道路勘测设计课程设计计算书

大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 1 道路勘测设计课程设计计算说明书道路勘测设计课程设计计算说明书 学院 建筑工程与力学学院学院 建筑工程与力学学院 班级 道路与桥梁工程班级 道路与桥梁工程 姓名 姓名 学号 学号 指导教师 指导教师 日期 日期 2013 6 82013 6 8 2013 6 222013 6 22 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 2 目录 1 路线选定 3 1 1 选线的依据 3 1 2 选线的原则 3 2 设计资料 4 2 1 设计概况 4 2 2 设计目的与要求 4 2 3 平纵横线形设计要素 5 3 道路平面设计 5 3 1 平面线形设计 5 3 2 平面要素的确定与计算 7 3 3 主点桩号计算 8 4 道路纵断面设计 9 4 1 纵坡设计的一般要求 9 4 2 纵断面设计的方法 步骤 9 4 3 平 纵组合的设计原则与基本要求 10 4 4 纵断面设计计算 11 5 道路横断面设计 11 5 1 道路横断面设计的基本要求 11 5 2 行车视距 14 6 土石方量计算及调配 15 6 1 土石方调运注意事项 15 6 2 土石方调配 15 6 3 土石方数量计算 15 7 附表 15 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 3 一 道路选线一 道路选线 1 11 1 选线的依据 选线的依据 1 道路选线就是根据路线的基本走向和技术标准 结合当地的地形 地质 地物及其它沿线条件和施工条件等 选定一条技术上可行 经济上 合理 又能符合使用要求的道路中心线的工作 2 选线是道路路线形设计的重要环节 选线的好坏直接影响着道路 的使用质量和工程造价 选线是一项涉及面广 影响因素多 政策性和技 术性都很强的工作 1 21 2 选线的原则 选线的原则 1 在路线设计的各个阶段 应运用先进的手段对路线方案进行深入 细致地研究 在方案论证 比较的基础上 选定最优的路线方案 2 路线设计应在保证行车安全 舒适 迅速的前提下 使工程数量 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 不宜轻易采用低限指标 但也不应 片面追求高指标 3 选线应与农田基本建设相配合 做到少占耕地 注意尽量地不占 高产田 经济作物田或经济林园 如橡胶林 茶林 果园 等 4 通过名胜 风景 古迹地区的道路 应与周围的环境 景观相协 调 并适当照顾美观 注意保护原有的自然生态环境和重要的历史 文物遗 址 5 选线时应对沿线的工程地质和水文地质进行深入的勘探 查清其 对道路工程的影响程度 对于滑坡 崩塌 岩堆 泥石流 岩溶 软土 泥沼等严重不良地质地段和沙漠 多年冻土等特殊地区 应慎重对待 一 般情况下 路线应设法绕避 当路线必须穿过时 应选择合适的位置 缩 小穿越范围 并采取必要的工程措施 6 选线时应重视环境保护 注意由于道路修筑以及汽车运行所产生 的影响与污染等问题 具体应注意以下几个方面 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 4 1 路线对自然环境与资源可能产生的影响 2 占地 房屋拆迁所带来的影响 3 路线对城镇布局 行政区划 农耕区 水利排灌体系等现有设施造 成分割 而产生的影响 4 噪声对居民生活的影响 5 汽车尾气对大气 水源 农田所造成的影响 6 对自然环境 资源的影响和污染的防治措施及其对政策实施的可能 性 二 设计资料二 设计资料 1 11 1 设计概况设计概况 1 1 1 课题名称 三级公路路线设计 1 1 2 设计要点 工程概况 设计公路为某三级公路 分车道行驶 地势较平坦 设计车速为 40Km h 地形图比例尺 1 500 1 1 3 路线起讫点 起点桩号 k0 000 高程 41 080 m 终点桩号 k1 000 781 高程 42 640m 1 1 4 工程设计依据 公路路线设计规范 JTG D20 2006 公路工程技术标准 JTG B01 2003 道路勘测设计 人民交通出版社 交通工程 人民交通出版社 1 21 2 设计目的和要求设计目的和要求 1 2 1 设计目的 道路工程课程设计是专业教学的一个重要环节 包括道路选线与道路 平纵横设计 通过本次课程设计 要求熟悉公路设计规范 理解 掌握道 路勘测设计中的基本概念 综合运用本课程基本知识和进行计算机设计操 作 使所学知识进一步巩固 深化和发展 掌握道路路线设计的一般方法和 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 5 步骤 通过设计 培养学生初步具备正确的设计思想和动手的能力 使学 生具有初步的工程设计概念 培养学生道路路线设计的基本技能 1 2 2 设计要求 根据设计所给资料 在给定的地形图上有指定路线起点至终点间进 行路线选线 确定路线交点位置 并计算每个交点的偏角及交点之间的距 离 设定每个交点处的半径及缓和曲线的长度 计算平曲线要素并推导桩 号设计平面设计图及直线 曲线与转角一览表 在平面设计基础上绘制纵 断面地面线 并进行纵坡设计 确定变坡点位置及标高 计算每一坡段纵 坡度 进行竖曲线设计及计算 绘制完成纵断面设计图 进行道路加宽与 超高设计 绘制典型横断面图及逐桩横断面面积 并完成路基土石方数量 计算表 1 31 3 平纵横线形设计要素平纵横线形设计要素 1 3 1 控制要素 1 服务水平 三级服务水平 2 设计时速 40km h 1 3 2 平面设计技术指标 1 直线的最大长度 20v 800m 同向曲线间直线的最小长度为 6v 240m 反向曲线间的直线的最小长度为 2v 80m 2 圆曲线最小半径 一般最小半径 100m 极限最小半径 60m 不设超高的最小半径 路拱大于 2 时为 800m 路拱小 于 2 时为 600m 3 缓和曲线的最小长度一般为 50m 最小为 40m 4 平曲线最小长度一般为 350m 极限值为 70m 5 圆曲线的最大超高为 8 6 S 形曲线的两个回旋线的半径宜相等 1 3 3 纵断面设计技术指标 1 最大纵坡度为 7 最小坡长为 一般值为 160m 最小值为 120m 最大坡长为 坡度为 4 时为 1100m 坡度为 5 时为 900m 坡度为 6 时为 700m 且当纵坡坡度小于或等于 3 时 最大坡长没 有限制 最大合成坡度为 10 0 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 6 2 凸型竖曲线最小半径 一般值为 700m 极小值为 450m 最小 长度 一般值为 90m 极限值为 35m 3 停车视距为 40m 会车视距为 80m 超车视距为 200m 1 3 4 路基横断面技术指标 行车道宽度 2 3 5m 硬路肩宽度 2 0 75m 路基总宽度 8 5m 视距保证 停车视距为 75m 路拱及土路肩横坡度 路拱横坡 度取 2 三 道路平面设计三 道路平面设计 3 13 1 平面线形设计平面线形设计 3 1 1 平面设计中的基本原则 在路线的平面设计中所要掌握的基本原则有 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 本设计地区部分地势开阔 处于平原微丘区 路线直捷顺适 在平面线 形三要素中直线所占比例较大 在设计路线中间地段 路线多弯 曲线所占比 例较大 路线与地形相适应 既是美学问题 也是经济问题和生态环境保护的 问题 直线 圆曲线 缓和曲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 行驶力学上的要求是基本的 视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足 高速公路 一级公路以及计算行车速度 60Km h 的公路 应注重立体线 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 算行车速度越高 线形设计所考虑的因素越应周全 本路线计算行车速度为 40Km h 在设计中已经考虑到平面线形与纵断面设计相适应 做到了 平包竖 保持平面线形的均衡与连贯 为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶 应注意各线形要素保持连 续性而不出现技术指标的突变 在长直线尽头不能接以小半径曲线 高低标准 之间要有过渡 本设计中未曾出现长直线以及高低标准的过渡 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 7 避免连续急弯的线形 连续急弯的线形给驾驶者造成不便 给乘客的舒适也带来不良影响 在设 计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线 平曲线应有足够的长度 平曲线太短 汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整 缓和 曲线的长度不能小于该级公路对其最小长度的规定 中间圆曲线的长度也最好 有大于 3s 的行程 当条件受限制时 可将缓和曲线在曲率相等处直接连接 此 时圆曲线长度为 0 路线转角过小 即使设置了较大的半径也容易把曲线长看 成比实际的要短 造成急转弯的错觉 这种倾向转角越小越显著 以致造成驾 驶者枉作减速转弯的操作 一般认为 7 应属小转角弯道 在本设计中平曲 线长度都已符合规范规定 也不存在小偏角问题 3 1 2 线形设计 路线的平面设计所确定的几何元素以设计行车速度为主要依据 平面线形的设计主要是确定交点位置 曲线半径 缓和曲线的长度等 确定 过程中 应保证平面线形连续顺适 保持各平面线形指标的协调 均衡 而且 要与地形相适应和满足车辆行驶舒适的要求 路线的交点主要确定路线的具体走向位置 因此其位置的确定非常重要 必要时应做相应的比较方案进行比选 保证方案可行 经济 合理 工程量小 曲线和缓和曲线长度的确定 首先在满足圆曲线及缓和曲线的最小长度的前提下 初步拟定其长度 然后平 曲线半径及缓和曲线长度可以根据切线公式 2 1 或外距公式 2 2 反算 2 1 2 2 在确定 s LR 以后就计算各曲线要素 推算各主点里程及交点的里程桩号 最 后由平面设计的成果可以得到直线曲线及转交表 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 8 公路平面线形是由直线 圆曲线和缓和曲线构成 直线作为使用最广泛的 平面线性 在设计中我们首先考虑使用 该地区的新建三级公路 所经区域为 平原区 本设计在平原区采用的主要技术指标以争取较好的线形为目的 同时 注意同向曲线间的直线最小长度应不小于 6v 即 240 米 反向曲线间的直线最 小长度应不小于 2v 即 80 米 圆曲线线形设计应尽量采取大半径 当受到限制时 可以首先取一般最小 半径 避免极限半径 对于三级公路山丘地形一般最小半径 100m 极限最小 半径 60m 当平曲线半径小于不设缓和曲线最小半径时 应设置缓和曲线 三级公 路山区地形缓和曲线一般最小长度为 50m 极限最小长度为 40m 3 23 2 平曲线要素计算平曲线要素计算 本设计根据地形图上路线的起始点 定出了控制点 包括起始点 JD0 JD1 JD2 JD3 下面以 JD1 为例进行平曲线要素计算 3 2 1 平曲线要素计算 以 JD1 交点为例计算如下 JD1 处的桩号为 K0 457 892 转角为 61 47 29 7 取 R 130m Ls 45m 旅客感觉舒适的缓和曲线长度 Ls 0 036 V V V R 0 036 40 40 40 130 17 7m 行驶时间不过短得 Ls V 1 2 33 3m 故所取缓和曲线长度 45m 满足以上的要求 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 9 3 2 2 圆曲线几何要素计算 内移值 P 切线增长值 q 缓和曲线角 切线长 T 平曲线长 L 外 0 距 E 切曲差 D 的计算如下 3 33 3 主点桩号的计算主点桩号的计算 图中 T 切线长 LS 缓和曲线长 R 圆曲 线半径 转角 ZH 直线与缓和曲线的交点 HY 缓和曲线与圆曲线的交点 QZ 圆曲线中点 YH 圆曲线与缓和曲线的交点 HZ 缓和曲线与直线的交 点 JD1 K0 457 892 ZH JD1 T K0 457 892 100 66 K0 357 232 HY ZH Ls K0 357 232 45 K0 402 232 QZ ZH L 2 K0 357 232 185 20 2 K0 449 832 YH ZH L Ls K0 357 232 185 20 45 K0 497 432 HZ ZH L K0 357 232 185 20 K0 542 432 四 道路纵断面设计四 道路纵断面设计 4 14 1 纵坡设计的一般要求纵坡设计的一般要求 1 纵坡设计必须满足 标准 中的各项规定与要求 m102 16182 190142 10322 253 22120 2 783 61 sec6472 0130 2 p sec 182 19050 180 783 61130s 180 R 142 103978 24 2 783 61 tan 6472 0 130 2 tan 917 9 180 1302 45180 2 978 24 130240 45 2 45 2402 s q 6472 0 1302384 45 13024 45 238424 p 783 61 130 45 0 2 3 2 3 3 42 3 42 LTD mRRE mLL mqpRT R Ls m R LsL m R Ls R Ls mRmLs 切曲差 外距 平曲线长 切线长 缓和曲线角 切线增长值 内移值 平曲线转角圆曲线半径缓和曲线长度 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 10 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 尽量避免采用 规范 中的极限纵坡值 并留有一 定的余地 3 设计应对沿线地形 地质 水文 地下管线 气候和排水等进行综合考 虑 并根据需要采取适当的技术措施 以保证道路的稳定与通畅 4 一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方及其它工程数量 以降低工程造 价和节省用地 5 山岭重丘区的纵断面设计应考虑纵向填 挖平衡 尽量使挖方作为就近 路段的填方 以减少借方和废方 平原微丘区的纵断面设计应满足最小填土高 度的要求 以保证路基的稳定性 6 高速公路和一级公路 应考虑通道 农田水利等方面的要求 低等级公 路 应注意考虑民间运输 农业机械等方面的要求 4 24 2 纵断面设计的方法与步骤纵断面设计的方法与步骤 1 准备工作 在厘米绘图纸上 按比例标注里程桩号和标高 点绘地面线 填写有关内容 2 标注控制点 如路线起 终点 越岭垭口 重要桥涵 地质不良地段的 最小填土高度 最大挖深 沿溪线的洪水位 隧道进出口 平面交叉和立体交 叉点 铁路道口 城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高 控制点等 3 试坡 在已标出 控制点 的纵断面图上 根据技术指标 选线意图 结 合地面起伏变化 本着以 控制点 为依据 照顾多数 经济点 的原则 在这些点 位间进行穿插与取直 试定出若干直坡线 反复比较各种可能的方案 最后定 出既符合技术标准 又满足控制点要求 且土石方较省的设计线作为初定试坡 线 将坡度线延长交出变坡点的初步位置 4 调整 对照技术标准检查设计的最大纵坡 最小纵坡 坡长限制等是否 满足规定 平 纵组合是否适当 以及路线交叉 桥隧和接线等处的纵坡是否 合理 若有问题应进行调整 5 核对 选择有控制意义的重点横断面 如高填深挖 作横断面设计图 检查是否出现填挖过大 坡脚落空或过远 挡土墙工程过大等情况 若有问题 应调整 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 11 6 定坡 经调整核对无误后 逐段把直坡线的坡度值 变坡点桩号和标高确定 下来 坡度值要求取到 0 1 变坡点一般要调整到 10m 的整桩号上 4 34 3 平纵组合的设计原则与基本要求平纵组合的设计原则与基本要求 4 3 1 设计原则 1 应保持线形在视觉上连续性 能自然地引导驾驶员的视线 使之在高 速行驶的情况下 能安全舒适的行车 道路线形不应使驾驶员感到茫然 迷惑 或判断失误 为此 要避免在视线所及的路段内 出现转折 错位 突变 遮 断等不好的线形 2 保持平 纵线形的技术指标大小均衡 使线形在视觉和心理方面保持 协调 在保证有足够视距的前提下 对于高速公路 一级公路 平原区二级公路 驾驶员在任意点上所能看到前方平面线形弯曲一般不应超过两个 纵面起伏不 应超过三个 3 选择组合得当的合成坡度 以利于路面排水和行车安全 设计时要注 意纵坡不要接近水平状态 同时 应避免形成合成坡度过大的线形 4 注意与道路周围自然环境和景观的配合 5 良好的组合可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度 适宜的景观设计还能 起到诱导视线的作用 4 3 2 基本要求 1 平包竖 2 平曲线与竖曲线对应关系曲中点与变坡点相重合最好 错开不超过平曲 线的 1 4 时较好 超过其 1 4 时很差 竖曲线起终点分别置于两条缓和曲线上 3 平 竖曲线半径均较小时不宜重合 4 平 竖曲线半径大小要均匀 5 选择适宜的合成坡度 一般最大合成坡度不大于 8 最小坡度不宜 小于 0 5 4 44 4 纵断面设计计算纵断面设计计算 1 坡段长度的计算 公式 后变坡点的桩号 前变坡点的桩号 坡段长度 以第一段坡长为例 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 12 坡长 K0 610 000 K0 000 610 00m 2 坡度的计算 公式 后变坡点的高程 前变坡点的高程 后变坡点的桩号 前 变坡点的桩号 坡度 则以第一个变坡点为例 坡度 38 93 41 43 610 0 410 3 竖曲线的计算 L R T L 2 E 1 4T T2 2R Y X2 2R R 竖曲线半径 L 竖曲线的曲线长 两相邻纵坡的代数差 T 竖曲线的切线长 E 竖曲线的外距 X 竖曲线上任意一点距起点或终点的水平距离 Y 竖曲线上任意一点距切线的纵距 第一个竖曲线桩号 K0 610 000 处 i2 i1 1 370 0 410 1 780 为凹型竖曲线 变坡点的高程为 38 93m 半径为 20000m 曲线长 L R 20000 1 780 356m 切线长 T L 2 356 2 178m 外距 178 178 2 20000 0 792m 竖曲线起点桩号 K0 610 00 178 K0 432 000 竖曲线末点桩号 K0 610 00 178 K0 788 000 竖曲线起点高程 38 93 178 0 410 39 660m 竖曲线末点高程 38 93 178 1 370 41 369m 五 道路横断面设计五 道路横断面设计 5 15 1 道路横断面设计的基本要求道路横断面设计的基本要求 1 公路横断面设计应最大限度地降低路堤高度 减小对沿线生态的影响 保护环境 使公路融入自然 条件受限制不得已而出现高填 深挖时 应同架 桥 建隧 分离式路基等方案进行论证比选 2 路基断面布设应结合沿线地面横坡 自然条件 工程地质条件等进行设 计 自然横坡较缓时 以整体式路基断面为宜 横坡较陡 工程地质复杂时 高速公路宜采用分离式路基断面 3 整体式路基的中间带宽度宜保持等值 当中间带的宽度增减时 应设置 过渡段 过渡段以设在回旋线范围内为宜 长度应与回旋线长度相等 条件受 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 13 限制时 过渡段的渐变率不应大于 1 100 4 整体式路基分为分离式路基或分离式路基汇合为整体式路基时 其中间 带的宽度增宽或减窄时 应设置过渡段 其过渡段以设置在圆曲线半径较大的 路段为宜 按照平纵断面的设计 可取其中 l 公里左右做横断面设计 该段范围内所 有桩号的横断面地面线 除规定的路基路面宽度外应照各桩断面的地形质情况 确定边坡度 边沟形状尺寸 绘出横断面的设计线 即 戴帽子 绘出各桩号的 横断面图 路拱的型式应按道路等级 性质及道路宽度 采用直线横坡或方程式不同 的路拱 横坡 曲线 高填深挖路段需设挡土墙等防护工程外 应按规定计算或参照标准图设计 5 1 1 路幅构成 根据 公路工程技术标准 JTG B01 2003 及 公路路线设计规范 JTG D20 2006 规定 三级公路 40km h 选单幅双车道 车道宽度 3 75m 行车道宽度 7 5m 路拱横坡选 2 0 硬路肩横坡 2 路肩宽度选 0 5m 5 1 2 平曲线加宽设计 根据 公路路线设计规范 JTG D20 2006 规定 不设加宽的平曲线最 小半径为 250 m 大于本设计的圆曲线半径 故需要设置加宽 按规定 采用 第三类加宽 加宽值的计算 汽车转弯加宽还与车速有关 一个车道摆动加宽值计算的经验公式为 对于 R 250m 的圆曲线 由于其加宽值甚小 可以不加宽 由三条以上车道 构成的行车道 其加宽值应另行计算 各级公路的路面加宽后 路基也应相应 加宽 四级公路路基采用 6 5m 以上宽度时 当路面加宽后剩余的路肩宽度不 小于 0 5m 时 则路基可不予加宽 小于 0 5m 时 则应加宽路基以保证路肩宽 度不小于 0 5m 加宽的过渡方法 R V b 05 0 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 14 1 比例过渡 在加宽过渡段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽 比例过渡简单易作 但 经加宽以后的路面内侧与行车轨道不符 过渡段的起终点出现破折 于路容也 不美观 这种方法可用于二 三 四级公路 2 高次抛物线过渡 在加宽过渡段上插入一条高次抛物线 抛物线上任意点的加宽值 用这种方法处理以后的路面内侧边缘圆滑 美观 适用于对路容有一定要求的 高速公路和一级公路 3 回旋线过渡 在过渡段上插入回旋线 这样不但中线上有回旋线 而且加宽以后的路面边 线也是回旋线 与行车轨迹相符 保证了行车的顺适与线形的美观 适用于高 速公路和一 二级公路的下列路段 4 直线与圆弧相切过渡 四级公路不设缓和曲线 其加宽过渡在直线上进行 在人工构造物处 因设 置加宽过渡段而在圆曲线起 终点内侧边缘产生明显转折时 可采用路面加宽 边缘线与圆曲线上路面加宽后的边缘线圆弧相切的方法予以消除 5 1 3 平曲线超高设计 平曲线上设置超高的原因和条件 平曲线超高 为了抵消汽车在曲线路段上行驶时所产生的离心力 将 路面做成外侧高内侧低的单向横坡的形式 平曲线设置超高的条件 圆曲线半径小于不设超高的最小半径时 平曲线设置超高的原因 将此弯道横断面做成向内倾斜的单向横坡形 式 利用重力向内侧分力抵消一部分离心力 改善汽车的行驶条件 平曲线设置超高的目的 让汽车在平曲线上行驶时能获得一个向圆曲 线内侧的横向分力 用以克服离心力 减少横向力 从而保证汽车在 圆曲线半径小于不设超高的最小半径时能安全 稳定 满足计算行车 速度和经济 舒适地通过圆曲线 超高设计 bkkbx 34 43 L L k x 大学 道路勘测设计 计算说明书 三级公路 10 号图 15 超高值依据公式 R v ih 127 2 确定 而研究指出 的舒适界限 由 0 10 0 16 随行车速度变化 三级公路设计速度为 40km h 采用最大超高为 8 又据 R 值分别取 JD1 处超高为 5 绕内车道边缘线旋转 线性渐变 超高过 渡段长度 p iB Lc 取缓和曲线长度与超高过渡段长度一致 计算得超高 渐变率为 1 200 超高计算公式 计算公式 超高位置 0 0 注 外缘 c h 2 hGJGJJ ii B biib 中线 c h GJJ i B ib 2 圆 曲 线 上 内缘 c h hJGJJ ib B bi B ib 2 2 外缘 cx h 2 hGJGJJ ii B biib Lc G i 定值 过 渡 段 上 内缘 cx h GxJJJ ibbib hxJGJJ i Lc x b B bi B ib 2 2 计算结果为与设计 高之差 临界断面距过渡段 起点 Lc ii i hG G 2 0 其中 J b 路肩宽度 G i 路拱坡度 J i 路肩坡度 B 路