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公路路线设计毕业论文
公路路线设计毕业论文
1.设计总说明书
1.1.毕业设计的目的
通过毕业设计,使学生对公路建设程序和内容有一个系统的、全面的了解,培养学生独立进行路线、路基路面结构及有关设施设计、计算的能力;选择桥涵标准图的能力;独立分析问题和解决问题的能力;施工组织与工程管理的能力。
使学生的到公路工程师的初步训练。
1.2.设计任务
1.2.1路基路面设计
在路线设计的基础上完成以下工作:
路基、排水、防护、支挡工程、特殊路基等设计;路面工程设计(水泥混凝土路面的结构组合设计、厚度设计与方案比选)
1.2.2桥涵初步设计
根据所提供的数据资料,完成桥涵标准图的选择,包括相关的图纸、表格、工程数量及相关说明
1.3.技术标准
公路等级:
高速公路
路基宽度:
28.0m
计算行车速度:
120Km/h
极限最小半径:
650m
一般最小半径:
1000m
停车视距:
210m
最大纵坡:
1.67%
凸形竖曲线一般最小半径:
11000m
凹形竖曲线一般最小半径:
4000m
最小竖曲线长度:
100m
鲁米那设计标准荷载:
BZZ-100
设计荷载:
公路—Ⅰ级,
设计洪水频率:
涵洞1/100
路基设计标高位置:
中央分隔带外缘
1.4.设计概况
1)在纵断面设计中,充分考虑平纵组合平衡和填挖平衡的原则,对沿线地形、地质、水文、排水等综合考虑,全线共设3个竖曲线,最大纵坡1.67%,最小纵坡0.5%,
2)路基宽度28m,路面宽19.5m,路肩宽8.5m,路拱横坡2%,路肩横坡3%,挖方边坡视地质情况设置为1:
0.5~1:
1,填方边坡≤8米,设为1:
1.5,填方边坡>8米变坡,采用1:
1.75。
3)路基排水设施有边沟、水沟、排水沟等,边沟的高度和宽度等于0.6米,水沟的宽度和高度宜大于或等于0.6米。
4)路面结构设计以双轮组单轴轴载100KN为标准轴载,路面结构选用细粒式沥青混凝土4cm,中粒式沥青混凝土5cm,粗粒式沥青混凝土6cm,水泥稳定砂砾27cm,石灰粉煤灰土25cm的沥青路面面层。
5)根据本路段实际情况,设圆管涵2座,箱涵通道2座。
1.5.设计依据
a:
《公路工程技术标准》(JTGB01-2003),人民交通出版社;
b:
《公路路线设计规范》(JTGD20-2006),人民交通出版社;
c:
《公路路基设计规范》(JTGD30-2004),人民交通出版社;
d:
《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTJ012-2002),人民交通出版社;
e:
《公路沥青路面设计规范》(JTJO14-2006),人民交通出版社;
f:
《公路路基施工技术规范》(JTJ033-2006),人民交通出版社;
g:
《公路排水设计规范》(JTJ018-97),人民交通出版社;
h:
《路基路面工程》(邓学均2002),人民交通出版社;
i:
《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007);
j:
《公路涵洞设计细则》(JTG/TD-04-2007);
k:
《路面设计手册》(北京2005),人民交通出版社;
l:
《公路工程基本建设项目文件编制办法》(交公路发【2007】358号),人民交通出版社。
2.纵断面设计
纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置,形状和尺寸问题,具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。
纵断面线形设计应根据公路的性质、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,工程造价省,运营费用较少的目的。
该路地处丘陵区,土地资源宝贵,本项纵断面设计采用小纵坡,微起伏与该区域农田相结合,尽量降低路堤高度,路线纵断面按百年一遇,设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态,所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线,反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径,使竖曲线首尾相接。
此外,所选用的半径还满足行车视距的要求,另外,竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。
2.1纵坡设计
2.1.1纵坡设计的一般要求
①纵坡设计必须满足《标准》的有关规定,一般不轻易使用极限值
②纵坡应力求平缓,避免连续陡坡,过长陡坡和反坡
③纵断面线形应连续,平顺,均衡,并重视平纵面线形的组合
从行车安全,舒适和视觉良好的要求来看,要求纵断面线形注意有以下几点:
在短距离内应避免线形起伏,易使纵断面线形发生中断,视觉不良;
避免“凹陷”路段,若线形发生凹陷出现隐蔽路段,使驾驶员视觉不适,产生莫测感,影响行车速度和安全;
在较大的连续上坡路段,宜将最陡的纵坡放在底部,接近顶部的纵坡宜放缓些;
纵坡变化小的,宜采用较大的竖曲线半径;
纵断面线形设计应注意与平面线形的关系,汽车专用公路应设计平、纵面配合良好协调的立体线形;
纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑,为利于路面和边沟排水,一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜,在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高,以免遭受洪水冲刷,而确保路基的稳定;
纵坡设计应争取填、挖平衡,尽量利用挖方作就近填方,以减少借方和废方,接生土石方量,降低工程造价;
纵坡设计时,还应结合我过情况,适当照顾当地民间运输工具,农业机械、农田水利等方面的要求。
2.1.2纵坡设计的方法和步骤:
1准备工作
纵坡设计前,应先根据中桩和水准记录点,绘出路线纵断面图的地面线绘出平面直线,曲线示意图,写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料,并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料,领会设计意图和要求。
②标注纵断面控制点
纵面控制点主要有路线起终点,重要桥梁及特殊涵洞,隧道的控制标高,路线交叉点,地质不良地段的最小填土和最大控梁标高,沿溪河线的控制标高,重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。
③试坡
试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上,根据技术和标准,选线意图,考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况,初步定出纵坡设计线的工作。
试坡的要点,可归纳为“前面照顾,以点定线,反复比较,以线交点”几句话。
前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑,不能只局限于某一段坡段上。
以点定线就是按照纵面技术标准的要求,满足“控制点”,参考“经济点”,初步定出坡度线,然后用三角板推平行线的办法,移动坡度线,反复试坡,对各种可能的坡度线方案进行比较,最后确定既符合标准,又保证控制点要求,而且土石方量最省的坡度线,将其延长交出变坡点初步位置。
④调坡
调坡主要根据以下两方面进行:
⑴结合选线意图。
将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较,两者应基本相符。
若有脱离实际情况或考虑不周现象,则应全面分析,找出原因,权衡利弊,决定取舍;⑵对照技术标准。
详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求,特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理,发现问题及时调整修正。
调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。
调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则,以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。
⑤根据横断面图核对纵坡线
核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。
如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。
⑥确定纵坡线
经调整核对后,即可确定纵坡线。
所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置(桩号)和高程确定下来。
坡度值一般是用三角板推平行线法,直接读厘米格子得出,要求取值到千分之一。
变坡点位置直接从图上读出,一般要调整到整10桩位上。
变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。
2.1.3纵坡设计注意问题
应注意以下几点:
①在回头曲线地段设计纵坡,应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡,然后向两端接坡,同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。
②平竖曲线重合时。
要注意保持技术指标均衡,位置组合合理适当,尽量避免不良组合情况。
③大中桥上不宜设置竖曲线。
如桥头路线设有竖曲线,其起(终)点应在桥头两端10m以外,并注意桥上线形与桥头线形变化均匀,不宜突变。
④小桥涵上允许设计竖曲线,为保证路线纵面平顺,应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。
⑤注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。
⑥纵坡设计时,如受控制点约束导致纵面线形欺负过大,纵坡不够理想,或则土石方工程量过大而育无法调整时,可用纸上移线的办法修改平面线形,从而改善纵面线形。
⑦计算设计标高
根据已定的纵坡和变坡点的设计标高,则可以计算出未设竖曲线以前各桩号的设计标高。
2.1.4竖曲线设计要求:
①宜选用较大的竖曲线半径。
竖曲线设计,首先确定合适的半径。
在不过分增加工程数量的情况下,宜选用较大的竖曲线半径,一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值,特别是前后两相邻纵坡的代数差小时,竖曲线更应采用大半径,以利于视觉和路容美观。
只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。
②同向曲线间应避免“断背曲线”。
同向竖曲线,特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长,应合并为单曲线后复曲线。
③反向曲线间,一般由直坡段连续,亦可以相互直接连接。
反向竖曲线间设置一段直坡段,直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。
如受条件限制也可相互直接连接,后插入短直线。
④应满足排水要求。
2.1.5纵段面设计步骤:
①根据地形图上的高程,以20m一点算出道路上各点的原地面高程,将各点高程对应地标于纵断面米格纸上,然后用直线连接各点,注意港口、河的标法,画出道路纵向的原地面图。
2确定最小填土高度
3由于路基要保证处于干燥或中湿状态以上,所以查表得粉性土时路槽底至地下水的临界高度为1.7~1.9m时为干燥状态,由于地下水平均埋深为1.0m,路面厚度一般为60~80cm,所以算出最小填土高度为1.6m.。
③拉坡
首先是试坡,试坡以“控制点”为依据,考虑平纵结合、挖方、填方以及排水沟设置等众多因素初步拟订坡度线。
然后进行计算,看拉的坡满不满足控制点的高程,满不满足规范要求,如不满足就进行调坡。
调坡时应结合选线意图,对照标准所规定的最大纵坡、坡长限制以及考虑平纵线形组合是否得当进行调坡。
在纵断面设计事,由于港口较多,再加上平面设计时没有注意平纵组合,在港口附近设置平曲线,所以在拉坡时不能做到“平包竖”,在线形上存在不足,但经计算,其他方面都满足标准。
竖曲线各项指标:
表2.1竖曲线指标表
设计车速(km/h)
120
最大纵坡(%)
1.67
最小纵坡(%)
0.5
凸形竖曲线最小半径(m)
一般值
17000
极限值
11000
凹形竖曲线最小半径(m)
一般值
6000
极限值
4000
竖曲线长度(m)
一般值
120
最小值
100
(1)、根据设计得知:
拟定R=17000,则:
竖曲线内桩号的高程计算
已知k126+974的高程为111.592m
计算公式为:
右半部分:
左半部分:
其中:
曲线上任意点到曲线起点(左半曲线)或终点(右半曲线)的水平距离。
直线上点到相邻变坡点的距离
起点桩号=K126+974-103.7=K126+870.3起点高程=111.592-103.7
0.5%=111.074
终点桩号=K126+974+103.7=K127+077.7终点高程=111.592+103.7
-0.72%=110.845
加桩K126+890处横距X1=(K126+890)-(K126+870.3)=19.7m
竖距Y1=X12/2R=0.011
切线高程=111.592-84×0.5%=111.172
设计高程=111.172-0.011=111.161
K126+910处横距X1=(K126+910)-(K126+870.3)=39.7m
竖距Y1=X12/2R=0.046
切线高程=111.592-64×0.5%=111.272
设计高程=111.272-0.046=111.226
K126+930处横距X1=(K126+930)-(K126+870.3)=59.7m
竖距Y1=X12/2R=0.105
切线高程=111.592-44×0.5%=111.372
设计高程=111.372-0.105=111.267
K126+950处横距X1=(K126+950)-(K126+870.3)=79.7m
竖距Y1=X12/2R=0.187
切线高程=111.592-24×0.5%=111.472
设计高程=111.472-0.187=111.285
K126+974处横距X1=103.7m
(曲中点)竖距Y1=X12/2R=0.316
切线高程=111.592
设计高程=111.592-0.316=111.276
K126+998处横距X1=(K127+077.7)-(126+998)=79.7m
竖距Y1=X12/2R=0.187
切线高程=111.592-24×0.72%=111.419
设计高程=111.419-0.187=111.232
K127+018处横距X1=(K127+077.7)-(127+018)=59.7m
竖距Y1=X12/2R=0.105
切线高程=111.592-44×0.72%=111.275
设计高程=111.275-0.105=111.17
K127+038处横距X1=(K127+077.7)-(127+038)=39.7m
竖距Y1=X12/2R=0.046
切线高程=111.592-64×0.72%=111.131设计高程=111.131-0.046=111.095
K127+058处横距X1=(K127+077.7)-(127+058)=19.7m
竖距Y1=X12/2R=0.011
切线高程=111.592-84×0.72%=110.987
设计高程=110.987-0.011=110.976
表2.2竖曲线计算表
K126+890
19.7
0.011
111.172
111.161
K126+910
39.7
0.046
111.272
111.226
K126+930
59.7
0.105
111.372
111.267
K126+950
79.7
0.187
111.472
111.285
K126+974
103.7
0.316
111.592
111.276
K126+998
79.7
0.187
111.419
111.232
K127+018
59.7
0.105
111.275
111.17
K127+038
39.7
0.046
111.131
111.095
K127+058
19.7
0.011
1110.987
110.976
(2)、根据设计得知:
拟定R=17000,则:
竖曲线内桩号的高程计算
已知变坡点K127+830的高程为105.452m
计算公式为:
右半部分:
左半部分:
其中:
曲线上任意点到曲线起点(左半曲线)或终点(右半曲线)的水平距离。
直线上点到相邻变坡点的距离
起点桩号=K127+830-137.7=K127+692.3起点高程=105.452+137.7
0.72%=106.443
终点桩号=K127+830+137.7=K127+967.7终点高程=105.452+137.7
0.9%=106.691
再按照第一个变坡点计算加桩的横距,竖距,切线高程和设计高程,并列表如下:
表2.3竖曲线计算表
K127+730
37.7
0.042
106.172
106.13
K127+750
57.7
0.098
106.028
105.93
K127+770
77.7
0.178
105.884
105.706
K127+790
97.7
0.281
105.74
105.459
K127+810
117.7
0.407
105.596
105.189
K127+830
137.7
0.557
105.452
104.895
K127+850
117.7
0.407
105.632
105.225
K127+870
97.7
0.281
105.812
105.531
K127+890
77.7
0.178
105.992
105.814
K127+910
57.7
0.098
106.172
106.074
K127+930
37.7
0.042
106.352
106.31
(3)、根据设计得知:
拟定R=30000,则:
竖曲线内桩号的高程计算
已知K128+527的高程为111.752m
计算公式为:
右半部分:
左半部分:
其中:
曲线上任意点到曲线起点(左半曲线)或终点(右半曲线)的水平距离。
直线上点到相邻变坡点的距离
起点桩号=K128+527-115=K128+412起点高程=111.752-115
0.9%=110.717
终点桩号=K128+527+115=K128+642终点高程=111.752+115
1.67%=113.672
再按照第一个变坡点计算加桩的横距,竖距,切线高程和设计高程,并列表如下:
表2.4竖曲线计算表
K128+427
15
0.004
110.852
110.848
K128+447
35
0.02
111.032
111.012
K128+467
55
0.05
111.212
111.162
K128+487
75
0.093
111.392
111.299
K128+507
95
0.15
111.572
111.422
K128+527
115
0.22
111.752
111.532
K128+547
95
0.15
112.086
111.936
K128+567
75
0.093
112.42
112.327
K128+587
55
0.05
112.754
112.704
K128+607
35
0.02
113.088
113.068
K128+627
15
0.004
113.422
113.418
3.路基设计表设计计算
3.1路拱坡度
查(JTGB01—2003)《公路工程技术标准》得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为1-2%,故取路拱坡度为2%;硬路肩与行车到一致,土路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%-2%,故取路肩横向坡度为3%,路拱坡度采用双向坡面,由路中央向两侧倾斜。
3.2路基边坡坡度
由(JTGD30—2004)《公路路基设计规范》得知,当H<8m(H—路基填土高度)时,路基边坡按1:
1.5设计。
3.3护坡道
查(JTGB01—2003)《公路工程技术标准》得,当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时,取土坑内侧坡顶可与路坡脚位相衔接,并采用路堤边坡坡度,当高差大于2m时,应设置宽1.0m的护坡道;当高差大于8m时,应设置宽2m的护坡道。
本设计的填土高度均小于8m,再结合当地的自然条件,护坡道均设置1.0m,且坡度设计为4%。
3.4边沟设计
查(JTGD30—2004)《公路路基设计规范》得边沟横断面一般采用梯形,梯形边沟内侧边坡为1:
1.0-1:
1.5,外侧边坡与挖方边坡坡度相同。
少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面,其内侧边坡宜采用1:
2-1:
3,外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。
本设计路段地处丘陵区,故宜采用梯形边沟,且底宽为0.6m,深0.6m,内侧边坡坡度为1:
1.5。
3.5横断面设计步骤
①根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。
②根据路线及路基资料,将横断面的填挖值及有关资料(如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等)抄于相应桩号的断面上。
③根据地质调查资料,示出土石界限、设计边坡度,并确定边沟形状和尺寸。
④绘横断面设计线,又叫“戴帽子”。
设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台等,在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。
一般直线上的断面可不示出路拱坡度。
⑤计算横断面面积(含填、挖方面积),并填于图上。
由图计算并填写逐桩占地宽度表、路基设计表、路基土石方计算表及公里路基土石方数量汇总表。
3.6超高设计
为抵消车辆在曲线路线上行驶时所产生的离心力,将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式,这就是曲线上的超高。
合理的设置超高,可以全部或部分抵消离心力,提高汽车行驶在曲线上的稳定性与舒适性。
当汽车等速行驶时,圆曲线上所产生的离心力是常数,而在回旋线上行驶则因回旋线曲率是变化的,其离心力也是变化的。
因此,超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高,在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。
在公路工程施工中,路面的超高横坡及正常路拱横坡是不便于用坡度值来控制,而是用路中线及路基,路面边缘相对于路基设计高程的相对高差来控制的。
因此,在设计中为便于施工,应计算出路线上任意位置的路基设计高程与路肩及路中线的高差。
所谓超高值就是指设置超高后路中线,路面边缘及路肩边缘等计算点与路基设计高程的高差。
本公路为整体式路基,路拱为2%,硬路肩为3%,土路肩为3%,
有规范地P=1/175,ib=3%,则:
因为是四车道,所以LC=56×1.5=84m,超高过渡段仅在回旋线上的某一区段上进行。
超高方式采用绕中央分隔带边缘旋转超高。
因为R>250m.所以不设加宽,只设超高
双坡阶段:
K127+180
内侧:
外侧:
K127+200
内侧:
外侧:
K127+220
内侧:
外侧:
旋转阶段
K127+240
内侧:
外侧:
K127+260
内侧:
外侧:
K127+280
内侧:
外侧:
K128+320
内侧:
外侧:
K128+340
内侧:
外侧:
K128+360
内侧:
外侧:
全超高阶段
内侧:
外侧:
终结得表:
表3.1超高表
K127+180
-0.16
-0.24
-0.2585
0.115
0.0325
0.0175
K127+200
-0.16
-0.24
-0.2588
0.04
-0.046
-0.0607
K127+220
-0.16
-0.24
-0.258
-0.0355
-0.118
-0.133
K127+240
-0.16
-0.24
-0.258
-0.11
-0.194
-0
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