红石林场至黑河林场二级公路毕业设计.docx
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红石林场至黑河林场二级公路毕业设计
红石林场至黑河林场二级公路毕业设计
目录
1总说明……………………………………………………………5
1.1选线………………………………………………………5
1.2公路等级确定与技术标准的论证………………………5
1.3路线的主要技术指标……………………………………6
1.4路线说明…………………………………………………7
1.5路基路面说明……………………………………………7
1.6沿线筑路材料……………………………………………7
2平面设计…………………………………………………………9
2.1说明………………………………………………………9
2.2平面线形设计中直线和曲线的应用……………………9
2.3平曲线超高………………………………………………13
2.4平面视距的保证…………………………………………13
2.5平面设计成果……………………………………………14
3纵断面设计………………………………………………………15
3.1说明………………………………………………………15
3.2纵坡与坡长设计…………………………………………15
3.3竖曲线设计………………………………………………17
3.4道路平纵线形组合设计…………………………………18
3.5纵断面设计的方法及绘图………………………………19
4横断面设计…………………………………………………………20
4.1说明………………………………………………………20
4.2路拱、边坡设计…………………………………………20
4.3超高设计…………………………………………………20
4.4路基横断面设计成果……………………………………23
4.5路基土石方计算及调配…………………………………23
5水泥混凝土路面设计……………………………………………24
5.1说明………………………………………………………24
5.2板厚设计…………………………………………………24
5.3接缝与特殊部位设计……………………………………28
6路基路面排水设计………………………………………………30
6.1排水目的…………………………………………………30
6.2排水综合设计……………………………………………30
6.3路基的防护与加固………………………………………30
6.4挡土墙设计………………………………………………30
参考文献……………………………………………………………32
1总说明
1.1选线
1.1.1选线的步骤
a)全面布局2)逐段安排3)具体定线
1.1.2选线原则
1)在路线设计的各个阶段,应运用各种先进手段对路线方案做深入、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,使工程数量小,造价低,营运费用省,效益好,并有利于施工和养护。
在工程量增加不大时,应尽量采用较高的技术指标,不轻易采用最低限指标,也不应片面追求高指标。
3)选线应同农田基本建设相结合,做到占地少,注意尽量不占高产田、经济作物田或经济园林等。
4)通过名胜、风景、古迹地区的道路,应与周围的环境、景观相协调,并适应照顾美观。
注意保护原有的自然生态环境和重要的历史文物遗址。
5)选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测,查清其对道路工程的影响程度。
6)选线应重视环境保护,注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。
1.1.3选线要点
平面线形应充分利用地形处理好平、纵线形的组合。
不应迁就微小地形,造成线形曲折,也不宜采用长直线,造成纵面线形起伏。
在不过分增加工程造价的情况下,尽量提高技术指标,在不降低技术指标的情况下,尽量节约工程造价。
基本做到土方的填挖平衡,平面短捷顺适,纵坡平缓均衡,横断面经济稳定。
另外,从道路的美观出发,道路的线形设计除满足汽车行驶力学要求外,还满足了司机在心理、视觉的舒适,与周围景观相协调,使道路具有视觉的舒顺性,形态的优美性,做到道路空间线形的优化,即平、纵、横三面相结合的最佳空间线形。
1.2公路等级确定与技术标准的论证
1.2.1计算预测年的年平均日交通量:
Nd=No(1+r)n-1
=(310+1950×83%×2.0+1950×7.8%×2.0+1950×9.2%×3.0)
×(1+6.2%)12-1
=8506.97辆/d
根据《公路工程技术标准》可知:
双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000~15000辆。
故选择公路等级:
二级
1.2.2采用技术指标:
按计算行车速度80Km/h确定
1.2.3路面类型:
采用水泥混凝土路面
1.2.4路线起迄点及全长:
起点桩号:
K0+000.00设计高程:
1120.00
坐标:
X——400.000Y——400.000
终点桩号:
K4+000.00设计高程:
1150.12
坐标:
X——66.874Y——4296.466
路线全长:
4公里
1.3路线的主要技术指标
根据任务书的要求,本段公路采用二级公路平原微丘区标准进行设计。
(1)计算行车速度:
80km/h
(2)平面线形:
一般最小平曲线半径400米
极限最小平曲线半径250米
最小缓和曲线长度70米
停车视距110米
(3)纵面线形:
最大纵坡5%最小纵坡0.5%
最小坡长200米
凸行竖曲线一般最小半径4500米
凹行竖曲线一般最小半径3000米
最小长度70米
(4)横断面:
路基宽度12.0米
其中:
行车道宽7.5米;硬路肩2×1.5米;土路肩0.75米
(5)行车道标准横坡1.5%
(6)土路肩横坡为2.5%
1.4路线说明
1.4.1平面线形:
本段线形由直线、圆曲线及缓和曲线组成,设两个转角,平曲线半径分别为1000米、3000米,全线平曲线长度占路线总长的64%,最大直线长度为1150米。
1.4.2纵断面线形:
主要由多填少挖。
全段共设变坡点五个,全段最大纵坡为3.92%,最短坡长为337米,全段设两个凹形竖曲线,其半径为4500和10000米,三个凸形竖曲线,其半径为5000、5000和10000米,竖曲线占路线总长度量27%,相邻竖曲线之间的直线长度均满足技术指标要求。
1.5路基、路面说明
1.5.1路基:
1)一般路基设计
路基宽度采用12米,行车道宽7.5米,硬路肩2×1.5米,土路肩2×0.75米,横断面功能划分详见“路基标准横断面”。
2)路基防护:
填方高度小于或等于二米时,路基边坡采用植草或植紫穗槐防护,填方高度大于二米时,二米以下部分设网络格护坡,二米以上部分植草和紫穗槐。
土质挖方段:
挖深小于或等于二米时坡面采用植紫穗槐防护。
3)路基路面排水:
本设计对路基路面排水系统做了规划并绘制了排水系统图。
1.5.2路面
1)设计规范
本设计为红石林场至黑河林场二级公路,里程桩号为k0+000.00~k4+000.00,全长4公里。
2)路面设计依据与技术标准
路面设计依据:
《公路水泥混凝土路面设计规范》JTJD40--2002;《公路路基设计规范》JTJGD30--2004及有关规定进行设计的。
1.6沿线路面材料
1)水泥标号采用425号。
2)粗集料(碎石)应质地坚硬,耐久,洁净,符合规定级配,最大粒径不应超过40MM,碎石和砾石的技术要求应符合规定。
3)细集了(天然砂)应质地坚硬,耐久,洁净,符合规定集配,细度模数;宜在2.5以上。
技术要求应符合规定。
4)清洗集料,拌和混凝土及养生所用水,不应含有影响混凝土质量的物质,应用水使用于混凝土。
2平面设计
2.1说明
2.1.1路线
道路是一条三维空间的实体。
它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道的沿线设施所组成的线形构造物。
一般所设的路线,是指道路中线的空间位置。
路线在水平面上的投影移作路线的平面。
沿中线竖直剖切再行展开则是路线的纵断面。
中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面。
路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。
2.1.2平面线形设计的基本要求
现代道路是供汽车行驶的,所以研究汽车行驶规律是道路设计的基本课题,而在路线的平面设计中,主要考察汽车行驶轨迹。
只有当平面线型与这个轨迹相符合或接近时,才能保证行车的顺适与安全,特别是在高速行驶的情况下,对行驶轨迹的研究更显其重要。
经过大量的观测研究表明,行驶中的汽车,其轨迹的几何性质有以下特性:
(1)这个轨迹是连续和圆滑的,即在任何一点不出现错头和波折;
(2)其曲率是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。
(3)其曲率的变化是连续的,即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。
2.2平面线形设计中直线和曲线的应用
2.2.1平面线形要素
行驶中的汽车其导向轮旋转面与车身纵轴之间有下列三种关系:
(1)角度为零;
(2)角度为常数;
(3)角度为变数。
与上述三种状态对庆的行驶轨迹线为:
(1)曲率为零的线形:
直线;
(2)曲率为常数的线形:
圆曲线;
(3)曲率为变数的线形:
缓和曲线。
现代道路平面线形正是由上述三种线形--直线、圆曲线、缓和曲线构成的,称之为“平面线形三要素。
”
2.2.2直线
1.适宜采用直线的路段
1)不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地;
2)市镇及近郊,或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区;
3)长大的桥梁、隧道等构造物路段;
4)路线交叉点及其前后;
5)为双车道提供超车的路段。
2.作为平面线要求之一的直线,在公路中使用最为广泛。
因为两点之间以直线为最短,加之笔直的道路给人以短捷、直达的良好印象,在美学上直线也有其自身的特点。
但是过长的直线并不好,直线线形大多难与地形相协调,若长度运用不当,不仅破坏了线形的连续性,也不便达到线形自身的协调。
过长的直线易使驾驶员感到单调、疲倦,难以目测车间距离,于是产生尽快驶出直线的急躁情绪,一再加速以致超过规定车速许多,这样很容易导致交通事故的发生。
因此,直线的最大长度应有所限制。
当采用长的直线线型时,为弥补单调之缺陷,应结合沿线的具体措施采取相应的技术措施并注意下述问题:
(1)在长直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度;
(2)长直线与大半径凹形竖曲线结合为宜,这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和;
(3)道路两侧地形过于空旷时,宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施,以改进单调的景观。
(4)长直线或长下坡尽头的平曲线,除曲线半径、超高、视距等必须符合规定的,还必须采取设置标志,增加路面抗滑能力等安全措施。
由此看来,直线的最大长度,在城镇附近或其它景色有变化的地点可大于20V(V是计算行车速度,有km/h表示)是可以接受的;在景色单调的地点最好控制在20V以内;而在特殊的地理条件下应特殊处理。
3.直线的最小长度
根据《公路路线设计规范》规定,直线不宜过短:
同向曲线间的最短直线长度(单位m)以不小于6V(v-设计速度km/h)为宜。
反向曲线间,考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时,宜设置一定长度的直线。
《规范》规定反向曲线间最小直线长度(以m计)以不小于行车速度(以km/h计)的2倍为宜。
若二反向曲线已设缓和曲线,在受到限制的地点也可将二反向曲线首尾相接,但被连接的二缓和曲线圆曲线宜满足一定的条件。
2.2.3圆曲线
各级公路不论转角大小均应设置平曲线,而圆曲线是平曲线的主要组成部分。
圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设的优点。
确定圆曲线半径时应注意以下几点:
1)在条件许可时,争取选用不设超高的圆曲线半径;
2)在一般情况下,宜采用极限最小半径的4~8倍或超高横坡度为2%~4%的圆曲线半径;
3)当地形条件受到限制时,曲线半径应尽量大于或接近与一般最小半径;
4)在自然条件特殊困难或受其他条件严格控制不得已时,方可采用圆曲线的极限最小半径;
5)圆曲线的最大半径不宜超过10000m。
行驶在曲线上的汽车由于受离心力作用,其稳定性受到影响,而离心力的大小又与曲线密切相关,半径愈小愈不利,所以在选择平曲线半径时应尽可能采用较大值,与计算行车速度相适应,以提高公路的使用质量。
但半径大到一定程度时,其几何性和行车条件与直线无太大差别,容易给司机造成判断上的错误,反而带来不良后果,同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。
所以《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。
圆曲线最小半径表2.2.1
设计速度/(km/h)
120
100
80
60
40
30
20
一般值/m
1000
700
400
200
100
65
30
极限值/m
650
400
250
125
60
30
15
不设超高最小半径/m
路拱≤2.0%
5500
4000
2500
1500
600
350
150
路拱>2.0%
7500
5250
3350
1900
800
450
200
本设计路段共设一个圆曲线,其半径R=3000m,交点桩号为K2+900,右偏角34°。
该圆曲线各曲线要素及里程桩号计算如下:
曲线要素T=Rtgα/2+q=917.192m
L=Rαπ/180=1779m
E=RsecαR/2=55.384m
D=2T-L=137.075m
主点里程ZY里程=JD里程-T=K1+983
YZ里程=ZY里程+L=K2+872
QZ里程=YZ里程-L/2=K3+762
JD里程=QZ里程+D/2=K2+900(校核)
2.2.4缓和曲线
缓和曲线是道路平面线形要素之一,它是设置在直线与圆曲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变化的曲。
《标准》规定,除四级路可不设缓和曲线外,其余各级公路都应设置缓和曲线。
回旋线是公路设计中最常用的一种缓和曲线。
我国《标准》规定缓和曲线采用回旋线。
1.我国《公路工程技术标准》按3秒的行程,规定了各级公路缓和曲线最小长度如下表:
各级公路缓和曲线最小长度表2.2.2
公路等级
高速公路
一
二
三
四
设计速度/(km/h)
120
100
80
100
80
60
80
60
40
30
20
缓和曲线最小长度/m
100
85
70
85
70
50
70
50
35
25
20
2.缓和曲线长度的选用
由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的行驶,所以要求规定缓和曲线的最小长度,该值大小应考虑以下因素:
1)离心加速度的变化率
Ls,min.=V³/аsR=0.036V³/R(аs—缓和系数,≤0.6m/s³)
2)驾驶员的操作及使用时间
一般认为汽车在缓和曲线上行驶的时间至少应有3秒,于是:
Ls,min.=V/1.2
3)超高渐变率
《规范》规定了适中的超高渐变率,故
Ls,min.=βΔi/p
式中:
β—旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度(m)
Δi—超高坡度与路拱坡度代数差(%)
P—超高渐变率
4)视觉条件
考虑以上因素,取满足上述各项要求的最大值(取5的倍数)就得到了缓和曲线的最小长度Ls,min。
本路段设计Ls取200m。
3.本设计路段共设一个缓和曲线,其半径R=1000m,桩号为K0+650,左偏角33°。
该缓和曲线要素及里程桩号及计算公式如下:
曲线要素P=Lh2/24R-Lh4/2384R²
q=Lh/2-Lh3/240R2
Th=(R+P)tgαR/2+q=396.67m
LH=R(αR-2β0)π/180+2LH=775.67m
EH=(R+P)secαR/2-R=44.686m
DH=2TH-LH=17.67m
主点里程ZH里程=JD里程-Th=K0+253.33
HY里程=ZY里程+Lh=K0+453.33
QZ里程=YZ里程-Lh/2=K0+641.16
YH里程=HZ里程-Lh=K0+829
HZ里程=ZH里程+Lh=K1+029
JD里程=QZ里程+Dh/2=K0+650(校核)
2.3平曲线超高
在车速较高的情况下为了平衡离心力要用较大的超高,但车道上行驶车辆的速度并不一致,特别是在混合交通的道路上,不仅要照顾快车,也要考虑到慢车的安全,对于慢车,乃至因故停车在弯道上的车辆其离心力接近于零或等于零。
如果超高率过大,超出轮肥与路面间的横向摩阻系数,车辆有沿着路面最大合成坡度下滑的危险。
2.4平面视距的保证
我国《标准》将各级公路的平面视距进行了计算取值,规定如下:
二、三、四级公路停车视距、会车视距与超车视距表2.4.1
设计速度/(km/h)
80
60
40
30
20
停车视距/m
110
75
40
30
20
会车视距/m
220
150
80
60
40
超车视距/m
550
350
200
150
100
超车视距最小必要
超车视距/m
350
250
150
100
70
2.5平面设计成果
道路平面设计的成果主要是一些图纸和表格。
其中图纸主要有路线平面设计图等,表格主要有:
直线、曲线及转角表,逐桩坐标表、导线成果表等。
现将坐标公式摘录如下:
(各坐标见逐桩坐标表)
设起点坐标为(X0,Y0),交点相邻方位角为A1、A2,则
1)HZ点(包括路线起点)至ZH点之间的中桩坐标:
Xi=X0+DicosA1
Yi=Y0+DisinA1
2)ZH点至YH点之间的中桩坐标:
Xi=XZHi+Xi´cosA1-Yi´sinA1
Yi=YZHi+Xi´sinA1+Yi´cosA1
注:
左偏Yi´取负
3)YH点至HZ点之间的中桩坐标:
Xi=XHZi-(Xi´cosA2-Yi´sinA2)
Yi=YHZi-(Xi´sinA2+Yi´cosA2)
注:
左偏Yi´取负
其中:
缓和曲线部分:
Xi´=L-L5/40R²Lh2Yi´=L³/6RLh
圆曲线部分:
Xi´=Rsin∮i+qYi´=R(1-cos∮i)+P
∮i=180Li/Rπ+β0β0=180Lh/2Rπ
3路线纵断面设计
3.1说明
沿着道路竖直剖切,然后展开即为路线纵断面。
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,研究起伏空间线几何构成的大小及长度,以使达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
新建公路的路基设计高程,二级公路采用路基未设加宽、超高前的路肩边缘的标高。
为保证行车安全、舒适,本路段共设5个竖曲线,并采用抛物线形式。
3.2纵坡及坡长设计
3.2.1纵坡设计的一般要求
为使纵坡设计经济合理,必须在全面掌握勘测资料基础上,结合选(定)线的纵坡安排意图,经过综合分析,反复比较提出设计纵坡。
纵坡设计的一般要求为:
(1)纵坡设计必须满足《标准》的各项规定;
(2)为保证车辆能以一定速度安全顺适的行驶,纵坡应具有一定的平顺性,起伏不宜过大和过于频繁。
尽量避免采用极限纵坡值,合理安排缓和坡段不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。
连续上坡或下坡路段,应避免设置反坡段。
越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓一些。
(3)纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑,视具体情况加以处理,以保证道路的稳定与畅通。
(4)一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡,尽量使挖方运距就近路段填方,以减少借方和废方,降低造价和节省用电。
(5)平原微丘区地下水埋深较浅,或池塘、湖泊分布较广,纵坡创造满足最小纵坡要求外,还应满足最小填方高度要求,保证路基稳定。
(6)对连接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端接线等,纵坡应缓和,避免产生突变。
交叉处前后的纵坡应平缓一些。
(7)在实地调查基础上,充分考虑通道,农田水利等方面的要求。
3.2.2纵坡坡度的规定
1.最大纵坡
是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值。
它是道路纵断面设计的重要控制指标。
在地形起较大地区,直接影响路线的长短,使用质量、运输成本及造价。
各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程、运营经济等因素,通过综合分析、安全考虑、合理确定的。
应当指出,确定最大纵坡不能只考虑汽车的爬坡性能,还要看汽车在纵坡上行驶时能否快速、安全及经济等。
我国《标准》规定,二级公路平原微丘区的最大纵坡是5%。
缓和坡段的纵坡应不大于3%,其长度应符合纵坡长度规定。
最大纵坡表3.2.1
设计速度/(km/h)
120
100
80
60
40
30
20
最大纵坡(%)
3
4
5
6
7
8
9
2.最小纵坡
为防止积水渗入路基而影响稳定性,各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡,一般情况下以不小于0.5%为宜。
3.平均纵坡
《规范》规定:
二、三、四级公路越岭路线的平均坡度,一般以接近5.5%或5%为宜并注意任意连续3Km的平均坡度不应大于5.5%,对于海拔3000m以上的高原地区,平均纵坡应较规定值减少0.5%~1.0%。
4.合成坡度
合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度,其方向为流水线方向。
公式为:
I=(ih²+i²)½(其中I—合成坡度/%,ih—超高横坡度或路拱横坡度/%,i—路线设计纵坡坡度/%)
各级公路最大允许合成坡度规定值表3.2.2
公路等级
高速公路
一
二
三
四
设计速度(km/h)
120
100
80
100
60
80
40
60
30
20
合成坡度/%
10.0
10.0
10.5
10.0
10.5
9.0
10.5
9.5
10.0
10.0
3.2.3坡长限制
1.最短坡长限制
从路容美观、相邻两竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定最短长度。
一般以不小于9秒的行程为宜,《标准》规定二级公路平原微丘区设计速度为80Km/h的最短坡长为200m。
2.最大坡长限制
道路纵坡的大小与其坡长对汽车正常行驶影响很大。
纵坡越陡,坡长越大,对行车的影响也越大。
主要表现在:
使行车速度显著下降,甚至要换低档克服坡度阻力;易使水箱“开锅”,导致汽车爬坡无力甚至熄火;下坡行驶制动次数频繁,易使制动器发热而失效,甚至造成车祸。
故《标准》规定的设计速度为80Km/h的最大坡长,即i=5%时,坡长700m。
3.3
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