公路AB段初步设计.doc

1、武汉科技大学道路勘测设计课程设计计算说明书目 录一、概述1.1、设计内容及目的1.2、设计步骤二、设计说明2.1 道路选线2.1.1 选线原则2.1.2 方案比较2.2平面设计 2.2.1 直线设计 2.2.1 圆曲线设计2.2.3 缓和曲线2.2.4 平面曲线组合设计2.3 纵断面设计2.3.1纵坡及坡长设计2.3.2竖曲线2.3.3 道路的平、纵线形组合设计2.3.4纵断面设计要点和方法2.4 横断面设计2.4.1纵断面设计要点和方法2.4.2曲线的超高、加宽于视距保证三、小结一、 概述：1.1、设计内容及目的胡一熊公路为本路网中某路段，拟按三级公路标准建设，其中AB段位于微丘地段。段起点

2、设计高程99米，终于设计高程111米，起终边方位不受限制。本路段设计时，不受水位的影响。为巩固课堂所学知识，培养学生进行道路设计的构思，运算，绘图等基本技能，本设计要求学生完成胡一熊公路AB段初步设计的部分工作，具体内容为：（1）选择路线方案；（2）公路平面设计；（3）公路纵断面设计；（4）公路横断面设计。1.2、设计步骤（1） 选取比例尺（1:2500）；（2）根据已知点的坐标量取坐标距离，求得各点坐标；（3）计算角度，选取半径；（4）缓和曲线要素计算；（5）计算AJD、BJD的距离；（6）计算五个基本桩号以及方位角；（7）每50m设一个桩，计算各桩方位角以及X、Y坐标，列出逐桩坐标表，参见

3、P45（50m桩在转弯曲线不考虑）；（8）竖曲线设计，在地形图上根据路线位置以实际每50m为一个桩号，量出各个桩号，对应的未设竖曲线时的设计标高，绘出地面高程线，在坐标纸横向表示水平距离，比例为1:2500，竖向比例1:100，根据地面线高程初步设定设计线，竖曲线要进行要素计算，变坡点及其他桩号处，计算设计标高；参考书中P49（9）横断面设计包括直线段横断面和曲线段横断面，行车道宽取7m，非机动车道宽2.5m(每边)，路肩1.5m；参考书中P118（10）小结。二、设计说明2.1 道路选线 道路选线，就是个根据道路的使用任务、性质、公路的等级和技术标准，从规划的起、终点之间结合地形、地质、水文

4、及其他沿线条件，综合考虑平、纵、横三方面因素，在实地或纸上选定道路中线的确切位置，然后进行有关的测量和设计工作。我们本次选线为纸上定线.2.1.1选线原则 路线设计受到地形、水文、气候等自然因素的影响，还受到到很多社会、经济等上的因素。本次为丘陵区选线，等级为三级公路，我们要注意以下几点:1) 使填、挖方平衡。2) 路线的坡度做好控制，在0.3%7%为宜3) 多种方案，从中选择最优方案。4) 做到少占耕地，与农田基本建设相协调。5) 根据设计标准合理布局线路，路线设计要保证行车安全、舒适。6) 选择坡度较缓的地形，有利于施工。7) 对水文地质差的地方尽量绕行。8) 尽量使缓和曲线：圆曲线：缓和

5、曲线长度为1:1:1在地形图设计两个弯道，在弯道设计时，除考虑曲线要素外，还要注意弯道内侧是否有物体阻碍司机的视线，为满足视距要求，要对其横净距进行计算，具体方法在横断面设计时在详细说明。2.1.2 方案比较：本路段处于微丘地段，拟按三级公路标准修建，通过观察地形图，发现此处有许多水坝，给施工带来了一些不便之处，另外，有些地方坡度较大，在设计时，需选考虑路线与填挖方的平衡关系，使整个方案成为最优解。特拟定一下两个方案，从中选取了一个较为理想的。方案一、从A（胡家湾）出发，经过平坦地带，交与原三级公路垂直，然后借用该路段，行至适当地方后，垂直向东转折，最后向南到达B（熊家湾）点 优点：在建设期间

6、，投入较少，只需要很短的一部分新建公路，建设期短，同时填挖方较少，路线平坦，是对环境破坏最小的方案。缺点：建成以后，对于机动车来说，从A至B 需走很长一段多余路，消耗大量能源。方案二：从A（胡家湾）出发，向东经过垭口地区，继续向东，至适当地区后，向南行至B（熊家湾）优点：路线较短，大大缩短了从A至B 的时间，使运输效率达到最大。缺点：在修建的过程中，避免不了要产生较多的填挖土方量，对环境影响较大。从长远发展来看，方案一比方案二有更好的前景，且借助了原三级公路。也更符合公路使用者的要求，故选择方案一作为初步设计的路线。各个方案见附表1（地形图）2.2 平面设计 路线的平面线形是由指直线、圆曲线和

7、缓和曲线组成的平面线形，平面设计就是将直线、圆曲线和缓和曲线等合理的组合起来，确定路线平面位置和各部分的几何尺寸的工作。平面线形设计要求 在路线的平面设计中，我们主要考察的是汽车的行的行驶轨迹，所以轨迹在几何性质上有以下特征：1） 曲线是连续和平滑的，轨迹上任何一点不出现破折。2） 曲率的变化是连续的，轨迹上任何一点不出现两个曲率的值3） 曲率的变化率是连续的，轨迹上任何一点不出现两个曲率变化率的值。2.2.1直线的设计 直线是平面曲线的要素之一，也是运用最为广泛的，能给人以短捷、直达的印象。但是在直线上高速行驶，容易使驾驶员产生疲劳，造成交通事故，因此，在运用直线时，必须慎重，不宜过长。 在

8、长直线上要注意下列几个问题：1） 长直线上纵坡不宜过大，易导致高速度。2） 长直线与大半径结合最好。3） 长直线两测加标志物，改善单调景观。直线的长度规定 直线的长度不宜过长，也不能太短，根据公路路线设计规范（JTJ011-94）推荐行驶的最短距离为行驶速度V的6倍，最长距离一般规定为行驶速度V的20倍。 有反向曲线时，根据公路路线设计规范(JTJ011-94)规定反向曲线间最小的直线长度以不小于行驶是速度的2倍为宜。2.2.2圆曲线 各级公路不论转角大小均应该设平曲线，而圆曲线是平曲线中主要的组成成分。路线平面设计线形中常用的单曲线、复曲线及回头曲线等，一般都包含了圆曲线。圆曲线具有易与地形

9、相适应、可循行好、行线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。汽车在圆曲线上的行驶特性行驶在曲线上的汽车由于受到离心力的作用其稳定性手到影响，而离心力的大小有与曲线的半径有密切的关系，半径越小越不利，所以在选择平曲线上时应尽量采用较大的值，只有在地形或者其他条件受影响时才可用较小的半径。为了行车的安全与舒适，公路工程技术标准.（JTGB01-2003）规定了圆曲线半径在不同的情况下的最小值。R=V2/127(i) V=行驶车速（km/h） i=超高横坡度在指定车速V下，最小Rmin决定于容许的最大横坡度max和该曲线的最大超高icmax。圆曲线的半径和长度在半径的选用中，尽量选用较大的半径，极限

10、最小半径尽可能不用，但是半径不是越大越好，还要视所设的路线而定，根据公路路线设计规范(JTJ011-94)规定圆曲线的半径最大不宜超过10000m。在三级公路中，设计速度V=40km/h,在一般最小半径中R100m,在极限最小半径中R50m，在设计中根据地形的情况自行选择合适的半径,所以在设计的三级公路中JD1的R1取1500m，JD2的R2取100m，都符合要求。且均满足缓和曲线：圆曲线：缓和曲线=1:1:12.2.3缓和曲线缓和曲线是道路平面设计的要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线,公路工程技术标准规定，除四级公路不要求设缓

11、和曲线，其余的等级的公路都应该设置缓和曲线。缓和曲线的线性特征回旋线是公路路线设计中最常用的的一种缓和曲线。1) 回旋线的基本公式RLS=A2R=回旋线所连续的圆曲线半径LS=回旋线型的缓和曲线长度缓和曲线的长度及其标准缓和曲线的最小长度公式： LS(min)=0.036V3/R 在三级公路中，R1=200,V=40km/h,代入得: LS(min)=0.036*403200 =11.52m R2=60,V=40km/h,代入公式得 LS(min)=0.036*40360 =38.4m 各级公路缓和曲线最小值设计速度(km/h)1201008060403020缓和曲线极限长度/m1008570

12、60403020所以在三级公路设计中，缓和曲线了LS都取50m满足要求。有缓和曲线的道路平曲线几何要素 道路平面曲线的几何元素公式如下： T=(R+R)tan/2 + q L=R/180 + LS=R(2)/180 + 2LS E=(R+R)/cos/2 R =90LS/R q=LS/2 L3S/240R2 R=L2S/24R L4S/2384R3 在所设计的三级公路中，求出平面曲线几何要素。平曲线要素如下：JDRLSTLE1左 37。1505073.94144.248.44872左118。12，1005086.9648159.918.5 2.2.4平面曲线组合设计 平面线形应值捷、连续、顺适

13、，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。长直线的尽头不能和小半径的曲线相接，在公路弯道一般情况下，由两端曲线和一段圆曲线组成。缓和曲线的长度不能小于所设计等级公路的最小长度的规定；中间圆曲线的长度也宜大于3s的行程。 下表为各级公路平曲线的最小长度设计速度 km/h1201008060403020一般指1000850700500350250200最小值200170140100705040所求的两个弯道的平曲线长度L1=144.24m、L2=159.9m都满足要求。根据地形图上各个桩号与已知点的横向距离和竖向距离，并根据比例尺计算出每一个桩号的横纵坐标，根据反三角函数的正切值计算出每一个桩号的

14、方位角。结算结果见附表2（逐桩坐标表）设计结果见附表1（地形图）2.3 纵断面设计 纵断面设计的主要任务就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，研究空间的线形几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。纵断面是由两条主要的线，一是地面线，根据中线个点的高程而绘出的不规则的折线；一条是设计线，是反映道路线的起伏情况，器标高为设计标高。三级公路的标高采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成，直线的坡度和长度会影响行车的速度和安全，竖曲线有凹有凸，主要解决公路线形在纵断面上的位

15、置、形状和尺寸问题。2.3.1纵坡及坡长设计坡度设计 是纵坡设计经济合理，结合选线的纵坡安排意图，经过综合分析、反复比较定出纵坡。纵坡设计要满足以下要求：1） 纵坡要有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。2） 纵坡要考虑地质、水文、气候、排水等因素。3） 纵坡要考虑填挖平衡，就近填方。4） 考虑交通枢纽、农田水利等因素。最大纵坡是道路所允许的最大坡度值，是纵断面设计的重要指标。设计速度km/h1201008060403020最大纵坡%3456789在设计速度为40km/h的三级公路上，最大纵坡为7%。再设计过程中4段坡度值分别为1.6、3.5、0.2、5.6均满足设计需求。2.3.2竖曲线

16、在汽车行驶过程中，为了缓和因车辆动力变化而引起的冲击和视距保证，必须插入竖曲线。竖曲线一般是由圆曲线和二次抛物线两种。竖曲线的最小半径和长度在纵断面设计中，有三个因素决定最小半径。1） 缓和冲击 汽车在行驶过程中，产生了加速度，从而产生了离心力，让乘客感觉不舒服。 R=V2/13a 加速度a一般在0.50.7m/s2.2）时间行程不过短在竖曲线上行驶，行驶路程太短，会让乘客感觉不舒服，所以最短距离要满足。Lmin=V/1.2，设计速度为40km/h的最小长度为35m.2） 满足视距要求 汽车在凸曲线上行驶，半径太小，会阻挡司机视线。在凸曲线上设计车速为40km/h最小半径为700m。设计中选取

17、1000m符合要求。竖曲线设计在纵断面的变坡点上，由于坡度的改变形成了坡度角=i2i1当为“+”时表示凹曲线，当为“”时为凸曲线。在总多面设计中，有2个变坡点，所以有2个坡度，i1=+1.6% i2=3.5%i3=+0.2% i4=+5.6%所以经过计算1=i2i1=5.1% 2=i3i2=3.7% 所以第一个为凸曲线，第二个为凹曲线，分别选择半径R1=1000m,R2=1000m都满足竖曲线半径的要求。三个变坡点的桩号分别为K0+50.00 、K0+372.12三个变坡点的高程：H1=99.8，H2=89.2在进行竖曲线要素计算竖曲线长度： L=R竖曲线切线长： T= L/2=R/2竖曲线上

18、任一点竖距; h=x2/2R x为计算点桩号与竖曲线起终点桩号差 竖曲线外距：E=T2/2R竖曲线起终点桩号=变坡点桩号 T竖曲线起点高程H起=H0 Ti竖曲线终点桩号=变坡点桩号 + T竖曲线终点高程H终=H0 Ti以上两式中的凸竖曲线用“”，凹竖曲线用“+”。以半径R1=1000m为例计算L1=R1=1000*0.051=51 T=L/2=512=25.5E=T2/2R=25.522000=0.325 算的竖曲线要素如下：变坡点变坡点桩号凹凸性RTE1K0+50.00凸100025.5 0.3252K0+372.1凹100018.50.171个桩号和变坡点的高程见附表32.3.3 道路的平

19、、纵线形组合设计平、纵组合的设计原则 1）平曲线与竖曲线应该相互重合，且平曲线要长于竖曲线，就是所说的“平包纵”。 2）平曲线与竖曲线大小应保持平衡。 3）暗弯与凸形曲线结合，明弯和凹形曲线组合才合理。 4）要避免使凸曲线的顶部或者凹曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。 5）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。2.3.4纵断面设计要点和方法 纵断面设计要点要求从断面均匀平顺、起伏缓和、坡长和竖曲线长短适当、平面组合设计协调以及填挖经济、平衡。考虑到排水的因素，所以为了路面和边沟的排水，最下纵坡不应低于0.3%0.5%.在关于纵坡的长度上，纵坡的长度不宜过短，以不小于设计速度9s的行程为宜。竖曲线的

20、半径选用较大的为宜，在受限制时可用最小值。纵坡设计应注意的问题在纵坡的设计小于0.3%时，对道路的排水不利，所以在道路的两侧可以设置锯齿形的沟进行排水。设计结果见附表4（坐标纸）2.4横断面设计 道路的横断面是指中线上各个点的法相切面，是由横断面设计和地面线组成。2.4.1横断面的组成1）路幅是指公路路基顶面的两路肩外侧之间的部分。三级公路在设计速度为40km/h时的路基宽度为7m。2）路拱是为了有利于路面的横向排水，将路得中央做成相亮泽倾斜的拱形。路拱对排水有利但是路拱对于行车不利，在设计时不能太大。在水泥混凝土路面、沥青混凝土路面一般取1.02.0%，为了有利排水，在这里去路拱ig=1.5

21、%。路肩是为了保护车道的主要稳定，供车辆紧急停止，在道路的两侧。在三级公路设计中只有土路肩，宽度为1.5m。在路肩上也有为了有利于排水而设置的路肩横坡度，在这里选用1:1.5和1:0.52.4.2曲线的超高、加宽于视距保证曲线超高为了抵消在曲线段上的离心力，将路面设计成为外侧高内侧低的单向横坡度，就是超高。在这里我们根据超高表来确定，在设计速度为40km/h的三级公路上，超高横坡度的选择如下表：V=40km/m600390390270270200200150150120120909060超高%234567891）超高的过度一般绕内线旋转由于内侧的不降低，有利于纵向排水，所以在新建的公路中一般都

22、以绕内线旋转的方法。根据书上P103计算公式ih=v*v/127/R-u查表410得当v=40Km/h时为0.6，R=100时计算出ih=6%曲线加宽为了适应汽车在平曲线上行驶时候的后轮轨迹偏向曲线内测的需要，在平曲线的内侧增加路面、路基的宽度。但是对于R250m的圆曲线不用设计加宽。此处R=100需要加宽。参考书中P101表4-8选择加宽值0.9画出横断面图横断面直线部分为K0+250.00处，曲线部分为QZ+599.19处。计算结果见附表5（A4纸）三、小结 此次课程设计收获颇多，感想也很多。平时只是学习到了书上一些基本的知识，都是理论的，没有应用到实践，此次课程设计就很好的把理论和实践相

23、结合，让我们也亲身体验一次做道路设计的感觉。 道路设计整个过程要考虑的内容很多，例如经济，周围建筑物，施工的可能性，当地的资源环境等等一些因素，要想真的设计好一条道路是一项巨大的工程，此次的课程设计和真正的实践应该是相距甚远的。老师考虑到我们的经验和掌握的知识有限就降低了此次课程设计的难度。而且还给我们提供了很多有利的资料和方法。每天上午老师都会准时到教室指导我们。 这次真的遇到了很多困难，刚开始是无从下手，根本不知道怎样定线，哪条线好，哪条线能用，哪条线不能用。几个人在一起翻了好多遍书，看了好多资料还是没有人会做。后来询问了上一届的学长，才有了一点思路。接下来的逐桩号的计算还算顺利，只是曲线

24、部分的方位角不会计算。后来的中断面画图和横断面画图都是大家在一起商讨之后才画出来的。纵断面只是会画一些地形下，不知道怎样设计竖曲线才好，横断面在加宽的时候也是不知道加宽一条道还是两条道。总的来说真的是遇到了好多好多困难。和以往的实践相比这次真的有些吃力。主要原因也是时间上的冲突，这周有连着4,5们的考试，所以大多数时间花在了复习上了，都是一些专业课考试，还有一些是要记得名词解释之类的，所以画图遇到困难就放下了，没有一直深究。急忙去复习了。才导致这次时间的紧迫，有些地方没有设计好，也来不及修正。大体上来说这次实习还真的是让我们对道路的设计有了更深刻的认识，也对我们专业的一些知识有了新的理解。还是收获很多的。.忽略此处.11