道路工程毕业设计指导书.docx
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1、 西 南 科 技 大 学毕 业 设 计 指 导 书 道 路 工 程一、综述道路设计主要包括以下几个方面的内容:平面、纵断面、横断面设计,路面设计、排水设计和工程量计算等。以下就分别叙述。二、平面设计部分1、 选线。选线一般按以下三步进行:(1) 路线方案选择。路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题。此工作通常是在小比例尺(1:2.51:10万)地形图上从大面积范围内找出各种可能的方案,收集各可能方案的有关资料,进行初步评选,确定数条有进一步比较价值的方案。然后进行现场勘察,通过多方案的比选得出一个最佳方案来。(2) 路线带选择。是在路线基本方向选定的基础上,按地形、地质、水文等自然条
2、件选定出一些细部控制点,连接这些控制点,即构成路线带。路线布局一般应该在1:10001:5000比例尺的地形图上进行。(3) 具体定线。有了上述路线轮廓即可进行具体定线,根据地形平坦与复杂程度不同,可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法,插出一系列的控制点,然后从这些控制点中穿出通过多数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段,延伸相邻直线的交点,即为路线的转角点。随后拟定出曲线的半径,至此定线工作才算基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形的情况,全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系,恰当地选用合适的技术指标,使整个线形得以连贯顺直协调。2、 平面设计。在选线的基础上进行的平面设计应注
3、意考虑以下原则:(1) 平面线形应直捷、连续、顺舒,并与地形、地物相适应,与周围环境相协调。(2) 除满足汽车行驶力学上的基本要求外,还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。(3) 保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶,应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。(4) 应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶者造成不便,给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。(5) 平曲线应有足够的长度。如平曲线太短,汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整,一般都应控制平曲线(包括圆曲线及其两端的缓和曲线)的最小长度。三、道路纵断面设
4、计1、纵断面设计步骤:(1) 准备工作:在厘米绘图纸上,按比例标注里程桩号和标高,点绘地面线。里程桩包括:路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩(50m加桩或20m加桩)、平曲线控制桩(如直缓或直圆、缓圆、曲中、圆缓、缓直或圆直、公切点等),桥涵或直线控制桩、断链桩等。(2) 标注控制点:如路线起、终点,越岭垭口,重要桥涵,地质不良地段的最小填土高度,最大挖深,沿溪线的洪水位,隧道进出口,平面交叉和立体交叉点,铁路道口,城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。(3) 试坡:在已标出“控制点”的纵断面图上,根据技术指标、选线意图,结合地面起伏变化,以控制点为依据,
5、穿插与取直,试定出若干直坡线。反复比较各种可能的方案,最后定出既符合技术标准,又满足控制点要求,且土石方较省的设计线作为初定试坡线,将坡度线延长交出变坡点的初步位置。(4) 调整:对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定,平、纵组合是否适当等,若有问题应进行调整。(5) 核对:选择有控制意义的重点横断面,如高填深挖,作横断面设计图,检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况,若有问题应调整。(6) 定坡:经调整核对无误后,逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。坡度值要求取到0.1,变坡点一般要调整到10m的整桩号上。(7) 设置竖曲线:根据技术
6、标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径,计算竖曲线要素。(8) 计算各桩号处的填挖值:根据该桩号处地面标高和设计标高确定。2、纵断面图的绘制 纵断面图采用直角坐标,以横坐标表示里程桩号,纵坐标表示高程。横坐标比例尺采用12000,纵坐标采用1200。纵断面图由上、下两部分组成。上部主要绘制地面线和纵坡设计线,标注竖曲线及其要素,沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数和孔径等;下部主要填写有关内容,自下而上分别填写:直线及平曲线,里程桩号,地面标高,设计标高,填挖高度,坡度、坡长,土壤地质说明。四、横断面设计1、路基横断面设计方法(1) 绘制横断面的地面线(2)由纵断面图上查到填挖高度,抄于相应
7、桩号的断面上。对于有超高和加宽的曲线路段,还应抄入加宽值、超高坡度等。(3)根据土壤、地质、水文资料,画出路幅宽度,填或挖的边坡坡线,在需要设置各种支挡工程和防护工程的地方画出该工程结构的断面示意图。(4)根据综合排水设计,画出路基边沟、截水沟、排灌渠等的位置和断面形式。(5)计算横断面面积。2、横断面设计成果(1)标准横断面图(2)路基横断面图(对应纵断面图上每一个中桩位置),比例1200(3)特殊路基设计图:如高填深挖路基、侵河路基、不良地质路段路基等(4)超高方式图及其他大样图(5)路基设计表五、路面设计1、 路面设计的内容路面结构是直接为行车服务的结构,不仅受各类汽车荷载的作用,且直接
8、暴露于自然环境中,经受各种自然因素的作用。路面工程的工程造价占公路造价的很大部分,最大时可达50以上。因此,做好路面设计是至关重要的。 路面设计不能简单地理解为路面结构(验算)设计,设计内容应包括路面类型与结构方案设计、路面建筑材料设计、路面结构设计和经济评价。 1.1 路面类型与结构方案设计 路面类型选择应在充分调查与勘察道路所在地区自然环境条件、使用要求、材料供应、施工和养护工艺等,并在路面类型选择的基础上考虑路基支承条件确定结构方案。由于路面工程量大,基垫层材料应尽可能采用当地材料,并注意使用各类废弃物;高速公路和一级公路的面层不仅考虑其结构承载力,更要考虑其防滑等表面特性,应采用优质耐
9、久的路面建筑材料。必要时,应考虑采用新型路面结构形式、新材料、新施工工艺。同时,应注意路面的功能和结构承载力等是通过设计、施工、养护等共同保证的,可采用寿命周期费用分析技术合理确定路面类型和结构。 1.2 路面建筑材料设计 路面建筑材料设计往往是路面设计中不受重视的一块内容,原因在于设计仅仅依据设计规范或当地经验确定路面结构层次,指定各层次材料的标准规范名称。毕业设计应能运用大学期间所学的工程技术与材料科学知识,考虑道路所在地的自然环境、材料所在路面结构层次的功能等,论证合理地选择材料类型和建议配比。真题真做时,有条件时可结合沿线建筑材料调查,进行必要的配比试验。 1.3 路面结构设计 路面结
10、构设计就是对拟订的路面结构方案和选定建筑材料,运用规范建议的设计理论和方法对结构进行力学验算。 现阶段公路路面使用的路面类型主要有沥青混凝土路面和水泥混凝土路面,学生应综合考虑当地的环境、降水、材料、交通量等各方面因素后选定路面的类型,然后进行设计。2、 新建沥青路面设计2.1 沥青路面结构设计标准现行公路沥青路面设计规范的设计标准主要以路面表面设计弯沉值作为设计控制指标、对高等级道路路面还要验算沥青混凝土面层和整体性材料基层的拉应力。2.2 设计步骤 沥青路面结构设计一般有以下五步:1) 根据设计任务书的要求,进行交通量分析,确定路面等级和面层类型, 计算设计年限内一个车道的累计当量轴次和设
11、计弯沉值。 2)按路基土类与干湿类型,将路基划分为若干路段(在一般情况下路段长度不宜小于500m,若为大规模机械化施工,不宜小于lkm),确定各路段土基回弹模量值。 3)可参考规范推荐结构(见规范附录A),拟定几种可能的路面结构组合与厚度方案,根据选用的材料进行配合比试验及测定各结构层材料的抗压回弹模量、抗拉强度,确定各结构层材料设计参数。 4)根据设计弯沉值计算路面厚度。对高速公路、一级公路、二级公路沥青混凝土面层和半刚性材料的基层、底基层,应验算拉应力是否满足容许拉应力的要求。如不满足要求,或调整路面结构层厚度,或变更路面结构组合,或调整材料配合比、提高极限抗拉强度,再重新计算。上述计算应
12、采用多层弹性体系理论编制的专用设计程序(我校采用APDS程序)进行。对于季节性冰冻地区的高级和次高级路面,尚应验算防冻厚度是否符合要求。进行技术经济比较,确定采用的路面结构方案。 设计时,应先拟定某一层作为设计层,拟定面层和其他各层的厚度。当采用半刚性基层、底基层结构时,可任选一层为设计层,当采用半刚性基层、粒料类材料为底基层时,应拟定面层、底基层厚度,以半刚性基层为设计层才能得到合理的结构;当采用柔性基层、底基层的沥青路面时,宜拟定面层、底基层的厚度,求算基层厚度,当求得基层厚度太厚时,可考虑选用沥青碎石或乳化沥青碎石做上基层,以减薄路面总厚度,增加结构强度和稳定性。 对高速公路、一级公路、
13、二级公路的沥青混凝土面层和半刚性基层、底基层应进行拉应力的验算。目前,以上计算已编制成计算机程序(APDS程序)。2.3 各层材料计算参数的确定 1)沥青路面结构设计主要须确定沥青混合料在25和15时的抗压模量和 15的劈裂强度。强度和模量的确定方法不外两种,试验法和经验法。 试验法就是在沥青路面设计阶段进行沥青混合料的组成设计,然后按照试验规程进行抗压模量和劈裂强度的试验。经验法是参照规范中的参数建议值,考虑工程所在地的气候状况(自然区划和气候分区)和工程的具体情况适当选用。如,沥青路面设计规范建议粗粒式沥青混凝土,沥青标号90的抗压模量为18002200,设计时不能简单地取中值,如果所用沥
14、青标号较低,如60、70,可考虑用较高的值,若为90,则应取低限;高速公路行车速度高,一般二级公路行车速度低,那么设计高速公路路面时可取上限值。设计诸如矿区道路时,因轴载较重车速低,则可取低限。(设计时可参考规范建议值采用)2)基层材料类别与计算参数确定 基层材料的类别。我国路面工程中最常用的当属半刚性基层,主要材料类别按沥青路面规范定义有水泥稳定类(水泥土、水泥稳定级配碎石(砂砾)、石灰粉煤灰碎石(砂砾)、水泥石灰土、二灰土、水泥粉煤灰等综合稳定类。 主要力学参数确定。设计中主要要确定的基层材料力学参数为设计沥青路面时有抗压模量和劈裂强度、设计水泥混凝土路面时只须确定抗压模量。同样,材料力学
15、参数可通过配比试验确定,也可参照规范建议值确定。半刚性基层材料的参数依据规范建议确定时应注意规定的龄期,材料配比,特别是结合料的含量;同时应考虑基层将来可能处于的潮湿状态。 3)垫层材料类别与计算参数 垫层材料类别。垫层材料主要有石灰稳定类(石灰土、石灰稳定集料等)、级配碎石、砂砾等。垫层材料的力学参数。设计中一般只须确定垫层材料的抗压回弹模量,由于用于垫层材料的粒料很难进行试验测定,一般参照规范建议值确定即可。 4)土基回弹摸量的确定一般规定。新建公路初步设计时,土基回弹模量值应根据查表法(或现有公路调查法)、室内试验法、换算法等,经综合分析、论证,确定沿线不同路基状况的土基回弹模量设计值。
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