1、二级公路本科毕业设计1绪论龙山茨岩塘至永顺灵溪镇二级公路设计对于湖南省湘西土家族苗族自治州境内的经济民生有着重要作用。选择这段二级公路设计对我们的学习和以后的工作有着现实意义。改革开放以来，国家把交通作为国民经济发展的战略重点之一，为公路交通事业快速发展提供了机遇。这一阶段的工作方针是统筹规划、条块结合、分层负责、联合建设，统筹渠道是国家投资、地方筹资、社会融资、引进外资。1978 年以来，是我国公路事业发展最快、建设规模最大、最具活力的时期。期间我国 1020 年的时间走过了发达国家一般需要 3040 年走完的路程，我国公路建设实现了跨越式发展，取得了举世瞩目的成就。尽管我国公路建设取得了巨
2、大成就，但由于公路交通建设基础设施薄弱，各地发展不平衡，与发达国家相比有较大差距，还不能适应国民经济和社会发展的需要。存在的主要问题：一是数量少，按国土面积计算的公路网密度仍然很低，只相当于印度的 1/5，美国的 1/7，日本的 1/30；二是质量差、标准低，在通车里程中，大部分为等级较低的三、四级公路，还有达不到技术标准的“等外路” 。因此在今后相当长的时期内，加快新建公路和低等级公路的改键，将是我国公路建设的主要任务。本次二级公路设计主要任务包括：根据道路技术等级和道路技术标准，计算确定相关参数；在进行技术经济分析论证的基础上，选定路线设计方案；绘制路线平面、纵横断面设计图；路基路面设计，
3、绘制路基路面结构图。二级公路本科毕业设计21 路线设计资料论证1.1 设计基本资料1.1.1 交通量根据本路段 OD 调查和各交通观测站资料分析，2011 年平均日交通量组成如表 1.1所示，年平均增长率为 6%。表 1.1 交通组成车 型 相当型号 交通量（单位：辆/日）小型货车 跃进 NJ131 900中型货车 解放 CA390 490大型货车 黄河 JN162 640拖挂车 东风 XQD5170TGC 300大中型客车 解放 CA15 4001.1.2 沿线自然地理特征本工程位于湖南省湘西土家族苗族自治州境内，属于亚热带大陆性湿润季风气候区，气候温和，雨量充沛；受季风、地形等的影响，降水
4、的年际、年内变化较大。该地区多年平均降雨量约为 1297 毫米，降水集中期分布在 4-6 月。气候四季分明，夏季湿润多雨，冬季干冷少雨。多年平均气温 16.1。年平均最热月(七月)平均气温为26.5，年平均最冷月(一月)平均气温为 5。拟建公路所在区域雨量充沛、土壤质地多为壤土，肥力较高，蓄水性强，十分适宜林木生长，土壤适宜种性广，因此植被广阔，类型多样。区内地质条件较好，基本不影响路线选择。区内建材工业水平较发达，可满足本项目实施对成品建材的大量需求。材料质量符合项目要求。1.2 道路类型、等级的确定和技术标准论证1.2.1 道路类型及等级论证根据公路工程技术标准 （JTG B01-2003
5、）规定：双车道二级公路一般能满足各种汽车折合成小客车的年平均日交通量 500015000 辆。交通预测年限为 15 年。计算起始年平均日交通量：ADT=9001.0+4901.5+6402.0+3003.0+4002.0二级公路本科毕业设计3=4615(pcu/d) (1.1)设计交通量：AADT=4615（1+6%）（15-1）=10434.07（pcu/d ） (1.2)所以，双车道二级公路满足设计要求。1.2.2 道路技术标准论证1.2.2.1 设计速度论证根据 ，由于作为城乡结合部混合交通公路 工程技术标准 （ B012003） 2量大的集散公路时，其设计速度宜选用 60km/h。1.
6、2.2.2 平面线形标准论证按照 确定平面线形标准，主要包括各种曲公路路 线设计规 范（ 20-2006）3线线形、半径、长度以及直线长度、超高等规定的取值范围。直线长度公路路线设计规范 （JTG D20-2006）规定：设计速度不小于 60km/h 的公路，最大直线长度以汽车按设计速度行驶 70s 左右的距离控制；一般直线路段的最大长度（以 m 计）应控制在设计速度（以 km/h 计）的 20 倍为宜；另外，同向曲线间的最小直线长度以不小于行车速度（以 km/h 计）的 6 倍为宜，反向曲线间的最小直线长度以不小于行车速度（以 km/h 计）的 2 倍为宜。该二级公路的设计速度为 60km/
7、h，所以最大直线长度为 6070/3.6=1167m，同向曲线间的最小直线长度为 660=360m，反向曲线间的最小直线长度为 260=120m。曲线线形曲线要素的组合类型主要采用基本型，即直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线的顺序组合。缓和曲线、圆曲线、缓和曲线的长度之比宜为：1:1:11:2:1，同时还应满足基本型曲线的几何条件：2 。曲线的半径和长度公路路线设计规范 （JTG D20-2006）规定：当设计速度为 60km/h 时，圆曲线的一般最小半径为 200m，极限最小半径为 125m（超高 i=8%时）,不设超高的最小半径为 1500m（路拱2%时）和 1900m（路拱2%时） ；当直线
8、与最小半径小于 1000m 的圆曲线相连接时，应设置缓和曲线，缓和曲线的长度一般最小长度为 80m，极限最小值为 60m。选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下，应尽可能采用大的半径，但曲线最大半径不宜超过 10000m。超高和加宽的规定取值范围根据公路路线设计规范 （JTG D20-2006）规定：在设计速度为 60km/h 时，当二级公路本科毕业设计4曲线半径小于不设超高圆曲线的最小半径 1500m（路拱 2%）和 1900m（路拱2%）时，应在圆曲线上设超高。规范规定：当圆曲线半径小于 250m 时，需要设置加宽。1.2.2.3 竖曲线要素标准论证坡度及坡长纵坡有最大纵坡和最小纵
9、坡。确定最大纵坡时，要综合考虑汽车的动力特性、道路等级和自然条件等各方面的因素。 标准规定：在设计速度为 60km/h 时，最大纵坡为 6%。同时最小纵坡也有一定的限制，在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于 0.3%的纵坡，一般情况下以不小于 0.5%为宜。当受到地形条件的限制，必须设小于 0.3%的纵坡时，其边沟应做横向排水设计。公路工程技术标准 （JTG B01-2003）规定：最小坡长为 200m，不同纵坡的最大坡长也有限制。如下表 1.2表 1.2 最大坡长表纵坡（%） 3 4 5 6最大坡长（m） 1200 1000 800 600竖曲线半径及长度
10、凸形竖曲线的一般最小半径为 2000m,极限最小半径为 1400m；凹形竖曲线的一般最小半径为 1500m,极限最小半径为 1000m。竖曲线的最小长度的一般值为 120m，极限值为 50m,竖曲线半径一般取大于一般最小半径为宜。视距长度为了保证行车安全，司机应能随时看到前方一定距离的公路及其障碍物，以便及时刹车或绕过。汽车在这段时间里沿公路的行驶距离为安全距离，即行车视距。四车道一级公路在设计速度为 60km/h 时，视距长度为 75 m。1.2.2.4 净空高度论证考虑到大型设备运输的发展、路面积雪和路面铺装在养护中的加厚等因素，规定高速路和一级、二级公路的净高为 5.0m，一条公路应该采
11、用同一的最小净高。1.2.2.5 车辆荷载论证公路工程技术标准 （JTG B01-2003）规定：根据二级公路的桥涵结构采用公路级汽车荷载。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算采用车辆荷载。车道荷载和车辆荷载的作用不能叠加。其主要技术指标规定如表 1.3：二级公路本科毕业设计5表 1.3 车辆荷载主要技术指标项目车辆重力标准值前轴重力标准值中轴重力标准值后轴重力标准值轴距 轮距前轮着地宽度及长度中、后轮着地宽度及长度车辆外形尺寸（长宽）单位 kN kN kN kN m m m m
12、m技术指标550 30 2120 2140 3+1.4+7+1.4 1.8 0.30.20.60.2152.51.3 路线方案布置及方案比选的论证路线是道路的骨架，它的优劣影响道路功能的发挥和在路网中的作用。路线设计除受自然条件影响外，尚受诸多社会因素的制约。选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系。路线方案比选是对有比较价值的路线方案进行技术指标、工程造价、自然环境、社会环境等重要影响因素进行同等深度的技术经济论证及效益分析，通过调查、分析、比较、选择，提出合理的推荐方案。方案比选可按照上述技术、经济、效益等的计算比较，确定推荐的路线方案。2 路线线形设计2.1 路线平面线形设计曲线几
13、何元素计算公式如下：p= - （m） (2.1)224423843q= （m） (2.2)2 32402(2.3)0=21800（）T=（ R+p） tan +q（m） (2.4)2L=R + （m） (2.5)1800E=（ R+p） sec -R（m） (2.6)2D=2T-L（m） (2.7)式中： 缓和曲线长度(m)；R圆曲线半径(m)；二级公路本科毕业设计6转角 。 ()2.1.1 方案一平曲线设计计算方案一采用手算，路线设计除了起终点（起点桩号：K0+000，终点桩号：K3+328.864）外有两个交点，即 JD1 和 JD2，下表为平曲线设置表。表 2.1 平曲线设置表（方案一）
14、序号 交点桩号 转角值 半径 缓和曲线长度JD1 K1+080.246 左 9。 2747“ 2000 120JD2 K2+333.636 左 18。 5256“ 1500 200计算示例（以 JD1 为例）2.1.1.1 要素计算p= - = - =0.29999（m）224423843 12022420001204238420003q= = =59.9982（m）2 324021202 120324020002=1.71970=21800=1202200018003.14 （ ）T=（ R+p） tan +q=（2000+0.29999）tan +59.9982=225.561（m） 2
15、902747“2L=R + =2000 +120=450.323（ m） 1800 902747“1800E=（ R+p） sec -R=（2000+0.29999）sec -2000=7.140（m ）2 902747“2D=2T-L=2 225.561-450.323=0.799（m） 2.1.1.2 计算曲线五个主点里程桩号直缓点：ZH=JD1-T = K1+080.246-225.561= K0+854.685缓圆点：HY= ZH+ LS = K0+854.685+120= K0+974.685缓直点：HZ= HY+L-LS= K0+974.685+450.323-120= K1+30
16、5.008圆缓点：YH=HZ- LS= K1+305.008-120= K1+185.008曲中点：QZ=YH-(L/2-LS )= K1+185.008-105.162= K1+079.846交点 1： JD1=QZ+ D/2= K1+079.846+0.400= K1+080.246同理 JD2 的计算如下：平曲线要素：T=349.600，L=694.337，E=21.723，D=4.863。曲线五个主点里程桩号直缓点：ZH=JD2-T = K2+333.636-349.600= K1+984.036二级公路本科毕业设计7缓圆点：HY= ZH+ LS = K1+984.036+200= K
17、2+184.036缓直点：HZ= HY+L-LS= K2+184.036+694.337-200= K2+678.373圆缓点：YH=HZ- LS= K2+678.373-200= K2+478.373曲中点：QZ=YH-(L/2-LS )= K2+478.373-147.169= K2+331.204交点 2： JD2=QZ+ D/2= K2+331.204+2.432= K2+333.636上述验证无误，终点桩号为：JD2+1000.091-4.864= K3+328.864。根据此计算过程，将计算结果填入“直线、曲线及转角一览表” 。2.1.2 方案二平曲线设计计算方案二运用纬地软件设计
18、，在地形图上执行主线平面设计命令，设计定点，然后采用“已知 S1+R+S2”模式进行实时修改，最后保存确定平面文件。根据平面文件得到平曲线设置表：表 2.2 平曲线设置表（方案二）序号 交点桩号 转角值 半径 缓和曲线长度JD1 K1+117.159 左 12。 432“ 1000 100JD2 K2+239.478 左 22。 545“ 500 100输出表格命令，输出“直线、曲线及转角一览表” 。2.2 路线纵断面设计2.2.1 二级公路纵断面设计的总原则纵断面的设计标准规定如下：(1)二级公路的最大坡度为 6%，长路堑以及横向排水不畅的路段采用不小于 0.3%的纵坡，当采用平坡（0%）或
19、小于 0.5%的纵坡时路基边沟应作纵向排水设计。(2)二级公路最小坡长为 150m。(3)坡长限制：纵坡坡度3%，最大坡长不大于 1200m。纵坡坡度4%，最大坡长不大于 1000m。纵坡坡度5%，最大坡长不大于 800m。(4)满足视觉需要最小竖曲线半径：凸形竖曲线为 4000、8000m，凹形竖曲线为6000m。(5)竖曲线半径一般最小值 2000，凹形竖曲线半径一般最小值 1500m。(6)竖曲线最小长度为 50m。(7)最大合成坡度 9.5%，最小合成坡度为 0.5%，平均纵坡不宜大于 5.5%。二级公路本科毕业设计82.2.2 方案一的纵断面的设计计算2.2.2.1 计算竖曲线要素如
20、图 1.1 所示，i 1 和 i2 分别为两相邻两纵坡坡度， = i2- i1， 为“+”时，表示凹形竖曲线； 为“-”时，表示凸形竖曲线。 TLPQxhEyo图 1.1 竖曲线要素示意图竖曲线长度 L 或竖曲线半径 R：L=R 或 R= (2.8)竖曲线切线长：(2.9) T=2=2竖曲线任意一点的竖距：(2.10)h=22竖曲线外距：(2.11)E=22 或 E=28 =8=4变坡点 1：桩号：K1+060，高程：7.081 ， =-0.51%-0.50%=-1.01%，凸型，R=30000；K1+060 处竖曲线要素计算： L=R=300001.01%=303mT=L/2=303/2=1
21、51.5mE= /2R=151.5151.5/(230000)=0.38m2竖曲线的起点桩号：K1+060-151.5= K0+908.5；终点桩号： K1+060+151.5= K1+211.5。变坡点 2：桩号：K2+370，高程：0.358 ， =0.52%-(-0.51%)=1.03%，凹型，R=40000；K2+370 处竖曲线要素计算： L=R=400001.03%=412mT=L/2=412/2=206m二级公路本科毕业设计9E= /2R=206206/(240000)=0.53m2竖曲线的起点桩号：K2+370-206= K2+164；终点桩号： K2+370+206= K2+
22、576。2.2.2.2 设计高程的计算变坡点 1：竖曲线起点 K0+908.5 处设计高程： 7.081-151.50.50%=6.324mK0+920 处：横距 x=920-908.5=11.5m竖距 h= /2R =11.5 11.5/(2 30000)=0.0022mx 切线高程：6.324+11.5 0.5%=6.382m设计高程：6.382-0.0022=6.380K0+940 K1+200 处设计高程的计算方法同 K0+920 处，其结果如表 2.3竖曲线终点 K1+211.5 处设计高程： 7.081-151.50.51%=6.308m表 2.3 变坡点 1 处竖曲线计算表桩号
23、横距 x(m) 竖距 h (m) 切线高程(m) 设计高程(m)K0+908.5（起点） 0 0 6.324 6.324K0+920 11.5 0.002 6.382 6.380K0+940 31.5 0.017 6.482 6.465K0+960 51.5 0.044 6.582 6.537K0+980 71.5 0.085 6.682 6.596K1+000 91.5 0.140 6.782 6.642K1+020 111.5 0.207 6.882 6.674K1+040 131.5 0.288 6.982 6.693K1+060（中点） 151.5 0.383 7.081 6.698K
24、1+080 131.5 0.288 6.979 6.690K1+100 111.5 0.207 6.877 6.669K1+120 91.5 0.140 6.775 6.635K1+140 71.5 0.085 6.673 6.587K1+160 51.5 0.044 6.571 6.526K1+180 31.5 0.017 6.469 6.452K1+200 11.5 0.002 6.367 6.364K1+211.5（终点） 0 0 6.308 6.308二级公路本科毕业设计10变坡点 2：竖曲线起点 K2+164 处设计高程： 0.358+2060.51%=1.409mK2+170 处：
25、横距 x=2170-2164=6m竖距 h= /2R=6 6/（2 40000）=0.00045mx 切线高程：1.409-6 0.51%=1.3784m设计高程：1.3784+0.00045=1.379K2+190 K2+570 处设计高程的计算方法同 K2+170 处，其结果如表 2.4竖曲线终点 K2+576 处设计高程： 0.358+2060.52%=1.429m表 2.4 变坡点 2 处竖曲线计算表桩号 横距 x(m) 竖距 h(m) 切线高程(m) 设计高程(m)K2+164（起点） 0 0 1.409 1.409K2+170 6 0.000 1.378 1.379K2+190 2
26、6 0.008 1.276 1.285K2+210 46 0.026 1.174 1.201K2+230 66 0.054 1.072 1.127K2+250 86 0.092 0.970 1.063K2+270 106 0.140 0.868 1.009K2+290 126 0.198 0.766 0.965K2+310 146 0.266 0.664 0.931K2+330 166 0.344 0.562 0.907K2+350 186 0.432 0.460 0.893K2+370（中点） 206 0.530 0.358 0.888K2+390 186 0.432 0.462 0.894K2+410 166 0.344 0.566 0.910K2+430 146 0.266 0.670 0.936K2+450 126 0.198 0.774 0.972K2+470 106 0.140 0.878 1.018K2+490 86 0.092 0.982 1.074K2+510 66 0.054 1.086 1.140K2+530 46 0.026 1.190 1.216
