交通土建毕业设计（论文）-铜汤路I标段高速公路设计.doc

全套图纸加扣3012250582前言我们即将走过难忘的四年大学生活，修完了土木专业的基本课程，在最后的半年里，我们即将离开母校，步入社会，奔向各自人生的一个新的阶段。为了在工作前培养我们自主学习能力、加强我们对医学知识的把握与运用和提高我们严谨认真、坚持坚定的工作态度，学校在最后这个学期为我们安排了此次毕业设计。此次毕业设计大致分为公路、铁路、桥梁和隧道等几个方向，老师与同学都严谨认真的对待此次毕业设计，在开始做设计之前，老师为我们细致地讲解了相关的要求与内容，并作出了大致方向的指导。学院按不同题目安排了相关专业的指导老师。老师对我们认真细致地指导，在设计遇到困难时耐心的为我们一一讲解。本次设计基本涵盖了我们大学四年所有的知识点，结合实际，为我们提供了一次很好的历练。本设计的课题为铜汤路I标段高速公路设计，在做设计时查阅了许多相关资料与规范要求，包含了从道路的平、纵、横面到工程概预算等的所有内容。争取做到满足实际工作地全部要求，能够实际进行操作的目的。对于实际的工程设计，我还是一个乳臭未干的新手，所掌握的知识有限，所考虑的情况不全面，本次设计定会有不足之处，望老师与同学批评指正。1 基本资料1.1 基本地理环境该段道路所在路段属于自然规划区2区，地形起伏不大，较为平缓。该路段位于安徽省境内，路段长约三千公里，为全内封、交差的路段。原已有一条国道斜跨该段地段，并且该地段共有三条相互交错的高压线、两处水库、两处村落、一处工厂和若干处大小不等的池塘等。所选道路起点处地势较为平坦，与一处村落临近，在第一个折点处横跨一条国道，并依此穿过三处高压线，全程路过几处中小型池塘。过弯处地势逐渐增高，直线处地势又逐渐降低，并有较小起伏。1.2 气候与水文地质等该路段处于东南湿热区，一般在夏季的降水量较大，冬季有冰冻现象。且该路段处的全年的温度在16左右。该路段沿线土质为粘性土，地势平缓，地质结构简单，土地稳定性较好。2 公路的基本设计标准2.1 公路等级的确定表2-1汽车折算系数2-1 the conversion factor of a car汽车代表车型 折算系数小客车 1.0中型车 1.5大型车 2.0 托挂车 3.0 经查询这里的交通情况是：车型 前轴重 后轴重 后轴数 交通量 折算系数解放CA-10B 19.4 60 1 550 1.5黄河JN-150 49.0 101.6 1 500 2.0日野KB222 47.55 100 1 450 2.0 黄河JN360 63 127 1 410 3.0 东风EQ-140 23.7 69.3 1 940 1.5长征XD160 42.6 85.2 2 300 2.0小客车 6000 1.0该道路计划使用年数为20年，交通数的年平均上涨率为6%计算交通量： 设计交通量:Nd=No(1+r)n-1 式中： r年平均增长率；n远景设计年限。所以：Nd=No(1+r)n-1 =5501.55002450241039401.530026000=825+1000+900+1210+1425+600+6000=11960（次/日）根据公路工程技术可知，该段道路应建为两向四车道的路。2.2 公路的基本数据根据调查、计算和规范的要求可得：设计车速-100/h年平均日交通量-11960（量/日）圆曲线极限最小半径-400m圆曲线一般最小半径-700m缓和曲线最小长度-85m平曲线最小长度-170m同向曲线最小长度-6V反向曲线最小长度-2V公路最大纵坡-4最大合成坡度-10最短坡长- 250m凸形竖曲线极限最小半径-6500 m 一般最小半径-10000 m凹形竖曲线极限最小半径-3000 m 一般最小半径-4500 m停车视距-160m行车视距规定：凸形-6400m凹形-2590 m3 选线与定线根据该段路段地形的特征，在起点与终点之间选取一条经济上合理，技术上可行的最为合理的路线。本路段将围绕所选取的该线予以设计。因此，初步选定了三条路线进行比较。经过对路线的可行性，对周围地形环境和人文环境的影响程度和经济的需求的比较，最终选定了一条最为合理的一条线路进行了设计。3.1 选线依据和影响因素(1) 因本段路段途径两处村庄，因此需考虑对周围村民生活的影响，尽量不穿或少穿过村庄；(2) 跨有一条过道，需考虑与所跨国道的相交方式，交角应满足不小于六十度；(3) 有交错的三条高压线，如有相交时，需考虑所建公路与其的交角满足不小于六十度；(4) 此处有两处大型水库，应尽量避免横跨或相交；(5) 路段内有若干处中小型池塘，尽量避免道路途径这些池塘。3.2 线路的选择与确定3.2.1 方案比选方案一该线路起点K0+000.000，坐标（462,46），全长3055.771米；中途横跨一条国道（不可避免），交角75，需建桥一座，随后从一处村庄旁经过，并未与该村庄相交；道路跨过各型池塘五个。具体如图：方案二该线路起点K0+000.000，坐标（462,46），方案三该线路起点K0+000.000，坐标（462,46），总结评价指标 单位 方案一 方案二 方案三路线长度 m 3055.771 3112.231 2098.314转角总和 993946 842739 1224903 转角平均度数 496953 421350 405621平曲线个数 个 2 2 2平曲线最小半径 m 1200 1100 1000竖曲线个数 个 2 2 3竖曲线最小半径 m 20000 20000 20000最大坡度 % 1.923 2.104 2.243最小坡长 m 397.421 542.763 487.826小桥 个 1 2 3中桥 个 0 1 0最大挖方 m 15.290 16.732 18.231最大填方 m 6.600 7.83 7.412池塘 个 3 4 4比选结果 推荐 3.2.2 最终的定线最终的选线方案为方案一，如上图，用直线型法确定出两处折点，连接起点、终点与两处折点。尽可能避免与地形图中的村庄、池塘、水库等的相交，并尽量保证与国道、高压线等设施正交。4 平面设计该段路线全长约3055.771米，共设有两处折点，起点桩号K0+000.000、第一个折点桩号K0+643.668、第二个折点桩号K1+729.247、终点桩号K3+055.771。4.1 线形的要求本设计的线路线形为S型，应满足 lA1+A240(m)如图： 4.2 各要素的确定起点坐标QD（462,46）、第一交点坐标JD1（346,678）、前缓长度L1s1=160m、园曲半径R1=800m、后缓长度L2s1=160m第二交点坐标JD2（916,1632）、前缓长度L1S2=160m、园曲半径R2=800m、后缓长度L2S2=160m终点坐标ZD（290,2888）经查规范可知满足规范要求4.3 几何要素计算以下图作例：4.3.1 第一交点JD1处 R1=800m =42.03 LS=160m P1=LS224R=160224800=1.33 Q1=LS2-LS3240R2=1602-16032408002=79.97m T=R+Ptan2+q=800+1.33tan-20.722+79.97=387.964 =Ls2R180=1602800180=5.73 L=-2180R+2LS=427.106 E=R+Psec2-R=800+1.33sec42.032-800=58.483 D=2T-L=2387.964-427.106=348.8224.3.2 第二交点JD2处 R2=800m =57.37 LS=160m P2=LS224R=160224800=1.33 Q2=LS2-LS3240R2=1602-16032408002=79.97m T=R+Ptan2+q=520.642 =Ls2R180=1602800180=5.73 L=-2180R+2LS=644.450 E=R+Psec2-R=114.507 D=2T-L=2520.642-644.450=396.8344.4 路线转角、交点间距、曲线要素及主点桩的计算4.4.1 起点到第一交点起点QD(462，46) 交点JD1(346，678)坐标增量：DX=346-462=-116 DY=678-46=632交点间距：S=DX2+DY2=-1162+6322=412880=642.56m象限角：=arctanDXDY=79.60计算方位角A:DY0， DX0， A=0 DY0, DX0， A=180- DY0， DX0， A=180+ DY0， A=360-转角：i=Ai-Ai-1 当i0时，路线偏右 当i0时，路线偏左4.4.2 第一交点到第二交点 交点一JD1(340，678) 交点二JD2(916，1632)坐标增量：DX=916-340=576 DY=1632-678=954交点间距：S2=DX2+DY2=1114.40象限角：=arctanDYDX=58.52转角：=A2-A1=58.52-100.55=-42.03所以，该线路向左转4.4.3 第二交点到终点第二交点JD2（916,1632） 终点ZD（290,2888）坐标增量：DX=290-916=-626 DY=2888-1632=1256交点间距：S3=DX2+DY2=1403.36象限角：=arctanDYDX=63.51 63.51-180=-116.29转角：=A3-A2=116.29-58.52=57.37所以，该线路向右转。4.5 主要桩点序号的计算4.5.1 第一交点处JD1（340,678） 桩号K0+643.668 ZH=JD1-T1=K0+643.668-387.964=K0+255.703 HY=ZH+LS1=K0+255.703+160=K0+415.703 QZ=ZH+LS12=K0+255.703+1602=K0+335.703 HZ=ZH+L=K0+255.703+427.106=K1+002.809 YH=HZ-LS1=K1+002.809-160=K0+842.8094.5.2 第二交点处JD2(916，1632) ZH=JD2-T2=K1+729.247-160=K1+208.605 HY=ZH-LS2=K1+208.605-160=K1+368.605 QZ=ZH+LS22=K1+208.605+1602=K1+690.830 HZ=ZH+L=K1+208.605+644.450=K2+173.055 YH=HZ-LS2=K2+173.055-160=K2+013.0554.6 桩点坐标计算4.6.1 直线上各桩点坐标计算ZH: XZH=XJ+TcosA1+180 YZH=YJ+TsinA2+180HZ: XHZ=XJ+TcosA2 YHZ=YJ+TsinA2因此，若设直线加桩里程为L，则前直线上任意点的坐标可表示为： X=XJ+T+ZH-LcosA1+180 Y=YJ+T+ZH-LsinA1=180其后直线上的任意点可表示为： X=XJ+T-HZ+LcosA2 Y=YJ+T-HZ+LsinA24.6.2 曲线上各桩点坐标计算曲线上任意点的切线横距 X=l-l540R2LS2+L93456R4LS4-l为缓和曲线上任意点到ZH或HZ点的曲线长度 Ls为缓和曲线长度（1） 第一条缓和曲线上（即ZH至HY点之间）的任意点的坐标计算 X=XZH+xcos30l2RLScosA1+30l2LSR Y=YHY+xcos30l2RLSsinA1+30l2LSR(2) 圆曲线上任意点的坐标计算 从HY到YH X=XHY+2Rsin90lRcosA1+90l+LSR Y=YHY+2Rsin90lRsinA1+90l+LSR 其中：l为缓和曲线上任意点到HY点的曲线长度从YH到HY X=XHY+2Rsin90lRcosA2+180-90l+LSR Y=YHY+2Rsin90lRsinA2+180-90l+LSR其中：l为缓和曲线上任意点到YH点的曲线长度（3）第二条缓和曲线上（即YH至HZ之间）的任意点的坐标 X=XZH+xcos30l2RLScosA2+180-30l2LS Y=YZH+xcos30l2RLSsinA2+180-30l2LS4.6.3 方向角的计算缓和曲线上的方向角： i=Ai+90l2RLS , i=1,2.n 为转角符号，当处于ZH到HY之间时，向右弯是“+”，向左弯是“-” 当处于YH到HZ之间时，向右弯是“-”，向左弯是“+”圆曲线上的方向角 i=Ai+90（l+LS）RLS , i=1,2.n 为转角符号，向右弯时是“+” 向左弯时是“-”4.6.4 举例计算说明（1）特殊点第一条圆曲线处的ZH点的坐标X=XJ1+TcosA1+180=413.534 Y=YJ1+Tsin(A1+180) =297.068第一条圆曲线处的HY点的坐标 X=XJ1+TcosA1+180 =388.471 Y=YJ1+Tsin(A1+180) =455.021第一条圆曲线处的YH点的坐标 X=XJ1+TcosA1 =462.473 Y=YJ1+TsinA1 =870.534 第一条圆曲线处的HZ点的坐标 X=XJ1+TcosA1 =540.527 Y=YJ1+TsinA1 =1010.122 第二条圆曲线处的ZH点的坐标 X=XJ2+TcosA2+180 =646.896 Y=YJ2+Tsin(A2+180) =1186.297 第二条圆曲线处的HY点的坐标 X=XJ2+TcosA2+180 =724.950 Y=YJ2+Tsin(A2+180) =1325.885 第一条圆曲线处的YH点的坐标 X=XJ1+TcosA1 =750.286 Y=YJ1+TsinA1 =1952.529 第二条圆曲线处的HZ点的坐标 X=XJ1+TcosA1 =683.756 Y=YJ1+TsinA1 =2097.973（2） 一般点 桩号小于ZH点的直线上的任意点的坐标 K0+150.000点的坐标 X=XJ1+(T+ZH-L)cos(A1+180) =433.569 Y=YJ1+(T+ZH-L)sin(A1+180) =193.281 ZH到HY点之间任意点的坐标 K0+350.000点的坐标 X=XZH+xcos30l2RLScosA1+30l2LSR =396.735 Y=YHY+xcos30l2RLSsinA1+30l2LSR =389.851 HY到YH点之间的第一条圆曲线上的任意点的坐标 K0+600.000点的坐标 X=XHY+2Rsin90lRcosA1+90l+LSR =392.975 Y=YHY+2Rsin90lRsinA1+90l+LSR =638.855 YH到HZ之间任意点的坐标 K0+900.000点的坐标 X=XZH+xcos30l2RLScosA2+180-30l2LS =488.608 Y=YZH+xcos30l2RLSsinA2+180-30l2LS =921.395 HZ到ZH点之间的任意点的坐标 K1+100.000点的坐标 X=XJ1+(T+ZH-L)cos(A1+180) =590.762 Y=YJ1+(T+ZH-L)sin(A1+180) =1093.324 ZH到HY点之间的任意点的坐标 K1+300.000点的坐标 X=XZH+xcos30l2RLScosA1+30l2LSR =693.280 Y=YHY+xcos30l2RLSsinA1+30l2LSR =1265.042 HY到YH点之间的任意点的坐标 K1+650.000点的坐标 X=XHY+2Rsin90lRcosA1+90l+LSR =798.897 Y=YHY+2Rsin90lRsinA1+90l+LSR =1595.889 YH到HZ之间任意点的坐标 K2+100.000点的坐标 X=XZH+xcos30l2RLScosA2+180-30l2LS =715.888 Y=YZH+xcos30l2RLSsinA2+180-30l2LS =2032.365 ZH点之后直线上任意点的坐标 K2+500.000点的坐标 X=XJ1+(T+L-HZ)cosA2 =537.914 Y=YJ1+(T+L-HZ)sinA2 =2390.587（详细的个点坐标见逐桩坐标表）4.7 平面图效果图5 纵断面设计纵断面是沿着道路的纵向剖开后的断面。因不同地形地势等自然条件的影响，道路的纵断面会呈现高低不同的起伏走势。因此，根据现有的地形，结合设计规范和要求，对道路的进行填挖等设计，以达到满足行车要求，安全要求，驾驶舒适度等方面的要求。5.1 规范要求与技术标准根据规范规定可知，设计车速为100km/h的道路，最大纵坡为4%，本设计的最大纵坡为1.923%，满足规范要求；规范规定，为满足道路纵向排水等要求，道路最小纵坡不应小于0.3%，本设计的最小坡度为0.603%，满足规范要求；规范规定，合成坡度应小于10%，本设计的合成坡度为： I=ih2+i2=6%2+1.9232=6.3%250m，所以本设计不设计加宽。6.1.3 路肩的设计该段道路因为处在丘陵地带，应设置路肩。经查规范可知，本路段应选择的路肩宽度为：硬路肩宽度为3m，土路肩为0.75m。硬路肩的坡度定为2%，因为土路肩的排水性远低于路面，其横向坡度一般应比硬路肩大，所以取3%。6.1.4 中间带的设计中间带分为两侧反向道路左侧路缘带跟中央分隔带两部分。中间带的设置一般是为了减小两侧反向行驶的车辆之间的相互影响以及增加行驶的安全性，因此，在条件允许的情况下，中间带应尽量设置的大一些。但因本设计的道路所处地形限制，中间带总宽度设为3.5m，其中中央分隔带宽度为2m。6.1.5 路拱与超高的设计1) 路拱路拱是将路面设计成中间略高于路两侧的形状，以便有利于路面的横向排水。根据规范：路面类型为沥青混凝土路面时路拱横坡度取1.0%2.0%，本设计取2.0 %。2) 超高及作用超高为道路弯道处道路外侧高于内侧的高度差。道路设置超高是因为，当车辆行驶于弯道时，车辆会产生一个偏离弯道圆心，向道路外侧的一个离心力，这个离心力会使车辆有向外偏移的趋势，当这个力大于车辆与地面的摩擦力时，车辆会向道路外侧侧翻而出现事故。因此，超高的设置是为了中和这个离心力，以便车辆在弯道处的稳定行驶，加强行驶的安全性。超高值在圆曲线处是一个恒定值，而在缓和曲线上是一个随着缓和曲线不断变化的一个变化值。a 超高率的计算在第一平曲线段上:=9.45%在第二平曲线段上:=8.09%根据规范可以确定平原微丘地区高速公路的最大超高为10%，最小超高为该道路所采用的路拱坡度之值。超高过大会使慢行的车辆产生向曲线内侧滑移的可能性，最小超高应满足道路排水性的要求。b 超高的过渡方式有中间带的道路，超高的过渡有三种方法:绕中间带中心旋转；绕中央分割带边缘旋转；绕各自行车道中线旋转。本设计路段为新建工程采用绕中央分割带边缘旋转，行车道内侧不降低，有利于路基纵向排水。如图本设计路段采用绕中央分割带边缘旋转的方式。c 曲线上超高缓和段长度的确定 按照规范要求，在一般情况下，结合超高缓和段所规定的最小长度，得出超高缓和段与曲线长度相同。但结合考虑线形的协调性，为利于路面的排水等因素，道路的超高渐变率应不小于1/330。因此，综合各种因素，该段道路的超高缓和段的值取150m。 d 横断面上超高值的计算绕中间带的中心线旋转超高值计算公式9:圆曲线上:外缘: hc=aij-ig+a+b2ig+ic 中线: hc=aij+b2ig 内缘: hc=aij+b2ig-a+b2+Bxic 过渡段上: 外缘: hcx=aij-ig+a+b2(ig+ic)xLc 中线: hcx=aij+b2ig 内缘: xx0时，hcx=aij+b2ig xx0时，hcx=aij+b2ig-(a+b2+Bjx)xLcic+ig-ig 备注: 1)计算结果均为与设计高之差；2) 临界断面距缓和段起点: x0=2igig+icLc=22%2%+6%150=54.05m (R=800m)3)x距离处的加宽值Bjx=xLcBj=0式中:b路面宽度（260.75232=18.5m）；a路肩宽度（0.75m）；jg路拱（包含硬路肩）坡度（2.0%）；ij土路肩坡度（3.0%）；ic超高横坡度（JD1:6.0%,JD2:6.0%）；Lc（缓和曲线长度）（150m）；各平曲线处的超高值计算:1.交点1: R=800m,Lx=160m，查表得ig=2%,p=1225,ic=6%,ij=3%，超高缓和段外侧 ig=-2%Lc=Bip=9.25(6%+2%)1225=83.25m 根据规定可知，超高缓和段长度需凑成5m的整数倍，并不小于10m的长度。从旋转轴到行车带边缘的距离系数:2车道 1.53车道 2.0取Lc=100mx0=igicLc=2%6%150=33.33m圆曲线上的超高为:外缘:hc=aij-ig+a+b2ig+ic=3.751%+3.75+9.258%=1.0775m中线:hc=aij+b2ig=3.753%+9.752%=0.2975m内缘:hc=aij+b2ig-a+b2+Bjic=0.2975-3.75+9.25+06%=-0.4825m 超高缓和段起点为:K0255.703外缘:hc=0.000中线:hc=aij+b2ig=3.753%+9.752%=0.2975m内缘:hc=0.000K0+260.000处X=260.000-255.703=4.297x0=33.33外缘:hcx=aij-ig+a+b2(ig+ic)xLc=3.753%-2%+138%4.297100=0.4844m中线: hcx=aij+b2ig=0.2975内缘:hc=aij-a+Bjxig=0.1125-0.075=0.0375m超高缓和段终点为:K0+300处外缘:hc=0.498m中线:hcx=aij+b2ig=3.753%+9.252%=0.2975m内缘:hc=0.0968m其余第一缓和段内的各点超高值得计算结果见超高表。2.交点2: R=800m,lx=160m，查表得ig=2%,p=1225,ic=6%,ij=3%，超高缓和段外侧 ig=-2%Lc=Bip=9.25(6%+2%)1225=83.25m 根据规定可知，超高缓和段长度需凑成5m的整数倍，并不小于10m的长度。从旋转轴到行车带边缘的距离系数:2车道 1.53车道 2.0取Lc=100mx0=igicLc=2%6%150=33.33m圆曲线上的超高为:外缘:hc=aij-ig+a+b2ig+ic=3.751%+3.75+9.258%=1.0775m中线:hc=aij+b2ig=3.753%+9.752%=0.2975m内缘:hc=aij+b2ig-a+b2+Bjic=0.2975-3.75+9.25+06%=-0.4825m超高缓和段起点为:K1208.605外缘: hc=0.000中线:hc=aij+b2ig=3.753%+9.752%=0.2975m内缘: hc=0.000K1+220.000处X=260.000-255.703=4.297x0=33.33外缘:hcx=aij-ig+a+b2(ig+ic)xLc=3.753%-2%+138%4.297100=0.4844m中线:hc=aij+b2ig=3.753%+9.752%=0.2975m内缘:hc=aij-a+Bjxig=0.1125-0.075=0.0375m超高缓和段终点为:K1+250处外缘:hc=0.498m中线:hc=aij+b2ig=3.753%+9.752%=0.2975m内缘:hc=0.0968m其余第二缓和段内的各点超高值得计算结果见超高表。6.2 道路界限及道路用地因为一般的大型车辆的高度需保证在4.0m以内，加上不可知因素所预留出的0.5m，并且会有铺装养护和积雪对路面厚度的增加，因此，规定高速公路、一级公路的净空高度为5.0m。净宽包括行车道和路肩宽度、道路附属设施以及排水设施等。该段道路设计的净空高度5.0m，净宽为26m。6.3 路基土石方数量计算及调配6.3.1 横断面面积计算该段道路的横断面面积如下图所示，用积距法，把断面按一定的横向宽度划分为若干个梯形或三角形，每个小图形的面积大致为:Fi=bhi 则横断面面积： F=bhi+bh2+bhn=bi=1nhi横断面面积计算示意图 computation of the sectional area2) 土石方数量计算由于该段道路所处地面结构较为简单，因此使用“平均断面法”。计算公式为: V=12(F1+F2)L 式中:V土石方数量（m3）； F1,F2分别为相邻两断面的面积（m2）； L两相邻断面间距（m）。6.3.2 路基土石方调配1) 土石方调配原则a 在半挖、半填的断面中，最好先进行横向间的平移填挖，之后再调整竖向的土石量，从而降低总调运量；b 调配石方时，要算入桥梁和涵洞等的地点对运输的影响，如有较大的沟壑则尽量不进行跨越，保证越少在上坡路运输，增加作业的方便；c 在调配运输之前，做好预设计，结合当地具体环境情况，选择最合理且经济的路线，算好土的用途去向；d 将土石方调配时，在保证所挖的土用在所填地之外，也要结合具体的周围环境考虑调配时土方，即弃方与借方的放置用地，尽量少占庄稼用地、植被覆盖地，并考虑对其损坏的费用；e 石方和土方的调配应分开进行，以保证路基施工的质量；f 进行土石方调配前应先与当地政府协商，在取得政府与当地村民的同意后方可进行土石方的堆放、调配与运输。土石方调配后的复查方法: 横向调运+纵向调运+借方=填方 横向调运+纵向调运+弃方=挖方 挖方+借方=填方+弃方2) 调配计算的相关问题a 经济运距当两地