广西柳州至桂林段的一条新建公路设计 毕业设计说明书.doc

装订线 摘 要该设计为广西柳州至桂林段的一条新建公路，根据给定的交通量及其服务水平和性质，确定该公路等级为二级。在此基础上，通过分析沿线自然条件与主要技术指标，确定最合理的设计方案，进而对最佳方案进行详细设计。内容包括：路线的平曲线、竖曲线、横断面设计，路基路面设计以及排水和桥涵设计。本公路设计速度为60km/h,路线全长5127.454米，路基宽10米。全线有9个平曲线,5个竖曲线, 5道涵洞关键词：交通量，二级公路，自然条件，技术标准，路基，路面，平曲线，竖曲线，排水, 桥涵。abstractthe subject of the design is a new highway on plain in guangxi province.according to the given traffic volume,service level and attribute of the proposed highway, the highway is defined as the secondgrade road. through analysis the local natural condition and main technical standard ，the most proper one is recommended and subsequently carried out in detail, including the design of plan curves, vertical curves ,transect, subgrade, pavement, drainage and bridge.the design speed is 60km/h, the total length is 5127.454m, and the width of the subgrade is 10m.there are9 plan curve,5vertical curves , and 5culverts on the road. keywords:traffic volume, second-grade road, natural conditions, technical standard , subgrade , pavement , plan curves , vertical curves, drainage , bridge前言毕业设计是学校对毕业生的一次大考核，是学校考查学生对专业知识的掌握和综合运用的能力。这次我的毕业设计项目为“广西柳州至桂林公路综合设计”。路段位于广西柳州地区，沿途山岭、平地、农田相交错，地形较为复杂。路线受地形，地物限制较严，路线走向比较明确。又由于沿路线走向已经存在一条道路，沿原有道路设计可减小工程量。因此在尽可能的条件下，设计路线基本上和原有道路走向一致。根据交通量、地形，本设计确定为：山岭重丘区二级公路，设计速度为60km/h。路线全程长5127.454m，共有9个平曲线和5个竖曲线。毕业设计现已基本完成。通过本次设计使得自己对专业知识和各种不同科目之间的联系有了更进一步的认识。对以后工作起着极为有利的帮助。目 录第一章：概述 1.1：建设该公路的意义 41.2：沿线自然地理特征 41.3：道路等级和主要技术指标的论证和确定 5 第二章：路线设计 2.1：路线方案确定 8 2.2：路线平面设计 8 2.3：路线纵断面设计 11第三章：路基设计 3.1：路基横断面设计 153.2：路基路面排水设计 18第四章：路面设计4.1：概述 214.2：路面结构类型选择 214.3：沥青混凝土路面设计 22第五章：小桥涵布置 5.1：小桥涵设计原则 28 5.2：桥涵位置的选择 28 5.3：涵洞型式选择 28 5.4：桥涵跨径的确定 28 5.5：涵洞进出口的防护和加固 29第六章：环境保护 6.1：公路绿化工程 306.2：防止水、土污染和流失 30第七章：致谢31附 录：主要参考文献第一章 概述1.1建设该公路的意义广西壮族自治区地处祖国南疆，处于云贵高原东侧斜坡与东南沿海低山丘陵的过渡地带，总面积23.67万平方公里。区内高温多雨、山多河川多、岩溶广布、平原较少，素有“八山一水一分田”之称，山地（中山、低山、丘陵、台地）的面积占全区面积的80%。广西各地年降水量一般在9402452mm之间，多年平均年降水量约1550mm。降水时空分布不均，全年降水量7080集中于48月。桂林市地处南岭山系的西南部，平均海拔 150 米，典型岩溶地貌。岩溶峰林地貌是桂林重要旅游资源。桂林是世界著名的风景旅游城市和历史文化名城，地处南岭山系西南部，广西壮族自治区东北部。柳州，又称龙城，是广西重要的区域中心城市，广西工业名城、历史名城、文化名城、旅游名城。全市辖6县4区，总面积1.8万平方公里，总人口372万。作为广西最大的工业城市，柳州工业总量约占广西的三分之一。柳州是一座底蕴浓厚的历史名城和文化名城，也是一座充满风情的旅游名城。交通是经济发展的动脉。经济要发展，交通要先行，只有便捷的交通运输条件，才能物畅其流。近年来由于桂林与柳州的经济合作范围越来越广泛，合作程度越来越深，导致两市之间的交通量越来越大，原有的公路已经远远不能满足近日交通的需求，这大大的阻碍了两市的经济发展，所以大力发展交通已经成为两市首要解决的问题。1.2沿线自然地理特征1.2.1气候特点桂林地处低纬，属中亚热带季风气候。境内气候温和，雨量充沛，无霜期长，光照充足，热量丰富，夏长冬 短，四季分明且雨热基本同季，气候条件十分优越。年平均气温为18.9。8月最热，月平均气温为23，1月最冷，月平均气温15.6。柳州市地处桂中北部，属中亚热带季风气候，影响柳州市的大气环流主要是季风环流，夏半年盛行偏南风，高温、高湿、多雨，冬半年盛行偏北风，寒冷、干燥、少雨。夏长冬短、雨热同季，光、温、水气候资源丰富，但地区差异较大，北部各县具有较明显的山地气候特征。1.2.2降水量及地下水埋深路线所经地区面向热带海洋，降水量丰富。雨日、雨量、雷雨次数较多，属中国暴雨分区第9区。年降水量在16002000mm之间，其降雨特点为平原少于山区，迎风坡多于背风坡，雨型为夏雨和台风暴雨，最大雨期长2.54.5天。暴雨强度大，径流速度较快，一般汇水在10km2以下。汇流时间一般约为30分钟左右。潮湿系数为0.75-2.0之间。地下水埋深一般丘陵地区为2.3米左右，平原及沟谷处约为1.3米左右。平微区低洼地方地表有长期积水。1.2.3地形与地貌路线所经地区地形为湿润丘陵重丘、低山及平原、属云贵高原与东南沿海三角洲平原的过渡地区。丘陵、低山坡面陡峻，陡达40%以上。沟谷两侧坡面曲折，局部地段呈鸡爪地形。该地区河流及沟谷水量丰富，地面径流资源丰富，水土流失不太严重。广阔平坦，田地、水利建筑设施等较多。1.2.4地质与土质本地区位元元于南岭中等山地工程地质区的西南部。第四纪多残积层土质为砖红色粘性土、属高液限的粘土，多为碳酸岩风化的残积土。该地区岩石风化破碎较重，丘陵地区属于自然营力的长期作用，局部地方有岩石出露。岩石以碳酸岩为主，花岗岩次之。据实地调查，路线所经山岭重丘区均按土质考虑,其中松土占30%，普通土占70%；路线所经山岭重丘区：1凡岩石悬崖地区，土层厚1米，为普通土，以下为岩石中，软石占40%，次坚石60%;2凡有土质陡坎地区，均为土质，其中松土占30%，普通土占30%，硬土占40%;3凡无陡坎悬崖地区，土层覆盖厚度约为1.5米左右，其中松土占10%，普通土占60%，硬土占30%，以下为岩石中，软石占30%，次坚石占40%，坚石占30%,土质密实，岩石风化程度中等。1.2.5植被、作物等概况根据中国自然地理区划，路线所经地区地处热带北部季雨林型长绿阔叶林-砖红壤性土小区，自然地理特征为热带湿润长绿林，林种主要有杉木，毛竹等用材林和油茶、油桐、剑麻等多种经济林。主要生长于山区和半山区的丘林地带。山岭重丘及宽阔河谷地带多田地，粮食生产以水稻为主。旱地作物主要是甘薯、玉米和豆类等，主要在丘陵地区。饲养业和池塘养鱼业也较多。路线所经地区,由于降水量较大,山坡坡面较陡,地表水对路基有一定的冲刷影响,平原地带则公路用地与农业有一定矛盾。1.3道路等级和主要技术指标的论证和确定 道路作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带状构造物。公路的路线位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。我们设计的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线。1.3.1道路等级的确定 道路等级的确定应根据公路网的规划，从全局出发，按照公路的使用任务、功能和远景交通量综合确定。1.3.2交通量计算及公路等级的选用设计路线位于广西地区，坐落于四面环山的小盆地中心，为山岭重丘区。经调查该地区2009年底交通量资料如下：表1 交通量资料车型数量车辆折算系数小汽车20001.0东风eq14010491.5黄河jn1503272.0解放ca3155241.5兽力车504.0人力车3001.0自行车2000.2查公路工程技术标准得小客车和中型载重汽车折算系数如下：表2 汽车折算系数汽车代表车型车辆折算系数小客车1.0中型车1.5大型车2.0托挂车3.0交通增长率：机动车辆=5.6%, 非机动车辆=0.3%初定设计年限：15年交通量计算：n11=2000+（524+1049）1.5+3272.0=5014辆/日n12=300+504.0+2000.2=540辆/日n1=5014+540=5554辆/日远景设计年限为15年的年平均昼夜交通量为：n151= n11（1+）=5014（1+5.6%）15-1=10752辆/日n152= n12（1+）=540（1+0.3%）15-1= 563辆/日n15= n151+ n152=10752+563 = 11315辆/日250m的圆曲线，由于其加宽值甚小，可以不加宽。本设计中7个平曲线其圆曲线半径均大于250m，故不需要对平曲线进行加宽设计。3.1.6超高设计1.超高渐变率的计算。由汽车在曲线上行驶是力的平衡方程式，可得ih+=v2/(127r)式中右边是汽车在曲线上产生的离心加速度。代入相应的v、r可求得。ih 、 分别为路面超高和横向力系数。2.超高过渡方式 由于设计为二级公路,为无中间分隔带.其超高方式有3种:绕内边线旋转。绕中线旋转。 绕外边旋转。上述各种方法，绕内边缘旋转由于行车道内侧不降低，有利于路基纵向排水，一般新建工程多用此法。绕中线旋转可保持中线标高不变，且在超高坡度一定的情况下，外侧边缘的抬高值较小，多用于旧路改建工程。而绕外侧边缘旋转是一种比较特殊的设计，仅用于某些改善路容的地点。本设计路段选择方式绕内边线旋转。3.超高过渡段长度超高的过渡是在超高过渡段的全长范围内进行的.双车道的最小超高过渡段长度按公式: lc=bi/p 。式中：l最小超高渐变率-； b旋转轴至行车道外侧边缘的宽度；i超高坡度与路拱的代数差；p超高渐变率，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间的相对坡度标准规定的最大超高渐变率如下表：表12 超高渐变率设计速度(km/h)超高旋转轴位置设计速度(km/h)超高旋转轴位置中线边线中线边线1201/2501/200401/1501/1001001/2251/175301/1251/75801/2001/150201/1001/50601/1751/1253.1.7路基高度路基高度有中心高度和边坡高度之分。中心高度是指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差。路基高度的设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度，同时要考虑的地下水毛细水和冰冻的作用,不致影响路基的强度和稳定性。路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。若路基高度低于按地下水位或地面积水位计算的临界高度，可视为矮路堤。使用边坡高度值作为划分高矮深浅的依据。填土高度小于1.01.5m，属于矮路堤；填土高度大于18m（土质）或20m（石质）的路堤属于高路堤；填土高度在1.518m范围内的为正常路堤。大于20m的路堑为深路堑。本设计中大部分路段填方在4-6米属于正常路堤；有少部分挖方，且属于浅路堑。路基设计标高,新建公路的路基设计标高为路基边缘标高，在设置超高，加宽地段，则为设置超高，加宽前的路基边缘标高；改建公路的路基设计标高可与新建公路相同，也可采用路中线标高。设有中央分隔带的高速公路，一级公路，其路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘标高。本设计为二级公路，设计标高为路基边缘标高。3.2路基排水设计3.2.1概述路基的强度与稳定性同水的关系十分密切，水的作用是导致路基病害的主要因素之一，因此，路基设计、施工和养护中，必须重视路基排水工程。地面水对路基产生冲刷和渗透，冲刷可能导致路基整体稳定性受损害，形成水毁现象。渗入路基土体的水分，使土体过湿而降低路基强度。路基设计时，必须考虑将影响路基稳定性的地面水，排除和拦截于路基用地范围以外，并防止地面水浸流、滞积或下渗。对于影响路基稳定性的地下水，则应予以隔断、疏干、降低，并引至路基范围以外的适当地点。路基的强度与稳定性同水的关系十分密切，水的作用是导致路基病害的主要因素之一，因此，路基设计、施工和养护中，必须重视路基排水工程。路基排水一般是疏散为主，结合农田水利建设。个别复杂地段需作特殊处理，排水考虑先重点后一般，先地下后地面。3.2.2路基排水设计的一般原则1.排水设计要因地制宜，全面规划，综合治理，讲究实效，注意经济，并充分利用地形和自然水系。一般情况下地面和地下设置的排水沟渠，宜短不宜长，以使水流不过于集中，及时疏散，就近分流；2.路基排水沟渠的设置，应注意与农田水利相结合；3.路基排水要注意防止附近山坡的水土流失，尽量不破坏天然水系，不轻易合并自然沟溪和改变水流性质，尽量选择有利地质条件布设人工沟渠；4.路基排水要结合当地水文条件，就地取材，以防为主。3.2.3常用的路基地面排水设备包括边沟、截水沟、排水沟等，必要时亦有渡槽、倒虹吸及蓄水池等。这些排水设备，分别设在路基的不同部位，各自的主要功能、布置要求或构造形式，均有所差异。1.边沟：设置在挖方路基的路肩外侧或低路堤的坡脚外侧，多与路中线平行，用以汇集和排除路基范围内或流向路基的少量地面水。边沟的排水量不大，一般根据沿线具体条件，选用标准横断面形式。边沟不宜过长，尽量使沟内水流就近排至路旁自然水沟和低洼地带。石质边沟较难开挖，一般用矩形边沟；土质或软弱石质边沟，一般都用梯形，其底宽与深度约0.40.6m，内侧边坡一般为1：1，外侧边坡通常与挖方边坡一致。2.截水沟:一般设置在挖方路基边坡坡顶以外，或山坡路堤上方的适当地点，用以拦截路基上方流向路基的地面径流，减轻边沟的水流负担，保护挖方边坡和填方坡脚不受流水冲刷。截水沟的横断面形式，一般为梯形，沟的边坡坡度因岩土条件而定，沟底宽度和沟深不应小于0.5m。截水沟的位置，应尽量与绝大多数地面水流方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。3.排水沟:其主要用途在于引水，将路基范围内各种水源的水流，引至路基范围以外的指定地点。当路线受到多段沟渠或水道影响时，为保护路基不受水害，可以设置排水沟或改移管道，以调节水流，整治水道。排水沟的横断面形式，一般采用梯形，用于边沟、截水沟及取土坑出水口的排水沟，不需特殊计算，底宽与深度均不应小于0.5m，土沟的边坡坡度约为1：11：1.5。排水的位置应离路基尽可能远一些，据路基坡脚不宜小于2m，连续长度不超过500m。3.2.4综合排水设计在实际工程中，由于自然条件、路线布置及其其它人为因素不同，情况往往比较复杂，需要进行路基排水的综合设计，以提高排水效果，发挥各类排水设备的优点，降低工程费用。排水综合设计中，流向路基的地面水和地下水，需在路基范围以外的地点，设置截水沟与排水沟进行拦截，引离指定地点。路基排水一般向低洼一侧排除，必须横跨路基时应利用桥涵。对于沟槽不明显的漫流，应加以调节，尽量汇集成沟，导流排除，注意因势利导，不可轻易改变流向。为提高截流效果，减少工程量，地面沟渠宜大体沿等高线布置，尽可能使沟渠垂直与流水方向，且力求短捷。各种排水设备，必须地基稳固，并具有适当纵坡，以控制与保持适当的流速。沟底沟壁必要时予以加固，不能溢水和渗水，防止损害路基和引起水土流失。本设计按要求对k0+000至k1+000路段进行了排水综合设计。在挖方路段采用底宽0.6m，深度0.6m的矩形边沟；在填方路段采用底宽0.6m，深度0.6m，边坡为1:1的梯形边沟。在路线前200米的右侧山坡上设置了底宽0.6m，深度0.6m，边坡为1:1的梯形截水沟，并由急流漕与排水沟将水引到k0+221.664处的涵洞。在k0+760处由于路基较高，为防止边坡冲刷，设有急流漕，并由排水沟将水引到路基两侧的低洼处。为方便施工，排水沟与急流漕均采用底宽0.6m，深度0.6m矩形尺寸。第四章 路面设计4.1概述 路面直接承受行驶车辆的作用，是道路工程的重要组成部分，通常都根据车辆行驶的需要，选用优质材料建成。路基作为路面结构的基础应具有足够的强度和稳定性。以回弹模量作为评价路基强度与稳定性的力学指标。坚固的路基，不仅是路面强度与稳定性的重要保证，而且能为延长路面使用寿命创造有利条件，所以路基路面的综合设计至为重要。为确保路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下，不致产生不允许的变形，在路基的整体结构中还必须包括各项附属设施，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设施，如弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台、堆料坪及错车道等。4.2路面结构类型选择4.2.1路面结构类型介绍对于高等级公路选用何种类型的路面存在着许多不容忽视的因素，水泥混凝土路面虽然具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗疲劳特性好、使用年限长、养护费用少、施工取材方便等优点，但是水泥砼这种水硬性材料对设计强度不足、超载很敏感，或者由于施工方面的原因而达不到设计的要求，一旦出现上述情况，破坏就会迅速发展，难以维护。并且破坏后修复困难，费用也高。同时由于水泥混凝土路面接缝、施工等方面的原因造成的不平整度问题对高等级公路来说就显得更加突出。沥青混凝土路面具有可以分期修建、平整度易于得到保证、行车舒适、易于修复、噪音小等优点，目前在高等级公路上得到广泛应用。但沥青混凝土路面的抗灾性、对水和温度的敏感性等方面明显弱于水泥混凝土路面，有车辙和开裂等病害较难防治，又由于沥青与各种集料的结合性能不同，在水文、气候条件差及缺乏碱性集料的地区，很容易造成沥青的剥落、分离，从而加速路面破坏。4.2.2 路面结构类型确定两类路面各有优缺点，影响高等级公路路面类型选用的因素很多，路面类型的选择，并不是由单一或几个因素决定的，而应综合考虑使用要求、交通量大小及组成、当地气候、路基支承条件、材料供应、施工及养护水平、资金筹措、节约能源、环境保护等因素后决定的。水泥混凝土路面虽然有强度高稳定性好耐久性好，养护费用少经济效益高，有利于夜间行车等优点，但是由于南宁地区以发展旅游业为主，且该公路为山岭重丘区二级公路，等级较低，若采用水泥混凝土路面，水泥和水的需要量大，工程造价高；路面接缝不但增加施工和养护的复杂性，而且容易引起行车跳动，影响乘客的舒适性；另外，开放交通迟，修复困难等诸多缺点。综合考虑后上述因素后及两类路面在使用性能后决定在本设计中采用半刚性基层沥青路面。4.3沥青混凝土路面设计4.3.1新建沥青混凝土路面设计理论和方法沥青混凝土路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值和结构层的层底拉应力为设计指标，以疲劳应力为基础，处理轴载标准化转换与轴载多次重复作用效应。 4.3.2轴载换算路面设计以双轮组单轴载100kn为标准轴载。以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次应用hpds路面设计程序得以下结果： 轴载换算及设计弯沉值和容许拉应力计算表13 轴载数据序号车型名称前轴重(kn)后轴重(kn)后轴数后轴轮组数后轴距(m)建成年交通量1东风eq14023.769.21双轮组7352黄河jn15049101.61双轮组3683解放ca153570.151双轮组637 设计年限 12 车道系数 0.6 交通量平均年增长率 5.6 (1)一个车道上大客车及中型以上的各种货车日平均交通量nh= 1235 ,属中等交通等级(2)当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 1345 次设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 5269133 次属中等交通等级(3)当以半刚性材料结构层层底拉应力为设计指标时 :路面营运第一年双向日平均当量轴次 : 942 次设计年限内一个车道上的累计当量轴次 : 3690352 次属中等交通等级综上分析路面设计交通等级为中等交通等级4.3.3初拟路面结构组合由上面的计算得到设计年限内一个行车道上的累计标准轴次为5269133次。本设计路段在自然区划中处于6区，地下水位为1.1米，其路基平均填土高度在3米以上，其临界高度大于干燥和中湿状态的分界标准，少处挖方路段也已做地基处理，因此路基基本处于干燥状态，土基回弹模量取40mp。根据规范推荐结构，并且考虑到该路沿线可开采石灰、砂砾、碎石，并有水泥、粉煤灰、沥青供应，以及结构层的最小厚度，材料，水文，交通量以及施工机具的功能等因素，初步确定两种路面结构组合方案如下：表14 结构组合方案结构组合一结构组合二ac164 cmac134 cmac257 cmac257 cm水泥稳定碎石？水泥稳定碎石？天然砂砾15 cm石灰土稳定碎石20 cm4.3.4路面材料配合比设计与设计参数的确定1.设计弯沉值的测定公路等级 二级公路公路等级系数 1.1 面层类型系数 1 路面结构类型系数 1 路面设计弯沉值 : 29.9 (0.01mm)2.容许拉应力的测定方案1：层位 结构层材料名称 劈裂强度(mpa) 容许拉应力(mpa) 1 ac16 1.0 0.41 2 ac25 0.8 0.32 3 水泥稳定碎石 0.5 0.3 4 天然砂砾方案2：层位 结构