公路工程设计—毕业论文设计

1、第1章 绪 论1.1 选题的目的及意义本次的嘉（荫）萝（北）公路太平沟至跃进段两阶段初步设计位于嘉荫和萝北之间，嘉荫县位于黑龙江省东北部，小兴安岭北麓，隔黑龙江与俄罗斯与远东隔江相望。边境线长249公里，被国务院批准为国际客货运输口岸、江海联运港口和对外国人开放地区。萝北位于黑龙江省东北部，是亚洲最大的石墨矿床，林木种类繁多，也是我省的口岸城市，对俄贸易繁荣，萝北自然生态景观独特，有名山旅游经济开发区、龙江三峡国家森林公园、望云峰滑雪场等名胜，随着当地经济的飞速发展，和旅游事业的兴旺，原来的公路已经远远不能要求，这两个城市都是重要的边境城市，在很多方面都有广阔的交流空间。一直以来，随着当地经济

2、的飞速发展，和旅游事业的兴旺，原来的公路已经远远不能要求，因此，经过有关部门的研究，决定在此两地间修建一条公路，促进两个城市之间的资源流通，信息共享，共同发展，减小地区经济差异。根据两个城市的经济发展水平，以及沿线自然地形条件，远景交通量，公路建成后所承担的主要任务，拟修建二级公路，此公路的开通，对公路沿线的居民的出行及交通运输和大力发展当地的旅游事业，起着非常重要的作用，有利于当地的经济发展。我国幅员辽阔，公路对我们生活意义非常重要。该路的修建可以提高沿线附近城镇的经济发展，拉动区域间的经济和文化交流。这条路修好之后一定会非常有利于两地之间的发展以及沿线城镇的发展！本次设计是在老师的具体指导

3、下完成嘉（荫）萝（北）公路太平沟至跃进段两阶段初步设计任务，以达到对所学专业知识的巩固、深化与综合应用，使理论与实践相结合，全面提升自己的综合能力和素质。要求掌握路线设计、路基设计、路面设计、路线交叉设计、小桥涵设计以及工程概算设计等有关理论和具体设计方法，并能够运用计算机独立完成全部设计图表。为毕业后适应生产单位的实际工作需要打下坚实的基础。1.2 设计任务及设计依据1.2.1 设计任务依据地形图完成给定路线的初步设计，包括：路线设计、路基设计、路面设计、小桥涵设计、路线平面交叉设计、应用计算机绘制工程图。1.2.2 设计依据设计本路的主要依据是沿线的自然情况和公路规范。本道路工程属于一般公

4、路建设，具体设计资料如下：地形图，比例尺1：10000；等高距为10米；施工条件：两侧都可以取土，尽量采用机械施工，地形为山岭重丘区，按照中华人民共和国交通部颁布公路工程技术标准2公路路线设计规范3进行设计；设计年限为20年。1.3 本公路的使用任务功能及建设意义本公路主要用于连通嘉荫和萝北两个省内主要边境城市，以及沿线的小镇，带动该地区的经济发展。作为与俄罗斯远东经济交流的窗口，急需发展更完备的基础设施。所以建这条公路可以直接带动两地经济及文化的快速发展，对推动两地的发展能起到非常积极的作用。该公路位于我国的最东北部，对国防建设也有很积极的作用。可以保证人民的安居乐业。1.4 路线概况 本路

5、线设计为二级公路，设计速度为60km/h，路线位于山岭重丘区，所以道路比较曲折，曲线比较多，本次设计的路线共有9个交点，根据交点处的特殊地形分别设置了不同的平曲线，其中包括四个特殊的曲线，一个卵形，两个s形，一个非对称。为了使公路排水通畅，免受水的危害，该路线上设置了十个涵洞，沿线还设了边沟，截水沟和排水沟及渗沟。查公路自然区划标准1路线位于黑龙江省北部地区，属于山岭重丘区，地表植被为人工林和次生林，地势起伏较大。公路自然区划为2区，属寒温带大陆性季风气候区，冬季受极地大陆气团控制，严寒干燥。年平均气温1.5，历年极端最高气温37.7，极端最低气温-34.5，多年平均最大冻深0.82.5m。地

6、貌类型为温润重丘，低山为主，其次为冲击平原和沼泽，地表切割深度大部为200500cm，土质为粉质中液限粘土主要自然灾害为雪害，冻胀，翻浆，水毁。年降水量6001200mm.整个设计所处路段位于山岭重丘区，地表排水畅通，不会形成长期地表积水。地下水位也较低，大多路段的路基不受地下水影响。1.5 公路等级的确定及主要采用技术标准1.5.1 确定公路等级： (1.1)远景设计年平均日交通量（辆/日）；起始年平均日交通量（辆/日），包括现有交通量和道路建成后从其它道路吸引过来的交通量；年平均增长率（%）；远景设计年限交通量年平均增长率为7.2%，一般能适应各种车辆折合成小客车的年平均昼夜交量，=828

7、4，交通量在500015000之间，所以所选路段为二级公路。该道路为二级公路，设计速度为60km/h，采用普通水泥混凝土路面，设计基准期为20年，安全等级为三级，目标可靠度85%，目标可靠指标1.04，变异水平为中级，一般能适应各种车辆折合成小客车的年平均昼夜交通量为8284辆/日，在500015000之间，交通量年平均增长率为7.2%。1.5.2 采用的技术标准表1.1 技术指标选取表序号指 标 名 称单 位（含名山支线）1公路里程km7.342计算行车速度km/h603路基宽度m10.04行车道宽度m23.55硬路肩宽度（全幅）m20.756土路肩宽度（全幅）m20.757中央分隔带宽度m

8、08不设超高最小平曲线半径m15009最大纵坡%610最小坡长m15011凸形竖曲线最小半径m300012凹形竖曲线最小半径m300013竖曲线最小长度m9014设计洪水频率1/50第2章 路 线2.1 路线方案的说明和比较2.1.1 路线方案说明本路线总长7.34公里，地形比较复杂，道路比较崎岖，设置的平曲线较多，而且由于地形比较复杂，所以特殊地区采用了一般最小半径。由于路线所处地区处于山岭重丘区，很多地方容易汇水，所以设计了良好的排水设施，共10个涵洞，沿线都设计了边沟，截水沟和排水沟。由于某些路段地质条件不好，所以需要对特殊地基需要进行处理，常见的有基底处理，清草皮，砍挖树根，自然横坡较

9、陡时地面需要挖台阶，湿软地基处理，路基加宽填筑，防护与加固工程等。2.1.2 路线方案的比选如有路线局部方案，应分别进行定线设计，经论证比较定出推荐方案，路线方案比较选择主要考虑下列因素，路线长度；平.纵面线形指标的高低及配合情况；占地面积；工程数量（路基土石工程数量，桥梁涵洞）等。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，选定最优方案。本段路起讫点已定（n=5277830，e=22437000，高程为360米），终点（n=5277700，e=22442550，高程为450），经分析比较，确定两个方案，即方案一，方案二。方案一是沿河线，沿线高程一直增加，途中没有遇到垭口，所以从

10、头到尾都是从低到高得走向。线路虽然比较平缓，但是线性过于普通无法满足特殊线性设计要求，临河一侧受洪水威胁大，需做防护工程。方案二是走一段谷地然后沿山腰经过垭口，再进入谷底平坦地带，全程高程呈先升高后降低再升高，可取到较好的线形和最优的设计，满足特殊线形设计要求，又方案一线路长于方案二，所以选择方案二。2.2 路线平面线形设计2.2.1 定线的原则和方法1、一般原则(1)道路平面位置应按照道路总体规划道路网布设。(2)道路平面线形设计应与地形、地质、水文等结合，并综合考虑公路的平面、纵断面、横断面三者间关系，做到平面顺适、纵断面均衡、横断面合理。(3)路线设计必须贯彻执行加强环境保护和合理利用土

11、地资源的基本国策，在确定路基、路面、桥梁、隧道、交叉、交通工程及沿线设施等人工构造物的结构形式、布设位置、取弃土场、征用土地等设计中，应减少因修建公路给沿线生态带来的影响，并结合绿化或采取相应工程措施，协调、改善人工构造物与沿线自然景观间的配合，提高公路环境质量。(4)平面线形必须与地形、地物、环境、景观等相协调，同时应注意线形的连续与均衡性，并同纵断面相互配合。根据公路路线设计规范3（jtg d202006）规定，应满足直线最小长度的规定，其最小长度为：当计算行车速度60km/h时，同向曲线间最小直线长度不小于行车速度的6倍为宜；反向曲线间最小直线长度不小于行车速度的2倍为宜。对于本路段，计

12、算行车速度为60km/h，同向曲线间最小直线长度不小于360m；反向曲线间最小直线长度不小于120m。2、定线的方法根据给定的起终点，分析其航空（直线）距离和所需的展线长度，选择合适的中间控制点。在路线各种可能的走向中，初步拟定可行的路线方案，（如果有可行的局部路线方案，应进行比较确定），然后进行纸上定线。(1)在1：10000的小比例尺地形图上在起，终控制点间研究路线的总体布局，找出中间控制点。根据相邻控制点间的地形、地貌、地质、农田等分布情况，选择地势平缓山坡顺直的地带，拟定路线各种可行方案。对于山岭重丘地形，定线时应以纵坡度为主导；对于平原微丘区域（即地形平坦）地面自然坡度较小，纵坡度不

13、受控制的地带，选线以路线平面线形为主导。最终合理确定出公路中线的位置（定出交点）。(2)山岭区地形的选线步骤a 试坡由道路勘测设计10198定导向线。在山岭重丘地带，根据等高线间距和所选定的平均纵坡（视路线高差大小，一般选5%5.5%之间）按计算得等高线间平均长度a(a=等高距/平均纵坡) (2.1)式中：相邻等高线间平距山岭重丘区二级公路平均纵坡为5%地形图上的等高距为10m所以，=10/0.05=20m，在1：10000的地形图上，=2cm。将各点连成折线，即均坡线。b 定导向线分析这条均坡线对地形、地物等艰苦工程和不良地质的避让情况。如有不合理之处，应选择出须避让的中间控制点，调整平均纵

14、坡，重新试坡。经过调整后得出的折线，称为导向线。c 平面试线穿直线：按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，穿线交点，初定路线导线（初定出交点）。敷设曲线：按照路中线计划通过部位选取且注明各弯道的圆曲线的长度。平面试线中要考虑平、纵、横配合，满足线形设计和公路路线设计规范3的规定和要求，综合分析地形、地物等情况，穿出直线并选定曲线半径。d 修正导向线纵断面控制：在平面试线的基础上点绘出粗略纵断面地形线，（可用分规直接在图纸上量距，确定地面标高），进行初步纵坡设计，并根据纵坡设计情况修正平面线形。横断面较核：根据初步纵坡设计，计算出路基填挖高度，绘出工程困难地段的路基横断面图

15、（如地面横坡陡或工程地质不良地段等），根据路基横断面的情况修平面线形。 e 定线经过几次修正后，最终确定出满足公路路线设计规范3要求，平纵线型都比较合适的路线导线（最终定出交点位置）。根据公路路线设计规范3规定，二级公路山岭重丘区最大纵坡为6%，最小坡长限制为150m，最大坡长视其具体坡度而定。二级公路山岭重丘区最大容许合成坡度为9%。当陡坡于与小半径平曲线重迭时，在条件允许的情况下，宜采用较小的合成坡度，特别是在冬季路面有积雪结冰的地区，其合成坡度必须小于8%。为保证路面排水迅速，各级公路的最小合成坡度不宜小于0.5%，在超高过渡的变化处，合成坡度不应设计为零。任意连续3000m路段范围内的

16、平均纵坡不宜大于5.5%。根据以上规定，结合路线起讫点，桥涵等控制点的高程，兼顾平、纵线形的协调和经济进行拉坡。(3) 确定各平曲线半径及缓和曲线长度圆曲线能够较好地适应地形的变化，并可以获得圆滑的线形，在与地形、地物等条件相适应的前提下，宜尽可能采用较大曲线半径，以优化线形和改善行车条件,确定圆曲线半径时，应注意以下几点。a 在条件许可时，争取选用不设超高的圆曲线半径。b 在一般情况下，宜采用极限最小半径的4至6倍或超高横坡度为2%至4%的圆曲线半径。c 当地形条件受到限制时，曲线半径应尽量大于或接近于一般最小半径。d 在自然条件特殊困难或受其他条件严格限制而不得已时，方可采用圆曲线的极限最

17、小半径。e 圆曲线的最大半径不宜超过10000m。缓和曲线的作用是：曲率逐渐变化，便于驾驶操作；离心加速度逐渐变化，消除了离心力突变；为设置超高和加宽提供过度段；与圆曲线配合得当，美化线形。缓和曲线一般采用回旋线。(4)基本型曲线计算由道路勘测设计1070中公式，平曲线各要素曲线主点桩号以确定平曲线各要素以计算例如对于交点(jd7k75+094.532) =94.4301，=150m，=300m. 图2.1 基本型 曲线内移值=3.125m (2.2)切线增值75m (2.3)切线长=404.167m (2.4)曲线总长=645.685m (2.5)外距=147.477m (2.6)校正值=1

18、62.649m (2.7)计算出个主点里程桩号主点里程桩号计算 (2.8) (2.9) (2.10) (2.11) (2.12) (2.13) 校正后的交点应与原来的交点相符(5)坐标计算完成路线平面设计以后，按照要求及时绘制各种图纸和表格，填写直线曲线及转角表，逐桩坐标表。导线坐标按导线测量的方法，首先计算各交点坐标，依次推算各直线点坐标，曲线坐标按曲线坐标公式计算，由道路勘测设计9170坐标公式如下：图2.2 中桩坐标计算示意图设交点坐标为jd(xj，tj)，交点相邻方位角分别为a1和a2，则：zh(或zy)点坐标： (2.14) (2.15)hz(或yz)点坐标： (2.16) (2.1

19、7)设直线上加桩里程为l，zh、hz表示曲线起、终点里程，则前直线上任一点坐标(lzh) (2.18) (2.19)后直线上任点坐标： (2.20) (2.21)单曲线内中桩坐标计算：曲线上任意点的切线横距： (2.22)式中：l缓和曲线上任意点至zh或hz的曲线长。第一缓和曲线上任意点坐标： (2.23) (2.24)圆曲线上任意点坐标：由hyyh时： (2.25) (2.26)由yhhy时： (2.27) (2.28)第二缓和曲线上任意点坐标： (2.29) (2.30)(6) 弯道视距的检查对于曲线内侧受建筑物树木路堑边坡等限制较严的弯道应进行视距检查，对于需要进行工程处理来保持视距的弯

20、道绘出视距包络图。2.2.2定线具体过程1、定均坡线用2cm的长度在图纸上卡线，然后将各个点连接成折线。本设计中卡出了两条路线，即两种方案。2、初定导向线按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，穿线交点，初定路线导线（初定出交点）。方案一共交出了9个交点。3、粗略设计大略先设计一下各个交点处应该设计的平曲线的半径。下面以方案一为例，具体说明一下这个过程。本设计的方案一中：交点1处半径采用一般最小半径200m，主要是考虑到交点2与交点3是一个s型曲线，所以交点1与交点2之间要保持2倍速度的距离即120m，所以采用了一般最小半径。交点2与交点3形成s型曲线，交点2与交点3形成s

21、型曲线可以使线路很好的跨越河流。交点4做非对称基本型，与前后两交点较远，只考虑与水沟的距离，所以选用300米的半径。交点5和交点6之间距离较近，又距离前后交点很远，有交点5转角较小，适宜做较大半径曲线，所以交点5与交点6可以做成卵形曲线。交点7在平坦的谷地，做成一般基本型曲线。交点8和交点9处在谷底，等高线比较稀疏，而且地形比较开阔，所以设计成s型曲线，有利与跨河。4、点绘纵断面将设计好的路线粗略点绘在纵断面图上（直线五十米一个桩曲线二十五米一个桩），然后按照要求进行拉坡设计，检查出大填大挖的地方然后在平面图上进行修正，方法是将路线抬高一个等高线或降低一个等高线。经矢量化后从新精确点绘地面线，

22、同时将涵洞的设计考虑了进去，发现k72+825处有一跨水沟处需要设涵，为设涵采用了6%的极限坡度，为保持线性垭口处采用了2.15%的坡度，垭口处进行了大挖。2.2.3 特殊线形设计方法 在特殊的地段，由于地形比较复杂，需要设计一些特殊的线形，比如卵形，s形，非对称形等等，具体设置哪种线形需要根据具体地形具体情况来定，下面就逐一列举一些本设计中出现的特殊线形。1、卵型曲线 两个不同半径的的圆曲线，当半径相差较大时，按设计规范要求，应在两曲线之间加入一段缓和曲线以使曲率渐变。这样在圆曲线两端和中间均设缓和曲线的时构成卵型曲线。 由道路勘测设计1068卵型曲线使用条件： (2.31) (2.32)

23、(2.33)图2.3 卵型曲线例如本设计中jd5，jd6构成卵型交点桩号为k73+821.474，偏角为右230957交点桩号为k74+188.216，偏角为右623826设 拟取m =150 m(与后曲线相接)=1.339m=75m=143.746m (2.34)由=366.74m=366.74-143.746=222.994m (2.35) (2.36) (2.37)m=75mm (2.38)0.00339在0.0030.03之间，满足要求。m (2.39)m (2.40)，满足要求。m (2.41)m (2.42)m (2.43)=218.746m (2.44)=298.174m (2.

24、45)=830.842m (2.46)m (2.47)m (2.48)m (2.49)2、s型曲线 两个反向圆曲线用回旋线连接的组合，两个曲线间插的距离不宜太长，两个圆的半径差别也不能太大，小圆半径与大圆半径之比应在11/3之间。s型曲线一般设计在反向圆曲线间所夹的直线长度无法满足规范要求时。图2.4 s型曲线例如jd8，jd9组成s型交点桩号为k76+100.567，偏角为左440907交点桩号为k76+654.099，偏角为右471748交点间距l=572.713mr2=400m ls2 =200m(1)设计曲线2的半径和缓和曲线长度1.042m=100m =263.24m309.473m

25、拟r1=500 mr1/r2=400/500=0.8在1到1/3之间=ls1/2-1/2405002/24500 由上两式解得取整ls1 =170m(2)验算曲线1的缓和曲线长度分别按离心加速度的变化率、驾驶员的操作及反应时间、超高渐变率及视觉条件等进行验算，可知ls1=170m均满足要求（演算过程略）。(3)s型平曲线使用条件验算a2=( r2ls2 ) 1/2=(400200) 1/2=282.843 (2.50) a1=( r1 ls1 ) 1/2=(500170) 1/2=291.548 (2.51) a1/a2=291.548/282.843=1.032.00中湿路基低、中、高液限粘

26、土0.30-0.500.40-0.600.50-0.700.60-0.95粉土，粉质粘土0.40-0.600.50-0.700.60-0.850.70-1.10潮湿路基低、中、高液限粘土0.40-0.600.50-0.700.60-0.900.75-1.20粉土，粉质粘土0.45-0.700.55-0.800.70-1.000.80-1.30待添加的隐藏文字内容2表3.8 综合系数 kc13公路等级高速公路一级公路二级公路三、四级公路1.301.251.201.10路面是道路主要组成部分，它的好坏会直接影响行车速度，安全和运输成本路面要求有强度和刚度，稳定度，表面平整度，和抗滑性，本段设计为水泥混凝土路面。3.2.2路面等级及类型确定1、路面等级的确定根据公路等级和交通量，确定路面等级为高级。2、路面类型确定水泥混凝土路面，通常是指以水泥个水拌和成的水泥浆为结合料，以碎（砾）石、砂为集料，再添加适当的外加剂，有时掺加掺和料拌制成的混凝土铺筑面层的路面。混凝土具有以下优点：(1)强度高混凝土路面有很强的抗压强度和较好的抗弯拉强度以及抗磨耗(2)稳定性好混凝土路面的水稳性，热稳性均好，特别是它的强度能随时间的