2012年公路工程专业毕业设计说明书_(自动保存的).doc

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1、第V页长安大学公路学院本科生毕业设计 摘 要 本设计为信阳至随州一级公路的一阶段施工图设计。设计公路等级为一级公路，设计时速为80Km/h，设计年限为15 年。设计说明书中对整个设计过程的思路、参考依据、设计路段的地质，地物等情况，还有各指标的拟定以及各个部分的计算都做了详细的说明。该说明书包含文字说明和计算说明两部分，主要内容为：纸上定线、平面线形设计、纵断面线形设计、平纵面线形的组合设计、路基横断面设计、涵洞设计、挡土墙设计、路面结构设计、施工预算文 件编制、主要参考文献等。 平面线形设计包括资料整理，纸上定线，平曲线要素确定；纵断面设计包括地面高程、设计高程、填挖深度和竖曲线要素；确定标

2、准横断面，绘出每桩横断面图；最后根据交通量资料及路面设计规范，确定设计方案。整个设计过程严格按照国家有关规范进行。 关键词：道路设计，平纵横设计，路面设计，构造物设计 ABSTRACT This thesis intends to design a construction plan from Xinyang to Suizhou . It is the first class highway and its design hour volume is 80 Km/h,design life is 15 years. In this instruction, it explains the d

3、esigns thread, basis of references; the sections geology; the process of working out the target, and the process of counting. The instruction is consisted of two parts: the literal interpretation and calculation specification, which include: paper location, the design of flat alignment, profile alig

4、nment, associating flat and profile alignment, roadbed transect, culvert, abamurus, the structure of road surface; the drawing of construction budget file, the information of references and so on. The plane linear design includes information compiling, lines drawing on paper, fix on requisites of cu

5、rves; Vertical section design is comprised of road elevation, design elevation, depth of dig and fill and requisites for vertical curve; Contents of horizontal section design are fixing standard horizontal section, mapping every horizontal section; At last make a blueprint according to traffic infor

6、mation and road design rules. The whole process of the design is carried out according to the criterion of nation. KEY WORDS:road design ,vertical and horizontal designs, Pavement design ,structure design 1 绪 论11.1 公路建设的背景及意义11.1.1 公路建设的背景11.1.2 公路建设的意义11.2 水文气候、自然环境21.2.1 水文气候21.2.2 自然条件22 公路的等级及技术

7、标准的论证42.1 设计参数42.1.1 地形图：42.1.2 交通量42.1.3 初定设计年限：42.2 公路技术等级确定62.2.1 交通量计算62.2.2 车道数和车速的确定62.3 各项技术标准73 路线方案比选93.1确定路线所处地形条件93.2 路线方案选择93.2.1 概述93.2.2 路线选线的过程93.3 方案对比94 平面设计104.1 平面线形设计104.1.1 直线104.1.2 圆曲线104.1.3 缓和曲线114.2 行车视距124.3 平面视距的保证124.4 平曲线设计示例134.1.1. 平曲线要素的计算公式：134.2.2 曲线几何元素的计算示例（以JD1为

8、例）145 纵断面线形设计165.1 概述165.2 公路最大纵坡与最小纵坡165.3 坡长限制165.4 竖曲线175.5 竖曲线要素计算185.6 平、纵线形组合设计206 路基设计216.1 横断面设计概述216.2 路基宽度及组成216.3 路拱的确定216.4 弯道的超高与加宽216.4.1 弯道的超高216.4.2 弯道的加宽226.5路基设计标高226.6路基填土选择与压实226.7 超高236.7.1 超高的过渡方式236.7.2 超高过渡段长度的确定236.7.3 超高值的计算246.8路基边坡256.9 路堑边坡266.10 路基防护266.10.1 路堤边坡防护266.1

9、0.2 路堑边坡防护267 路面结构设计287.1 路面结构组成287.2 路面建筑材料与路面结构设计287.2.1 路面建筑材料设计287.2.2 路面结构设计287.3 路面设计步骤297.4 路面设计297.4.1 设计资料297.4.2 轴载分析297.5 结构组合与材料选取337.6 各层材料的抗压模量与劈裂强度347.7 土基回弹模量的确定347.8 设计指标的确定347.8.1 设计弯沉值357.8.2 各层材料的容许层底拉应力357.9 设计资料总结377.10 确定水泥稳定碎石层的厚度377.11 交工验收弯沉值及各层底拉应力验算387.11.1计算新建路面各结构层及路基顶面

10、交工验收弯沉值（综合影响系数干燥路基取1.3）387.11.2计算新建路面各结构层底面最大拉应力 :(未考虑综合影响系数)387.11.3 验算防冻厚度388 公路排水设施设计398.1 路基排水设施398.2 路基地下排水408.3 路面排水408.3.1 路面表面排水方式408.3.2 表面排水设施409 桥涵设计4110 路基坡面防护工程4210.1 概 述4210.2 设计原则4210.2.1 坡面防护设计的一般要求4210.3 坡面防护设计4310.3.1 植物防护4310.3.2 土工合成材料与植草复合防护46结 论48致 谢49参考文献50长 安 大 学 公 路 学 院 本 科

11、生 毕 业 设 计511 绪 论1.1 公路建设的背景及意义1.1.1 公路建设的背景多年来信阳和随州地区公路交通基础设施建设与经济发展的不相适应，交通设施严重滞后，对该地区的经济发展带来一定程度的影响和制约。随着城市间的合作发展进程的加快，在本设计地区原有的交通设施，已经不能适应该地区交通量增长的需要。因此有必要在本区域修建一条等级较高的公路。1.1.2 公路建设的意义1. 发展交通运输，完善公路网的需要本项目的实施，提高通行能力，缓解附近道路的交通压力，大大缩短了沿线各地区到两市的距离，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

12、的周转速度，利于农产品的运输。2. 加快经济的发展本公路建成以后，随着投资环境的改善，将吸引不少外商来此地区投资办厂，同时，为深藏在山区的各类丰富资源建立方便通道，带动地区经济的发展。3. 促进旅游事业的发展 本公路的建设，将加速实现地区间旅游资源从线到面的整合，在促进本地旅游资源开发的同时，促进旅游事业的发展。本公路的建设，使之到各名胜景点变得便利，简捷，更加吸引了不少国内外的旅游者，也使地区的旅游业融入更广阔的市场。总之，本新建公路对于促进信阳和随州地区经济加速发展，综合立体运输网的形成，对改善区域公路网状况，缓解区域交通紧张现象，发挥本地区的资源优势，改善投资环境，促进经济发展及促进旅游

13、事业发展等诸多方面产生巨大推动作用。1.2 水文气候、自然环境1.2.1 水文气候1. 气候特征新建公路位于信阳至随州段，秦岭淮河线以南，属亚热带湿润半湿润地区，气候具有明显的过渡性特点。境内气候温和，冬冷夏炎，四季分明，且雨热基本同季，季风显著，降水不均，主要集中在夏季。全区年平均气温在15以上，冬季最冷月（月）平均气温在之间，南部丘陵地区略高于沿淮平原；最热月（7月）平均气温在28，年极端最高气温出现在7月和8月，个别年份在9月。2. 水文特征地处淮河流域，受淮河水系影响较大，境内河流、湖泊较多。1.2.2 自然条件1.地理位置本地区位于豫南鄂北,东毗安徽,处于鄂豫皖三省的结合部,承东启西

14、,连南贯北,区位条件优越,是重要的交通枢纽和商品集散地。地理坐标:东经11345001155500,北纬302300322700。2. 地形地貌该地区处于第二级地貌台阶和第三级地貌台阶的过渡地带，地表形态复杂多样，山地、丘陵、平原、盆地等地貌类型齐全。桐柏山、大洪山立于其间，并有南湾水库等多个水库，水系发达。3. 土壤植被淮河以南的洪积倾斜平原，淮河北岸的淮滨、息县、正阳及省境内的唐、白河下段河流两侧等地区有水稻土的分布。土壤肥力水平不及长江下游的水稻土，但仍是河南的高产土壤之一。豫西的黄土丘陵的白土阶地和缓丘上中部的立黄土、低山丘陵区位置较高处的红粘土、太行山及伏牛山东侧向潮土过渡地区的油黄

15、土等，都是褐土类的土属。这些地区有些肥力尚好，有些则属瘠旱薄地，但水土流失严重，是需要采取水保措施的主要土类。该地区在豫西低山与丘陵的南坡和大别山北坡，或称坡积侵蚀缓岗坡地，发育有黄棕壤。是河南亚热带林木，特别是茶叶、油桐等经济林木的适宜土壤。但这种低山丘陵风化严重，水土流失较厉害。此外在南阳盆地和信阳地区的低丘岗地上，由黄棕壤或黄褐土经耕种熟化而来的黄刚土亚类，是旱地土壤，土质粘重，干时坚硬易于龟裂，通气性能不良，有机质含量偏少，易旱易涝，是河南低产土壤之一。综上所述，河南的土壤大类型有黄棕壤、棕壤、褐土、潮土、砂疆黑土、盐碱土和水稻土7种。若以质地分类，它们占总耕地的百分比是：粘质47.1

16、、沙质19.9、壤质15.1、沙壤质底层加胶泥14.0、砾质3.9。4. 河流水系 该地区处于淮河水系和长江水系两大主要水系影响范围。2 公路的等级及技术标准的论证2.1 设计参数2.1.1 地形图：信阳至随州地区， 比例尺：1:20002.1.2 交通量 如表2.1表2.1 路面竣工后第一年交通组成及数量车型名称小汽车解放CA10B黄河JN150 日野KB222太脱拉138 扶桑FV102N 交通量（辆/日）12001200800800400400预测年平均增长率：6 %2.1.3 初定设计年限：20年，根据我国常用汽车路面设计参数查得以上汽车路面设计参数表2.21 高速公路和具干线功能的一

17、级公路的设计交通量应按 20年预测具集散功能的一级公路以及二三级公路的设计交通量应按 15年预测四级公路可根据实际情况确定2 设计交通量预测的起算年应为该项目可行性研究报告中的计划通车年。3 设计交通量的预测应充分考虑走廊带范围内远期社会 经济的发展和综合运输体系的影响。4 公路等级的选用应根据公路功能路网规划交通量并充分考虑项目所在地区的综合运输体系远期发展等经论证后确定5 一条公路可分段选用不同的公路等级或同一公路等级不同的设计速度路基宽度但不同公路等级设计速度路基宽度间的衔接应协调过渡应顺适。表2.2 我国常用汽车路面设计参数车型名称总重力（KN）载重力（KN）前轴重（KN）后轴重（KN

18、）后轴数后轴轮组数轴距（m）黄河JN150 150.682.649101.61双轮组解放CA10B80.254019.460.851双轮组日野KB222154.58050.2104.31双轮组太脱拉138 211.412051.4802双轮组3扶桑FV102N 254164.95541002双轮组0 ，所以为凹曲线故：竖曲线长度 L1=R11=60003.76% =225.6m200m切线长度 T1=L/2=225.6/2=112.8m外距 E1=T1/2R1=112.8/（26000）=1.06m曲线顶点设计高程=85.119+1.06=86.179m2. 设计高程的计算竖曲线起点桩号=变坡

19、点桩号-T1=（K1+200）112.8=K1+087.2竖曲线起点高程85.119112.80. 3%84.781（m）竖曲线终点桩号=变坡点桩号+ T1=（K1+200）+112.8= k1+312.8竖曲线终点高程85.119+112.84.06%89.699（m）下面以桩号K1+250.00处为例：横距：x= （K1+250.00）（K1+200）=50 (m)竖距：h=x 2/2R=502/2/6000=0.208(m)切线上高程=85.119+504.06%=87.149（m）设计高程=87.149+0.208=87.357 (m)5.6 平、纵线形组合设计平纵线形组合设计的总要求

20、：对于设计速度60km/h的道路，竖曲线的起终点都分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平”包“竖”。如图5.2所示：图5.2平、竖曲线的组合原则本设计中平曲线共设6个交点，竖曲线7个变坡点。竖曲线1和2在平曲线3内，竖曲线3在平曲线4内，竖曲线4在直线段，竖曲线5和竖曲线6在平曲线6内，竖曲线7在直线段，做到了“平”包“竖”。该设计地区位于山岭重丘区，路线经过地区河流、垭口、山坡等,以它们作为纵面设计的控制点来进行拉坡。 6 路基设计6.1 横断面设计概述横断面设计应符合公路建设的基本原则和现行公路工程技术标准规定的具体要求。路基穿过耕地时，为了节约用地，如当地石料方便，可修建石砌边坡，

21、或修筑挡墙。地面水和地下水严重影响路基的强度和稳定性，须采取拦截或迅速排至路基外的措施。设计排水设施时，应保证水流排泄畅通，并结合附近农田灌溉，综合考虑进行设计。16.2 路基宽度及组成1.本设计采用整体式，横断面组成主要包括行车道、中间带、路肩、边坡、排水设施包括边沟、排水沟等，根据需要，在边坡上设置碎落台等。2. 按照公路工程技术标准，本设计设计车速80km/h，双向4车道的一级公路。行车道宽43.75m，硬路肩宽度：22.5m，土路肩宽度：20.75m，中间带宽度3m。路基宽：15+5+1.5+3=24.5m。6.3 路拱的确定1. 根据路面类型和当地自然条件，本设计路拱坡度采用2.0。

22、22. 路肩的设置：本设计硬路肩采用了与路面坡度相同的2.0%，为了能迅速排出路面上的降水，土路肩路拱坡度取3.0。6.4 弯道的超高与加宽6.4.1 弯道的超高本设计路拱为2.0%，圆曲线半径均小于不设超高最小半径4000m，所以均设置超高。公路工程技术标准规定：各级公路圆曲线最大超高值见表6.1表6.1 各级公路圆曲线最大超高值公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路一般地区（%）8或108积雪冰冻地区（%）6根据表6.1规定，本设计曲线上超高横坡度均取6% 。6.4.2 弯道的加宽公路工程技术标准规定：平曲线半径小于250m时，应在曲线内侧加宽，当半径大于250m时，由于加宽值较小，且

23、行车道已具有一定富余宽度，故可不设加宽。本设计中平曲线的半径均大于250m，所以不设加宽。16.5路基设计标高新建公路的路基设计标高为路基边缘标高，在设置超高地段为设置超高前的路基边缘标高。设有中央分隔带的一级公路，其路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘标高。6.6路基填土选择与压实1. 填土的选择路基的强度与稳定性，取决于土的性质和当地的自然因素。并与填土的高度和施工技术有关。在填土时应考虑用级配较好的砾类土，砂类土等粗粒土作为填料，填料最大粒径小于150mm。根据路基设计规范本设计采用粗粒土作为填料。2. 路基压实一级公路选择重型击实方法，下表为重型击实试验求得的最大干密度的压实度。特殊干旱

24、或特殊潮湿地区，表内压实数值可减少2%3%。表7.1 路基压实表填挖类别路床底面以下深度（m）路基压实度（）零填方及路堑路床0-0.3095填方路基0-0.3950.3-0.8950.801.50931.50906.7 超高6.7.1 超高的过渡方式由于本设计的道路等级为一级公路，所以超高的过渡为有中间带道路的超高过渡。本设计采用的是绕中央分隔带边缘旋转。6.7.2 超高过渡段长度的确定 超高缓和段的长度按下式计算： （7.1）式中：超高缓和段长度（m）； B旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）；旋转轴外侧的超高与路拱坡度的代数差；P 超高渐变率，其值根据设计速度和超高过渡

25、方式确定； 表7.2 最大超高渐变率设计速度（km/h）超高旋转轴位置中线边线801/2001/150为了行车的舒适，超高过渡段应不小于按上式计算的长度。本设计中，圆曲线半径均不大，因此都设置了超高过渡段,又因为是绕中央分隔带边缘旋转，查规范超高渐变率取，本设计采用2.0的路拱横坡，以JD1为例计算超高过渡段长度。 JD6处：圆曲线半径R1=600，超高坡度=6%，由超高公式：Lc= (m)此平曲线LS =300m ，标准给定若LS 计算出的Lc ，但只要超高渐变P1/330, 仍取Lc=LS ， 故先令Lc = LS =300m，则= 故符合条件，该处超高缓和段与缓和曲线长度相等，即在缓和曲

26、线全长范围内连续超高。6.7.3 超高值的计算有中间带的公路的超高方式有三种：绕中央分隔带边缘旋转；绕各自行车道中心旋转；绕中间带中心旋转。绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式如表7.3。表7.3 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算式超高位置计算公式行车道横坡值外侧CD0内侧D0C式中： B行车道宽度；内侧路缘带；外侧路缘带；路基加宽值，因为本公路无加宽所以为0；路拱横坡度；圆曲线超高横坡度。超高计算点位置见图6.1图7.1超高计算点位置图以平曲线6距离超高缓和段起点距离为90m的点为例，计算外侧，内侧超高位置处，点C的超高值：外侧：=0.004则外侧C点处的超高值为：（0.5+7.5+0.75）0

27、.004=0.035内侧：=则内侧C点处的超高值为：= （0.5+7.5+0+0.75）0.032= 0.286.8路基边坡 路基防护应根据公路功能结合当地气候水文地质等情况采取相应防护措施保证路基稳定 1 路基防护应采取工程防护与植物防护相结合的防护措施并与景观相协调 2 深挖高填路基边坡路段必须查明工程地质情况针对其工程特性进行路基防护设计对存在稳定性隐患的边坡应进行稳定性分析采用加固防护措施 3 沿河路段必须查明河流特性及其演变规律采取防止冲刷路基的防护措施 凡侵占改移河道的地段必须做出专门防护设计路堤边坡形式和坡率可参照表7.4采用。 表7.4 路堤边坡坡度填料类型边坡最大高度（m）坡

28、度全部高度上部高度下部高度全部高度上部坡度下部坡度粘性土、砂性土、粉性土208121：1.51：1.75砾石土、粗砂、中砂121：1.5碎石、卵石20881：1.51：1.75不易风化的石块2012121：1.31：1.5根据沿线的工程地质及水文状况，本设计地区又属粘性土，采用1:1.5的路堤边坡。6.9 路堑边坡本设计段挖方边坡为岩质边坡，较为稳定，故路堑采用坡度1：0.5。在坡底修建1.5m的碎落台，起到一定的拦挡上边坡剥落下坠的小石（土）块作用。6.10 路基防护路基的防护的方法，一般可分为坡面防护和冲刷防护两类。坡面防护主要有植物防护和工程防护两类。对于土路堤的坡面铺砌防护工程，最好待

29、填土沉实或夯实后施工，并根据填料的性质及分层情况决定防护方式。铺砌的坡面应预先整平，坑洼处应填平夯实。冲刷防护有间接和直接防护两类。对于冲刷防护，一般在水流流速不大及水流破坏作用较弱地段，可在沿河路基边坡设砌石护坡、石笼和混凝土预制板等。6.10.1 路堤边坡防护较高路堤在设置挡土墙后，只需植草防护即可。路基填土较高但无须设置挡墙边坡以及填土不高的路堤均采用方格网植草护坡。6.10.2 路堑边坡防护主要采用植草皮、拱形浆砌片石骨架植草等措施。土质挖方路段，边坡高度小于4.5米采用方格网植草皮防护。当挖方高于4.5米时，设置了挡土墙时采用植草护坡，没设置挡土墙的采用方格网植草皮防护。7 路面结构

30、设计7.1 路面结构组成路面结构一般由面层、基层、垫层组成。1. 面层面层位于整个路面结构的最上层。直接承受行车荷载的垂直力、水平力，同时受到降雨和气温变化的不利影响更大，是直接反应路面使用性能的结构层次。应具有较高的结构强度、刚度、稳定性，并且耐磨，表面应具有良好的抗滑性和平整度。2. 基层基层主要承受面层传递的车轮荷载垂直力的作用，并将它扩散到垫层或土基，基层还可能承受面层渗水以及地下水的侵蚀。故需选择强度较高，刚度较大，并有足够水稳性的材料。3. 垫层垫层介于土基与基层之间，并非所有的路面结构都需要设置垫层，只有在土基处于不良状态，如潮湿地带，软湿土基，北方地区的冻胀土基等。修筑垫层的材

31、料强度不一定要高，但水稳定性和隔温性能要好，常用的材料有：砂、砾石、炉渣、水泥或石灰稳定土等。7.2 路面建筑材料与路面结构设计7.2.1 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。本次毕业设计运用了所学的工程技术与材料科学知识，合理考虑了道路所在地的自然环境、材料所在路面结构层次的功能等，论证合理地选择了材料类型和建议配比。7.2.2 路面结构设计路面结构设计就是对拟定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

32、青混凝土路面和水泥混凝土路面，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。7.3 路面设计步骤本设计路面采用沥青混凝土，沥青路面结构设计有以下四步: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计弯沉值。2. 按路基土类与干湿类型，确定各路段土基回弹模量。3. 确定各结构层材料设计参数，抗压回弹模量、抗拉强度等。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

33、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。7.4 路面设计7.4.1 设计资料本设计为双向四车道一级公路，路面设计年限为15年，预测该路竣工后第一年的交通组成如下：路面竣工后第一年交通组成及数量车型名称小汽车解放CA10B黄河JN150 日野KB222太脱拉138 扶桑FV102N 交通量（辆/日）12001200800800400400在使用期内交通量年平均增长率为6.0%。本路段位于信阳与随州交界地区，属于2区，土质为黏性土。7.4.2 轴载分析路面设计以双轮组单轴载100KN作为标准轴载，以BZZ-100表示。标准轴载的计算参数按表8.1确定。表 8.1 标准轴载计

34、算参数标 准 轴 载BZZ-100标准轴载P(KN)100轮胎接地压强p(MPa)0.70单轮传压面当量圆直径d(cm)21.30两轮中心距(cm)1.5d1以设计弯沉值为指标及验算沥青层层底拉应力中的累计当量轴次。(1）轴载换算轴载换算采用如下的计算公式： 式中：N标准轴载的当量轴次（次/d）； 被换算车型的各级轴载作用次数（次/d）；标准轴载（KN）；被换算车型的各级轴载（KN）； 被换算车型的轴数系数；被换算车型的轮组系数，双轮组为1.0，单轮组为6.4，四轮组为0.38；被换算车型的轴载级别。当轴间距大于3m时，应按单独的一个轴载计算,此时的轴系数为1；当轴间距小于3m时，按双轴或多轴的轴数系数计算，轴数系数按=1+1.2（m-1）计算； 其中m轴数 。以解放CA10B和扶桑FV102N计算为例：解放CA10B：后轴=1 ， =6.4 =1200=6.13后轴=1 ， =1 =1200=138.27东风EQ140：前轴=1 =6.4 =400=175.45后轴=2.2 =1 =400=880其他计算同理计算结果见表8.2：表8.2 轴载换算结果表（弯沉）车型 轴重轴数系数C1轮组系数C2N（次日） 当量轴次（次/日）黄河JN-150前轴49