1、二级公路线形设计毕业设计说明书长安大学前言毕业设计就要结束了，两个月来，通过认真的学习和不懈的努力，我顺利的完成了这次非常有意义的毕业设计，开阔了眼界，增长了知识，并把我们从书本中所学到的理论知识运用到毕业设计中去，锻炼和提高了我的能力，特别是对提高了计算机辅助设计的熟练程度，为以后的工作打下良好的基础。按照设计任务书的基本要求，本设计是山西大同新建二级公路设计，根据当地政治、经济、文化、交通、地形等因素的综合考虑，拟建成两车道二级公路，全长3176.094m。设计内容包括路线、路基、路面、桥梁和涵洞等几大部分，在设计中参考了大量的专业课教材、部分基础课教材以及交通部部颁规范和部分国内外先进理
2、论经验。虽然完成了此次毕业设计，但由于本人水平有限，加之初次进行如此全面的综合设计，错误之处敬请老师批评指正！内容摘要：该设计是山西大同地区的公路设计。该路段处于公路区划1区，土质为粉质土。道路等级的确定应根据公路网的规划和远景交通量，按照公路的使用任务、功能和性质综合确定，由此确定为二级路。结合当地的自然情况和主要经济技术指标，进行详细的设计。本路线的设计车速为60km/h,路线总长度为3176.094米，平面线有4个交点，纵断面有8个交点，曲线的半径为规范要求的值。有6个涵洞，其形式为钢筋混凝土盖板涵。有桥梁一座，跨径为90M，其形式采用简支梁。路面采用的是沥青混凝土路面。关键词：粉质土、
3、公路网规划、远景交通量、自然情况、设计车速、纵断面、涵洞、钢筋混凝土、跨径、简支梁、沥青混凝土。第一章 设计技术标准的确定1.1 该公路的设计意义山西大同地区资源丰富，特别是煤炭储量大，煤质优良，是重要的动力煤产地。丰富的煤炭储量，促进了大同地区煤炭工业迅速发展，每年煤开采量非常大，由于矿山铁路运输已饱和，现有公路等级低，线形差，行驶速度低。公路上车辆拥挤不堪，交通事故频繁。汽车通过量极低，严重影响了煤炭运输，堆积如山的优质煤由于风吹雨淋，煤炭流失严重，不仅严重污染了周围环境，而且每年给国家造成了巨大的损失，同时也阻碍了该地区的加速开发和周围经济的发展。因此，该公路的修建迫在眉睫。1.2 沿线
4、地貌，地形，地质，及自然地理特征1.2.1 气候特点该地区属于公路自然区划III1a区。路线所经过的地区位于全国道路气候的季节冰冻、半旱半湿润地区。处在我国中南部湿热地区与北部干寒地间的过度地带。大陆性气候较显著，四季分明，具有春旱多风，夏热多雨，冬季干寒的特点。冬季一月份平均气温在-10度以下，多年平均最大冻深在1.01.4mm之间，最大冻深在1.55米左右。夏季受东南风影响，降水较多。气温高，七月份平均气温在22度30度之间，最高月气温在25度30度之间。1.2.2 降水量及地下水埋深路线所经过的地区属于中国暴雨分区14区，年降水量约为400600mm。全年降水量分布时间不匀，年内及季间变
5、化大。春季降水量一般仅占全年总量的10%左右，冬季只有少量降雪，夏季降水占全年的3/4，属于我国夏季降水量集中的地区。由于水土保持不良或排水不畅等原因，往往会引起水土流失和洪涝等灾害。地下埋深一般在3米左右，河谷，低洼地方为2米左右。1.2.3 地形与地貌所经过的地区属于我国著名的黄土高原东半部，即山西高原，四面山势陡峻，地面横坡最大达60%以上，山坡坡面曲折，河川，沟交错，冲沟较多。海拔高度一般在800-1500米之间，黃土高原地势较高的地区，也是黃河泥沙的主要发源地区之一，地形类型属湿润中山，沟间地和沟谷地均有分布。1.2.4 地质与土质路线的经地区属大同盆地，恒山以北的丘陵山地。该地区土
6、质优良，其成因特征为沉积和风积，具有土质较均匀，大孔隙和节理，分布于山坡与山的顶部。该地区位于黃河中游黃土分布区划的北端（北端区北端），类型为坡积新黃土。土层多为砂性土、马兰黃土。土名为粉质低液限限粘土（）。该地区在岩石悬崖符号表示地区（包括有土的陡坎），地表土层覆盖较厚，均按黃土考虑，其中松土20%，普通土40%，余为硬土。岩石悬崖符号地区，表层米厚为黃土，其余岩石，其软石30%。坚为70%，岩石主要为石灰岩，其次为灰色砂岩，强度和岩石满足公路使用要求。土质呈密实状态。1.2.5 植被作物等情况路线所经地区有稀少的灌木丛，高度在1.5米以下。主要农作物有玉米、高梁、薯类等，属我国旱杂糖地区。
7、水果类有梨、葡萄、枣子、苹果等。还有饲养业和副业等。该地区煤炭资源蕴藏丰富，但因交通运输不发达，开发和利用不够。今后经济发展主要是致力于土地的综合利用，对山、水、田、林、路进行综合治理，搞好水土保持；进一步加强煤田资源的开发和利用。1.3 道路等级和主要技术指标的论证和确定道路做为一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线性构造物。公路的路线位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。我们设计的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线。1.3.1 公路等级的选用道路等级的确定应从公路网规划的全局出发，
8、综合考虑公路的使用任务、性质，根据远景交通量及交通组成，依据地形和其他自然条件共同决定。设计路线位于山西太原地区，属于山岭重丘区。地矿产业发达，尤其是煤炭业，目前当地公路等级远远不能满足当地经济发展的需求，修建一条等级较高的公路已是迫在眉睫。根据公路工程技术标准JTG-B01-2003-1.0.3款，故公路等级选为山岭重丘区二级公路。设计车速60km/h。1.3.2 主要技术指标 根据公路工程技术标准，山岭重丘区二级公路各项指标为：指标名称单位指标名称单位计算行车速度60km/h行车道宽3.5m车道数2路基宽度10m硬路肩宽1m土路肩宽0.5m停车视距75m超车视距350m平曲线一般最小半径2
9、00m平曲线极限最小半径125m缓和曲线最小长度35m不设超高最小半径1500m最小坡长150m最大纵坡6%竖曲线极限最小半径1400m（凸）竖曲线一般最小半径2000m（凸）1000m（凹）1500m（凹）竖曲线最小长度50m超高横坡度最大值8%1.3.3 主要技术指标的论证1.行车速度该路段途经地形为山岭重丘区，二级公路，故采用行车速度V=60km/h。2.极限最小半径的确定汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，为了减小离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲线上路面做成外侧高、内侧低呈单向横坡的形式，称为横向超高。汽车行驶在具有超高的平曲线上时，其车重的水平分力可以抵消一部分离心
10、力的作用，其余部分由汽车轮胎与路面之间的横向摩阻力与之平衡。X=F cosGsinYGsin+F cos由于很小，可以认为sintgih，cos1.横向力系数=X/G=v2/gRih=V2/127Rih在只考虑行车安全，不考虑乘客舒适度的情况下取=0.13，ihmax=0.10 Rmin= 602/127(0.13+0.10)=123.25m, 取整得R=125m。3.一般最小半径的确定 Ls(min)=Bi/p在既考虑安全又考虑舒适的情况下，取=0.06，ihmax=0.08， RT=V2/18=200m。 4缓和曲线最小长度的确定汽车在行驶过程中重心的轨迹有以下特征：轨迹是连续圆滑的；曲率
11、是连续的；曲率的变化率是连续的。这就要求在直线与圆曲线之或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间设置一种曲率连续变化的曲线，本设计中缓和曲线采用回旋线的形式（A2=RLs）。确定缓和曲线的最小长度，可以从以下几方面考虑：1）旅客感觉舒适汽车行驶在缓和曲线上，其离心加速度将随着缓和曲线曲率的变化而变化，若变化过快，将会使旅客有不舒适的感觉。离心加速度的变化率s0.6,故Ls(min)=0.036V3/R2）超高渐变率适中行驶时间不过短，一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3秒，于是： Ls(min)=V/1.2=33.33m, 取整得：Ls(min)=35m。5.竖曲线最小半径与最小长度的
12、确定在纵断面设计中，竖曲线的设计要受众多因素的限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线的最小半径和最小长度。1）缓和冲击汽车行驶在竖曲线时，产生向下离心力，导致增减重现象。这种增重与减重达到某种程度时，旅客就有不舒适的感觉，同时对汽车的悬挂系统也有不利影响，所以确定竖曲线半径时，对离心加速度要加以控制。取a=0.278 , Rmin=V2/3.6或Lmin=V2/3.62）时间行程不过短汽车从直坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，如其长度过短，汽车倏忽而过旅客会感到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线上的行驶时间不过短。最短应满足秒行程，即Lmin=Vt/3.6=V/1.23）满足视距的要求需要明
13、确的是，那一种限制因素为最不利的情况，它才是有效控制因素6.纵坡坡度坡长限制最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值。它是道路纵断面设计的重要控制指标。是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程运营、经济等因素，综合通过综合分析，全面考虑，合理确定的。理想的最大纵坡是指设计车型及载重车在油门全开的情况下，持续以等速行驶时所能克服的坡度。V1取值，对低速路为计算行车速度，高速公路为上述载重汽车的最高速度。为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。最大坡长限制
14、只要是从安全方面考虑的所谓最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度之比，是为了综合运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利地行驶的限制性指标。其主要目的是为了避免设计者可能交替使用极限长度的最大坡度纵坡和缓和坡长，这是一种合法但不合理的做法。第二章 路线设计2.1 路线选线选线是在道路规划起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。2.1.1 选线的一般原则选线是在规划道路的起终点之间选定一条技术上可行的，经济上合理，又能符合使用要求的道路中线的工作。它是道
15、路建设的基本工作，是一个需要考虑自然环境和社会经济条件的十分复杂的工作。其基本原则如下：1 、在路线设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证，比选的基础上，选定最优方案。2、路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。在工程数量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小指标或低限指标，也不应片面追求高指标。3、选线应同农田建设相结合，做到少占田地，并尽量不占高产田，经济作物田或经济林苑等4、通过名胜风景、文化古迹地区的公路，应与周围环境、景观相协调，并适当照顾美观，注意保持原由自然状态
16、和重要历史文化遗址。5 、选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，弄清其对公路工程的影响。对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等严重不良地质段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待。一般情况下路线应设法避让。当必须穿过时，应选择合适的位置，缩小穿越范围，兵差采取必要的工程措施。6、选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题，具体应注意以下几个方面：1） 路线对自然景观与资源可能产生的影响。2） 占地、拆迁房屋所带来的影响。3） 路线对城镇布局、行政区划、农业耕作、水利排灌体系等现有设施造成分割所产生的影响。4） 噪音对居民的影响。5） 汽车尾气对大气、
17、水资源、农田所造成的污染及影响。6） 对自然环境、资源的影响和污染的防治措施及其对策实施的可能性。2.1.2 此地区选线要点路线方案是路线设计最根本的问题，方案是否合理，不但直接关系到公路本身的工程投资和运输的效率，更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有的作用。此路段位于山岭重丘区，其地形特点是：地面高差较大。故路线的选择首先应满足规范规定，并且要充分考虑近期和远期相结合，在线形上要尽量采用较高标准，以满足当地经济发展的发展需求。其路线布局原则为：以方向为主导，以安排平面线形为主，合理解决避让，穿越，趋就问题。2.1.3 路线方案1、综合上述选线要点现将在该地区的地形图（1：2000）上定
18、线的方法简述如下：1）确定重要交叉口（立体交叉）和重要桥涵的位置。2）合理饶避障碍物，如居民区、矿区等。3）平面和纵断面相互配合。4）确定转角及交点间距，在地形图上量出各交点的坐标值x,y, 并换算 出 大 地坐 标， 利用公式：= arctg(y2-y1)/(x2-x1) d = (x1-x2)2-(y1-y2)21/2算出各转角及交点间距。2、路线方案及方案比选该设计路段起终点没有确定，自己根据设计任务书，定下起终点之后，连接两点的走法有很多种。不同的走法的经济指标和线形指标都不同。现依据上述要点和方法，定出可能的路线方案，进行方案比选，最终选出一条符合设计要求的，经济合理的最优方案。在本
19、设计地形图上，主要控制点是：一条河，以及合理绕过山包。因此，没有大的必选方案，选线主要集中在，怎样让平、纵、横很好的结合起来，达到二级路设计要求，并尽量达到较高要求。经过路线研究，最终确定下来一条路线方案。如地形图所示。现将分析结果叙述如下：1）在路线的开始地段有许多较大较深的沟以及陡峭的山峰，在路线定线中，应尽力避让这些，否则路线与其相遇，工程量将极大增加，给施工带来很大难度，并且给路线带来各种不利影响。考虑到，存在一条旧路，且路线起点范围，线性较好，填挖不多，因此采用一段直线段，大致沿着旧路方向通过了深沟与山峰。2）在往后的路段中，路线走向大致旧路相同的方向，但并不与旧路重合。在路线的中间
20、地段，有两处旧路地挖方路基，是路线可以通过地最好地地段，其他地方地势虽然较为平坦，但是并不利于路线通过，因此使路线通过这两处挖方路基。此处，公路走向需要充分考虑，主要控制点小河的因素。分析设计图纸发现，通过小河的位置只有一处最合适，而且通过小河后，就是两个山包，线性控制至关重要。因此，路线在此处，设置了两个交点，形成一同向曲线，同向曲线之间的直线段长度满足设计要求6V。3）路线继续向前走，在小河处，设置一交点，目的是合理通过小河，并尽量保持较好的线性。考虑到刚过小河，地形情况复杂。小河处，采用了曲线段。4）由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。纵断面设计的任务就是
21、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，研究并拟定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、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。同时减少填挖工程量，并在此基础上满足填挖平衡。在山岭区路段，综合考虑了地下水、地表积水的影响，以及设置涵洞的要求，拉坡时，一般保证填土高度在1m以上，以保证路基稳定，但一些地方考虑到工程量不太大以及填挖均衡，出现一些矮路堤。2.2 路线平面设计2.2.1设计原则路线进行平面设计中, 主要考察的是汽车行驶轨迹。只有当平面线形与这个轨迹相符合或相接近时, 才能保证行车的顺适与安全。平面设计的主要任务就是确定平面三要素以及联接关系。对在山西
22、大同地区新建二级公路进行平面设计时,要遵循以下的原则：1、平面线形应直捷、连续、顺适, 并与地形、地物相适应, 与周围环境相协调。2、行驶力学上的要求是基本的, 视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足。在本设计中应注重立体线形设计, 尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。3、不论转角大小均应设置曲线，并尽量选用较大的圆曲线半径，公路转角过小时，应设法调整平面线形，当不得已而设置小于7转角时，必须设置足够长的曲线。4、两反向曲线之间夹有直线段时，以设置不小于最小直线长度（2V）的直线段为宜，否则应调整线形或运用回旋线而组合成S型曲线。5、应避免急弯的线形，特别是长直线后接小半径
23、曲线和连续急弯的线形。6、高、低指标之间要有过渡。7、平曲线应有足够的长度。2.2.2此路平面线形设计要点1、直线采用直线应特别注意它同地形的关系，在运用直线并决定长度时，必须持谨慎态度，不宜采用长直线，但也应满足最小长度的要求。1）本设计中，最长的直线段为起点K0+790.890之间的一段直线，长度为790.890m但是也小于20V（1200m），因此不存在长直线的问题。2）本设计中，最短的直线，是反向曲线间的一条直线，长度为198.8m，也满足反向曲线间的直线长度应该大于2V的要求。因此，直线段都满足规范规定的设计要求。2、圆曲线一般情况下宜采用极限最小半径的48倍或超高为2%4%的圆曲线
24、半径，地形限制时，应采用大于或接近于一般最小半径，选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下尽量采用大半径。第一个圆曲线半径为400m。第二个圆曲线半径为300m.第三个圆曲线半径为250m，第四个圆曲线半径为400m。均满足规范要求。3、缓和曲线缓和曲线在线形设计中应作为主要的线形要素加以运用。1）缓和曲线参数A满足条件R/3AR当R接近100m，取A=R；当R小于100m时，取AR；当R较大或接近3000m时，取A=R/3；当R大于3000m时，取AR/3。本设计路段两平曲线：A1=900 ；A2=734.84692）缓和曲线的长度山岭重丘区二级公路，缓和曲线的最小长度为35m，为了使
25、线形指标较好，一般不采用，本路段缓和曲线长度最小采用50m，最大采用100m。4、平曲线要素的组合本设计路段平曲线主要采用基本型，平曲线按直线回旋线（A1）圆曲线回旋线（A2）直线的顺序组合而成时，称为基本型。S型曲线的应用，使设计路线有很好的视觉效果的同时，也提高了线型标准。使直线、圆曲线、缓和曲线能够很好的结合起来使用。达到设计要求，线型比较好。5、平面线形综述此设计平面线形基本上达到直捷、连续、均衡，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调的要求，且转角均大于7，不存在小转角的问题，我在设计中尽量选用较大半径，并尽量控制线形指标的连续均衡，使路线线形达到规范的同时，使线形达到美观、安全、舒
26、适的使用要求。详细参数见下表：本设计中平曲线的主要要素表指标名称单位指标名称单位平曲线最小半径250m平曲线最大半径400m缓和曲线最小长度50m缓和曲线最大长度100mS型曲线2个反向曲线1个最大转角704617最小转角139416、资料结果曲线各要素的计算结果，逐桩坐标的计算结果，详见直线曲线及转角表。2.3路线纵断面设计纵断面设计的主要内容是根据道路等级沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长度适当、平面与纵断面组合设计协调、以及填挖经济、平衡。这些要求虽在选定线阶段有所考虑，但要在纵面设计中具
27、体加以实现。2.3.1纵断面线形设计原则：1、应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、竖曲线最小半径、竖曲线最小长度等）2、纵坡应均匀平顺，纵坡尽量平缓，起伏不宜过大和频繁，变坡点尽量设置大半径竖曲线，尽量避免极限纵坡值，缓和坡段配合地形设置，垭口处纵坡尽量放缓，越岭线应尽量避免设置反坡段。3、设计标高的确定应结合沿线的自然条件，沿河路线标高应在设计洪水位0.5m以上，并计入壅水高度及浪高的影响，稻田的低湿路段还应有最小填土高度的保证。4、纵断面设计应与平面线形和周围地形景观相协调，应考虑人体视觉心理上的要求按照平竖曲线相协调及半径的均衡来确定纵面的设计线。5、应争取填挖平
28、衡，尽量移挖做填，以节省土石方量，降低工程造价。6、以路线的性质要求，适当照顾当地居民间的运输工具，农业机耕，农田水利等方面的要求。2.3.2本设计路段纵断面设计要点在纵面设计中，因为该地区是山岭重丘区，填方路段较多。所以考虑到以下问题：1） 路基最小填土高度；在该地区应该保证1.1m的填土高度，从而控制路面下一定范围内土基的干湿状态（含水量），使土基满足强度、稳定性和变形的要求；2） 平纵组合设计3） 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线（平包竖）；4） 平曲线与竖曲线大小应保持平衡；1、最大纵坡根据公路工程技术标准（JTJ01_03）规定，二级公路（山岭重丘区）的最大纵坡，应不
29、大于6%，在长路堑路段，以及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。纵坡的长度不小于150米。制定最大纵坡时不仅从设计车型的爬坡能力考虑，还要考虑汽车在纵坡上能否快速，安全及行车的经济性。设计时，应尽可能选用小于规定最大纵坡的坡值。2、最小纵坡 在长路堑地段。设置边沟的低填方地段以及其他横向排水不畅地段，为满足排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的纵坡，并做好纵、横断面的排水设计。3、坡长 二级公路山岭重丘区最小坡长为150m.4、合成坡度在有平曲线的坡道上，最大坡度既不是纵坡方向，也不是横坡方向，而是两者组合成的流水线方向。将合成坡度控制在一定范围之
30、内，目的是尽可能避免急弯和陡坡的不利组合，防止因合成坡度过大而引起的横向滑移和行车危险，保证车辆在弯道上安全而顺适的运行。在设有超高的平曲线上，超高与纵坡的合成坡度值不得超过10.0%。当路线的平面和纵坡设计基本完成后，应检查合成坡度I。如果超过最大允许合成坡度时，可减小纵坡或加大平曲线半径以减小横坡，或者两方面同时减小。5、平纵线型组合设计因该路段设计速度为60km/h，进行平纵组合设计很重要，平纵面合理的组合，不仅满足汽车的运动学和力学的要求，而且应充分考虑驾驶者在视觉和心理上的要求，这是因为驾驶人员在高速行车时，是通过视觉、运动感觉和时间变化的感觉来判断线形的，为了使线形组合达到这些要求
31、，并获得很好的效果，除了采用透视图法外，根据经验作到以下几点： 1）在视觉上能自然而然的引导驾驶员的视线； 2）要保持平纵线形指标的均衡； 3）要选择适当的合成坡度；4）注意与道路周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用； 5）平曲线包住竖曲线，稍长于竖曲线； 6）凸型竖曲线的顶部或凹型竖曲线的底部，应避免插入小半径的平曲线或将这些顶点设在反向曲线的拐点处。6、纵断面合理设计纵面设计经计算机反复电算优化，挖填基本合理，纵坡均匀平缓，利于排水。竖曲线半径尽量采用较大值。本路段前后高差比较大，为了避免长大纵坡，最大纵坡小于6%，共设变坡点8处。平纵面组合基本顺适，方向明确，组合合理。2.3.3 本设计中的纵断面设计：边坡点的确定主要依据公路工程技术规范的规定，比如：最大纵坡、最大及最小坡长的限制、填挖工程量、经济点、施工要求以及路基稳定需要等来确定。最终确定边坡点高程、桩号、坡长、坡度以及竖曲线半径、长度
