道路规划和勘测设计课程设计.docx

第一章：设计说明

1.1设计任务和依据
根据中国矿业大学力学与建筑工程学院土木工程专业交通土建方向《道路勘测设计任务书》。
根据设计任务书及所给定的地形图。
查阅规范：
[S][S][S][S][S][S][S][M][M][S][S][S][S][S][S][S] 2.1道路选线要求
道路是一条带状的三维空间的实体，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路面的平面线形。而沿中线垂直剖切再沿道路里程展开的立面投影线形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，通常把路线的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，其设计效果需要通过透视图来检验。
2.2 平面设计中的基本原则
在路线的平面设计中所要掌握的基本原则有：
(1)平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调；
本设计地区部分地势开阔，处于平原微丘区，路线直捷顺适，在平面线形三要素中直线所占比例较大。在设计路线中间地段，路线多弯，曲线所占比例较大。路线与地形相适应，既是美学问题，也是经济问题和生态环境保护的问题。直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形、地物等具体条件，片面强调路线要以直线为主或以曲线为主，或人为规定三者的比例都是错误的。
(2)行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足；
(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，应注意各线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变，在长直线尽头不能接以小半径曲线，高低标准之间要有过渡。本设计中未曾出现长直线以及高低标准的过渡。
(4)避免连续急弯的线形；
连续急弯的线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响，在设计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线。
(5)平曲线应有足够的长度；平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整。缓和曲线的长度不能小于该级公路对其最小长度的规定，中间圆曲线的长度也最好有大于3s的行程。当条件受限制时，可将缓和曲线在曲率相等处直接连接，此时圆曲线长度为0。路线转角过小，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。这种倾向转角越小越显著，以致造成驾驶者枉作减速转弯的操作。一般认为，≤7°应属小转角弯道。在本设计中平曲线长度都已符合规范规定，也不存在小偏角问题。
2.3路线方案确定
全面布局（路线方案选择）：路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题。此工作通常是在小比例尺（1：2.5～1：10万）地形图上从大面积范围内找出各种可能的方案，收集各可能方案的有关资料，进行初步评选，确定数条有进一步比较价值的方案，然后进行现场勘察，通过多方案的比选得出一个最佳方案来。
逐段安排（加密控制点）：是在路线基本方向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带。路线布局一般应该在1：1000～1：5000比例尺的地形图上进行。
具体定线：有了上述路线轮廓即可进行具体定线，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，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点（特别是那些控制较严的点位）的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作基本完成。
路线的方案比选
道路做为一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线性构造物。选线是在道路规划起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。但影响选线的因素有很多, 这些因素有的互相矛盾, 有的又相互制约, 各因素在不同的场合重要程度也不相同, 不可能一次就找出 理想方案来, 所以最有效的方法就是进行反复比选来确定最佳路线。路线方案是路线设计是最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率。更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有作用。

方案比选如2.1表

表2.1方案指标比较表

指标
单位
方案1
方案2
路线长度
m
536.2
540.1
转角数
个
2
2
是否越河

否
是
线形优劣

好
劣
高程相差情况

高程相差不大
高程相差很大
填方数量

填挖相对平衡
填方量较大
比较结果

推荐
不推荐，舍弃

由表中可见方案1优于方案2，因此最终选择方案1。

2.4所选方案精确计算

逐桩坐标表

桩号
坐标
方位角（度）
x
y
K1+000
8.540
90.827
145º17'22"
K1+020
24.968
102.233
145º17'22"
K1+040
41.397
113.639
145º17'22"
K1+060
57.825
125.045
145º17'22"
K1+080
74.254
136.415
145º17'22"
K1+100
90.682
147.858
145º17'22"
K1+120
107.113
159.264
145º17'22"
K1+140
123.539
170.670
145º17'22"
K1+160
139.968
182.076
145º17'22"
K1+180
156.397
193.483
145º17'22"
K1+200
172.825
204.889
145º17'22"
K1+220
189.254
216.295
145º17'22"
K1+240
205.682
227.701
145º17'22"
K1+260
222.111
239.108
145º17'22"
K1+280
238.539
250.514
145º17'22"
K1+300
254.968
261.920
145º17'22"
K1+326.5
276.783
277.055
149º15'43"
K1+340
287.983
284.520
150º37'32"
K1+360
304.848
295.267
152º17'41"
KI+380
322.035
305.494
154º13'09"
K1+400
339.514
315.154
158º42'20"
K1+415.2
353.746
322.471
158º53'15"
K1+420
357.978
324.601
158º53'15"
K1+440
375.900
333.480
158º53'15"
K1+460
393.821
342.358
158º53'15"
K1+480
411.742
351.236
158º53'15"
K1+500
429.664
360.115
158º53'15"
K1+520
447.585
368.993
158º53'15"
K1+536.2
462.835
376.188
158º53'15"

第三章 纵断面设计
3.1纵断面设计的原则
3.1.1纵断面设计的基本要求及原则
（1） 纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺圆滑，视觉连续，保证行驶安全。
（2） 纵坡均匀平顺，起伏和缓，坡长和竖曲线长短适当，以及填挖平衡。
（3） 平纵面组合设计应满足要求。
（4） 视觉上自然引导驾驶员的视线，并保证视觉的连续性。
3.1.2 纵坡设计原则
纵坡的设计需要满足以下几点要求
（1） 设计必须满足《规范》的要求。
（2） 纵坡应具备一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
（3） 沿线地形，地下管线，地质水文，气候以及排水等因素要综合考虑。
(4)应尽量做到填挖平衡，以减少借方和弃方，降低造价，节省用地。
3.2纵断面拉坡
(1)、标注控制点：确定路线起、终点以及越岭垭口，地质不良地段的最小
填土高度，最大挖深等线路必须经过的标高控制点。
(2)、试坡：在已标出的“控制点”纵断面图上，根据各技术指标和选线意图，结合地面
线的起伏变化，以控制点为依据，在其间穿插取值，同时综合考虑纵断面设计中的平纵组合问题，即当竖曲线和平曲线重合时，应设法使竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。由此试定出若干坡线。
(3)、调整并核对：对试坡时所定出的各种坡线进行比较，排除不符工程技术标准的坡线，在剩下的坡线中选取填挖方量最小又比较平衡的坡线。在选取的坡线上选择有控制意义的重点横断面，从纵断面图上读出其对应桩号的填挖高度，检查该点的横断面填挖是否满足各项工程指标。如果不满足，则应对所选坡线进行调整。
(4)、定坡：经上述方法调整无误后，直接在图上把各段直线坡的坡度值、坡长、变坡点的桩号、标高确定下来。
3.3 竖曲线计算
确定竖曲线计算所需数据
根据平纵组合原则以及纵断面设计有各项工程技术标准，按公式确定各变坡点处所取用的竖曲线半径，以及定坡时在CAD上算出的各直线段坡度和桩号、坡长如表3-1所示：
变坡点数据表 表3-1
变坡点
竖曲线半径(m)
坡度(%)
桩号
坡长(m)
变坡点1
2400
2
K0+300.000
350
变坡点2
2400
5.75
K1+390.000
186.2

竖曲线要素计算
竖曲线要素设计公式为：
W=i2-i1 (式3-1）

竖曲线长度 L=Rw (式3-2）
竖曲线切线长 T=L/2 (式3-3）
竖曲线外距 E=T*T/2R (式3-4） 根据前面确定的竖曲线半径及坡度值，计算各变坡点处的竖曲线要素如下：
(1)、变坡点1：(R=2400)
w= i2-i1 = 0.0575-0.02= 0.0375
L= Rw = 2400* 0.0375 = 90
T = L/2 = 45
E = T2 / ( 2 * R ) = 0.42
3.4纵断面设计成果
由前面的计算即可确定出各直线段坡线上所对应的中桩标高，再由公式算出竖曲线内各点的竖距，凸形竖曲线的曲线上中桩标高即为对应直线坡线标高减去竖距，凹形竖曲线的曲线上中桩标高即为对应直线坡线标高加上竖距。
绘制路基纵断面图
根据《纵断面设计成结表》绘制纵断面图。纵断面图一般采用横向1:2000，纵向1:200的比例尺绘制，由上、下两部分内容组成。上部主要用来绘制地面线和纵坡设计线，并标注竖曲线及其要素，以及沿线人工构造物的位置结构类型、孔数和孔径等。下部主要用来填写线路纵坡的有关数值。至上而下分别填写：坡长及坡度，设计标高，地面标高，填挖高度，直线及平曲线。

第四章 横断面设计

4.1横断面设计的原则
(1)、设计时应根据公路等级、技术标准，结合地形、地质、水文、填挖等情况选用。设计前必须做好各项勘察工作，收集横断面资料。
(2)、兼顾当地基本建设的需要，尽可能与之配合，合理设计边沟断面尺寸，并按有关规定采取必要的处理措施。
(3)、路基穿过耕种地区时，为了节约用地，如果当地石料丰富，可修建石砌边坡或直立矮墙。
(4)、沿河线的横断面设计，应注意路基不被洪水冲毁，如废方过多压缩河道而引起壅水危及农田、房舍时，一般应变更设计，将路线适当外移以减少废方，否则应将废方运走。
4.2 确定路基横断面宽度
设计公路为二级公路，采用整体式单幅双车道的路基断面形式。
根据工程技术标准，由公路等级（二级）及设计行车速度（40km/小时），确定路基横断面车道数为双车道，行车道宽为4.25m，行车道外侧设置宽度为0.75m的土路肩，路基总宽度为10m。

4.3 编制路基设计表
横断面平曲线的加宽计算和超高计算完成后,应将结果填入路基设计表。路基设计表是公路设计文件中的主要技术文件之一，它是综合路线平、纵、横设计资料汇编而成的，在表中填有公路平面线形、纵断面设计资料以及路基加宽、超高等数据。它是路基横断面设计的基本依据，也是施工放样、检查校核及竣工验收的依据。
路基设计表的填写方法为：
(1)、“桩号”、“地面标高”栏从中桩测量资料抄录；
(2)、“平曲线”栏从平面资料抄录，供加宽、超高计算用；
(3)、“变坡点高程桩号及纵坡坡度、坡长”栏从纵断面资料抄录，填入变坡点的桩号、高程、前后的坡度和坡长及起终点桩号；
(4)、“竖曲线”栏填入竖曲线起、终点及要素。
(5)、“设计标高” 、“填挖高度”从纵断面设计资料中抄录；
(6)、“路基宽度”栏分别为路基左右侧路幅宽度值，有加宽的地方要进行加宽的计算。
(7)、“路边及中桩与设计高之高差”栏为按一定超高方式进行超高计算后，与路基宽度相对应的各点相对于设计高程位置的高差，通过超高计算获得。
(8)、“施工时中桩”栏为“填挖高度”栏与“路边及中桩与设计高之高差”栏中路中线的高差之差。
由前面的平面设计资料、纵断面设计资料和横断面设计中的加宽及超高计算，把相应数据填入路基设计表，以作为绘制横断面图的依据。
4.4绘制路基横断面图
确定路基标准横断面
在绘制路基横断面图之前，以确定路基横断面的形式及其横面布置、构造尺寸（主要包括路幅尺寸、横坡度值、变坡高度、护坡道宽度、边沟尺寸、排水沟尺寸、截水沟尺寸、挖台阶的宽度等）。标准横断面图中应包括路基横断面中各种可能的形式及其有关的支挡防护形式。
本次设计中绘制本段的路基横断面图，即K0+000.000～K1+536.200这一路段。在这一路段中，主要出现的路基横断面形式有：填方路堤、全挖方路堑、半填半挖路基和路堤墙路基。按工程技术标准规定，路基宽度为10m，现拟定路面采用2%的折线形路拱横坡度，土路肩横坡度值为3%。填方路堤的边坡值根据其地质情况选用1:1.5，坡脚处设置宽度为1m、坡度为3%的护坡道，当填方路堑地面线坡度大于1:1.5时，应将地面挖成台阶形方可在其上填土，挖台阶的宽度应不小于1m。挖方路堑选用1:1的边坡值，坡底设置矩形边沟，宽、深都为0.6m，对一挖方较高的边坡，应在坡顶设置梯形截水沟，底宽和、沟深均为0.6m，边坡值取1:1。截水沟距坡口不应小于5m。
标准横断面中确定了边沟及边坡的尺寸结构后，应将相应数据填到路基设计表中。按以上要求及设计以1:100的比例尺绘制路基标准横断面图。
绘制路基横断面图
标准横断面图绘制完毕后，参照标准横断面图，绘制K0+000.000～K0+536.200路段内各中桩的横断面图，其步骤如下：
(1)、根据横断面测量资料按1:100的比例绘制横断面地面线；
(2)、根据路基设计表中的有关数据，绘制路幅的位置和宽度；
(3)、参照路基标准横断面图绘制路基边坡线和地面线相交，并在需要设置支挡防护处绘制支挡结构物的断面图；
(4)、检查弯道路段横断面内侧的视距是否满足要求，是否需要清除障碍及设置视距台；
(5)、根据综合排水设计，绘制路基边沟、排水沟、截水沟等在横断面图上的位置。
(6)、在中桩横断面图绘制出来后，标出该桩的桩号、左右路基宽、中桩填挖高和填挖面积。
按以上步骤和比例在CAD上绘制各桩号的横断面图，路基横断面的填挖面积可运用CAD软件的“查询”功能直接读出，并将其转换为实标比例下的数值，以进行土石方调配。横断面图中各断面的排列顺序是按里程从左向、从下到上排列。
4.5 土石方调配
4.5.1路基土石方量计算
路基横断面设计以及路基横断面图绘制完成后，应对路基土石方进行计算和调配。首先计算横断面的面积，这一顶工作已经在用CAD绘制路基横断面图时完成。接下来需计算体积以获得土石方数量，最后进行土石方周配。
土石方数量和计算方法有两种：平均断面法和棱台法。前者适用以相邻两断面间的填方或挖方面积大小相近的情况，后者适用以相邻两断面填挖面积相差较大时的情况。拟建公路为山岭重丘区二级公路，地势起伏多变，相邻两横断面的填挖面积相差较大，现用第二种方法进行计算，其计算公式为：
(式4-3)
式中：
土石方数量计算完成后，把相关数据填入土石方数量表，确定各路段内各种土或石的填挖量。具体见附表四《路基土石方数量计算及调配表》。
4.5.2路基土石方调配
路基土石方计算完后，在进行土石方调配，合理解决各路段土石方数量的平衡与利用，以降低工程计价方数量，避免不必要的借土和弃土。
土石方调配可以在土石方数量表上进行，在进行土石方调配时，首先应进行横向调配，满足本桩利用方的需要，然后计算其他填缺和挖余的数量。根据填缺和挖余的情况进行纵向调配，确定借方或废方数量。
土石方调配有关数据及其调配过程详见附表四《路基土石方数量计算及调配表》。
主要参考文献
1、中华人民共和国行业标准《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），北京：人民交通出版社，2004年4月
2、中华人民共和国行业标准《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），北京：人民交通出版社，2004年12月
3、中华人民共和国行业标准《公路沥青路面设计规范》（JTJ 014-97），北京：人民交通出版社，2004年12月
4、中华人民共和国行业标准《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002），北京：人民交通出版社，2004年12月
5、公路设计手册（线路、路基、路面），人民交通出版社（2版）
6、张雨化主编，《道路勘测设计》，北京：人民交通出版社，1997年10月
7、孙家驷主编，《道路勘测设计》，北京：人民交通出版社，1997年7月
8、许金良主编，《道路勘测设计》北京：人民交通出版社，2004年6月
9、徐家钰、程家驹编著，《道路工程》，上海：同济大学出版社，1998年11月