二级公路工程毕业设计.doc

1、河南理工大学本科毕业设计天水至麦积山二级公路设计摘要本设计为天水至麦积山二级公路设计，该道路路线全长约2600m，其经过地区主要为山岭重丘，要完成的内容主要有道路的选线、平纵面设计以及横断面设计，路基路面结构设计。通过对远景交通量的推算确定了道路的等级以及道路设计的各个技术指标，同时通过对当地地形、气候、水文、地质等状况的深入调查,为公路路线方案的比选准备了原始材料，确定了线路的平面位置。并且本设计对方案进一步细化，对路线的平面和纵断面进行了综合分析，根据技术标准及当地实际情况确定了路基宽度、高度及边坡坡度并且对路面材料、横断面布置、曲线超高及加宽的设置做了精心设计。在对主体工程（路基、路面工

2、程）认真设计的基础上，本设计对道路工程的附属设施进行了周密的布置，先后进行了排水、边坡、护坡、挡土墙及涵洞的优化设计，同时在方案比选的过程中认真编制了工程概预算，强调了环保的重要性，为工程的进一步设计与施工打下了坚实的基础。本设计还总结了自己的心得，这是四年来学习的一次很好的总结，能够将理论和实际有机的结合起来，为今后的工作与深造打下了坚实基础。关键词： 圆曲线；路基；路面；排水；挡土墙；涵洞The design of classhighway from Tianshui to MaijishanAbstractThis design names the Tianshui-Maijishan

3、class design of highway, the total length about 2600m of this road of routes, it is mainly a heavy mound in the mountain ridge through the area, the content that will be finished has selecting line , flat vertical designs and cross section to be designed of a road mainly, road surface structural des

4、ign of road bed. calculate the application which has confirmed the class of highway and technical standard according to the volume of traffic, pass such the investigating further of the state as local topography , climate , hydrology , geology ,etc. correctly at the same time , for selecting to prep

5、are the firsthand material of scheme of the highway. Fix up after fixing the level of the circuit. And it is thinning further to the scheme to originally design ,has done the rational choice to the level of the circuit and vertical section, have confirmed the width of road bed according to the techn

6、ical standard and local actual conditions , and slope and material , cross section assign, curve superelevation and establishment that widenned design meticulously to road surface highly. On the basis of designing to the major project (road bed , road surface project ) conscientiously, have original

7、ly designed and carried on the careful arrangement to the affiliated facility of road engineering, optimization design of successively draining off water , domatic , bank protection , retaining wall and culvert, worked out project preliminary budget conscientiously than the course that is selected i

8、n the scheme at the same time , have emphasize the importance of environmental protection, has laid a solid foundation for the further design and construction of the project.Having originally designed and also summarized ones own gains, this is a very good summary that has been studied over the past

9、 four years, can lay the solid foundation theory and reality conbining together organic for work and pursuit of advanced studies in the future.Key words：round contours；road bed；road surface；drain off water；retaining wall；culvert前言公路是国民经济的大动脉，是国家交通基础设施。我国经过近20年的努力，高速公路建设已从无到有，取得了丰硕成果。据不完全统计，全国高速公路通车里

10、程超过2.5万公里，创下位居世界第二的新记录。国家的综合运输系统是由铁路、公路、水运、航空和管道五种运输方式组成的，这些运输方式在技术经济上各具特点。其中公路运输机动灵活可以深入到城市、工厂、矿山、村庄，可以实现门到门的运输，他能迅速分散货物，避免中转重复装卸，批量不受限制，时间不受约束，是我国综合运输体系中最活跃的一种运输方式。改革开放以来，随着社会主义商品经济和乡镇企业的兴起，尤其是近年来西部大开发战略的实施，公路运输已经显示出了其它交通方式所不能具有的巨大优势。“要想富，先修路”、“公路通，百业兴”反映了人们尤其是偏远山区人们的深切感受。该地区位于山岭重丘区，地处西部，随着近年来当地经济

11、的迅速发展，现有交通条件已成为严重制约经济发展的重要因素，随着西部大开发战略的提出，国家基础设施建设逐步向西部地区转移。当地领导抓住大好时机，结合本地实际情况，拟修建一条连接天水与麦积山的二级公路。其目的与意义如下：(1) 麦积山属中国著名风景名胜区之一，为了开发其旅游资源而拟建一条景区专线；(2) 该公路不仅打通了山区与外部世界的联系，更使人们进一步了解了甘肃，了解了天水；(3) 为了响应国家号召，实施西部大开发战略而投资兴建该条公路；(4) 为提高当地居民生活水平创造了有利条件，为实现人民生活的全面小康做出了贡献。作为本次设计的设计人员，我坚决贯彻执行党和政府关于交通业基本建设工作的各项方

12、针、政策，设计编制的内容完全符合公路工程各项技术标准，本着以学为主，实事求是的科学态度向我的大学生涯提交一份圆满的答卷。目 录1 概述71.1 工程概况 71.2 交通资料分析 72 平面设计92.1 拟定方案 92.2 平曲线计算 102.3 超高和加宽计算 143 纵断面设计203.1 纵断面线形设计 203.2 竖曲线设计 204 路基设计244.1 设计原则 244.2 横断面设计 244.3 路堤填筑设计 254.4 路堑开挖设计 254.5 路拱形成和边坡修整设计 254.6 公路排水设计 265 路面设计285.1 路面原始设计条件 285.2 标准轴载和轴载换算 285.3 土

13、基回弹模量值的确定 295.4 路面结构设计 295.5 路基压实标准说明 336 挡土墙设计346.1 设计资料 346.2 挡土墙稳定性验算 356.3 挡墙附属设施 397 环保设计407.1 水土保持措施 407.2 施工环保措施 40总结42致谢43参考文献44附录A 预算编制说明附录B 英文翻译1概述1.1工程概况拟建公路位于甘肃省天水市麦积山区，属我国秦岭山系西段的延伸部分，又有“西秦岭”之称。麦积山属中国著名风景名胜区之一。为开发甘肃旅游市场，振兴西部经济，而新建一条天水至麦积山公路。该地区属于公路自然区划中的3区，黄土高原干湿过渡型区。其特点是有黄土层分布，尤其是河谷盆地。黄

14、土对水分的含量有敏感性，稳定性好，在河谷盆地的潮湿路段以及灌溉区耕地，土基稳定性差，强度低，须认真处理。路线范围内地表土层厚度不大，自然边坡稳定，无不良地质现象，工程地质条件较好。经过地质勘察得知上层有50cm的腐殖质，下面有150cm的粉粘土，170cm的粘土，最下层为岩石，可以作为很好的持力层。麦积山区海拔一般在1200m到2000m之间，年平均气温11至15，无霜期170天到220天，年平均降雨量在800左右，四季分明，气候宜人，植物种类繁多，植被丰厚。1.2交通分析本地区的交通量：小汽车：400辆/日解放CA15： 1000辆/日东风EQ140：600辆/日黄河JN162：300辆/日

15、交通量折算（以载重汽车为标准的折算系数）：小汽车： 400辆/日0.5=200辆/日解放CA15：1000辆/日1.0=1000辆/日东风EQ140：600辆/日1.0=600辆/日黄河JN162：300辆/日1.0=300辆/日则N0=200+1000+600+300=2100辆/日根据当地的交通量调查，预测年平均增长率为6%，则远景年的设计平均日交通量为：Nd=N0（1+）n-1 =2100（1+6%）15-1=4748辆/日式中：Nd设计年平均日交通量（辆/日）；N0年平均日交通量（辆/日），包括现有交通量和道路修建后从其他道路吸引过来的交通量（辆/日）；均增长率；n 设计年限。公路根据

16、使用任务、功能和适应的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级。高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。四车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为250055000辆；六车道高速公路一般能适应按各种汽车折合小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为4500080000辆；八车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成人客车的远景设计年限年60000100000辆。其它公路为除高速公路以外的干线公路、集散公路、地方公路，分四个等级。一级公路为供汽车分向、分车道行驶的公路，一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼

17、夜交通量为150030000辆。二级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为30007500辆。三级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为10004000辆。四级公路一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为：双车道1500辆以下；单车道200辆以下。公路等级的选用公路等级应根据公路网的规划，从全局出发，照公路的使用任务、功能和远景交通量综合确定。由以上计算可确定该道路的等级为二级公路（山岭重丘区）根据公路工程技术标准二级汽车专用公路一般能适应各种汽车（包括摩托车）折合成中型载重汽车的年平均昼夜交

18、通量为30007500辆，能够满足要求。根据公路工程技术标准、公路路线设计规范确定山岭重丘二级汽车专用公路的技术标准和各项指标如下表1-1表1-1 技术指标表 指标名称单位规范规定值采用值计算行车速度Km/h4040行车道宽m7.57.5路基宽度m9.09.0最大纵坡%7%5%平曲线最小半径m100150不设超高平曲线半径m600缓和曲线最小长度m3570凸形竖曲线最小半径m7004000凹形竖曲线最小半径m8001500最大超高横坡度%85行车视距m4040桥涵设计车辆荷载汽车-20级，挂车-120汽车-20级，挂车-120设计洪水频率1/501/50路面类型沥青混凝土2 平面设计地形图上显

19、示多山脊、峡谷、陡坎，地形变化复杂，地面自然坡度较大，路线平、纵线形和横断面都要受到地形限制，给公路选线带来不少麻烦。但山脉水系清晰，这就意味着山区选线不是顺山沿水，就是横越山岭，而且山区几乎没有耕地，建筑居住地，这就减少了占地赔款，拆迁房屋等费用。2.1 拟定方案2.1.1 定线原则（1） 穿过好多山坡，沟谷，陡坎，因此首先要确定大控制点，然后在大控制点之间进行实地踏勘，了解地形地质分布情况；（2） 当地景区较多，道路路线经过风景区时，其线形要与当地风景协调一致，路线如果与当地历史古迹相冲突时，必须改线避绕；（3） 尽可能减少拆迁民房，树木，电杆，通讯设施的数量；（4） 技术标准，尽可能缩短

20、行车里程。（5） 遇到不良地质地段，如沼泽，塌方，山洪冲刷区域应尽量避开，否则必须经过特殊处理以后才能修建道路。（6） 路线走向尽量与山坡等高线相一致，以便平衡填方与挖方的数量。2.2.2 方案比选根据以上原则拟定出两条路线走向方案，并对两条方案进行利弊分析，比较分析结果，推荐优选方案。方案一 从起点沿平缓山脊线向东展线，然后向东南方向转弯，越过一处沟谷后，途经一个小山村，在山村的北侧转弯向东北方向延伸，最后到达目的地。线路总长约2600m，线路中设置平曲线两处，其中R1=235m, R3=150m, Ls1=90m, Ls2=70m，路线全长设有两处涵洞。方案二 从起点沿平缓山脊线向东展线，

21、然后向东南方向转弯，越过一处沟谷后，在小山村的南侧转弯向东北方向延伸，最后到达目的地。线路总长约3000m，线路中设置平曲线三处，其中R1=200m, R2=250m, R3=600m ，Ls1=45m, Ls2=50m,路线全长设有四处涵洞。对以上方案进行比较，找出各自的有利方面及弊端，对比分析其结果如表2-1：表2-1 天水至麦积山二级公路路线走向方案比选 方案1方案2建设长度约2600m约3000m涵洞数需建2个需建4个桥梁无无总体评价比较结果 该线形较合理，线形比较流畅，直线与平曲线组合比较得当，不单缩短了路线长度，而且降低了造价。无软土地基需要做特殊处理，涵洞也比方案2要少，路线的填

22、挖较为平衡，是一条相对合理的路线。线形较平缓，而且有大半径平曲线，同向曲线间直线较短，线形组合较方案1差，转弯较频繁，路线绕行较长，增加了工程量，造价较高 。需要设置三处涵洞，路线较陡地方较多，因此总体的造价也大于方案1，施工难度和施工的工期都大于方案1。推荐方案经过反复勘察，对以上两个方案进行技术经济指标的对比，最后确定方案1作为优选方案。2.2 平曲线计算公路平面线形由直线、平曲线组合而成，平曲线又分为圆曲线和回旋线两种，高速公路、一级公路、汽车专用二级公路和二、三级公路平面线形要素有直线、圆曲线、回旋线三种。平曲线线形必须与地形、地物、环境、景观等相协调，同时应注意线形的连续和均衡性，并

23、同纵、横断面相互配合。2.2.1 确定曲线半径为了保证汽车在弯道上行驶的横向稳定性，平曲线半径必须满足一定的规范要求。下面以汽车不产生倾覆和侧滑稳定性为依据，来确定平曲线的一般最小半径和不设超高的最小半径。(1) 汽车不产生倾覆的稳定条件： （为横向力系数）现代汽车设计中轮距一般为车重心高的2倍，因此，保证了汽车横向倾覆的稳定性。(2) 汽车的侧滑稳定性：导致汽车横向侧滑的力使横向力系数，由此可得出保证汽车不出现横向侧滑的条件 为或。(3) 一般最小半径的确定由标准和规范可得：R一般 =，取整数为100m(4) 不设超高最小半径R不设 =，取整数为600m2.2.2确定路线转角根据已确定的公路

24、等级及技术标准，在地形图上确定出路线的各转角点，从而定出路线的位置，并绘出路线走向简图，如图2-1所示，建立坐标系，计算出各个方位角以及转角大小。根据坐标系可以得到下列各点的坐标：Y X （0，-1.2） （47.4，-3.2） （82.6，-30.7） （120，10.3）图2-1 方位角示意图由解析法计算各直线的方位角如下： 路线的偏角结果如下： 为正值时，路线向右偏；为负值时，路线向左偏。2.2.3平曲线要素计算图2-2 全线要素计算图 上图各参数含义如下： 切线转向角；R 曲线半径（m）；Ls 缓和曲线长（m）；T 切线长（m）；E 外距（m）；L 曲线全长（包括缓和曲线）（m）；J

25、校正值（m）；q 切线增长值（m）；p 曲线内移值（m）；0 缓和曲线角。采用方案第一曲线要素计算：已知，R=253m，交点的桩号为K0+954.77，山岭重丘二级公路计算行车速度为40km/h，则：取整数，采用缓和曲线长90m（标准规定：V=40km/h时，最小缓和曲线长为35m）。其他曲线要素计算如下：基本桩号：由直线上里程桩编制得：JD1桩号为K0+954.77则平曲线起点桩号：=954.77-121.77=833圆曲线起点桩号： 平曲线终点桩号： 圆曲线中点桩号： 圆曲线终点桩号： 验算： 第二曲线要素计算： 已知，取R=150m，取，交点的桩号为K1+841.63，则：取整数，采用缓

26、和曲线长70m（标准规定：V=40km/h时，最小缓和曲线长为35m）。其他曲线要素计算如下：基本桩号：由直线上里程桩编制得：JD2桩号为K1+841.63则平曲线起点桩号：=841.63-173.63=668圆曲线起点桩号： 平曲线终点桩号： 圆曲线中点桩号： 圆曲线终点桩号： 验算： 2.3超高和加宽计算2.3.1 超高计算为了抵消车辆在曲线路段上时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。合理的设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车在曲线上行驶的稳定性和舒适性。超高横坡度在圆曲线上应该是圆曲线半径相适应的全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。这段

27、从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段，称作超高缓和段或超高过渡段。当超高横坡大于路拱坡度时，可分别采用以下三种过渡方式：(1) 绕内边缘旋转先将外侧车道绕路中线旋转，待到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至超高横坡值。(2) 绕中线旋转先将外侧车道绕路中线旋转，待到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕中线旋转，直至超高横坡度。(3) 绕外边缘旋转先将外侧车道绕外边缘旋转，与此同时，内侧车道随中线的降低而相应降低，待达到单向坡后，整个断面仍绕外侧车道边缘旋转，直至超高横坡度。第一圆曲线R=235m（200R270），由超高推荐值可取=0.04，超高

28、横坡过渡方式采用绕内侧车道边缘旋转，超高渐变率取1/100。则 第二圆曲线R=150m（100R200），由超高推荐值可取=0.05，超高横坡过渡方式采用绕内侧车道边缘旋转，超高渐变率取1/100。则 取整数得 平曲线上设置超高以后，道路中线和内、外侧边线与原中线上的设计标高之高差h，应予以计算并列于路基设计表中，以便于施工。超高的计算公式如下表所示：表2-2 绕内边缘旋转超高计算公式一览表 超高位置计算公式注圆曲线上外缘1.计算结果均为与 设计高之高差2.临界断面距过渡段起点：3.x距离处的加宽值：中线内缘过渡段上外缘中线内缘 路面宽度；路肩宽度；路拱横坡；路肩横坡；设计超高值；超高缓和段长

29、度（或缓和曲线长度）（m）；路肩横坡由Ij变为Ig所需距离；与路拱同坡度单向超高点至超高缓和点的距离（m）；超高缓和段上任一点至起点的距离（m）；路基外缘最大抬高值（m）；路中线最大抬高值（m）；路基内缘最大降低值（m）；x距离处路基外缘抬高值（m）；x距离处路中线抬高值（m）；x距离处路基内缘降低值（m）；路基加宽值（m）；x距离处路基加宽值（m）。根据山岭重丘区一般二级公路的超高与加宽设计标准选取计算参数如下：路面宽度，7.5m；路肩宽度，0.75m；路拱坡度，0.02；路肩坡度，0.03；超高横坡度，二级公路半径在200-270m时取0.04；半径在200-270m时超高缓和段长度，即缓

30、和曲线长；路基加宽值，取1.5m。根据表中列出的计算公式可以分别得到超高段上路基各点与设计标高之高差，如下表所示：表2-3 超高计算值一览表（第一圆曲线） 桩号路基各点与设计标高之高差（m）外缘中线内缘过渡段起点K0+893000+9000.0820.0980.005+9100.2000.108-0.002HY+9230.3530.173-0.032+9300.3530.173-0.032+9400.3530.173-0.032QZ+951.80.3530.173-0.032+9600.3530.173-0.032+9700.3530.173-0.032YH+980.60.3530.173-0

31、.032+9900.2420.125-0.009K1+0000.1240.0970.003过渡段终点K1+010.6000表2-4 超高计算值一览表（第二圆曲线） 桩号路基各点与设计标高之高差（m）外缘中线内缘过渡段起点K1+698000+7000.0220.0970.006+7100.1300.0970.002+7200.2390.125-0.013+7300.3480.172-0.039HY+7380.4350.210-0.065+7500.4350.210-0.065+7600.4350.210-0.065 续上表+7700.4350.210-0.065+7800.4350.210-0.

32、065+7900.4350.210-0.065+8000.4350.210-0.065QZ+814.20.4350.210-0.065+8200.4350.210-0.065+8300.4350.210-0.065+8400.4350.210-0.065+8500.4350.210-0.065+8600.4350.210-0.065+8700.4350.210-0.065+8800.4350.210-0.065YH+890.40.4350.210-0.065+9000.3300.165-0.035+9100.3330.118-0.009+9200.1130.0970.002+9300.0040

33、.0970.007过渡段终点K1+930.40002.3.2 平曲线加宽计算为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度，需设置加宽缓和段。在加宽缓和段上，路面具有逐渐变化的宽度。加宽过渡的设置根据道路性质和等级可采用不同的方法。该平曲线加宽采用比例过渡的加宽方法。比例过渡的加宽方法是在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽，即加宽缓和段上任一点的加宽值bx与该点到加宽缓和段起点的距离Lx同加宽缓和段全长L比率（K=Lx/L）成正比，如图2-4所示。图- 曲线路面加宽过渡方法加宽缓和段内任意点的加宽值可按以下公式计算： 式中： 任意点距缓和段起点的距离（m）； 加宽缓和段长（m

34、）； 圆曲线的全加宽（m）。(1) 对于第一圆曲线R=235m（200R270），加宽缓和段全长30m，查公路工程通用标准规范汇编可取，圆曲线上的全加宽值为0.6m，即E=0.6m。加宽缓和段起点桩号为：K0+893K0+900桩处：K0+910桩处：圆曲线上的加宽值为0.6m。加宽缓和段终点桩号为：K1+010.6K0+990桩处：K1+000桩处：(2) 对于第二圆曲线R=150m（100R0，为凹形竖曲线。由公路技术规范可取竖曲线半径R=2000m。曲线长 L=Rw=20000.0549=109.8m切线长 T=L/2=109.8/2=54.9m外距： E=T2/2R=54.92/220

35、00=0.75m；起点桩号：K0+670-T= K0+670-54.9= K0+615；终点桩号：K0+670+T= K0+670+54.9= K0+725；起点高程：1379.79+0.0554.9=1382.53m；终点高程：1379.79+0.004554.9=1380.04m；图3-1 竖曲线计算图示 (2) 第二竖曲线i1=0.0045，i2=-0.0414，变坡点桩号为K0+930，高程为1380.96m，=i2-i1=-0.0414-0.0045= -0.04590，为凹形竖曲线。由公路技术规范可取竖曲线半径R=1500m。曲线长 L=Rw=15000.0734=110m切线长

36、T=L/2=110/2=55m外距： E=T2/2R=552/21500=1.009m；起点桩号：K1+250-T= K1+250-55= K1+195；终点桩号：K1+250+T= K1+250+55= K1+305；起点高程：1367.72+0.041455=1369.99m；终点高程：1367.72+0.032555=1369.50m；(4) 第四竖曲线i1=0.0325，i2=-0.0102，变坡点桩号为K1+810，高程为1385.92m，=i2-i1=-0.0102-0.0325=-0.04220，为凸形竖曲线。由公路技术规范可取竖曲线半径R=5000m。曲线长： L=Rw=50000.0422=211m切线长： T=L/2=211/2=105.5m外距： E=L2/2R=602/810000=0.045m；起点桩号：K1+810-T= K1+810-105.5= K1+704；终点桩号：K1+810+T= K1+810+105.5