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第七章平面交叉设计38
7.1交叉类型38
7.2交叉平面设计38
7.3交叉立面设计39
结束语40
参考文献41
前言
毕业设计是学生学习过程中的一个重要环节,它可以使学生把理论知识充分运用于实践之中。
不但三年来所学的理论知识,可通过此次设计可以更好地掌握,而且可以系统的应用书本上所学的专业知识,充分发挥自身分析解决问题、查阅资料等能力。
可以说是在毕业前的一次实践演练,这将为我们在工作岗位的应用垫下坚实基础。
本次毕业设计是在对《道路工程测量》、《道路勘测设计》、《路基工程》、《路面工程》、《桥梁工程》及其它有关专业课程的学习的的总结。
希望通过此设计,使我把所学过的知识加以系统的应用和巩固,使理论与生产实践完美结合。
同时也希望在各位老师的指导下,在此次设计中能不断提高、不断完善自我的设计能力。
设计:
柴宝明
2003年5月15日
第一章绪论
1.1、工程概况
1、概述
哈伊公路庆铁界至翠峦段是哈伊公路的重要路段。
本设计为第一段,设计段起点桩号为K208+000--终点桩号为K212+500,全长4.5km。
2、路线起讫点、中间控制点、全长、所经主要河流、城镇及工程概况。
路线起点K208+000,终点K212+500,全长4.5km。
路线按平原微丘区一级公路设计,路基宽22.5m,路面宽15m,设计车速100Km/h,采用水泥混凝土路面,设计使用年限为30年。
3、沿线自然情况
设计路段为哈伊公路庆铁界至翠峦段,地势较为平坦,部分地区纵坡起伏较大,地表植被为耕地,间有低洼湿地。
沿线为第四纪冲积和洪积层,表层土壤为粉质中液限粘土,中层为冲积形成的砂砾,圆砾,地层为白垩系的砂岩,土壤渗透性较好,地层比较稳定,虽然地面有一定起伏,但地表排水比较畅通,不会形成长期地表积水,地下水位也较低,大多数路基不受地下水影响。
沿线所出自然区划为Ⅱ2区,属寒温带大陆性季风气候,四季分明,冬季寒冷,夏季炎热,年平均气温1.5℃--2.4℃,历年极端最低气温-37℃,极端最高气温30℃,平均降雨量600毫升以上,冬季主导风向西南,年平均风速3.5m/s,最大冻身2米。
4、该公路自然区化属II2区。
全线地质条件良好,土壤为粉质中液限粘土。
工程地区地震烈度小于VI级,可不考虑地震影响。
1.2设计任务
本设计路段是哈伊公路庆铁界至翠峦段(k208+000---k212+500),全长4500米。
并依据路线外业测量原始资料完成4.5公里的路线内业详细设计。
本设计共分七个阶段:
1.路线设计:
绘制路线平面图
进行路线纵断面设计
2.路基设计:
路基横断面设计及土石方计算
路基排水设计
3.路面设计:
水泥混凝土路面设计
4.小桥涵设计:
完成一座小桥涵设计
5.路线平面交叉设计:
完成一处路线平面交叉设计
6.路线施工图预算:
完成施工图预算
7.计算机绘图:
按要求绘制指定的3张设计图
1.3主要设计指标
1.公路等级:
一级公路
2.计算行车速度:
100km/h
3.采用水泥混凝土路面,设计年限30年。
4.道路的使用性质和交通量:
本公路的设计出使年限为2000年,经调查统计设计出使年的年平均昼夜交通量为1500辆/昼夜,相当于标准轴载(BZZ-100)180轴次/昼夜,交通量年平均增长率为8%。
1.路线设计起始点及设计高程
起点桩号:
k208+000设计高程:
170.40
终点桩号:
k212+000设计高程:
210.40
起点坐标:
N-70000
E-70000
计算方位角:
30゜
1.4主要技术标准
二级公路设计标准由«
规范»
查得,现列表如下:
路面宽度(m)
路肩宽度(m)
最小半径(m)
极限最小半径(m)
缓和曲线最小长度(m)
9
1.5
400
250
70
续上表:
最大超高值(%)
最大纵坡(%)
最小纵坡(%)
竖曲线最小半径(m)
行车视距
凸
凹
6
5
0.3
4500
3000
110
1.5主要技术经济指标:
本设计路线总里程4.5公里,全线设置3条平曲线,路基宽22.5米,路肩宽1.5米,路拱横坡度为1.5%,土路肩坡度为3%。
第二章平面设计
2.1设计原则
2.1.1在路线设计过程中应妥善考虑到远期与近期,整体与局部的关系。
结合地形、地址、水文、建筑材料等自然条件,同时对平、纵、横三方面进行终合考虑,协调一致,使平面线形与纵面线形的组合满足汽车动力性能的要求并充分考虑、驾驶员在视觉、心理方面的要求,保持线形在视觉上的联系和心里的协调,同时注意与公路周围环境的配合,并根据公路的使用任务、性质合理利用地形。
选择线形在保证平、纵、横设计“合理又合法”的原则下作到平面顺适、纵坡均衡、横面合理,逐步实行标准化。
2.1.2改建公路应遵循利用与改造相结合的原则。
按二级公路的技术指标,合理,充分地利用原有工程。
对利用现有公路的局部路段,若条件受限制时,个别技术指标经过终合分析和技术经济论证后,可做合理变动,对该线路段,则应按新建公路标准执行。
2.2设计总要求
2.2.1设计要点
(1)路线起点除必须符合公路网规划要求外,对起终点前后一定长度范围内必须作出按路线方按和近期实施的具体设计。
(2)视觉良好,路线平、纵、横各组成部分空间充裕。
(3)诱导视线各种设施所构成的视觉系统,应使驾驶者在是视觉上能预知公路前进方向和路况变化,并能急时采取安全措施。
线形流畅,景观协调,行车安全,舒适,使驾驶员在视觉上能预知公路前方和路况的变化。
2.2.2平面路线布设的原则和具体方法
公路平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线组成。
直线应根据路线所处的地形、地物、地貌并综合考虑驾驶者的视觉、心理状态等合理布设。
但是直线的最大长度应有所限制,应结合具体情况采取相应的的技术措施。
不论转角大小均应设置圆曲线,当不得已而设置小于7度的转角时则必须设置足够长的曲线,当圆曲线半径小于不设超高最小半径时,应设超高,并且用超高缓和段连接。
缓和曲线长度还应大于超高过渡段的长度。
超高的横坡度按公路等级、计算行车速度,圆曲线半径,路面类型,自然条件和车辆组成等情况确定。
一般公路圆曲线应综合考虑设计原则,结合充分利用旧路,本段共设3个圆曲线。
平曲线设置表
序号
交点桩号
转角值
半径
缓和曲线长度
K201+442.75
4.1757
4000
10
K202+872.15
-7.2817
1500
80
11
K204+117.43
9.4328
1200
2.3平曲线设计
对于实地定线来说,平曲线设计的主要工作是曲线要素的计算
2.3.1平曲线要素的计算范例:
1.平曲线要素的计算公式:
p=Ls²
/24R
q=Ls/2-Ls³
/240×
R²
β=28.6479Ls/R
T=(R+△R)×
tg(α/2)+q
L=πR(α-2β)/180+2Ls
E=(R+△R)×
sec(α/2)-R
J=2T-L
2.计算示例(以JD10为例):
1)要素计算
/24R=80²
/(24×
1500)=0.178
/(240×
)=40
β=28.6479Ls/R=1.91
T=(R+p)×
tg(α/2)+q=137.95
L=πR(α-2β)/180+2Ls=275.60
E=(R+p)×
sec(α/2)-R=3.37
J=2T-L=0.30
2)计算曲线五个主点里程桩号:
JDK202+872.15
-)T137.95
ZHK202+734.20
+)LS80
HYK202+814.20
+)(L-2LS)115.60
HZK203+009.80
-)LS80
YHK202+929.80
-)(L-LS)195.60
QZK202+872.00
+)J/20.15
根据此计算过程,将计算结果填入“直线、曲线及转角一览表”并作为绘制平面图的依据。
2.3.2平曲线要素计算结果列表
R
LS
T
L
E
150.14
300.14
2.82
137.95
275.60
3.37
142.10
283.67
4.56
续上表
ZH
HY
QZ
YH
201292.61
201442.68
201592.75
202734.20
202814.20
202872.00
202929.79
203009.79
203975.33
204055.33
204117.17
204179.00
204259.00
2.4平面图绘制:
2.4.1确定路中线
平曲线各要素计算完成以后,就可以绘制平面图。
本设计平面图绘制按1:
2000的比例绘制。
首先根据指北针的方向确定公路起始方位角,各曲线偏角值可由计算得出,计算各交点偏角正切值(为了减小误差最小长度为10cm)绘出前导线,然后根据曲线的偏角(左偏或右偏)方向,垂直于前导线量取两点的间距定出下一交点的位置。
从而确定下一段直线的走向。
2.4.2等高线的勾绘
等高线的绘制应根据中桩地面高程和横断面的外业测量数据,并且采用内差法勾绘,等高线反应的路线两侧100米的地势,等高距1米。
2.5超高设计:
根据现行《标准》规定,平曲线半径等于或小于250M时,公路曲线的部分的路面根据圆曲线的半径,交通组成等情况设置响应的加宽。
由于本设计路段的曲线半径大于250M,所以不设置加宽。
因为圆曲线半径小于不设超高最小半径(2500),应设置超高。
根据本设计路段属二级公路,并属于积雪寒冷地区,所以JD10,JD11处的曲线应设置超高。
由规范可查得,其超高横坡度分别为2%,3%。
由于二级公路不设超高最小半径为2500米,因此本设计路段内的两个个曲线需设置超高。
设计超高方式采用绕路中线旋转。
计算步骤如下:
设计原始资料:
(取交点10为例)bj=1.5m,B=12.0,iG=1.5%,ij=3%,ih=2%
(1)确定超过缓和段的长度Lc:
本设计路段的超高缓和段长度取平曲线的缓和段长度(即Lc=Ls)。
(2)计算超高值
与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离
X0=2iG*Lc/(iG+ih)
圆曲线段的超高值
h外=bj(ij-iG)+(bj+B/2)(iG+ih)
h中=bj*ij+iG*B/2
h内=bj*ij+iG*B/2-(bj+B/2)ih
超过缓和段起点超高值:
h外=bj(ij-iG)+(bj+B/2)(iG+ih)Lx/Lc
h中=bj*ij+iG*B/2
Lx>
X0时:
h内=bj*ij+iG*B/2-(bj+B/2)ih
Lx≤X0时:
h内=bj*ij-Bj*iG
曲线的超高值如下表:
JD
R(m)
Ls(m)
Ib(%)
Lc(m)
L1(m)
L0(m)
2
42.73
10.51
3
37.65
15.62
第三章路线纵断面设计
3.1纵断面设计的原则及方法
3.1.1二级公路纵断面设计的总原则
纵断面的设计标准规定如下:
1.二级公路的最大坡度为5%,长路堑以及横向排水不畅的路段采用不小于0.3%的纵坡,当采用平坡(0%)或小于0.5%的纵坡时路基边沟应作纵向排水设计。
2.二级公路最小坡长为200M
3.坡长限制:
纵坡坡度≥4%,最大坡长不小于1000M。
4.满足视觉需要罪行竖曲线半径:
凸形竖曲线为3000M,凹形竖曲线为2000M。
5.竖曲线半径一般最小值4500,凹形竖曲线半径一般最小值3000M。
6.竖曲线最小长度为70M。
7.最大合成坡度9.0%,最小合成坡度为0.5%,平均纵坡不宜大于5.5%。
3.1.2纵断面的设计原则
1.纵面线形与地形相结合,视觉成视觉连续,平顺而圆滑的线形,避免在短距离内出现频繁起伏。
2.应避免出现能看见近处很远处而看不见凹处的线形。
3.在积雪或冰冻地区,应避免采用陡坡。
4.原微丘地形的纵坡应均匀平缓,丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形饿起伏过大。
5.计算行车速度≥60KM/h公路必须注重平纵合理组合,不仅应满足汽车运动学和力学要求,而且应充分考虑驾驶员在视觉和心理方面的要求。
6.平纵配合的视觉应在视觉是能自然地诱导驾驶员的视线,保持视觉的连续性。
7.平纵面线形的技术指标应大小均衡,使线形在视觉心理上保持协调。
8.平曲线与竖曲线应相互重合,且平曲线略大于竖曲线。
9.平纵面线形组合视觉应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。
10.在直线段内不能插入短的竖曲线。
3.1.3平、纵线形设计应避免的组合:
1.直线段内不能插入短的竖曲线。
2.小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。
3.避免在长直线上设置陡坡及曲线长度短,半径小的凹形竖曲线。
3.1.4纵坡设计的一般要求:
1.满足“标准”中有关纵坡的规定要求。
2纵坡应尽量平缓,起伏不宜过大和频繁,并应尽量避免标准中的极限值,对一般公路,应注意考虑运输,农业机械等方面的要求。
3.应综合考虑沿线的地形,地质,气候等情况,并根据需要采取适当的技术措施,并保证公路的稳定和畅通。
4.尽量减少土石方和其它工程数量,以降低工程数量。
3.1.5本路段设计
结合以上原则,对路段进行实际设计,本路段最大纵坡坡度为3.6%,最小纵坡坡度为0.102%。
本路段共设2个变坡点。
如下表:
边坡点高程
里程桩号
1
180.40
K201+400
20000
50.0
0.063
50
196.40
K202+200
10000
75.0
0.28
75
3.2.纵断面设计计算示例
3.2.1设计标高计算公式
坡线标高=变坡点标高+xxI
或坡线标高=变坡点标高-xxI
式中:
X——计算点到变坡点的距离,m;
I——坡线的纵坡,%;
升坡段取正,降坡段取负。
3.2.2竖曲线要素的计算公式
L=Rω
T=L/2=Rω/2
E=Tω/4=T²
/2R
Y=X²
式中R——竖曲线半径,m;
L——竖曲线的曲线长,m;
T——竖曲线的切线长,m;
E——竖曲线的外距,m;
ω——两相邻纵坡的代数差,以小数计。
Y——竖曲线上任意点到切线的纵距。
X——竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离,m;
3.2.3竖曲线要素的计算:
(示例)
本路只有两条竖曲线,取bpd1为例,变坡点桩号为k201+400.00,高程为180。
40m,i1=+2.5%,i2=+2%,竖曲线半径R=20000m。
计算桩号k201+425.00的高程。
各变坡点竖曲线要素计算过程如下:
公式中R——竖曲线半径
W——变坡角的度数,以弧度计
i1,i2——变坡点前后坡线的纵坡,以小数计,上坡取“+”,下坡取“-”。
L——竖曲线的曲线长
T——竖曲线的切线长
E——竖曲线的外距
W=i2-i1=0.02-0.025=-0.005,为凸形
L=RW=20000×
0.005=100m
T=L/2=50m
E=T²
/(2R)=50²
/(2×
20000)=0.063m
设计高程的计算
竖曲线始点桩号=变坡点桩号-T
=(k201+400.00)-50=k201+350.00
竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T
=(k201+400.00)+50=k201+450.00
桩号k201+425.00处:
横距:
x=(k201+425.00)-(k201+350.00)=75m
竖距:
h=X²
/2R=75²
20000)=0.14m
切线高程=180.40+75×
0.025=182.28m
设计高程=182.28-0.14=182.14m
3.3纵断面图绘制
纵断面上的设计标高采用路基边缘标高,按设计资料给定的中桩高度及对应的里程桩号,点绘出路线纵断面地面线。
按照上述原则和计算结果,进行纵坡及竖曲线设计。
在图上标明坡度和坡长,竖曲线位置及要素,小桥涵位置、类型、跨径,水准点位置及高程。
在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式。
平曲线左转为凹型曲线,右转为凸型曲线。
标明平曲线起终点,及圆缓、缓圆、曲中点。
路面超高方式的绘制:
1.按比例绘制一条水平基线,代表路中心线,并认为基线路面横坡度为零。
2.绘制两侧路面边缘线,用实线绘出路线前进方向右侧路面边缘线,用虚线绘出左侧路面边缘线,若路面边缘线高出路中线,则绘于基线上方,反之,绘于下方。
3.标注路拱横坡度:
向前进的方向右侧倾斜的路拱坡度为正,向左倾斜为负。
算出超高起点至同坡度起点的长度。
连接曲线起点和超高起点至同坡度起点长度的终点,坡度与路拱横坡度相同。
再连接圆曲线起点与超高起点至同坡度起点长度的终点,坡度与超高横坡度相同。
此为由直线进入圆曲线的部分(见曲线超高方式图)。
同理,可绘出从圆曲线到直线的另一部分。
完成上述工作后,在图上标明地质概况、地面高程、设计高程、里程桩号。
第四章路基横断面设计
公路横断面设计是根据行车对公路的要求,结合当地的地形、地质、水文等自然条件,来确定横断面的形式、各组成部分的位置及尺寸。
4.1横断面设计时应收集的资料:
1.平曲线的始终点桩号、转角方向及其各桩号的超高值。
2.各桩号的填挖高。
3.路基宽度。
4.路基边坡坡度。
5.边坡的型式和断面尺寸。
4.2路基横断面形状及高度确定的依据:
1.本公路等级属二级公路(平原微丘区),采用二级路基标准横断面型式,路基宽度12m。
路段属于干燥类型(兼有中湿类型),地下水位较低,主要以填方为主。
由纵断面设计图得出路基填挖高度,再由路面横坡度及路肩横坡度可算出路拱高度:
h=b×
1.5%+a×
3%=4.5×
0.015+1.5×
0.03=0.1125cm
得出路中线离原地面的高差为0.1125cm。
2.本路采用水泥混凝土路面,路拱横坡度采用1.5%。
为保证施工简便,利于机械化。
路肩采用土路肩,宽度为1.5m。
因土路肩横坡应比路拱横坡大1%~2%,本设计采用路肩横坡3%。
3.本地区表层土壤为粉质中液限粘土,属平原微丘区。
地表排水比较通畅,不会形成长期地表积水,填挖高度不大。
填挖方路基边坡采用1:
1.5。
4.填土高度小于1.0m的矮路堤以及路堑,应设置边沟,边沟采用梯形,底宽为0.6m,深度为0.8m,内侧边坡坡度为1:
1.5,外侧与挖方边坡相同。
边坡纵坡与路线纵坡一致,较大的纵坡边沟,采用砌石加固,避免产生冲刷。
填方路段采用外运土,在路堤两侧不设取土坑,所以路堤两侧不设护坡道。
4.3路基横断面图绘制
1.横断面图按1:
200的比例绘制,点绘出横断面地面线。
2.应根据平纵设计的成果,在各桩号的地面横断面上,逐桩号标注其填挖高度,路基宽度和超高值。
3.按土壤地质资料,表出各路段的覆盖层厚度,所用边坡坡度。
4.扣帽子
5.计算填挖面积,并分别标于横断面上。
4.4土石方数量计算
用积距法结合几何图形法算得路基填挖方数量,填挖方分别计算,填方扣除路面结构层厚度,挖方不扣除。
得到每个桩号断面的填挖土石方量。
根据两桩号里程差及断面面积,按平均断面法算得两桩号间的土石方数量。
填挖部分分别计算,算得后填入《路基土石方数量计算表》
计算经济运距,进行土石方员运纵向调配。
应尽可能在本桩位内移挖做填,以减少废方和借方。
运用经济运距,综合考虑施工方法,运输条件和地形情况等因素。
调配土石方应考虑桥涵位置,一般不做跨沟调配。
考虑地形情况,不宜往上坡方向调运。
运用以上原则,在做完填挖方数量、本桩利用、填缺、挖余后,进行纵向调配。
把每公里合计、填挖方数量、利用方、弃方数量填入《每公里路基土石方数量计算表》。
4.5处理工程
开挖路堑的弃土可用来适当加宽路基,减少弃方。
防止弃方堆置不当而影响路堑稳定或造成水土流失,危害农田水利。
弃土堆设置在附近低地或路堑下坡一侧,地面平坦或深路堑时,宜设置在路堑两侧。
弃土堆应堆成规则形状,一般为梯形断面。
其边坡不应陡于1:
1.5,顶面应有不小于2%的横坡,其高度不宜大于3m,在上坡方向的弃土堆,应连续而不中断,在弃土堆前设置截水沟,在下坡方向的弃土堆,应每隔50—100m设不小于1米的缺口,以利于排水。
路基基底处理时,为保证路基有足够的强度,当工作区深度大于路基填土高度时,行车荷载的作用不仅作用于路堤,而且作用于天然地基上部土层,因此,天然地基上部土层和路堤应同时满足路基工作区的要求,均应充分压实。
本路段属于干燥类型。
地下水位较低,土质主要为粉质中液限粘土,属季节性冰冻地区,也容易发生冻胀和翻浆,在施工时,应在粉性土适当充分水量说,成分压实,并充分利用边沟排水,使修筑的路基保持稳定。
第五篇路面设计
5.1路面结构设计原则
5.1.1结构层厚度设计原则:
1)结构层造价:
面层比较贵,而基层相对比较便宜,因此面层厚度一般比
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