某二级公路AF段施工图设计 说明书.docx
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某二级公路AF段施工图设计说明书
1绪论
1.1工程概况
1.1.1概述
此次我的毕业设计题目是某二级公路AF段施工图设计,该路段全长2707.934m,路线按平原微丘区二级公路,路基宽12m,设计阶段为一阶段施工图设计,设计车速80km/h,线路起点高程256.3m,终点高程226.9m,高差29.4m。
全路段设三个平曲线,平曲线最小半径300m,最大纵坡3.459%,凹竖曲线最小半径8000m,凸形竖曲线最小半径12000m。
设计的主要内容是完成在指定的起终点之间的新建公路设计,在设计中,我严格按照我国颁布的公路工程技术标准、规范、准则来进行设计,并且参考了一些文献,运用所学知识努力完成设计。
1.1.2设计原始资料
(1)一张地形图及电子图
(2)交通量:
交通量年增长率为8%,近期交通量如表1.1所示。
表1.1交通量表
车型
交通量(辆/昼夜)
车型
交通量(辆/昼夜)
三菱FR415
300
江淮HF150
465
东风SP9135B
387
江淮HF140A
455
五十铃NPR595G
320
五十铃EXR181L
529
轴重〈20KN汽车
780
东风M340
566
(3)沿线自然情况
某公路东南起丹东市古城镇,西北止于本溪市南芬。
自然地理条件:
设计路段为平原微丘区,部分地区纵坡起伏较大,地表植被为草地、树林,间有水塘、河流。
沿线所出自然区划为II2a区,属东部温润季冻区,该地区路面结构突出的问题是防止翻浆和冻胀。
翻浆的轻重程度取决于路基的潮湿状态,可根据不同的路基潮湿状态采取措施。
该区采用稳定土已取得一定的经验。
沿线地层为粉性土、砂类土及砂砾石,山地较强烈隆起。
一般填方路段,中塑性粘土及高塑性粘土深5m,地下水位在地面线以下1.5m处;一般挖方路段,路表土为塑性粘土深2m,风化砂深5m,以下为砂岩。
(4)材料供应
沿线附近可采集到砂、碎石、片石、块石,沥青、水泥、钢材、木材、石灰、粉煤灰等主要材料可根据计划需要供应。
(5)有关资料由指导老师给定(如起、终点位置、等级、设计车速、交通量等)。
1.2设计任务
1.2.1毕业设计的指导思想及任务依据
根据鲁东大学土木工程学院下达的毕业设计任务书,要求进行一阶段施工图设计,并按照有关规范、标准完成路线线形设计、结构设计、土石方计算、并编制说明书。
1.2.2设计任务及内容
完成在指定的起、终点(共2707.934m)的公路设计,设计阶段为一阶段施工图设计,要求按公路等级二级公路,设计车速80km/h进行设计.
设计后应提交的设计文件:
1)说明书;
2)设计图:
(1)路线平面图(比例1:
2000)
(2)路线纵断面图(比例纵向1:
200,横向1:
2000)
(3)路基横断面设计图(1km,比例1:
400)
(4)路基标准横断面图
(5)路面结构图
(6)涵洞设计图(一道)
(7)平面交叉设计示意图
3)设计表格:
(1)主要经济技术指标表
(2)直线、曲线及转角表(全线)
(3)路线逐桩坐标表
(4)路基设计表(1km)
(5)路基土石方数量表(1km)
(6)路基超高加宽表(1km)
(7)每公里土石方数量汇总表
(8)桥涵位置表
(9)平面交叉设置表
(10)路面工程数量表
本设计共分五个阶段:
(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:
沥青混凝土路面设计。
(4)平面交叉设计:
路段进行平面交叉设计。
(5)涵洞设计:
完成一座涵洞设计。
1.3主要技术标准
设计速度:
80km/h的二级公路设计标准由《公路路线设计规范》[3]查得,现列表如下:
表1.2主要设计标准
规范标准
二级公路
设计速度(km/h)
80
路基宽度(m)
一般值
12
最小值
10
车道宽度(m)
3.75
路肩宽度(m)
右侧硬路肩
一般值
1.50
最小值
0.75
土路肩
一般值
0.75
最小值
0.50
圆曲线最小半径(m)
一般值
400
极限值
250
最大纵坡(%)
5
最小坡长(m)
200
最大坡长(m)
3%
1100
4%
900
5%
700
竖曲线最小半径(m)
凸形
一般值
4500
极限值
3000
凹形
一般值
3000
极限值
2000
竖曲线最小长度(m)
70
停车视距(m)
160
会车视距(m)
不小于320
超车视距(m)
350
1.4主要设计指标
(1)公路等级:
二级公路
(2)设计速度:
80km/h
(3)采用沥青混凝土路面。
(4)道路的使用性质和交通量:
交通量年平均增长率为8%,算知道设计基准期内设计车道标准荷载累计作用次数为930.73万次,属于重交通等级。
(5)路线设计起始点及设计高程:
起点桩号:
K0+000.000设计高程:
256.3m
终点桩号:
K2+707.934设计高程:
226.9m
2平面设计
2.1设计原则
选线是在道路规划路线起终点之间选定一条技术上可行,经济上合理,美观舒适,又能符合使用要求的道路中心线的工作。
它面对的是一个十分复杂的自然环境和社会经济条件,需要综合考虑多方面因素。
为达此目的,选线必须由粗到细,由轮廓到具体,逐步深入,分阶段分步骤地加以分析比较,才能定出合理的路线来。
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、地质、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。
2.1.1平原微丘地形
(1)平原,地形平坦,无明显起伏,地面自然坡度一般在3度以内。
(2)微丘地形指起伏不大的丘陵,地面自然坡度在20度以下,相对高差在100m以下。
设线一般不受地形限制。
(3)河湾顺适,地形开阔且有连续的宽缓台地的河谷地形。
河床坡度大部分在5度以下,地面自然坡度在20度以下。
沿河设线一般不受限制,路线纵坡平缓或略有起伏。
2.1.2平面选线
选线基本原则[10]
(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,
再多方案论证,比选的基础上,选定最优设计方案。
(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,营
运费用省,效益好,并有利于养护。
(3)选线应注意同农田基本建设相配合,做到少占农田,少拆房屋,并应尽量不占高
产田,经济作物田或穿过经济林园等。
(4)路线在政治、经济、国防或地方建设对路线使用任务、性质的要求,改革开放,
综合利用等重要方针的体现。
(5)路线在铁路、公路、航道、空运等交通网系中的作用,与沿线工矿城镇等规划的关系,以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况。
(6)沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响;要求的路线技术等级与实际可能达到的技术标准及其对路线使用任务、性质的影响;路线长度、筑路材料来源、施工条件以及工程量、三材(钢筋、木材、水泥)用量、造价、工期、劳动力等情况及其对营运、施工、养护等方面的影响。
(7)其他如与沿线旅游景点、历史文物、风景名胜的联系等。
2.2设计总要求
选线工作要根据使用任务和性质,综合考虑沿线国民经济发展状况和远景规划,正确处理好近期和远期的关系,使路线在整个公路网中发挥较好的作用。
应注意贯彻工程经济与营运经济相结合的原则。
干线应尽量避开穿过城镇,较密集的居民点等,可采用修支线的方法予以连接。
要注意少占耕地、少拆房屋、方便群众,不损坏历史文物。
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做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)线形流畅,景观协调,行车安全,舒适,应使驾驶者在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。
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,本段共设3个圆曲线。
表2.1平曲线设置表
序号
交点桩号
转角值
(°′″)
半径
(m)
缓和曲线长度
(m)
JD1
K0+358.823
右55°56′02.8″
300
100
JD2
K1+097.540
左24°08′22″
950
120
JD3
K1+661.509
右32°05′41.6″
893
100
2.3平曲线设计
2.3.1设计的考虑因素:
1)同向、反向曲线间的直线要满足最长和最短长度的要求;
2)在圆曲线半径和缓和曲线长度的选择时我主要考虑了以下几个因素:
(1)严格按照平面线型设计标准,选圆曲线半径时尽量选择比一般最小半径大的半径;
(2)全线的圆曲线半径尽量避免突变;
(3)在地形受限制地段作考虑:
小偏角时用曲线长控制;大偏角及弯道内侧有地形、地物限制时,用外距控制;陡坡急弯段用合成纵坡控制;当涵位在曲线上时,用曲线上任意点控制;
(4)注意小偏角采用大半径。
3)设计曲线时主要考虑了以下几个因素:
(1)超高渐变率(满足排水要求);
(2)线形缓和,使离心率的变化在一定范围内;
(3)给驾驶员留足够的操作时间;
(4)与圆曲线的组合(尽量使Ls:
Ly:
Ls在1:
1:
1与1:
2:
1之间,同时尽量使A的值在R/3~R之间)。
2.3.2平曲线计算
交点转角及间距等计算:
根据各交点坐标值,计算交点间的方位角
、路线的转角
、以及交点间距
。
路线与X轴的夹角
:
路线的方位角
:
象限Ⅰ:
θ=β象限Ⅱ:
θ=π-β
象限Ⅲ:
θ=π+β象限Ⅳ:
θ=2π-β
交点间距:
计算路线的转角:
当α为正时为右转,为负时为左转。
例:
QD(527196.000,486875.000)、JD1(527007.5536,487180.3558)
θ1=58°19′11″
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。
2.3.3平曲线要素的计算范例
曲线敷设及桩号计算:
(1)平曲线要素的计算公式:
(m)(2.1)
(m)(2.2)
(2.3)
(m)(2.4)
(m)(2.5)
(m)(2.6)
(2.7)
(2)计算示例
在我设计的整条线路中,只采用了三个基本型曲线(JD1、JD2、JD3),基本型的计算步骤为(以JD1为例):
JD1:
①要素计算
=49.537
=1.389
=209.566
=392.873
192.873
=41.240
=26.259
②计算曲线五个主点里程桩号
JD1K0+358.823
-)T209.566
ZHK0+149.257
+)LS100
HYK0+249.257
+)(L-LS)292.873
HZK0+542.130
-)LS100
YHK0+442.130
-)(L/2-LS)96.437
QZK0+345.693
+)J/213.130
JD1K0+358.823
根据此计算过程,将计算结果填入表2.2,并作为绘制平面图的依据。
表2.2直线、曲线及转角一览表
交
点
号
交点位置
偏角
(°′″)
曲线要素值(m)
切线长度
半径
回旋线参数
曲线长度
曲线总长
外距
T1
T2
R1
Ry
R2
A1
A2
Ls1
Ly
Ls2
QD
桩
k0+000
N
527196.000
E
486875.000
JD1
桩
K0+358.823
右55°56′02.8″
209.566
209.566
450
173.205
173.205
100
192.870
100
392.870
41.238
N
527007.556
E
487180.356
JD2
桩
K1+097.540
左24°08′22″
263.264
263.264
523.91
337.639
337.639
120
280.247
120
520.247
22.121
N
526242.407
E
487212.232
JD3
桩
K1+661.509
右32°05′41.6″
306.986
306.986
350
298.827
298.827
100
100
600.212
36.693
N
525732.181
E
487466.900
终点
桩
K2+707.934
N
524677.000
E
487364.000
2.3.4中桩敷设
在直线段上和曲线上中桩桩距一般为20m。
另外,必须标明的中桩包括起终点桩、公里桩、百米桩、平曲线控制桩以及地形、地物加桩。
2.4超高设计
当平曲线半径小于不设超高的最小半径时,应在曲线上设置超高。
超高的横坡度根据公路等级、行车速度、平曲线半径,并结合路面类型、气候条件和车辆组成等条件确定。
根据现行《公路路线设计规范》[3]规定,平曲线半径等于或小于250m时,公路曲线部分的路面根据圆曲线的半径,交通组成等情况设置相应的加宽。
由于本设计路段的曲线半径大于250m,所以不设置加宽。
圆曲线半径小于不设超高最小半径(2500m),应设置超高。
由规范可查得,其超高横坡度为6%。
在确定超高值时应注意以下几点:
(1)高速公路、一级公路的超高横坡不应大于10%,其他各级公路不大于8%;
(2)在积雪、冰冻地区,最大超高不超过6%;
(3)各级公路圆曲线最小超高为直线段的路拱坡度值。
由于二级公路不设超高最小半径为2500m,因此本设计路段内的两个曲线需设置超高,设计超高方式采用绕路中线旋转。
3路线纵断面设计
3.1纵断面设计的原则及方法
3.1.1纵断面的设计原则
(1)纵断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而看不见远处的凹处线形;
(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而起伏过大;
(5)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。
3.1.2二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)由《公路路线设计规范》[2]知二级公路的最大纵坡5%,最小坡长200m,缓和坡段纵坡应不大于3%,最大容许合成坡度为9%,连续3000m路段范围内的平均纵坡不宜大于5.5%,凸形竖曲线最小半径4500m,极限最小半径3000m,凹形竖曲线最小半径2000m,极限最小半径3000m,竖曲线最小长度70m。
全线共设纵断面变坡点3个,其中凸形曲线1个,半径为12000m,凹形曲线2个,半径分别为8000m和50000m。
最大纵坡为3.4589%。
最大坡长、最小坡长以及合成纵坡均符合标准。
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≥3%,最大坡长不大于1100m。
纵坡坡度≥4%,最大坡长不大于900m。
纵坡坡度≥5%,最大坡长不大于700m。
(4)满足视觉所需要的竖曲线半径:
凸形竖曲线为12000m,凹形竖曲线为8000m。
(5)凸形竖曲线半径一般最小值4500m,凹形竖曲线半径一般最小值3000m。
(6)竖曲线最小长度为70m。
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《公路工程技术标准》[1]中有关纵坡的规定要求;综合考虑沿线的地形,地质,气候等情况,
(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)尽量减少土石方和其它工程数量,以降低工程数量。
3.1.5本路段的设计
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3.4589%,最小纵坡坡度为0.3848%。
本路段共设3个变坡点。
见表3.1。
3.2纵断面设计计算示例
3.2.1设计标高计算公式
(3.1)
(3.2)
式中:
—计算点到变坡点的距离,m;
—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
(3.3)
(3.4)
(3.5)
(3.6)
表3.1竖曲线表
编号
桩号
高程(m)
半径(m)
切线长T(m)
外距E(m)
坡长(m)
直坡长(m)
1
K0+000
256.310
690
567.039
2
K0+690
232.444
8000
122.961
0.945
970
827.467
3
K1+660
228.711
50000
19.572
0.004
1047.934
1028.362
4
K2+707.934
226.983
式中:
—竖曲线半径,m;
—竖曲线的曲线长,m;
—竖曲线的切线长,m;
—竖曲线的外距,m;
ω—两相邻纵坡的代数差,以小数计;
—竖曲线上任意点到切线的竖距,m;
—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
本路段共三个变坡点,以变坡点1为例计算竖曲线的要素,变坡点桩号为K0+690,高程为232.444m,i1=-3.4589%,i2=-0.3848%,竖曲线半径R=8000m。
计算桩号K0+710的高程。
各变坡点竖曲线要素计算过程如下:
为凹形
L=Rω=8000×0.03074=245.928m
T=L/2=122.964m
=122.964×122.964/(2×8000)=0.9450
设计高程的计算
竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=(K0+690)-122.964=K0+567.036
竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T=(K0+690)+122.964=K0+812.964
竖曲线起点高程=232.444+122.964
0.0034589=232.869
横距:
x=(K0+710)-(K0+690)=20m
竖距:
=0.025
切线高程=232.869-20×0.0034589=232.800m
设计高程=232.800-0.025=232.775m
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,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和右侧路面边缘线,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;计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;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。
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。
4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)本公路等级属平原微丘区二级公路,采用二级路基标准横断面型式,路基宽度12m;
(2)本路采用沥青混凝土路面,路拱横坡度采用2.0%。
路肩硬路肩宽度为1.5m,横坡与路拱相同为2.0%,土路肩为宽度为0.75m。
因土路肩横坡应比路拱横坡大1%~2%,本设计采用土路肩横坡3%。
超高形式采用绕路中心线旋转,对全线进行路基横断面设计;
(3)本地区表层土壤为粉性土,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。
填方内边坡采用1:
1.5,外边坡为1:
1,挖方边坡为采用1:
0.5-1:
0.75;
(4)填土高度小于1.0m的矮路堤以及路堑,应设置边沟,边沟为浆砌片石边沟,截面为梯形,底宽为0.6m,深度为0.6m,内侧边坡坡度为1:
1,外侧边坡坡度为1:
1。
边坡纵坡与路线纵坡一致,边沟采用梯形。
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。
(5)边沟:
所有挖方路段及低填方路段均设置边沟。
其型式有梯形及矩形两种。
本路段边沟均
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