道路与桥梁工程课程设计.docx
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道路与桥梁工程课程设计
设计总说明书
一、概述
(一)、任务依据
根据某理工大学公路工程学院土木工程专业道路工程方向《道路勘测设计任务书》。
(二)、设计标准
1、根据设计任务书要求,本路段按平原微丘三级公路技术标准勘察、设计。
设计车速为40公里/小时,路基双幅两车道,宽8.50米。
2、设计执行的部颁标准、规范有:
《公路工程技术标准》JTGB01-2003
《公路路线设计规范》JTJ011-94
《公路路基设计规范》JTJ013-95
《公路沥青路面设计规范》JTJ014-97
《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002
(三)、路线起讫点
本路段起点A:
K0+80.00为所给地形图坐标(6236.11,6698.18),终点B:
K0+1468为所给地形图坐标(7092.87,7723.75),全长1.388公里。
(四)、沿线自然地理概况
该工程整个地形、地貌特征平坦,地形起伏不大,最高海拔高为267.6米,最低海拔高为205.3米,总体高差在62.3米左右。
(五)、沿线筑路材料等建设条件
二、路线
本路段按三级公路标准测设,设计车速40KM/h,测设中在满足《公路路线设计规范》及在不增加工程造价的前提下,充分考虑了平、纵、横三方面的优化组合设计,力求平面线型流畅,纵坡均衡,横断面合理,以达到视觉和心理上的舒展。
路线测设里程全长1.388公里,主要技术指标采用情况如下:
平曲线个数(个) 3
平均每公里交点个数(个) 0.48
平曲线最小半径(米/个) 200/1
直线最大长(米) 788
变坡点个数(个) 3
平均每公里变坡次数(次) 0.48
最大纵坡(%) 3.2
最短坡长(米/处) 132.5
凸型竖曲线最小半径(米/处) 1000
三、横断面设计
1、路基横断面布置:
0.75+3.75+3.75+0.75=8.5米
式中数字自左至右分别为:
左路肩、行车道、行车道、右路肩。
路面横坡设置(不含超高路段):
路肩为2%,行车道为2%。
2、加宽、超高方式
全线加宽采用比例过度,超高方式为绕内边线旋转。
路基土石方计算控制标高为土基标高,不含路面厚度。
3、路基施工注意事项:
路基施工应严格按规范进行,对能作为填方用土的挖方应尽量移挖作填,尽量减少取、弃土场地。
取、弃土场地应选择荒山、山地处,不得随意乱弃,堵塞河道,且要做好防护,绿化工作,以免造成水土流失。
土基填筑前应进行清表、清淤,耕地填前夯实工作,做好填前排水。
(二)排水
排水:
挖方路段路面雨水通过路肩进入边沟,填方路段路面雨水经坡面
散排至排水沟。
四、本次设计项目
1、确定道路技术等级和技术标准
2、纸上定线
3、平面定线设计
4、路线纵断面设计
5、路线横断面设计
第1章设计说明
1.1工程概况
该设计路线为微丘区三级公路。
设计速度为40km/h,路基为双幅双车道,宽度8.5米,车道宽度3.5米。
路线总长度为1388米(起讫桩号为K0+80.00—k0+1468.00)
1.2公路技术等级及技术标准
1.2.1公路技术等级
设计路段公路等级为三级,适用于各种车辆折算成小客车的年平均日交通流量的2000~6000辆。
1.2.2技术标准
(1)控制要素:
<1>服务水平:
三级
<2>设计车速:
40km/h
(2)平面设计技术指标:
<1>圆曲线最小半径:
一般值
最小值
不设超高最小半径
最大半径
100m
60m
600m
10000m
<2>缓和曲线最小长度:
35m
<3>平曲线间插直线长度:
同向平曲线间插直线长度应大于6V(240m)为宜,反向平曲线间插直线长度应大于2V(80m)为宜。
<4>、平曲线最小长度:
70m
(3)、纵断面设计技术指标:
<1>、最大纵坡度:
7%
<2>、最小坡长:
120m
<3>、不同纵坡度最大坡长:
纵坡坡度(%)
3
4
5
6
7
最大坡长(m)
——
1100
900
700
500
注:
当纵坡坡度小于或等于3%时,最大坡长没有限制。
凸形竖曲线半径(m)
一般值
700
极限值
450
凹形竖曲线半径(m)
一般值
700
极限值
450
竖曲线最小长度(m)
35
<4>、竖曲线最小半径和最小长度:
<5>、纵向坡度与横向坡度的合成坡度最大值:
10%
(4)、路基横断面技术指标:
<1>、行车道宽度:
2×3.5m
<2>、土路肩宽度:
2×0.75m
<3>、路基总宽度:
8.5m
<4>、视距保证:
停车视距
会车视距
超车视距
40m
80m
200m
<5>、双车道路面加宽值:
设计路段采用第3类加宽值,不同圆曲线半径下的路基全加宽值如下表:
圆曲线半径(m)
250~200
200~150
150~100
100~70
70~50
加宽值(m)
0.8
1.0
1.5
2.0
2.5
<6>、路拱及土路肩横坡度:
路拱横坡度取用2%,土路肩横坡度取用3%。
<7>、不同圆曲线半径的超高值:
圆曲线半径(m)
600~390
390~270
270~200
200~150
150~120
120~90
90~60
超高值(%)
1
2
3
4
5
6
7
注:
当圆曲线半径大于600m时,可不设超高。
第2章平面选线及定线
2.1平面选线
2.1.1平面选线的原则:
(1)、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)、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、运营费用省、效益好,并有利于施工和养护。
在工程量增加不大时,应尽可能的采用较高的技术指标。
不轻易采用极限指标,也不应为了采用较高指标而使得工程量过分增大。
(3)、选线应能满足国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求,保证路线能够加强居民区特别是经济较发达地区的之间的联系,同时也应注意同农田等基本建设相配合,尽量少占用农田,避免可多的拆迁工程。
(4)、在选线过程中,对严重不良地质路段,如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼及排水不良等特殊地区,应慎重对待,一般情况下应设法绕避,如必须穿过时,应选择合适位置,缩小穿越范围,并采取必要的工程措施。
2.1.2选线过程
(1)控制点的选定:
在地形图范围内没有村庄或是垭口,只有大片的耕地或是水稻田,所以在初步选定路线时本着尽量少的切割等高线的原则,定出路线的大致走向。
(2)加密控制点:
在前面定出的路线大致走向的基础上,本着山岭重丘区公路应尽可能的克服高差,尽量使路线按平均自然坡度顺着等高线走,以为以后的纵断面设计留有余地的原则,选定路线上、下坡转折点和越岭标高,并避开地质不良地段,加密控制点。
(3)、确定路线走向:
在前面各项工作的基础上,顺着等高线,避免初定的路线尽量少的切割等高线,把各个控制点连结起来,定出路线的走向。
考虑到路线在各控制点间的不同连结方式,初步定出甲、乙两条路线方案。
(4)、方案比选:
分别对甲、乙两条路线方案作进一步的研究,得出各个方案的主要技经济指标,如表所示。
各路线方案主要技术经济指标比较表
指标
单位
方案甲
方案乙
路线总长
m
1387.65
1353.16
通过村庄
个
0
0
回头弯
个
0
0
线形
好
中
土石方量
中
较多
总造价
较低
高
比较结果
推荐
2、2纸上定线
2.2.1定导向线
(1)、首先在1:
1000的地形图上,仔细研究路线选线阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况,选择有利地形,拟定路线走法。
(2)、地形图上的等高线间距为0.1m,选用5.0%的平均自然坡度,按式2-1算出等高线间平距:
=10/0.05=200m
使两脚规的开度等于
(按图上的比例尺为10cm),从路线起点A开始,拟定的路线走法在等高线上依次截取各点,直到最后一点的位置和标高按近路线终点B为止。
(3)、连接各点,分析该折线在利用地形和避让地物,以及工程艰巨的情况,从而选出应穿应避让的特征点为中间控制点,并重新连接各点。
2.2.1确定路线位置
(1)、在前面定出的导向线的基础上,用不同半径的模板在路线平面可能出现的转点处描出路线平面位置,并标出其半径。
(2)、用直线连接各曲线,使各直线相交,初步定出路线交点。
(3)、初步分析各交点处所采用的线型,并大致量出各交点的转角值,概算出各交点处的平曲线切线长,结合交点间距概算出平曲线间插直线长度,判断各同向、反向及复合线型能否满足规范要求。
(4)、分析所定出的路线位置的工程量并进行调整,力争定出线形好、工程量小的路线位置。
根据以上的方法,即可在地形图上定出路线的位置,确定路线平面的交点,并初步定出了各交战处所采用的圆曲线半径值和缓和曲线长度,以及各平曲线的线型组合方式。
第3章线路平面设计
3.1确定平面设计所需数据
3.1.1确定交点坐标
因为绘图采用软件绘图,交点坐标由软件自动读出,结果如下
A
JD1
JD2
JD3
B
x
6236.11
6424.54
6546.93
6566.14
7092.87
y
6698.18
6765.23
6937.59
7137.82
7723.75
3.2.1平面设计计算有关内容及计算公式
(1)、交点间距、坐标方位角及转角值的计算:
设起点坐标为
,第
个交点坐标为
,则:
(2)、曲线要素计算:
3.2.2平面设计计算过程
根据平面设计的有关内容以及相应的计算公式和要求,对初拟的半径值和缓和曲线长度值进行试算调整,使之满足各项要求,以最终确定各平曲线的圆曲线半径和缓和曲线长。
确定下来的圆曲线半径不应和初拟时的偏差过大,以免平曲线的位置偏离初拟位置过大而可能导致工程量的增加。
<1>计算坐标方位角
B
JD3
A
α2左
α1左
α3右
JD2
JD1
对于第一个方位角计算,及起点的方位角
由公式(3-2)、(3-4)、(3-5)
△x=6424.54-6236.11=188.43
△y=6765.23-6698.18=67.05
θ1=arctan(△y/△x)=19°38’24’’
同理可得其余方位角,结果列于下表
θ1
θ2
θ3
θ4
19°38’24’’
54°37’12’’
84°31’12’’
48°03’00’’
<2>计算转角
由公式(3-6)得
α1左=54°37’12’’-19°38’24’’=34°58’48’’
α2左=84°31’12’’-54°37’12’’=29°54’00’’
α3右=48°03’00’’-84°31’12’’=-36°28’12’’
<3>计算各路段长度
D1=D2=D3=200.00m
D4=787.65m
<4>平面曲线的设计
对于JD1处的曲线
取R=300m>R一般min=100m
LS=40m>35m
α1左=34°58’48’’
由公式(3-7)-(3-13)得
q1=40/2-403/(240*3002)=20.00m
p1=402/(24*300)-404/(2384*3002)=0.22m
β1=28.6479*40/300=3°49′11″<α1左/2
T1=(300+0.22)tg(34°58’48’’/2)+20.00=114.60
L=(34°58’48’’-2*3°49′11″)*3.14/180*300+2*40=223.08>70m
L1=(300+0.22)sec(34°58’48’’/2)-300=14.48m
J1=2*T1-L=2*114.60-223.08=6.12m
则圆曲线长度L1=L-2*LS=223.08-80=143.08>35m
满足要求,初步可以按此方案设定曲线。
同理,接下来的JD2、JD3处的曲线元素可以如下设置(考虑反向曲线间直线的长度要大于80m,同向的要大于240m)
R2=300mLS2=40m
q2=20.00mp2=0.22m
β2=3°49′11″T2=100.16m
L=196.49mL1=10.79m
J2=3.83m
R3=300mLS3=40m
q3=20.00mp3=0.22m
β3=3°49′11″T3=78.91
L=309.95mL1=16.02
J3=-152.13
<5>曲线各要素的桩号计算
起点桩号:
K0+80.00
对于JD1处的曲线:
JD1:
K0+000.00+200.00=280.00
ZH1=JD1-T1=K0+165.40
HY1=ZH1+LS1=K0+205.40
QZ1=ZH1+L/2=K0+276.94
HZ1=ZH1+L=K0+388.48
YH1=HZ1-LS1=K0+348.48
校核:
JD1+T1=K0+280.00+114.6=K0+394.60
HZ1+J1=K0+388.48+6.12=K0+394.60
两者相等,故以上桩号即为所求。
同理,计算其它曲线处桩号可得以下数据:
JD2=HZ1+S=K0+388.48+200-114.6=K0+473.88
ZH2=K0+373.72HY2=K0+413.72
QZ2=K0+471.97HZ2=K0+570.21
YH2=KO+530.21
校核:
JD2+T2=K0+473.88+100.16=K0+574.04
HZ2+J2=K0+570.21+3.83=K0+574.04
JD3=K0+670.05
ZH3=K0+591.14HY3=K0+631.14
QZ3=K0+746.12HZ3=K0+901.09
YH3=K0+861.09
校核:
JD3+T3=K0+670.05+78.91=K0+748.96
HZ3+J3=K0+901.09-152.13=K0+748.96
<6>其它桩号的设置
方法:
直线段100m、曲线段20m设一个桩号,除曲线主点桩号是非整数外,其它桩号一般均为50或20的整数倍的整桩号。
3.3.1平面设计成果编制相关表格
交点号
交点坐标
交点
桩号
曲线要素
转角值
(°′″)
半径
第一缓和曲线参数A1
第一缓和曲线长度L1
第二缓和曲线参数A1
第二缓和曲线长度L1
第三缓和曲线参数A1
第三缓和曲线长度L1
X
Y
A
6236.11
6698.18
K0+80.00
JD1
6424.54
6765.23
K0+280.00
34°58′48″(左)
145.80
114.60
40
114.60
40
114.60
40
JD2
6546.93
6937.59
K0+473.88
29°54′00″(左)
143.89
100.16
40
100.16
40
100.16
40
JD3
6566.14
7137.82
K0+670.05
-36°28′12″(右)
134.40
78.91
40
78.91
40
78.91
40
B
7092.87
7723.75
K0+1468.00
根据程序计算所得结果绘制直线、曲线及转角表,见上表《直线、曲线及转角表》。
3.3.2绘制平面图
第4章路基纵断面设计
4.1准备工作
在线路平面图上依次截取各中桩桩号点,并推算对应的地面标高。
然后在CAD图上按横向1:
2000,纵向1:
200的比例尺绘制地面线,并打上方格网。
按相应比例以及里程画出平曲线示意图。
4.2纵断面拉坡
(1)、标注控制点:
确定路线起、终点以及越岭垭口,地质不良地段的最小
填土高度,最大挖深等线路必须经过的标高控制点。
(2)、试坡:
在已标出的“控制点”纵断面图上,根据各技术指标和选线意图,结合地面线的起伏变化,以控制点为依据,在其间穿插取值,同时综合考虑纵断面设计中的平纵组合问题,即当竖曲线和平曲线重合时,应设法使竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内,其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上,也不要放在圆弧段之内。
由此试定出若干坡线。
(3)、调整并核对:
对试坡时所定出的各种坡线进行比较,排除不符工程技术标准的坡线,在剩下的坡线中选取填挖方量最小又比较平衡的坡线。
在选取的坡线上选择有控制意义的重点横断面,从纵断面图上读出其对应桩号的填挖高度,检查该点的横断面填挖是否满足各项工程指标。
如果不满足,则应对所选坡线进行调整。
(4)、定坡:
经上述方法调整无误后,直接在CAD图上把各段直线坡的坡度值、坡长、变坡点的桩号、标高确定下来。
i1=1.88%i2=-0.29%i3=3.2%i4=-0.23%
4.3竖曲线计算
4.3.1确定竖曲线计算所需数据
根据平纵组合原则以及纵断面设计有各项工程技术标准,按公式
确定各变坡点处所取用的竖曲线半径,以及定坡时在CAD上算出的各直线段坡度和桩号、坡长。
坡长分别为:
L1=232.5mL2=237.5mL3=200mL4=132.5m
变坡点桩号:
K0+471.97K0+1000.05K0+1240.05
变坡点高程:
209.7209.0214.0
4.4竖曲线计算
4.3.2确定竖曲线计算所需数据
根据前面确定的竖曲线半径及坡度值,计算各变坡点处的竖曲线要素如下:
(1)、变坡点1:
(R=1000m)
ω=0.0188+0.0029=0.19(凸形)
L=Rω=0.19*1000=190m
T=L/2=190/2=95m
E=T*T/(2*R)=95*95/(2*1000)=4.51m
(2)、变坡点2:
(R=6000m)
ω=-0.0029-0.032=-0.035(凹形)
L=Rω=0.035*6000=215m
T=L/2=215/2=107.5m
E=T*T/(2*R)=107.5*107.5/(2*6000)=0.96m
(3)、变坡点3:
(R=1000m)
ω=0.032+0.23=0.26(凸形)
L=Rω=0.26*1000=260m
T=L/2=260/2=130m
E=T*T/(2*R)=130*130/(2*1000)=8.45m
4.3.3纵断面设计成果表
由前面的计算即可确定出各直线段坡线上所对应的中桩标高,再由公式
算出竖曲线内各点的竖距,凸形竖曲线的曲线上中桩标高即为对应直线坡线标高减去竖距
,凹形竖曲线的曲线上中桩标高即为对应直线坡线标高加上竖距
。
由此即可确定纵断面线上各中桩的标高,也就可以算出各中桩的填、挖高度。
注意,在计算各桩号的设计高程时,要注意竖曲线变坡点设在平曲线上的的情况,此时要综合考虑工程数量和平纵配合,设计坡度线标记坡度、坡长和变坡点高程。
下面以第一个竖曲线为例,计算该竖曲线内及附近桩号的设计高程。
如图所示,变坡点桩号是K0+471.97,高程是209.7m,两侧的坡度分别为1.88%和-0.29%。
ω=0.0188+0.0029=0.19(凸形)
L=Rω=0.19*1000=190m
T=L/2=190/2=95m
E=T*T/(2*R)=95*95/(2*1000)=4.51m
由此可以计算出竖曲线的起点、终点桩号及高程:
起点:
桩号:
K0+471.97-95=K0+376.97
高程:
209.7-95*0.0188=207.91
终点:
桩号:
K0+471.97+95=K0+566.97
高程:
209.7-95*0.0029=209.42
对应的平曲线上:
HZ1=ZH1+L=K0+388.48
YH1=HZ1-LS1=K0+348.48
HZ2=K0+570.21
YH2=KO+530.21
易见竖曲线的起终点均在平曲线的缓和曲线上,满足要求。
下面计算设计高程:
在竖曲线内的桩号有:
K0+388.48,K0+413.72,K0+473.88
列表计算
桩号
K0+388.48
K0+413.72
K0+473.88
L
11.51
36.75
93.09
Y
0.06
0.68
4.33
切线高程
208.0
209.0
209.9
设计高程
207.94
208.32
205.57
说明:
①L:
桩号到起终点的距离,起终点由变坡点而定
②Y:
L2/2*R
③竖曲线以外的桩号设计高程的确定按上面一般方法计算而定
④本次设计中,其它桩号的设计高程计算结果,详见附表二。
附表二:
除JD1外其他桩号的设计高程
桩号
K0+901.09
K0+1170.05
K0+1270.05
L
8.54
60
100
Y
0.006
1.8
5
切线高程
209.58
211.0
213.9
设计高程
209.586
209.2
208.9
4.4绘制路基纵断面图
根据《纵断面设计成结表》绘制纵断面图。
纵断面图一般采用横向1:
2500,纵向1:
1000的比例尺绘制,由上、下两部分内容组成。
上部主要用来绘制地面线和纵坡设计线,并标注竖曲线及其要素。
下部主要用来填写线路纵坡的有关数值。
至上而下分别填写:
地质概况,设计高程,地面高程,坡度/坡长,里程桩号,平曲线,超高。
第5章路基横断面设计
5.1准备工作
5.1.1横断面设计的原则
(1)、设计时应根据公路等级、技术标准,结合地形、地质、水文、填挖等情况选用。
设计前必须做好各项勘察工作,收集横断面资料。
(2)、兼顾当地基本建设的需要,尽可能与之配合,合理设计边沟断面尺寸,并按有关规定采取必要的处理措施。
(3)、路基穿过耕种地区时,为了节约用地,如果当地石料丰富,可修建石砌边坡或直立矮墙。
(4)、沿河线的横断面设计,应注意路基不被洪水冲毁,如废方过多压缩河道而引起壅水危及农田、房舍时,一般应变更设计,将路线适当外移以减少废方,否则应将废方运走。
5.1.2确定路基横断面宽度
设计公路为三级公路,采用整体式双幅双车道的路基断面形式。
根据工程技术标准,由公路等级(三级)及设计行车速度(40km/小时),确定路基横断面车道数为双车道,行车
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