土木工程道路勘测设计课程设计

1、武汉理工大学课 程 设 计题 目：某工业区道路线形设计目 录一、课程设计说明书1 道路选线11510二、参考文献151 道路选线 道路选线，就是个根据道路的使用任务、性质、公路的等级和技术标准，从规划的起、终点之间结合地形、地质、水文及其他沿线条件，综合考虑平、纵、横三方面因素，在实地或纸上选定道路中线的确切位置，然后进行有关的测量和设计工作。我们本次选线为纸上定线.1.1纸上定线 在纸上定线中，因使所设计路线尽量与等高线平行，绕开等高线密集的陡坡地区。在定线时，直线距离不能太长，一般以20V（V是设计车速）为最大长度。1.2选线原则 路线设计受到地形、水文、气候等自然因素的影响，还受到到很多

2、社会、经济等上的因素。本次为丘陵区选线，等级为三级公路，我们要注意以下几点:1) 使填、挖方平衡。路线的坡度做好控制，在0.3%7%为宜2) 多种方案，从中选择最优方案。3) 做到少占耕地，与农田基本建设相协调。4) 根据设计标准合理布局线路，路线设计要保证行车安全、舒适。5) 选择坡度较缓的地形，有利于施工。6) 对水文地质差的地方尽量绕行。在地形图要设计两个弯道，在弯道设计时，除考虑曲线要素外，还要注意弯道内侧是否有物体阻碍司机的视线，为满足视距要求，要对其横净距进行计算，具体方法在横断面设计时在详细说明。2 平面设计 路线的平面线形是由指直线、圆曲线和缓和曲线组成的平面线形，平面设计就是

3、将直线、圆曲线和缓和曲线等合理的组合起来，确定路线平面位置和各部分的几何尺寸的工作。2.1平面线形设计要求 在路线的平面设计中，我们主要考察的是汽车的行的行驶轨迹，所以轨迹在几何性质上有以下特征：1） 曲线是连续和平滑的，轨迹上任何一点不出现破折。2） 曲率的变化是连续的，轨迹上任何一点不出现两个曲率的值3） 曲率的变化率是连续的，轨迹上任何一点不出现两个曲率变化率的值。 2.2直线的设计 直线是平面曲线的要素之一，也是运用最为广泛的，能给人以短捷、直达的印象。但是在直线上高速行驶，容易使驾驶员产生疲劳，造成交通事故，因此，在运用直线时，必须慎重，不宜过长。直线的运用 在长直线上要注意下列几个

4、问题：1） 长直线上纵坡不宜过大，易导致高速度。2） 长直线与大半径结合最好。3） 长直线两测加标志物，改善单调景观。直线的长度规定 直线的长度不宜过长，也不能太短，根据公路路线设计规范（JTJ011-94）推荐行驶的最短距离为行驶速度V的6倍，最长距离一般规定为行驶速度V的20倍。 有反向曲线时，根据公路路线设计规范(JTJ011-94)规定反向曲线间最小的直线长度以不小于行驶是速度的2倍为宜。2.3圆曲线 各级公路不论转角大小均应该设平曲线，而圆曲线是平曲线中主要的组成成分。路线平面设计线形中常用的单曲线、复曲线及回头曲线等，一般都包含了圆曲线。圆曲线具有易与地形相适应、可循行好、行线形美

5、观、易于测设等优点，使用十分普遍。圆曲线的几何要素 T=Rtan/2L=R/180 E=R(sec/21)D=2TLT切线长（m）L曲线长（m）E外距（m）D校正数或称超距（m）R圆曲线半径（m）转角（）汽车在圆曲线上的行驶特性行驶在曲线上的汽车由于受到离心力的作用其稳定性手到影响，而离心力的大小有与曲线的半径有密切的关系，半径越小越不利，所以在选择平曲线上时应尽量采用较大的值，只有在地形或者其他条件受影响时才可用较小的半径。为了行车的安全与舒适，公路工程技术标准.（JTGB01-2003）规定了圆曲线半径在不同的情况下的最小值。R=V2/127(µ±i) V=行驶车速（k

6、m/h） i=超高横坡度在指定车速V下，最小Rmin决定于容许的最大横坡度max和该曲线的最大超高icmax。圆曲线的半径和长度在半径的选用中，尽量选用较大的半径，极限最小半径尽可能不用，但是半径不是越大越好，还要视所设的路线而定，根据公路路线设计规范(JTJ011-94)规定圆曲线的半径最大不宜超过10000m。在三级公路中，设计速度V=40km/h,在一般最小半径中R100m,在极限最小半径中R50m，在设计中根据地形的情况自行选择合适的半径,所以在设计的三级公路中JD1的R1取200m，JD2的R2取60m，都符合要求。2.4缓和曲线缓和曲线是道路平面设计的要素之一，它是设置在直线与圆曲

7、线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线,公路工程技术标准规定，除四级公路不要求设缓和曲线，其余的等级的公路都应该设置缓和曲线。缓和曲线的线性特征回旋线是公路路线设计中最常用的的一种缓和曲线。1) 回旋线的基本公式RLS=A2R=回旋线所连续的圆曲线半径LS=回旋线型的缓和曲线长度缓和曲线的长度及其标准缓和曲线的最小长度公式： LS(min)=0.036V3/R 在三级公路中，R1=200,V=40km/h,代入得: LS(min)=0.036*403÷200 =11.52m R2=60,V=40km/h,代入公式得 LS(min)=0.036*403&

8、#247;60 =38.4m 各级公路缓和曲线最小值设计速度(km/h)1201008060403020缓和曲线最小长度/m100857060403020所以在三级公路设计中，缓和曲线了LS都取40m满足要求。有缓和曲线的道路平曲线几何要素 道路平面曲线的几何元素公式如下： T=(R+R)tan/2 + q L=R/180 + LS=R(2)/180 + 2LS E=(R+R)/cos/2 R =90LS/R q=LS/2 L3S/240R2 R=L2S/24R L4S/2384R3 在所设计的三级公路中，R1=200m，R2=60m，求出平面曲线几何要素,就平曲线长度L为例子。 L1=R1(

9、121)/180 + 2LS 1=90LS/R1=90*40÷200=5.73 L1=200(372*5.73）÷180+80 =169.12m平曲线要素如下：JDRLSTLE1左 37。2004087169.1211.242左118。12，6040122.1163.7858.99 2.5平面曲线组合设计 平面线形应值捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。长直线的尽头不能和小半径的曲线相接，在公路弯道一般情况下，由两端曲线和一段圆曲线组成。缓和曲线的长度不能小于所设计等级公路的最小长度的规定；中间圆曲线的长度也宜大于3s的行程。 下表为各级公路平曲线的最小

10、长度设计速度 km/h1201008060403020一般指1000850700500350250200最小值200170140100705040所求的两个弯道的平曲线长度L1=169.12m、L2=163.78m都满足要求。3 纵断面设计 纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究空间的线形几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。纵断面是由两条主要的线，一是地面线，根据中线个点的高程而绘出的不规则的折线；一条是设计线，是反映道路线的起伏情况，器标高为设计标高。三级公路的标高采用路基边缘标高，在设置超高、

11、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成，直线的坡度和长度会影响行车的速度和安全，竖曲线有凹有凸，主要解决公路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题。3.1纵坡及坡长设计坡度设计 是纵坡设计经济合理，结合选线的纵坡安排意图，经过综合分析、反复比较定出纵坡。纵坡设计要满足以下要求：1） 纵坡要有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。2） 纵坡要考虑地质、水文、气候、排水等因素。3） 纵坡要考虑填挖平衡，就近填方。4） 考虑交通枢纽、农田水利等因素。最大纵坡是道路所允许的最大坡度值，是纵断面设计的重要指标。设计速度km/h1201008060403020最大纵坡%345

12、6789在设计速度为30km/h的三级公路上，最大纵坡为7%。最小纵坡纵坡小能有利于汽车的行驶，但是同时还要考虑到路面排水的功效，说以纵坡不宜太小，要满足排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，所以纵坡的设计以不小于0.3%为最小纵坡，一般要大于0.5%为宜。在特殊地形上纵坡小于0.3%是，边沟要做纵向的排水设计在超高横坡度渐变段上，为使行车外侧边缘不出现反坡，设计最小的纵坡不宜小于超高的允许渐变率。合成坡度是由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的。根据公路工程技术标准三级公路在V=40km/h时的最大合成坡度为10%，最小合成坡度不宜小于0.5%。坡长设计 三级公路在40km/h的最

13、短坡长为120米。 根据公路工程及技术标准在三级公路越岭路线的平均纵坡一般接近5.5%和5%为宜。3.2竖曲线 在汽车行驶过程中，为了缓和因车辆动力变化而引起的冲击和视距保证，必须插入竖曲线。竖曲线一般是由圆曲线和二次抛物线两种。竖曲线的最小半径和长度在纵断面设计中，有三个因素决定最小半径。1） 缓和冲击 汽车在行驶过程中，产生了加速度，从而产生了离心力，让乘客感觉不舒服。 R=V2/13a 加速度a一般在0.50.7m/s2.2）时间行程不过短在竖曲线上行驶，行驶路程太短，会让乘客感觉不舒服，所以最短距离要满足。Lmin=V/1.2，设计速度为40km/h的最小长度为35m.2） 满足视距要

14、求 汽车在凸曲线上行驶，半径太小，会阻挡司机视线。在凸曲线上设计车速为40km/h最小半径为700m。3.3竖曲线设计在纵断面的变坡点上，由于坡度的改变形成了坡度角=i2i1当为“+”时表示凹曲线，当为“”时为凸曲线。在总多面设计中，有3个变坡点，所以有4个坡度，i1=0.56% i2=5.9%i3=3.4% i4=5%所以经过计算1=i2i1=6.46% 2=i3i2=9.3% 3=i4i3=8.3%所以第一个为凹曲线，第二个为凸曲线，第三个为凹曲线，分别选择半径R1=2000m,R2=800m,R3=1000m,都满足竖曲线半径的要求。三个变坡点的桩号分别为K0+710 、K1+40 、K

15、1+360.三个变坡点的高程：H1=281，H2=300.5，H3=291在进行竖曲线要素计算竖曲线长度： L=R竖曲线切线长： T= L/2=R/2竖曲线上任一点竖距; h=x2/2R x为计算点桩号与竖曲线起终点桩号差 竖曲线外距：E=T2/2R竖曲线起终点桩号=变坡点桩号 T竖曲线起点高程H起=H0 ± Ti竖曲线终点桩号=变坡点桩号 + T竖曲线终点高程H终=H0 ± Ti以上两式中的凸竖曲线用“”，凹竖曲线用“+”。以半径R1=2000m为例计算L1=R1=2000*0.0646=129.2 T=L/2=129.2÷2=64.6E=T2/2R=64.62

16、÷4000=1.04 算的竖曲线要素如下：变坡点变坡点桩号凹凸性RTE变坡点高程1K0+710凹200064.61.042812K1+40凸80037.20.86300.53K1+360凹1000420.88290竖曲线上的任何一点的竖距h，竖曲线上的一点里程桩号K0+690该竖曲线的起点桩号为K0+710T=K0+645.4x=690645.4=44.6m h=x2/2R=44.62÷4000=0.497m竖曲线起点高程=281+64.6*0.0056=281.36（m）竖曲线的终点桩号=(K0+710) + T=K0+774.6竖曲线终点高程=281+64.6*0.05

17、9=284.81（m）在桩号为K0+760处：横距x=44.6m切线高程=281+(64.644.6)*0.0036=.281.07m设计高程=281.07+0.497=581.57m 桩号K0+760横距x=774.6760=14.6mh=x2/2R=0.05m切线高程=281+（64.614.6)*0.059=283.95m设计高程=283.95+0.05=284m求的在竖曲线上的桩号的切线标高、设计标高如下:里程桩号K0+670K0+690K0+710K0+740K0+760K1+40K1+60K1+340K1+360K1+390切线高程281.21281.07281282.77283.

18、95300.5299.82291290291.5设计高程281.4281.57282.04283.10284299.64299.60290.90290.90291.603.4 道路的平、纵线形组合设计平、纵组合的设计原则 1）平曲线与竖曲线应该相互重合，且平曲线要长于竖曲线，就是所说的“平包纵”。 2）平曲线与竖曲线大小应保持平衡。 3）暗弯与凸形曲线结合，明弯和凹形曲线组合才合理。 4）要避免使凸曲线的顶部或者凹曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。 5）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。3.5纵断面设计要点和方法 纵断面设计要点要求从断面均匀平顺、起伏缓和、坡长和竖曲线长短适当、平面组合设计协

19、调以及填挖经济、平衡。考虑到排水的因素，所以为了路面和边沟的排水，最下纵坡不应低于0.3%0.5%.在关于纵坡的长度上，纵坡的长度不宜过短，以不小于设计速度9s的行程为宜。竖曲线的半径选用较大的为宜，在受限制时可用最小值。纵坡设计应注意的问题在纵坡的设计小于0.3%时，对道路的排水不利，所以在道路的两侧可以设置锯齿形的沟进行排水。4 横断面设计 道路的横断面是指中线上各个点的法相切面，是由横断面设计和地面线组成。4.1横断面的组成1）路幅是指公路路基顶面的两路肩外侧之间的部分。三级公路在设计速度为40km/h时的路基宽度为8.5m。2）路拱是为了有利于路面的横向排水，将路得中央做成相亮泽倾斜的

20、拱形。路拱对排水有利但是路拱对于行车不利，在设计时不能太大。在水泥混凝土路面、沥青混凝土路面一般取1.02.0%，为了有利排水，在这里去路拱ig=2.0%。路肩是为了保护车道的主要稳定，供车辆紧急停止，在道路的两侧。在三级公路设计中只有土路肩，宽度为0.75m。在路肩上也有为了有利于排水而设置的路肩横坡度，在这里选用3%.4.2行车道宽度 行车道宽度是根据车辆宽度、设计交通量、交通组成和汽车行驶速度分别来确定。参考数据：在设计速度为40km/m的时候，车道宽度取3.5m.4.3曲线的超高、加宽于视距保证4.3.1曲线超高为了抵消在曲线段上的离心力，将路面设计成为外侧高内侧低的单向横坡度，就是超

21、高。在这里我们根据超高表来确定，在设计速度为40km/h的三级公路上，超高横坡度的选择如下表：V=40km/m600390390270270200200150150120120909060超高%234567891）超高的过度一般绕内线旋转由于内侧的不降低，有利于纵向排水，所以在新建的公路中一般都以绕内线旋转的方法。2） 横断面的超高值得计算利用绕边线旋转超高值计算公式：超高位置计算公式注圆曲线上外缘1计算结果均为与设计高之高差2.临界断面距缓和段起点3.X距离处的加宽值：中线内缘过度段上外缘或（）中线内缘 参考数据：a=0.75 b=3.5 ic1=5% ic2=8% ig=2% ij=3%

22、LC=40 路基加宽值随半径的变化而变化 在JD1 R=200时，BJ1=1.0在JD2 R=60时， BJ2=2.5 对超高进行计算：1） 圆曲线的超高，以桩号K0+240为例外缘hc=0.75*0.03 + (0.75+7)*0.05=0.41中线hc=0.75*0.03 + 3.5*0.05=0.2内缘hc=0.75*0.03 (0.75+0.6)*0.05=0.0452） 缓和曲线上的超高，以桩号K0+200为例X0=0.02÷0.05*40=24 X=200 180=20所以xx0 BJX=x·Bj/LC=0.5外缘=20*0.41÷40=0.205中线

23、=0.75*0.03 + 3.5*0.05=0.0925内缘=0.75*0.03（0.5+0.75）*0.02=-0.0025对在平曲线上的各个桩号的超高值计算如下表：JD1内缘中线外缘K0+180(ZH)00.09250+200-0.00250.09250.205+220(HY)-0.0650.20.41+240-0.0650.20.41+260-0.0650.20.41+280-0.065 0.20.41+300-0.0650.20.41+309.12(YH)-0.0650.20.41+320-0.0220.150.3+340-0.00350.09250.094+349.12(HZ)00.

24、09250JD2K1+133.92(ZH)00.09250+150-0.0340.1350.26+170-0.190.30.063+173.92(HY)-0.240.30.64+190-0.240.30.64+210-0.240.30.64+230-0.240.30.64+250-0.240.30.64+257.7(YH)-0.240.30.64+270-0.1150.445+290-0.0020.09250.12+297.7(HZ)00.092504.3.2曲线加宽为了适应汽车在平曲线上行驶时候的后轮轨迹偏向曲线内测的需要，在平曲线的内侧增加路面、路基的宽度。但是对于R>250m的圆曲

25、线不用设计加宽。在圆曲线上为全加宽。参考数据：在JD1 R=200时，BJ1=1 在JD2 R=60时， BJ2=2.5加宽值公式： bx=LXb/L以圆曲线上的桩号K0+200为例,在JD1上，所以BJ1=1。LX=200-180=20 L=40Bx=20*1÷40=0.5在K0+200桩号处的加宽为0.75m圆曲线上加宽值桩号加宽值/mK0+180(ZH)0K0+2000.5K0+220(HY)1+2401+2601+2801+3001K0+309.12(YH)1.+3200.728+3400.228K0+349.12(HZ)0.05K1+133.92(ZH)0+1501+170

26、2.23K1+173.92(HY)2.5+1902.5+2102.5+2302.5+2502.5K1+257.7(YH)2.5+2701.73+2900.48K1+297.7(HZ)04.4视距保证在弯道部分，可能有建筑物挡住司机的视线，所以在设计路线时候要考虑到在弯道内侧的建筑物和障碍是否遮挡了视线，即考虑横净距h。参考数据：S=80m L=163.78m R=60 B=8.5参考公式：h=RS(1cos/2) =180S/RS RS=RB/2+1.5 过程：RS=604.25+1.5=57.25=180。*80÷÷57.25=80°0350 h=57.25*(1cos40°0155)=13.4m在设计时候用横净距对弯道进行限制。4.5路基土石方数量计算及调配在公路工程中，有挖方有填方，所以对其要进行计算和合理的调配。4.5.1横断面的计算用积距法，把需要填挖的地方划分成若干个规则图形进行计算在相加。4.5.2土石方的计算平均断面法，用相邻两个断面的填方或者是挖方的平均面积与其距离的乘积。参考公式：V=（F1+F2）L/24.5.3平均运距计算土体的平均运输距离，即