道路设计计算书

1绪论

1.1公路工程所涉及的问题在国内的研究现状

1.1.1我国公路发展现状

欧美发达国家目前是在已建成的路网上进行综合性的、具有战略意义的建设。而我

国的路网正处于建设期，如果我们能够及早地开展覆盖这些领域的一项综合性技术的研

究，吸收国外的经验和教训，结合中国国情发展的思想同我国公路网的规划、设计、建

设和技术改造结合起来，将使我们少走弯路，提高我国交通运输的整体水平，实现从粗

放型到集约型的转变，进而促进全社会经济的发展；使公路交通系统的规划、建设、管

理、运营等各方面工作在更高的层次上协调发展，使公路交通发挥出更大的效益。

公路不仅是交通运输现代化的重要标志，同时也是一个国家现代化的重要标志。审

视世界高速公路发展史，我们不难发现，以“快速、安全、经济、舒适”为特征的高速

公路如同汽车一样，从诞生的那一刻起，就深刻影响着它所服务的每一个人和触及的每

一寸土地，高速公路的发展不仅仅是经济的需要，也是人类文明和现代生活的一部分。

1.1.2本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路

1.公路线形设计

需要综合考虑地质、自然环境、地形、筑路材料、工程量等因素，选择最佳方案。

2.公路断面设计

需要根据交通量数据及预测发展确定合适的断面尺寸，满足交通量的需求。

3.路基强度指标与使用

需要根据试验资料对路基的强度与稳定性进行验算，满足规范中对于强度和稳定性

的要求，保证工程质量。

4.路基病害现象

充分了解当地自然条件，考虑自然灾害可能对路基产生的病害，及时预防，减少设

计的不足之处。

5.小桥涵洞的设计

根据实际公路地质情况设计小桥或涵洞，需要对多个设计方案进行比选最终确定平

面、断面、排水等设计。

1.2公路设计目的及任务

1.2.1道路设计要从线性和结构两大方面进行。

在结构设计上要求用最小的投资,尽可能少的外来材料及养护力量,使其在自然力

及车辆荷载的共同作用下,在使用年限内保持良好的状态,满足使用要求。

道路的线形设计涉及的学科及知识是多方面的,道路的等级和规模主要取决于线形

的儿何构造尺寸，一是道路宽度的构成,二是线形的儿何构成。道路线形的设计中要综合

考虑如下因素：

1.汽车在运动学及力学方面是否安全舒适。

2.在视觉及运动心理学方面是否良好。

3.与环境景观是否协调。

4.从地形方面看,在经济上是否妥当。

1.2.2我国公路发展的特点

目前我国整个公路发展的的特点：（1）高速公路发展迅速；（2）路网整体水平和公

路通行能力有了明显提高；（3）桥梁和隧道建设水平上了一个明显新台阶;（4）筹资力度

进一步加大；（5）公路迅速发展和服务水平的提高使公路运输在综合运输体系中所占的

比重进一步提高；（6）公路勘测设计水平和施工技术迅速提高。

2设计资料与技术指标

2.1工程概况

本拟新建南西公路（第十四标段），平原微丘区三级公路，采用40km/h,路基宽

8.5米，全长1.68095公里，从K0+000〜K1+680.95。该项目不仅是南阳市与高速公路

的连接线，而且也是南阳市城区规划的一条重要的交通干线，同时对拉大城市框架，发

展城市外围新区，完善南阳城市功能有着重要的作用。

2.2沿线自然地理特征

2.2.1地形特征

本项目主要分布在河南省南阳盆地内，以广阔的平原为主，也包括一些波状起伏的

小坡地，岩石组成多为河湖沉积岩。

2.2.2气象与气候

南阳地处亚热带向暖温带的过渡地带，属典型的大陆性季风气候，阳光充足，热量

丰富，雨量充沛，四季分明，历年平均气温14.4〜15.71℃,平均降水量701.8〜1158mm

之间。

2.3公路等级及其主要技术指标的论证和确定

2.3.1交通量计算

设计路线位于河南地区，为平原微丘区。根据调查的交通资料可计算出设计年限的

远景交通量，计算如表2.1：

表2.1交通组成表

交通量(辆/后轴轮

车型前轴重(KN)后轴重(KN)后轴数后轴距(cm)

日)组数

解放CA10B48619.460.851双

解放CA39035435.0070.151双

东风EQ14O24223.7069.201双

黄河JN15012449.00101.601双

黄河JN2538755.002X66.002双>300

长征XD9806737.102X72.652双122.0

日野ZM4405460.002X100.002双127.0

日野部2224850.20104.301双

大拖拉1383251.402X802双132.0

2.3.2确定道路等级

由设计任务书知，南西公路第十四标段为平原微丘区三级公路。

2.3.3主要技术指标的论证和确定

技术标准是根据一定数量的车辆，在道路上以一定的计算行车速度行驶时，对路线

和各项工程的设计要求，把这些要求列成指标，并用标准规定下来。

1.计算行车速度

河南省南西公路所经地区为平原微丘区，该路设计为三级公路，根据现行的路线设

计规范，结合地区的经济、旅游、交通的发展，以及考虑到该路线的进一步升级，故选

用行车速度:V=40km/h.

2.平曲线最小长度

《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)⑹规定三级公路最小缓和曲线长度为35m,

故平曲线最小长度：L僦=24=2X35=70m.

3.缓和曲线最小长度

采用的缓和曲线长度应该取上述计算中的最大值（一般取5的整数倍），《公路工

程技术标准》规定如2.2表：

表2.2缓和曲线最小长度

设计车速（km/h）120100806050403020

最小缓和曲线长5）10085705045352520

4.车道宽度

当设计车速为40km/h时，单车道宽度为3.5m,路基一般宽度为8.5m。

5.指标的确定

三级公路整体式断面土路肩宽度应符合如2.3表

表2.3横断面指标表

名称一般值（m）最小值（m）

土路肩宽度0.750.75

6.路基宽度

路基宽度（m）：一般值：8.50

①:各级公路路基宽度为车道宽度与路肩宽度之和，当设有中间带、加（减）速车

道、爬坡车道、紧急停车带、错车道等时，应计入这些部分的宽度。

②:确定路基宽度时，右侧硬路肩宽度、土路肩宽度等的“一般值”和“最小值”

应同项相加。

7.会车视距：80m。

8.圆曲线最小半径（m）

一般值：100极限值：60

不设超高最小半径：

当路拱W2.00%时为600m；当路拱＞2断寸为850m。

（注：直线与小于上面所列不设超高的圆曲线最小半径相衔接处应设置回旋线。回

旋线参数及其长度应根据线形设计以及对安全、视觉、景观等的要求选用较大的数值。）

9.最大纵坡:7%

越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为200〜500m时，平均纵坡不应大于

5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%,且任意连续3km路段的平均纵坡

不应大于5.5%o

10.竖曲线最小半径和最小长度如2.4表

表2.4竖曲线指标

凸形竖曲线半径一般值700

(m)极限值400

凹形竖曲线半径一般值700

(m)极限值400

竖曲线长度5)最小值35

(1)最大纵坡

三级公路V=40km/h.故最大纵坡取7%o

(2)最小纵坡

为了保证挖方路段，设置边沟的低填方路段和横向排水不畅通路段的排水，以防止

积水渗入路基而影响路基稳定性，采用不小于0.3%的纵坡。

(3)坡长限制

坡长限制主要包括两方面的内容：

①最小坡长限制主要从汽车行驶平稳性、路容美观、纵面视距等方面考虑，计算行

车速度V=40Km/h时，最小坡长为120m。

②最大坡长如2.5表

表2.5最大坡长

纵坡坡度(％)4567

最大坡长(m)1100900700500

当纵坡的设计达到限制坡长时，应设置一段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度一

般缓和段的坡度应不大于3%,坡长度应满足最小坡长度的规定。

3路线设计

3.1方案的路线比选

道路做为一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所

组成的线性构造物。选线是在道路规划起终点之间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。但影响选线的因素有很多，这些因素有的互相

矛盾，有的又相互制约，各因素在不同的场合重要程度也不相同，不可能一次就找出

理想方案来，所以最有效的方法就是进行反复比选来确定最佳路线。路线方案是路线设

计是最根本的问题。方案是否合理，不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率。

更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有作用，即是否满足国家的政治、经济、

国防的要求和长远利益。选线工作包括从路线方案选择、路线布局到具体定出线为的全

过程。根据路线需要经过1：2000比例的地形图来确定路线方案。综合考虑精心比较，

提出安全、经济、合理的路线方案。

3.1.1公路线路走向的基本原则

根据设计要求、公路现状,确定公路线路走向的基本原则是：

1.南阳地区公路作为旅游资源开发的主干线,其走向既要符合旅游开发发展总体规

划,又要与沿乡镇规划紧密结合,合理衔接。

2.避让村镇、干渠及高压干线等,尽可能减少拆迁民房等建筑物。

3.新建线路选择应尽可能避免和减少破坏现有水利灌溉系统。

4.坚持技术标准,尽可能缩短行车里程。

5.宜曲则曲，宜直则直。

3.1.2本路线设计的特点

该路段的设计车速较大，所以平面设计时尽量争取较高的线形指标，视觉效果上尽

量满足同向曲线最小值线段长6v,反向曲线最小值线段长2v。在无法满足这一要求处

将两曲线进行S型相接。

3.1.3合理考虑路线影响因素

1.本设计是修筑一条三级公路，故路线要避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点,

做到“靠村不进村，利民不扰民”，及服务方便运输又保证安全。

2.路线要尽量避开重要的电力、电讯设施。

3.处理好路线与桥位的关系，通常桥涵的位置要服从路线的走向。

4.注意土壤水文条件。

5.正确处理新、旧路的关系。

6.尽量靠近建筑材料产地。

3.1.4本路线设计中值得注意的问题

1.在争取较高线形指标的时候，一定程度上延长了路线的长度，增加了工程造价。

2.在平原微丘区，综合考虑了地下水、地表积水的影响，拉坡时，一般保证填土高

度在1m以上，以保证路基稳定，但一些地方考虑到工程量不太大以及填挖均衡，出现

一些矮路堤。

在绝大部分路段，由于没有农田也没有陡峻山岭的影响，本路线大部分采用了利用

原有小径的方法，利用原路已有的挖方来降低工程量。同时保证平面线形指标。但由于

资料不全，实际读取地面线高程时，仍假设为未挖方过的地面，实际工程量应比计算的

工程量小。由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。

纵断面设计的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，研究并拟定起伏空间线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。

3.1.5路线方案的比选

根据以上原则，拟定出两条路线走向方案，并对两条路线方案进行利弊分析，比较

分析结果，推荐最优方案。现将影响路线方案优劣的主要经济技术指标列表如下所示，

以进行路线方案的比选。

1.方案一

(1)JD1：对平曲线：转角”51°,取半径R=250m

①确定缓和曲线长度人

平原微丘区公路设计速度片40AMz，则：

4=0.036V5/R=0.036X403/260=8.862m

4=3V/3.6=3X40/3.6=33.3m

4=R/9〜R=260/9〜260=28.89—260m

取整数，采用缓和曲线长度为90m,(《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)⑹

规定：丫=40K〃?/〃时最小缓和曲线长为35m)0

②缓和曲线的内移值

z?d

.....1•=1.350机

24/?2688R，

③总切线长7；

L,

q——444.625/77

2240x/?2?

Th=(R+AR)tan—+q=\64,513/n

④曲线总长度

Bn=——p=10.318°

2R

R兀

L.=(a—2%)---+2Ls=312.421m

180

4=4-24=132.421m

(2)JD2：对平曲线：转角。=52°,取半径R=260m

①确定缓和曲线长度L.

平原微丘区公路设计速度V=4OK〃%2,则:

4=0.036V/盾0.036X403/255=9.035m

Ls=3V/3.6=3X40/3.6=33.3m

LS=R/9~R=255/9-255=28.3~255m

取整数，采用缓和曲线长度为80m,(《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)规定:

片40AMz时最小缓和曲线长为35m)0

②缓和曲线的内移值

4?=3------J=1.026/

24R2688R，

③总切线长7；

q=-....――5=39.968”?

2240x/?2

T.=(R+AR)tan—+o=167.279m

2

④曲线总长度L，

/=上0=8.819"

2R

L.={a-2+2Ls=315.851，”

°180

Lv=Lh-2LS=155.851机

2.方案二

(1)JD1：对平曲线：转角a=57°,取半径R=150m

①确定缓和曲线长度4

平原微丘区公路设计速度V=40Km/〃，则：

53

Ls=0.036V//?=0.036X40/260=8.862m

L=3V/3.6=3X40/3.6=33.3m

L,=R/9~R=260/9〜260=28.89~260m

取整数，采用缓和曲线长度为70m,(《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)[6]

规定：V=40K〃?/〃时最小缓和曲线长为35m)0

②缓和曲线的内移值

z?d

------=1.361m

24R2688HJ

③总切线长7；

q---------—~-=34.936m

2240x*

Th=(R+A/?)tana+q=117.118m

2

④曲线总长度以

Ls

p=—p=13.376"

a2R

L.,=(a-2^)—+2L.v=219.150w

180

Ly=%-24=79.150城

(2)JD2：对平曲线：转角。=40",取半径R=250m

①确定缓和曲线长度L,

平原微丘区公路设计速度V=40Km/h,则：

J3

Ls=0.036V/庐0.036X40/260=8.862m

Ls=3V13.6=3X40/3.6=33.3m

Ls=R/9〜R=260/9〜260=28.89—260m

取整数，采用缓和曲线长度为70m,(《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)[6]

规定：片40AMz时最小缓和曲线长为35m)。

②缓和曲线的内移值

dzi

△R=a---------^—7=0.817/71

247?2688V

③总切线长7；

q=———"〒=34.977m

2240x/?2

Th=(R+AH)tan^~+q=126.274加

④曲线总长度L，

/7,=—p=8.025°

2R

L.=(a-2B)—^2Ls=244.518小

n180

Lv=Lh-2LS=104.518加

(3)JD3：对平曲线：转角a=23",取半径R=460m

①确定缓和曲线长度4

平原微丘区公路设计速度V=40Km//?,贝小

4=0.036V5/R=0.036X403/300=7.68m

4=3V/3.6=3X40/3.6=33.3m

Ls=R/9〜R=300/9〜300=33.33〜300m

取整数，采用缓和曲线长度为80m,(《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)⑹

规定：V=40Km/h时最小缓和曲线长为35m)0

②缓和曲线的内移值

T}c

△/?=」-----J=0.580/n

24/?2688内

③总切线长，

L,.z2.

q=d-------—=39.990，〃

2240x/

Th=(R+AR)tan^*+g=133.696m

④曲线总长度以

瓦=­0=4.985”

2R

R九

L=（a—坊）——+2L=264.559m

180S

Lv=Lh-2LS=104.559w

表3.1方案比选表

指标单位方案一方案二

路线长度M1680.951696

路线延长系数1.1061.121

转角数个22

转角平均读数KM50.5°40°

最小半径及M250150

相应个数个11

线形优劣优好

线性优劣方案一优于方案二（推荐方案一）

由表中可见方案一优于方案二，因此最终选择方案一

3.2路线平面设计

3.2.1公路平曲线设计参数计算

1.设计的线形大致如3.1图所示：

2.由图计算出起点、交点、终点的坐标、间距、方位角及转角如表3.2所示

3.2.2公路平曲线要素精算

1.交点1：

量得起点坐标为E:3780.2N:3784

JD1坐标为E:3960.796N:4060

JD2坐标为E:3788.12N:4670

”-yi-276

夕2=arctan=arctan=33.198。

X3-X2-180.596

第三象限0产180+B尸180°+33.198°=213.198°

户一172.676

瓦-arctan=arctan=15.806°

X3-X2-610

第二象限0产180-B2=164.194°

转角a=02-0,=164.1940-213.1980=-49.004"（右转）

2.交点2：

终点坐标为E:4209.900N:5250

CV2-VI-421.780

py=arctan-----=arctan36.025°

，X2~XI-580

第三象限e1=180+03=180°+36.025°=216.025°

转角a=。2-0产216.025。-164.194°=51.831（左转）

3.JD1：对平曲线：转角。=右49.004。,取半径R=250m

①确定缓和曲线长度4

平原微丘区公路设计速度V=40K〃?///,则：

53

Lx=0.036V//?=0.036X40/260=8.862m

=3V/3.6=3X40/3.6=33.3m

LS=R/9〜R=260/9-260=28.89~260m

取整数，采用缓和曲线长度为90m,（《公路工程技术标准》（JTGB01■2003）[6]

规定：V=40Km/h时最小缓和曲线长为35m）0

②缓和曲线的内移值

=1.350加

24R2688P

③总切线长，

T〃

〃一$$—44QS1

2240x/?2

a

Th=(R+A/?)tan^+q=159.508m

④曲线总长度

^,,=—p=10.3180

02R

4=(a—次)笥+2Ls=303.716加

=4-2L,=123.716以

D=2Th-Lh=15.300m

⑤五个基本桩号

JD、KO+329.835

159.508

ZHK0+170.327

+)〃90

HYK0+260.327

+）（〃一2乙）123.716

YHKO+384.043

+)〃75

HZKO+474.043

303.716/2

QZKO+322.185

+)-D15.300/2

2

JD,KO+329.835

所以，由QZ桩号算出的JD桩号与原来的JDi桩号相同，说明计算无误。

4.JD2：对平曲线：转角。=左平曲31°,取半径R=260m

①确定缓和曲线长度4

平原微丘区公路设计速度V=40K〃Mz,则：

4=0.036,//?=O.O36X4O3/255=9.035m

Ls=3V/3.6=3X40/3.6=33.33m

Ls=R/9-R=255/9〜255=28.33~255m

取整数，采用缓和曲线长度为80m,(《公路工程技术标准》(JTGB01—2003)⑹

规定：V=40Km/〃时最小缓和曲线长为35m)。

②缓和曲线的内移值

A/?=------------------=1.026m

24R2688R37

③总切线长刀,

L

q=，--------—=39.968加

2240x/?2

7],=(7?+△/?)tan^+<7=166.803加

④曲线总长度L，

■=寡夕=8.819。

ZA

Rjt

乙=R(a-啊产+2Ls=315.084团

L,=乙-24=155.084加

0=27；-4=18.522加

⑤五个基本桩号

JD2K0+963.804

____泅_______166.803

ZHK0+797.001

+)Ls80

HYK0+877.001

+)-155.084

YHK1+032.085

+)Ls80

HZK1+112.085

*315.084/2

QZK0+954.543

+)-£>18.522/2

2

JD2K0+963.804

所以，由QZ桩号算出的JD2桩号为与原来的桩号相同，说明计算无误。

3.2.3公路平曲线设计要素

直线、曲线及转角表一见表3.2

表3.2直线曲线及转角表

交交点坐标曲线要素值

转角值(°)

点交点桩号切线长度曲线长校正值

NE半径(m)缓和曲线长度(m)外距(m)

号(m)度(m)(m)

1234567891011

A3784.0003780.200K0+000

49.004°

JD14060.0003960.796K0+329.83526090159.508303.71626.22515.300

JD24670.0003788.120K1+963.80425080166.803315.08430.21018.522

51.831°

B5250.0004209.900K1+680.950

曲线位置直线长度及方向测量断链

交

点第一缓和曲第一缓和曲线终第二缓和曲线起第二缓和曲直线长交点间计算方位角增减长备注

曲线中点桩号

号线起点点或圆曲线起点点或圆曲线终点线终点度(m)距(m)(0)度(m)

11213141516171819202122

A

165.487330213.198°

JD1K0+170.327K0+206.327K0+322.185K0+384.043K0+474.043

302.209634.000164.194°

JD2K0+797.001K0+877.001K0+954.543K1+032.085K1+112.085

548.721716.000216.025°

B

3.2.4平曲线内设计计算(切线支距法)

1.带缓和曲线的平曲线

缓和曲线部分

X"__.

40/?干(3.1)

Y=-^—

6Ms(3.2)

式中：

/为任意点弧长(距ZH或者HZ点)

R为圆曲线的半径

为缓和曲线的长度

圆曲线部分：

X=q+Rsin(pm(3.3)

/=A/?+/?(l-cos^„)(3.4)

(pm=am-0。(3.5)

am=(3.6)

-----圆曲线上任意点到缓和曲线终点的弧长

6----圆曲线所对应的圆心角

2.现将计算结果表示3.3表

表3.3切线支距法求平曲线内设计表

桩号6XY

ZHK0+170.32700

19.67319.6730.056

19.67339.6680.463

JD1K0+24059.6361.574

K0+26079.5143.746

HYK0+260.32789.7085.400

K0+28014.829°108.8999.667

K0+30019.415°128.01715.566

K0+32024.001°146.60322.965

QZKO+322.18524.502°148.59623.863

K0+34020.417°132.12817.005

K0+36015.831°113.11510.832

K0+38011.245°93.6666.149

YHKO+384.04389.7085.400

K0+40073.9333.007

K0+42054.0201.169

K0+44034.0410.292

K0+46014.0430.021

HZKO+474.0430.0000.000

ZHKO+797.0010.0000.000

K0+8002.9990.000

K0+82022.9990.097

K0+84042.9910.637

K0+86062.9422.003

HYKO+877,00179.8114.103

K0+8809.480°82.79143.519

K0+90013.890°102.38347.571

K0+92018.299°121.60253.116

K0+94022.709°140.34160.124

JD2

QZKO+954.54325.915°153.59866.113

K0+96024.712°148.66363.779

K0+98020.303°130.18456.122

KI+00015.893°111.16749.907

KI+02011.484°91.73345.173

HYKI+032,08579.8114.103

KI+04071.9733.001

KI+06052.0631.132

KI+08032.0830.265

Kl+10012.0850.014

HZK1+112.08500

3.3纵断面设计

3.3.1纵断面设计遵循原则

纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内

容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。

纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑

路基稳定、排水及工程量等的要求对纵坡的大小、长短及前后的纵坡情况，竖曲线半径

大小及与平面线形的组合关系等进行综合设计，从而设计出纵坡合理，线形平顺圆滑的

最优线形，以达到行车安全、快速、舒适，工程造价省，运营费用较少的目的。本公路

地处平原区，土地资源宝贵，本设计的纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相

结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按五十年一遇设计洪水位的要求和确保路基处于

干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向

竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所

选用的半径还满足行车视距要求，另外竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。

3.3.2纵坡设计的一般要求

纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》的有关规定，一般不轻易使用极限值，纵

坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡,纵断面线形应连续，平顺，均衡，并

重视平纵面线形的组合。

3.3.3纵坡设计应注意的问