毕业论文某新建公路道路工程设计.docx
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毕业论文某新建公路道路工程设计
一、广东工业大学课程设计任务书
1、课程设计的内容
任务:
1、公路路线设计
2、路面结构设计
内容:
1、公路路线设计部分:
计算平曲线,计算平曲线曲线要素
点绘地面高程,设计竖曲线
计算竖曲线设计高程,绘制纵断面图
典型路基横断面设计
2、路面结构设计
(1)收集并分析交通资料
(2)确定设计材料参数和设计指标
(3)根据交通量初拟路面结构
(4)明确设计计算步骤
2、课程设计的要求与数据
(一)、路线设计
某山岭区拟新建一条二级公路,设计时速60km/h,路基宽度为10m,双向2车道,路面宽度8.5m,平面设计交点资料另附(QD~ZD坐标,起终点高程与地面高程基本一致,另附地形图和交点坐标表),需对起终点进行平面和纵断面设计,要求线形设计指标符合公路工程技术标准,符合平纵线形的组合原则,同时设置不少于2个竖曲线,并计算各控制点的标高。
二级公路标准建设,设计行车速度按60km/h,;桥涵设计荷载:
公路-I级,桥与路基同宽。
桥涵设计洪水频率:
大、中桥为1/100;小桥、涵洞及路基为1/50,隧道:
按二级道路标准设计时速为60km/h,总宽为11.0m,净空5.0m。
(二)、路面结构设计
某地山岭区新建二级公路,路基宽度为10m,双向2车道。
预计2016年1月建设完毕并通车,交通量及车辆轴载组成如表1(每人选择与学号尾数相对应的一组交通量进行计算)
2015年后平均交通量增长率为6.5%,路基平均填土高度为1.5m,土质为中液限粘土,平均地下水位为0.8m。
试计算沥青混凝土结构设计参数,并画出路面结构初拟结构图。
(注:
该地盛产石灰、粉煤灰、砾石等)。
表1通车初始年交通量及车轴组成
车型
交通量(辆/昼夜)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
小客车
900
850
880
950
890
750
1000
830
800
780
日野KB222
100
110
120
130
90
110
90
80
110
120
黄河JN150
150
140
100
100
120
140
130
150
140
130
依士兹TD50
90
95
80
90
100
80
100
120
100
120
解放CA10B
80
60
70
50
90
100
50
60
70
80
斯柯达706R
140
135
120
100
110
150
80
180
170
160
东风EQ140
160
180
100
90
80
140
60
90
110
120
吉尔130
120
110
130
250
200
120
160
150
100
110
北京BJ130
100
110
120
180
150
130
120
110
95
90
解放CA50
130
160
160
150
140
150
120
180
150
170
(三)其他未尽事宜以指导老师辅导为准。
(四)最后提交的课程设计按以下几个方面进行成绩评定
1)独立完成作业
2)提交设计资料齐全
3)文件符合规定标准
4)计算书应全面具体,计算结果准确无误
3、课程设计应完成的工作
1.独立完成作业
2.公路路线设计部分:
计算平曲线,在平面图上绘制百米桩、公里桩及曲线要素桩
计算编制直线、曲线及转角等平曲线要素表
点绘地面高程,设计竖曲线,绘制纵断面设计图
设计竖曲线,计算编制竖曲线要素表
画出纵断面图
填路基土石方数量表和路基设计表(选做)
计算要有计算书
3、路面结构设计
(1)收集并分析交通资料
(2)确定设计材料参数和设计指标
(3)根据交通量初拟路面结构
(4)编写设计计算步骤
4、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
布置设计任务
大学城
17周周一上午
2
熟悉领会公路路线设计技术标准和规范,分析设计资料,确定设计依据
大学城
17周周一、周二
3
平面线形设计,完成计算书和平曲线参数表
大学城
17周周二~周四
4
纵断面设计,完成计算书竖曲线参数计算表
大学城
17周周五~18周周一
5
标准横断面的设计,并整理平、纵、横设计成果
大学城
18周周一、周二
6
确定路面设计参数,明确设计指标和思路,并初步拟定路面结构
大学城
18周周三、周四上午
7
整理课程设计成果(图表及计算书),提交设计文件和答辩
大学城
18周周四下午、周五
5、应收集的资料及主要参考文献
[1]凌天清,道路工程,人民交通出版社,2010.9
[2]中华人民共和国行业标准.公路路线设计规范(JTGD20-2006).人民交通出版社,2006
[3]中华人民共和国行业标准.《公路勘测规范》JTGC10-2007.人民交通出版社,2006
[4]中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准(JTGB01-2003).人民交通出版社,2004
[5]中华人民共和国行业标准.公路沥青路面设计规范.人民交通出版社,2006
[6]中华人民共和国行业标准.公路水泥混凝土路面设计规范.人民交通出版社,2011
[7]中华人民共和国行业标准.《公路路基设计规范》JTGD30-2004.人民交通出版社,2004
发出任务书日期:
2014年12月29日指导教师签名:
计划完成日期:
2015年1月9日基层教学单位责任人签章:
主管院长签章:
二、广东工业大学课程设计设计说明书
1、平面线形设计规定
平面线形必须与地形,景观,环境等相适应,同时注意线型的连续性与均衡性,并同纵断面和横断面相互配合。
直线长度不宜过长。
受地形情况或其他特殊限制时,应结合沿线具体情况采取相应的技术措施
两曲线间以直线径向连接时,直线的长度不宜过短。
设计速度大于60KM/h时,同向曲线间的最小长度以不小于设计速度的6倍为宜,反向曲线间的最小长度以不小于设计速度的2为宜。
各级公路平面无论转角的大小,均应设计平曲线。
在选用圆曲线半径时,应与设计速度相适应。
圆曲线的最大半径不宜超过10000m。
圆曲线最小半径按设计速度规定如下表
2、竖曲线设计规定
3、线形设计设计规定
4、公路沥青路面设计规定
1.0.4路面设计应遵循下列原则:
1路面设计应认真做好现场资料收集、掌握沿线路基特点,查明路基干湿类型,在对不良地质路段处理的基础上,进行路基路面综合设计。
2在满足交通量和使用要求的前提下,应遵循因地制宜、合理选材、节约投资的原则,选择技术先进、经济合理、安全可靠、方便施工的路面结构方案。
3应结合当地条件,积极、慎重地推广新材料、新工艺、新技术,并认真铺筑试验段,总结经验,不断完善,逐步推广。
4设计方案应符合国家环境保护的有关规定,注意施工中废弃料的处理,积极推动旧面层和基层的再生利用,应保护施工人员的健康和安全。
1.0.5高速公路、一级公路的路面一般不宜分期修建。
软土地区或高填方路基、黄土湿陷地区等可能产生较大沉降的路段,以及初期交通量较小的公路可进行“一次设计、分期修建”。
1.0.6沥青路面设计应为汽车行驶提供快捷、舒适、安全、稳定的服务功能,并须满足设计交通量下应具有的整体刚度(即承载能力)及各结构层的应力应变的要求。
高速公路、一级公路沥青路面的各项技术指标应符合表1.0.6规定。
表1.0.6沥青路面技术指标
项目
目标值
测试方法
平整度
国际平整度指数IRI<2.0(m/Km)、σ<1.0(mm)
平整度测试仪、多轮仪
抗滑性能
横向力系数,动态摩擦系数,构造深度
符合表7.1.2要求
横向力系数SFC60
动态摩擦系数DFT仪
铺砂法或激光法
高温稳定性
动稳定度符合表7.1.7要求
60℃,0.7MPa轮迹试验
水稳性
冻融劈裂试验强度比符合表7.1.8要求
冻融劈裂试验
抗裂性能
极限拉应变符合表7.1.9要求
-10℃,50mm/min
结构强度
规范规定程序计算
4.1.1路面结构层可由面层、基层、底基层、垫层等多层结构组成。
1面层是直接承受车轮荷载反复作用和各种自然因素影响,并将荷载传递到基层以下的结构层,因此,它应满足表面功能性和结构性的使用要求。
面层可为单层、双层或三层。
双层结构称为表面层、下面层;若采用三层结构称为表面层、中面层、下面层。
表面层应具有平整密实、抗滑耐磨、稳定耐久的服务功能,同时应具有高温抗车辙、抗低温开裂、抗老化等品质。
旧路面可加设磨耗层以改善表面服务功能。
中、下面层应密实、基本不透水,并具有高温抗车辙、抗剪切、抗疲劳的力学性能。
2基层是主要承重层,应具有稳定、耐久、较高的承载能力。
基层可为单层或双层,双层称为上、下基层,无论是沥青混合料或粒料类基层,还是半刚性基层、刚性基层,均要求具有相对较高的物理力学性能指标。
3底基层是设置在基层之下,并与面层、基层一起承受车轮荷载反复作用的次要承重层,因此,对底基层材料的技术指标要求可比基层材料略低,底基层也可分为上、下底基层。
4垫层是设置在底基层与土基之间的结构层,起排水、隔水、防冻、防污及减少层间模量比、降低半刚性底基层拉应力的作用。
以上是路面结构层的基本组成,各级公路应根据具体情况设置必要的结构层,但是,对三、四级公路最少也不得低于两层,即面层和基层。
三、《道路工程》课程设计计算书
1、路面结构设计计算
1.1、收集并分析材料
车型
交通量
前轴重
前轴重(修正)
后轴重
后轴数
沥青层底拉应力(前)N
后N
日野
90
50.2
50.2
104.3
1
28.73979414
108.0884406
黄河
130
49
49
101.6
1
37.36597117
139.293542
依士兹
100
42.2
42.2
80
1
15.00683597
37.88274524
解放CA10B
50
19.4
0
60.85
1
0
5.761075125
斯柯达
80
50
50
90
1
25.10669113
50.58769635
东风
60
23.7
0
69.2
1
0
12.09519185
吉尔
160
25.75
0
59.5
1
0
16.72125167
北京
120
13.55
0
0
1
0
0
解放CA50
120
28.7
0
68.2
1
0
22.70613815
设计交通量的计算应将不同轴重的各种车辆换算成BZZ-100标准轴重的当量轴次。
当以设计弯沉值和沥青层层底拉应力为指标时,各种车辆的前、后轴均应按公式(3.1.2-1)换算成标准轴载P的当量作用次数Ni。
式中:
N──标准轴载的当量轴次(次/日);
n1──各种被换算汽车的作用次数,(次/日);
P──标准轴载(KN);
Pi──各种被换算车型的轴载(KN);
C1──轮组系数,双轮组为1,单轮组为6.4,四轮组为0.38;
C2──轴数系数;
当轴间距大于3米时,应按一个单独的轴载计算;当轴间距小于3米时,双轴或多轴的轴数系数按公式(3.1.2-2)计算。
C2=1+1.2(m-1)(m为轴数)
再结合相关规范,设计年限的选择宜根据各地国民经济发展的实际情况和该公路在公路网中的地位,并考虑投资条件综地确定。
新建高速公路、一级公路的路面设计年限应为15年,有特殊要求时可适当延长设计年限。
对改建、扩建的高速公路、一级公路的路面设计年限宜为10年至15年,大修加铺工程可视具体情况确定设计年限。
二级公路的路面设计年限应为12年,有特殊使用要求时可适当延长。
三级公路的路面设计年限应为6年至10年。
四级公路的沥青表处路面设计年限应为8年,砂石路面可为5年。
车道系数宜按照表3.1.6选定,若公路无分隔时,路面窄宜选高值,路面宽宜选低值。
表3.1.6车道系数
车道特征
车道系数
双向单车道
1.0
双向两车道
0.6~0.7
双向四车道
0.4~0.5
双向六车道
0.3~0.4
双向八车道
0.25~0.35
当上下行交通量或重车比例有明显差异时可区别对待,按上下行交通特点分别进行厚度设计。
设计交通量是根据不同公路等级的设计年限、第一年双向日平均当量轴次(N1)、年平均交通量增长率、车道系数及该公路交通特点,计算的设计年限内一个方向一个车道的累计当量轴次,按公式计算:
式中:
Ne──设计年限内一个方向上一个车道的累计当量轴次(次);
t──设计年限(年);
N1──路面营运第一年双向日平均当量轴次(次/日);
r──设计年限内交通量的平均年增长率(%)。
可以得到Ne值为:
2094501.124。
交通量宜根据表3.1.8的规定划分为五个等级。
设计时可根据累计标准轴次Ne(万次/车道)或公路日平均汽车交通量(辆/日),选择一个较高的交通等级作为设计交通等级。
表3.1.8交通等级
交通等级
BZZ-100KN累计标准
轴次Ne(万次/车道)
中型以上货车及大客车(日/辆)
A
特轻交通
<100
<300
B
轻交通
100~400
300~1000
C
中交通
400~1200
1000~4000
D
重交通
1200~2500
4000~10000
E
特重交通
>2500
>10000
可确定交通等级为轻交通。
1.2、确定设计材料参数和设计指标
1)路面结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算,路面荷载及计算点如图8.0.1所示。
路面结构设计应采用双圆均布垂直荷载作用下的弹性层状连续体系理论进行计算,路面荷载及计算点如图8.0.1所示。
将路基回弹模量设计值按式计算其相当的路基设计弯沉值L0D,作为检验路基强度和均匀性的简便方法。
式中:
L0D——路基设计弯沉值(0.01mm);
p,——测定车轮胎接地压强(MPa)与当量圆半径(mm);
0——均匀体弯沉系数,取0.712。
K1——不利季节影响系数。
可根据本地经验确定。
某路段实测的弯沉代表值L0应不大于路基弯沉设计值L0D。
式中:
,S——分别为该路段实测路基弯沉平均值(0.01mm)与均方差(0.01mm);
Za——保证率系数,高速公路、一级公路为2,二、三级公路为1.645,四级公路为1.5。
由上面的Ne值计算可得Ld值为35.91929599
沥青混凝土面层、半刚性材料基层、底基层以弯拉应力为设计指标时,材料的容许拉应力
应按下列公式计算:
式中:
——路面结构层材料的容许拉应力(MPa);
——沥青混凝土或半刚性材料的极限抗拉强度(MPa);
——抗拉强度结构系数。
2)计算Ks值:
1、对沥青混凝土的极限抗拉强度,系指15℃时的极限抗拉强度;对水泥稳定类材料龄期为90d的极限抗拉强度(MPa);对二灰稳定类、石灰稳定类的材料龄期为180d的极限抗拉强度(MPa)。
2、对沥青混凝土面层的抗拉强度结构系数,宜按式(8.0.6-2)计算:
对无机结合料稳定集料类:
对无机结合料稳定细粒土类:
由以上公式计算可得Ks值为:
1.53226536
3)设计指标:
路面结构厚度设计应满足结构整体承载力与抵抗疲劳开裂的要求:
1、轮隙中心处(A点)路表计算弯沉值
小于或等于设计弯沉值
,即:
2、轮隙中心(C点)或单圆荷载中心处(B点)的层底拉应力
应小于或等于容许拉应力
,即:
3、根据交通量初拟路面结构:
表4.1.3沥青混合料结构层的最小压实厚度与适宜厚度
沥青混合料类型
公称最大粒径
(mm)
最小压实厚度
(mm)
适宜厚度
(mm)
砂粒式沥青砼
4.75
10
15~25
细粒式沥青砼
9.5
20
20~25
细粒式沥青砼
13.2
30
30~40
中粒式沥青砼
16
40
40~60
中粒式沥青砼
19
50
60~80
粗粒式沥青砼
26.5
60
70~100
粗粒式大粒径沥青碎石
26.5
70
80~120
粗粒式大粒径沥青碎石
31.5
90
100~150
特粗式大粒径沥青碎石
37.5
100
120~150
表4.1.5结构层最小压实厚度与适宜厚度
结构层类型
最小压实厚度
(mm)
适宜厚度
(mm)
上拌下贯沥青碎石
60
60~100
沥青贯入式碎石
40
40~80
沥青表处
10
10~30
水泥稳定类
150*
180~200
石灰稳定类
150*
180~200
石灰粉煤灰稳定类
150*
180~200
贫混凝土
150
180~240
级配碎、砾石
80
100~200
泥结碎石
80
100~150
填隙碎石
100
100~120
初拟路面结构:
2、平曲线计算书(平曲线要素计算)
取JD1作为算例,具体计算如下:
图:
圆曲线几何要素
JD1处:
取圆曲线半径R=274m,缓和曲线长度确定如下:
,
,取
因此曲线的几何要素为:
偏角α=23°05′43.0″,半径R=274m,
切线长
曲线长
外矢距
校正数
其中
,
,
主点桩号计算如下:
JD1桩号为K0+121.958,
直缓点桩号:
ZH=JD1-
=K0+35.874
缓圆点桩号:
HY=ZH+60=K0+95.874
曲中点桩号:
QZ=ZH+L/2=K0+121.098
圆缓点桩号:
YH=HZ-55=K0+146.321
缓直点桩号:
HZ=ZH+L=K0+206.321
以此方法计算JD3、JD4、JD5…JD12具体结果见设计图纸《直线、曲线及转角表》。
3、竖曲线计算书
竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处,为了便于行车,起缓和作用的一段曲线。
竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线,在使用范围二者几乎没有差别。
竖曲线诸要素的计算:
(1)计算竖曲线要素
如图3-1所示,i1和i2分别为两相邻两纵坡坡度,ω=i2-i1,ω为“+”时,表示凹形竖曲线;ω为“-”时,表示凸形竖曲线。
图3-1竖曲线要素示意图
竖曲线长度L或竖曲线半径R:
或
(1-11)
竖曲线切线长T:
(1-12)
竖曲线任意一点竖距h:
(1-13)
竖曲线外距E:
或
(1-14)
(2)以变坡点1为例计算如下:
K0+550,高程为2340m,i1=3.4%,i2=-3.5%
ω=abs(absi2-absi1)=6.9%,为凸形
取竖曲线半径R=2000m
曲线长
=2000×6.9%=138
切线长
=69m
外距
=1.190m
竖曲线起点桩号=K0+660-222.75=K0+481.00
竖曲线终点桩号=K0+660+222.75=K0+619.00
四、数据表
1、平曲线要素表(《直线、曲线及转角表》)
2、竖曲线要素表(《纵坡、竖曲线表》)
五、设计图
1、路线平曲线设计图
2、路线纵断面设计图
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