《道路勘测设计》课程设计说明书.docx
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《道路勘测设计》课程设计说明书
绪论
道路修建目的与工程范围
本路为某矿区通往工业基地跨越重丘区一路线,图示控制点实际是不同路线方案的中间控制点。
一、道路所经地区的自然情况特征与分析
本线一端接山区,另一端为微丘地形,中间为重丘过渡段,(即本课题设计路段),该段地质情况基本稳定,除地表0.5-1.0米风化土层外,下部为石灰岩,地下水位一般较深对路基与边坡稳定影响不大。
二、道路技术等级与技术标准的拟订
本路段按四级公路标准测设,设计车速20km/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1.92公里,主要技术指标采用情况如下:
平曲线个数(个) 10
平均每公里交点个数(个) 5.2
平曲线最小半径(米/个) 25/1
平曲线占路线长(%) 49
直线最大长(米) 275
变坡点个数(个) 3
平均每公里变坡次数(次) 1.5
最大纵坡(%) 7.0
最短坡长(米/处) 525
凸型竖曲线最小半径(米/处) 1100
凹型竖曲线最小半径(米/处) 0
路基横断面布置:
0.25+3+3+0.25=6.5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4%,行车道为3%。
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高程为土基高程,不含路面厚度。
三、各项工程设计意图及根据
设计路段公路等级为四级,适应于将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为860辆。
平均年增长率为7.5%,设计年限为10年。
(1)、控制要素:
<1>、服务水平:
四级
<2>、设计车速:
20km/小时
(2)、平面设计技术指标:
<1>、圆曲线最小半径:
①、一般值:
30m
②、极限值:
15m
③、不设超高最小半径:
600m
④、最大半径:
71m
<2>、缓和曲线最小长度:
14.91m
(3)、纵断面设计技术指标:
<1>、最大纵坡度:
9%
<2>、最小坡长:
300m
<3>、竖曲线最小半径和最小长度:
竖曲线最小半径和最小长度
凸形竖曲线半径(m)
一般值
200
极限值
100
竖曲线最小长度(m)
50
(4)、路基横断面技术指标:
<1>、行车道宽度:
2×3m
<2>、土路肩宽度:
2×0.25m
<3>、路基总宽度:
6.5m
<4>、视距保证:
①、停车视距:
20m
②、超车视距:
70m
<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:
路基全加宽值
圆曲线半径(m)
加宽值(m)
圆曲线半径(m)
加宽值(m)
250~200
0.8
100~70
2.0
200~150
1.0
70~50
2.5
150~100
1.5
<50
2.5
<6>、路拱及土路肩横坡度:
路拱横坡度取用3%,土路肩横坡度取用3%。
四、与本工程有关的其他工程配合与协议事项
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。
第一章道路平面选线及定线
2.1平面选线
所选方案要基本满足各技术指标,在路线的长度基本相同时,从地形图上看,尽量选择能较好地满足填挖平衡,且在地形相对复杂的地区容易展线,容易施工的方案。
根据以上原则,选线如地形图所示。
2.2纸上定线
设计路段为山岭重丘区四级公路,地形复杂,横坡陡峻,路线平、纵,横面所受的限制较严,定线时应尽可能的克服高程。
2.2.1定导向线:
(1)、首先在1:
2000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2m,选用5.0%的平均自然坡度,按下式算出等高线间平距:
=40
使两脚规的开度等于
(按图上的比例尺为2cm),从路线起点1#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高程按近路线终点2#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。
2.2.2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。
第二章道路路线平面设计
2.1确定平面设计所需数据
交点间距、夹角、平曲线半径和曲线长如下表:
交点
间距(米)
夹角(度)
半径(米)
缓和曲线长(度)
起点
JD1
74
66
30
17.1
JD2
117
82
71.5
51.5
JD3
114
57
30
15
JD4
54
38
55
19.5
JD5
210
111
60
42.5
JD6
176
40
114
40
JD7
160
75
35
23.2
JD8
82
47
65
26
JD9
294
115
25
25.2
JD10
234
106
30
27.5
终点
278
2.2平面设计计算
(1)、曲线要素计算:
内移值:
切线增长值:
切线长:
外距:
计算结果如下表:
交点
间距(米)
夹角(度)
半径(米)
缓和曲线长(度)
内移值(米)
切线增长值(米)
切线长(米)
外距(米)
JD1
74
66
30
17.1
0.39
8.385
27.36
5.85
JD2
117
82
71.5
51.5
1.562
25.702
89.886
25.915
JD3
114
57
30
15
0.3
7.455
23.91
4.47
JD4
54
38
55
19.5
0.28
9.772
30.24
3.864
JD5
210
111
60
42.5
1.14
14.4
58.86
24.3
JD6
176
40
114
40
0.56
11.52
37.84
8.36
JD7
160
75
35
23.2
0.87
12.57
46.86
16.14
JD8
82
47
65
26
0.81
14.715
49.86
12.735
JD9
294
115
25
25.2
0.888
14.0415
49.987
15.244
JD10
234
106
30
27.5
终点
278
(2)、平面线形要素组合及计算:
<1>、S型曲线:
S型曲线为反向圆曲线间用回旋线连接的组合形式,其相邻两个回旋线参数
与
宜相等。
如果采用不同的参数时,
与
之比应小于2.0,有条件时以小于1.5为宜。
在两个回旋线间的插直线(或重合段)的长度
应符合式3-14:
此外,S型曲线两圆曲线半径之比也不宜过大,宜为:
<2>、C型曲线:
C型曲线为同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的形式。
其计算要求与方法同S
2.3平面设计成果
根据以上计算及数据在地形图绘制线路平面图,具体见附图。
第三章
道路纵断面设计
3.1准备工作
在线路平面图上依次截取各中桩桩号点,并推算对应的地面高程。
然后在坐标图上按横向1:
2000,纵向1:
200的比例尺绘制地面线。
按相应比例以及里程画出平曲线示意图。
见附图
3.2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高程控制点。
(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、高程确定下来。
3.3竖曲线计算
3.3.1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,以及定坡时在坐标纸上算出的各直线段坡度和桩号、坡长如下表所示:
变坡点数据表
变坡点
竖曲线半径(m)
坡度(%)
桩号
坡长(m)
起点
K0+000
变坡点
1100
4.82%
K0+605
725
终点
6.9
K1+358.613
753.613
竖曲线要素设计公式为:
竖曲线长度:
竖曲线切线长:
竖曲线外距:
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:
3.3.3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高程,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高程即为对应直线坡线高程减去竖距
,凹形竖曲线的曲线上中桩高程即为对应直线坡线高程加上竖距
。
由此即可确定纵断面线上各中桩的高程,也就可以算出各中桩的填、挖高度。
本次设计中,计算所得结果详细见路基设计表。
3.4绘制道路纵断面图
根据《纵断面设计成果表》绘制纵断面图。
纵断面图一般采用横向1:
2000,纵向1:
200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:
坡长及坡度,设计高程,地面高程,填挖高度,直线及平曲线,超高。
纵断面图见附图。
第四章道路横断面设计
4.1准备工作
4.1.1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。
4.1.2确定路基横断面宽度
设计公路为四级公路,采用整体式单幅双车道的路基断面形式。
根据工程技术标准,由公路等级(四级)及设计行车速度(20km/小时),确定路基横断面车道数为双车道,行车道宽为3m,行车道外侧设置宽度为0.25m的土路肩,路基总宽度为6.5m。
4.1.3资料收集
(1)、平曲线起、终点桩号,平曲线半径和转角在平面设计中读取。
(2)、每个中桩的填挖高度在纵断面设计中读取。
(3)、路基宽度为6.5m。
在路线平面图上的各中桩横断面范围内并向外延伸一定距离选取若干点,量取各点的地面高程。
(4)、根据技术标准确定边沟的形式及尺寸。
(5)、根据线路所处地区的地质情况确定填方路堤和挖方路堑的边坡值。
4.2横断面设计计算
4.2.1加宽计算
(1)、确定各交点处圆曲线上的全加宽值:
按工程技术标准规定,山岭重丘区四级公路采用第三类加宽值,即汽车轴距加前悬总长为
时的加宽值。
当圆曲线半径
时,由于加宽值很小,可以不加宽。
各级公路的路面加宽后,路基也应相应加宽。
路面的加宽一般在路线内侧加宽。
(2)、加宽的过渡:
为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了的加宽的宽度,需设置加宽缓和段。
在加宽缓和段上,路面具有逐渐变化的宽度。
本次设计所采用的加宽过渡方法为按比例过渡的方法。
按此方法在加宽缓和段上任意点的加宽值为:
式中:
——圆曲线上全加宽值(m);
——任意点到加宽缓和段起点的距离(m);
——加宽缓和段长(m)。
(3)、加宽缓和段的长度:
对于设有缓和曲线的平曲线,加宽缓和段采用与缓和曲线相同的长度。
本次设计中,各交点处的平曲线均设有缓和曲线,所以加宽缓和段与缓和曲线同长,即
。
(4)、平曲线内加宽计算:
交点2:
交点
桩号
加宽值
JD2
K0+96.95
0.000
K0+148.354
2.000
K0+174.056
2.000
K0+199.758
2.000
K0+251.162
0.000
4.2.2超高计算
(1)、确定路拱及路肩横坡度:
为了利于路面横向排水,应在路面横向设置路拱。
按工程技术标准,采用折线形路拱,路拱横坡度为3%。
由于土路肩的排水性远低于路面,其横坡度一般应比路面大1%~2%,故土路肩横坡度取4%。
(2)、超高横坡度的确定:
为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力,当平曲线半径小于不设高的最小半径值时,应在路面上设置超高,而当平曲线半径大于不设超高时的最小半径时,即可不设超高。
拟建公路为山岭重丘区四级公路,设计行车速度为20km/小时。
按各平曲线所采用的半径不同,对应的超高值如表:
圆曲线半径、横向力系数及超高值
圆曲线半径(m)
横向力系数
超高值(%)
圆曲线半径(m)
横向力系数
超高值(%)
18
0.11207
0.06291
45
0.03587
0.03412
30
0.05
0.055
56
0.03339
0.02258
37
0.0406
0.04452
71
0.03266
0.0117
40
0.03834
0.0404
注:
横向力系数
;超高值
(3)、超高缓和段的确定:
超高缓和段长主要从两个方面来考虑:
一是从行车舒适性来考虑,缓和段长度越长越好;二是从排水来考虑,缓和段越短越好,特别是路线纵坡度较小时,更应注意排水的要求。
确定缓和段长度时应考虑以下几点:
<1>、一般情况下,取缓和段长度和缓和曲线长相等,即
,使超高过渡在缓和曲线全长范围内进行。
<2>、若
,但只要横坡度从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时,超高渐变率
,仍取
。
否则按下面两个方法处理:
①、在缓和曲线部分范围内超高。
根据不设超高圆曲线半径和超高缓和段长度计算公式分别计算出超高缓和段长度,然后取两者中较大值,作为超高过渡段长度,并验算横坡从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时,超高渐变率是否大于1/330,如果不满足,则需采取分段超高的方法。
②、分段超高。
超高在缓和曲线全长范围内按两种超高渐变率分段进行,第一段从双向路拱坡度
过渡到单向超高横坡
时的长度为
,第二段的长度为
。
<3>、若
,则此时应修改平面线形,增加缓和曲线的长度。
若平面线形无法修改时,宜按实际计算的长度取值,超高起点应从ZH(或HZ)点后退
长度。
本设计超高缓和段均采用
。
4.3绘制路基横断面图
4.3.1确定路基标准横断面
在绘制路基横断面图之前,以确定路基横断面的形式及其横面布置、构造尺寸(主要包括路幅尺寸、横坡度值、变坡高度、护坡道宽度、边沟尺寸、排水沟尺寸、截水沟尺寸、挖台阶的宽度等)。
标准横断面图中应包括路基横断面中各种可能的形式及其有关的支挡防护形式。
本次设计中绘制本段的路基横断面图,即K0+000.000~K1+358.613这一路段。
在这一路段中,主要出现的路基横断面形式有:
填方路堤、全挖方路堑、半填半挖路基和挡土墙路基。
按工程技术标准规定,路基宽度为6.5m。
填方路堤的边坡值根据其地质情况选用1:
1.5。
挖方路堑选用1:
0.5的边坡值,坡底设置矩形边沟,宽、深都为0.4m,对一挖方较高的边坡,应在坡顶设置梯形截水沟,底宽和、沟深均为0.5m,边坡值取1:
1.2。
截水沟距坡口不应小于5m。
标准横断面中确定了边沟及边坡的尺寸结构后,应将相应数据填到路基设计表中。
按以上要求及设计以1:
100的比例尺绘制路基标准横断面图,具体见附图。
4.3.2绘制路基横断面图
标准横断面图绘制完毕后,参照标准横断面图,绘制K0+000.000~K1+920.2路段内各中桩的横断面图,其步骤如下:
(1)、根据横断面测量资料按1:
200的比例绘制横断面地面线;
(2)、根据路基设计表中的有关数据,绘制路幅的位置和宽度;
(3)、参照路基标准横断面图绘制路基边坡线和地面线相交,并在需要设置支挡防护处绘制支挡结构物的断面图;
(4)、检查弯道路段横断面内侧的视距是否满足要求,是否需要清除障碍及设置视距台;
(5)、根据综合排水设计,绘制路基边沟、排水沟、截水沟等在横断面图上的位置。
(6)、在中桩横断面图绘制出来后,标出该桩的桩号、中桩填挖高和填挖面积。
按以上步骤和比例在坐标纸上绘制各桩号的横断面图,将路基横断面的填挖面积其转换为实标比例下的数值,以进行土石方调配。
横断面图中各断面的排列顺序是按里程从左向右、从上到下排列。
具体的路基横断面图见附图。
4.4土石方调配
4.4.1路基土石方量计算
路基横断面设计以及路基横断面图绘制完成后,应对路基土石方进行计算和调配。
首先计算横断面的面积。
接下来需计算体积以获得土石方数量,最后进行土石方周配。
土石方数量和计算方法有两种:
平均断面法和棱台法。
前者适用以相邻两断面间的填方或挖方面积大小相近的情况,后者适用以相邻两断面填挖面积相差较大时的情况。
拟建公路为山岭重丘区三级公路,地势起伏多变,相邻两横断面的填挖面积相差较大,现用第二种方法进行计算,其计算公式为:
式中:
,其中
土石方数量计算完成后,把相关数据填入土石方数量表,确定各路段内各种土或石的填挖量。
具体见附表。
4.4.2路基土石方调配
路基土石方计算完后,在进行土石方调配,合理解决各路段土石方数量的平衡与利用,以降低工程计价方数量,避免不必要的借土和弃土。
土石方调配可以在土石方数量表上进行,在进行土石方调配时,首先应进行横向调配,满足本桩利用方的需要,然后计算其他填缺和挖余的数量。
根据填缺和挖余的情况进行纵向调配,确定借方或废方数量。
土石方调配有关数据及其调配过程详见附表。
第五章其他
5.1路线方案优缺点的说明与分析
指标名称
单位
设计数量与方案比较
本设计(V)
同组设计
路线长度
交点总数
平均每公里交点数
交角平均值
平均曲线半径
最大纵坡与坡长
视距保证情况
土石方数量
米
个
个/公里
度
米/个
%/米
立方米
1920.2
10
5.2
72.3
38.9
5.02/米
良好
弃4417.189方
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