西商高速公路C11合同段施工图设计说明书.docx
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西商高速公路C11合同段施工图设计说明书
西商高速公路C11合同段施工图设计
摘要:
至商州高速公路C11合同段路段地形为山岭重丘区。
通过交通量统计资料的计算,结合工程量、地质条件、筑路材料等诸多因素的考虑,确定设计车速80km/h,路基宽度24.5m,采用沥青混凝土路面进行设计。
设计容包括三维空间设计(平面设计、纵断面设计、横断面设计),路面结构设计(沥青混凝土路面)、防护工程设计(挡土墙等)、排水设施设计。
平面设计容包括公路路线的选择、平面线形的绘制、曲线要素的确定;纵断面设计容包括纵面线形的绘制,平纵横的协调配合以及填挖平衡的控制;横断面设计容包括路线横断面的绘制,填挖方量计算;路面结构设计容包括沥青路面结构层设计,面层厚度的确定等;防护工程设计容主要是挡土墙形式和尺寸设计。
关键词:
高速公路;平面线形;纵断面线形;横断面;沥青混凝土路面
ConstructionDesignforthe11thcontractsectionofXi’antoShangzhou’sFreeway
Abstrac:
Theterrainofthe11thcontractsectionofXi’antoShangzhou’sFreewayismountainousandhillyareas.Throughthecalculationoftrafficstatistics,aswellastheamountofengineering,geologicalconditions,roadconstructionmaterialsandmanyotherconsiderations,finally,peopledeterminethedesignspeedof80km/h,roadbedwidthof24.5m,andusetheasphaltconcretepavementdesign.Thedesignincludesthethree-dimensionaldesign(horizontaldesign,verticaldesign,cross-sectionaldesign),pavementdesign(asphaltconcretepavement),protectionengineeringdesign(retainingwalls)andthedrainagefacilitiesdesign.Thegraphicdesignincludesthedetermineoftheselectionofthehighwayroute,thedrawingofthehorizontalalignmentandthecurveelements.Theverticaldesignincludesthedrawingoftheverticalalignment,flatverticalandhorizontalcoordinationandbalanceofcontrolexcavationandfilling;Thecross-sectionaldesignincludestheline’sdrawing,andthecalculatingofexcavationandfilling.Thepavementdesignincludestheasphaltpavementdesign,thesettingofsurfacelayerthicknessandsoon.Theprotectionengineeringdesignisprimarilyaimedatretainingtheformandthesizedesign.
Keywords:
freeway,horizontalalignment,verticalalignment,crosssection,asphaltconcretepavement
引 言1
第1章 总说明2
1.1 任务要求2
1.1.1基本要求2
1.1.2设计过程2
1.1.3交通工程及交通设施2
1.1.4本设计所用指标2
1.2设计任务4
1.2.1平面设计部分4
1.2.2纵断面设计部分4
1.2.3横断面设计部分5
1.2.4路面结构设计部分5
1.2.5路基防护工程及排水设计部分5
1.2.6隧道设计部分5
1.3沿线工程地质条件及评价6
1.3.1地形、地貌及气候条件6
1.3.2水文地质评价6
1.3.3不良地质现象6
第2章选线7
2.1 布线原则7
2.1.1 路线的基本走向应与主客观条件相适应7
2.1.2 正确掌握和运用技术标准7
2.1.3 多方面论证选择最优路线方案7
2.1.4 选线时应重视的问题8
2.2选线过程8
第3章平面设计10
3.1平面线形要素及设计原则10
3.2平面线形设计标准10
3.3平曲线设计11
3.3.1平曲线设计所用部分公式11
3.3.2平曲线设计计算11
3.4平面设计的整理12
第4章纵断面设计13
4.1纵断面设计原则13
4.2纵断面设计13
4.2.1纵断面设计过程13
4.2.2纵坡设计标准14
4.2.3竖曲线设计15
4.2.4纵断面具体设计16
4.2.5竖曲线要素计算16
4.3纵断面设计整理17
第5章横断面设计18
5.1横断面构造及尺寸18
5.2路基典型断面18
5.3横断面设计18
5.3.1设计过程概述18
5.3.2超高值计算19
5.3.3路基土石方计算与调配19
第6章路面结构设计22
6.1路面结构层组合设计22
6.2路面材料设计22
6.3路面各结构层厚度设计23
6.3.1已知资料和控制指标23
6.3.2具体设计过程23
结论28
致30
参考文献31
附 录32
引 言
交通运输业的快速发展,最显著的效益在于能大大缩短省际之间、重要城市之间的时空距离,加快区域间人员、商品、技术、信息的交流速度,有效降低生产运输成本,在更大空间上实现资源有效配置,拓展市场,对提高企业竞争力、促进国民经济发展和社会进步都能起到重要的作用。
交通运输的发展,有利于整个社会的经济发展和人民物质文化生活的提高,有利于加强国防建设。
交通运输,是一个国家得以繁荣强大所必须的重要物质基础。
要实现国民经济的现代化,必须首先实现交通运输现代化。
而公路是交通体系的重要组成部分。
由于公路运输具有机动灵活、迅速方便及建设投资少、周期短等特点,在交通体系中起着非常重要的作用。
随着中国西部大开发等国家重大战略的实施,国家对公路等基础建设的投资大幅增加,全国公路网也在逐步完善中。
本次毕业设计的课题是至商州高速公路C11合同段施工图设计 ,是严格按照中华人民国最新颁布的各种公路工程技术标准、规来设计的。
本次设计容为公路的总体设计,包括路线的平面、纵断面以及横断面设计;路面结构设计;防护与排水设计。
在制作毕业设计的过程中,不仅能使广大学生巩固和扩展专业知识,而且能进一步培养综合运用所学基础理论、专业知识和基本技能分析和解决问题的能力。
第1章 总说明
1.1 任务要求
1.1.1基本要求
根据给定的地形图、沿线的土壤、地质、水文资料,及指导老师指定路线起终点、公路等级、交通量等,独立完成一段公路的一阶段施工图设计。
设计概况如表1-1。
表1-1设计参数
公路等级
山岭重丘区高速公路
设计车速
80km/h
起点高程
403.120m
终点高程
520.000m
最小高程
380.460m
最大高程
542.000m
起终点高差
116.880m
起终点平距
4500.00m
1.1.2设计过程
1、首先熟悉任务书和地形图,确定路线的基本走向,选线、定线,并进行方案比选,确定最佳平面线形设计方案。
2、在平面线形设计完成的基础上完成纵断面线形设计。
3、设计路基横断面(包括超高)、计算路基土石方、路基挡墙设计、路面结构设计,并完成相关图表。
4、涵洞的择位与设计,路面设计。
5、工程量汇总,整理设计资料,完成设计说明书。
1.1.3交通工程及交通设施
本工程为至商州高速公路C11合同段路段,工程全长4500米,设7个交点,其主要工程包括公路的主体及其附属设施,公路沿线主要为山岭重丘区,所以要根据地形情况设置涵洞、开挖截水沟及挡土墙防护等必要工程。
1.1.4本设计所用指标
表1-2为 《公路工程技术标准》中规定时速为80km/h的技术指标;
表1-3为设计中所采用的全部满足《公路工程技术标准》的数据指标。
表1-2 技术标准
序号
指标名称
单位
技术指标
1
公路等级
高速公路
2
设计行车速度
Km/h
80
3
平曲线一般最小半径
m
400
4
平曲线极限最小半径
m
250
5
不设超高平曲线半径
路拱≤2.0%
m
2500
6
路拱>2.0%
m
3350
7
不设加宽平曲线半径
m
>250
8
竖曲线一般最小半径
凸
m
4500
9
凹
m
3000
10
竖曲线极限最小半径
凸
m
3000
11
凹
m
2000
12
视觉要求的竖曲线最小半径
凸
m
12000
13
凹
m
8000
14
竖曲线最小长度
m
70
15
缓和曲线最小长度
m
50
16
平曲线最小长度
m
140
17
最小纵坡长度
m
200
18
最大纵坡坡度
%
5
19
最大纵坡长度(纵坡为3%时)
m
1100
20
路基宽度
m
24.5
21
路基设计洪水频率
%
1/100
22
最大合成纵坡
%
10.5
表1-3 本设计所用指标
公路等级
高速公路
设计车速
80km/h
路线长度
4500
交点数量
7
平面线形
直线
最大
780.906m
最小
反向曲线间165.008m
圆曲线
半径
最小半径300m
设超高
最大半径2500m(不设超高)
平曲线
曲线长
最小长度431.212m
缓和曲线
曲线长
最小长度120m
纵断面线型
最大坡度
5%
最小坡度
2.62%
最大坡长
893.331m
最小坡长
233.475m
路基设计洪水频率
1/100
桥涵设计洪水频率
涵洞及小型排水构造物
1/100
1.2设计任务
1.2.1平面设计部分
根据任务书中80km/h的设计车速要求,通过多次路线比选,结合地形条件、工程造价、施工难度等方面的考虑,尽可能避开建筑设施,农田、水塘、名胜风景等是平面设计中选线过程主要考虑的问题,为满足高速公路车辆行驶的安全、快速、平稳性,根据相关要求选择采用直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线基本线形可以很好的解决上述问题,该线形也是高速公路平面设计中最常用到的线形。
1.2.2纵断面设计部分
纵断面设计主要解决公路线形在纵断面上的位置,形状和尺寸问题,具体容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。
根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素,考虑路基稳定,排水及工程量等的要求对纵坡的大小,长短,前后的纵坡情况,竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计,从而设计出纵坡合理,线形平顺圆滑的最优线形,以达到行车安全、快速、舒适,工程造价节约,运营费用经济的目的。
1.2.3横断面设计部分
横断面设计根据《公路路基设计规》要求,80km/h的设计车速,考虑预测交通量及山岭重丘区,24.5米路基宽度能够满足行车要求。
横断面设计主要解决道路横断面的布置,超高设计,计算填挖面积,计算土石方数量及做好调配方案等。
1.2.4路面结构设计部分
面层采用沥青混凝土,由于该路面等级高,交通量等级为重交通,因此采用三层式结构,即面层采用4cm厚细粒式沥青混凝土,中面层采用6cm厚中粒式沥青混凝土,下面层采用8cm厚粗粒式沥青混凝土。
基层和底基层分别采用刚度较高、水稳定性好的石灰粉煤灰稳定碎石基层(厚20cm)和石灰粉煤灰稳定土底基层(厚度35cm)。
经过验算能够满足交通荷载需要。
1.2.5路基防护工程及排水设计部分
防护工程中,主要解决深路堑和高路堤的边坡稳定问题,如设置挡土墙等;边沟、截水沟及涵洞作为排水的主要构造物,对路基稳定有很大影响,为此边沟和截水沟深度和底宽均采用了较大值,涵洞方面根据路线所经区域结合地形,在相应位置总共设置了8个钢筋混凝土盖板涵。
1.2.6隧道设计部分
隧道方案的采用应综合考虑社会、经济、地质、环保、工程造价等因素进行比选。
隧道长度的分类标准主要依据的是隧道的建设规模和设计、施工以及运营管理的技术水平。
另外,参照国家相关标准,隧道纵坡不宜大于3%。
本设计中设置有一处长为271.5m的短隧道(k0+608.000~k0+879.500),纵坡为2.62%,满足要求。
1.3沿线工程地质条件及评价
1.3.1地形、地貌及气候条件
地形地貌:
拟建项目位于省东南部市,处于岭东段南麓,西临、东通鄂豫。
项目所在区域地形地貌特征主要受区域地质构造和岩性控制,区地形切割强烈,山峦起伏,沟谷纵横,第四纪以来,间歇性上升显著,以流水侵蚀作用和重力作用为主,剥蚀度强大,山谷多陡峭。
项目所在区域地貌类型包括褶皱断块山地地貌与河谷地貌两大单元。
气候条件:
拟建项目处于岭南坡,属于暖温区气候区,垂直差异较大,秋季多连阴雨,夏季多伏旱和暴雨,间有雹害。
区间年均气温12.8℃,最热月为7月,平均气温24.8℃,最冷月为1月,平均气温0.3℃。
受东南季风影响,降水比较丰富,多年平均降水量725.5mm。
全年太阳辐射量为122.67千卡/平方厘米,受地形影响,不同坡度,坡向,辐射量不同。
多年平均日照2123.8小时,从季节看,夏季最多,春次之,冬再次,秋最少(春占25.5%,夏占31.5%,秋占21%,冬占22%)。
区年平均风速2.5m/s,最大风速24m/s,最大风速相应的风向NW,最大风向SE。
1.3.2水文地质评价
地层:
拟建项目所在区域出露地层自老而新包括元古界(Pt)、古生界(Pz)、中生界(Mz)和新生界(Kz)。
地质构造复杂,部分区域变质程度较深;
地下水:
依据项目所在区域地质构造、岩性及地貌、地下水赋存条件、水理性质、水利特征等因素,将地下水类型划分为四种主要类型:
松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙孔隙水、碳酸盐岩类溶洞水和基岩裂隙水。
各河谷以及每一河谷的不同地段富水性差别较大,台面宽阔的地段,含水层厚度大,透水性好,补给条件优越的地段,富水性好。
1.3.3不良地质现象
本项目沿线地形、地貌复杂,沟谷侵蚀较深,地质构造活动强烈,基岩风化程度高,岩体破碎各类面理发育(节理、劈理、裂隙),岩石结构松散,项目沿线不良地质体主要包括:
滑坡、崩塌体。
沿线滑坡体以古滑坡为主,目前均处于稳定状态,路线两侧沟谷多,切割深,地势险峻,岩性主要以硬质岩类构成,节理裂隙发育,沟谷两侧岩体易失稳,产生崩塌和落石。
第2章选线
道路选线的目的是根据道路的性质、任务、等级和标准,结合地形、地物、地质及其沿线条件,综合平、纵、横三方面因素,在纸上选定道路中线的最佳平面位置,选线的主要任务是:
确定道路的走向和总体布局;具体确定道路的交点位置和选定道路曲线的要素,通过纸上选线,把路线中线的平面布置确定下来。
2.1 布线原则
2.1.1 路线的基本走向应与主客观条件相适应
主观条件指设计任务书规定的路线总方向、等级及其在道路网中的地位和作用。
客观条件指道路所经地区原有交通的布局、城镇、工矿企业、资源状况、土地的开发利用和规划的情况及地形、地质、气象、水文等自然条件。
在设计过程中,以主观条件为道路选线的基本依据,而客观条件则作为道路选线考虑的因素。
选线时,要充分考虑各种因素对线路的影响,使之相适应。
2.1.2 正确掌握和运用技术标准
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、效益好,并有利于施工和养护,在工程数量增加不大的情况下,应尽量采用较高的技术指标,不轻易采用最小值或极限值,也不应不顾工程数量的增加,片面追求高指标,路线布设,应充分考虑平、纵、横各方面的因素和技术标准;使其在设计中做到舒顺合理的配合。
2.1.3 多方面论证选择最优路线方案
路线设计时,应对地形图做深入细致的研究,在多方案论证比选的基础上,选定最优路线方案。
方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法,在可能布局的多种方案中,通过方案比较决定取舍,选择出技术合理,费用经济,切实可行的最优方案。
路线方案的取舍是路线设计中的重要问题,方案是否合理,不仅直接关系到公路本身的工程投资和运输效率,更重要的是影响到路线在公路网中的作用,直接关系到是否满足国家政治,经济及国防的要求和长远利益。
2.1.4 选线时应重视的问题
选线时要处理好道路和农业的关系,注意与农业基本建设的配合,尽量少占良田,避免路线横穿经济林,并注意与修路造田、农田水利灌溉、土地规划等结合。
选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查,对滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、沼泽等严重地质不良地段,应慎重考虑,应尽量绕避,对高填深挖路段,应采取必要的工程措施。
通过名胜风景、古迹地区的公路,应注意保护原有自然状态,并与周围环境、景观相协调。
另外还应注意占地、拆迁对环境带来的影响。
在选线中,个别特殊大桥桥位,一般作为路线总方向的控制点,大中桥位原则上应服从路线总方向,一般作为路线走向的主要控制点,小桥涵位置应服从路线走向。
2.2选线过程
为发挥高速公路的交通快速与便利性,考虑到道路等级和沿线地质水文情况,结合道路线形设计的技术标准和基本原则进行选线。
本设计采用的是在已给的1:
1000的大比例地形图纸上定线的方法,基本方法和布置如下:
定导向线:
在确定了合适的路线布局方案后,进行纸上放坡,分析研究坡度线,检查利用地形和避越障碍的情况,进一步移动线位,确定中间控制点,由中间控制点将路线分为可以分别调整放坡的数个路段,然后在各路段再重新放坡,得到导向线。
修正导向线,作平面试线。
导向线是条折线,所以还应根据技术标准的要求,结合横坡变化情况,确定必须通过的点作修正导向线,然后用此点连线,以线交点的办法定出平面试线,反复试线最后定出交点。
为了使路线更为经济合理,当地形复杂时在平面试线的基础上敷设曲线,确定中桩,做出纵断面、横断面,然后在横断面上确定路中线的最佳位置(作为经济点位置或控制点位置),这些点的连线则是一条具有理想纵坡、横断面位置最佳的平面折线,称为二次导向线。
再进一步根据二次导向线对路线线位局部进行修改,最后定出线位。
总之,纸上定线的过程是一个反复试线、比较、逐步趋于完善的过程。
定线时要在满足标准的前提下,结合自然条件,平、纵、横综合考虑,反复进行,直到达到综合要求为止。
第3章平面设计
3.1平面线形要素及设计原则
本次设计平面线形要素主要由直线、圆曲线、缓和曲线组成。
设计原则如下:
1、平面线形应直捷、连续、均衡,并与地形、地物相适应,与周围环境相协调;
2、公路不论转角大小均应敷设曲线,并尽量选用较大的圆曲线半径。
公路转角过小时,应设法调整平面线形,当不得已而设置小于7°的转角时,则必须按规定设置足够长的曲线;
3、两同向圆曲线间应设有足够长度的直线,不得以短直线相连,否则应调整线形使之成为一个单曲线或复曲线或运用回旋线组合成卵形、凸形、复合形等曲线;
4、两反向圆曲线间夹有直线段时应设置不小于最小直线长度的直线段为宜,否则应调整线形或运用回旋线组合成S形曲线;
5、设置超高时,中间直线长度不得小于15m;
6、应避免连续急弯的线形,可在圆曲线间插入足够的直线或回旋线。
3.2平面线形设计标准
1、设计车速80km/h;
2、直线最大长度不超过1600m;
3、直线最小长度
(1)同向曲线间大于480m;
(2)反向曲线间大于160m;
4、圆曲线最小半径一般值400m,极限值250m;
5、圆曲线不设超高最小半径路拱横坡≤2%时为2500m,>2%时为3350m;
6、圆曲线最大半径不超过10000m;
7、缓和曲线最小长度70m。
3.3平曲线设计
3.3.1平曲线设计所用部分公式
(3-1)
(3-2)
-
(3-3)
(3-4)
(3-5)
式中:
Th——切线长,m;
R——平曲线半径,m;
p——曲线移值,m;
α——转角;
Ls——缓和曲线长,m;
Eh
——外距,m;
Lh——曲线长,m;
J——曲差或校正值,m;
q——切线增长值,m;
β0——缓和曲线角。
3.3.2平曲线设计计算
1)主点桩号计算
ZH=JD-Th(3-6)
HY=ZH+Ls(3-7)
YH=HY+(Lh-2Ls)(3-8)
HZ=YH+Ls(3-9)
QZ=HZ-
/2(3-10)
JD=QZ+
/2(3-11)
JD1(注:
JD1是大半径圆曲线,因满足规要求,所以没有设缓和曲线)
J=2T-L=1.079
ZY=JD-T=K0+456.241—216.557=K0+239.684
YZ=ZY+L=K0+239.684+432.035=K0+671.719
QZ=ZY+L/2=K0+239.684+432.035/2=K0+455.702
JD=QZ+J/2=K0+455.702+0.539=K0+456.241
JD2、JD3、JD4、JD5都属于基本型平面线性。
JD2Jh=2Th—Lh=27.862
ZH=JD2—Th=K1+460.164—229.537=K1+230.627
HY=ZH+Ls=K1+230.627+140.000=K1+370.627
YH=YH=HY+(Lh-2Ls)=K1+370.627+(431.212—280.000)=K1+521.839
HZ=YH+Ls=K1+521.839+140.000=K1+661.839
QZ=HZ—Lh/2=K1+661.839—215.606=K1+446.233
JD=QZ+Jh/2=K1+446.233+13.931=K1+460.164
JD3、JD4、JD5各曲线要素由上述方式可一同得出:
JD3ZH=K1+826.847,HY=K1+956.847,YH=K2+130.731
HZ=K2+260.731,QZ=K2+043.789
JD4ZH=K2+428.509,HY=K2+558.50
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