路线设计研究

绪论通过本次的毕业设计，让我在对道路选线设计等方面有了更好的掌握，包括查阅资料、绘制图纸、发现问题以及分析、解决问题的方面有了更多的练习与熟悉，同时也对之前课堂中学习的的专业知识也有了更深刻的理解与领悟。并在设计的过程之中加深了与小组同学的探讨和互相学习互相帮助的能力，为今后从事本行业打下了更好的基础。此路段位于上饶至武夷山市内。对此高速公路的建设具有重大意义，可以将两地更好的联系起来，且对两地商贸方便运输交易往来，对上饶市和武夷山市以及中间地区的经济文化交流起着举足轻重的作用。第一，由于本公路是高级公路，具有便捷通行的特点，建成之后对沿线地区将有明显的降低运输成本的优势，同时也会对全国中小企业更具吸引力，吸引更多的中小企业在两地驻扎，大大发展两地的经济建设。第二，高速公路的特点是运输灵活，本高速公路的建成，将使得两地货运周期大幅度降低，运输费用也大幅度减少，更能节省物流成本。第三，本条高速公路的建成，也能加强城乡之间的联系，同时对城乡一体化的建设加速起到重大作用。拓宽城乡交流的空间和平台，带动农村地区的综合发展。本毕业设计的任务就是在老师的指导下独立完成上饶至武夷山高速公路K1+620.444～K3+569.683路段的设计工作，具体内容包括平面设计、纵断面设计、横断面设计、设计文件的编制和图纸绘制。

2总体设计2.1概述高速公路是20世纪30年代在西方发达国家开始出现的专门为汽车交通服务的基础设施。高速公路在运输能力、速度和安全性方面具有突出优势，对实现国土均衡开发、建立统一的市场经济体系、提高现代化物流效率和公众生活质量等具有重要作用。总体设计除了线路方案做出选择外，还需要对公路设计中的一些重大原则问题作出确定。2.2设计要素确定2.2.1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1:2000的航测地形图上从较大面积范围内选择一些细部控制点，连接这些控制点，形成路线布局，此时路线雏形已经明显勾画出来。2.2.2主要技术标准确定=1\*GB2⑴确定道路等级已知交通量，查《公路工程技术标准》，拟定该公路为高速公路四车道，设计速度为。（2）确定高速公路的主要技术指标数据表2—1高数公路主要技术指标数据表高速公路主要技术指标具体数据计算行车速度车道数4行车道宽度路基宽度停车视距圆曲线最小半径一般值：极限值：中间带宽度高速公路整体式断面必须设置中间带，中间带由两条侧路缘带和中央分隔带组成，其组成部分宽度应符合：高速公路应在左（右）侧硬路肩宽度内设左（右）侧路缘带，其宽度为0.75。表2—2中间带宽度表一般值（）最小值（）中央分隔带2.002.00左侧路缘带0.750.50右侧路缘带3.503.00表2—3路肩宽度表一般值（）最小值（）右侧应路肩宽度2.502.50土路肩宽度0.750.75高速公路应在左（右）侧硬路肩宽度内设左（右）侧路缘带，其宽度为。（3）最大纵坡：（4）极限最小半径：（5）最小坡长：（6）最大坡长：如表2—3表2—4纵坡最大坡长表纵坡坡度（%）345最大坡长（）1000800600连续上坡（或下坡）时，应不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。（7）竖曲线最小半径和最小长度（如表2—4）表2—5竖曲线最小长度和最小半径表凸形竖曲线半径（）一般值10000极限值6500凹形竖曲线半径（）一般值4500极限值3000竖曲线最小长度（）一般值210极限值85（8）不设超高的最小半径：当路拱时为；当路拱＞时为。（9）计算荷载为公路—I级2.2.3各交点坐标JD1（3123560.205,511552.768）；JD2（3124780.853,509865.892）；JD3（3127220.961,509771.602）。2.2.4交点间的直线长度（2-1）（2-2）2.2.5象限角计算Δ(y2-y1)=509865.892-511552.768=-1686.876<0（2-3）Δ(x2-x1)=3124780.853-3123560.205=+1220.648>0（2-4）(故αJD1JD2为第四象限角)R(JD1JD2)=arctan(Δ(y2-y1)/Δ(x2-x1))=54°06'35.8"（2-5）Δ(y3-y2)=509771.602-509865.892=-94.29<0（2-6）Δ(x3-x2)=3127220.961-3124780.853=+2440.108>0（2-7）(故αJD2JD3为第四象限角)R(JD2JD3)=arctan(Δ(y3-y2)/Δ(x3-x2))=2°12'46.5"（2-8）2.2.6方位角计算当象限角处于第Ⅰ象限时方位角α=R当象限角处于第Ⅱ象限时方位角α=180°-R当象限角处于第Ⅲ象限时方位角α=180°+R④当象限角处于第Ⅳ象限时方位角α=360°-Rα(JD1JD2)=360°-R(JD1JD2)=360°-54°06'35.8"=305°53'24.2"（2-9）α(JD2JD3)=360°-R(JD2JD3)=360°-2°12'46.5"=357°47'13.5"（2-10）2.2.7路线转角（2-11）

3路线设计3.1选线步骤由于给出的地形图路线的走法有许多种，需要在众多的高速公路选线方案中选择一条符合设计要求且最为经济合理合适的路线方案，但影响路线选线的因素也有很多，他们互相制约，导致不能一次就将路线方案选出来，故应采用纸上定线拟定多条方案进行对比，最终的选线方案可见路线平面设计图。一条道路路线的选定是经过由浅入深、由轮廓到局部、由总体到具体、由面到带进而到线的过程来实现的，一般要经过三个步骤：全面布局、逐段安排、具体定线。3.2平面线形设计图3—1线形图已知：α=51°53'49.3"圆曲线计算JD2处：已知α=51°53'49.3"取圆曲线半径R=1600m,Ls=500m,如图3—2所示。图3—2JD2处圆曲线图——路线转角——曲线长（）——切线长（）——外距（）——曲线半径（）——圆曲线长（）1)曲线几何元素的计算:切线增长值（3-1）内移值（3-2）切线长（3-3）平曲线长（3-4）外距（3-5）切曲差（3-6）2)曲线主点桩号计算：已知JD2桩号为K2+651.999则有ZH=JD2-T=K2+651.999-1031.56=K1+620.444（3-7）HY=ZH+Ls=K1+620.444+500=K2+120.444（3-8）QZ=ZH+L/2=K1+620.444+1949.239/2=K2+595.063（3-9）YH=HZ-Ls=K3+569.683-500=K3+069.683（3-10）HZ=ZH+L=K1+620.444+1949.239=K3+569.683（3-11）3.3纵断面设计根据道路的等级、沿线自然条件和构造物控制标高，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。具体路段设计可见纵断面设计图。3.3.1纵断面设计原则图3-1纵断面设计原则图①纵断面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，起伏不宜过大或过多，保证车辆能以一定的速度安全舒适的运行。②一般情况下应尽可能保证填挖平衡，移挖作填，减少工程开支和节省用地。③平面与纵断面组合设计应满足：1.平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。2.要选择合适的合成坡度。3.平曲线与竖曲线大小应保持平衡④视觉上自然地引导驾驶员的驾驶视线，并能够保持视觉的连续性要求。3.3.2竖曲线设计对竖曲线的设计时应该充分结合纵断面设计原则和要求，并依据《公路工程技术标准》的规定合理的选择半径。其中有3个因素影响决定着竖曲线的最小长度和最小半径。它们分别是：①缓和冲击②视距要求③行驶时间不过短。由于该段高速公路的设计时速为100km/h，所以我们根据查照《公路工程技术标准》中的表规定可知。表3—2竖曲线最小半径和最小长度表凸型曲线凹形曲线最小半径一般值100004500极限值65003000最小长度一般值210210极限值8585图3—3竖曲线几何半径（1）处竖曲线要素计算：由设计可知：=-0.014%-1.007%=-1.021%<0为凸型曲线R=30000m①几何要素计算：竖曲线长度切线长竖曲线变坡点纵（外）距竖曲线的起点桩号：竖曲线的终点桩号：②竖曲线上纵距的计算：表3—3竖曲线竖距计算结果表桩号x（）竖距（）切线高程（）设计高程（）K2+58000125.35125.35K2+605250.01125.37125.36K2+655750.09125.42125.33K2+7301500.38125.5125.12K2+805750.09125.51125.42K2+855250.01125.52125.51K2+88000125.52125.523.4超高设计3.4.1超高作用为抵消或减小车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上做成外侧高于内侧的单向横坡形式，称为路基超高。合理设置超高，可全部或部分抵消离心力，提高汽车在平曲线上行驶的稳定性与舒适性由于本设计的车道为有中央分隔带，因此本路段采用绕中央分隔带边缘旋转的超高方式来设计。超高值的计算公式：3.4.2超高值计算=1\*GB2⑴交点桩号K2+651.999处圆曲线超高设计的计算：该处,设计时速，根据规范取超高坡度，查最大超高超高渐变率表可知当设计速度为,超高旋转轴为中线时超高渐变率,路面宽度，(其中为超高值，为路拱横坡度)。所以，超高缓和长度(最小超高过渡段长度)为：（3-24）缓和曲线长度，,因大于计算得出的，但超高渐变率，故仍可取表3—4超高绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式超高位置计算公式X距离行车道横坡值备注外侧C计算结果为与设计值高差；设计高程为中央分隔带外侧边缘的高程；时，为圆曲线的超高值D0内侧C0D表3—5部分路基超高加宽表桩号路基左侧路基右侧超高横坡(%)土路肩横坡(%)超高横坡(%)土路肩横坡(%)K1+620.444（ZH）-2.000-3.000-2.000-3.000K2+120.444（HY）3.0003.000-3.000-3.000K2+595.063（QZ）3.0003.000-3.000-3.000K3+069.683（YH）3.0003.000-3.000-3.000K3+569.683（HZ）-2.000-3.000-2.000-3.000其中路基宽均为13.000m，路面宽均为8.250m。其他各桩号点的超高值详见路基超高加宽表。3.5横断面设计3.5.1路基横断面设计路基宽度=土路肩宽度+硬路肩宽度+行车道宽度+中间带宽度，路基宽度技术规范标准根据根据《公路路线设计规范》中表可查出如下：表3—6路基宽度技术标准项目单位规范值采用值公路等级高速公路高速公路设计速度km/h100100车道数个44路基宽度一般值m26.0026.00最小值m23.50行车道宽度m3.753.75中央分隔带宽度一般值m2.002.00最小值m1.00路缘带宽度一般值m0.750.75最小值m0.50中间带宽度一般值m3.502.00最小值2.00右侧硬路肩宽度一般值m3.003.00最小值m2.50土路肩宽度一般值m0.750.75最小值m0.753.5.2各项技术指标由技术标准可知，路基宽度为，其中路面跨度为，中间带宽度为，其中中央分隔带宽度为，土路肩宽度为；土路肩横坡为，路面横坡为。图3—4路基横断面布置图3.6土石方计算3.6.1土石方计算首先是根据横断面计算横断面面积然后计算体积，即获得土石方数量，填入土石方计算表。土石方其计算公式图3—5土石方计算图3.6.2路基土石方调配土石方调配的一般要求：根据工程工期的安排，尽量外调填筑路基。部分留作路面底基层的用土。部分作为路肩培土、中央分隔带回填用土等。难以利用时，如开挖排水沟的表层耕植土、涵洞开挖的腐植土等，可作为拌和场平整场地、筑岛围堰和修筑施工便道用土。也可回填洼地、废鱼塘，以改地造田。备注：针对本设计填土一部分为上游路段挖弃土，一部分为当地取土。调配方法：具体土石方调配参照“土石方调配表”。

4路基路面设计4.1路基设计原则路面结构是直接受各类汽车荷载的作用，并且直接暴露于自然环境中，风吹日晒经受各种自然因素的作用。路基施工的好坏会直接影响到道路竣工通车后行车的质量。因此，路基设计做好对整条道路来说是举足轻重的。路面结构设计就是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、交通量等各方面因素后选定路面的类型，然后进行设计。4.2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：江路计划分为若干路段（在一般情况下路段长不应小于500m，若为大规模机械化施工，不应小于1km），确定各路段土基回弹模量。3．可参考规范推荐结构：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。4.3路面结构设计4.3.1设计资料本设计为四车道高速公路，采用沥青混凝土路面，设计使用年限15年，设计标准轴载BZZ-100。计算设计弯沉累计当量轴次=1240万次。由《公路沥青路面设计规范》可知该路路面设计交通等级为特重交通等级，高速公路路面等级采用高级路面，面层类型采用沥青路面。各层设计参数通过材料送样试验确定，如下表。面层粘结料拟采用进口优质石油沥青。其中上面层采用改性沥青并在其中掺入0.4%剂量的抗剥离剂，以增强沥青混合料的水稳性、集料分别采用AK-16A级配（上面层），AC-20I级配（中层面），AC-25I级配（下面层）。基层水泥剂量为35%。表4—1路面结构设计参数表结构层名称厚度（cm）20℃模量（npa）15℃模量（npa）极限强度（mpa）细粒式沥青混泥土4120520251.3中粒式沥青混泥土5105018001.1粗粒式沥青混泥土796014000.9水泥稳定碎石设计层145014500.62级配碎石202002000.62土基35（干燥）、30(中湿)4.3.2结构组合设计及各层资料的设计参数路面面层采用沥青混凝土，厚度为16cm，其中：上面层采用细粒式密级配沥青混泥土（4cm）,中面层采用中粒式密级配沥青混泥土（5cm）,下面层采用粗粒式密级配沥青混凝土（7cm）。基层水泥稳定碎石层为设计层，厚度由计算确定，底基层采用级配碎石（20cm）。以设计弯沉值计算路面厚度时，各层材料均采用20℃抗压回弹模量。验算层底拉应力时，沥青混合料采用15℃抗压回弹模量、15℃劈裂强度。4.3.3设计指标的确定（1）计算设计弯沉值该公路为高速公路，公路等级系数取1.0，面层为沥青混凝土，面层类型系数取1.0，半刚性基层，基层类型系数取1.0。设计弯沉值为：式中：――路面设计弯沉值（0.01mm）；――设计年限内一个车道上累计当量轴次；――公路等级系数，高速公路、一级公路为1.0，二级公路为1.1，三、四级公路为1.2；－－面层类型系数，沥青混凝土面层为1.0；热拌和冷拌沥青碎石、沥青贯入式路面（含上拌下贯式路面）、沥青表面处治为1.1；－－面层结构类型系数，半刚性基层沥青路面为1.0，柔性基层沥青路面为1.6。计算得到弯沉值为：22.88（0.01mm）（2）计算抗拉强度结构系数，其中(=1.0)对沥青混凝土面层得K=3.2719（4-1）对无机结合料稳定集料类得K=2.1103（4-2）对无机结合料稳定细粒土类得K=2.7132（4-3）（3）计算综合修正系数（4-4）将六层体系简化成上层为沥青混凝土、中层为沥青碎石以及土基组成的三层体系。由于路面厚度计算是以弯沉值作为控制指标，故按弯沉等效原理进行换算。表4—2三层体系换算表路面结构层（n=6）换算三层体系换算公式细粒式沥青混凝土中粒式沥青混凝土H粗粒式沥青混凝土水泥稳定碎石级配碎石土基由，查图得：κ，则：（4-5）又查得：，代入当量厚度换算公式：（4-6）解得，采用水泥稳定碎石为2.验算各层材料的容许层底拉应力将六层路面结构换算为三层体系。按弯拉应力等效原理进行换算：（4-7）细粒式沥青混凝土:（4-8）（4-9）中粒式沥青混凝土：（4-10）（4-11）粗粒式沥青混凝土：（4-12）（4-13）（4-14）（4-15）（4-16）查图发现拉应力系数已不能从图中查到，表明细粒式沥青混凝土层底将受压应力（或拉应力很微小），应视为拉应力验算通过。中粒式沥青混凝土层、粗粒式沥青混凝土层均同细粒式沥青混凝土层受相同的力，验算通过。3.验算水泥稳定碎石层层底拉应力验算半刚性基层层底拉应力时，累计当量轴载。设计年限（t年）累计当量轴次：（4-17）（4-18）（4-19）（4-20）级配碎石：（4-21）（4-22）（4-23）（4-24）（4-25）查图得：（4-26）（4-27）所以水泥稳定碎石层层底拉应力验算通过。

5路基排水设计常用的路基排水设计方式：表5-1常用的路基排水设计方式排水方式作用与设计路面集中排水因为行车道和路肩上设有横向坡度，雨天可以将路面的水引流到路基边缘。降雨过后迅速将路面积水排掉有利于行车安全，所以设置3%的行车道和硬路肩横向坡度。中央分隔带排水该路段的中央分隔带设计宽度为2m，其表面种植草木，分隔带内部设置纵向排水渗沟，与填土接触面设置透水土工布用于雨水渗透，防止积水。边沟排水边沟设置于挖方与低填方路段，主要用来汇集和排除路基范围内和流向路基的少量地面水。边沟的最小纵坡为0.3%，边沟断面形式为梯形，沟深为0.6米，底宽为0.6米。边沟内侧坡度为1:1。边沟用25cm浆砌片石砌成。5.1边沟的设计图5—1挖方路基边沟横断面单位：m图5—2填方路基边沟横断面单位：m表5—1边沟布置表桩号布置位置桩号布置位置K1+720～K2+140左侧K2+000～K2+120.444右侧K2+520～K2+680左侧K2+540～K2+680右侧K2+800～K3+140左侧K2+800～K3+180右侧K3+440～k3+569.683左侧K3+400～K3+569.683右侧5.2排水沟排水沟主要用来将边沟的水引到自然河道里。排水沟同边沟一样也用25cm的浆砌片石砌成。排水沟长度一般为30米左右。5.3截水沟截水沟一般是设在挖方路基边坡坡顶以外，用来拦截并排除路基上方流向路基或地面的水，保证挖方边坡和填方坡脚不受水流冲刷。截水沟截面同样设置为梯形，沟底宽度为0.6米，沟深为0.6米，沟内侧坡度为1:1。图5—3截水沟断面图表5—2截水沟布置表桩号布置位置桩号布置位置K1+620.444～K1+700左侧K1+620.444～K1+980右侧K2+160～K2+500左侧K2+140～K2+520右侧K2+700～K2+780左侧K2+700～K2+780右侧K3+160～K3+420左侧K3+200～K3+380右侧

6挡土墙设计及边坡稳定性验算6.1挡土墙作用挡土墙是用来支撑天然边坡和人工填土边坡防止土体崩塌以保持土体的稳定的建筑物，按照挡土墙的设置位置，可以将挡土墙分为路肩墙、路堤墙和山坡墙等类型。本设计为高速公路，路基宽26m，其中K1+620.444～K1+680、K2+000～K2+120.444、K2+494.820～K2+660段的填方高度大于6m，见路基横断面所示。根据该路段的原地面横坡、地质及材料来源情况，拟在该路段左侧设置挡土墙以保证其路基稳定。本路段主要选用的是重力式挡土墙。6.2挡土墙稳定性验算浆砌片石重力式路堤墙，断面尺寸如图5—1所示；墙后填土粘土容重，内摩擦角，；砌砌体容重，墙背；地基土容重，内摩擦系数，，地基土摩擦系数，地基承载力；挡墙分段长度20m；路基宽26m，路肩宽0.75m；汽车荷载:公路-I级。图6—1重力式挡土墙验算6.2.1墙顶以上填土土压力计算墙顶不妨碍第二破裂面的形成，按第二破裂面计算土压力。假设第一破裂面交于路堤边坡上，则：（6-1）（6-2）验算假设条件是否成立：（6-3）所以假设条件成立。将墙顶以上填料内产生的第二破裂面作为墙背，其高度为：（6-4）（6-5）（6-6）土压力E1可分解为：（6-7）（6-8）对墙趾O点的力臂分别为：（6-9）（6-10）另外，土压力E1在基底面法向和切向的分立为：（6-11）（6-12）6.2.2墙背土压力计算采用局部超载法，在墙顶内缘按θ1角作填料表面的平行线：（6-13）（6-14）（6-15）（6-16）（6-17）（6-18）假设破裂面交于路基宽度内，不记车辆荷载的作用：(6-19）（6-20）所以得：（6-21）（6-22）与假设符合。公路—I级一辆重车的扩散长度为：，取用（6-23）又，在范围内布置车轮的宽度为：（6-24）只可布载一侧车轮。故在面积内布置的轮重为半辆重车，即：（6-25）代入公式，得等代均布土层厚度：（6-26）根据求得的重新计算破裂角：（6-27）（6-28）计算土压力系数：（6-29）（6-30）（6-31）（6-32）代入公式，得墙背土压力为：（6-33）（6-34）（6-35）对0点的力臂为：（6-36）（6-37）再将分解为：（6-38）（6-39）6.2.3墙重（包括墙顶土重）计算墙顶与第二破裂面之间的计算：（6-40）对0点的力臂为：（6-41）墙重及对0点力臂分为三块计算：（6-42）（6-43）（6-44）（6-45）（6-46）（6-47）6.2.4滑动稳定验算基底合力的法向分力N和切向分力T为：（6-48）（6-49）代入公式，得沿基底的抗滑稳定系数为：（6-50）通过墙踵的地基土水平面的抗滑稳定系数为：（6-51）6.2.5倾覆稳定验算挡土墙上作用的竖直力和水平