的计算书平原微丘区二级公路设计.docx

目 录目录11 绪论3 1.1 工程概况3 1.2 设计任务3 1.3 主要设计指标3 1.4 主要技术标准4 2 平面设计5 2.1 设计原则5 2.2 设计总要求5 2.3 平曲线设计6 2.4 超高设计8 3 路线纵断面设计9 3.1 纵断面设计的总原则及方法93.2 纵断面设计计算11 3.3 纵断面的绘制124 路基横断面设计134.1 横断面设计时应收集的资料134.2 路基横断面形状及高度确定的依据13 4.3 路基横断面图绘制144.4 土石方数量计算14 4.5 处理工程14 5 路面设计15 5.1 路面结构设计原则15 5.2 结构层组合设计原则15 5.3 路面设计15 5.4 路面接缝的设计24 6 挡土墙设计256.1 挡土墙设计原则266.2 挡土墙施工方法266.3 挡土墙计算示例267 涵洞的设计27 7.1 涵洞设计的原则27 7.2 涵洞洞口加固与防护28 7.3 涵长的计算28 参考文献30致谢31 1 绪论1.1工程概况 1.1.1概述路线起点K0距离河岸约23m，终点K1898.731，全长1.899km。路线按平原微丘区二级公路设计，路基宽10m，设计车速60Km/h，采用水泥混凝土路面，设计基准期为20年。1.1.2沿线自然情况 设计路段为平原微丘区，部分地区纵坡起伏较大，地表植被为稻田、树林，间有水塘。 沿线所出自然区划为IV3区，属东南湿热区，雨量充沛集中，台风暴雨多，水毁、冲刷、滑坡是道路的主要病害，该区水稻田多，土基湿软，夏季炎热。全线地质条件良好，土壤为砂性土。1.2设计任务本设计共分五个阶段：（1）路线设计：绘制路线平面图，进行路线纵断面设计。（2）路基设计：路基横断面设计及土石方计算，路基排水设计。（3）路面设计：水泥混凝土路面设计。（4）挡土墙设计:路段进行挡土墙设计。（5）小桥涵设计：完成一座小桥涵设计。1.3主要设计指标（1）公路等级：二级公路（2）设计速度：60km/h（3）采用水泥混凝土路面，设计年限20年。（4）道路的使用性质和交通量：交通量年平均增长率为5%，算知道设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为，属于重交通等级。（5）路线设计起始点及设计高程：起点桩号：k0+000 设计高程：53.000终点桩号：k1+898.731 设计高程：42.8401.4主要技术标准设计速度：60km/h的二级公路设计标准由规范 查得，现列表如下:规范标准二级公路设计速度（km/h）60路基宽度（m）一般值10最小值8.5车道宽度（m）3.75路肩宽度（m）右侧硬路肩一般值0.75最小值0.25土路肩一般值0.75最小值0.5圆曲线最小半径（m）一般值200极限值125最大纵坡（）6最小坡长（m）150最大坡长（m）312004100058006600竖曲线最小半径（m）凸形一般值2000极限值1400凹形一般值1500极限值1000竖曲线最小长度（m）50停车视距（m）75会车视距（m）150超车视距（m）3502 平面设计2.1设计原则在路线设计过程中应妥善考虑到远期与近期，整体与局部的关系。结合地形、地址、水文、建筑材料等自然条件，同时对平、纵、横三方面进行终合考虑，协调一致，使平面线形与纵面线形的组合满足汽车动力性能的要求并充分考虑、驾驶员在视觉、心理方面的要求，保持线形在视觉上的联系和心里的协调，同时注意与公路周围环境的配合，并根据公路的使用任务、性质合理利用地形。选择线形在保证平、纵、横设计“合理又合法”的原则下作到平面顺适、纵坡均衡、横面合理，逐步实行标准化。2.2设计总要求2.2.1设计要点（1）路线起点除必须符合公路网规划要求外，对起终点前后一定长度范围内必须作出按路线方按和近期实施的具体设计。（2）视觉良好，路线平、纵、横各组成部分空间充裕。（3）诱导视线各种设施所构成的视觉系统，应使驾驶者在是视觉上能预知公路前进方向和路况变化，并能急时采取安全措施。（4）线形流畅，景观协调，行车安全，舒适，使驾驶员在视觉上能预知公路前方和路况的变化。2.2.2平面路线布设的原则和具体方法公路平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线组成。直线应根据路线所处的地形、地物、地貌并综合考虑驾驶者的视觉、心理状态等合理布设。但是直线的最大长度应有所限制，应结合具体情况采取相应的的技术措施。不论转角大小均应设置圆曲线，当不得已而设置小于7度的转角时则必须设置足够长的曲线，当圆曲线半径小于不设超高最小半径时，应设超高，并且用超高缓和段连接。缓和曲线长度还应大于超高过渡段的长度。超高的横坡度按公路等级、计算行车速度，圆曲线半径，路面类型，自然条件和车辆组成等情况确定。一般公路圆曲线应综合考虑设计原则，本段共设3个圆曲线。序号交点桩号转角值半径缓和曲线长度JD1K0+258.108左25.222630070JD2K0+621.608右24.594630070JD3K1+131.904左39.53483007023 平曲线设计对于实地定线来说，平曲线设计的主要工作是曲线要素的计算2.3.1平曲线要素的计算范例（1）平曲线要素的计算公式（2）计算示例（以JD2为例）交点号交点位置偏 角(.)曲 线 要 素 值 (m)切线长度半 径回旋线参数曲线长度曲线总长外 距T1T2R1RyR2A1A2Ls1LyLs2JD0桩K0+000左0.00N87579.9374E64908.151JD1桩K0+258.108左25.2226102.673102.673300144.914144.91470.00062.85770.000202.8578.205N87827.2636E64981.9729JD2桩K0+621.608右24.5946101.633101.633300144.914144.91470.00060.88070.000200.887.978N88188.9886E64926.2691JD3桩K1+131.904左39.5348144.115144.115300144.914144.91470.000138.89870.000278.89819.872N88681.2099E65069.6609JD4桩K1+898.731左39.5348N89392.1564E64758.24482.4 超高设计序号交点号特征桩号旋转轴横坡横坡横坡横坡横坡横坡1JD0起点0左侧3.01.51.5-1.5-1.53.02JD1155.435左侧3.01.51.5-1.5-1.53.03172.935左侧3.01.51.51.51.53.04225.435左侧6.06.06.06.06.03.05288.292左侧6.06.06.06.06.03.06340.792左侧6.06.06.06.06.03.07358.292左侧3.01.51.5-1.5-1.53.08JD2519.975右侧3.01.51.5-1.5-1.53.09537.475右侧3.0-1.5-1.5-1.5-1.53.010589.975右侧3.0-6.0-6.0-6.0-6.0-6.011650.855右侧3.0-6.0-6.0-6.0-6.0-6.012703.355右侧3.0-1.5-1.5-1.5-1.53.013720.855右侧3.01.51.5-1.5-1.53.014JD3987.789左侧3.01.51.5-1.5-1.53.0151005.289左侧3.01.51.51.51.53.0161057.789左侧6.06.06.06.06.03.0171196.687左侧6.06.06.06.06.03.0181249.187左侧3.01.51.51.51.53.0191266.687左侧3.01.51.5-1.5-1.53.020ZD终点1898.731左侧3.01.51.5-1.5-1.53.03 路线纵断面设计3.1 纵断面设计的原则及方法3.1.1 二级公路纵断面设计的总原则纵断面的设计标准规定如下：1.二级公路的最大坡度为6%，长路堑以及横向排水不畅的路段采用不小于0.3%的纵坡，当采用平坡（0%）或小于0.5%的纵坡时路基边沟应作纵向排水设计。2.二级公路最小坡长为150M3.坡长限制：纵坡坡度3%，最大坡长不大于1200m。纵坡坡度4%，最大坡长不大于1000m。纵坡坡度5%，最大坡长不大于800m。纵坡坡度6%，最大坡长不大于600m。4.满足视觉需要罪行竖曲线半径：凸形竖曲线为4000、8000m，凹形竖曲线为6000m。5.竖曲线半径一般最小值2000，凹形竖曲线半径一般最小值1500m。6.竖曲线最小长度为50m。3.1.2 纵断面的设计原则1.纵面线形与地形相结合,视觉成视觉连续,平顺而圆滑的线形，避免在短距离内出现频繁起伏。2.应避免出现能看见近处很远处而看不见凹处的线形。3.在积雪或冰冻地区，应避免采用陡坡。4.原微丘地形的纵坡应均匀平缓，丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大。5.计算行车速度60KM/h公路必须注重平纵合理组合，不仅应满足汽车运动学和力学要求，而且应充分考虑驾驶员在视觉和心理方面的要求。6.平纵配合的视觉应在视觉是能自然地诱导驾驶员的视线，保持视觉的连续性。7.平纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉心理上保持协调。8.平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线略大于竖曲线。9.平纵面线形组合视觉应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。10.在直线段内不能插入短的竖曲线。3.1.3平、纵线形设计应避免的组合1.直线段内不能插入短的竖曲线。2.小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。3. 避免在长直线上设置陡坡及曲线长度短，半径小的凹形竖曲线。3.1.4 纵坡设计的一般要求1.满足“标准”中有关纵坡的规定要求。2纵坡应尽量平缓，起伏不宜过大和频繁，并应尽量避免标准中的极限值，对一般公路，应注意考虑运输，农业机械等方面的要求。 3.应综合考虑沿线的地形，地质，气候等情况，并根据需要采取适当的技术措施，并保证公路的稳定和畅通。4.尽量减少土石方和其它工程数量，以降低工程数量。3.1.5 本路段设计结合以上原则，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度为4.99%，最小纵坡坡度为-0.5418%。本路段共设3个变坡点。如下表： 编号桩号高程(m)坡长(m)半径(m)直坡长(m)切线长T(m)外距E(m)1K0+26065.9802603000171.2788.731.3122K1+12058.0428608000676.69194.5790.5593K1+52044.8924006000223.0582.3710.5653.2 纵断面设计计算示例3.2.1设计标高计算公式3.2.2竖曲线要素的计算公式3.2.3竖曲线要素的计算：（示例）3.3纵断面图绘制纵断面上的设计标高采用路基边缘标高，按设计资料给定的中桩高度及对应的里程桩号，点绘出路线纵断面地面线。按照上述原则和计算结果，进行纵坡及竖曲线设计。在图上标明坡度和坡长，竖曲线位置及要素，小桥涵位置、类型、跨径，水准点位置及高程。在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式。平曲线左转为凹型曲线，右转为凸型曲线。标明平曲线起终点，及圆缓、缓圆、曲中点。路面超高方式的绘制：1.按比例绘制一条水平基线，代表路中心线，并认为基线路面横坡度为零。2.绘制两侧路面边缘线，用实线绘出路线前进方向右侧路面边缘线，用虚线绘出左侧路面边缘线，若路面边缘线高出路中线，则绘于基线上方，反之，绘于下方。3.标注路拱横坡度：向前进的方向右侧倾斜的路拱坡度为正，向左倾斜为负。算出超高起点至同坡度起点的长度。连接曲线起点和超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与路拱横坡度相同。再连接圆曲线起点与超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与超高横坡度相同。此为由直线进入圆曲线的部分（见曲线超高方式图）。同理，可绘出从圆曲线到直线的另一部分。完成上述工作后，在图上标明地质概况、地面高程、设计高程、里程桩号。4 路基横断面设计公路横断面设计是根据行车对公路的要求，结合当地的地形、地质、水文等自然条件，来确定横断面的形式、各组成部分的位置及尺寸。4.1横断面设计时应收集的资料4.2路基横断面形状及高度确定的依据1.本公路等级属二级公路（平原微丘区），采用二级路基标准横断面型式，路基宽度10m。2.本路采用水泥混凝土路面，路拱横坡度采用1.5%。为保证施工简便，利于机械化。路肩硬路肩宽度为0.75m，横坡与路拱同，为1.5，土路肩为宽度为0.75m。因土路肩横坡应比路拱横坡大1%2%，本设计采用土路肩横坡3%。3.本地区表层土壤为砂性土，属平原微丘区。地表排水比较通畅，不会形成长期地表积水，填挖高度不大。填挖方路基边坡采用1：1.5。4.填土高度小于1.0m的矮路堤以及路堑，应设置边沟，边沟为浆砌片石边沟，截面为梯形，底宽为0.6m，深度为0.6m，内外侧边坡坡度均为1：1。边坡纵坡与路线纵坡一致，边沟，采用。填方路段采用外运土，在路堤两侧不设取土坑，所以路堤两侧不设护坡道。4.3路基横断面图绘制1. 横断面图按1：200的比例绘制，点绘出横断面地面线。2. 应根据平纵设计的成果，在各桩号的地面横断面上，逐桩号标注其填挖高度，路基宽度和超高值。3. 按土壤地质资料，表出各路段的覆盖层厚度，所用边坡坡度。4. 计算填挖面积，并分别标于横断面上。4.4土石方数量计算用积距法结合几何图形法算得路基填挖方数量，填挖方分别计算，填方扣除路面结构层厚度，挖方不扣除。得到每个桩号断面的填挖土石方量。根据两桩号里程差及断面面积，按平均断面法算得两桩号间的土石方数量。填挖部分分别计算，算得后填入路基土石方数量计算表计算经济运距，进行土石方员运纵向调配。应尽可能在本桩位内移挖做填，以减少废方和借方。运用经济运距，综合考虑施工方法，运输条件和地形情况等因素。调配土石方应考虑桥涵位置，一般不做跨沟调配。考虑地形情况，不宜往上坡方向调运。运用以上原则，在做完填挖方数量、本桩利用、填缺、挖余后，进行纵向调配。把每公里合计、填挖方数量、利用方、弃方数量填入每公里路基土石方数量计算表。45处理工程开挖路堑的弃土可用来适当加宽路基，减少弃方。防止弃方堆置不当而影响路堑稳定或造成水土流失，危害农田水利。弃土堆设置在附近低地或路堑下坡一侧，地面平坦或深路堑时，宜设置在路堑两侧。弃土堆应堆成规则形状，一般为梯形断面。其边坡不应陡于1：1.5，顶面应有不小于2%的横坡，其高度不宜大于3m，在上坡方向的弃土堆，应连续而不中断，在弃土堆前设置截水沟，在下坡方向的弃土堆，应每隔50100m设不小于1米的缺口，以利于排水。路基基底处理时，为保证路基有足够的强度，当工作区深度大于路基填土高度时，行车荷载的作用不仅作用于路堤，而且作用于天然地基上部土层，因此，天然地基上部土层和路堤应同时满足路基工作区的要求，均应充分压实。5 路面设计51 路面结构设计原则 5.1.1 结构层厚度设计原则结构层造价：面层比较贵，而基层相对比较便宜，因此面层厚度一般比较薄，而下面各层比较厚。各结构层扩散应力的效果。一般基层厚度不大于40cm，如果大于40cm，增加基层厚度对减小路表面弯沉和减小面层底面拉应力的作用已不明显。压实机具的能力：基层一层压实厚度为15-20cm，在安排各层厚度时，应尽量使其与压实机具所能达到的厚度相适应。5.1.2材料的选择原则路面结构的组合应因地制宜地选择适应经济的组成材料，既能经受行车荷载和自然因素的作用，又能充分发挥结构层材料最大效能。52 结构层组合设计原则根据路面内荷载应力随深度递减的规律安排结构层次，个相邻结构曾之间刚度不能相差太大。基层与相邻面层的回弹模量比在0.08-0.4范围内。要注意个相邻结构间的相互影响。要考虑由于个种自然条件带来的不利影响。5.3路面设计车型前轴重（KN）后轴重（KN）后轴数后轴轮组数后轴距交通量（次/日）三菱T653B29.348.01双轮组-200黄河JN16358.6114.01双轮组-300江淮HF15045.1101.51双轮组-200解放920031.378.03双轮组3m 200湘江HQP4023.173.22双轮组3m300东风EQ15526.556.72双轮组3m300公路技术等级二级公路 安全等级三级设计基准期（a）20目标可靠度（）85目标可靠指标1.04变异水平等级中水泥混凝土路面结构设计以100KN的单轴-双轮组荷载作为标准轴载。不同轴-轮型和轴载的作用次数，按式（3 .0 4-1）换算为标准轴载的作用次数。5.1 5.25.35.4式中：Ns100KN的单轴-双轮组标准轴载的作用次数；Pi单轴-单轮、单轴-双轮组、双轴-双轮组或三轴-双轮组轴型级轴载的总重（KN）；轴型和轴载级位数；各类轴型级轴载的作用次数；轴-轮型系数，单轴-双轮组时，=1；单轴-单轮时，按式（5.2）计算；双 轴-双轮组时，按式（5.3）计算；三轴-双轮组时，按式(5.4)计算。2696交通等级特重重中等轻标准轴载累计作用次数Ne（104）2000100200031003交通等级特重重公路等级高速一级二级高速一级二级变异水平等级低中低中低中低中面层厚度（mm）260250240270240260230250220交通等级中等轻公路等级二级三、四级三、四级三、四级变异水平等级高中高中高中面层厚度（mm）240210230200220200230220交通等级特重重中等轻水泥混凝土的弯拉强度标准值（MPa）5.05.04.54.0钢纤维混凝土的弯拉强度标准值（MPa）6.06.05.55.0公路自然区划、最大温度梯度(/m)88839095869293986.023995水泥混凝土路面结构设计以行车荷载和温度梯度综合作用产生的疲劳断裂作为设计的极限状态，其表达式采用式（5.16）。 5.16式中： r可靠度系数p r行车荷载疲劳应力（MPa）t r温度梯度疲劳应力（M Pa），计算方法见符录B.2；fr水泥混凝土弯拉强度标准值（MPa）5.4路面接缝的设计5.4.1 纵缝5.4.2 横缝5.4.3 拉杆5.4.4 传力杆6 挡土墙设计6.1挡土墙设计原则由于部分路段填挖方较大，为防止路基发生坍塌，要设置挡土墙以加强稳定，经分析填方路段采用重力式挡土墙,挖方路段采用仰斜式挡土墙。6.2 挡土墙施工方法挡土墙施工方法：重力式挡土墙一般采用明挖基础，对岩石地基，应清除表面风化层，墙址前应有足够的襟边宽度。砌筑时，应将石料表面清扫干净并用水保持湿润，砌筑时外面线应顺直整齐，内面线可大致顺试，浆砌石底面应卧浆铺砌。选用浆砌片石，片石分层砌筑应长短相间的与里层砌块咬接成一体6.3挡土墙计算示例7 涵洞的设计7.1 涵洞设计的原则1. 涵洞7.2涵洞洞口加固与防护7.3涵长的计算全段共设5段，为圆管涵。如下图所示：以K0+540.00为例：圆管涵结构计算1.设计资料: 荷载等级=3 汽车-20级,挂车-100 车道数=2 砼标号=20号 砼抗压强度(Ra)=11.0MPa 砼弹性模量(Eh)= 26000.0MPa 钢筋等级=1级 钢筋直径(DG)= 8mm 钢筋抗拉强度(Rg)=240.0MPa 钢筋弹性模量(Eg)= 210000.0MPa 土容重(Rt)=18.0KN/立米 土的内摩擦角=35度 管节内径(d)= 75.0cm 外径(D)= 91.0cm 管璧厚度(DT)= 8.0cm 管壁内外径的平均半径(R)= 41.5 管顶填土高度(H)= 2.57m2.外力(荷载)计算:填土产生的垂直压力(TZ)= 46.24KN/平米 管节自重产生的垂直压力(GZ)= 2.00KN/平米车辆荷载产生的垂直压力: (1)汽车辆荷载产生的垂直压力(Pq)= 12.42KN/平米 汽车轮重(Gq)=240.0KN 车轮荷载压力横向分布宽度(aq)= 8.47m 车轮荷载压力纵向分布宽度(bq)= 4.57m (2)挂车荷载产生的垂直压力(Pg)= 18.57KN/平米 挂车轮重(Gg)=250.0KN 挂车荷载压力横向分布宽度(ag)= 6.17m 挂车荷载压力纵向分布宽度(bg)= 4.37m3.内力计算:(1)汽车荷载在截面上产生的弯矩(Mq)= 0.21KN-M (2)挂车荷载产生的弯矩(Mg)= 0.32KN-M土自重在截面上产生的弯矩(Mtz)= 0 .80KN-M 管自重产生的弯矩(Mgz)= 0.13KN-M4.内力组合: 最大弯矩(Mmax)= 1.48KN-M5.强度验算:(L=0.5M)钢筋外圈圈数= 3 (L=0.5M)钢筋内圈圈数= 3 (L=1M)钢筋外圈圈数= 6 (L=1M)钢筋内圈圈数= 6 中性轴位置(X)= .67cm 截面强度(Mj)= 3.05KN-M Mmax= 1.48KN-M 截面强度验算通过!6.裂缝宽度验算: 裂缝宽度(Fmax)= 0.125mm 0.2mm 满足规范第4.2.6条要求,裂缝宽度验算通过!地基基底应力为: 68.6KPa参考文献公路工程技术标准 （JTJ01-2004）公路路线设计规范 (JTJ011-94)公路路基设计规范 (JTJ013-2004)公路水泥混凝土路面设计规范 (JTJ012-2002)路基路面工程 （邓学钧编）测量学 （钟孝顺主编）道路勘测设计 （张雨化主编）水泥混凝土路面施工技术 （傅智主编）致谢本次设计结束，通过毕业设计，我学到了很多知识。掌握实地定线的理论，设计内容，设计方法。也提高了自身分析问题，解决问题的能力，使所学的理论知识应用到设计中去。在很大程度上提高了设计能力。同时也使自己对理论知识的掌握更扎实了。通过自己的努力，把大学四年学过的专业的知识系统地学习了一遍，把零碎的东西通过毕业设计从而有机地结合起来，发挥了各方面知识的作用，真正的知道了什么是学以致用。另外在此毕业设计过程中，用到了很多以前从未接触过的知识，这大大充实了我的专业知识，让我在理论和实践知识上的理解更加深刻。在设计中，不可避免的会出现错误之处。敬请指导老师多多指正。设计过程中得到了刘杰老师的辛勤指导及系其他老师的热心帮助和支持,在此表示衷心的感谢。