侯马运城高速公路cd段设计大学论文.doc

本科生毕业设计（论文）侯马运城高速公路CD段设计摘 要本毕业设计的题目是：侯马运城高速公路CD段设计。综合该地区的经济发展前景和交通量的发展需求，从远景和近景的交通状况出发，确定采用高速公路的技术指标进行设计。本高速公路所在地段属于平原微丘区，设计时速100Km/h。该路段设计总长5551.122m。路线设四个平曲线交点，交点桩号分别是K1+077.204，K2+009.886，K3+729.917，K4+625.774。平曲线半径分别为900m，800m，700m，800m。竖曲线两个，其中前一个为凹形曲线，后一个为凸型曲线。路线高低起伏不大，最小纵坡为0.301%，满足最小纵坡排水要求。路面设计为高级路面，采用沥青混凝土路面。本设计沥青混凝土理论以弹性层状体系理论为基础，沿途经过的干燥、中湿两种状态下的路段分别进行两种不同的路面设计，为保证路基路面的强度稳定性，延长道路的使用寿命，在做好路基路面设计的同时，还对道路的排水进行了设计。设计中采用多种工程软件进行精确计算来优化设计，设计图纸采用AUTOCAD系统及纬地道路系统绘制。关键词：高速公路；平曲线；竖曲线；路基；沥青路面 目录第一章 绪论11.1设计任务、依据及目的11.2沿线自然地理概况11.2.1道路所在地区的气象资料11.2.2沿线的工程地质及水文地质情况11.2.3沿线的植被及土壤分布情况21.2.4道路建筑材料及分布情况21.3近期交通量21.4可行性分析21.4.1道路可行性分析21.4.1.3关于路线交叉设置31.4.1.4关于交通工程与沿线设施31.5路线方案31.5.1地区选线3第二章 路线设计72.1主要技术指标72.1.1交通量分析及交通量的计算72.1.2年平均交通量72.2路线平面设计72.2.1平面线形设计的一般原则82.2.2计算平曲线要素82.2.3交点计算示例92.3道路纵断面设计112.3.1纵断面设计的一般要求112.3.2最大纵坡确定122.3.3最小纵坡确定122.3.4坡长限制122.3.5竖曲线设计132.4道路横断面设计152.4.1概述152.4.2路基宽度162.4.3路拱坡度确定172.4.4护坡道172.4.5边沟设计182.4.6弯道的超高与加宽182.4.7弯道的加宽20第三章 路基设计213.1概述213.2 路基的类型213.3 路基的宽度与厚度213.4 路基填料的选择223.5 取土与弃土方案223.6 路基填土与压实223.6.1路基填料的选择标准：223.6.2路基压实要求233.7 路基土石方数量计算及调配233.7.1 土石方量的计算243.7.2 土石方的调配方法253.8 基底处理25第四章 路面结构设计274.1概述274.2路面类型及结构274.2.1 路面类型274.2.2 路面结构284.2.3 新建路面结构设计的步骤284.3 沥青路面的主要损坏形式294.4 路面设计达到的要求304.5 沥青路面的设计计算304.5.1 确定自然区划和路基潮湿类型及土基回弹模量304.5.2交通量分析314.5.3 选择路面结构型式334.5.4 按容许弯沉计算路面厚度334.5.5路面结构组合36第五章 施工组织设计629.1.工程概况629.2.劳动力、机械设备以及材料计划629.2.1劳动力计划629.2.2机械设备配置629.2.3材料供应计划639.3高墩施工的特点及难点639.4施工方案649.4.1.施工方案简介：649.4.2.施工工艺流程（见图1）659.4.3施工关键技术659.5施工质量保证措施689.6安全保证措施699.7文明施工措施及环境污染防护措施70参考文献72致 谢73III第一章 绪论1.1设计任务、依据及目的课设题目：至运城高速公路CD段设计，该段高速公路的建设为侯马和运城两个城市之间的往来带来了方便，加强了地区之间的联系，加快了当地工农业的发展，同时带动了沿线旅游业的发展。对于地区经济来说，丹庄高速公路的建设的直接投资对当地经济起到拉动作用。本项目初步设计以设计任务书为基础，以现行公路工程技术标准（JTG B01-2003）及有关路线、路基、路面、桥涵、隧道、地质、交通工程勘察设计规范为依据，按交通部1996发公路工程基本建设项目设计文件编制办法及有关图表示例编制。1.2沿线自然地理概况1.2.1道路所在地区的气象资料该地区位于亚欧大陆东岸中纬度地带，属暖温带亚湿润季风型气候，年平均雨量多在800-1200毫米之间，是我国北方雨量最多的地区，降水2/3集中于夏季。年平均气温南部在8-9,北部6-7，冬季最低气温-25，夏季最高气温35，受山地和海洋影响，南北气温相差12。主风向为西北方向。受季风影响，季节变化明显，四季分明。7、8月份降水量占全年降水的50%，受地形和季风影响，降水量自西南向东北递增。抗震等级为7.0级。1.2.2沿线的工程地质及水文地质情况根据地质资料，该段地貌类型属于平缓山地地区，地层一次为填筑土、亚砂土、淤泥质亚砂土、粉砂、中砂、亚粘土、细砂、砾砂、中砂、亚粘土、砾岩等。沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。1.2.3沿线的植被及土壤分布情况路线所经地区有灌木丛，今后的经济发展主要是致力于土地的综合利用，对山、水、田、路进行综合治理，搞好水土保持。沿线农作物主要有玉米，高粱等，在道路周围可以种植树木和草，不但可以保持水土，还可以增加道路的美观，有助于增加行车安全。1.2.4道路建筑材料及分布情况沿线有丰富的砂砾，有小型采石场和石灰厂，水泥和沥青均需外购。1.3近期交通量 近期交通量车型 数量黄河JN150, 750解放CA10B 600东风EQ140 230日野KF300D 100各种车辆折合成小客车为 11211 辆/日 交通增长率： 7.5%。1.4可行性分析 1.4.1道路可行性分析1.4.1.1总体设计原则的确定坚持以人为本，树立安全至上的理念；坚持人与自然相和谐，树立尊重自然、保护环境的理念；坚持可持续发展，树立节约资源的理念；坚持质量第一，树立让公众满意的理念；坚持合理选用技术指标，树立设计创作的理念；坚持系统论的思想，树立全寿命周期成本的理念。1.4.1.2新技术采用本项目采用纬地道路CAD系统绘制平面设计图、纵断面设计图、 横断面设计图，土石方调配等，提高了设计速度和质量。1.4.1.3关于路线交叉设置分离式立体交叉是根据实地情况，综合考虑被交叉道路等级、相交角度、净空要求、水文地质条件、景观条件及施工方案等因素，确定立交位置、桥孔布置及桥型方案。1.4.1.4关于交通工程与沿线设施根据道路和交通量特点，交通工程与沿线设施本着布局合理、功能完善、设备配备、技术先进、经济实用、稳定可靠、维护方便的原则，尽可能采用国内外成熟的新技术、新工艺、新产品，为道路管理者和使用者及时提供必要的、准确的交通信息。当道路上发生突发事故时，道路管理者能具有快速反应和综合应变能力，从而确保高速公路安全、快速、舒适、高效运营。此设计高速公路起点为侯马，此地势平坦，周围多为房屋，农田有少量河流，终点在运城，此地势也比较平坦，周围主要是房屋和少量道路，两地路线周围比较适合道路的设计。1.5路线方案1.5.1地区选线路线起始点C点坐标（544332.000 474508.00）高程261.0m，终点D点坐标（539430.000 473244.00）高程262.0m，C至D点各个控制点高差高差相差很少， 两地都属于平原微丘地区。两地地势比较平坦，路线受高差和坡度的限制小，平、纵、横三方面的几何线形较易达到较高的技术标准，但往往由于受当地自然条件和地物的阻碍以及支农的需要，A至B点经过一些农田，房屋，细河，还得隧道穿越一座山川，并且还得跨越一座铁路，所以选现实应注意多方面的因素。1.以平面为主安排路线平原区路线，因受纵坡限制不大，布线时应在基本符合路线走向的前提下正确处理对地物、地质的避让与穿越，以平面为主安排路线。选线时，首先在起终 点及中间必须经过的工厂、农场及风景区作为主要控制点，了解农田优劣及建筑群、水电设施、跨河桥位等地物的分布，确定避让方法。2.线形与技术标准平原微丘地区由于地势比较平坦，居住人口比较密集，原有路线较密。两个小控制点之间以两点直线连接的路线是最理想的，当路线必须转折时，相邻曲线间应尽量有较长的直线，以便曲线之间有充足的过渡时间，但不能片面的追求长直线，平曲线尽量采用大半径，小偏角，从而保证线形的平顺。路线纵坡不应频繁起伏，也不宜过于平缓而造成排水不良。两个方案的必选A方案 B方案 路线的选择主要是根据地形、地物条件，并对工程地质、水文地质、山地自然灾害、筑路材料、生态环境、自然景观等进行充分考虑的基础上，结合沿线小区域气候特征进行方案研究，以选定路线线位。用纬地软件，初步确定A、B两个方案，并利用纬地对路线的选取、进行圆曲线设计、横纵断面设计等一些设计。A、B方案对比（1）A方案：高程方面，从起点开始需降低高程，向低处走，至终点处又需抬高路线。道路全长5.551.122km，占地面积约14.4万，在整个道路设计过程中，道路共穿过5处河流，1处铁路，故所需架设桥涵数为6处，其中大桥数为2座，中小桥数为4座。道路穿过1座高山，需修建一座长约330m的隧道。路线交叉情况相对简单，布局合理，线形比较连续通顺。（2）B方案：起终点高程布置同A方案相同。道路全长5.480km，占地面积约14.2万，道路共穿过7处河流，1处铁路，故需架设桥梁数为8处，其中大桥数为2座，中小桥数为6座。道路穿过1座高山，需修建一座长约330m的隧道。路线交叉相对复杂，布局相对合理，线形比较连续通顺。整理出两个方案的各个指标，见表1-1。表1-1方案路线长度桥梁数量路线交叉数拆迁情况隧道数量特殊路段A5551m2座大桥， 4座中小桥，6处拆迁4处1个3处B5480m2座大桥， 6座中小桥，8处拆迁5处1个3处表1-2方案总占地面积（）填方（）挖方（）拆迁电力设施A12962131269591474696相当B13521121342561645213相当（3）对比分析，A方案中的桥涵数量较B方案少了2座中小桥，且拆迁量较B方案少1处，路线交叉情况没有B方案复杂。结论：综合考虑技术、经济指标选择A方案，如表1-3 表1-3方案路线长度最小半径最大纵坡填方挖方桥梁A5551.122m700m1.88012695914746966座第二章 路线设计2.1主要技术指标2.1.1交通量分析及交通量的计算 近期交通量车型 数量黄河JN150, 750解放CA10B 600东风EQ140 230日野KF300D 100各种车辆折合成小客车为 11211 辆/日 交通增长率： 7.5%。2.1.2年平均交通量高速公路设计年限由公路路线线形设计规范（JTG D202006）查得为20年。所以，计算年平均交通量为：。由于交通量处于2500055000辆之间，根据公路工程技术标准拟定该公路等级为四车道高速公路，设计速度初步设计为100km/h。2.2路线平面设计道路是一条带状的三维空间实体，它由路基、路面、桥梁、涵洞和沿线的附属设施所组成。路线，是指道路中线的空间形态。路线在水平面上的投影线形称作道路的平面线形。而沿中线竖直剖切再沿道路里程展开的立面投影线形则称为道路的纵断面线形。中线上任意一桩号的法向切面是道路在该桩号的横断面。路线设计是指合理确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。为了设计和研究工作的方便，通常把路线设计分解为路线平面设计、路线纵断面设计和道路横断面设计，三者分别进行，但相互关联。2.2.1平面线形设计的一般原则根据公路路线线形设计规范（JTG D202006）得知：1）以平面线形为主，合理解决避让、穿越、趋就等问题，穿线过程不考虑纵坡的限制。2）以设计数据为主导，远景设计为目标，大致控制细部。3）线形要求短捷、平顺、有美感。4）正确处理线形与环境的关系“少占田，避拆房，尽量不穿塘”，使路线的设置与周围环境相协调。5）正确处理路线与城镇的关系：应尽量避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点，“靠村不进村，利民不扰民”；尽量避开重要的电力、电讯设施。6）处理好路线与桥位的关系，说明如下：一般情况下，桥位中线应尽可能与洪水的主流流向正交，桥梁和引道最好在直线上，条件受限时也可设置斜桥或曲线桥。小桥涵位置应服从路线走向，但遇到斜交过大或河沟过于弯曲，可采取改河措施或改移路线。7）注意不良地质的处理。平原区的水文土壤条件较差，特别是河网湖区，地势低平，地下水位高，使路基稳定性差，因此应尽可能沿接近分水岭的地势较高处布线。当路线遇到面积较大的湖塘泥沼和洼地时，一般应绕避；如要穿越时，应选着最窄最浅和基底坡面平缓的地方通过，并采取措施保证路基的稳定。8）正确处理新旧路的关系：平原地区通常有较宽的人行大路或等级不高的公路，正确布置平面交叉和立体交叉。9）平原地区一般缺乏砂石建筑材料,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。2.2.2计算平曲线要素平曲线类型有直线、圆曲线、缓和曲线。本设计中采用缓和曲线计算。带有缓和曲线的平曲线计算公式 图2-1曲线几何要素切线长： 曲线长： 外 距： 切曲差： 内移值： 切线增值： 2.2.3交点计算示例以JD1为例进行计算：交点桩号 K1+086.214，转角，设计车速。设缓和曲线，取圆曲线半径。根据公路路线线形设计规范（JTG D202006）中规定计算：1. 确定缓和曲线长度：（1）按离心加速度的变化率计算按驾驶员的操作反应时间计算（2）（3）按超高渐变率计算（4）按视觉条件计算综合以上各项，取。2. 主点里程桩号计算（1）曲线要素计算（2）基本桩号计算 （计算无误）同理，其余主点桩号计算结果见表2-1。表 2-1交 点 号交 点 坐 标曲 线 要 素 值 (m)N (X)E (Y)半 径缓和曲缓和曲切 线曲 线外 距校正值线长度线参数长 度长 度12345678910JD0544207474293JD1543285.51944473717.90458900130342.053347.856677.690644.151718.021JD2542342.27166473765.66779800130322.49237.388469.248519.2265.527JD3540717.83908474600.3584700130301.662662.8491118.6217221.3328207.076JD4540125.289473792.98788800130322.49221.021437.871715.93874.171JD55393364733062.3道路纵断面设计2.3.1纵断面设计的一般要求为使纵坡设计经济合理，必须在全面掌握勘测资料的基础上，结合选线的纵坡安排意图，经过综合分析、比较才能定出设计纵坡。纵坡设计的一般要求为：1. 纵坡设计必须满足公路工程技术标准（JTG B012003）的有关规定。2. 为保证车辆可以能以一定的速度安全顺利行驶，纵坡应有一定的平顺性，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、气候和排水等因素综合考虑，合理处理道路、管线、地下水位等的高程关系，以保证道路路基的稳定性与强度。4. 一般情况下道路纵坡设计应考虑路基工程的填、挖方平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方量，从而降低工程造价和节省道路用地。5. 由于平原微丘地区地下水位较高，因此道路纵坡设计时，除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，以保证路基的稳定性。6. 在实地调查的基础上，公路应充分考虑通道、农田水利等方面的要求。2.3.2最大纵坡确定最大纵坡是指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。我国公路工程技术标准（JTG B012003）中规定高速公路的最大纵坡为4%。高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证合理，最大纵坡可增加1%。在非机动车交通比例较大的路段，为照顾其交通要求可根据具体情况 将纵坡适当放缓：平原微丘区一般不大于2%3%。本设计的最大纵坡为1.8804%。2.3.3最小纵坡确定在长路堑、低填以及其他横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.25%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。当必须设计平均纵坡或纵坡小于0.25%时，边沟应作纵向排水设计。在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。本设计的最小纵坡为0.301%。2.3.4坡长限制1） 最小坡长限制最短坡长的限制主要是从汽车行驶的平顺的要求考虑的，如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生的增重与减重的变化频繁，导致乘客感觉不舒适，车速越高越突出，公路工程技术标准（JTG B012003）和公路路线线形设计规范（JTG D202006）规定，高速公路的最短坡长为：平原微丘250m2） 最大坡长限制道路纵坡的大小及其对汽车正常行驶影响很大。纵坡越陡，坡长越长，对行车影响也越大，所谓最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。规范规定，高速公路最大坡长为：由于本设计的各坡度都小于不限长度的最大纵坡2.4%，所以不设最大坡长。2.3.5竖曲线设计在纵断面设计中，竖曲线的设计要受到许多因素的限制，其中有三个因素决定着竖曲线的最小半径，即最小半径须满足缓和冲击、行驶时间不过短和行驶视距的要求。查公路工程技术标准得：纵断面技术参数 表2-2设计速度/ km/h100凸形竖曲线半径（m）一 般 值6500极 限 值10000凹形竖曲线半径（m）一 般 值4500极 限 值3000竖曲线最小长度（m）851.竖曲线设计与计算竖曲线包括凹曲线、凸曲线。本次设计公路全长5551.122，全线共设三个竖曲线。为两个凹形竖曲线，一个凸形曲线。坡度差（代数差），当为“+”时，为凹形竖曲线；为“”时，为凸形竖曲线。竖曲线长度： 竖曲线切线长： 竖曲线上点的竖距：竖曲线外距： 式中 竖曲线半径，； 竖曲线的曲线长，； 竖曲线的切线长，； 竖曲线的外距，； 两相邻纵坡的代数差，在竖曲线要素计算时去其绝对值； 竖曲线上任意一点到切线的纵距，； 竖曲线上任意一点与竖曲线始点或终点的水平距离，。图4-1 竖曲线要素图在设计过程中，按折线计算出的纵断面设计标高为未计竖曲线之设计标高；设置竖曲线后，竖曲线内所在路段的设计标高应在未计竖曲线之设计标高的基础上加以改正，此改正值为，即：在凸形竖曲线内： 设计标高=未计竖曲线的设计标高在凹形竖曲线内： 设计标高=未计竖曲线的设计标高+2。竖曲线计算变坡点桩号：K1+100，K2+730，K5+550纵坡坡度： -1.8804%， +1.0854%， -0.3015%竖曲线半径：7500m，14000m以变坡点1为例计算：（凸形竖曲线），为凹形。曲线长： 切线长： 外 距： 桩 号竖 曲 线纵 坡（）标 高（m）凸曲线半径R（m）凹曲线半径R（m）切线长T（m）外距E（m）起点桩号终点桩号+-K0+000261-1.8804K1+100240.31547500111.2180.824K0+988.781K1+211.2191.0854K2+730258.00761400097.0870.337K2+632.913K2+827.087-0.3015K5+550249.504 竖曲线要素表 表2-32.4道路横断面设计2.4.1概述公路是一带状结构物，垂直于路中心线方向上剖面叫横断面，这个剖面的图形叫横断面图，它反映了路基的形状和尺寸，横断面设计应满足如下要求：横断面设计应符合公路建设的基本原则和现行公路工程技术标准（JTGB012003）规定的具体要求。设计前要充分了解工程地质和水文等自然条件，并确定公路等级、行车要求、自然条件结合施工方法，做出正确合理的设计。设计时要兼顾当地基本建设的需要，尽可能与之间配合，不能任意减、并农田排灌沟渠，当灌溉沟渠必须沿路基通过时，如流量较小，纵坡适宜，可考虑与路基边沟合并，但边沟断面应适当加大。路基穿过耕地时，为了节约用地，如当地石料方便，可修建石砌边坡，或修筑直立的加筋土挡墙。地面水和地下水严重影响路基的强度和稳定性，须采取拦截或迅速排至路基外的措施。设计排水设施时，应保证水流排泄畅通，并结合附近农田灌溉，综合考虑进行设计。2.4.2路基宽度各种车辆折合成小客车的交通量合计为11211辆/日，查公路工程技术标准（JTGB012003）得公路等级为高速公路.车速拟定为100,车道数拟定4车道,服务水平为二级。1、路幅及行车道宽的确定本设计路段为平原微丘，远景交通量为11211辆/日，根据公路工程技术标准（JTGB012003）规定并结合实际情况取道路等级为高速公路，路幅定为整体式双幅四车道，中间采用分割带分开。公路工程技根据准（JTGB012003）术标可以查得平原微丘地区高速公路行车道宽度为3.75m。2、加宽值的确定当汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中以后轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。公路工程技术标准（JTGB012003）规定：对于R250m的圆曲线，由于加宽值甚小，可以不加宽。本设计中最小圆曲线半径大于250m，因此本设计不采用加宽。3、路肩的确定本设计路段为平原微丘地区高速公路，需要设置路肩。本设计参照我国公路工程技术标准（JTGB012003）的有关规定，选择的路肩宽度为硬路肩宽度3.0m，土路肩0.75m。硬路肩的坡度为2%，土路肩的坡度为3%，边坡坡度1:1.5。在填方路段，为使路肩能汇集路面积水，需在路肩边缘设置路缘石。为了便于排水，可在路基边缘设置高出路面10 cm20 cm,宽为10 cm15 cm的路缘石。4、中间带的确定中间带是由两条左侧路缘带与中央分隔带组成。中间带的宽度越宽其作用越明显，但是对于我国宝贵的土地资源，采用较宽的中间带是很浪费的，公路工程技根据准（JTGB012003）规定的数值也随公路等级、地形条件变化而有所不同，根据实际情况，我在设计采用中央分隔带的宽度为3m，中央分隔带两侧路缘带的宽度为0.75m。在分隔带与路面之间设置路缘石，起导向、连接和便于排水的作用，高度不宜太高（20cm），因为太高会使高速行驶的汽车一旦驶入将产生飞跃甚至翻车的危险，所以高速公路因为排水必须设置路缘石时，应使用光滑的斜式或曲线式的，高度不宜小于12cm。2.4.3路拱坡度确定公路工程技术标准（JTG D202006）规定沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为12%；硬路肩路拱坡度与行车道相同.但不得大于5.0%,土路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%2%.故取路拱坡度为2%,土路肩横向坡度为3%，路拱坡度采用双向坡面，由中央分隔带远向两侧倾斜。2.4.3路基边坡坡度由公路路基设计规范得知，当H150）8543101015153.6.2路基压实要求为保证路基的强度和稳定性，使路面有一个必要的稳固土基，在填筑土质路堤时，应将填土分层压实。路面水下约1.01.2m深度内的路堤上层由于承受车荷载的作用较大，要求尽可能接近最大压实度，1.01.2m深度以下的路堤填土，压实度适当降低。高度不大于1.0m的路堤，其中层与下层如不为水所浸没，可采用较低土层