河南城建学院道路工程毕业设计计算书

1、 毕业设计 论文题目:鹿鸣中心林场改扩建工程 K15+000至K18+000段施工图设计学院:土木工程学院专业:土木工程姓名:学号:指导老师:罗从双完成时间:2013年05月29日摘要本设计是低山丘陵区二级公路方案初步设计。该毕业设计的课题设计研究,是在完成了四年的大学基础课程以及专业课程后所进行的一次综合性设计,是对大学四年所学知识的一次大检验与综合运用。本设计分为几个部分进行,其中包括了公路设计中的各种既基本又十分重要的环节,例如平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基路面设计、支挡防护工程设计等。平面设计中路线的确定所用的是纸上选线定线,把公路路线最终在地形图上确定下来之后,对公路平面设计

2、中的各种要素进行了计算。纵断面设计中重点是计算竖曲线的各种要素,纵断面设计把公路设计各个计算桩号的地面高程和设计高程设计出来,得到计算里程桩的路基填挖高度,进而计算得到路基的土石方量,填写路基土石方量表。横断面设计确定了公路的路幅以及各种设施的布置位置。路基设计确定了路基的横向坡度以及路堤路堑路基的边坡稳定处理,其中也对路基和路面的防水排水设计进行了设计。支挡防护工程设计所进行了的是重力式挡土墙设计,路面的设计进行了刚性路面设计。本设计的完成可以让大学毕业生具备作为一名道路工程师所必备的基本素质和基本技能,设计中用到了计算机辅助设计这一较新的技术,设计的最终成果给出了设计中各部分的内容的相关表

3、格和图纸。关键词:平面设计纵断面设计横断面设计路基路面设计AbstractThis design is the low mountainous and hilly area road plan preliminary design.A comprehensive design which this graduation projects topic design research, is after having completed four year university core curriculum as well as special course carries on, is stu

4、dies the knowledge to a university four year institute a big examination and the synthesis utilization. This design divides into several parts to carry on, including in secondary roads design each kinds both basic and the very important link, for example the plane design, the longitudinal section de

5、sign, the cross section design, the roadbed pavement design, keep off protection engineering design and so on. In what the plane design routes determination uses is on the paper the route selection siting, the highway route finally determines after the topographic diagram, to road plane designs each

6、 kind of essential factor has carried on the computation. In the longitudinal section design lights a candle the computation vertical curve again each kind of essential factor, the longitudinal section design designs the highway design each computation station number ground elevation and the design

7、elevation, obtains the computation course pile roadbed to fill in digs the altitude, then the computation obtains the roadbed cubic meter of earth and stone quantity, the filling in roadbed cubic meter of earth and stone meter. The cross section design has determined roads road pavement bed as well

8、as each kind of facility arrangement position. The grade location had determined the roadbed cross fall as well as the embankment cut roadbed stability of slope processing, also has carried on the design to the roadbed and the road surface waterproof draining water design. What kept off the protecti

9、on engineering design to carry on was the gravity bulkhead design, the road surface design has carried on rigid pavement design. This design completed may let the university graduates have an achievement road engineer the necessary basic quality and the basic skill, in the design uses computer-aided

10、 design this new technology, the design final achievement to give in the design the various part of content related form and the blueprint.Key words: Graphic design Longitudinal design Cross-sectional design Roadbed pavement design目录前言 (11 绪论 (11.1 设计背景 (21.2 设计的目的 (21.3 设计的意义 (32 选线和方案比选 (52.1 选线 (

11、52.1.1 道路选线一般原则 (52.1.2 本次设计中选线过程 (52.1.3 本设计选线方法 (62.2 方案比选 (63 平面设计 (83.1 平面线形设计原则 (83.1.1 一般原则 (83.1.2 本次平面线形设计过程 (83.2 各项设计参数确定 (93.2.1 直线 (93.2.2 圆曲线 (93.2.3 缓和曲线 (103.2.4 平曲线长度 (113.2.5 本设计中各参数规定值 (113.3 角度及相关距离计算 (123.3.1 交点距离计算 (123.3.2 导线方位角计算 (123.3.3 导线间偏角计算 (133.3.4 要素计算 (134 纵断面设计 (164.

12、1 纵断面设计原则 (164.1.1 一般要求为 (164.1.2 组合设计原则 (174.1.3 平纵线形组合的要求 (174.2 各项设计参数确定 (174.2.1 坡度 (174.2.2 坡长 (174.2.3 竖曲线半径和长度 (184.2.4 本设计中各项参数规定 (184.3 竖曲线要素计算 (195 横断面设计 (215.1 横断面设计的原则 (215.2 采用的各项技术指标 (225.2.1 路基宽度 (225.2.2 路拱坡度 (225.2.3 路基边坡坡度 (225.2.4 边沟及排水沟设计 (225.3曲线超高值的确定 (225.3.1超高过渡段的计算 (225.4合成坡

13、度 (275.5 横断面设计步骤 (286 路基设计 (296.1 路基横断面布置 (296.2 路基边坡 (306.3 路基压实标准 (306.4 土石方的计算和调配 (306.4.1 土石方数量计算 (306.4.2 路基土石方调配 (317 路基路面排水设计 (347.1 路基排水设计 (347.1.1 路基排水要求 (357.1.2 路基排水设计的原则 (357.1.3 路基排水 (357.2 路面排水设计 (367.3 路基路面排水综合设计 (368 边坡防护 (388.1 防护意义 (388.2 防护设施 (389 挡土墙设计 (399.1 挡土墙用途和使用条件 (399.2 挡土

14、墙类型的选择 (399.3 重力式挡土墙的构造与布置 (399.3.1墙身构造 (409.3.2挡土墙布置 (409.4 设计资料与技术要求 (409.4.1 土壤地质情况 (409.4.2 墙背填料 (409.4.3 墙体材料 (409.4.4 稳定系数 (409.5 挡土墙类型的选择 (409.6 挡土墙的基础与断面的设计 (419.6.1 断面尺寸的拟订 (419.6.2 换算均布土层厚度 (419.7 挡土墙稳定性验算 (419.7.1 土压力计算 (429.7.2 抗滑稳定性验算: (429.7.3 抗倾覆稳定性验算 (439.7.4 基底合力及合力偏心距验算 (439.8 挡土墙墙

15、身截面强度验算 (469.8.1 土压力计算 (439.8.2 墙身截面强度验算 (4410 涵洞设计 (4610.1 涵洞设计的原则 (4610.2涵洞洞口加固与防护 (4610.3涵洞形式的确定 (4711 路面结构设计 (4811.1 路面设计说明 (4811.2 路面设计基本原则 (4911.3 路面结构推荐 (4911.4 交通量计算 (4911.5 交通参数分析 (5111.5.1 累计标准轴次计算 (5111.5.2 交通等级划分: (5111.6 路面结构方案设计 (5111.6.1 面板的设计弯拉强度和弹性模量 (5211.6.2 确定基层顶面的当量回弹模量 (5211.6.

16、3 计算荷载疲劳应力 (5311.6.4 温度疲劳应力 (53结论 (56致谢 (56参考文献 (57前言公路是指联接城市、乡村和工矿基地之间,主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路称公路。公路运输业在各国一直是社会经济发展的基础产业,是生产和消费的纽带,是商品流通、人们交往的物质基础,是国民经济发展的先行行业,历来受到各国政府的重视。我国的交通公路运输事业自建国以来,尤其是改革开放以来已取得了长足发展。近20多年,不断进步的交通事业增强了我国国民经济的发展后劲,公路建设更是取得了令人瞩目的成绩。虽然我国公路建设取得了巨大的进步,但是我国平均国土公路里长数和美国等发达国家相比依然相差巨大

17、。在我国公路建设中,公路网的结构性矛盾,公路基础设施的数量不足和质量不高的矛盾仍是中国公路建设发展的主要矛盾。要解决这一矛盾,就需要我们加大投入建设二级公路以上的道路,同时增加附属基础设施建设和提高建设质量。在公路建设中二级公路占重要地位,因此对二级公路做设计和研究是很有必要的。在本课题研究过程中主要进行二级公路平纵横面,道路排水,环境保护等设计,同时达到公路工程技术标准中对二级公路设计的标准和其他有关二级公路的技术要求。在本课题中,设计主要依据的指导思想就是以事实和研究数据,技术标准为依托,在大学四年学习的各类知识为基础,认真研究设计二级公路的各类问题。1 绪论1.1 设计背景针对本路线沿线

18、实际情况以及当地地质、水文条件情况,阐述了道路设计方面的一些内容等。本二级公路的设计首先是在低山丘陵区地区,它符合二级公路的要求,在通行能力上既满足了人们的通行,而且还缩短了距离,在客观上道路的修建能带动经济的发展,道路的顺通也使人们在通行过程中领略到周围的景色,这样在客观的情形下修建了本二级公路。1.2 设计的目的1.巩固和加深学生的基本理论和专业知识。通过道路工程毕业设计,使学生能够综合的运用道路设计的基本理论进行道路的线形设计。能够掌握道路的平面线型、纵断面、横断面的设计方法和步骤,掌握方案的比选方法能够进行土石方量的计算和调配及路面结构的设计内容、方法、步骤等,从而达到较全面、系统地巩

19、固、充实、提高所学的基础理论和专业知识。2.培养学生独力工作、解决实际问题的能力。了解设计任务和熟悉给定资料的基础上,学会查找规范、手册、技术文献等参考资料及前人的经验,结合工程实际,在教师指导下独立进行工程设计。3.训练学生的基本技能。工程计算、编制或应用相关电算程序、文字表达能力和CAD绘图等,图纸所表示内容规范、符合行业标准;设计说明书符合学院的要求;外文参考资料翻译准确。4.培养学生认真负责,实事求是和刻苦钻研的工作作风。1.3 设计的意义1.该建设项目为水泥混凝土路面,通过课题设计能够增加对水泥混凝土的认识,更全面的掌握水泥混凝土路面的构造、设计方法、施工要求以及水泥混凝土路面的养护

20、与管理等知识。2.通过对本课题设计的深入了解,从而锻炼我们综合运用所学的道路交通的基本理论方法和技能,使我所学的专业知识更加系统全面,也可以提高我解决工程实际问题和查阅文献的能力等来提高我们的综合素质,为以后的工作生活做好铺垫。3.毕业设计是对学生所学知识的全面检查,是培养学生综合应用所学的基本知识、基础理论和基本技能分析和解决工程实际问题,同时也是巩固和深化所学到的基本理论和技能。使学生受到工程技术和科学技术的基本训练及工程技术人员所必须的综合训练,并相应提高自身独立思考和解决工程实际问题的能力,同时也有助于以后在工作岗位能很快地适应工作环境,缩短理论到实践阶段的过渡时间。4.通过设计力求将

21、道路设计工程基本原理,道路的路线、路基路面有机地融为一体。对各方面知识有了全面、系统、深入了解,从而具备道路的设计、施工、管理的基本知识,初步的研究开发能力,能够正确地独立思考与工作,全面考虑问题,解决问题,具有较强的计算机绘画能力。从而培养均衡、协调、优化设计方案和提高计算能力,从而全面培养理解力、设计能力,最终实现独立工作能力和综合应用。5.通过外文翻译的训练,能够使学生提高专业外语水平,并且培养学生独立完成任务和文献检索的能力。6.通过绘图,灵活运用各种菜单利用图框控制大样图的比例,进一步熟悉绘图软件从而熟悉和掌握CAD绘图中字符高度、线宽大小、绘图比例、图层设置、颜色设置等基本绘图命令

22、和方法,争取早日向专业软件过渡。2 选线和方案比选2.1 选线2.1.1 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

23、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

24、,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。2.1.2 本次设计中选线过程本设计标段处于低山丘陵区,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,主要考虑了如何通过当地的村落以方便出行并带动当地经济发展以及避让地势较复杂的地段等。选线时,首先在路线的起、终点间,把经过的村落、经济作物田(桃园

25、、苹果园、温室等等作为大的控制点;在控制点间,又进一步选择中间控制点;在中间控制点之间,设置了三个转角点。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。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。2.1.3 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是三个村落。选线时候应尽量穿过村庄,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。同时也

26、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,满足行车舒适的要求。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(949751.040,1031145.020到达第一个交点(949565.040,1031961.040;然后右转6.393910到达第二个交点(949238.080,1032713.040;接着左转423517到达第三个交点(949159.060,1033477.020设置第三个交点;最后右转4.505426 一直到达设计终点(948921.080,1033846.020。方案二:从本设计标段起点开始(

27、949751.040,1031145.020到达第一个交点(949238.080,1032713.040;然后左转253019到达第二个交点(949159.060,1033477.020;接着右转4.505426到达设计终点(948921.080,1033846.020。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、路线迂回情况、总里程数进行对比,对比情况如表1所示。表 1 方案比选表方案 方案一方案二 比较 交点数32 方案二较方案一好 各交点圆曲线半径(m 900、550、350 800、500 方案一较方案二指标高 经济作物田占用情况不占用经济作物田地占少量经济作物田地

28、方案一较方案二好续表 2 方案比选表方案方案一方案二比较路线转角转角小转角大方案一较方案二好方案方案一方案二比较总里程数2858m 2856m 相差不大分析上表,考虑到二级公路以服务当地为重点因素,路线尽量少占农田,尽量通过村落的原则。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。如图1所示。 图1路线示意图3 平面设计3.1 平面线形设计原则3.1.1 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

29、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。3.1.2 本次平面线形设计过程本设计标段处于低山丘陵区,尽量避免了采用长直线,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。从而为纵断面设计打下良好的基础。本次设计中三个交点的圆曲线半径依次是9

30、00、550、350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。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二级公路对于平面线形指标的要求。3.2 各项设计参数确定3.2.1 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

31、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。3.2.2 圆曲线1.圆曲线的最小半径我国公路路线设

32、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。具体规定值如表2所示表3各级公路圆曲线最小半径表设计速度(Km/h12010080 60 极限最小半径(m650 400 250 125 一般最小半径(m1000 700 400 200不设超高最小半径(m路拱2%5500 4000 2500 1500 路拱2%7500 5250 3350 19002.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

33、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60km/h,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125米,一般最小半径为200米。3.2.3 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

34、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给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度如表3所示。表4各级公路缓和曲线最小长度表设计速度(Km/h120 100 80 60缓和曲线最小长度(m100 85 70 60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60米,一般值为80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R3,便可得到视觉上协调而又舒顺的线形。当R/AR在100m左右时,通常取A=R;如果R,但只要横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时,超高渐变率P 1/330,仍取s c L L =。否则,有两种处理方法:a 在缓和曲线部分范围内超高根据不设超高圆曲线半径计算出超高缓和段长度,然后取两者中的较大值,作为