长安大学公路工程专业毕业设计说明书.docx

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长安大学公路工程专业毕业设计说明书

摘要

本论文主要介绍了顺平县至满城县某一标段高速公路的设计过程。

根据给定的资料，通过对原始数据的分析,以及该路段的地质、地形、地物、水文等自然条件,依据《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》等交通部颁发的相关技术指标,在老师的指导下完成了本次设计任务。

该路段所经地区是平原微丘区，依据远景交通量将路线设计成设计速度为100km/h的双向四车道高速公路，路线全长7465.739米，路基宽度为26米，共设有4个平曲线，9个竖曲线。

路线设计内容包括平面设计、纵断面设计和横断面设计；其后进行了排水设计，采用边沟、排水沟进行排水，保证路基路面的稳定性；最后进行了路面结构的组合设计等内容。

整个设计计算了路线的平、纵曲线要素,设计了路基、路面、桥涵等内容,圆满完成了顺平至满城段高速公路综合设计。

关键词：

平面设计?

?

纵断面设计?

?

横断面设计?

?

排水设计?

?

路面结构设计

ABSTRACT

ThispapermainlyintroducesthedesignprocessofasectionofShunPingtoManChenghighway.Basedontheinformationgivenbytheanalysisoftherawdata,andthesectionofgeology,topography,terrain,hydrologyandothernaturalconditions,accordingto"HighwayEngineeringTechnicalStandard","RoadDesignStandards"issuedbytheMinistryofCommunicationsandotherrelatedtechnologiesindicators,Ihavefinishedthistaskundertheteacher'sguidance.

Theareathatthishighwaypassesthroughbelongstoplainwithmicro-hillarea.Accordingtothetrafficvolumeinthefuture,Idesignthishighwayintodesignspeedof100km/hwithbi-directionalfour-lanehighway,withroutelengthof7465.74meters,embankmentwidthof26meters,fourhorizontalcurves,andnineverticalcurves.Linedesignincludinggraphicdesign,longitudinaldesignandcross-sectionaldesign;ThenIaccomplishedthepavementdrainagedesign,whichusesditchesanddrainsfordrainagetoensurethewaterstabilityofroadbedandpavement;atlast,acompositedesignofpavementstructureandotherdesignsarealsofinished.

Thewholedesignhavecalculatedtheplanarandverticalcurveelementsofthisline,besidesroadbed,pavement,bridgesandsoon.CompletethecomprehensivedesignofthesectionofShunPingtoManChenghighwaysuccessfully.

Keywords:

GraphicdesignLongitudinaldesignCross-sectionaldesignDrainagedesignPavementstructuraldesign

第一章绪论4

1.1公路建设意义4

1.2公路沿线自然条件4

1.3公路等级及车道数确定6

第二章选线和方案比选9

2.1选线9

2.2方案比选10

第三章平面设计12

3.1平面线形设计原则12

3.2各项设计参数确定13

3.3平曲线计算16

第四章纵断面设计20

4.1纵断面设计原则及要点20

4.2各项设计参数确定23

4.3竖曲线计算25

第五章横断面设计27

5.1标准横断面确定27

5.2加宽、超高设计27

5.2土石方的计算和调配30

第六章路面设计32

6.1基本资料32

6.2轴载分析32

6.3路面等级确定及路面结构组合35

6.4各结构层材料设计参数和设计指标的确定35

6.5设计层厚度确定37

第七章排水设计40

7.1路基排水设计40

7.2路面排水40

第八章桥涵及交叉设计42

8.1桥梁及涵洞42

8.2路线交叉设计42

第九章边坡防护44

9.1防护意义44

9.2防护设施44

总结45

致谢47

第一章绪论

1.1公路建设意义

1完善公路网络

保阜高速是国家和省高速路网的重要组成部分，是河北省高速公路“五纵六横七条线”中的“六横”之一，途经满城、顺平、望都、唐县、曲阳、阜平，全长147.21公里，估算总投资114.67亿元，路基宽26米，平均设计时速100公里。

本项目的实施，提高了整个地区通行能力，缓解附近道路的交通压力，大大缩短了沿线各地区到保定市的时间，减少交通事故，节约运输费用，从而满足交通运输发展的需要，完善地区公路网结构。

使公路运输快速灵活，加快货物的周转速度，提高了当地社会的机动性。

2加快经济发展

保阜高速建成以后，东与保沧高速对接，西与山西省同期建设的忻（州）阜（平）高速公路相连，形成河北省又一条东出西联的交通大动脉，是连接西北、华北、华东地区的重要走廊，是晋煤东运和河北省农副产品西运的快速通道，将实现保定及西部内陆地区与东南沿海的快速贯通，促进保定西部县域经济发展，加快老区脱贫致富，对路线沿途各县的经济将会起到很大的带动作用。

3促进旅游发展

该高速公路也是山西晋中地区前往京津的快捷通道和京津地区去往五台山的观光走廊，对河北省建设沿海经济社会发展强省具有重要意义。

保阜高速公路是横贯河北省东西的大动脉，是冀中连接西北、华东地区的重要走廊。

它对完善河北高速路网，促进华北、东北以至华东地区的经济建设，加快区域经济一体化，开发沿线旅游资源，都将发挥重要作用，对国家的政治、经济、国防建设都有重要战略意义。

该新建公路对于河北省高速公路网的形成，改善路网分布不均衡布局结构，增强路网综合功能具有十分重要的作用，同时，其对促进保定地区经济及旅游事业发展等诸多方面产生了巨大的推动作用。

1.2公路沿线自然条件

1地理位置

保定市位于太行山北部东麓，冀中平原西部。

北纬38°10′-40°00′，东经113°40′-116°20′之间。

北邻北京市和张家口市，东接廊坊市和沧州市，南与石家庄市和衡水市相连，西部与山西省接壤。

地处京、津、石三角腹地，市中心北距北京140公里，东距天津145公里，西南距河北省会石家庄125公里，直接可达首都机场、正定机场及天津、秦皇岛、黄骅等海港。

本次设计路线为保阜高速满城至顺平段某一标段，保阜高速是国家和省高速路网的重要组成部分，是河北省高速公路“五纵六横七条线”中的“六横”之一，路线位于东经113°45′44″～115°20′，北纬38°49′35″～38°53′34″，处于保定中部地区，途经满城、顺平、望都、唐县、曲阳、阜平六县。

2气候条件

河北省保定市气候属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候，四季分明。

冬季寒冷干燥、雨雪稀少；春季冷暖多变，干旱多风；夏季炎热潮湿，雨量集中；秋季风和日丽，凉爽少雨。

光照资源丰富，年总辐射量为4854～5981兆焦/平方米，年日照时数2319～3077小时；南北热量差异较大，年平均气温为1.8～14.2℃，极端最高气温43.3℃，极端最低气温-42.9℃，年无霜冻期81～204天。

多年平均最高气温33℃，多年平均最低气温-3℃，属于季冻区，多年最大冻深为680mm。

3水文条件

保定地区降水分布不均，全市年降水量为450～750毫米，受地形影响，降水量的地区分布差异较大，从东南部到西北部逐渐递减。

全市平均年降雨量为650毫米，春秋两季降水量均为120～130毫米，各占全年降水量的14～16%，夏季为全年降水最多季节，降水量为480～580毫米，占全年降水量的61～65%；冬季为全年降水最少季节，降水量为50～60毫米，仅占全年降水量的6～7%。

潮湿系数（K）为0.7左右，地下水埋深约2.5（m）。

4地形地质条件

保定市大部分为冲积平原，在西北部地区有小部分山岭区，中部以及南东部主要以平原为主。

平原区域地势平坦，地面高程起伏变化很小，保阜高速公路沿线的地面高程变化率约为千分之一。

本设计标段内跨越一条干河沟渠，其它处均为平地，总体地势从西北向东南降低。

保定地区处于公路自然区划中Ⅱ4区，中南部平原区土质主要为沉积层土质，表层为粘性土，下层为砂砾，土基强度较好。

本设计标段内没有软土、粉性土等不良土基出现。

1.3公路等级及车道数确定

1公路等级确定

（1）近期交通组成及交通量

近期交通量组成及交通量见表1-1，预测交通量增长率为8.5%。

预测年限为20年。

建设年限为两年。

车型

小客车

东风EQ-140

解放CA10B

黄河JN-162

日野KB222

交通量

900

700

650

600

700

《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）中规定：

确定道路等级时候交通量换算采用小客车为标准车型，各汽车代表车型和车辆折算系数规定见下表（《公路工程技术标准》中表2.0.2）。

汽车代表车型

车辆折算系数

说明

小客车

1.0

≤19座的客车和载质量≤2t的货车

中型车

1.5

＞19座的客车和载质量＞2t～≤7t的货车

大型车

2.0

载质量＞7t～≤14t的货车

拖挂车

3.0

载质量＞14t的货车

折算以后的交通量如下表所示：

车型

交通量（昼夜）

折算系数

折算后交通量

小客车

900

1.0

900

东风EQ-140

700

2.0

1400

解放CA10B

650

2.0

1300

黄河JN-162

600

3.0

1800

日野KB222

700

3.0

2100

（2）设计交通量计算

设计交通量是指拟建道路到预测年限时所能达到的年平均日交通量，其值是根据历年交通观测资料预测求得，目前多按年平均增长率计算确定。

式中：

AADT—设计交通量（pcu/d）；

ADT—起始年平均日交通量（pcu/d）；

—年平均增长率（%）；

n—预测年限。

由上式计算得到：

AADT=4840×1.8521=6430×5.547=41603（辆）

（3）等级确定

《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）对于各等级公路适应的交通量规定如下：

（一）高速公路：

四车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为25000～55000辆；六车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为45000～80000辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为60000～100000辆。

（二）四车道一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辆25000～55000辆；六车道一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辆45000～80000辆；八车道一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辆60000～100000辆。

由以上规定结合拟建道路在国家和河北省的公路网的任务及功能，参考当地经济和土地资源情况，决定道路等级为高速公路，设计速度定为100KM/小时。

2车道数确定

（1）设计小时交通量计算

设计小时交通量按下式计算：

DDHV=AADT×D×K

DDHV-主要方向设计交通量（pcu/d）；

AADT-设计交通量（pcu/d）；

D-方向不均匀系数，一般取D=0.5～0.6；

K-设计交通量系数（%），为选定时位小时交通量与年平均日交通量的比值，可根据气候分区参照《公路路线设计规范》中表3.1.6取值。

本设计中D取0.55，K取12.

计算得到：

DDHV=41603×0.55×0.12=2746（辆）

（2）一条车道设计通行能力计算：

单车道的设计通行能力按下式计算：

CD=CP×（

）

CP=CB×fw×fHV×fP

CD-一条车道的设计通行能力；

CP-一条车道的实际通行能力；

CB-一条车道的基本通行能力；

fw-车道宽度修正系数；

fHV-交通组成及大型车修正系数；

fP-驾驶员条件修正系数。

该公路为高速公路，作为主干公路，采用二级服务水平，设计时速为100Km/h，每条车道宽度为3.75m，由《高速公路设计》中表3-2、3-6、3-7、3-8、及2-3和公式3-4计算得到一条车道的设计通行能力为：

CD=2100×1.00×0.98×0.95×0.67=1310（pcu/d）

（3）计算车道数

车道数N=DDHV/CD=2.064=2（取整）

综上计算：

车道数取双向四车道。

第二章选线和方案比选

2.1选线

1道路选线一般原则

路线是道路的骨架，它的优劣关系到道路本身功能的发挥和在路网中是否能起到应有的作用。

影响路线设计除自然条件外尚受诸多社会因素的制约，选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下：

1．多方案选择：

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，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。

  2．工程造价与营运、管理、养护费用综合考虑：

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，不要轻易采用极限指标，也不应不顾工程大小，片面追求高指标。

  3．处理好选线与农业的关系：

选线应注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。

  4．路线与周围环境、景观相协调：

通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调，处理好重要历史文物遗址。

  5．工程地质和水文地质的影响：

选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。

对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避。

当必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。

  6．选线应重视环境保护：

选线应重视环境保护，注意由于道路修筑，汽车运营所产生的影响和污染。

  7．对于高速路和一级路，由于其路幅宽，可根据通过地区的地形、地物、自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着因地制宜的原则，合理利用上下行车道分离的形式设线。

2本次设计中选线过程

保阜高速本设计标段处于平原区，地形对路线的约束限制不大，路线平、纵、横三方面的线形很容易达到较高的技术指标，路线布设时，主要考虑了如何绕避当地的村落以及地方道路和经济作物田和水利电力设施等。

选线时，首先在路线的起、终点间，把经过的村落、河流、学校、经济作物田（桃园、苹果园、温室等）、地方道路作为大的控制点；在控制点间，又进一步选择中间控制点；在中间控制点之间，一般不再设置转角点。

所以本次设计只设置四个交点。

这样安排平面线形，既使路线短捷顺直，又避免了过长的直线，同时考虑了转角的适当，避免了路线的迂回量太大。

综合平原区自然和路线特征，本次设计布线时着重考虑了以下几点：

路线与农业的关系，尽量避开了高产田和经济作物田以及温室；路线和桥位的关系，在路线走向确定时，尽量选择了在界河河岸窄的地方跨河，并且尽量使得其与界河交角接近垂直，使得桥梁跨径大大减少，减少造价；路线与沿线村落居民点的关系，路线几乎没有横穿村落，只有在泾阳驿村不得已从村落的最窄处穿过，即使得拆迁量少也减少了对当地群众的生活生产的影响；路线与地方道路的关系，选线时候尽量减少了与地方道路的交叉，尽量不改变原有的道路形态，只有两处对已有道路作了局部改线处理。

同时，布线过程中没有迁就微小地形变化，因为这样会使线形变差且增加工程造价和运用费用。

3本设计选线方法

根据《公路路线设计规范》及其它相关的要求，参照相应的选线原则，在1：

2000的地形图上选出控制点并定出导向线、路线交点，初步确定两个路线方案。

本设计标段内主要控制点有界河、西庄村村落、决堤村村落、泾阳驿村落、以及沿线与新建公路相交的地方道路。

选线时候尽量避免了路线穿过村庄，同时尽量少了占或者不占经济作物田（如果园桃园温室之类）。

尽量减少与地方道路的交叉，同时尽量与界河大角度相交，缩短桥梁跨径。

选线过程考虑原有的水利电力设施，减少对当地居民生产生活的影响。

同时也兼顾了线性的要求，基本上做到路线顺直，没有较大的转角，没有太多的路线迂回。

而且平曲线半径都比较大，满足现代高速公路高指标要求。

本次设计初步选定两个路线方案，详细介绍如下：

方案一：

从本设计标段起点开始（4296974，497632）路线与界河成69度交角到达西庄村村北一桃园东北处（4297226，499059），在此处设置第一个交点；然后右转35°23′21.8″到达西庄村东侧一片温室东南处（4296813，499930）设置第二个交点；接着左转36°59′52.1″到达决堤村村北处（4297312，502363）设置第三个交点；接着右转24°34′14.1″到达泾阳驿村西侧，泾阳驿县道南侧（4296947，503948）设置第四个交点，与泾阳驿县道成31度交角，最后左转29°5′17.7″一直到达设计终点（4297236，504947）。

方案二：

从本设计标段起点开始（4296974，497632）路线与界河成54度交角到达西庄村北温室南边（4297340，498956），在此次设置第一个交点；然后右转46°45′2.7″到达西庄村东侧温室之间（4296837，499785），在此设置第二个交点；接着左转40°47′20.1″到达决堤村村北处（4297279，502426）设置第三个交点；接着右转23°45′21.0″到达泾阳驿村西侧，泾阳驿县道南侧（4296962，503671）设置第四个交点，与泾阳驿县道成30度交角；最后左转26°22′43.0″一直到达设计终点（4297236，504947）。

2.2方案比选

将方案一和方案二从路线线型指标、经济作物田占用、与河及县道交角及桥梁跨径、路线迂回情况、与地方道路交叉情况、总里程数进行对比，对比情况如下表所示。

方案

方案一

方案二

比较

交点数

4

4

相同

各交点圆曲线半径

1000、1100、

2500、2531

900、897

1500、1500

方案一较方案二指标高

经济作物田占用情况

占用少量桃园及温室

不占用经济作物田地

方案二较方案一好

房屋拆迁情况

拆迁少量村民房屋

拆迁少量村民房屋

相差不大

路线转角及迂回情况

转角小，迂回少

转角大，迂回大

方案一较方案二好

与界河交角

69度

54度

方案一较方案二好

界河桥梁跨径

130米

135米

方案一较方案二好

与县道交角

30

28

方案一较方案二好

跨线桥跨径

13

14

相差不大

与地方道路交叉情况

11处

11处

情况相同

总里程数

7465.739米

7511.294米

方案一较短

分析上表，考虑到高速公路线型指标为重点因素，结合桥梁跨径和路线总长对工程造价的影响，路线迂回尽量少的原则。

考虑主要矛盾，忽略次要矛盾，经过比较后第一种方案要优于第二种方案。

所以采用第一种路线方案。

两种路线方案均在平面图上画出草图。

详见路线平面图。

第三章平面设计

3.1平面线形设计原则

1一般原则

1.平面线形设计必须满足《标准》和《规范》的要求。

2.平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形地物相适应，与周围环境相协调。

平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲，这是美学、经济和环保的要求。

3.保持平面线形的均衡和连续。

（1）直线与平曲线的组合中尽量避免以下不良组合：

长直线尽头接小半径曲线，短直线接大半径的平曲线。

（2）平曲线与平曲线的组合：

相邻平曲线之间的设计指标应均衡、连续，避免突变。

（3）高、低标准之间要有过渡

4.平曲线应有足够的长度。

2本次平面线形设计过程

本设计标段处于平原区，平面线形采用较高的技术标准，尽量避免了采用长直线或小偏角，但是没有为避免长直线而随意转弯。

在避让局部障碍物时注意了线形的连续、舒顺。

同时，平面线形充分利用了地形处理好平、纵线形的组合，在平面线形设计时候兼顾到了纵断面的设计，比如在跨越界河时候需要足够的路面标高来设置桥梁，这里必然需要设置一竖曲线，所以在平面线形设计时候就使第一个交点的直缓点尽量后移，从而避免了在纵断面设计时候出现竖曲线的顶部设置在缓和曲线内或者靠近直缓点。

从而为纵断面设计打下良好的基础。

同时相邻曲线组合时优先考虑使用S型反向曲线，从而在两大半径圆曲线间尽量避免插入短直线这种不良的组合。

所以本次设计中在平面线形设时，采用了较高的技术标准，圆曲线半径均大于规范规定的一般值，四个交点的圆曲线半径依次是1000、1100、2500、2531米。

而且缓和曲线长度也尽量和圆曲线大致相同，至少满足缓-圆-缓的比例为1:

1:

1-1:

2:

1之间，使得线形更加平顺，利于行车。

而且考虑到两平曲线间的距离太短而不利于线形的平顺，所以，在本次设计中四个反向平曲线中交点1、2和交点3、4分别两两设置成S型反向曲线，从而避免了两大半径曲线中间连接一小段直线的不良组合，交点2、3之间的直线长度为1220米，大大超过了规范规定值，所以点2、3之间没有设置成S型曲线。

同时，平曲线长度也大于规范对于其长度规定一般值。

总之，本次设计中的平面线形设计及组合设计满足高速公路对于平面线形指标的要求。

3.2各项设计参数确定

1直线

（1）直线最大长度

我国对于直线的长度未作出具体规定，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的措施。

在景色有变化的地点其直线的最大长度（以km计）可以大于20V（V为设计车速，以km/h计），在景色单调的地点最好控制在20V以内。

（2）曲线间直线最小长度

同向曲线间的直线最小长度：

同向曲线间若插入短直线，容易把直线和两端的曲线构成反弯的错觉，甚至把两个曲线看成是一个曲线。

这种线形破坏了线形的连续性，容易造成驾驶员操作的失误。