景洪市小曼二级公路设计-(道路桥梁方向)毕业论文.doc

1. 绪论交通对国民经济的发展具有基础性、先导性的作用，近年来，我国公路建设方面成就十分显著，国家在基础建设资金的大规模连续投入之后，公路基础设施显著改善，公路路网也更加合理。大量高等级公路的建设和使用，为汽车快速、高效、安全、舒适地运行提供了良好的条件，标志着我国的公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。景洪市小曼二级公路地区属于温润季冻区，沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡上1米以下是碎石土，山顶多有碎落现象，在碎落带地区设置碎落台，以堆积碎落岩屑和土石，便于养护时清理。山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。 设计的主要内容包括：原始资料、公路平面设计、公路纵断面设计、公路横断面设计等部分。本着科学、谨慎、认真、务实的原则。本人在设计过程中参阅了公路勘测设计、公路设计规范、路基路面工程、公路设计手册、工程概预算等专业文献。力求做到在技术上先进适用；费用上经济合理；施工上安全可靠，并把理论知识与现场实践相结合，从而达到使设计更加完善的目的。1.1原始资料本设计是根据所给比例尺为1：500的等高线地形图，以及所在的地区的气候、土壤、地质、水文等资料进行的二级公路的施工设计。本设计地形图主要为平原微丘区，整个设计应遵循山岭平原微丘二级公路的技术标准。1.1.1地形、地貌本设计路段所在地区处属于东部温润季冻区，平原微丘区。 1.1.2 地质、气候、水文该路段所在地区属于温润季冻区，气候温暖。夏冬温差较大，路面设计应注意高温稳定性和低温抗裂性；最大冻深为1.91m，设计路面的总厚度时要考虑这个因素，保证最小防冻厚度。主风向为西南风。沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡上1米以下是碎石土，山顶多有碎落现象，在碎落带地区设置碎落台，以堆积碎落岩屑和土石，便于养护时清理。山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。 1.1.3 沿线的植被及土壤分布多丘陵和山地，山岗处树木较多，农田处有灌木区，农田多旱地。沿线多粘质土，山坡上1米以下是碎石土。1.1.4 道路建筑材料及分布情况沿线有丰富的砂砾，有小型采石场和石灰厂，水泥和沥青均需外购。故设计混凝土路面与沥青路面均可，基层和垫层材料应该注意就地取材，节约工程费用。1.1.5 公路设计基本参数通过对该公路所处的地形、地貌、公路等级、交通量及设计车速的分析调查，对远景交通量进行计算，满足公路路线设计规范2.1.1规定：“双车道二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量500015000辆。”的要求，确定采用平原微丘区二级公路进行设计。现依据公路工程技术标准和指导老师下达的设计任务书，将本次设计所采用的指标列出如下：设计车速 60Km/h远景交通量6280辆/日圆曲线一般最小半径 200m圆曲线极限最小半径 125m公路最大纵坡6%公路最小纵坡0.3%缓和曲线最小长度35m平曲线最小长度100m同向曲线最小长度 6v=360m反向曲线最小长度 2v=120m平曲线最大超高 8%行车道数 2行车道宽度 2×3.5m硬路肩宽度 2×2.5m土路肩宽度 2×1.0m纵坡最短坡长150m最大直线长度 20v=1200m平曲线采用的超高方式 绕中线旋转凸形竖曲线半径 极限最小值 1400m一般最小值 2000m凹形竖曲线半径 极限最小值 1000m一般最小值 1500m竖曲线最小长度 50m 设计荷载 公路级2.公路平面设计平面设计是公路设计的基本组成部分，是根据汽车行使的性能，结合当地的地形条件，按照公路设计规范在平面上布置出一条通顺，舒畅的线形来设计的。 2.1 平面方案比选2.1.1 公路平面设计的技术标准根据公路等级为二级公路，设计车速为60Km/h，由公路工程技术标准中查得下列指标：圆曲线最小半径：一般值为200m，极限值为125m；缓和曲线最小长度为35m；平曲线最小长度为100m；同向曲线间的直线最小长度不小于6v=6×60=360m；反向曲线间的直线最小长度不小于2v=2×60=120m。2.1.2 方案确定收到毕业设计任务书后，根据任务书要求，对地形图进行处理，处理内容包括：移动地形图使之与坐标方格网所示坐标相吻合（本地形图不需要进行旋转）。检查原始地形图，更改地形图上明显错误的等高线和地形点标高。数字化地形图，由图面等高线、地面高图层生成DTM，并进行处理，使地模尽可能与原地形吻合。然后进行选线、路线平纵横设计、两方案比选工作，最后确定采用方案，细化设计内容。本设计采用高程设计线在路基中线，超高旋转轴为路基中线，横断面加宽过渡方式采用四次抛物线加宽。由于需要满足平曲线超高渐变率的要求，在部分平曲线中采用了较小的圆曲线半径和较大的缓和曲线长，经过比选，两方案的平、纵均满足各项指标要求，方案二较为经济合理，故最终以方案二进行设计。2.1.3 方案比选做出两方案的平纵设计时比选，比选情况如下表：表1 两方案平纵设计比选项目方案1方案2路线长度488.304m487.665m交点数22平曲线占路线总长55.73%49.56%平曲线最小半径350270最大纵坡4.0%3.263%竖曲线最小半径20002500安全评价安全安全方案优点路线顺畅方案缺点纵坡稍大平面半径稍小方案比较参考推荐经过方案比选，推荐采用方案二进行设计。2.2平面线形要素计算JD1计算为例本次设计取圆曲线的半径为400m，缓和曲线长度取50m，缓和曲线应满足的条件：缓和曲线的取值必须大于（1）、（2）值的最大值，且大于技术标准中规定的最小长度值，同时取值还应在条件（3）的取值范围内，本次设计取缓和曲线的长度50m满足条件的要求，故本次缓和曲线的长度取50m。由图面有：起点QD（470.733 ，209.553 ）、JD1（451.753 ，332.446 ）、JD2（467.879 ，575.390 ）坐标增量： (2-1)象限角： (2-2)交点间距： (2-3)计算方位角A： (2-4) (2-5) (2-6) (2-7)转角起点QD与JD1之间：坐标增量： 451.753-470.733=-18.98m332.446-209.553=122.893m交点间距： 124.35m象限角： 因为0，0，故方位角JD1与JD2之间： 坐标增量： 467.879-451.753=16.126m575.390-332.446=242.944m交点间距： 象限角： 因为0，0，故方位角转角： 2.3 平曲线几何要素计算JD1计算为例图 2-1平曲线如图2-1几何元素的计算公式如下： (2-8) (2-9) (2-10) (2-11) (2-12) (2-13) (2-14)JD1处的几何元素：2.4 主点里程的计算主要点里程：JD1处： K0+124.350 K0+055.246 K0+105.246 K0+143.049 K0+193.049 K0+124.147其余各点计算里程桩号为。桩 号桩 号桩 号K0+000K0+180K0+363.509K0+020K0+193.049K0+367.279K0+040K0+200K0+371.049K0+055.246K0+220K0+380K0+060K0+240K0+400K0+080K0+260K0+420K0+100K0+280K0+421.049K0+105.246K0+300K0+440K0+120K0+313.509K0+460K0+124.147K0+320K0+480K0+140K0+340K0+487.665K0+143.049K0+360K0+1602.5 公路中桩坐标的计算2.5.1 计算直线中桩坐标如图2-2，设交点坐标为JD（XJ，YJ），交点相邻直线的方位角分别为A1和A2。图2-2 中桩坐标计算图 则ZH（或ZY）点坐标： (2-15) (2-16)点坐标： (2-17) (2-18)设直线上加桩里程为表示曲线起、终点里程，则前直线上任意点坐标 (2-19) (2-20)后直线上任意点坐标 (2-21) (2-22)2.5.2 计算曲线中桩坐标曲线上任意点的切线横距： (2-23)式中：缓和曲线上任意点至点的曲线长 缓和曲线长度1) 第一缓和曲线任意点坐标： (2-24)2) 圆曲线内任意点坐标a 由时， (2-25)式中：圆曲线内任意点至点的曲线长； HY点坐标；b 由时： (2-26)式中：圆曲线内任意点至点的曲线长；3) 第二缓和曲线内任意点坐标； (2-27)式中：第二缓和曲线内任意点至点的坐标；4) 方向角计算a 缓和曲线上坐标方向角： (2-28) 转角符号，第一缓和曲线右偏为“+”，左偏为“”； 第二缓和曲线右偏为“”，左偏为“+” ；式中：缓和曲线上任意点至点的曲线长；缓和曲线长度；b 圆曲线上坐标方向角： (2-29) 为转角符号，右偏为“+”，左偏为“”；2.5.3 坐标计算过程以桩号ZH、K0+020、K0+100和K0+120为例，计算如下：已知：交点JD1处坐标为（451.753 ，332.446），T= 69.104 m,A1=98.779°,=50m1) ZH点坐标：451.753+69.104cos（98.779°+180°）=462.301332.446+69.104sin（98.779°+180°）=264.1522) K0+020 点处于前直线段上，坐标为：451.753+（69.104+55.246-20）×cos（98.779°+180°）=467.68332.446+（69.104+55.246-20）×sin（98.779°+180°）=229.319 3) K0+100点处于ZH与HY之间，坐标为： 44.743 456.210 308.4844) K0+120点处于HY与YH之间：454.635328.420计算出路线的逐桩坐标如下页表：表2：逐桩坐标表桩 号坐 标桩 号坐 标N (X)E (Y)N (X)E (Y)K0+000470.733 209.553 K0+363.509466.078 571.544 K0+020467.680 229.319 K0+367.279465.952 575.312 K0+040464.628 249.085 K0+371.049465.774 579.078 K0+055.246462.301 264.152 K0+380465.150 588.006 K0+060461.576 268.850 K0+400462.957 607.884 K0+080458.647 288.635 K0+420460.144 627.685 K0+100456.210 308.484 K0+421.049459.991 628.723 K0+105.246455.701 313.706 K0+440457.218 647.470 K0+120454.636 328.420 K0+460454.292 667.255 K0+124.147454.434 332.563 K0+480451.366 687.039 K0+140454.059 348.410 K0+487.665450.245 694.621 K0+143.049454.059 351.459 K0+160454.442 368.405 K0+180455.484 388.377 K0+193.049456.330 401.398 K0+200456.790 408.334 K0+220458.115 428.290 K0+240459.440 448.247 K0+260460.764 468.203 K0+280462.089 488.159 K0+300463.413 508.115 K0+313.509464.308 521.594 K0+320464.735 528.071 K0+340465.833 548.040 K0+360466.148 568.036 3.公路纵断面设计纵断面是一条沿着道中线竖直剖切，然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求路线纵有起伏的空间线。纵断面上有两条主要的线，一条是地面线，它是根据中线上个桩点的高程而绘制的一条不规则的折线，反应了沿着中线地面的起伏变化情况；一条是设计线。纵断面设计的主要任务是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理和乘客感觉舒适的目的，同时还要考虑到公路等级的因素，要与其相适应。3.1 纵断面的竖曲线要素及主要点设计高程计算3.1.1 纵断面设计的所需基本资料本次设计任务书结合公路工程技术标准规定：最大纵坡（%）6最大合成坡度（%）7最小坡长（m）150竖曲线最小长度（m）50凸形竖曲线半径（m）一般2000最小1400凹形竖曲线半径（m）一般1500最小10003.1.2 竖曲线要素的确定纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，成为竖曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，二者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线比圆曲线更为方便，故在该设计中采用抛物线如图3-1：图3-1 竖曲线要素示意图在图示坐标下，以二次抛物线作为竖曲线的一般方程式为： (3-1)其竖曲线的诸要素计算公式如下：竖曲线长度L或竖曲线半径R： 或 (3-2)竖曲线切线长T： (3-3)竖曲线上任意一点竖距h： (3-4)竖曲线外距E： 或 (3-5)式中：坡差，%竖曲线长度，m竖曲线半径，m3.1.3 变坡点处竖曲线要素及设计高程计算变坡点1桩号K0+250m处，取半径R=2500m，高程为368.628m（其中前一变坡点高程为376.784m、桩号为K0+000，后一点变坡点高程为369.347m、桩号为K0+490）。则（368.628-376.784）/250=-3.263%（369.347-368.628）/240=0.3%计算竖曲线要素 0.3%-（-3.263%）=3.563% 为凹形曲线长2500×3.563%=89.058m切线长 外距1) 计算竖曲线主控制点的桩号及高程竖曲线起点桩号为： K0+250-44.529K0+205.471竖曲线起点高程为： 368.628-44.529（-3.263%）378.08m竖曲线终点桩号为： K0+250+44.529K0+294.529竖曲线终点高程为： 368.628+44.5290.003368.761m竖曲线中点桩号为： K0+250竖曲线中点设计高程为：368.628+0.397369.025m以上计算为变坡点K0+250处的纵断面设计计算，用以上方法可计算得各变坡点处竖曲线各桩号的设计高程，其值在纵断面设计图上可以表示出来。表3：坚曲线计算表桩号坡段高程(m)标高修正y=x*x/2R(m)竖曲线高程(m)K0+205.471378.080378.08K0+250368.6280.397369.025K0+294.529368.7610368.7614. 公路横断面设计道路的横断面,是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑，弃土堆，环境保护等设施。4.1 公路路横断面的组成4.1.1 横断面尺寸的确定为满足汽车行人以及其它车辆在公路上正常运行要求，路基须有一定宽度。整体式断面包括行车道、中间带、路肩以及紧急停车带、爬坡车道等组成部分。本设计为某二级公路，路基宽为17m，路幅采用整体式双向四车道,无中央分隔带，具体横断面组成和各部分尺寸见图4-1。图 4-1横断面4.1.2 公路行车道宽度的确定本设计路段为地形为平原微丘区地形，远景交通量为6280辆日，根据标准规定并结合实际情况，取道路等级为二级公路，路幅定为整体式双向两车道，无中央分隔带。路基宽度12米。4.1.3 路肩宽度的确定路肩应具有足够的宽度保证其功能的充分发挥，但是过宽的路肩将使驾驶员把路肩当成外加的行车道使用。本设计中参照标准及设计任务书的有关规定选择路肩宽度。硬路肩1.5米，硬路肩坡度为2。土路肩1米，土路肩坡度3%。4.1.4 加宽值的确定当汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中以后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。标准规定：对于半径大于250m的圆曲线，由于加宽值甚小，可以不加宽。本设计中采用规范中的第三类进行加宽。4.2 路拱和超高的确定4.2.1 路拱路拱：采用修正的三次抛物线公式计算 （4-1）距中心的横向距离(m)相应点的竖向距离(m)横坡B行车道宽度(m)路拱高度，因行车道宽5米，利用距路基中心每1米为特征点，分为5个点计算出对应的竖向距离，绘出路基横断面图，路拱计算见下表4-1。X距中心的横向距离（m）12345 （m）0.00520.01160.02040.03280.054.2.2 超高为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高与内侧低的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。超高横坡在圆曲线上是与圆曲线半径相适宜功能的全超高。在缓和曲线上上逐渐变化的超高，是从双向坡度过度到单向横坡度的路段。1) 最大超高和最小超高超高过大会使慢性的车辆产生向曲线内侧滑移的可能性，最小超高应满足道路排水性的要求，根据上述因素查公路工程技术标准来确定各曲线的超高值。2) 超高的过渡方法本设计中采用绕轴旋转的方式进行超高加宽过渡。3) 平曲线上超高缓和段长度的确定但因照顾线形的协调性，则超高的过渡可仅在回旋线的某一区段内进行。在确定缓和曲线的最小长度时，已经考虑了超高缓和段所需的最短长度，所以在一般的情况下，超高缓和段与缓和曲线相等。4.3填挖方边坡填方边坡高度大于8米，分阶放坡,第一阶高差8米，以后每阶10米,边坡坡度为:第一阶1:1.5，以后均为1:1.75；填方路基原地面横坡大于1：5的斜坡上，路堤底应挖台阶，台阶宽度不小于1m，台阶底应有2%-4% 向内倾斜的坡度，挖台阶前应清除草皮和树根。挖方边坡高度大于8米，分阶放坡，第一阶高差8米，坡度为1：0.75，第二阶高差10米，坡度为1：1。4.4 路基标准横断面和特征横断面的绘制根据本设计路段的地质，地形条件，画出标准横断面，详见附图中“横断面图”。根据地形确定特征点并测出原地面高程，特征点布置如下图。横断面高程表绝对高程平距高程平距高程平距高程平距高程桩号-中高0376.808左边5377.71810379.05515384.761右边5376.97310377.11815377.55620377.872桩号-中高20374.555左边5375.55910376.67715380.84620383.419右边5373.86110373.73315374.02520374.562桩号-中高40373.956左边5374.95310375.5915376.93220382.129右边5373.33610373.57415373.71520373.524桩号-中高55.246372.449左边5373.20610373.82915374.33520379.145右边5372.40710372.39715372.18520372.145桩号-中高60371.83左边5372.14110372.76515373.520378.218右边5372.03210372.23415372.08320372.031桩号-中高80370.065左边5370.46910371.09515371.78320373.97右边5370.08310370.71215370.79520370.55桩号-中高100369.824左边5370.07910370.23515370.06520371.448右边5370.04210370.30915370.36320370.379桩号-中高105.246369.882左边5370.15910370.09615369.86520371右边5369.77110370.06515370.19420370.234桩号-中高120370.214左边5370.18710369.93315369.77620370.159右边5369.90910369.74515369.87120369.727桩号-中高140373.25左边5373.66710373.30715372.99320370.1右边5372.63210372.03815372.13920372.179桩号-中高143.049374.001左边5374.13110373.76715373.50820370.081右边5373.39310373.10115373.21820372.787桩号-中高160375.331左边5375.09910374.77815374.6520370.947右边5375.28110375.11615375.0320374.871桩号-中高180375.491左边5375.19310374.97415374.88120371.103右边5375.65310375.75215375.74820375.24桩号-中高193.049375.626左边5375.34910375.07815374.81920369.719右边5375.69410375.73215375.56920375.271桩号-中高200375.612左边5375.45710375.23115374.58220369.833右边5375.7210375.70615375.64120375.366桩号-中高220375.053左边5374.77110374.72115371.15320370.157右边5375.15410375.13515374.99720374.955桩号-中高240374.57左边5374.62910374.79615370.54820370.482右边5374.56410374.5615374.67720374.759桩号-中高260373.939左边5373.94610374.01215368.32220370.806右边5373.59810373.2715373.4720373.76桩号-中高280372.814左边5372.9610372.61915368.64520371.129右边5372.40410371.57415372.48120372.618桩号-中高300371.586左边5371.68310369.94215368.97120371.455右边5371.50910371.43815371.46820371.647桩号-中高313.509370.252左边5370.57910367.67815369.19120372.157右边5369.76310370.09315370.55220370.497桩号-中高320369.232左边5369.76810366.8115369.29420372.558右边5368.62210368.45415368.99220369.547桩号-中高340368.433左边5368.24910367.02415369.50920373.365右边5368.55910368.42515368.29920368.354桩号-中高360367.342左边5367.16510366.8415369.32320372.915右边5367.24410366.98515366.76420366.97桩号-中高363.509367.019左边5366.86310366.74415369.22520372.593右边5366.87610366.78215366.69120366.661桩号-中高371.049366.243左边5366.21610366.45715368.93320371.616右边5366.34110366.53715366.65320366.467桩号-中高380365.319左边5365.38410365.98315368.45120370.919右边5365.33210365.53115365.75320365.992桩号-中高400365.335左边5365.52510365.57415366.9820369.432右边5365.36910365.48715365.4920365.502桩号-中高420365.879左边5365.84610365.69515366.00120367.677右边5365.89210366.8815370.63420371.83桩号-中高421.049365.882左边5365.85710365.72815365.89320367.583右边5365.89510367.99215371.74620372.805桩号-中高440366.302左边5366.41810366.49515366.42720366.516右边5366.12610365.99115366.04820366.161桩号-中高460367.971左边5367.96810367.78915367.49120367.346右边5367.93210367.858