一级公路设计说明书.doc

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1、西南交通大学大学毕业设计说明书摘 要本设计根据既定的资料，通过对带状地形图的分析,根据广州地区的地质、地形、地物、水文等自然条件,依据公路工程技术标准 、公路路线设计规范等交通部给定的相关规范,在老师的指导和同学的帮助下完成的。本设计的主要内容是：道路线性设计和结构设计，包括正确进行道路的定线，路线平、纵横设计计算、个体工程及概算编制等内容。由此圆满完成了广州北三环二期一级公路的的初步设计。关键词：一级公路、定线、个体工程、概算编制ABSTRACTThis design according to the given data, through the analysis of topograph

2、ic map, according to the Guangzhou area geology,landform,terrain,hydrology and other natural conditions, according to technical standard of Highway Engineering,specification of the highway route design，the Ministry of communications given specification,Under the guidance of the teacher and students.

3、The main content of this design is: road linear design and structure design,including fixed line the correct road, The flat section, profile and cross section design of the route,the individual project and budget etc. The successful completion of the Guangzhou North third ring road two first-class h

4、ighway preliminary design.Key words: first-class highway; alignment; individual project; budget estimate making.I目录摘 要IABSTRACTII目录I第1章 路线概况11.1 设计原始资料11.2 主要技术标准11.3 可行性研究11.3.1 地理位置及地形地貌11.3.2 工程地质11.3.3 气侯2第2章 道路设计32.1 路线设计原则32.1.1 道路选线32.1.2 路线平面设计原则32.1.3 路线平面设计中注意事项52.1.4 平面的设计步骤52.1.5 设计说明62.

5、1.6 平曲线要素计算72.2 纵断面线形设计112.2.1 设计原则及要求112.2.2 设计说明132.2.3 竖曲线要素计算15第3章 路基设计173.1 路基横断面设计173.1.1 路基主要形式183.1.2 路基基本构造203.2 横断面绘制及计算213.3 路基排水系统结构和布置213.3.1 路基路面排水设计原则213.3.2 路基纵向排水设计213.3.3 横向排水设计22第4章 路面设计244.1 新建沥青路面设计244.1.1 设计内容244.1.2 设计依据244.1.3 计算过程244.2 路面设计计算244.3路面排水314.3.1路面地表排水314.3.2路面内部

6、排水324.4涵洞324.4.1 涵位选择规定324.4.2 此公路涵洞的设置334.4.3 涵洞管径的计算33结 束 语35致 谢36参考文献37I西南交通大学大学毕业设计（论文）第1章 路线概况1.1 设计原始资料 本路段全长9.47659km，起点：K46+000，坐标为（X=2589716.520，Y：453841.226）；终点：K55+476.959，坐标为（X=2593745.218 ，Y=443701.772)1.2 主要技术标准序 号技术指标名称单 位指 标 值1公路等级一级公路2车道数43设计速度Km/h804停车视距m1605一般平曲线最小半径m7006极限平曲线最小半径

7、m4007不设超高平曲线最小半径m40008最大纵坡39凸形竖曲线一般最小半径m10000极限最小半径m650010凹形竖曲线一般最小半径m4500极限最小半径m300011路基宽度整体式路基m24.5分离式路基m212.2512桥涵设计荷载公路I级13桥梁、涵洞、路基设计洪水频率特大桥1/300，其他 1/10014桥涵宽度m与路基同宽15隧道净宽m20.75+0.25+23.75+0.5+0.75=29.7516地震动峰值加速度g0.1(地震基本烈度度)17路面类型沥青混凝土路面18路拱正常横坡2.0表1-11.3 可行性研究1.3.1 地理位置及历史背景 广州市地处美丽、富饶的珠江三角洲

8、的中部，与香港、澳门相邻，是广东省的省会，同时也是广东省的政治、经济、文化、商贸中心，华南地区重要的交通、通讯枢纽，改革开放20多年，广州市一直处于高速发展的阶段，在各个领域都取得了巨大的成就。广州增城沙庄至花都北兴公路二期工程（荔城至花都北兴段）位于广州市东北部，是珠江三角洲经济区外环高速公路的东北环线，北接京珠高速公路辐射华中、西南府邸，难连增莞深高速公路直通深圳、香港，是广深间的第二条快速通道，同时又是衔接广州新国际机场综合运输、疏导机场东面交通需要。1.3.2 工程地质枣庄市位于鲁西南腹地,地处黄淮平原与鲁中南山地的交接地带，地貌类型以平原为主,低山丘陵仅占全区面积的25%左右。土质是

9、棕粘性土和砂砾土，粗砾岩和可溶岩。1.3.3 气侯枣庄市属暖温带大陆性季风气候，光照充足，热量丰富，降水较多，四季分明；全市多年平均气温在13.214.2，各季气温差异明显。全市多年平均降水量在750950毫米之间，是山东省降雨量最充沛的地区之一。第2章 道路设计2.1 路线设计原则2.1.1 道路选线公路技术等级的选用应根据公路网的规划，从全局出发，适当考虑远景发展的交通量，结合公路的使用任务和性质综合确定，一般由上级有关交通部门确定。本设计拟定为一级公路。即此公路能适应按各种车辆折合成小型客车的年平均昼夜交通量为2500055000辆。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

10、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，即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。2.1.2 路线平面设计原则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。在地势平坦的地区，尽量使用直线，使路线直捷，当地势起伏很大时，路线多弯曲。 在地势平坦

11、开阔的平原微丘区，路线直捷舒顺，在平面线形三要素中直线所占比例较大。而在地势有很大起伏的山岭和重丘区，路线则多弯曲，曲线所占比例则较大。可以设想，如果在没有任何障碍物的开阔地区（如戈壁、草原）故意设置一些不必要的弯道，或者在高低起伏的山地硬拉长直线都给人以不协调的感觉。路线要与地形相适应，这既是美学问题，也是经济问题和保护环境的问题。直线、圆曲线、回旋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.满足行驶力学上的要求，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调安全舒适。高速公路以及计算行车速度100km/h的公路，应注

12、重立体线形设计，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。计算行车速度愈高，现行设计所考虑的因素愈应周全。计算行车速度250m的圆曲线，因其加宽值甚小，可不加宽。 2.缓和曲线缓和曲线即在直线与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设置的一种曲率连续变化的曲线。缓和曲线作为道路线形中的高级曲线而被广泛采用于各级道路，尤其是高等级道路。经过纬地计算，本段设计的缓和曲线长度取407m和567m。 2.1.6 平曲线要素计算平曲线要素计算包括：导线间距离，导线方位角、偏角，圆曲线以及缓和曲线长、外距、切线长（本路段未设缓和曲线），交点及曲线特征点桩号等。1.导线要素计算设

13、起点坐标为（， ），第个交点的坐标为 （， )， =1，2，3n则：坐标增量 （21） （22）点间距 （23）象限角 （24）计算方位角A：，转角为“+”路线右偏，为“”时路线左偏。2. 路线转角，交点间距，曲线要素及主点桩计算(1) 圆曲线几何要素计算如下：计算公式： （25） （26） （27） （28） （29） （210） （211） 式中： T 切线长（m）；L 曲线长（m）；E 外距（m）；J 校正系数或称超距（m）；R 圆曲线半径（m）； 转角（度）。例如处右角 转角 293547.4 取A=R/2 由 可得缓和曲线长度 内移值 切线增值 缓和曲线角 切线长 曲线长 其中：圆曲

14、线长度 = 外距 切曲差 主点桩号 K2+211.688 330.359 K1+917.577 + 200 K2+106.577 + 184.5994 K2+284.734 + 300 K2+484.734 392.2997 QZ K2+195.656 0.9966 K2+211.688其他交点的计算同上经软件平面规范检查结果如表2-2所示。表2-2 平曲线计算要素交点号转角值曲线要素值（m）半径缓和曲线长度缓和曲线参数切线长度曲线长度外距校正值293547.4430180/190278.209/285.832205.209/208.641407.11918.1796.539472653.44

15、50190/200292.404/300294.576/298.734567.65645.3825.6533.道路参数：道路等级：一级公路；设计车速：80km/h4.平面现形参数检查结果：设计规范：公路路线设计规范（JTG-D20-2006）直线部分：所有直线部分满足规范要求；圆曲线部分：所有圆曲线单元满足规范要求；缓和曲线部分：所有缓和曲线单元满足规范要求；平曲线长度部分：所有平曲线曲线单元长度满足规范要求；线形组合部分：线形组合满足规范要求。 2.2 纵断面线形设计2.2.1 设计原则及要求纵断面线形设计是研究直坡线与竖曲线这两种线形要素的运用与组合，以及对纵坡的大小和长短、前后纵坡的协调

16、、竖曲线半径大小及与平面线形的配合等有关问题。1.一般原则 (1)纵面线形应与地形、周围环境相适应，设计成纵坡缓和、视觉连续且平顺圆滑的线形；(2)应避免出现能看见近处和远处而看不见中间凹下部分的线形；(3)应避免在两个同向凹形竖曲线间插入短直线，应把两个竖曲线合并成一个大的竖曲线或改成复曲线；(4)纵坡设计应考虑汽车的性能； (5)相邻纵坡之代数差小时，竖曲线的半径应尽可能大些；(6)纵坡设计要与被交叉道路密切配合，立体交叉和平面交叉处前后的纵坡宜平缓一些，以利于行车安全；(7)各级公路的最大纵坡及坡长限制长度不应轻易采用，一般以采用纵坡平缓、坡长适当的纵面线形为宜。公路线形的设计，是从路线

17、选线定线开始，最终以平、纵、横面所组成的立体线形反映与驾驶员的视觉上。由此可见，在纵断面设计中，平纵线形的组合是至关重要的，如组合的不好，不仅有碍于其优点的发挥，而且会加剧两方面存在的缺点，造成行车的危险，也就不可能获得最优的立体线形。2. 平、纵组合的设计原则(1)平、纵线形的合理组合设计，应保持线形在视觉上的连续性；(2)平纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持平衡；(3)使用恰当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全；(4)平纵组合设计应注意线形和自然环境和景观的配合与协调。3.平纵组合的基本要求(1)平曲线与竖曲线在相互重合时，平曲线应稍长于竖曲线，即“平包竖”；(2)

18、平曲线与竖曲线的顶点对应关系，最理想的是顶点相重合，如果平曲线与竖曲线的顶点错开不超过平曲线长度的四分之一时，还可以得到较理想的线形；(3)平曲线与竖曲线半径均较小时不宜重合；(4)平曲线和竖曲线半径大小应保持均衡，可使线形顺滑优美，视觉上获得美学上的满足，且行车安全舒适，这是平纵线形组合设计的重要环节；(5)选择适宜的合成坡度。4.平纵线形组合与景观的协调配合原则(1)应在道路的规划，选线，设计，施工全过程中重视景观要求。尤其在规划和选线阶段，比如对风景旅游区，自然保护区，名胜古迹区等景点和其他特殊地区，一般以绕避为主；(2)尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。比如沿线周围的地貌，地形，天

19、然树林，池塘，湖泊等。纵面尽量减少填挖；横面设计要使边坡造型和绿化与现有景观相适应，弥补必要填挖对自然景观的破坏；(3)应能提供视野的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体。充分利用自然风景或人工建筑物，以消除单调感，并使道路与自然密切结合；(4)可采用修整，植草皮，种树等措施加以补救；(5)条件允许时，以适当放缓边坡或将其变破点修整圆滑，以使边坡接近于自然地面形状，增进路容美观；(6)应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导视线，点缀风景以及改造环境的一种专门技术措施。2.2.2 设计说明1.纵坡值纵坡的大小与坡段的长度反映了公路的起伏程度，直接影响公路的服务水平，行车质

20、量和运营成本，也关系到工程是否经济、适用，因此设计中必须对纵坡坡度、坡长及其相互组合进行合理安排。(1)最大纵坡汽车沿纵坡向上行驶时，升坡阻力及其他阻力增加,必然导致行车速度降低。一般坡度越大，车速降低越大，这样在较长的陡坡上，将出现发动机水箱开锅、气阻、熄火等现象，导致行车条件恶化，汽车沿陡坡下行时，司机频繁刹车，制动次数增加，制动容易升温发热导致失效，驾驶员心里紧张、操作频繁，容易引起交通事故。尤其当遇到冰滑、泥泞道路条件时将更加严重。因而，应对最大纵坡进行限制。最大纵坡值应从汽车的爬坡能力、汽车在纵坡段上行驶的安全、公路等级、自然条件等方面综合考虑，公路路线设计规范（JTG-D20-20

21、06)对设计车速为80km/h时，最大纵坡规定如下：最大纵坡为 5%。为使道路上行车快速安全和通畅，希望道路纵坡设计的越小越好。但是，在长路堑，低填以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。本段道路在进行纵坡设计时，严格将纵坡值控制在了5以内，0.3以上。(2)最小纵坡各级公路的路堑以及其他横向排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，规定采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计平坡（0.0%)或小于0.3%的坡度时，其边沟应做纵向排水设计。(3)最大坡长汽车沿长距离的陡坡上坡时，因需长时间低档行

22、驶，易引起发动机效率降低。下坡时，由于频繁刹车将缩短制动系统的使用寿命，影响行车安全。一般汽车的爬坡能力以末速度约降低至设计车速的一半考虑，对不同坡度的最大坡长应加以限制。公路路线设计规范（JTG-D20-2006)对设计速度80km/h时公路最大坡长作出规定见表2-3：纵坡长度表表2-3 纵坡长度表纵坡坡度（%)345纵坡长度（m)1100900700(4)最小坡长如果坡长过短，变坡点增多，形成“锯齿形”的路段，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减小公路的使用寿命。为提高公路的平顺性，应减少纵坡上的转折点；两凸形竖曲线变坡点间的间距应满足行车视距的要求，同时也应保证在换档行驶时司机有

23、足够的反应时间和换档时间，通常汽车以计算行车速度行驶9s15s的行程作为规定值。公路路线设计规范（JTG-D20-2006)规定设计速度为80km/h对应的最小坡长为200m。本设计坡长最小为730m。 (5)平均纵坡平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度之比，是为了合理运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利的行使的限制性指标。2.竖曲线(1)竖曲线极限最小半径当汽车行驶在纵坡变坡点时，为了缓和因车辆动能变化而产生的冲击和保证视距，必须插入竖曲线。1）凹形竖曲线最小半径对凹形竖曲线最小半径的确定主要考虑：限制离心加速度、确保夜间行车视距和确保净空有障碍时的视距三个

24、方面计算分析确定。公路路线设计规范规定在设计速度为80km/h时，凹形竖曲线一般最小半径为3000m，极限最小半径为2000m。2）凸形竖曲线最小半径确定凸形竖曲线最小半径主要考虑限制失重不至于过大和保证纵面行车视距两个方面。公路路线设计规范规定在设计速度为80km/h时，凸形竖曲线一般最小半径为4500m，极限最小半径3000m。(2)一般最小半径竖曲线极限最小半径是缓和行车冲击和保证行车视距所必须的最小值，该值只有在地形或线形受限制迫不得已时才采用。通常在实际设计中，为了安全和舒适，应采用所列最小值的1.52.0倍或更大值。公路路线设计规范（JTG-D20-2006)规定在设计速度为80k

25、m/h时，凹形竖曲线和凸形竖曲线的一般最小半径分别为3000m、4500m。本设计中，在考虑了各控制点高程和平纵配合等问题后，最终设置了3个变坡点。(3)竖曲线的最小长度 当竖曲线坡度很小时，即使采用较大的半径，竖曲线长度也很短，这样容易使司机产生变坡很急的错觉。同时，因竖曲线过短，汽车在其上倏然而过，乘客也会感到不适，故应限制在竖曲线上的行程时间。因此，竖曲线的最小长度按3s行程时间计算。即 ： 设计中竖曲线最小长度为444满足规范要求。 2.2.3 竖曲线要素计算竖曲线 （212） （213）式中： 变坡点相邻两纵坡坡度（）；竖曲线半径（m）；竖曲线长度（m）；竖曲线切线长（m）；竖曲线外

26、距（m）。竖曲线几何要素如下： （214） （215）表2-4 竖曲线计算要素桩号竖曲线凸曲线半径凹曲线半径切线长外距K0+000K1+5305200100.620.9734985K2+1006900185.38155412.490313086K2+940510082.15420507 0.661697393K3+543.592例如：变坡点K1+530,高程：676.3918， ，R= 5200m坡差： 该坡为为凹型 曲线长： 切线长： 外距： 第3章 路基设计公路路基是路面的基础, 是公路工程的重要组成部分。路基与路面共同承受交通荷载的作用, 应作为路面的支承结构物进行综合设计, 它必须具有

27、足够的强度、稳定性和耐久性。为确保路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下不致产生超过允许值的变形，在路基的整体结构中还必需包括各项附属设施，其中有路基排水，路基防护与加固，以及与路基工程直接相关的其它设施。路基应根据其使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材料情况等）并结合施工方案进行设计, 应有足够的强度、稳定性, 又要经济合理。影响路基强度和稳定的地面水和地下水, 必须采取拦截或排出路基以外的措施, 并结合路面排水, 做好综合排水设计, 形成完整的排水系统。公路路基设计, 一般宜移挖作填, 当出现大量弃方或借方时, 应配合农田水利建设和自然环境等进行综合设计。路基设计的基本要求：路基

28、必须密实、均匀、稳定。填方路基的填料选择、路床的质量要求以及填方路堤的基底处理应符合公路路基设计规范（JTG-D302004)的规定。必须采取防治地面水和地下水侵入路面、路基的措施，以保证路基的强度和稳定性。设计时，宜使路基处于干燥和中湿状态。潮湿、过湿状态的路基应采取掺入固化材料或换填砂、砂砾、碎石渗水性材料，以及设置土工合成材料等加强路基排水的技术措施，进行综合处理。一般路基，通常是在正常的地质与水文等条件下，路基填挖不超过设计规范或技术手册所允许的范围下进行。否则，为确保路基由足够的强度和稳定性，并具有经济合理的横断面形式，需进行个别特殊设计。在路基横断面设计中，为考虑到在不利气候或不利

29、季节条件下，路面排水顺畅，行车道采用2%的路拱横坡，硬路肩及土路肩采用3%的路拱横坡，并且，在路面设计中，考虑到路面防滑要求和路面防水。3.1 路基横断面设计路基横断面应根据公路等级、技术标准，充分考虑公路所在地的地形、地质、水文、填挖等具体情况选用。按照路基断面形式一般分为填方路基、挖方路基、半填半挖路基等。在山岭地区的路线上，半填半挖是路基横断面的主要形式。公路横断面是中线上各点的法向切面, 它是由横断面设计线和地面线所构成的, 包括路面、路肩、边沟、边坡等。公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计速度、地形条件等因素确定。在保证必要的通行能力和交通安全与畅通的前提下

30、, 尽量做到用地省、投资少, 使道路发挥其最大的经济效益与社会效益。路基横断面应根据公路等级、技术标准，充分考虑公路所在地的地形、地质、水文、填挖等具体情况选用。路基横断面的典型形式，可归纳为填方路基路堤、挖方路基路堑和填挖结合等三种类型。路堤是指全部用岩土填筑而成的路基，路堑是指全部在原地面开挖而成的路基，此两者是路基的基本类型。当由于原地面横坡大，且路基较宽，需一侧开挖而另一侧填筑时，为挖填结合路基，也称半填半挖路基。 3.1.1 路基主要形式1.填方路基填方高度小于1.01.5m者，属于矮路堤。设计时要特别注意控制最小填土高度，力求不低于按自然区划和土质等所规定的临界高度，使路基处于干燥

31、或中湿状态。矮路堤的高度，往往接近或小于应力作用区深度，除填方本身要求高质量以外，地基往往需加特殊处置和加固，路基排水亦极为重要。填方高度在1.512.0m范围内，一般情况下属于正常的路堤，可以按常规设计，采用规定的横断面尺寸，不做特殊处治。(1)填料选择填方路基应采用级配较好的粗粒土作为填料。砾（角砾）类土、砂类土应优先选做路填料，土质较差的细粒土可填于路堤底部。用不同填料填筑路基时，应分层填筑，每一水平层均应采用同类填料。路基填料最小强度和最大粒径要求见表3-1(2) 压实填方路基应分层铺筑，均匀压实。碾压不低于六次（来回算一次），路基压实度（重型）应符合表3-2的规定表3-1 路基填料项

32、目分类路面底面以下深度（cm）填料最小强度（CBR)（%)填料最大粒径填方路基上路床030810下路床3080510上路堤80150415下路堤150以下315零填及路堑路床030810表3-2 压实资料项目分类路面底面以下深度（cm）压 实 度（%）填方路基上路床03096下路床308096上路堤8015094下路堤150以下93零填及路堑路床03096(3)填方路基的基底，应视不同情况分别予以处理3。基底土密实、地面横坡缓于1:5时，路堤可直接修筑在天然地面上，地表有树根草皮和腐殖土应予清除。路堤基底范围内由于地表水和地下水影响路基稳定时，应采取拦截、引排等措施，或在路堤底部修筑不易风化的

33、片石、块石或砂砾等透水性材料。路堤基底为耕地和土质松散时，应在填筑前进行压实。水稻田、湖塘等地段的路基，应视具体情况采取排水、清淤、晾晒、换填、掺灰及其它土加固措施进行处理。当为软土地基时，应按特殊路基处理。2.挖方路基常见形式有全挖路基、台口式路基、半山洞路基。路堑开挖后破环了原地层的天然平衡状态，其稳定性主要取决于地质与水文条件，以及边坡深度和边坡陡度。(1) 土质挖方边坡设计应根据边坡高度、土的湿度、密实程度、地下水、地表水的情况、土的成因类型及生成时代等因素确定。(2)挖方地段地质条件不良或土质松散、渗水、湿软、强度低时，应采取防水、排水措施或掺石灰处理等措施，处理深度可视具体情况确定

34、。 3.填挖结合路基位于山坡上的路基，通常采用路中心线的设计标高即原地面标高。其目的为减少土石方数量，避免高填深挖和保持土石方数量的横向挖填平衡。这时即形成大量挖填结合的路基横断面。从路基稳定性需要，较陡山坡上的路基宁挖勿填；在陡峭山坡上，尤其是沿溪路线，为减少石方的开挖数量，避免大量废方阻塞溪流，有时又需要少挖多填。因此，挖填结合的路基，在选定路线和线形设计时，应予统一安排，进行路线的平、纵、横三者综合设计，权衡利弊，择优而定。挖填结合的路基横断面，兼顾路堤和路堑的设置要求。填方部分的地面横坡陡于1:5时，土质应挖台阶或石质应凿毛；挖方部分应设边沟或同时设置截水沟。3.1.2 路基基本构造 1.路基宽