三级公路毕业论文.doc

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1、1.绪论1.1道路建设的意义道路是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，道路运输在整个交通运输系统中也处于基础地位，远在汽车还没有出现以前，我国就在道路建设方面创造了光辉的业绩。对于经济发展迅速的现代中国，道路建设更加有着其不可替代作用。1.2道路发展现状及目标改革开放以来，国家把交通作为国民经济发展的战略重点之一，为公路交通事业快速发展提供了机遇。这一阶段的工作方针是统筹规划，条块结合，分层负责，联合建设，筹资渠道是国家投资、地方筹资、社会融资、引进外资。1978年以来，是我国公路事业发展最快，建设规模最大，最具活力的时期。期间我国用1020年时间走过了发达国家一般需要3040年

2、走完的路程，我国公路建设实现了跨越式发展，取得了举世瞩目的成就。根据我国国民经济和社会发展的长远规划，中国公路在未来几十年内，将通过“三个发展阶段”实现现代化的奋斗目标：第一阶段：近期达到交通运输紧张状况有明显缓解，对国名经济的制约状况有明显改善；第二阶段：将在2020年左右达到公路交通基本适应国民经济和社会发展的需要；第三阶段：将在本世纪中叶基本实现公路交通运输现代化，达到中等发达国家水平。1.3毕业设计主要内容本次毕业设计是交通土建工程类型的设计课题，要求学生根据任务书给定的资料，完成山东德州里老乡三朗乡长约2公里的三级公路选线、平面、纵断面、横断面、路基路面、挡土墙、排水等设计内容。设计

3、过程手算结合纬地软件，要求学生既熟练掌握设计过程，并进行必要的软件应用训练。1.4沿线自然地理特征德州位于北纬3624-380、东经11545-11724之间，黄河下游北岸，地形山地丘陵为主，土壤以潮土为主。该地区气候属暖温带大陆性季风气候，四季分明，干湿季明显，光照充足，适宜多种植物生长，物产资源十分丰富。年降水量650850毫米，约60%集中于夏季，且强度大，常出现暴雨，降水年均相对变率约20%。该地区气温在13左右，从1月至7月，气温逐渐升高，8月以后，各地气温逐月下降。2.路线设计2.1.路线平面设计2.1.1 选线原则与相关技术指标选线是根据路线基本走向和技术标准，结合地形、地质条件

4、，考虑安全、环保、土地利用和施工条件，以及经济等因素，通过全面比较，选定路线中线的过程。1.选线原则选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下：（l）应针对路线所经地域的生态环境、地形、地质的特性与差异，按拟定的各控制点由面到带、由带到线，由浅人深、由轮廓到具体，进行比较、优化与论证。同一起、终点的路段内有多个可行路线方案时，应对各设计方案进行同等深度的比较。（2）影响选择控制点的因素多且相互关联、又相互制约，应根据公路功能和使用任务，全面权衡、分清主次，处理好全局与局部的关系，并注意由于局部难点的突破而引起的关系转换给全局带来的影响。（3）应对路线所经区域、走廊带及其沿线

5、的工程地质和水文地质进行深入调查、勘察，查清其对公路工程的影响程度。遇有滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等不良工程地质的地段应慎重对待，视其对路线的影响程度，分别对绕、避、穿等方案进行论证比选。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取切实可行的工程措施。（4）应充分利用建设用地，严格保护农用耕地。（5）国家文物是不可再生的文化资源，路线应尽可能避让不可移动文物。（6）保护生态环境，并同当地自然景观相协调。（7）高速公路、具干线功能的一级公路同作为路线控制点的城镇相衔接时，以接城市环线或以支线连接为宜，并与城市发展规划相协调。新建的二级公路、三级公路应结合城镇周边路网布设，

6、避免穿越城镇。（8） 路线设计是立体线形设计，在选线时即应考虑平、纵、横面的相互间组合与合理配合。2.路线控制点（1）路线起、终点，必须连接的城镇、工矿企业，以及特定的特大桥、特长隧道等的位置，应为路线基本走向的控制点。（2）大桥、长隧道、互通式立体交叉、铁路交叉等的位置，应为路线走向控制点，原则上应服从路线基本走向。（3）中、小桥涵，中、短隧道，以及一般构造物的位置应服从路线走向。不同的设计阶段，选线工作内容应各有所侧重，后一阶段是前一阶段的继续与深化，随着勘察、设计工作的深入，应复查并优化前一阶段的路线方案，使路线线位更臻完善。2.1.2选线方法1.选线可采用纸上定线或现场定线。高速公路、

7、一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法。二级公路、三级公路、四级公路可采用现场定线，有条件或地形条件受限制时，可采用纸上定线或纸上移线并现场核定的方法。2.选线应在广泛搜集与路线方案有关的规划、计划、统计资料，相关部门的各种地形图、地质、气象等资料的基础上，深入调查、勘察，并运用遥感、航测、GPS、数字技术等新技术，确保其勘察工作的广度、深度和质量，以免遗漏有价值的比较方案。 本设计采用纸上定线的方法。2.1.3 方案选定1.选择路线方案的因素选择路线方案一般应综合考虑以下主要因素：（1）路线在政治、经济、国防上的意义，国家或地方建设单位对路线使用任务、性质的要求，战备、支农、综合利用等重要方

8、针的体现。（2）路线在铁路、公路、航道、空运等交通网中的作用，与沿线地区工矿、农业、城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况。（3）沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响，要求的路线技术等级与实际可能达到的指标（包括对低限指标的采用）及对路线使用任务、性质的影响，路线增长系数（两控制点问路线实际长度与空间直线距离的比值）、筑路材料来源、施工条件以及工程量、四材（钢材、水泥、木材、沥青）用量、造价、工期、劳动力等情况及其对运营、施工、养护等方面的影响。（4）其他如与沿线革命史迹、历史文物、风景区的联系等。2.本设计路线方案选定本方案路线总长2355.49m，共有9个J

9、D，直线段所占比重较平曲线大，选定线基本合理，满足规范要求，减少对耕地的破坏。但也有不足之处：填挖方较大。但是填挖基本平衡；在较填方多的路段需设置挡土墙，以保证道路安全，这势必使得筑路成本的增加。2.1.4 路线平面设计道路是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线状构造物，是三维的空间实体。而我们平时所说的路线是指道路中线的空间位置。在工程设计中，一般将三维空间实体分解表达为平面、纵断面和横断面。路线在水平面的投影称作路线的平面；沿中线竖直剖切再行展开在立面上的投影则是路线的纵断面；中线上任意点的法向切面是道路在该点的横断面。因此路线设计是指确定路线在平、纵、横三维立体上各部位尺寸

10、的工作。公路在受地形地物等障碍的制约时，必须要设置转折避让障碍，也就是在转折处设置曲线或是曲线的组合。另外，为使线形美观和保证汽车行驶的顺畅，在直线和圆曲线或不同半径的圆曲线之间插入曲率不断变化的过渡曲线，过渡曲线称为缓和曲线。在平面线形中，基本线形是和汽车的行驶状态相对应的，具有如下的几何性质： .直线：曲率为零，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为零。.圆曲线：曲率为不为零的常数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为固定值。 .缓和曲线：曲率为变数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为变数。现代道路的平面线形正是由上述三种线形直线、圆曲线和缓和曲线所构成的，我们称之为“平面线形三要素”。 1.

11、直线作为平面线形要素之一的直线，在公路和城市道路中使用很广泛，两点之间直线最短。一般在定线时，只要地势平坦，无大的地物障碍，定线人员首先考虑使用直线通过。但过长的直线并不好，直线线形大多难于和地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形自身的协调。另外过长的直线也容易使驾驶员感到疲倦，难以目测车间距离，于是产生尽快驶出直线的急躁情绪，超速行驶，从而导致交通事故的发生。 .直线的使用直线在道路设计中应用是比较广泛的，一般在下列情况下可以使用直线：不受地形、地物限制的平坦地段或山间的开阔谷地。市镇及其近郊或是规划方正的农耕区以直线线形为主的地区。含有较长的桥梁、隧道等构筑物的

12、路段。路线交叉点及其前后的路段。 双车道公路提供超车的路段。在直线的使用中，值得注意的是有关直线长度的问题，一般来说对直线的长度应该有所限制。当不得已采用过长直线时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施予以处理。但还要注意以下几个问题：在长直线上纵坡不宜过大。因为长直线再加下陡坡行驶，更容易导致超速行驶，造成交通事故。长直线适于与大半径凹形竖曲线组合。当道路两侧地形过于空旷时，应采取一定的技术措施改善单调的景观。长直线或长下坡尽头，宜于连接大半径的平曲线。 为保证线形的连续性和行车舒适，在两相邻曲线之间应有一定的直线长度。否则，对相邻同向曲线宜做成一个大曲线或把相邻曲线直

13、接相连做成复曲线。当两个圆曲线直接相连时为二圆复曲线，三个以上圆曲线直接相连时为多圆复曲线。（2）.直线的最小长度同向曲线间的直线最小长度 同向曲线是指转向相同的相邻两曲线，同向曲线间插入短直线，这种线形组合工程上称为断背曲线，这种曲线很容易使驾驶员产生错觉，即把直线和两端的曲线看成反向曲线，甚至看成为一个曲线，破坏了线形的连续性，极易造成驾驶员判断和操作的失误，见图2.1，我们在设计中尽量避免这种现象的发生。在规范中明确规定：同向曲线之间的最短直线长度以不小于6V（m）为宜。对于较高等级的公路(V 60km/h)应尽量保证，而对于较低等级的公路(V40km/h)可参照上述规定稍作放宽。图2.

14、1 同向曲线之间插入短直线反向曲线间直线的最小长度 在反向曲线之间，为满足设置超高、加宽的需要，应有一定长度的直线。我国在规范中明确提出反向曲线之间的直线最小长度以不小于2V（m）为宜。当受到地形、地物等各方面的限制时，可将反向缓和曲线首尾相接，但此时要注意路面排水的问题。2. 圆曲线在公路和城市道路的设计中，无论转角的大小，都应设置平曲线。而圆曲线又是平曲线的主要组成部分。圆曲线具有易与地形适应、可循性好、线形美观、易于敷设等特点，所以在设计中使用相当广泛。在我们常用的单曲线、复曲线以及回头曲线中都包含圆曲线。（1）圆曲线的几何元素圆曲线以转角及半径R表示，右转角为，左转角为。（2）极限最小

15、半径 极限最小半径是指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下，能保证汽车安全行驶的最小半径。标准中的极限最小半径就是在规定的设计速度时，按=8%，=0.10.16用公式计算得来的。(3)一般最小半径 在选用圆曲线的半径值时，一方面要考虑汽车行驶的稳定性和乘客的舒适性，另一方面也要考虑工程的可行性和工程量的限制。因此，在现行的公路路线设计规范中充分地考虑了这几方面的情况确定了一般最小半径值，见下表。 （4）不设超高的最小半径 当选用的圆曲线半径大到一定的程度，在曲线上即使不设超高也能满足车辆行驶的稳定性和乘客的舒适性要求，这时，我们可以在曲线上不设置超高。此时，对于在曲线外侧行驶的

16、车辆存在着一个“反超高”也就是超高横坡率为负值，大小同路拱。我国公路工程技术标准中常取用0.035，-0.015来计算不设超高的最小半径值。 3 缓和曲线 （1）缓和曲线的作用（1）缓和曲线通过其曲率逐渐变化，可更好的适应汽车转向的行驶轨迹 （2）汽车从一曲线过度到另一曲线的行驶过程中，使离心加速度逐渐变化（3）缓和曲线可以作为超高和加宽变化的过渡段 （4）缓和曲线的设置可使线形美观连续（2）有缓和曲线的道路平曲线的几何要素 道路平面线形的基本组合为：直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线，其几何元素的计算公式如下：式中：缓和曲线起点到圆曲线原起点的距离，也称为切线增值（m）； 设缓和曲线后圆

17、曲线内移值（m）；缓和曲线终点缓和曲线角（rad）； 缓和曲线长（m）； R圆曲线半径（m）； 偏角（）； T切线长（m）；L曲线长（m）；E外距（m）。图2.3 “基本型”平曲线（3）主点桩里程推算 设有缓和曲线的平曲线有五个主点桩位，分别是ZH、HY、QZ、YH、HZ，里程推算如下： ZH=JD-T HY=ZH+ QZ=ZH+L/2 YH=ZH+L- HZ=YH+ 最后用ZH=HZ-L来检验。4. 平面线形要素的组合与衔接就公路平面线形设计而言，主要有基本型，S型，卵型，凸型，C型和复合型等六种。因本设计六处交点均采用基本型，因此就基本型作简要描述。 .基本型 当平曲线按直线回旋线（）圆曲

18、线回旋线（）直线的顺序组合而成时，称为基本型。当两回旋线参数值相等，即=时，叫做对称基本型；当两回旋线参数不等时，叫做非对称基本型；当两回线参数值均为0时（即不设缓和曲线）时，又称为简单基本型。基本线形时，为了使线形协调，A值的选择最好使得回旋线，圆曲线，回旋线的长度之比为1:1:11:2:1,并注意满足设置基本型曲线的几何条件：。5.圆曲线计算平曲线要素以及主点桩号计算和校正：JD1： 交点间距 286 桩号：K0+286 转角值 右 ZH=JD1-T=K0+286- 66.26=K0+219.74 HY=ZH+Ls=K0+219.74+ 40=K0+259.74 QZ=ZH+L/2=K0+

19、219.74+ 127.96/2=K0+283.72 YH=ZH+L-Ls=K0+219.74+ 127.96-40=K0+307.7 HZ=YH+Ls=K0+347.7 检验 HZ=ZH+L=K0+219.74 + 127.96=347.7 综上所述，利用以上公式可计算出路线平曲线要素，详细结果见平曲线要素计算表。2.2.路线纵断面设计2.1.1纵断面设计原则1 纵坡设计应满足最大纵坡坡度、最小坡度、最小坡长等相关要求；纵坡设计应有一定的平顺性，起伏不宜过大也不宜过与频繁；2 纵坡设计在一般情况下，应大致填挖平衡，减少运输工具的数量，降低工程造价，但高速公路一般以填为主；3 平原微丘区地下埋

20、深较浅，河流、池塘分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求；4 大、中桥无特殊请况桥上不设竖曲线，桥头两端竖曲线的起始点应设在桥头10米外。2.1.2设计技术指标1.最大纵坡各级道路的最大纵坡一般是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件等因素确定的。公路的最大纵坡规定如下表所示。设计速度为120km/h、100km/h、80km/h的高速公路，受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。设计速度为40km/h、30km/h、20km/h的公路，改建工程利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。四级公路位于海拔2 000m以上或积雪冰冻

21、地区的路段，最大纵坡不应大于8%。2.最小纵坡为保证路基的排水，防止水分渗入路基，特别是长路堑、低填方或横向排水不畅通的路段，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。当必须设置平坡时，应进行边沟的纵向排水设计。在弯道上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。3.平均纵坡公路工程技术标准中规定：二、三、四级公路越岭线的平均纵坡，一般以接近5.5(相对高差为 200m500m)和5(相对高差大于500m)为宜，并注意任何相连3km路段的平均纵坡不宜大于5。城市道路的平均纵坡可以相应地减小1。4.合成坡度合成坡度是指在设有超高的平曲线上，路线的纵坡和

22、弯道超高所组成的坡度。我国公路路线设计规范中明确规定合成坡度不得超过的允许的合成纵坡值规定值。5.坡长限制坡长限制主要有两个方面的内容，即最小坡长的限制和最大坡长的限制。最小坡长的限制和最大坡长的限制如下表：最小坡长：最大坡长：6.缓和坡段在设计中，当纵坡的设计达到限制坡长时，应设置一段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度。一般缓和坡段的坡度应不大于3，长度应符合各级公路最小坡长的规定。2.1.3设计方法与步骤准备工作 标高控制点 试坡 调整 核对 定坡 设置竖曲线2.1.4纵坡设计应注意的问题 1设置回头曲线地段，拉坡时应按回头曲线技术标准先定出该地段的纵坡，然后从两端接坡。应注意在回头曲线地段

23、不宜设竖曲线。2大、中桥上不宜设置竖曲线，桥头两端竖曲线起、终点应设在桥头l0m以外，桥涵纵坡处理。3小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上，为保证行车平顺，应尽量避免在小桥涵处出现“驼峰式”纵坡。4注意平面交叉口纵坡及两端接线要求。道路与道路交叉时，一般宜设在水平坡段，其长度不应不小于最短坡长规定。两端接线纵坡应不大于3，山区工程艰巨地段不应大于5。2.1.5竖曲线要素确定在道路纵断面上，为便于行车安全舒适，对于两个不同坡度的坡段，在转折处需要设置一段曲线进行缓和，我们把这一段曲线称为竖曲线。1.竖曲线要素竖曲线的形式可以采用抛物线或圆曲线等多种形式，一般选用抛物线型竖曲线。 (1)坡度差变坡点前

24、后两侧纵坡坡度分别为和，、上坡为“+”，下坡为“”，用表示坡度差，即，当时竖曲线为凹形竖曲线；时，竖曲线为凸形竖曲线。(2)竖曲线诸要素计算公式图2.1 竖曲线要素示意图2.本设计竖曲线要素计计算竖曲线要素及起终点桩号本路段共有三处变坡点其桩号为K0+540 K1+040 K1+400，高程分别为879.400m，852.000m，826.000m，i1=2.694%，i2=-5.480%，i3=-7.222%，i4=1.972%。计算竖曲线要素： 以第二条竖曲线为例：由规范拟定半径为3000mi2-i1=-7.222%-（-5.48%）= -1.742%（凸形竖曲线）曲线长： L=R*w=3

25、000*1.742=52.26m切线长： T=0.5L=26.13m 外距： 竖曲线起终点桩号：竖曲线起点桩号=K1+040 -T=K1+013.867 竖曲线起点高程=853.4321m 桩号K1+020处： 横距 竖距 切线高程= 设计高程= 桩号K1+040处： 横距 竖距 切线高程= 设计高程= 桩号K1+060处： 横距 竖距 切线高程= 设计高程= 桩号K1+066.133处： 横距 竖距 切线高程= 设计高程=2.3.路线横断面设计2.3.1断面设计原则1 设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理

26、。2 路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。3 还应结合路线和路面进行设计。选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段。4 沿河及受到水浸水淹的路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。5 当路基设计标高受限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行压实，使路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层及其他排水设施等。6 路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。2.3.2横断面各项技术指标1.行车道宽度行车道宽度选取按下表选取本设计设计时速为30km/h，双车道，

27、故行车道宽度选取3.25*2=6.5m，结合排水要求路面路拱坡度选取为2%。2.路肩宽度根据我国的土地状况和路肩的功能，在满足路肩功能最低需要的条件下，应采用较窄的路肩。各级公路右侧路肩宽度规定如下表所示。本设计只需采用双侧土路肩，宽度选取为0.5m，路肩坡度选取为3%。2.3.3.路面加宽及过渡1.加宽值我国现行的公路工程技术标准根据各地的实际情况及车辆状况确定了不同的平曲线的加宽值。二级公路、三级公路、四级公路的圆曲线半径小于或等于250m时，应设置加宽。双车道公路路面加宽值规定如下表所示。圆曲线加宽类别应根据该公路的交通组成确定。四级公路和设计速度为30km/h的三级公路可采用第1类加宽

28、值。本设计采用一类加宽2.加宽过渡方式加宽过渡的设置根据道路性质和等级可采用不同的加宽过渡方式。因比例加宽适合二、三、四级公路，所以本设计采用比例加宽过渡方式，加宽缓和段内任意点的加宽值： 式中：任意点距缓和段起点的距离（m）； L加宽缓和段长（m）； b圆曲线上的全加宽值（m）。3.加宽值计算2.3.4.超高为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力,在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡,称为超高。当平曲线班线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高。超高的横坡度根据公路等级、计算行车速度、平曲线半径大小，并结合路面类型和车辆组成等条件确定。1.超高方式本次设计按双车道公路绕

29、路面中线旋转设超高值2.超高过渡段长度超高过渡段要满足最大超高渐变率的要求，本设计设计时速30km/h，最大超高渐变率为1/125，同时从利于排除路面降水考虑，横坡度由2（或1.5）过渡到0路段的超高渐变率不得小于1/330。 取-1,超高渐变率不变, 则将超高缓和曲线向直线段延长来满足超高渐变率的要求, 处理办法有两种:(1)将(-1)的长度值并入缓和曲线,即将展延,但要同时满足超高渐变率不得小于1/330的下限要求。(2)保证缓和超高曲线长度和超高渐变率不变,将剩余的的长度并入圆曲线.本设计为三级柔性路面,路肩采用的是0.5m的路肩,考虑排水,保证路基的稳定采取保证缓和超高曲线长度和超高渐变率不变的方式.3. 圆曲线和缓和超高段超高值计算绕中线旋转超高值计算公式 超高位置计算公式注圆曲线上外缘1.计算结果均为与设计高之高差 2临界断面距缓和段起点：3距离处的加宽值：中线内缘过渡段上外缘内缘4.超高计算3.路基路面设计4.结论5.致谢6.参考文献