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目录
第一章设计任务和沿线自然条件 1
1
2
3
3
第二章纸上定线 7
7
7
9
9
第三章线路设计 10
10
18
23
26
第四章路基边坡稳定性分析 30
30
31
33
第五章挡土墙设计 36
36
39
44
44
45
第六章路基排水设计 46
46
47
51
第七章路面结构设计 53
53
56
64
第八章总结 66
致谢 67
参考文献 68
2
第一章设计任务和沿线自然条件
本次毕业设计的任务就是在老师的指导下独立完成公路的设计工作,具体内容包括原理分析、平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基、挡土墙设计及路面设计,设计文件的编制和图纸绘制。
设计资料是设计的客观依据,必须认真客观地分析。首先要对设计任务书提供的各种资料加以理解和必要的记忆,明确对设计的影响,在头脑中对工程要求、自然条件、材料供应情况和施工条件等,构成一幅明晰的画面;再查找各种规范数据,对资料进行分析、概括和系统地整理,从中抽取、确定有关设计数据。
设计内容要求见表1-1;
表1-1主要设计内容
技术等级及标准的确定
按照《公路工程技术标准》选定,要求对技术指标分析论证
纸上定线
在地形图上选择路线至少3个方案并简述理由;进行路线方案比较并提出推荐方案
路线平面设计
(选定路线)
进行交点坐标和导线方位角设计;平曲线设计;里程桩号的详细推算;路线平面图的绘制
路线纵断面设计(选定路线)
转坡点位置的确定;坡度和坡长设计;竖曲线设计;纵断面图的绘制
排水设施设计
排水沟、截水沟、盲沟等沟渠设计
路基横断面设计
路幅设计(宽度和路拱横坡);超高和加宽设计;边坡设计;路基设计表;视距检查,路基土石方计算及调配;路基横断面图的绘制
路基稳定性验算
高路堤、深路堑需进行边坡稳定性验算及软土地基稳定性验算并提出加固措施
典型挡土墙设计和计算
完成某段挡土墙设计和计算及全线挡土墙设计一览表及其工程数量
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路面结构设计及计算
设计沥青路面和水泥混凝土路面
水泥混凝土路面设计内容包括:1)进行轴载换算,推算设计年限内标准轴载累计作用次数;2)进行路面结构组合设计;3)确定路面结构层设计参数;4)确定混凝土板的平面尺寸和厚度;5)进行接缝构造、配筋设计;6)各结构层材料组成设计;7)提出各结构层的施工技术要求及质量标准;8)计算工程量和材料用量。
沥青路面设计内容包括:1)进行轴载换算,确定路面设计弯沉值;2)拟定路面结构组合方案,进行方案比较;3)确定路基路面结构层设计参数;4)按三层体系简化法或设计程序确定路面结构层尺寸;5)按三层体系简化法或设计程序验算结构层底面拉应力和表面剪应力;6)各结构层材料组成设计;7)提出各结构层的施工技术要求及质量标准;8)计算工程量和材料用量。
毕业设计文件包括设计说明书和计算书。说明书交代设计内容、设计意图。计算书交代设计中的具体计算方法和过程。
表1-2设计图纸
内容
比例要求
补充说明
路线平面设计图
1:2000
A3机绘图分段打印需提交纸上选(定)线手绘图
路线纵断面设计图
1:200~300(纵)
1:2000(横)
A3机绘图分段打印
路基标准横断面图、1km逐桩横断面图(典型地段)
1:200
A3机绘图
路基排水沟渠大样图设计
1:10~50
A3机绘图
挡土墙设计详图
1:100
A3机绘图
水泥混泥土路面结构设计图
1:100
1:10~50(详图)
A3机绘图,对于水泥混凝土路面需绘接缝构造图
北地势平坦,平均海拔200米。是雪峰山余脉向洞庭湖平原过渡的环湖丘岗地带,属亚热带季风性湿润气候,,降水量1400-2000毫米,℃。路基土壤为中液性粘土,,。
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黄梅县位于南岭山脉南麓,山脉多以南北走向为主,地势自北向南倾斜,构成北高南低的地貌,受亚热带季风气候影响,属中亚热带季风气候,由于地理位置及地形因素的影响,具有气候温暖、冬短夏长、春秋过渡快、四季分明、雨热同季、雨量充沛,气候资源比较丰富,各地气候差异大。东北部、中部和西南部属中、低山区,具有明显的山区气候特征。冬季受北方冷空气影响较大,常见霜冻和积雪,全年无霜期300天左右;春季常有大雾、寡照湿冷;夏、秋两季,昼夜温差大。东南部盆地丘陵区,夏秋闷热,白天气温比山区高出4~6℃,日照时数也较长。气温变化不仅有南北的差异,而且随着海拔的增高,气温亦有明显垂直变化,灾害性天气较多。
根据所给任务书的要求及各项参数,由相应规范查得此路设计车速为60Km/h,整个路段的最大纵坡不大于6%,同时为满足纵向排水和横向排水的需要,%~%,行车道坡度为2%,路肩坡度为3%。,双向两车道,停车视距75m,最大设计洪水频率为1/50。设计年限15年。
随着社会的进步,人类对于交通的需求迅速增长,形成了由多种运输方式组成的交通系统。交通运输是国民经济的基础产业之一,它把国民经济的各领域和各个地区联系起来,在生产和消费之间起着纽带作用;是保障全社会蓬勃发展的网状大动脉;也是人类在政治、经济、生活以及军事等方面交往的主要通行方式,起着工具作用。一般二级公路能适应按各种车辆折合成中型载重汽车2000——5000辆的年平均昼夜交通量,为连接政治、经济中心或大工矿区、港口、机场等地的公路。本次设计的二级公路,是连接两个重要地方的一条通道,它的建成将缩短城际间和沿线地区的运输时空距离,促进各城市之间的经贸往来,为地方经济的发展提供了重要的保障。
设计中对公路的平、纵、横进行综合设计,做到了合理利用地形,正确运用标准,达到平面顺适、纵面均衡、横面合理,处理好了本公路与其他公路的配合与协调,结合本项目沿线的地形、地物、地质、水文、筑路材料等自然条件,合理使用了各项技术标准。线形设计时在保证行车安全、舒适、迅速的前提下,尽量做到少拆迁民房、少占良田、减少工程数量,以降低工程造价。在工程数量增加不大的情况下,尽量地使用了较高的技术指标,提高公路的使用质量。路基路面设计以就地取材、保证质量、节约投资为设计原则,根据具体的地形,做好路基防护工程设计和路基、路面排水等综合设计。
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(1)交通组成
表1-3本路建成初期每日双向混合交通量组成及交通量
汽车车型
日交通量(辆/d)
东风EQ140
1438
黄河JN150
124
黄河JN253
238
东风SP9250
350
北京BJ130
1038
日野KB222
569
桑塔纳2000
1738
预计年平均交通量增长率为5%;
(2)交通量的计算
各种车辆折算系数如表1-4。
表1-4各种车辆折算系数表
代表类型
折算系数
说明
小客车
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
>19座的客车和载质量>2t~≤7t的货车
大型车
载质量>7t~≤14t的货车
拖挂车
载质量>14t的货车
通过上表得各车辆的折算系数,计算得换算交通量如表1-5。
表1-5建成初期每日双向交通量换算
汽车车型
日交通量(辆/d)
折算系数
换算交通量(辆/d)
东风EQ140
1437
2157
黄河JN150
124
248
黄河JN253
238
476
东风SP9250
350
700
北京BJ130
1038
1038
日野KB222
569
1138
桑塔纳2000
1738
1738
换算日交通量合计
7495
(3)确定公路等级
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式中:—远景设计年平均日交通量(辆/日)
—起始年平均日交通量(辆/日),包括现有交通量和道路建成后从其它道路吸引过来的交通量
r—设计交通量年平均增长率(%)
n—设计交通量预测年限
%。
=7495×(1+%)=14840辆/d,平均日交通量在5000~15000之间,所以所选路段为二级公路。
本设计路段在公路网中有着重要经济作用,交通量也较大,采用的设计速度,拟定为60km/h,主要的技术指标如下:
(1)计算行车速度:60km/h
(2)车道数:双向2车道
(3)行车道宽度:2×
(4)路基宽度:10m
①硬路肩:
②土路肩:
③路幅组成:2×(++)
(5)停车视距:75m
(6)计算荷载:公路-Ⅱ级
(7)平曲线技术指标:详见表1-6
(8)竖曲线技术指标:详见表1-7
表1-6平曲线技术指标
圆曲线最小半径(m)
一般值
200
极限值
125
不设超高圆曲线最小半径(m)
路拱2%
1500
路拱>2%
1900
回旋线最小长度(m)
50m
圆曲线最大超高值(%)
6
平曲线最小长度(m)
一般值
300
最小值
100
停车视距(m)
75
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6
缓和曲线最小长度(m)
一般值
80
最小值
60
可不设缓和曲线的临界半径(m)
900
表1-7竖曲线技术指标
凸形竖曲线最小半径(m)
一般值
2000
极限值
1400
凹形竖曲线最小半径(m)
一般值
1500
极限值
1000
竖曲线最小长度(m)
一般值
120
极限值
50
最大纵坡(%)
6
路基设计洪水频率(Hz)
1/50
纵坡最小坡长
150
不同坡度的最大坡长(%)
3%
1200
4%
1000
5%
800
6%
600
上坡容许最低速度(km/h)
40
最大合成纵破(%)
缓和冲击最小曲线长度(m)
凸形曲线
1000ω
凹形曲线
视距要求最小曲线长度(m)
凸形曲线
1406ω
凹形曲线
夜间行车照明
1036ω
桥下视距
209ω
停车视距(m)
凸形曲线
75
凹形曲线
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第二章纸上定线
定线是根据既定的技术标准和路线方案,结合地形、地质等条件,综合考虑路线的平面、纵断面、横断面,具体定出道路中线的工作。
定线工作是依据下达的设计任务书、选线阶段确定的路线走向和主要控制点、所采用的技术标准进行的。定线的任务是在选线布局阶段选定的“路线带”(或叫定线走廊)的范围内,按已定的技术标准,结合细部地形、地质等自然条件,考虑平、纵、横三面的合理安排,定出道路中线的确切位置。
定线是道路设计过程中关键的一步,不仅要解决工程和经济问题,而且要充分考虑道路与周围环境的配合,道路与生态平衡的关系,道路自身线性的美观和协调等问题。
道路定线是一项非常复杂、涉及面很广、技术要求较高的工作。除受地形、地质、地物等有形因素限制外,道路定线还要受技术标准、国家政策、社会需求、道路美学、风俗****惯等无形因素的制约。要求设计人员应具有广博的知识、熟练的定线技巧和精益求精的工作态度。设计者很难一次试线就能定出理想线位,复杂条件下的定线往往存在多个设计方案供定线组研究比选,每一个方案都是众多相互制约因素的一种折中方案,理想的路线只能通过比较的方法选出。定线作业组一般由路线、桥梁及水文和地质等专业人员组成,定线中还要听取当地有关部门的意见,使定线成为各专业相互协作的最佳成果。
纸上定线是在室内大比例尺地形图上进行,对不同的地形条件,定线考虑的侧重点不同。平原、微丘区地形平坦,路线一般不受高程限制,定线中重点是正确绕避平面上的障碍,力争控制点间路线短捷顺直;而山岭、重丘区地形复杂,横坡陡峻,定线时要利用有利地形,避让艰巨工程、不良地质地段或地物等,都涉及调整纵坡问题,且山区纵坡又限制较严,因此山岭、重丘区定线的重点是安排好纵坡。
、微丘区定线步骤
(1)定导向点
在选线布局确定的控制点之间,根据平原、微丘区路线布设要点,通过分析比较,确定可穿越、应趋就和该绕避的点和活动范围,建立一些中间导向点。
(2)试定路线导线
参照导向点,试穿出一系列直线并交出交点,或直接将导向点作为交点,试定出路线导线。
(3)初定平曲线
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读取交点坐标计算或直接测转角和交点间距,其中纸上定线转角须用正切法量测计算,初定圆曲线半径和缓和曲线长度,直至满足为止。
(4)定线
检查各技术指标是否满足标准要求,以及平曲线线位是否合适,不满足时应调整交点位置或圆曲线半径或缓和曲线长度,直至满足为止。
、重丘区定线步骤
(1)定导向线
①分析地形,找出各种可能的走法。在地形图上仔细研究路线布局阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况,选择有利地形如平缓顺直的山坡、开阔的侧沟、利于回头的地点等,拟定路线各种可能的走法。
②放坡定坡度线。由等高距h和选用的平均纵坡i均(%~%,视地形曲折程度和高差而定),按ah/i均计算等高线间平距a,使两脚规的张开度等于a(按地形图比例尺),从某一固定点如A点开始,沿拟定走法依次截取每根等高线的a,b,c……点,在B附近回头后再向D点截取,当最后一点的位置和高程都与D点接近时,说明该方案成立,否则应修改走法(如改变回头位置)或调整i均(%~%内),在重新方坡至方案成立为止。
连接Aab……D为具有平均纵坡的折线,称为坡度线,它验证了一种走法的成立,并可发现一些中间控制点,为下一步工作提供依据。
③确定中间控制点,分段调整纵坡,定导向线。分析坡度线利用地形、避让地物或不良地质情况,找出应穿或应避的中间控制点。
(2)修正导向线
①试定平面和纵断面。参照导向线定出直线和平曲线即平面试线,按地形变化特征点量出或读取桩号及地面高程,点绘纵断面图的地面线,参考地面线和前面分段安排的纵坡设计理想纵坡,量出或读取各桩的概略设计高程。
②一次修正导向线。目的是用纵断面修正平面,避免纵向大填大挖。在平面试线各桩的横断面方向上点出与概略设计高程相应的点,这些点的连线是具有理想纵坡、中线上不填不挖的折线,称为一次修正导向线。当纵断面上填挖过大时,应进行修改。
③二次修正导向线。目的是用横断面最佳位置修正平面,避免横向填挖过大。对一次修正导向线各点绘制横断面图,用路基模板逐点找出最经济或起控制作用的最佳中线位置及其可移动范围。根据最佳位置的性质分别用不同符号点回到平面图上,这些点的连线是具有理想纵坡、横向位置最佳的平面折线,称为二次修正导向线(小比例尺地形图上显示不出最佳位置时可不做)。
(3)定线
定线是在二次修正导向线的基础上进行。二次修正导向线是一条平面折线,不满足技术标准的要求,必须适当取直,并用平曲线连接,定出中线的确切位置。定线必须按照二次修正导向线上各特征点的性质和可活动范围,经过反复试线才能定出满足要求的中线。定线的具体操作可采用直线形定线方法或曲线形定线方法。
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纸上定线是一个反复试线修改的过程,试线中是修改纵坡还是改移中线位置或者两者都改,应对平、纵、横三方面充分研究后确定。在一定程度上,试线越多,最后的成品就越好,直到无论修改哪一方面都不能显著节省工程或增进美观时,才可认为纸上定线工作结束。中线定出以后就可以进行纵断面、横断面以及相关内容设计。
路线上每一条直线的方向,平原、微丘区应以布局确定的控制点为依据,山岭、重丘区应参照导向线试定,最终路线要经过多方面分析比较才能确定。所定直线的长度是否满足标准规定,应采用本定线方法设置平曲线,计算直线长度,若不满足规定时应调整直线或平曲线,直至满足为止。
道路中线确定后,为标定路线需要根据试定的直线、圆曲线半径及缓和曲线计算平曲线要素、曲线主点桩和加桩里程等。需要计算逐桩坐标时,应采集各交点的坐标。通常交点坐标的采集方法有两种:
直接采集法:在绘有格网的地形图上读取各交点的坐标,一般只能估读到米,适用于交点前后直线方向和位置限制不严格的情况。
点前后直线间接推算法:在绘有格网地形图上先固定交点前后的直线(在直线上读取两个点的坐标),再用相邻直线相交的解析法计算交点坐标,一般适用于交点前后直线方向和位置限制较严的情况。
(1)参照导向线或控制点,徒手勾绘线性顺适、平缓并与地形相适应的概略线位;
(2)用直尺或不同半径的圆曲线弯尺拟合徒手线位,形成一条由圆弧和直线组成的具有错位(设缓和曲线后圆曲线的内移值)的间断线形;
(3)在圆弧和直线上各采集两点坐标固定位置,通过试定或试算,用合适的缓和曲线将它们顺滑连接,形成连续的平面线形。
采用曲线形定线法定出的路线平面线性仍然是由直线、圆曲线和回旋线三种线形要素组成。当各线性元衔接点的坐标一经确定,路线平面线性的形状和位置就被确定。
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