环境的配合。5.2.2 组合设计方法平纵组合基本要求1、直线与直坡线、直线与凹形竖曲线、直线与凹形竖曲线、平曲线与直坡线时常用的组合形式。这些组合都含有直线或直坡线，是常用的平纵组合。只要圆曲线半径或竖曲线半径能达到一般值以上，便能获得视觉良好、行车顺适的效果。2、平曲线和竖曲线宜相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。竖曲线的起终点宜分别设在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要设在缓和曲线以外的直线上或圆曲线内。若平、竖曲线半径都很大且坡差较小时，则平竖位置可不受上述限制；若做不到平、竖曲线较好的组合，可将两者拉开适当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。组合示意图如下