毕业设计（论文）-某一标段高速公路的设计.doc

毕业设计（论文）摘 要本论文主要介绍了顺平县至满城县某一标段高速公路的设计过程。根据给定的资料，通过对原始数据的分析,以及该路段的地质、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颁发的相关技术指标,在老师的指导下完成了本次设计任务。该路段所经地区是平原微丘区，依据远景交通量将路线设计成设计速度为100km/h的双向四车道高速公路，路线全长7465.739米，路基宽度为26米，共设有4个平曲线，9个竖曲线。路线设计内容包括平面设计、纵断面设计和横断面设计；其后进行了排水设计，采用边沟、排水沟进行排水，保证路基路面的稳定性；最后进行了路面结构的组合设计等内容。整个设计计算了路线的平、纵曲线要素,设计了路基、路面、桥涵等内容,圆满完成了顺平至满城段高速公路综合设计。关键词： 平面设计纵断面设计横断面设计排水设计路面结构设计ABSTRACTThis paper mainly introduces the design process of a section of ShunPing to ManCheng highway. Based on the information given by the analysis of the raw data, and the section of geology, topography, terrain, hydrology and other natural conditions, according to Highway Engineering Technical Standard, Road Design Standards issued by the Ministry of Communications and other related technologies indicators, I have finished this task under the teachers guidance.The area that this highway passes through belongs to plain with micro-hill area. According to the traffic volume in the future, I design this highway into design speed of 100km/h with bi-directional four-lane highway, with route length of 7465.74 meters, embankment width of 26 meters, four horizontal curves, and nine vertical curves. Line design including graphic design, longitudinal design and cross-sectional design; Then I accomplished the pavement drainage design, which uses ditches and drains for drainage to ensure the water stability of roadbed and pavement; at last, a composite design of pavement structure and other designs are also finished.The whole design have calculated the planar and vertical curve elements of this line, besides roadbed, pavement, bridges and so on. Complete the comprehensive design of the section of ShunPing to ManCheng highway successfully.Key words: Graphic design Longitudinal design Cross-sectional design Drainage design Pavement structural design目录第一章 绪论41.1 公路建设意义41.2 公路沿线自然条件41.3 公路等级及车道数确定6第二章 选线和方案比选92.1 选线92.2 方案比选10第三章 平面设计123.1平面线形设计原则123.2 各项设计参数确定133.3 平曲线计算16第四章 纵断面设计204.1纵断面设计原则及要点204.2 各项设计参数确定234.3 竖曲线计算25第五章 横断面设计275.1 标准横断面确定275.2 加宽、超高设计275.2 土石方的计算和调配30第六章 路面设计326.1 基本资料326.2轴载分析326.3 路面等级确定及路面结构组合356.4 各结构层材料设计参数和设计指标的确定356.5 设计层厚度确定37第七章 排水设计407.1 路基排水设计407.2 路面排水40第八章 桥涵及交叉设计428.1 桥梁及涵洞428.2 路线交叉设计42第九章 边坡防护449.1 防护意义449.2 防护设施44总 结45致 谢47第一章 绪论1.1 公路建设意义1 完善公路网络保阜高速是国家和省高速路网的重要组成部分，是河北省高速公路“五纵六横七条线”中的“六横”之一，途经满城、顺平、望都、唐县、曲阳、阜平，全长147.21公里，估算总投资114.67亿元，路基宽26米，平均设计时速100公里。本项目的实施，提高了整个地区通行能力，缓解附近道路的交通压力，大大缩短了沿线各地区到保定市的时间，减少交通事故，节约运输费用，从而满足交通运输发展的需要，完善地区公路网结构。使公路运输快速灵活，加快货物的周转速度，提高了当地社会的机动性。2 加快经济发展保阜高速建成以后，东与保沧高速对接，西与山西省同期建设的忻(州)阜(平)高速公路相连，形成河北省又一条东出西联的交通大动脉，是连接西北、华北、华东地区的重要走廊，是晋煤东运和河北省农副产品西运的快速通道，将实现保定及西部内陆地区与东南沿海的快速贯通，促进保定西部县域经济发展，加快老区脱贫致富，对路线沿途各县的经济将会起到很大的带动作用。3促进旅游发展该高速公路也是山西晋中地区前往京津的快捷通道和京津地区去往五台山的观光走廊，对河北省建设沿海经济社会发展强省具有重要意义。保阜高速公路是横贯河北省东西的大动脉，是冀中连接西北、华东地区的重要走廊。它对完善河北高速路网，促进华北、东北以至华东地区的经济建设，加快区域经济一体化，开发沿线旅游资源，都将发挥重要作用，对国家的政治、经济、国防建设都有重要战略意义。该新建公路对于河北省高速公路网的形成，改善路网分布不均衡布局结构，增强路网综合功能具有十分重要的作用，同时，其对促进保定地区经济及旅游事业发展等诸多方面产生了巨大的推动作用。1.2 公路沿线自然条件1 地理位置保定市位于太行山北部东麓，冀中平原西部。北纬3810-4000，东经11340-11620之间。北邻北京市和张家口市，东接廊坊市和沧州市，南与石家庄市和衡水市相连，西部与山西省接壤。地处京、津、石三角腹地，市中心北距北京140公里，东距天津145公里，西南距河北省会石家庄125公里，直接可达首都机场、正定机场及天津、秦皇岛、黄骅等海港。本次设计路线为保阜高速满城至顺平段某一标段，保阜高速是国家和省高速路网的重要组成部分，是河北省高速公路“五纵六横七条线”中的“六横”之一，路线位于东经113454411520，北纬384935385334，处于保定中部地区，途经满城、顺平、望都、唐县、曲阳、阜平六县。2 气候条件河北省保定市气候属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候，四季分明。冬季寒冷干燥、雨雪稀少；春季冷暖多变，干旱多风；夏季炎热潮湿，雨量集中；秋季风和日丽，凉爽少雨。光照资源丰富，年总辐射量为48545981兆焦/平方米，年日照时数23193077小时；南北热量差异较大，年平均气温为1.814.2，极端最高气温43.3，极端最低气温-42.9，年无霜冻期81204天。多年平均最高气温33，多年平均最低气温-3，属于季冻区，多年最大冻深为680mm。3 水文条件保定地区降水分布不均，全市年降水量为450750毫米，受地形影响，降水量的地区分布差异较大，从东南部到西北部逐渐递减。全市平均年降雨量为650毫米，春秋两季降水量均为120130毫米，各占全年降水量的1416%，夏季为全年降水最多季节，降水量为480580毫米，占全年降水量的6165%；冬季为全年降水最少季节，降水量为5060毫米，仅占全年降水量的67%。潮湿系数（K）为0.7左右，地下水埋深约2.5（m）。4 地形地质条件保定市大部分为冲积平原，在西北部地区有小部分山岭区，中部以及南东部主要以平原为主。平原区域地势平坦，地面高程起伏变化很小，保阜高速公路沿线的地面高程变化率约为千分之一。本设计标段内跨越一条干河沟渠，其它处均为平地，总体地势从西北向东南降低。保定地区处于公路自然区划中4区，中南部平原区土质主要为沉积层土质，表层为粘性土，下层为砂砾，土基强度较好。本设计标段内没有软土、粉性土等不良土基出现。1.3 公路等级及车道数确定1 公路等级确定（1）近期交通组成及交通量近期交通量组成及交通量见表1-1，预测交通量增长率为8.5%。预测年限为20年。建设年限为两年。车型小客车东风EQ-140解放CA10B黄河JN-162日野KB222交通量900700650600700公路工程技术标准（JTG B012003）中规定：确定道路等级时候交通量换算采用小客车为标准车型，各汽车代表车型和车辆折算系数规定见下表（公路工程技术标准中表2.0.2）。汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1.019座的客车和载质量2t的货车中型车1.519座的客车和载质量2t7t的货车大型车2.0载质量7t14t的货车拖挂车3.0载质量14t的货车折算以后的交通量如下表所示：车型交通量（昼夜）折算系数折算后交通量小客车9001.0900东风EQ-1407002.01400解放CA10B6502.01300黄河JN-1626003.01800日野KB2227003.02100（2）设计交通量计算设计交通量是指拟建道路到预测年限时所能达到的年平均日交通量，其值是根据历年交通观测资料预测求得，目前多按年平均增长率计算确定。式中：AADT设计交通量（pcu/d）； ADT起始年平均日交通量（pcu/d）； 年平均增长率(%)；n预测年限。由上式计算得到：AADT=48401.8521=64305.547=41603（辆）（3）等级确定公路工程技术标准（JTG B012003）对于各等级公路适应的交通量规定如下：（一）高速公路：四车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为2500055000辆；六车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为4500080000辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为60000100000辆。（二）四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆2500055000辆；六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆4500080000辆；八车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆60000100000辆。由以上规定结合拟建道路在国家和河北省的公路网的任务及功能，参考当地经济和土地资源情况，决定道路等级为高速公路，设计速度定为100KM/小时。2车道数确定（1）设计小时交通量计算设计小时交通量按下式计算：DDHV=AADTDKDDHV-主要方向设计交通量（pcu/d）；AADT-设计交通量（pcu/d）；D-方向不均匀系数，一般取D=0.50.6；K-设计交通量系数（%），为选定时位小时交通量与年平均日交通量的比值，可根据气候分区参照公路路线设计规范中表3.1.6取值。本设计中D取0.55，K取12.计算得到：DDHV=416030.550.12=2746（辆）（2）一条车道设计通行能力计算：单车道的设计通行能力按下式计算：CD=CP（VC）CP=CBfwfHVfPCD- 一条车道的设计通行能力；CP- 一条车道的实际通行能力；CB- 一条车道的基本通行能力；fw- 车道宽度修正系数；fHV- 交通组成及大型车修正系数；fP- 驾驶员条件修正系数。该公路为高速公路，作为主干公路，采用二级服务水平，设计时速为100Km/h，每条车道宽度为3.75m，由高速公路设计中表3-2、3-6、3-7、3-8、及2-3和公式3-4计算得到一条车道的设计通行能力为：CD=21001.000.980.950.67=1310（pcu/d）（3）计算车道数车道数N=DDHV/ CD=2.064=2（取整）综上计算：车道数取双向四车道。第二章 选线和方案比选2.1 选线1 道路选线一般原则路线是道路的骨架，它的优劣关系到道路本身功能的发挥和在路网中是否能起到应有的作用。影响路线设计除自然条件外尚受诸多社会因素的制约，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：1多方案选择：在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。2工程造价与营运、管理、养护费用综合考虑：路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不要轻易采用极限指标，也不应不顾工程大小，片面追求高指标。3处理好选线与农业的关系：选线应注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。4路线与周围环境、景观相协调：通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调，处理好重要历史文物遗址。5工程地质和水文地质的影响：选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避。当必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。6选线应重视环境保护：选线应重视环境保护，注意由于道路修筑，汽车运营所产生的影响和污染。7对于高速路和一级路，由于其路幅宽，可根据通过地区的地形、地物、自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着因地制宜的原则，合理利用上下行车道分离的形式设线。2 本次设计中选线过程保阜高速本设计标段处于平原区，地形对路线的约束限制不大，路线平、纵、横三方面的线形很容易达到较高的技术指标，路线布设时，主要考虑了如何绕避当地的村落以及地方道路和经济作物田和水利电力设施等。选线时，首先在路线的起、终点间，把经过的村落、河流、学校、经济作物田（桃园、苹果园、温室等）、地方道路作为大的控制点；在控制点间，又进一步选择中间控制点；在中间控制点之间，一般不再设置转角点。所以本次设计只设置四个交点。这样安排平面线形，既使路线短捷顺直，又避免了过长的直线，同时考虑了转角的适当，避免了路线的迂回量太大。综合平原区自然和路线特征，本次设计布线时着重考虑了以下几点：路线与农业的关系，尽量避开了高产田和经济作物田以及温室；路线和桥位的关系，在路线走向确定时，尽量选择了在界河河岸窄的地方跨河，并且尽量使得其与界河交角接近垂直，使得桥梁跨径大大减少，减少造价；路线与沿线村落居民点的关系，路线几乎没有横穿村落，只有在泾阳驿村不得已从村落的最窄处穿过，即使得拆迁量少也减少了对当地群众的生活生产的影响；路线与地方道路的关系，选线时候尽量减少了与地方道路的交叉，尽量不改变原有的道路形态，只有两处对已有道路作了局部改线处理。同时，布线过程中没有迁就微小地形变化，因为这样会使线形变差且增加工程造价和运用费用。3 本设计选线方法根据公路路线设计规范及其它相关的要求，参照相应的选线原则，在1：2000的地形图上选出控制点并定出导向线、路线交点，初步确定两个路线方案。本设计标段内主要控制点有界河、西庄村村落、决堤村村落、泾阳驿村落、以及沿线与新建公路相交的地方道路。选线时候尽量避免了路线穿过村庄，同时尽量少了占或者不占经济作物田（如果园桃园温室之类）。尽量减少与地方道路的交叉，同时尽量与界河大角度相交，缩短桥梁跨径。选线过程考虑原有的水利电力设施，减少对当地居民生产生活的影响。同时也兼顾了线性的要求，基本上做到路线顺直，没有较大的转角，没有太多的路线迂回。而且平曲线半径都比较大，满足现代高速公路高指标要求。本次设计初步选定两个路线方案，详细介绍如下：方案一：从本设计标段起点开始（4296974，497632）路线与界河成69度交角到达西庄村村北一桃园东北处（4297226，499059），在此处设置第一个交点；然后右转352321.8到达西庄村东侧一片温室东南处（4296813，499930）设置第二个交点；接着左转365952.1到达决堤村村北处（4297312，502363）设置第三个交点；接着右转243414.1到达泾阳驿村西侧，泾阳驿县道南侧（4296947，503948）设置第四个交点，与泾阳驿县道成31度交角，最后左转29517.7一直到达设计终点（4297236，504947）。方案二：从本设计标段起点开始（4296974，497632）路线与界河成54度交角到达西庄村北温室南边（4297340，498956），在此次设置第一个交点；然后右转46452.7到达西庄村东侧温室之间（4296837，499785），在此设置第二个交点；接着左转404720.1到达决堤村村北处（4297279，502426）设置第三个交点；接着右转234521.0到达泾阳驿村西侧，泾阳驿县道南侧（4296962，503671）设置第四个交点，与泾阳驿县道成30度交角；最后左转262243.0一直到达设计终点（4297236，504947）。2.2 方案比选将方案一和方案二从路线线型指标、经济作物田占用、与河及县道交角及桥梁跨径、路线迂回情况、与地方道路交叉情况、总里程数进行对比，对比情况如下表所示。方案方案一方案二比较交点数44相同各交点圆曲线半径1000、1100、2500、2531900、8971500、1500方案一较方案二指标高经济作物田占用情况占用少量桃园及温室不占用经济作物田地方案二较方案一好房屋拆迁情况拆迁少量村民房屋拆迁少量村民房屋相差不大路线转角及迂回情况转角小，迂回少转角大，迂回大方案一较方案二好与界河交角69度54度方案一较方案二好界河桥梁跨径130米135米方案一较方案二好与县道交角3028方案一较方案二好跨线桥跨径1314相差不大与地方道路交叉情况11处11处情况相同总里程数7465.739米7511.294米方案一较短分析上表，考虑到高速公路线型指标为重点因素，结合桥梁跨径和路线总长对工程造价的影响，路线迂回尽量少的原则。考虑主要矛盾，忽略次要矛盾，经过比较后第一种方案要优于第二种方案。所以采用第一种路线方案。两种路线方案均在平面图上画出草图。详见路线平面图。第三章 平面设计3.1平面线形设计原则1一般原则1.平面线形设计必须满足标准和规范的要求。2.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。平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲，这是美学、经济和环保的要求。3.保持平面线形的均衡和连续。（1）直线与平曲线的组合中尽量避免以下不良组合：长直线尽头接小半径曲线，短直线接大半径的平曲线。（2）平曲线与平曲线的组合：相邻平曲线之间的设计指标应均衡、连续，避免突变。（3）高、低标准之间要有过渡4.平曲线应有足够的长度。2本次平面线形设计过程本设计标段处于平原区，平面线形采用较高的技术标准，尽量避免了采用长直线或小偏角，但是没有为避免长直线而随意转弯。在避让局部障碍物时注意了线形的连续、舒顺。同时，平面线形充分利用了地形处理好平、纵线形的组合，在平面线形设计时候兼顾到了纵断面的设计，比如在跨越界河时候需要足够的路面标高来设置桥梁，这里必然需要设置一竖曲线，所以在平面线形设计时候就使第一个交点的直缓点尽量后移，从而避免了在纵断面设计时候出现竖曲线的顶部设置在缓和曲线内或者靠近直缓点。从而为纵断面设计打下良好的基础。同时相邻曲线组合时优先考虑使用S型反向曲线，从而在两大半径圆曲线间尽量避免插入短直线这种不良的组合。所以本次设计中在平面线形设时，采用了较高的技术标准，圆曲线半径均大于规范规定的一般值，四个交点的圆曲线半径依次是1000、1100、2500、2531米。而且缓和曲线长度也尽量和圆曲线大致相同，至少满足缓-圆-缓的比例为1:1:1-1:2:1之间，使得线形更加平顺，利于行车。而且考虑到两平曲线间的距离太短而不利于线形的平顺，所以，在本次设计中四个反向平曲线中交点1、2和交点3、4分别两两设置成S型反向曲线，从而避免了两大半径曲线中间连接一小段直线的不良组合，交点2、3之间的直线长度为1220米，大大超过了规范规定值，所以点2、3之间没有设置成S型曲线。同时，平曲线长度也大于规范对于其长度规定一般值。总之，本次设计中的平面线形设计及组合设计满足高速公路对于平面线形指标的要求。3.2 各项设计参数确定1 直线（1）直线最大长度我国对于直线的长度未作出具体规定，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的措施。在景色有变化的地点其直线的最大长度（以km计）可以大于20V（V为设计车速，以km/h计），在景色单调的地点最好控制在20V以内。（2）曲线间直线最小长度同向曲线间的直线最小长度：同向曲线间若插入短直线，容易把直线和两端的曲线构成反弯的错觉，甚至把两个曲线看成是一个曲线。这种线形破坏了线形的连续性，容易造成驾驶员操作的失误。公路路线设计规范规定同向曲线的最短直线长度以不小于6V为宜。在受到条件限制时无论是高速公路还是低速公路都宜在同向曲线间插入大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或者C形曲线。反向曲线间的直线最小长度：转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和驾驶人员的转向操作需要，其间直线最小长度应予以限制。公路路线设计规范规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以km/h计）的两倍为宜。2 圆曲线（1） 圆曲线的最小半径我国公路路线设计规范对于不同设计速度的公路圆曲线规定了一般最小半径、极限最小半径、不设超高最小半径。具体规定值如下表所示（公路路线设计规范中表7.3.2）设计速度（Km/h）1201008060极限最小半径（m）650400250125一般最小半径（m）1000700400200不设超高最小半径（m）路拱2%5500400025001500路拱2%7500525033501900（2）圆曲线半径的选用原则：选用曲线半径时，应尽量根据地形地物等条件，尽量采用较大半径的曲线，必须能保证汽车以一定的速度安全行驶。具体要求如下：一般情况下，宜采用极限最小平曲线半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径；地形条件受限时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形，使路线平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变；应同纵断面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合，最大半径不宜超过10000米。本次设计中设计速度为100KM/小时，由公路路线设计规范中表7.3.2得本设计中公路圆曲线极限最小半径为400米，一般最小半径为700米。3 缓和曲线（1）缓和曲线的有关规定：1直线同半径小于不设超高最小半径的圆曲线径相连接处，应设置缓和曲线。2半径不同的同向圆曲线相连接处，应设置缓和曲线，当符合规范规定的特定条件时可不设缓和曲线。3各级公路的缓和曲线长度应满足规范规定的长度值要求。4回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增大。当圆曲线部分按规定需要设置超高时，缓和曲线长度还应大于超高过渡段长度。（2）最小长度为使驾驶员能从容地打方向盘、乘客感觉舒适、线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成，所以应规定缓和曲线的最小长度。从以下几方面考虑：1）旅客感觉舒适2）超高渐变率适中 3）行驶时间不过短公路路线设计规范中表7.4.3给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度如下表所示设计速度（Km/h）1201008060缓和曲线最小长度（m）100857060查照公路路线设计规范中表7.4.3可得本设计缓和曲线最小长度的最小值为85米，一般值为120米。（3）回旋线参数值A回旋线参数应与圆曲线半径相协调，研究认为：回旋线参数A和与之相连接的圆曲线之间只要保持 ，便可得到视觉上协调而又舒顺的线形。当R在100m左右时，通常取A=R；如果R100m，则选择A=R或大于R。反之，在圆曲线半径较大时，可以选择A在R/3左右，如果R超过了3000m,即使A小于R/3，在视觉上也是没有问题的。4平曲线长度汽车在道路的曲线段上行驶时如果平曲线太短，驾驶员需要急转转向盘，高速行驶时候是不安全的，乘客也会因为离心力太大而感到不舒服。另外驾驶操纵来不及调整。所以公路路线设计规范规定了平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）最小长度如下表。设计速度（Km/h）1201008060403020一般值（m）1000850700500350250200最小值（m）200170140100705040查照公路路线设计规范中7.8.1可得本设计中平曲线的最小长度的一般值为500米，最小值为170米。5 本设计中各参数规定值综上叙述：本次设计中（设计速度为100KM/小时）各参数的规范规定值如下表所示。参数规范最小值规范一般值同向圆曲线间直线最小长度600反向圆曲线间直线最小长度200圆曲线最小半径400700缓和曲线最小长度85120平曲线最小长度1708503.3 平曲线计算1 基本型曲线设计与计算 对称基本型曲线计算图式(1)曲线元素计算公式如下： (m) (m)= (m) (m) (m) (m)式中：-设缓和曲线后圆曲线内移值(m)；q-缓和曲线切线增长值(m)； -缓和曲线长度(m)； -缓和曲线终点缓和曲线角()； -切线长(m)； -圆曲线半径(m)；-曲线长(m)； -转角()； -外距(m)； -切曲差(m)。(2)主点桩里程计算公式如下：ZH=JD-T ZH第一缓和曲线起点（直缓点）HY=ZH+ HY第一缓和曲线终点（缓圆点）YH=HY+ -2 YH第二缓和曲线终点（圆缓点）HZ=YH+ HZ第二缓和曲线起点（缓直点）QZ=HZ- QZ圆曲线中点JD=QZ+ 由于本次设计中未采用非对称型基本曲线，所以非对称型基本曲线的计算图式及公式不再赘述。2 S型曲线设计计算S型曲线计算时，先根据前交点的T长以及交点间距算出本交点的T长，通过导线转角 以、根据缓和曲线要求试定的 以及T长来反算半径。对于反算出的半径R根据控制切线长T取整，当T为最大控制时，R向小取整；T为最小控制时，R向大取整。取整后再由基本型曲线设计与计算公式来计算各曲线要素以及主点桩号。切线T反算半径R的计算公式如下：3 计算实例以本设计中交点1、2为例计算平曲线要素，计算过程如下：交点1（1）平曲线要素计算=124.352 (m)=2.604 (m)=7.162 (o)=444.804 (m)=876.661 (m)=52.393 (m) =10.973 (m)（2）计算主点桩里程JD1 K1+448.877-T 444.804ZH K1+004.073+Ls 250HY K1+254.073+L-2Ls 376.661YH K1+621.734+Ls 250 HZ K1+871.734-L/2 438.330 QZ K1+437.904+J/2 10.973 JD1 K1+448.877交点2由于交点1、2设置成了S型反向曲线，所以交点2的半径应该由切线来反算。（1）计算T长反算R。交点2切线长T2=交点间距（1,2）-交点1的切线长T1.=963.698-444.877=518.821利用切线反算半径公式计算得到R=1100。然后利用平曲线计算公式进行曲线要素计算，和交点1类似。在此不再赘述。4 本设计中平面设计方法本次设计主要是利用计算机辅助定线。将选定的路线的起点、终点和四个交点输入纬地三维道路CAD系统后，利用纬地三维道路CAD软件和人工进行平面线的动态交互设计，最后由纬地系统进行曲线要素、主点桩里程的计算和相关成果图表的生成。相关成果详见图表文件部分。第四章 纵断面设计4.1纵断面设计原则及要点1一般原则纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线的自然地理条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、平面与纵断面组合设计协调、以及填挖经济、平衡。（1）一般要求为：1设计必须满足公路工程技术标准（JTG B012003）的各项规定。2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性。起伏不宜过大和过于频繁。3尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。4一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。5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，保证路基稳定。6对连接段纵坡，如大、中桥引道等，纵坡应和缓、避免产生突变。7在实地调查基础上，充分考虑通道、水利等方面的要求。（2）组合设计原则1)应在视觉上能自然的引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。2)注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。3)选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。4)注意与道路周围环境的配合，它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。（3）平纵线形组合的要求1)平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。2)平曲线与竖曲线大小应保持平衡。3)要选择合适的合成坡度。2 本次设计纵断面设计难点本设计标段处于平原区，由于平原区地势平坦，沟渠纵横，河道及地方道路众多，同时平原地区经济发达，路网也相应发达，故需要修建的构造物较多。而且平原区往往雨量充沛，对土基最小填土高度也要求较高。所以，平原区高速公路在纵断面设计时十分复杂，困难也比较多。国内近年来很多高速公路在纵断设计上采用了高填路堤方案，特别是在平原地区为了满足农村和地方上大量频繁的地方交通，通道和小河航航道下穿净高的要求，纵坡始终降不下来，将路堤填土高度大大高于地面，平原、微丘区的高速公路就宛如一条土堆的“长龙”，在自然地形中显著凸出，阻隔着人们的视线，破坏地形地物，严重影响自然景观，不能不说是一大遗憾，而且这种遗憾恐怕是永久性的。纵坡变换频繁，坡长过短，则汽车加速、减速时换档频繁，不仅增加了驾驶员的精神负担，诱发交通事故，而且还会造成环境污染。另外由于高填方路堤自身荷载很大，而且其作用在地基上的时间持久，可能会导致地基(尤其是软土地基)的变形和沉降，使路基失稳；路基的变形和沉降会导致路面出现反射裂缝，使路面丧失一定的使用性能，降低其服务水平。3本次纵断面设计要点本次纵断面设计的关键技术是有效降低填土高度。因为平原区高速公路沿线的沟壑、路网、地方道路以及农耕道路分布众多，所以平原区高速公路的控制高程由路堤最小临界填土高度和结构物(通道、涵洞、桥梁等)标高两部分进行控制。所以如何合理的确定有关构造物的类型、控制标高和数量是有效降低填土高度的关键技术。本次设计中在下面三个方面进行探讨了和论证。第一，构造物类型的选择。关于被交路上跨或下穿的选择，不仅对纵断面线形设计的工程造价有着举足轻重的作用，还对线形设计效果及其使用质量的优劣有着重要影响。分离式立体交叉设置时, 必须充分利用地形有利条件结合高速公路的填土高度, 合理确定被交路上跨或下穿方案。上跨主线的分离式立交桥, 往往存在纵坡较大、接线处理难等缺点，所以一般宜采用主线上跨方案。高速与地方道路及农耕道路相交时可以考虑设置天桥和通道两种情况，选择天桥纵断上不必设置竖曲线，同时可以降低路基填筑高度，节约占地；选择设置通道时，该处需要设置竖曲线，路基填筑高度相对的将要提高。仅就天桥与通道相比，天桥造价为通道造价的13-2倍，但是天桥可以使路基填高由4 m降至2 m，则每公里可以节约土方近74万m 。通道虽然比天桥造价低，但是由于通道标高低，在降水量大的季节可能会积水影响交通，需要相应的排水设施，从而增加使用费用。通道和天桥的选择需作经济、技术比较。如果节约的土方费用能满足其他工程处理的费用，则应选择设置天桥或主线下穿方案，这种方案的选择在降低路基高度的同时，增加了视觉舒适性，也就增加了线形的安全性，而且少占用农田，减少由于取土而增加的环保费用，具有良好的经济效益和环境效益。当选择通道时，为了在设置大半径竖曲线提高线形视觉舒适性的同时，降低路基填筑高度，可以降低通道标高，采用钢筋混凝土通道，必要时辅以配套的排水设施；由于降低了构造物标高，该区段纵断起伏不大，也可以适当减少土方量。第二，天桥和通道的数量确定。天桥和通道的数目是确定适当坡度的关键，数目越多则填筑工程量越大，数目太少则影响高速公路两侧的居民出行、生物的分布。高速公路作为地区交通大动脉, 首先应该服务于区中心城市, 促进大范围的经济发展。在此前提下, 应充分考虑沿线乡镇群众的生产和生活, 保持群众间的生活交往, 更好地促进当地经济进一步发展。若高速公路与地方道路相交就设置通道, 那么有的通道会利用率很低而失去了它应有的意义, 因而应根据地方道路的性质适当取舍或归并。对于因设某一通道而影响整个纵断面, 造成填土高度大幅度提高时。要研究改移道路使其从较高路堤下通过的可能性, 另外还应充分利用跨河桥边孔及排水箱涵作通道, 这是综合利用桥涵设施, 减少单建通道、降低填土高度的有效措施。通道的设置间距, 要掌握因地制宜的原则, 一般来说在经济发达、人口稠密地区以每公里设置2-3座通道是适宜的。第三，通道的净空标准。对于通道净空的确定, 设计时一定要实事求是, 坚持设计的科学性和公证性, 不迁就地方政过高的要求, 以免增加填土高度、增加工程造价。通道路面标高应结合排水考虑, 一般应高于原地面, 原则上不下挖, 便于雨水自排；少数通道根据地势, 若能有效地解决自排水问题,也可适当下挖, 不能只为了追求降低填土高度, 而盲目下挖, 尤其在南方多雨和地基潮湿地区更应提起注意, 否则通道内易积水, 影响使用功能。在确定跨越形式的基础上，采用建筑高度低、轻巧的跨线桥结构型式，并精细设计纵断面，使交叉净空既满足使用要求又不浪费。第四，平纵面线形的组合设计时候平曲线与竖曲线一一对应, 变坡点对应于平曲线中点, 这是最理想的组合。设计中,必须充分考虑纵面线形与平面线形的对应关系。但是实际上平原微丘区高速公路往往平曲线半径很大, 平曲线长一般在1-2KM，有的达3-4KM。要想做到l:l的对应关系, 不但增加大量的土石方数量, 而且也难以满足各种构造物标高要求。实践证明, 在纵坡很缓时, 纵面多次起伏并不影响驾驶员行驶中视觉上的连续性。实际应用时, 应灵活掌握, 有条件时应尽力做到一一对应, 确有困难时, 一般以一个长平曲线包3个竖曲线为宜, 最多不能超过5个，设计过程中尽量作到一个长平曲线包住几个竖曲线，由于纵坡平缓坡差不大, 并采用大半径竖曲线, 线形仍然舒顺流畅,视觉良好。但是应注意平纵面线形的技术指标应大小均衡, 平曲线内的竖曲线半径一般取平曲线半径的10-20倍；同时,若一个平曲线内包了几个竖曲线, 则几个竖曲线的半径、及竖曲线长度也应保持均衡。4本次设计纵断面设计优化方法第一，在构造物类型的选择上进行了充分的论证比选，在与地方道路相交的地方，主要机耕道路设置成了涵洞，而行人道路和小路则设置为天桥。比如在K2+345 KM和K5+470 KM里程处，这两条道路只有行人通行，所以设置成了天桥。第二，天桥和通道的数量确定的时候进行了充分的优化，在尽量考虑了当地群众通行的情况下能少用则少用，在布置通道的时候一般没有轻易增加通道。第三，在通道净空的确定时候完全实事求是的进行设计,不追求过高的要求, 以免增加填土高度、增加工程造价。在纵断面设计过程中，没有一味把通道的高程作物必须的控制标高，在纵断面设计特殊困难地区，为了避免个别通道的高程而影响局部路线的纵断面设计，经过充分的论证考虑后对原有路面适当下挖，降低路面高程来设置通道。在K1+514KM、 K1+968 KM、 K3+671、 KM K6+892 KM 这四个通道处，采取了降低路面高程的做法。第四，在平面和纵断面组合设计过程中力争平曲线与竖曲线一一对应,但是没有拘泥于规范，而是根据实际情况灵活处理，在满足视觉的连续性的情况下在一个平曲线内设置了多个竖曲线，同时尽量采用半径大的竖曲线。使得线形仍然舒顺流畅,视觉良好。比如在交点2和交点3的平曲线内分布设置了两个竖曲线。4.2 各项设计参数确定1 坡度(1) 最大坡度最大纵坡是公路纵断面设计中的重要控制指标。在地形起伏较大的地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。确定最大纵坡时，不仅考虑汽车的动力特性、道路等级、自然条件，还要考虑工程和运营的安全与经济等。我国公路工程技术标准对各级公路最大纵坡值给出了具体的规定。本次设计速度为100KM/小时，查照公路工程技术标准中表3.0.16可得本设计的最大纵坡为4%。（2）最小纵坡我国公路工程技术标准规定在长路堑、低填设边沟路段以及其他横向排水不通畅的路段，为保证排水通畅，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均采用不小于0.3%的纵坡。在干旱地区，以及横向排水良好不产生路面积水的路段如直坡段的路堤填段，可不受最小纵坡限制。由于高速公路的路面排水一般采用集中排水的方式，其直坡段或半径大于不设超高最小半径路堤路段的最小纵坡仍应不小于0.3%。本次设计中最小纵坡限制为0.3%。2 坡长（1）最小坡长最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。最小坡长规定汽车以设计速度9-15s的行程为宜，高速公路以设计速度9s的行程即可。我国公路工程技术标准中对各级公路的最小坡长作了具体的规定。本次设计速度为100KM/小时，查照公路工程技术标准中表3.0.17-1可得本设计的最小坡长为250。（2）最大坡长查照公路工程技术标准中表3.0.17-2可得本设计速度下的不同纵坡值的最大坡长限制如