毕业设计 高速公路设计.doc

1、 1 设计原始资料和依据 1.1 设计原始资料 1.1.1 自然地理情况 本地段属于冲积平原，地形开阔，地势起伏平缓，沿线河流、排灌沟渠交错，农田水利设施完善，乡村道路网密集、区域内均为高产农田区 。 1.1.2 土 壤 、地质、水文资料 1） 土壤 设计线路经过地段主要由第四系松散沉积层所组成。第四纪沉积层由全新（ Q4a1）的低 高液限粘土夹中粗砂及上更新（ Q3a1）的低 高液限粘土所组成。由于古河道多次变迁作用，地层厚度分布不均，堆积层厚度上部全新（ Q4a1）一般在 39m局部达 10m，地层岩性主要为低 高液限粘土，其 CBR为 2%10%；下部上更新统（ Q3a1）沉积层厚度一般

2、为 1040m，地层岩性主要为低 高液限粘土，呈中 高压缩性。 2） 地质构造 本路段位于徐州附近，属于新华夏系第二隆起带与秦岭 昆仑纬向构造带交汇部位，属于淮北地台次级构造单元，地质构造简单。 3） 水文 （ 1） 地表水 本 地区无大的河流，但区段内灌溉渠交错，又有两条大的沟渠。河流一般情况流量受季节影响及人工调度影响较大。检测表明沿线河流水质对混凝土不具有侵蚀性。 （ 2） 地下水 沿线第四系沉积层内 含 有大量的地下水，地下水埋深 1.52m并随汛期发生变化。 （ 3） 气象 路线 经过地区属于湿暖带半湿润季风气候区，海洋型和大陆型过渡的气候特征比较明显，气候温暖、四季分明、雨量充沛、

3、冬寒夏热。年内夏、秋季降水相对集中，易出现暴雨造成涝灾，其余季节降水偏少。 气候区内年平均气温 13.7 oC，以 7、 8 月份最热，年平均最高气温 19.4 oC，年平均最低气温 9.1 oC，历年极端最高气温 39.9 oC，历年极端最低气温 -22.4 oC。历年最大积雪深度 20cm，最大冻土深度 33 cm，历年平均无霜期 163.5天。气候区内年平均降雨量 884.0mm，历年最大降雨量 1358.0mm， 以 710月降雨相对较为集中。 区域内常年主导风向为东北风， 历年平均风速 3.3m/s。最大风速 16.8m/s。8、 9 月份受台风影响区内空气湿度较高，年平均相对湿度为

4、 70%左右，最小相对湿度 65%、最大相对湿度 85%。 1.1.3 路线服务 范围交通运输要求和 经济 技术调查资料 由于此路段处于江苏徐州地区，地势平缓，沿线以农业为主，该路段经过两条大渠和一条铁路，故该道路的修通对于完善苏北地区贸易交往，改善该地区的投资环境具有深远的意义。另外修建该路所需的路基填料、石灰、碎石等集料在附近地区都非常丰富，并且都能满足技术指标要求 。 1.1.4 交通量资料 表 1-1 交通量资料 车型 小汽车 黄河 JN-150 跃进 NJ-130 解 CA-10B 太拖拉 138 交通量（辆 /日） 3500 900 1100 1800 600 1.2 设计依据 本

5、设计 AB 段高速公路位于徐州市洞山地区，根据沿线地形、地貌、地质、水文、气象等自然条件进行设计，依据的有关规范、规程具体如下 ： 1) 部颁公路工程技术标准（ JTJ001-97）； 2) 部颁公路路线设计规范（ JTJ011-94）； 3) 部颁公路路基施工技术规范（ JTJ033-95）； 4) 部颁 公路沥青路面施工技术规范（ JTJ032-94）； 5) 部颁公路路面基层施工技术规范（ JTJ034-2000）； 6) 部颁公路工程质量检验评定标准（ JTJ071-98）； 7) 部颁公路沥青路面设计规范（ JTJ014-97）； 8) 部颁公路路基设计规范（ JTJ013-95）；

6、 9) 部颁公路排水设计规范（ JTJ018-97）； 10)京福高速公路绕徐州城西段设计说明书 ； 11) 拟建公路的设计原始资料； 12) 拟建公路所处地区的地区地形图 。 2 路线设计 2.1 道路技术等级确定 交通量是衡量一条道路等级的标准之一，由公路工程技术标准（ JTJ001-97）可知，高速公路的交通量是以各种汽车折合成小 汽车 的远景设计年限平均昼夜交通量为标准，所以本设计中采用小 汽车 为折合标准计算交通量。 各种车辆采用小汽车为标准时的折算系数分别为： 小汽车 =1.0（包括吉普车、摩托车）； 载重车 =2.0； 带拖挂载重车、铰接式公共汽车 =3.0。 因为洞山地区为平原

7、微丘区，地形起伏小，以小汽车为标准的交通量换算如下： 表 2-1 换算交通量组成表 车型 调查交通量（辆 /日） 换算系数 换算交通量（辆 /日） 小汽车 3500 1.0 3500 黄河 JN-150 900 2.0 1800 跃进 NJ-130 1100 2.0 2200 解放 CA-10B 1800 2.0 3600 太拖拉 138 600 3.0 1800 本设计路段交通量预计年增长率 r=8%，本路段设计使用年限为 20 年。 所以，本设计路段近期交通量如下： No=3500+1800+2200+3600+1800=12900(辆 /日 ) 远景设计平均日交通量依道路使用任务、性质，

8、根据历年交通观测资料推算求得，日前一般按年平均增长率累计计算确定 。公式如下： 10 )1( nd NN （ 2-1-1） 式中： dN 远景设计年平均日交通量， 辆 /日； 0N 起始年平均日交通量，包 括 现有交通量和道路修建后从其 它 道路吸引过来的交通量； 年平均增长率， %； n 远景设计年限。 则 Nd=No(1+r)n-1=12900(1+8%)20-1=55673(辆 /日 ) 因为本路段地区地形平坦、开阔，由公路工程技术标准（ JTJ001-97）可知本高速公路设计行车速度可为 120km/h。 又由公路工程技术标准（ JTJ001-97）可知远景年限的设计年平均日交通量范围

9、如下表： 表 2-2 远景年限的设计年平均日交通量范围（辆 /日） 计算行车速度 四车道 六车道 八车道 120km/h 4000055000 6000080000 75000100000 综上可知，本设计道路选定高速公路四车道 ，计算行车速度为 120km/h。 2.2 路线方案的拟 定 与比选 2.2.1 路线方案选择考虑 的 因素： 1） 路线在政治、经济、国防的意义，国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，改革、开放、综合利用等重要方针的体现。 2） 路线在铁路、公路、航道、空运等交通网系中的作用，与沿线厂矿、村镇规划的关系，以及沿线农田水利建设的配合及用地情况。 3） 沿线地区地形

10、、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响；路线技术等级与实际可能达到的技术标准及对路线使用任务、性质的影响；路线长度、筑路材料来源、施工条件以及工程量、拆迁量、三材（钢筋、木材、水泥）用量、造价、工期、劳动力等情况及其对运营、施工、养护、环境等方面的影 响。 4） 道路与沿线旅游景点、历史文物、风景名胜的影响与联系等。 2.2.2 平曲线要素计算 计算公式如下： 23 240/2/ RLLq ss (2-2-1) 342 2 3 8 4/24/ RLRLp ss (2-2-2) RLs /6479.280 (2-2-3) ()( tgpRT q)2/ (2-2-4) sLRL 2180/)2(

11、 0 (2-2-5) sec()( pRE R)2/ (2-2-6) LTJ 2 (2-2-7) 式中 ： sL 缓和曲线长， m； p 圆曲线内移值， m； q 切线增加值， m； 0 缓和曲线角， ； T 切线长， m； L 曲线全长， m； E 外距 ， m； J 超距， m。 注：以下各方案的平曲线的几何要素的字母指代如以上所示。 2.2.3 各方案经济 技术指标 根据等高线地形图，并结合路线方案选择的综合考虑因素，洞山地区AB 段高速公路设计初步拟定三个比选的方案，各方案技术指标如下 ： 1） 方案一 （ 1） 各点坐标及其控制点 起点 A（ 0.000， 0.000），终点 B（

12、3042.492， 3354.708） 控制点 C（ 1696.979， 1229.750）。 （ 2） 取圆曲线的半径 R=6000 米，缓和曲线长 LS=0 米，导向角为 22o。求得各曲线要素如下： 平曲线 ： Q= 74.990 T= 1166.28 L=2303.4 E=112.30 J=29.16。 路线全长 4578.4 米；曲线全长 2303.4 米，曲线率为 50.3%。 本方案共经过铁路 1 道，堤坝 2 个，苗林 1 个，谷场 1 个，鱼塘 1 个，沟渠 15 条，穿越各种道路共 17 条 ，计划改道 4 处 。 2） 方案二 （ 1） 各点坐标及其控制点 起点 A（ 0

13、.000， 0.000），终点 B（ 3042.492， 3354.708） 控制点 P（ 1248.574， 730.953），控制点 Q（ 1795.340， 2136.111） （ 2） 取圆曲线 1 的半径 R1=2000 米，缓和曲线长 LS=190 米 , 导向角为40o；圆曲线 2 的半径 R2=3500 米，缓和曲线长 LS=200 米 , 导向角为 25o。求得各曲线要素如下： 平曲线 1： P= 0.752 Q= 94.993 T= 823.207 L=1586.390 =2.722 E1=129.156 J1=34.455 平曲线 2： P=0.476 Q=99.997

14、T=876.034 L=1727.334 =1.637 E2=85.466 J2=2.918 路线全长 4803.72 米，曲线全长 3313.72 米 , 曲线率为 68.98%。 本方案共经过铁路 1 道，堤坝 3 个、沟渠 16 条，穿越各种道路共 18 条 ，计划改道 3 处 。 3） 方案三 （ 1） 各点坐标及其控制点 起点 A（ 0.000， 0.000），终点 B（ 3042.492， 3354.708） ， 控制点 S（ 1696.489， 1441.836）。 （ 2） 取圆曲线的半径 R=8000 米，缓和曲线长 LS=0 米，导向角为 15o。求 得各曲线要素如下： 平

15、曲线 1： T=1053.22 L=2094 E=69.03 J=12.44 路线全长 4554.84 米，曲线全长 2094 米，曲线率为 46.10%。 本方案共经过铁路 1 道，堤坝 2 个、沟渠 17 条，穿越各种道路共 20 条 ，计划改道 4 处 。 2.2.4 方案比选 及确定 根据以上三种方案的经济、技术指标进行比选。 线形比较见表 2-2-1。 表 2-2-1 各方案的线形要素表 方案 线型 曲线 1 曲线 2 总长（ m） 曲线率（ %） R Ls R Ls 方案一 基本型 6000 0 0 0 4578.40 50.30 方案二 近“ S”型 2000 90 3500 2

16、00 4803.72 68.98 方案三 基本型 8000 0 0 0 4554.84 46.10 沿线经过的设施（道路、河流、沟渠等），需设桥涵的统计见表 2-2-2。 表 2-2-2 桥涵统计表 经过设施方案 一般道路数量（条） 河流数 高架线 大坝 +铁路 +乡道三者联合做高架桥 乡道 大车道 量（条） 路（条） 方案一 13 2 15 6 1 方案二 14 3 16 6 同上 方案三 17 3 17 6 同上 1） 方案比较 （ 1） 方案一 选线取在村庄之外，不隔离村庄，基本无扰民问题，此线路穿过一个幼苗经济林，一个打谷场，一个鱼塘，故从经济角度考虑，该路线投资相对较高。平曲线中无缓

17、和曲线，圆曲线的半径较大，这对行车的舒适性和安全性来说较好，高架桥部分为直线且位于大坝、铁路和乡道相交处，有利于实地放线，也有利于桥的修建，同时也降低了建桥的技术措施和施工的难度。 （ 2） 方案二 选线也取在村庄之外，不隔离村庄，基本无扰民问题。它的平面线形中只有一个平曲线，与一方案相比，该路线设有两个平曲线和缓和曲线，同时缓和曲线的长度和圆曲线的半径都相对较小，这对行车的舒适性和安全性来说是不利的。同时，高架桥部分离大坝、铁路和乡道相交处较远，无形中又增加了技术难度，且它的路线长度较 长，这无疑要多占农田，不仅增加了工程量，也增加了公路的修建费用，本设计拟改道 4 处。 （ 3） 方案三

18、它的选线与方案一较为类似，虽然该路线经过的乡道和沟渠相对来说较多，高架桥部分离大坝、铁路和乡道相交处比方案一远一些，但该方案不穿过幼苗经济林、打谷场、鱼塘，从经济角度考虑，该路线投资相对较少。并且该方案的平曲线半径更大，对行车的舒适性和安全性来说是非 常有利的，它的路线长度也较 小，这无疑要少占农田，不仅减少了工程量，也减少了公路的修建费用，本设计拟改道 4 处。 2） 综合评价 由以 上三个方案的经济、技术指标的比较可知，三个方案都不涉及拆迁问题、都计划改道 3 处 且三个方案沿线经过的设施等大体相当。综合以上三个方案几个方面的比选，选择第三个方案为最优，因为在同等地形条件下，它的选线占绝对

19、优势。由于沿线均为平原区，大部分地区为农田，沿线高程大体相当，考虑到冻土深度及高速公路的路基填方要求，均采用填方，故此填方量及占用农田的面积与地形基本无关，只与路线的长度有关，从这 一角度和其他的经济角度考虑，方案三是最优的。兼于高速公路的封闭性，三个方案都对沿线村庄的经济发展基本无影响。 综上所述，选定方案三作为设计方案 （方案比选图见附图 2-2-1） 。 2.3 道路技术标准确定 2.3.1 平曲线 结合道路的具体情况和最新道路设计规范，对平原微丘区、行车速度为v=120km/h、 四 车道的高速公路，定出下列指标如表 2-3-1。缓和曲线最小长度为 100m，平曲线最小长度为 200m

20、。结合洞山地区地形、地貌情况，最大限度的满足行车舒适需要，综合各种因素， AB 段线路设一段平曲线，第一段处圆曲线半径取 R=8000m，导向角为 15 o。 表 2-3-1 平曲线的半径限定表 平曲线的各种半 径的限定值 不设加宽的最小半径 250m 极限最小半径 650m 一般最小半径 1000m 不设超高的最小半径 5500m 应设缓和曲线的最大曲线半径 4000m 规范规定圆曲线的最大半径不宜超过 10000m 注：标准规定的一般最小半径约为极限最小半径的 1.52.0 倍 。 2.3.2 视距 高速公路视距采用停车视距 S 停 =210 米 查 94规范。 2.3.3 超高 1） 超

21、高及其构成 有中央分隔带的高速公路超高方式为：绕中 央分隔带边缘旋转。具体旋转时，采用先旋转外侧至与内侧横向坡度一致，再内外侧同时旋转直到达到设计超高 值。 2） 规范规定平原微丘区高速公路圆曲线半径在 13001620m时超高值为5%， 故本设计中无须设超高。 2.3.4 纵坡 规范规定，平原微丘区高速公路纵坡坡度为 2%时，最大纵坡长度为1500m最小坡长为 300m；最小纵坡坡度为 0.3%；横向排水不畅的路段，采用不小于 0.3%的纵坡。洞山地区地势平坦无起伏，道路纵坡在满足填土高度要求的情况下，主要受沿线道路构造物 (桥梁、通道、涵洞 )设计标高控制，并考虑道路排水通畅。 表 2-3

22、-2 各级公路最大纵坡 公路等级 高速公路 计算行车速度（ km/h） 120 100 80 60 最大纵坡（ %） 3 4 5 5 本设计中，道路纵坡均小于 2%。规定的最大坡长限制见表 2-3-2。 表 2-3-3 最大坡长限制 纵坡（ %） 2 3 4 5 坡长（ m） 1500 800 600 400 另外，根据公路工程技术标准（ JTJ001-97）中表 3.0.16-1 可知各级公路纵坡的 最小坡长规定如下表： 表 2-3-3 各级公路纵坡的最小坡长 公路等级 高速公路 计算行车速度（ km/h） 120 100 80 60 最小纵坡（ m） 300 250 200 150 2.3

23、.5 竖曲线 纵断面上两个坡段的转折处，设置竖曲线，竖曲线要素的计算公式如下： RL (2-3-1) 2/2/ RLT (2-3-2) rTE 2/2 (2-3-3) 式中 L 竖曲线长， m； T 切线长， m； E 外距， m。 依缓和冲击、时间行程、视距要求三个限制性 因素 ，标准规定，对平原微丘区、 行车 速度为 v=120km/h、 四 车道的高速公路，定出下列指标： 表 2-3-4 竖曲线的半径要求 行车速度v=120km/h 单位（ m） 凸形竖曲线 凹形竖曲线 一般竖曲线最小半径 20000m 12000m 视觉所需的竖曲线最小半径 17000m 6000m 极限最小半径 11

24、000 m 4000m 竖曲线的最小长度 100m 停车视距 210m 210m 注：标准规定的一般最小半径约为极限最小半径的 1.52.0 倍。 结合以上和按标准确定的纵坡度及长度，拟定竖曲线 ,竖曲线最小长度按停车视距设计。 本设计结合洞山地区地形、排水及两边纵坡因素，共设六处竖曲线。 详细参数及竖曲 线上各桩号设计高程见附表。 2.3.6 路基路面宽度 由公路工程技术标准选择双向四车道高速公路标准断面形式。如图示： 图2- 3- 1 路基横断面图图 2-3-1 路基横断面图 路面宽为：（ 7.50 2+0.75 2） +3.00=19.50 m 路基全宽为： （ 0.75+3.50+2

25、3.75+0.75） 2+3.00=28.00m 2.3.7 桥梁设计荷载 汽车超 -20 级，挂车 -120。 2.4 道路平面设计 公路的平面线性由直线、圆曲线组合而成。圆曲线的半径为 8000m。根据公路路线设计规范（ JTJ 011-94）的规定在线路中可不设回旋线及超高。 洞山地区 AB 段 K0+000K4+554.84，全长 4554.84m。全线共设平曲线1 个，半径 8000 m，无缓和曲线。具体见道路平面图。 2.5 道路纵断面设计 高速公路纵断面的设计标高为中央分隔带外侧边缘的标高。 为了满足行车和排水要求，道路应有最大纵坡和最小纵坡限制。本路段位于徐州洞山地区，经过地段为平原微丘区。根据公路路线设计规范（ JTJ 011-94）的规定应采用不小于 0.3%的纵坡且最大纵坡不应超过 3%。由于该路段经过的地段地势平坦，而且沿线经 过一条铁路（其净空要求较大，在 6m以上），使得路基的最大填筑高度将达到六七米。最后，综合考虑多种因素，在纵坡设计中绝大多数采用 0.3%左右的纵坡度。 本路段设计成四车道高速公路，将路基类型设计成干燥。经查公路沥青路面设计规范（ JTJ014-97）路基最小填筑高度应保证 2.0m。根据公路工程技术标准（ JTJ 001-97）高速公路应能抵御 100 年一遇的洪水。再参考