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一级公路设计河南理工大学本科毕业设计 摘要 摘 要本次设计是长垣至滑县一级公路第十五标段的设计。公路全长2995m，设计车速为80km/h，双向四车道，设置中央分隔带。设计中主要包括以下几个阶段：（1）主线平面设计：全线长2995米，在这段路上选了三个交点，交点半径均为400m。（2）纵断面设计：考虑满足排水的最小纵坡要求进行了路线纵断面设计。全线共有两个变坡点，半径均为10000m。（3）横断面设计：以桩号为基本点，进行了横断面设计、路基设计表设计、土石方计算、排水平面设计等。（4）路面结构设计：采用手工和程序相结合的办法进行了路面结构设计。（5）预算：编制了路线范围内路基和路面部分的预算文件。 大部分图纸使用CAD绘制，部分数据使用EXCEL计算。关键词： 主线平面设计、纵断面、横断面、路面结构设计AbstractThis design is Huaxian to Changyuan fifteenth Sections of arterial road design. the length of this road which we design is 2995m, the speed is 80km/h, two-way four-lane andset up the central of separation strip.（1）Master line plane design: 2.995km long line in this election, three points on the road, intersection radius of 400m（2）Longitudinal section design: Considered that satisfied draining water the smallest lengthwise grade request to carry on the route longitudinal section design. The entire line altogether has three changes the slope spot, Radius of 10000m; （3）Cross section design: Take the station number as the fundamental point, has carried on the cross section design, the grade location table design, the cubic meter of earth and stone computation, the draining water plane design and so on.（4）Pavement structure design: Uses the means which the handwork and the procedure unify to carry on the pavement structure design.（5）Budget: Has established in the hole scope the roadbed and the road surface part budget document.The majority of blueprints use the CAD plan, the partial data use EXCEL to calculate.Key word: Master line plane design, longitudinal section, cross section, pavement structure design64河南理工大学本科毕业设计 目录目录摘 要I目录III第一章 绪论11.1 选题的目的和意义11.2沿线地理条件11.3路线气候条件21.4设计的主要内容11.5路线工程概况2第二章 路线平面设计32.1 公路等级的确定32.1.1 已知资料32.1.2 车辆换算系数32.1.3 交通量计算42.1.4 确定公路等级42.2 选线设计52.2.1 选线的基本原则52.2.2 选线的步骤和方法62.2.3方案比选72.3平曲线要素值的确定82.3.1 平面设计原则82.3.2 平曲线要素值的确定92.4路线曲线要素计算112.4.1 路线简介122.4.2坐标计算122.4.3平曲线计算122.5 各点桩号的确定132.5.1直线上中桩坐标计算132.5.2曲线内中桩坐标计算14第三章 纵断面设计173.1纵断面设计的原则173.2纵坡设计173.2.1 纵坡设计的要求183.2.2 纵坡设计的步骤183.3 竖曲线变坡点设计193.4 竖曲线设计193.4.1竖曲线最小半径的确定193.5竖曲线要素计算203.6道路平纵线形组合设计223.6.1平、纵线形组合的一般设计原则223.6.2平曲线和竖曲线的组合23第四章 横断面设计254.1 横断面设计的原则254.2横断面组成254.2.1 横坡的确定264.3弯道的超高和加宽264.3.1平曲线的加宽264.3.2曲线的超高264.4 横断面的绘制294.5.1调配方法304.5.2路基土石方数量计算32第五章 路基设计335.1路基的基本要求335.2 路基横断面布置335.3 路基边坡335.4 路基填料345.5 路基压实345.5.1路基压实的意义355.5.2影响压实效果的主要因素355.6 路基防护36第六章 挡土墙设计(专题)386.1挡土墙的作用及要求386.1.1挡土墙的作用386.1.2挡土墙设计一般要求386.2重力式挡土墙位置的选择386.2.1挡土墙的纵向布置396.2.2挡土墙的横向布置396.2.3挡土墙的埋置深度396.2.4挡土墙的排水设施396.2.5沉降缝与伸缩缝406.3挡土墙设计资料406.4 挡土墙计算416.4.1车辆荷载换算416.4.2主动土压力计算426.4.3稳定性验算436.4.4基底应力与偏心距验算446.4.5墙身截面强度验算45第七章 路基路面排水设计477.1排水目的与任务477.2路基路面排水设计的一般原则477.3 路基排水设计487.4 路面排水设计49第八章 路面结构设计508.1 交通条件508.2集料选择508.3 初步拟定路面组合方案518.4路面结构组合518.4.1. 路面结构组合设计518.4.2.确定路面等级及面层类型538.4.3.确定土基的回弹模量538.5.新建路面结构厚度计算538.6对两种方案的比选578.7 竣工验收弯沉值和层底拉应力计算57第九章 施工概预算609.1 概预算的作用609.2 概预算的编制依据609.3 概预算项目的主要内容609.4 概预算文件的编制步骤629.5 该公路单位分析相关条件63参 考 文 献64致谢65河南理工大学本科毕业设计 第一章 绪论第一章 绪论1.1 选题的目的和意义长滑一级公路从长垣至滑县，全长共计42.8千米，是连接两地的主要交通运输通道。长滑公路加强了两地在经济合作和资源互补之间的联系与沟通，改善运输条件和投资环境使丰富的资源得到开发利用，对两地的经济发展用极其重要的意义，是连接两地的主要交通运输通道。修建此一级公路有助于解决“三农”问，可以加强县域沟通，促进了农村剩余劳动力互相转移。把蕴藏的土地、矿产、森林等资源优势转化为经济优势对两地的经济发展用极其重要的意义。1.2沿线地理条件此拟建公路地区海拔高度在700-800米等高线之间，土基为黏性土。西侧为山岭区，地势较陡，东侧为平原微丘区，地面高差不大，有大量耕地，沿线有很多村庄，水量随季节变化不是很大。河（沟）内为含砾石，大于60mm的砾石含量占50左右，砾石成份主要为花岗岩，个别砾石的最大粒径达45cm。1.3沿线气候条件新乡在全国气候区划中，属于暖温带大陆性季风气候类型，年最高气温30；年平均降水量为400mm左右。属全国道路气候分区的5区，季节冰冻，中湿区。地区同时受冷热气流的影响较大，属暖温带大陆性气候，历年平均气温14。7月最热，平均27.3C，1月最冷，平均0.2C 。年平均降水量573.4毫米。1.4设计的主要内容（1）公路路线设计在1：2000的地形图上，进行路线平面、纵段面、横段面设计，完成相应的图、表以及有关的计算书、说明书等工作。（2）路基路面设计在路线设计的基础上，完成路基设计、排水、防护、支挡工程、特殊路基等设计；路面工程设计（进行沥青路面结构组合设计、厚度计算与方案比较）。（3）挡土墙设计拟定挡土墙尺寸、形式，并对挡土墙的稳定性、基地应力及偏心距、墙身截面强度进行验算。（4）概预算设计根据所提供的数据资料，完成工程概预算及相关说明。1.5路线工程概况本路线是平原区的一条一级公路，路线设计技术指标为：路基宽度为21.5米，双向四车道，中央分隔带，土路肩为20.75米，硬路肩为21.5，行车道为43.75米，中间带宽度2米。设计速度为80Km/h，路线总长2994.873米,起点桩号K0+000.00，终点桩号为K2+994.873。设计路线共设置了3个平曲线，半径均为400米，在缓和曲线内均设置超高，超高值设置为6%，因为半径基本都大于等于250米，则不需要加宽。本次纵断面设计设置了2个变坡点。河南理工大学本科毕业设计 第二章 路线平面设计第二章 路线平面设计道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。2.1 公路等级的确定2.1.1 已知资料起始年交通组成及数量如下表：表21 交通量调查表型号前轴载(KN)后轴载(KN)后轴数轮组数轴距(cm)交通量(辆/日)三菱T653B29.348.01双-650黄河JN15049.0101.61双-450江淮HF15045.1101.51双-400解放CA5028.768.21双-450湘江HQP4023.173.22双3m550东风EQ14023.769.21双600东风EQ15526.556.72双3m500长征XD98037.172.652双2.0% 1900m最大纵坡6%凸曲线一般最小半径2000m极限最小半径1400m凹曲线一般最小半径1500m极限最小半径1000m本设计公路平曲线半径分别为半径、缓和曲线长度及竖曲线半径均满足要求。交点间距计算公式为 （2.2）导线方位角计算公式为象限角 （2.3） 方位角 A DX0, DY0, A= DX0, DY0, DX0, DY0, DY0, A= （2.4）交点偏角计算公式为： （2.5）（2）有缓和曲线的圆曲线要素计算公式在简单的圆曲线和直线连接的两端，分别插入一段回旋曲线，即构成带有缓和曲线的平曲线。其要素计算公式如下：图2-1按回旋曲线敷设缓和曲线 （2.6） （2.7） （2.8） （2.9） （2.10） （2.11） （2.12） （2.13）式中： 总切线长，（）；总曲线长，（）； 外距，（）；校正数，（）；主曲线半径,（）；路线转角，（）；缓和曲线终点处的缓和曲线角，（）；缓和曲线切线增值，（）；设缓和曲线后，主圆曲线的内移值，（）；缓和曲线长度，（）；圆曲线长度，（）。2）主点桩号计算 （2.13） （2.14） （2.15） （2.16） （2.17） （2.18）2.4路线曲线要素计算2.4.1 路线简介路线总长2994.873米,起点桩号K0+000.00，终点桩号为K2+994.873。设计路线共设置了3个平曲线，半径均为3和400米，桩号分别为K1+037.487、K1+525.765、K2+202，在缓和曲线内均设置超高，超高值设置为6%，因为半径基本都大于等于250米，则不需要加宽。2.4.2坐标计算JD1(3724331.329,514025.8703) JD2(3723609.65,514771.2278)同理可得 2.4.3平曲线计算JD1：K1+037.487设=400m，=120m ，= 则曲线要素计算如下： 主点里程桩号计算：JD1：K1+037.487ZH=JD-T=1037.487-140.922=896.565HY=ZH+= 896.565+120=1016.565YH=HY+(L-2)= 1016.565+39.1948=1055.760HZ=YH+=1055.760+120=1175.760QZ=HZ-L/2=1175.760+120=1036.162校核: JD=QZ+J/2=1036.162+2.65/2=1037.487交点校核无误。同理可验算JD2、JD3，在此不一一计算。其它交点的计算结果见“直线、曲线及转角表”。2.5 各点桩号的确定在整个的设计过程中就主要用到了以上的三种线形，在三公里的路长中，充分考虑了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形具体在纸上放坡定点，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，既为路线的各个转角点（既桩号），并且测量出各个转角点的度数，再根据公路工程技术标准JTG B012003的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。各个桩号及几何元素的计算结果见直线、曲线及转角表。2.5.1直线上中桩坐标计算 JD（XJ，YJ） ZH点坐标： (2.19)HZ点坐标: (2.20)设直线上加桩里程为L，ZH、HZ表示曲线起、终点里程，则前直线上任一点坐标(LHZ）: (2.22)例如： 当L=200时：同理可得其他直线桩号坐标，详见逐桩坐标表2.5.2曲线内中桩坐标计算设缓和曲线的单曲线缓和曲线上任一点的切线横距 （2.23）式中：缓和曲线上任意点至ZH（或HZ）点的曲线长 Ls缓和曲线长度 转角符号，右转为正，左转为负 （1）第一缓和曲线（ZHHY）任意点坐标 (2.24)式中：第一缓和曲线上任意点至ZH点的曲线长 （2）圆曲线内任意点坐标由HY-YH时： (2.25)式中：圆曲线内任意点至HY点的圆曲线长（3）第二缓和曲线（HZ，YH）内任意点坐标 (2.26)式中：第二缓和曲线上任意点至HZ点的曲线长例如: 点坐标 点坐标 同理可得其他直线桩号坐标，详见逐桩坐标表。河南理工大学本科毕业设计 第三章 纵断面设计第三章 纵断面设计沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面，由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线，纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性，道路等级，当地的自然地理条件以及工程经济性等研究起伏空间线的大小和长度，以便达到行车安全，迅速，运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。基本要求是纵坡均匀平缓，起伏缓和，坡长和竖曲线长短适当，平面与纵断面组合设计协调，土石方工程填挖平衡。其设计内容在本次设计中主要包括纵坡设计和竖曲线设计两项。3.1纵断面设计的原则（1） 纵断面设计应参照城市规划控制标高并适应临街建筑立面布置及沿路范围内地面水的排除。（2） 为保证行车安全、舒适、纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。（3） 山城道路及亲辟道路的纵断面设计应综合考虑土石方平衡，汽车运营经济效益等因素，合理确定路面设计标高。（4） 机动车与非机动车混合行驶的车道，宜按非机动车爬坡能力设计纵坡度。（5） 山城道路应控制平均纵坡度。越岭路段的相对高差为200500m时，平均纵坡度宜采用4.5%；相对高差大于500m时，宜采用4%，任意连续3000m长度范围内的平均纵坡度不宜大于4.5%。3.2纵坡设计道路纵坡的大小，直接影响到行车速度和性能，道路建设投资和运输成本等一系列的问题。最大纵坡的确定，必须保证车辆能以一定的车速在道路上安全行驶，上坡时顺利，下坡时不致发生危险。汽车上坡时如坡道过长，必须用低排挡行驶，燃料消耗增加，机件也容易损坏；下坡时易使制动器发热失效而发生交通事故。因此，当道路纵坡度大于5时，为了行车安全和便利,其坡段长度需要加以限制，并相应设置坡度不大于23的缓和坡段。3.2.1 纵坡设计的要求：（1） 设计必须满足标准的各项规范（2） 纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。（3） 沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。（4） 应尽量做到添挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。（5） 纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足填土高度要求，保证路基稳定。（6）对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线处、纵坡应避免产生突变。（7） 在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。3.2.2 纵坡设计的步骤（1） 准备工作：在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。里程桩包括：路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩（50m加桩或20m加桩）、平曲线控制桩。（2） 标注控制点：如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，铁路道口，城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。（3） 试坡：在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直坡线。反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡线，将坡度线延长交出变坡点的初步位置。（4） 调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。（5） 核对：选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。（6） 定坡：经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。坡度值要求取到0.1，变坡点一般要调整到10m的整桩号上。（7） 设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素（8） 计算各桩号处的填挖值：根据该桩号处地面标高和设计标高确定。3.3 竖曲线变坡点设计本次纵断面设计设置了2个变坡点。分别为 K0+700 、K1+880，1个凹曲线，1个凸曲线，半径均为10000m，纵坡值分别为+0.35655714%， -1.1167542%，-0.3100891%。3.4 竖曲线设计道路纵断面上的设计纵坡线系由许多直线和转折点组成。由于纵坡的凸形限制了驾驶员的视野，而凹形转折因车速加快和行车方向的突然改变。因此，为了使路线顺适，行车安全平稳，路容美观等原因，需要在路线纵坡转折处设置曲线使之缓和，这种曲线称为竖曲线。并按纵断面上转坡是凸形或凹形的不同，分为凸形竖曲线和凹形竖曲线。设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。 3.4.1竖曲线最小半径的确定（1）凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素缓和冲击 汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力，使汽车在凸形竖曲线上重量减小，所以确定竖曲线半径时，对离心力要加以控制。经行时间不宜过短 当竖曲线两端直线坡段的坡度差很小时，即使竖曲线半径较大，竖曲线长度也有可能较短，此时汽车在竖曲线行驶，冲击增大，乘客不适。满足视距的要求汽车行驶在凸形竖曲线上，如果竖曲线半径太小，会阻挡司机的视线。为了行车安全，对凸形竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。（2）凹形竖曲线极限最小半径确定考虑因素限制离心加速度 在凹形竖曲线上行驶半径越小，离心力越大，会影响到旅客的舒适性，确保夜间行车视距 对地形起伏较大地区的路段，在夜间行车时，若半径过小，前灯照射距离过短，影响行车安全和速度；确保净空有障碍时的视距 在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员的视线。3.5竖曲线要素计算：图3-1 竖曲线要素计算图竖曲线基本要素计算公式： (3.1) L = (3.2) T = (3.3) E = (3.4)式中： 坡度差， L曲线长，（m）；T切线长，（m）；E 外距（m）；变坡点1： （1）竖曲线要素计算里程和桩号K0+700i1=+0.356555714% i2= -1.1167542% 取半径R=10000m (凸形) （2）设计高程计算竖曲线起点桩号=(K0+700.000)73.66557= K0+626.334竖曲线起点高程= 734.6691-73.66557（+0.356555714%）=734.4064m竖曲线终点桩号=( K0+700) +73.66557= K0+773.666竖曲线终点高程=734.6691+ 73.66557（1.1167542%）=733.809 m 其他变坡点算法一致，详细数据见竖曲线表。变坡点2： （1）竖曲线要素计算：里程和桩号K1+880 i2= -1.1167542% i3=-0.3100891%。 取半径R=10000m (凹形) （2）设计高程计算：竖曲线起点桩号=(K1+880)= K1+839.667竖曲线起点高程= 721.4914-（-1.1167542%