黄石市长乐大道a9段公路设计终极版-学位论文.doc

武汉科技大学本科毕业设计摘 要本次毕业设计为黄石市长乐大道A9段公路设计，所处位置的地貌为长江中下游丘陵地貌单元，场地地貌单元大部分为丘陵，剥蚀堆积岗地。主要进行公路线形、路基和路面设计。其中，线形设计包括选线、方案比选、平面设计和纵断面设计；路基设计包括横断面设计、路基边坡设计等；路面设计包括路面结构层设计、路面结构层厚度设计和路面结构层验算。通过对当地交通量、地形、气候、水文、地质等状况的深入调查, 确定了道路的等级以及道路设计的各个技术指标，为公路路线方案的比选准备了原始材料，确定了线路的平面位置。并且本设计对方案进一步细化。对路线的平面和纵断面进行了综合分析，根据技术标准及当地实际情况确定了路基宽度、高度及边坡坡度并且对路面材料、横断面布置、曲线超高及加宽的设置做了精心设计。关键词: 线形; 缓和曲线; 竖曲线; 路基; 路面I武汉科技大学本科毕业设计AbstractThis graduation design is a design of Changle road A9 highway in Huangshi City, the location of the landscape as the middle and lower reaches of Yangtze River hilly landform unit, most of the field geomorphic units are the hills, and denudation.This road mainly carrys on the road alignment, roadbed and pavement design. Then,alignment design includes to choose the line, project to compare to choose, the flat surface design and vertical section design.The roadbed design includes the cross section design and the roadbed side slope design etc; The pavement design includes pavement structure layer design, pavenent structure layer thickness design and pavement structure layer to check to calculate. According toinvestigating the further state of the volume of traffic, local topography,climate,hydrology,geology,etc,then confirms the class of highway and technical standard,selecting to prepare the firsthand material of scheme of the highway, and fixing the level of the circuit. On the route of the plane and vertical section are analyzed, according to the technical standard and the local actual situation to determine the roadbed width, height and slope and pavement materials, cross section layout, curve superelevation and broadening the settings made elaborate design.Key words: Alignment; Easement curve; Vertical curve; Road bed; Pavement目 录绪 论.11 设计原始资料和依据.21.1 地形21.1.1 地形地貌.21.1.2 水文21.1.3 气象21.1.4 植被21.1.5 区域地质条件31.1.6 筑路材料及运输条件31.1.7 挡土墙设计资料31.1.8 交通量41.2 设计依据42 路线设计.52.1 道路技术等级确定52.2 路线方案的拟定与比选52.2.1 选线原则52.2.2 选线的步骤和方法:62.2.3 山岭区选线要点62.3 平面设计技术指标的确定72.3.1 平面设计原则72.3.2 平曲线要素值的确定72.4 道路平面设计82.4.1 道路平面线性相关概念与要求82.4.2 平面线形要素组合计算102.4.3平曲线设计逐桩坐标表152.5道路纵断面设计.182.5.1 纵断面设计原则182.5.2 平纵组合设计192.5.3 最小填土高度的确定192.5.4 桥梁、通道控制标高的确定192.5.5 道路坡长及坡度确定192.6 道路平、纵线形组合设计.253 道路横断面设计.263.1 横断面布置及加宽、超高.263.2 横断面布置263.3 路拱横坡263.4 超高设计与计算263.5 边沟、排水沟设计423.6 中央分隔带形式及开口434 路基设计.444.1 路基设计.444.2 一般路基设计444.3 路基压实标准与压实度464.4 支挡工程设计474.5 挡土墙设计资料474.6 断面尺寸484.7 上墙断面强度验算484.8 基顶截面应力验算524.9 基底截面强度及稳定性验算554.10 路基施工要求及注意事项584.11 路基土石方量计算595 路面结构设计.605.1 路面类型及结构层组合.605.2 设计原则605.3 路面类型确定605.4 标准轴载及轴载换算605.5 水泥混凝土路面设计（方案二）675.6 路面方案比选695.7 排水设计695.8 路基防护与加固71结束语73参考文献74致谢7532绪 论课题背景黄石市位于鄂东南，长江中游南岸，东经114.5o115o，北纬28.5o30.3o。是重要的工业城市和原材料基地，距武汉市80公里，有公路、铁路和水路与外界相连，交通较为便利。所处位置的地貌为长江中下游丘陵地貌单元。课题意义 通过本题目使我在进行公路施工图设计方面进行一次全面的系统的训练，使我们能综合运用大学所学课程,系统地巩固基本理论和专业知识，培养分析问题和解决问题的独立工作能力;提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能,掌握公路设计原则、设计方法、步骤。同时，树立正确的设计思想及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风,具体解决各种级别公路的设计。为今后工作打下良好的基础并能提高我的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的适应工作环境。课题研究主要内容（1）道路类型，等级的确定和技术标准认证 u%*;9+ （2）路线方案布置及方案比选的认证（3）路线平面设计 yMSRUQ x （4）路线纵断面设计 329xo03- （5）线形组合设计（6）路基设计（7）挡土墙设计（8）路面设计1 设计原始资料和依据1.1 地形1.1.1 地形地貌黄石市位于鄂东南，长江中游南岸，东经114.5o115o，北纬28.5o30.3o。是重要的工业城市和原材料基地，距武汉市80公里，有公路、铁路和水路与外界相连，交通较为便利。所处位置的地貌为长江中下游丘陵地貌单元。场地地貌单元大部分为丘陵，剥蚀堆积岗地。1.1.2 水文1.1.2.1 地表水场地地表水主要为沿线丘谷中分布的农田水、鱼塘水，主要接受大气降水、地表径流及人工补给，受气候及人工活动影响明显，对工程影响有限。施工时可及时抽排疏干处理或采取围堰施工。港沟宽14m，水深1.5m左右。1.1.2.2 地下水在勘探孔揭露的深度范围内，拟建场地地下水主要为上层滞水。主要赋存于地势较低地段上部耕土中，受大气降水、灌溉用水入渗补给，水位、水量与地形及季节关系密切，并受人类活动影响明显。对工程影响微弱。施工时可及时抽排疏干处理。地下水位与所在小范围地形有关。1.1.2.3 地下水及地表水腐蚀性判定沿线未见强污染离子源，环境地质条件没有受到污染与破坏。按照岩土工程勘察规范有关规定，判定沿线地下水对混凝土结构具微弱腐蚀性。在干湿交替条件下，地下水对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀性。1.1.3 气象黄石市属亚热带大陆性气候，年平均气温16.9oC，最高气温41 oC，冰冻期不长，约1520天，冻土深度不超过5cm，最近20年平均降雨量1493.4mm，最大日降雨量360.4mm（1998.6.23），48月为雨季，占全年总降雨量的77.1%。历年最大风速18m/s，常风向为东风和东南风，频率18%，相应最大风速15 m/s。1.1.4 植被拟建公路所在区域雨量充沛、植物生长期长，土壤适宜种性广，在海拔200500m的丘陵地带多已垦殖为农业区域，并栽培有众多经济作物等。由于自然、人为因素的干扰，评价区内的地带性自然植被已经不复存在，现有植被多为次生林和人工林、灌丛、草丛和人工植被。1.1.5 区域地质条件该段地质构造依次为得胜场向斜，杨高寺背斜，杨九场向斜翘起端。出露地层为侏罗系中统上、下沙溪庙组（J2s、J2xs），其岩性为紫红色泥岩、粉砂质泥岩与灰黄、青灰、灰绿色厚层块状长石石英砂岩、石英砂岩，泥岩中含钙质结核，钙质粉砂岩条带；侏罗系上统遂宁组（J3s），其岩性为砖红、棕红色泥岩、粉砂质泥岩夹石英粉砂岩；第四系全新统残坡积堆积层及淤泥质层，其岩性主要为碎石土和饱和粘性土。于杨高寺背斜轴部附近发育一条压扭性断裂（尖尖山断层），细微活动性或活动甚微的断裂，对路线影响较小。勘探深度范围，场地主要由填土、第四系坡残积粘土、粉质粘土、强烈风化的闪长岩、微风化石灰岩构成。根据野外钻探情况结合室内土工试验成果综合分析，可将场地勘探深度范围内地层划分为5层，地层分布及岩性特征等见工程地质分层表、工程地质剖面图。表1.1 工程地质分层表层型号层层名层顶标高(米)厚度（米）主要分布情况岩 性 特 征土石等级土石类别1-1填土（Q4ml）28.142.82.08.41180195060606700冶炼炉渣、粘性土，松散-稍密。主要成份由粘性土组成。厚度大。松土1-2淤泥(Q4l)26.437.81.22.6零星分布灰色深灰色，软流塑状。松土粘土23.833.66.023.255007000黄色、红褐色，稍密到中密。可-硬塑状普通土粉质粘土24.543.13.62005500黄色、黄白花斑色粉质粘土。由闪长岩风化而成硬土强风化闪长岩15.228.71005500岩石风化强烈。结构已经改变，成土状结构硬土微风化石灰岩10.4602056007000灰色隐晶质结构,中厚层状构造.微风化程度坚石1.1.6 筑路材料及运输条件项目区建材工业水平很发达，可满足本项目实施对成品建材的大量需求。电力、钢材、石油沥青、水泥、石灰和木材供应充足。自采材料沿线料场分布广泛，平均运距较近。材料质量符合项目要求。1.1.7 挡土墙设计资料填土内摩擦角：450，填土容重：19kN/m3，地基土容重：18kN/m3，基底摩擦系数：0.40，地基容许承载力：=800kPa。1.1.8 交通量 根据本路段OD调查和各交通观测站历年观测资料分析，2012年平均日交通量组成如表1.2所示。年平均增长率为 8% 。表1.2 交通量组成车 型相当型号交通量（单位：辆/日）小型货车跃进NJ1311100中型货车解放CA3901000大型货车日野KF300D855拖挂车扶桑FV102N550大中型客车解放CA504501.2 设计依据 根据批准的设计任务书、地质勘测报告、国家关于公路设计施工的规范、规程、标准：1) 公路工程技术标准（JTG B01-2003）2) 公路路线设计规范（JTG D20-2006）3) 公路路基设计规范（JTG D30-2004）4) 公路沥青路面设计规范（JTG D50-2006）5) 公路水泥混凝土路面设计规范（JTG D40-2011）6) 城市道路设计规范（CJJ 37-90）2 路线设计2.1 道路技术等级确定由交通量组成表，折算成以小客车为标准进行计算,见表2.1：表2.1 交通量折算表车型交通量（辆/日）折算系数折算交通量（辆/日）小型货车11001.01100中型货车10001.51500大型货车8552.01710拖挂车5503.01650大中型客车4501.5675总 计6635计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式（2.1）计算 Nd=N0(1+)n-1 (2.1)式中 Nd远景设计年平均日交通量，辆/日；N0起始年平均日交通量，辆/日；年平均增长率，取8%； n远景设计年限，取20年；所以 Nd=6635(1+8%)20-1=28635（辆/日）根据公路工程技术标准（JTG B01-2003 ）3，高速公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的平均昼夜交通量25000辆以上。一级公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的平均昼夜交通量1500030000辆。二级公路：一般能适应按各种汽车折合成小客车的平均昼夜交通量500015000辆。由远景交通量可知本次设计车道等级为一级公路。所以根据所给的条件，本次设计路线为丘陵区一级公路。拟定该条道路为双向四车道的一级公路，设计车速为80km/h,设计采用的服务水平为一级，采用整体式路基。2.2 路线方案的拟定与比选2.2.1 选线原则1)在路线设计和选线中，应该尽量避开农田，做到少占或不站高产田。2)路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小，造价低，运营费用省，效益好，并有利于施工和养护。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，也不应片面追求高指标。3)选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对工程的影响。一般情况下路线应设法绕避特殊地基地区。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。4)选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。5) 路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应,要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。6）选线时应综合考虑路与桥的关系。2.2.2 选线的步骤和方法:道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平纵横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面的布置下来。(1)全面布局全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。具体在方案比选中体现。路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很多。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网络中的任务和作用。而客观条件就是指道路所经过地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文气象等自然条件。上述主观条件是道路选县的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。(2)逐段安排在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。(3)具体定线在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平纵横三方面因素。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形情况，全面考虑前后线性衔接与平纵横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺畅协调。2.2.3 山岭区选线要点山岭地区，山高谷深，坡陡流急，地形复杂，路线平纵横三方面都受到约束；同时地质、气候条件多变，都影响路线的布设。但山脉水系清晰，给选线指明了方向：不是顺山沿水，就是横越山岭。纵面线形结合桥涵、通道、隧道等构造物的布局，合理确定路基设计高度，纵坡不应频繁起伏，也不宜过于平缓。2.3 平面设计技术指标的确定2.3.1 平面设计原则（1） 平面线形应直捷、连续、顺舒，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。（2） 除满足其车型是理学上的基本要求外，还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。（3） 保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线性要素保持连续性而不出现技术指标的突变。（4） 应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶员造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。（5） 平曲线应有足够的长度。如平曲线太短，汽车在曲线上行驶的时间过短会使驾驶操作来不及调整，一般都应该控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度。2.3.2 平曲线要素值的确定平面曲线主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。当然三个也可以组合成不同的线形。在这次设计中主要用到的组合有以下几种：（1） 基本形曲线几何元素及其公式：按直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线的顺序组合而成的曲线。缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。标准规定，除四级公路可不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车道遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1:1:1。这一点非常重要。在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。1)道路技术标准确定表2.2 道路技术指标序号项目单位主要技术指标1设计车速km/h802路基宽度一般值m24.5最小值21.53平曲线半径一般值 m400极限值250不设超高最小半径路拱2.0%m2500路拱2.0%33504平曲线最小长度m400缓和曲线最小长度m705最小纵坡%0.36最大纵坡%57最小坡长m2008相应纵坡的最大坡长3%m11004%9005%700 0 , DY 0, A = DX 0 , DY 0, A = 180 +DX 0, A = 180-DX 0 , DY HZ）：X = XJ +Y = YJ +2) 设缓和曲线的单曲线中桩坐标计算ZH HY任意点坐标： X = Y =式中 L 缓和曲线上任意点至ZH点的曲线长度 x 缓和曲线上任意点的切线横距 x = 转角符号，右转为“+”，左转为