北京交通大学道路工程课程设计.docx

道路工程路线设计课程设计实验报告指导老师：王颖姚恩建组长：薛雅宁（12251255）副组长：何悦（12251237）组员：金凌楠（12251239）谭起云（12281075）苏宁（12301046）目录第1章概述11.1 项目背景介绍11.1.1地理位置11.1.2自然条件21.1.3 社会经济条件41.1.4 现有的交通情况51.2 道路设计标准51.3 设计控制指标52 平面线形设计62.1 平面设计图总述62.1.1 直线设计62.1.2圆曲线设计72.1.3缓和曲线设计72.1.4平面线形组合设计82.2平面设计思路82.2.1 平面线型设计原则82.2.2实际选线情况92.3平面线形设计具体操作步骤122.3.1创建项目及前期准备132.3.2构造数字化地面模型（DTM）132.3.3平面线形设计143 纵断面线型设计203.1 纵断面设计图总述203.2 纵坡设计要求213.2.1 纵坡设计总要求213.2.2 道路纵坡坡度设计213.2.3 纵坡坡长设计223.2.4 竖曲线设计233.2.5纵断面设计图233.3竖曲线设计思路243.4 竖曲线设计具体操作步骤244.横断面线形设计314.1 横断面设计图总述314.2 横断面设计思路（路肩、行车道设计）324.2.1 行车道设计324.2.2 路肩设计324.3帽子制定334.4戴帽子395平、纵线形组合设计435.1平、纵线形组合设计原则436路线设计成果评价486.1评价依据486.2技术指标评价（何悦）496.2.1平曲线设计评价496.2.2竖曲线设计评价506.2.3路基设计评价506.3环境影响分析506.3.1公路环境影响评价概念及目的516.3.2公路环境影响评价内容516.3.3环境影响评价方法516.4经济指标评价536.4.1工程评价指标536.4.2社会经济效益54第7章小组成员分工及个人总结607.1小组成员分工607.2小组成员感想60601.概述(一级标题:黑体二号,加粗,段前1行,段后一行)1.1 项目背景介绍(二级标题,段前0.5行.段后0.5行,黑体三号加粗)1.1.1地理位置(三级标题黑体加粗,段前段后不设)通过对所给电子地形图56-61的分析和图中地名的搜索比对，我们得知地形图所给的设计区域位于陕西省汉中市宁强县。宁强县位于陕西省西南角、汉中西部，介于东经1052110-1063518、北纬323706-331242之间，地界三省、毗邻八县，东西长10165公里，南北宽6532公里，总面积328273平方公里。，如图1-1所示。地形图所示区域位于宁强县东都玉带河沿岸（具体位置如图1.1.1），我们小组的设计路段在铁锁关镇和胡家坝镇。图1.1.1 卫星云图图1.1.2行政区划图(字体黑体,加粗,段前0.5行,段后不设)铁锁关镇位于宁强县东部。辖15个行政村。镇政府驻地铁锁关村转咀上，西距县城16.4千米；周家坝村西南距县城14.1千米；坪溪河村西南距县城20.7千米。与南郑交界的无名山海拔1982.4米，开家湾山峰海拔1450米，竹巴山海拔1627米。主要河流有玉带河、瓮山沟、大寨沟。G5京昆高速公路、宁强至黄山岭公路过境。图1.1.3 铁锁关地图胡家坝镇位于宁强县东北部。辖21个行政村。镇政府驻地胡家坝村西南距县城26.1千米；龙王村西南距县城23.1千米，老代坝村西南距县城30.3千米。陡岩山海拔1957米，五坪山海拔1447米，碥山海拔1245米。主要河道有玉带河、蔡家沟、龙王沟、老代坝河。G5京昆高速公路、宁强至黄土岭公路过境。图1.1.4 胡家坝镇地图1.1.2自然条件()标题1.地形宁强属中低山区县，北属秦岭山系，大部分海拔10001600米；南属巴山山系，大部分海拔10001800米。县委、县政府驻地海拔800米。毛坝河镇三道河九垭子主峰海拔2103.7米，为全县最高峰；燕子砭镇嘉陵江入川处海拔520米，为全县最低点。宁强是汉江发源地，有“三千里汉江第一城”之美誉。地处秦岭和巴山两大山系的交汇地带，地形多呈“V”形构造，分为谷坝、谷地、低山、中心和高中山五个地貌类型。图1.1.5 设计区域三维视图从三维视图图1.1.5可以看出，玉带河沿岸地形较为低洼平缓，其余地区山丘起伏较大，地势险峻，不易修筑公路。由于沿河地带的地带地势相对平缓，且玉带河的流向与路线起终点走势大体一致，所以平面选线应沿河两岸展开，可尽可能的减少开挖填方，降低施工成本。2.气候条件宁强县为北亚热带北缘的山地暧温带湿润季风气候。四季特点为冬长夏短，春居中，秋偏短。全县年平均气温12.9。C，各地年平均气温8.514.1度之间，平均最高17.8度，最低9.1度，最冷月平均气温1.5度,最热月23.6度,日差较小；年0度积温4375.8度，10积温989.5度。极端最低气温-11.6度，极端最高气温37.0度。年平均相对湿度78%；无霜期247天，平均初霜期日11月中旬，终霜日在3月中旬。年总降水量 1121.1毫米，日数153天，雨季在510月，主要集中在6月下旬到9月；全县降雨量分布不均，南多北少，夏秋多，冬春少。具有雨多、温润、温和、日照短的气候特点。年平均风速1.2M/S，全年盛行西南和东北风。3.水源及土质(黑体加粗)宁强县属长江流域，境内河流分属嘉陵江、汉江两大水系。东北部为汉江水系，南和西北为嘉陵江水系，河网密度为1.4公里，10平方公里以上河流56条。嘉陵江自略阳县的何家坡流进宁强县，由北向南入川，在县境内流域面积2225.2平方公里。全年平均自产泾流量17.362亿立米，每平方公里产水量为 53.74万立米。水资源比较丰富，但年内分配不均。宁强土质山区为黄棕壤土、黄褐土；坡脚和河滩为冲击性土壤。因此设计时应注意排水需要。1.1.3 社会经济条件1.经济发展水平宁强县位于陕西省西南隅，北依秦岭，南枕巴山。地理坐标北纬322706一331242，东径1052010一1063518，全县辖21个镇269个行政村，总人口34万人。2012年生产总值完成48.5亿元，财政总收入2.2亿元，地方财政收入1.17亿元；城镇居民人均可支配收入20018元，农民人均纯收入5754元。2.土地资源全县总面积326031.26公顷，各项土地所占比例如下表。表1.1.1 各类土地所占比例土地种类面积（公顷）所占比例耕地47134.0114.46%园地1017.170.31%林地256330.378.63%牧草地3909.91.20%居民点及工矿用地5253.91.61%交通用地1932.560.60%水域面积3892.951.19%其它土地6560.522%因此，在选线的过程中，应该充分考虑各类型土地的分布，保证耕地的面积红线。同时考虑各种土地的拆迁占地费用。3.矿产资源县境内矿产资源丰富，已探明金属、非金属矿产8类31种200余个矿点，已探明储量6类18种，矿产地26处，总蕴藏量达3.09亿吨，名列汉中市第二位。主要分布在五丁关以北的大安、代家坝、阳平关一带。其中金属矿有铁、铜、锰、金、镍、铅、锌、铬、银等10种70余个矿点；非金属矿有磷、硫、重晶石、蛇纹石、花岗岩、铝土、海泡石、大理石等12种20余个矿点。其中位于宁强、略阳、勉县3县交界处的“金三角”地带，是全国五大黄金出产地之一。4.生物资源本县生物资源数量丰富、品种多样，有多种国家保护的野生动、植物。植物类中，有木本植物586种。森林植被中，列为国家重点保护的一、二类树种有8种；列为省级保护的有12种。全县林业用地面积357.48万亩，森林面积284.42万亩，活立木总蓄积595.49万立方米，森林覆盖率58.5%。动物类中，已查明的陆生野生动物有18目50科142属，属于国家一、二级重点保护的野生动物50种。因此，在公路的选线过程中要注意保护珍贵的树种以及动物的栖息地。除此，由于附近有一些旅游区，所以在选线的过程中要注意尽量接近旅游名胜地区，带动相应地区的经济发展。1.1.4 现有的交通情况宁强县交通便利，环境优越，这里西北西南出入之咽喉，跟秦蜀物资集散之门户，宝成、阳安铁路交汇于阳平关，西汉高速公路、108国道穿境而过，“四纵两横”公路网四通八达，4小时可直达西安、成都，是关中经济圈和成渝经济圈的中间地带。同时，区域内与设计公路并行的有G5京昆高速公路。1.2 道路设计标准在本次道路设计过程中道路设计标准及规范主要采用：（1）中华人民共和国行业标准，公路工程技术标准（JTGB01-2003）；（2）中华人民共和国行业标准，公路路线设计规法（JTGD20-2006）。查找两个规范，以及实验任务书的要求，我们整理出相应三级公路的道路设计标准表1.1.2 道路设计标准表项目指标项目指标设计速度30km/h车道宽度3.25m车道数双向4车道车道横坡3%路基宽度7.5m路肩横坡2%土路肩宽度0.5m路面材质沥青1.3 设计控制指标同时得到的主要技术经济指标如下：表1.1.3 设计主要技术经济指标项目指标项目指标设计速度30km/h竖曲线半径400m最小平曲线半径65m视距30m最大允许纵坡8%缓和曲线最小长度30m最大允许开挖和填土高度12m公路不设缓和曲线的最小圆曲线半径350m2 平面线形设计2.1 平面设计图总述平面路线设计指确定路线的空间位置和各部分几何尺寸的工作过程。任务是在调查研究、掌握大量资料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行驶要求、工程费用最省的路线。公路一般是在尽量顾及纵断面和横断面基本平衡的前提下，先进行平面设计，之后沿着平面线形进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其他必要的资料后，再设计纵断面和横断面。本次的设计道路等级为三级公路，平面线形设计中以直线、圆曲线、缓和曲线的设计为控制指标。2.1.1 直线设计直线是道路平面线形最基本的线形要素之一，具有很多优点：（1）直线控制两个控制点，可以缩短里程；（2）现场容易布设，短截直达；（3）在直线行驶时受力简单，方向明确。但同样的也存在着以下的缺点：（1）难以与地形及周围环境相协调，三级公路的山区和丘陵地段易造成深挖高填，工程效益差；（2）过长的直线易使司机产生视觉疲劳，行车不安全。根据本次道路设计，直线主要应用在如下两种情况：（1）玉带河边较为宽阔平坦的地带；（2）路线交叉点及其前后。结合本次实验道路的具体情况，我们在直线的设计上分别考虑了长直线和短直线。由于道路所在地区主要是山区为主，山坡较多，故而在实际设计过程中同向与反向曲线间的直线最小长度为建议参考值，在实际设计时保证中间直线长不小于15米的极限最小长度。表2.1.1 直线设计参考项目设计控制值设计车速30km/h直线最大长度600直线最小长度同向曲线间一般值180特殊值75反向曲线间602.1.2圆曲线设计圆曲线在路线遇到障碍或需要改变方向的时候设置，各级公路不论转角大小都应该设置圆曲线。圆曲线的优点如下：（1）测设简单、适用范围广；（2）较大半径的圆曲线线形美观，行车舒适；缺点如下：（1）汽车比直线多占用宽度；（2）圆曲线半径较小会影响行车安全。在车速v一定的条件下，圆曲线的最小曲线半径取决于容许的最大横向力系数和最大横向超高坡度。在本次道路设计中，采用的公路最大超高为3级公路一般地区的，数值为8%；圆曲线一般最小半径取65m；不设超高最小半径取450m；在实际设计过程中要考虑与弯道前后线形相协调。2.1.3缓和曲线设计缓和曲线一般在直线和圆曲线之间或半径相差过大的两个转向相同的圆曲线之间，其曲率连续变化。三级公路也应设置缓和曲线，主要有以下优点：（1）离心加速度逐渐变化，提高行车舒适性；（2）超高加宽逐渐变化，行车更加平稳；（3）与圆曲线配合得当，增加线形美观。缓和曲线的长度要综合考虑离心加速度变化率，司机的操作反应时间，满足超高缓和段这些因素。实际设计中，采用如下指标：表2.1.3 缓和曲线设计参考公路设计速度30km/h缓和曲线最小长度30m不设缓和曲线的最小圆曲线半径350m2.1.4平面线形组合设计在对三要素的各种参考指标都有了一个了解之后，在实际道路的实际中还要考虑如何把平面线形三要素更好的组合在一起，主要遵守的原则如下：（1）平面线形应该直接、连续、顺适，与地形、地物相适应，与周围环境相协调；（2）除满足汽车行驶的力学要求外，还用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和连贯；（4）免连续急弯的线型；（5）同向曲线或反向曲线的设计要求；（6）保证平曲线有足够的长度，一般值为150m。2.2平面设计思路2.2.1 平面线型设计原则1.直线设计思路根据任务书给的电子地形图，在图上定交点，根据道路等级和地形条件定出一系列直线，确定直线的走向和每一段直线的长度。直线的位置可由两端的交点位置来确定，直线的长度课通过两相邻交点间距获得，直线的走向可通过相邻两直线间的偏角或者是用直线的方位角表示。2.圆曲线设计思路首先确定圆曲线半径。实验中利用海地软件通过平面设计交点发定线，在定线后需要根据路线的实际情况以等高线地形图为参考依据，合理选定圆曲线半径。半径选取要考虑与本身所处位置地形地物条件相适应以及与弯道前后线形标准相协调。实验中应避免以下情况：（1）陡长下坡端点插入小半径曲线（2）陡坡路段上采用小半径曲线，使合成坡度过大圆曲线一般最小半径取65m；不设超高最小半径取450m。3.缓和曲线设计思路缓和曲线设计时，应根据实际地形情况尽量使用更长的缓和曲线，在条件恶劣的地区要确保满足极限最小长度。缓和曲线线形现代道路设计广泛采取的是回旋线，其基本参数是A，确定A的值，则可按以下公式计算缓和曲线长度：根据设计经验，当R米时，通常取A=R；当R100米时，取A；当100R3000米时，取A0.5%为宜；（3）合成坡度。合成坡度是指在设有超高的平曲线上，有路线纵坡与弯道超高横坡组合而成的坡度。其计算公式为：=式中：合成坡度，%；超高坡度，%；弯道上的纵坡，%。在有平曲线的坡道上，最大坡度位于两者结合而成的流水线方向上。为了防止出现横向滑移和行车危险等情况，合成坡度应控制在一定范围之类。设计车速为30km/h的三级公路上，最大合成坡度的规定值为10.0%。（1） 平均坡度。平均坡度是指在一定的长度范围内，路线在纵向所克服的高差与这段距离之比。标准规定：三级公路越岭线的平均纵坡，一般以接近5.5%（相对高差为200-500m）和5%（相对高差大于500m）为宜；并注意任何相邻3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%。（2） 缓和坡度。当陡坡的长度达到限制坡长时，应在平面的直线和较大半径的曲线上安排一段缓坡，以恢复在陡坡上降低的速度。标准规定缓和坡段的纵坡不应大于3%，其长度应不小于最短坡长。3.2.3 纵坡坡长设计纵坡是指两个变坡点之间的水平距离。坡长限制包括陡坡的最大坡长限制和最小坡长限制两方面。（1）最大坡长的限制所谓最大坡长限制，就是控制汽车在较大纵坡路段行驶时，车速下降到不低于限定的最低时速时所行使的距离。其在标准中的规定如下表3.1.1：表3.2.1 设计车速为30km/h时不同纵坡的最大坡长纵坡坡度%456789最大坡长m1100900700500300200（2）最小坡长的限制最小坡长的限制，要从汽车行驶的要求、路面美观的角度以及设置竖曲线的角度考虑。最小坡长应该不小于设计速度的9s行程，按照=2.5V的公式，将设计车速30km/h带入，=75m，但一般情况下，该值取100m。3.2.4 竖曲线设计竖曲线设计主要有三个限制因素，即汽车行驶的缓和冲击、行驶时间和时间要求。（1）凸形竖曲线。其最主要的控制要素是行车视距。而我国标准规定的凸形竖曲线最小半径和最小长度见下表3.1.2：表3.2.2 设计车速30km/h道路的凸形竖曲线的最小半径和最小长度停车视距/m缓和冲击要求视距要求采用值标准规定值/m极限最小半径一般最小半径竖曲线最小长度3025022525025040025（2）凹形竖曲线。凹形竖曲线的设计主要满足汽车行驶离心力冲击的作用，但某些情况下也要满足视距的要求。我国标准规定的凹形竖曲线最小半径和最小长度见下表3.1.3：表3.2.3 设计车速30km/h道路的凹形竖曲线的最小半径和最小长度停车视距/m缓和冲击要求夜间行车照明桥下视距采用值标准规定值/m极限最小半径一般最小半径竖曲线最小长度302502933325025040025（3）竖曲线半径的选择。选择竖曲线半径时，要考虑以下问题：A.选择半径应符合标准规定的竖曲线最小半径和最小长度要求；B.不过分增加土石方数量的情况下，为使行车舒适，应采用较大半径；C.结合纵断面曲线情况和标高控制要求，确定合适的外矩值，按外矩控制选择半径；D.考虑相邻竖曲线的连接限制曲线长度，按切线长度选择半径；E.过大的竖曲线半径将竖曲线过长，对施工的排水都不利，选择半径时应注意。3.2.5纵断面设计图纵断面设计图作为纵断面设计的主要设计成果，反映了路线所经地区的地面起伏情况、路线起伏及各个桩号的填挖高度等信息。设计图由上、下两部分内容组成。上部分主要用于绘制地面线和纵坡设计线；下部分主要用来填写相关内容，包括直线及平曲线、里程桩号、地面标高、设计标高、填挖高度等信息。将纵断面线形与平面线组合起来，就可以反映出公路线形在空间的具体位置。3.3竖曲线设计思路（1）竖曲线的边坡点应尽可能满足“平包纵”的要求，而不能将边坡点设于圆曲线处。（2）应在符合规范的前提下，尽量使设计线与地面线相吻合，以减少工程量。（3）根据查找的与三级公路有关的控制标准，拉坡时在控制坡度在8%以下，拉坡尽量平缓、顺直。我们设计得到的平曲线的路面线在80%以上的地段都较为平缓，但仍然跨越有少量的陡坡地段。对于这一部分路段，应尽量提早开始拉坡，避免突然出现较大坡度的情况。（4）相邻边坡点不宜距离太近，应满足最小坡长大于100m的要求，否则可能会造成视觉上的不连贯性，影响行车的舒适度。（5）在拉坡时如果出现部分陡坡坡度过大，需要重新返回平曲线设计出调整选线方案，降低最高坡点，或提高最低坡点，尽可能的减少填方与挖方的工作量。（6）在竖曲线各项检验通过的前提下，可对各边坡点进行微调，以达到尽可能小的填挖方量；且尽量使得相邻区域填挖方平衡。3.4 竖曲线设计具体操作步骤在平面曲线设计之后，进行纵断面设计。首先，单击“纵断面”“由DTM切纵横断面值”。因为在完成平面设计后可生成逐桩坐标文件（格式为ZBB），系统将通过这个文件中提供的桩号信息在DTM上插值，自动计算得到纵断面的地面高和横断面地面线文件。图3.4.1 生成DTM横纵断面地面信息图然后，进行纵断面的设计，即“拉坡”。点击“纵断面”“纵断面设计控制资料”，即打开如下窗口，点击确定。图3.4.2纵断面设计基本资料然后便生成了纵断面设计图纸：图3.4.3纵断面设计图纸（开头部分）值得注意的是，由于地图本身是颠倒的，如果在软件中不先关闭地图，就进行纵断面设计，会导致该图纸同时颠倒，影响设计的进行。图纸包括了水平路线上的桩号信息以及平面曲线的位置及线形等信息；包括了地面线高程等信息；其中的竖向“红实线”代表平面曲线（缓和曲线等）的起止点，竖向的“黑实线”代表平面圆曲线的起止点。然后，要进行拉坡，点击“纵断面”“纵断面设计”，在出现的窗口中单击“增加变坡点”，即可以在纵断面设计图纸上进行交互式的设计。设计时，从窗口中可以直观看到填挖情况，而且纵断面的各种指标也都可以交互式动态显示。图3.4.5 纵断面设计窗口设计过程中应该注意以下内容：（1）首个变坡点应设置于竖曲线图纸的左侧，避免产生“系统错误”；（2）注意填挖高度的要求，限制填挖高度小于12m，尽量做到“填挖平衡”；（3）变坡点的插入位置，尽量安排在黑色实线内部，有助于实现“平包竖”的线形组合，利于行车舒适和视距要求的实现；（4）注意控制纵坡的要求，最大8%的限制；（5）设计过程中尽量不要修改，避免结果出错。下一步进行竖曲线的尺寸的标定，包括：竖曲线半径、切线长等（由于Hard2013的功能，仅需设计其中一个指标，其他指标自动得出）。在“纵断面设计”窗口中，逐个选择变坡点（首尾变坡点不需要标定尺寸），对每个变坡点，单击“竖曲线半径”按钮，进行交互式的尺寸设计（注意这一步不可以在变坡点后的“半径”栏目人工输入数据，否则无效）。在竖曲线半径设计中，需要注意以下内容：（1）最小竖曲线半径400m，可以在交互式窗口中查看；（2）切线长最小25m的要求，因此不能太短；（3）在交互式尺寸标定时，鼠标箭头与变坡点之间的“实线”代表竖曲线的变坡点到竖曲线终点的水平距离，该距离不要太短，也不要越过竖向红实线。这样能够保证设计符合要求，并且满足“平包竖”的最优组合形式图3.4.6 竖曲线半径标定（4）所有变坡点的尺寸标定完成后，为了施工的方便，单击“半径取整”，并设置取整单位为100，这样所有的变坡点半径即为整百的数据，便于施工。各个变坡点竖曲线尺寸标定结果如下：图3.4.7 变坡点竖曲线标定结果之后，对所设计的成果进行检查。单击“纵断面”“纵断面检查”，该检查的主要内容有：纵坡坡度、纵坡坡长、竖曲线半径、竖曲线长度、竖曲线的合成坡度等。经过调整，检查各项指标合格。如下：图3.4.8 竖曲线检查结果根据检查结果的调整过程，需要注意以下内容：（1）由于软件问题，纵坡坡度的变坡点编号比实际的变坡点编号小1，例如：检查结果显示“变坡点3和变坡点4之间坡度不合理”，实际表示“D2与D3之间的坡度不合理”，在修改时不能弄错对象；（2）半径要符合最小400m的要求，切线长最小25m的要求需要动态调整。至此，纵断面设计基本完成，以下是主要经济指标，纵坡及竖曲线表以及纵断面设计图，其他图表与数据在附录中上交。图3.4.9 主要技术指标图3.4.10 纵坡及竖曲线表图3.4.11纵断面设计图4.横断面线形设计4.1 横断面设计图总述道路横断面是指道路中心线方向上所做的法向剖面，由横断面设计线和地面线所构成。公路横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟、截水沟、护坡道、取土坑、弃土堆、环境保护设施等，高速公路和一级公路还有变速车道及爬坡道等。而本次所设计道路为三级公路。综合各种实际条件，决定采取单幅双车道公路。这类公路适应的交通量范围大（最高7000辆/天）；只要车辆各行其道、视距良好，车速一般不会受到影响，行车速度为2080km/h。从设计道路所处位置等条件考虑，此种形式的道路符合要求。除此，为使道路横断面的布置及几何尺寸满足交通、环境、用地经济等条件。遂对路基横断面设计提出以下要求:（1） 路基结构设计应根据其使用要求和当地自然条件并结合施工条件