一级公路设计与计算毕业设计方案.doc

1、方案比选1.1设计资料该路段所在地域处属于东部温润季冻区，气候温暖。夏冬温差较大，路面设计应注意高温稳定性和低温抗裂性；最大冻深为1.91m，设计路面总厚度时要考虑这个原因，确保最小防冻厚度。主风向为西南风。（1）沿线工程地质及水文地质情况沿线山体稳定，无不良地质情况，山坡上1米以下是碎石土，山顶多有碎落现象，在碎落带地域设置碎落台，以堆积碎落岩屑和土石，便于养护时清理。山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。 （2）沿线植被及土壤分布情况。多丘陵和山地，山岗处树木较多，农田处有灌木区，农田多旱地。沿线多粘质土，山坡上1米以下是碎石土。（3）道路建筑材料及分布情况沿线有丰富砂砾，有小型采石场和石灰厂，水泥和沥青均需外购。故设计混凝土路面和沥青路面均可，基层和垫层材料应该注意就地取材，节省工程费用。（4）交通量资料： 近期交通量 车型数量车辆折算系数三菱FR4152501.5五十铃NPR595G1401.5江淮HF140A1001.5江淮HF1502002.0东风KM3403501.5东风SP9135B1203.0五十铃EXR181L1103.0 交通增加率：7 % 。 道路必经点: 无要求。 其它：无。1.2关键技术标准和设计规范 （1）关键技术标准本项目为公路一级，设计速度为80km/h。设计荷载等级：公路-级。场地在抗震设防烈度小于六度区，地震动峰值加速度0.05g，不需进行抗震设防。 （2）设计规范 公路工程技术标准（JTG B01-）公路路线设计规范（JTG D20-） 公路路基设计规范（JTG D30-）公路沥青路面设计规范（JTG D50-）1.3平原选线标准依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和远景计划，正确处理好近期和远景关系，在总体计划知道下，合理选择方案。认真领会任务书精神，深入现场，多跑、多看、多问、多比较，深入调查当地地形、气候、土壤、水文等自然情况，以利于选择有价值方案进行比较。充足利用有利地形、地势，尽可能回避不利地带，正确利用技术标准，从性车安全、通畅和施工养护经济、方便着眼，对路线和地形配合加以研究，做好路线平、纵、横三方面结合，努力争取平面短捷舒顺，纵断面平缓、均匀，横断面稳定、经济。 平原地域河道密布、沟塘众多，在交通工程建设中，尤其是一级公路建设中，桥涵结构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，桥涵结构物和沟塘处理费用要占总造价二分之一以上，所以所选路线直接影响着工程总造价，在选线时要作认真比较，绕避沟塘和降低中小桥涵数量、合理选择大桥桥位可使桥长缩短，交角变小，但这么往往又会使路线变小，对部分方案路线，进行估算比较后选择造价较低路线，有时在部分地段，因为地形限制，要达成一级路要求需要增加相当大费用，比如沿河路线要跨越该河时，因为该河较宽且为等级航道，假如达成一级公路技术标准，要么使大桥角度斜穿河道，要么在桥头设匝道，大桥大角斜穿河道对应就增加了桥长和跨径，角度越大增加越大，所需要费用也就越多；在桥头设置匝道，因为是等级航道，通航净空较大，桥头较高，要使匝道部分平曲线，竖曲线达成一级路要求，匝道将会很长，也就是说大大增加了路线长度，增加了费用，为了降低费用，在这些地段路线常采取规范要求极限值，甚至在极部分情况下，采取低于规范极限值标准，这么虽使部分地段标准有所降低却省了数目可观费用，同时经过交通工程设计如设置急速标识、减速车道、加速车道等，填补线形不足，使路线线形总体能达成设计要求。1.4纸上选线充足利用土地资源，降低拆迁，就地取材，带动沿线城镇及地方经济发展。平原地域多数是鱼米之乡，土地肥沃，水资源丰富，不过人口密集，尤其是耕地尤为担心能，人均耕地0.51.0亩，修一条高等级公路要占用很多土地，在选线时，要考虑到尽可能少占耕地，不破坏农田水系，常见方法是利用河堤，利用河堤好处较多，除了节省耕地，不破坏水系外，还有以下部分好处：利用老路，这个地域以前低等级公路大多数在河堤上建筑，长久自重作用和车辆荷载作用使路基沉陷趋于稳定，在路基处理时能够节省费用；能够降低拆迁，因为有老路存在，沿线拆迁量降低；因为河堤较高，能够节省土地用量，降低耕地开挖，接生了耕地；能够带动沿线经济发展，河网地域城镇、乡村多倚河而建，各乡镇间距距离较小，大多不超出10km，多为部分低等级砂石路相连且人口较多，每个乡镇达成48万人，当道路等级提升后，能够带动沿线很多行业发展，尤其是旅游业，因为交通便利，经济发展大为加紧；有利于公路网路建设，利用老低等级公路网进行技术改建，提升技术标准，改造成新型高等级网络，能够加紧路网建设速度。2、平面设计2.1本段关键技术指标序号指标名称规范值序号指标名称规范值1公路等级一级公路5停车视距1102设计车速806不设超高最小平曲线半径25003平曲线通常最小半径4007汽车荷载等级公路-级4平曲线极限最小半径250 2.2平曲线设计 考虑到自然地理特征，因为设计为一级公路，要充足考虑线路线性要求，保持线性连续性，让司机和乘客在生理和心理上有安全感和舒适感，同时考虑到经济原因，尽可能使工程量最小，造价最低。经反复比选，最终确定路线起点K0+000-K2+337.06，平曲线线性以下图。 2.3平曲线要素计算考虑到自然地理特征，因为设计为一级公路，要充足考虑线路线性要求，保持线性连续性，让司机和乘客在生理和心理上有安全感和舒适感，同时考虑到经济原因，尽可能使工程量最小，造价最低。经反复比选，最终确定路线起点K0+000-K2+337.06。JD1曲线参数计算 取圆曲线半径R=1500m，转角=244414 2.4缓解曲线要素计算JD2曲线参数计算取R=360m，转角=634049ls1=ls2=60.25m依据公式： 切线长 曲线长 外距计算得曲线参数表以下表： 3、 纵断面设计沿着道路中线竖直剖切然后展开得到断面即为路线纵断面。纵断面设计关键任务就是依据汽车动力特征、道路等级、当地自然地理条件和工程经济性等，确定起伏空间线位置，方便达成行车安全快速、运输经济合理和乘客感觉舒适目标。3.1 纵坡及坡长设计3.1.1概述沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。因为自然原因影响和经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏空间线。 纵断面设计依据地形、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、充足利用旧路。纵断面是道路纵断面设计关键结果，也是道路设计关键技术文件之一，见纵断面设计图。在纵断面图上有两条关键线：一条是地面线，它是依据中线上各桩点高程而点绘一条不规则折线，反应了沿着中线地面起伏改变情况；另一条是设计线，它是经过技术上、经济上和美学上等多方面比较后定出一条含有规则形状几何线，反应了道路路线起伏改变情况。纵断面设计线是由直线和长度影响着汽车行驶速度和运输经济和行车安全，它们部分临界值确实定和必需限制，是以通行汽车类型及行驶性能来决定。在直线坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式不一样，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。3.1.2最大纵坡最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路许可采取最大坡度值。它是道路纵断面设计关键控制指标。此次设计一级公路设计速度为60km/h，最大纵坡取4%，本设计最大坡度为4%，符合设计要求。3.1.3最小纵坡挖方路段和其它横向排水不良路段所要求纵坡最小值称为最小纵坡。在长路堑和其它横向排水不利地段，为了预防积水渗透路基而影响其稳定性，各级公路均应设置大于0.3最小纵坡，通常情况大于0.5。当必需设计平坡或纵坡小于0.3路段时，边沟应作纵向排水设计，本设计最小坡度为0.8%符合要求。3.1.4坡长限制（1）最小坡长限制最小坡长限制关键是从汽车行驶平顺性和布设竖曲线要求考虑。60km/h时要求最小为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，当车速下降到最低许可速度时所行驶距离。规范要求最大坡长如表5.1所表示。此次设计中设计坡度4%时坡长为900m，设计坡度为0.8%时坡长为1528m，均符合设计要求。设计速度/(km/h)1201008060403020坡度/39001000110012004700800900100011001100120056007008009009001000650060070070080075005006008300300400920030010200表5.1 各级公路最长坡长3.1.5缓解坡段当连续纵坡大于坡长限制时，应在小于表5.1所要求长度处设缓解坡段，用以恢复在陡坡上降低速度和确保安全。标准要求缓解坡段纵坡度应小于3，其长度应大于该级公路对应最短坡长。在必需设置缓解坡段而地形又困难地段，可将缓解坡段设置于半径较小平曲线上，但应合适增加缓解坡段长度。此时缓解坡段长度应予增加，所增加长度为该平曲线半径值。3.1.6平均纵坡平均纵坡是指由若干坡段组成路段所克服高差和路现长度之比，是衡量线形质量关键指标，目标是为了合理利用最大纵坡、坡长及缓解坡长要求，以确保车辆安全顺利地行驶限制性指标。本公路相对高差小于200m，顾能够不考虑平均纵坡。3.1.7合成坡度合成坡度是指由路线纵坡和弯道超高横坡或路拱横坡组合而成坡度，其方向即为流水线方向。合成坡度计算公式为： 式中 ， I合成坡度，；超高横坡或路拱横坡，；路线设计纵坡坡度，。一级公路最大许可合成坡度值要求为小于10.5此次设计中最大合成坡度为：，6.410.5，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，应采取综合排水方法，以确保路面排水通畅。3.2 道路平纵组合3.2.1平纵组合设计标准（1）应在视觉上能自然地引导驾驶员视线，并确保视觉连续性。（2）注意保持平纵线形技术指标大小应均衡。（3）选择组合适当合成坡度，以利于路面排水和行车安全。（4）注意和道路周围环境配合。3.2.2平曲线和竖曲线组合（1）平曲线和竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。最好是使竖曲线起终点分别放在平曲线两个缓解曲线内，即所谓“平包竖”。（2）平曲线和竖曲线大小应保持均衡。（3）暗弯和凸形竖曲线及明弯和凹形竖曲线组合。3.3 纵断面设计方法及步骤纵断面上两个坡段转折处，为了便于行车方便用一段曲线来缓解，称为竖曲线。竖曲线形式可采取抛物线型或圆曲线型。因为在纵断面上只计水平距离和垂直高度，斜线不计角度而计坡度，所以，竖曲线切线长和曲线长是其在水平面上投影，切线支距是竖直高程差，相邻两坡度线交角用坡度差表示。3.3.1竖曲线最小半径设计车速为时，凸形竖曲线极限最小半径为1400m，通常值为m；凹形竖曲线极限最小半径为1000m，通常值为1500m。竖曲线最小长度为50m。见表5.2：表5.2 竖曲线最小半径和竖曲线长度设计速度(km/h)1201008060403020凸形竖曲线最小半径(m)通常值17 00010 0004 5002 000700400200极限值11 0006 5003 0001 400450250100凹形竖曲线最小半径(m)通常值6 0004 5003 0001 500700400200极限值4 0003 0002 0001 000450250100竖曲线长度(m)通常值250210170120906050最小值100857050352520本设计中竖曲线为凸型，半径为6000m，符合要求。总而言之，不管是凸形竖曲线还是凹形竖曲线全部要受到以上三种原因限制。在进行设计时，必需明确那一个限制原因最为不利，这么才能最为有效控制。3.3.2纵断面设计关键点及计算（1）纵坡极限值利用：通常来讲，纵坡缓部分为好，但为了路面和边沟排水，最小纵坡不应低于0.30.5。（2）最短坡长：坡长是指纵断面上两变坡点之间距离。坡长不宜过短，通常以大于计算行车速度9s行程为宜。（3）纵坡设计：本设计地形为山岭重丘地形，所以其纵坡应均匀平缓，注意确保最小纵坡要求。（4）竖曲线半径选择：竖曲线半径应以较大为宜，当受到限制时可采取通常最小值，特殊困难方可采取极限最小值。在xoy坐标系中，图5.1所表示，设变坡点相邻两纵坡坡度分别为，她们代数差用表示，即 ，当为“”时，表示为凹形竖曲线，为“”时，为凸形竖曲线。本设计中竖曲线要素计算以下： 图5.1竖曲线要素示意图曲线长L=Rw=286.2m切线长T=L/2=143.1m外距E=T2R=1.706m3.3.3纵断面设计步骤（1）依据所给平面图，结合当地地形、地物实际情况，设计出一条既符合规范，又省土石方设计线；（2）结合坡长限制和半径限制，合理定出竖曲线半径；（3）计算出相关竖曲线要素值；（4）绘制纵断面图，并注明各要素值。3.3.4纵断面图绘制纵断面图在CAD图里面包含上下两部分内容。上部分在本图里面关键包含地面线和设计线，和纵断面各要素数据。下部分关键包含填挖高度、里程桩号、地面高程、设计高程、坡长坡度说明、平曲线说明。4、 道路横断面组成4.1路幅组成路幅是指公路路基顶面两路肩外侧边缘之间部分。道路分隔方法有两种，一个是用分隔带分隔（整体式断面），一个是将上下行车道分别放在不一样平面上加以分隔（分离式断面）。本设计为整体式断面。4.2路幅部署类型路幅部署类型包含单幅双车道、双幅多车道、单车道三种。设计时依据设计要求合理采取路幅形式。本设计为双幅四车道。5、行车道及路肩、路拱5.1行车道宽度确实定行车道是道路上供多种车辆行驶部分总称,它包含快车道和慢车道,在通常公路和城市道路上还有非机动车道.行车道宽度要依据车辆总宽设计交通量交通组成和汽车行驶速度确定。此次设计单车道宽3.5m。5.2平曲线加宽及其过渡加宽值计算汽车行驶在曲线上,各轮迹半径不一样,其中以后内轮轨迹半径最小,且偏向曲线内侧,故曲线内侧应增加路面宽度,以确保曲线上行车顺适和安全。 四级公路和山岭、重丘区三级公路采取第一类加宽值；其它各级公路采取第三类加宽值。对不常常通行集装箱运输半挂车公路，可采取第二类加宽值。对于R250m圆曲线，因为其加宽值比较小，能够不加宽。对于此次工程来说，半径全部大于250m，不设置加宽。故不需计算加宽。5.3路肩各级公路全部要设置路肩。路肩对于一条道路来说有很关键作用。从结构上来说，路肩分为土路肩和硬路肩。硬路肩是经过了铺装路肩。为了使路肩能聚集路面积水，在路肩边缘应设置路缘石。土路肩是指不经过任何铺装路肩，它其保护路面和路基作用，并能提供侧向余宽。路肩最小宽度为0.5m。本设计路肩为1.0m宽土路肩和7m硬路肩。5.4路拱及超高（1）路拱及路肩横坡度 为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜拱形，称路拱。其倾斜大小以百分率表示。对于不一样类型路面因为其表面平整度和透水性不一样，再考虑当地自然条件选择不一样路拱坡度。 土路肩排水性远低于路面，其横坡度较路面宜增大1.02.0，硬路肩视具体情况（材料、宽度）可和路面同一横坡，也可稍大于路面。 本设计中采取是沥青混凝土路面，路拱坡度采取2。（2）超高 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生离心力，将路面做成外侧高于内侧单向横坡形式，这就是曲线上超高。合理地设置超高，能够全部或部分地抵消离心力，提升汽车行驶在曲线上稳定性和舒适性。 超高横坡度由直线段双坡路拱，过渡到和圆曲线半径相适应单向横坡路段，称作超高缓解段或超高过渡段。高横坡度计算确定 超高横坡度可由平曲线最小半径公式： 得出 对此，中国现行公路工程技术标准中要求：凡半径小于不设超高最小半径平曲线均应设置超高。超高横坡度按设计速度、半径大小，结合路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定。高速公路、一级公路超高横坡度不应大于10，其它各级公路不应大于8。 在本设计中，由上面计算得悉当圆曲线半径大于1500m时，能够不设置超高。超高过分超高过渡分为无中间带道路和有中间带道途经渡，本设计采取有中间带道路超高过渡方法。本设计为绕中线旋转:先将外侧车道绕路中线旋转,待达成和内侧车道组成单向横坡度后,整个断面绕中线旋转,直至超高横坡度。超高值计算见附表。5.5公路横断面设计路面横断面形式是伴随道路等级不一样而有所，可选择不一样形式，通常分为槽式横断面和全铺式横断面。对于槽式横断面它和全铺式横断面最大一个不一样点是槽式横断面中路面结构层是等厚，而全铺式中是非等厚。此次设计所采取是槽式横断面。5.6公路横断面设计要求横断面设计，必需结合地形、地质、水文等条件，本着节省用地标准，选择合理断面形式，以满足行车顺适、工程经济、路基稳定且便于施工和养护要求。5.7路基标准横断面在具体设计每个横断面之前，先确定路基标准横断面（或称“经典横断面”）。在标准横断面图中，通常要包含：路堤、路堑、半堤半堑、砌石路基等，断面中边坡坡率、边沟尺寸、挡墙断面等，必需按现行公路路基设计规范要求处理。对于高填、深挖、特殊地质、浸水路堤等应单独设计。路基标准横断面见路基标准横断面图。6、 路基土石方计算及调配6.1土石方数量计算平均断面法:若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近,则可假定两断面之间为一棱柱体,其体积计算公式为:其中, V-体积,即土石方数量(m3)；F1、F2 -分别为相邻两断面面积(m2)； L-相邻断面之间距离(m)。6.2路基土石方调配 土石方调配目标是为确定填方用土起源、挖方弃土去向，和计价土石方数量和运量等。经过调配合理地处理路段土石方平衡和利用问题，使从路堑挖出土石方，在经济合理调运条件下移挖作填，达成填方有所“取”，挖方有所“用”，避免无须要路外借土和弃土，以降低占用耕地和降低公路造价。 （1）土石方调配方法 土石方调配方法有多个，如累积曲线法、调配图法及土石方计算表调配法等，现在生产上多采取土石方计算表调配法，该法不需绘制累积曲线和调配图，直接可在土石方表上进行调配，其优点是方法简捷，调配清楚，精度符合要求。具体调配步骤是： 土石方调配是在土石方数量计算和复核完成基础上进行，调配前应将可能影响运输调配桥涵位置、陡坡、大沟等注在表旁，供调配时参考。搞清各桩号间路基填挖方情况并作横向平衡，明确利用、填缺和挖余数量。 在作纵向调配前，应依据施工方法及可能采取运输方法定出合理经济运距，供土石方调配时参考。 依据填缺挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济和支农标准，具体确定调配方案。方法是逐桩逐段地将毗邻路段挖余就近纵向调运到填缺内加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头标明在纵向利用调配栏中。 经过纵向调配，假如仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土或弃土数量和运距分别填注到借方或弃方栏内。土石方调配后，应按下式进行复核检验： 横向调配+纵向调配+借方填方 横向调配+纵向调配+弃方挖方 挖方+借方=填方+弃方 检验通常是逐页进行复核，如有跨页调配，须将其数量考虑在内，经过复核能够发觉调配和计算过程有没有错误。经过核证无误后，即可分别计算计价土石方数量、运量和运距等，为编制施工预算提供土石方工程数量。致 谢本论文是在导师隋媛媛老师潜心指导下完成，在此首先感隋李老师对设计过程中提议和耐心指导，使我在理论利用和实际设计能力等各方面取得了长足进步。老师广博知识、严谨治学作风、对科学工作献身精神和健康向上人生态度使我终生受益匪浅。感谢我各位同事关心、帮助及其和我有益讨论。总而言之，在这几年中年中，我感谢我老师、同事和好友关心和支持，使我在工作中、学习中、实践中生长。4、参考文件1 裴玉龙. 公路勘测设计. 哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，19972 金仲秋. 公路设计技术. 人民交通出版社，3 陈胜营. 公路设计指南. 人民交通出版社，4 张维全. 道路勘测设计毕业设计指导. 人民交通出版社，5 邓学钧编著路基路面工程北京：人民交通出版社，6 许金良. 道路勘测设计7 交通部公路局编著公路工程技术标准北京：人民交通出版社，19958 交通部第一公路勘察设计院编著. 公路路线设计规范北京：人民交通出版社， 19949 中交第二公路勘察设计研究院编著. 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