高速公路设计

高速公路设计

一设计说明书

（一）毕业设计的目的

通过毕业设计，使学生对公路建设程序和内容有一个系统的、全面的了解，培养学生独立进行路线、路基路面结构及有关设施设计、计算的能力；选择桥涵标准图的能力，使学生得到公路工程师的初步训练。

（二）设计任务

1路基路面设计

在路线设计的基础上完成以下工作：路基、排水、防护、支挡工程、特殊路基等设计；路面工程设计（路面的结构组合设计、厚度设计与方案比选）。

2桥涵初步设计

根据所提供的数据资料，完成桥涵标准图的选择，包括相关的图纸、表格、工程数量及相关说明。

（三）技术标准

平原微丘区高速公路技术标准，计算行车速度120Km/h。

设计荷载：公路—Ⅰ级，人群荷载3KN/m。

（四）设计概况

1.在纵断面设计中，充分考虑平纵组合平衡和填挖平衡的原则，对沿线地形、地质、水文、排水等综合考虑，全线共设4个竖曲线，最大纵坡1.41％，最小纵坡-0.35%。

2.路基宽度28m，路面宽8.25m，路肩宽4.25m，路拱横坡2%，，硬路肩横坡2%，土路肩横坡3%，挖方边坡视地质情况设置为1：0.5～1：1，填方边坡≤8米，设为1：1.5，填方边坡＞8米变坡，采用1：1.75。

3.路基排水设施有边沟、截水沟、排水沟等，边沟的高度和宽度等于0.6米，水沟的宽度和高度宜大于或等于0.6米。

4.路面结构设计以双轮组单轴轴载100KN为标准轴载，路面结构选用沥

青混凝土面层厚度为15cm；基层采用20 cm水泥石灰稳定矿渣，25 cm石灰

土稳定碎石;底基层20cm天然砂砾。

5.根据本路段实际情况，设圆管涵3座，箱型通道1座，跨线桥1座。

二平、纵、横三维断面设计

（一）平面线形设计

1选线

本设计路段设计资料已提供平面线形资料，故不需要再进行选线设计。

2技术指标

查相关资料确定主要技术标准

（1）.公路用地

新建公路路堤两侧排水沟外缘（无排水沟时为路堤或护坡道坡脚）以外，路堑坡顶截水沟外边缘（无截水沟为坡顶）以外不小于1m的土地为公路用地范围；在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，二级公路不小于2m的土地为公路用地范围。高真深挖路段，为保证路基的稳定，应根据实际情况确定用地范围。

公路用地还包括立体交叉、服务设施、安全设施、交通管理设施、停车设施、公路养护管理及绿化和苗圃等工程的用地范围。

（2）.路线

①车道宽度

设计车速为120km/h，车道宽度为3.75m

②高速公路整体式断面必须设置中间带，中间带由两侧路缘带和中央

分隔带组成，其各部分宽度应符合表2.1的规定：

表2.1中间带宽度表

③路肩宽度：

表2.2 路肩宽度表

④路基宽度

路基宽度（m）：一般值：28 最小值：26（四车道）

a)：各级公路路基宽度为车道宽度与路肩宽度之和，当设有中间

带、加（减）速车道、爬坡车道、紧急停车带、错车道等时，

应计入这些部分的宽度。

b)：确定路基宽度时，中央分隔带宽度、左侧路缘带宽度、右侧

硬路肩宽度、土路肩宽度等的“一般值”和“最小值”应同类

项相加。

⑤停车视距：210m

⑥圆曲线最小半径（m）：

一般值：1000 极限值：650

不设超高最小半径：5500

⑦最大纵坡：3%

高速公路受地形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡可增加1%。

在海拔2000m以上或积雪冰冻地区的四级公路，最大纵坡不大于8%。

各级公路的长路堑路段，以及其它横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。

⑧最小坡长：300m

⑨竖曲线最小半径和最小长度应符合表2.3规定。

表2.3 竖曲线要素取值表

3平纵横综合设计

（1）.平纵线形的协调

为了保证汽车行使的安全与舒适，应把道路平、纵、横三面结合作为主体线形来分析研究，平面与纵面线形的协调组合将能在视觉上自然地诱导司机的视线，并保持视觉的连续性，平原地区地势平坦，纵断面以平坡为主，上、下坡多集中中在大、中桥头，由于有通航要求，桥面标高相对两侧路面标高要求高出许多，因此在桥头，桥面通常设置竖曲线，竖曲线半径要适当，既要符合高速公路技术指标要求，又不宜使竖曲线长度太长而使桥头填土过高而增加造价，而平曲线在选线时一般要考虑大桥桥位与河流正交，以减少构造物的工程量及设计施工难度，节约经费，减少造价。主要有以下4点原则：

①平曲线与竖曲线的配合

②长直线上设置竖曲线

③透视图的运用，平纵线形配合受到各种因素的制约和影响，同

时要避免一些不良的组合，如长直线上不能设计小半径的凹曲

线，直线段内不能插入短的竖曲线等，运用透视图进行检验是

很好的方法，设计时对有疑问的路段进行透视图的检验，效果

较好。

④平面与横断面的综合协调主要是超高的设计。

（2）.线形与环境的协调

①定线时尽量避开村镇等居民区，减少噪音对居民生活带来的影

响，同时采用柔性，沥青混凝土路面以减少噪音。

②路基用土由地方政府同意安排，利用开挖鱼塘或沟渠，避免乱

开挖，同时又利于农田、水利建设。

③注意绿化，对路基边坡及中央分隔带加强绿化和防护，在护坡

道上互通立交用地范围内的空地上均考虑绿化。

④对位置适当的桥梁在台前坡脚（常水位以下）设置平台，以利

非机动车辆和行人通过。

⑤对位于公路两侧的建筑物建议注意其风格，以求和道路相协调，

增加美感。

（3）.纵断面线性与景观、城镇规划的结合

（4）.利用老路时的平、纵、横综合设计

（5）远近期结合的平、纵、横综合设计

（二）纵断面设计

纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。

纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定，排水及工程量等的要求对纵坡的大小，长短，前后的纵坡情况，竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计，从而设计出纵坡合理，线形平顺圆滑的最优线形，以达到行车安全、快速、舒适，工程造价省，运营费用较少的目的。

该路地处平原区，土地资源宝贵，本项纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按百年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。

1纵坡设计

（1）.纵坡设计的一般要求：

①纵坡设计必须满足《标准》的有关规定，一般不轻易使用极限

值

②纵坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡

③纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合

（2）.从行车安全，舒适和视觉良好的要求来看，要求纵断面线形注意有以下几点：

①在短距离内应避免线形起伏，易使纵断面线形发生中断，视觉

不良；

②避免“凹陷”路段，若线形发生凹陷出现隐蔽路段，使驾驶员

视觉不适，产生莫测感，影响行车速度和安全；

③在较大的连续上坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部

的纵坡宜放缓些；

④纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径；

⑤纵断面线形设计应注意与平面线形的关系，汽车专用公路应设

计平、纵面配合良好协调的立体线形；

（3）.纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；

（4）.纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，接生土石方量，降低工程造价；

（5）.纵坡设计时，还应结合我国情况，适当照顾当地民间运输工具，农业机械、农田水利等方面的要求。

2.纵坡设计的方法和步骤：

（1）.准备工作

纵坡设计前，应先根据中桩和水准记录点，绘出路线纵断面图的地面线绘出平面直线，曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料，并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。

（2）.标注纵断面控制点

纵面控制点主要有路线起终点，重要桥梁及特殊涵洞，隧道的控制标高，路线交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。

（3）.试坡

试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术和标准，选线意图，考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。

前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线，然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线，将其延长交出变坡点初步位置。

（4）.调坡

调坡主要根据以下两方面进行：⑴结合选线意图。将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；⑵对照技术标准。详细检查设计最大

纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。

调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。

（5）.根据横断面图核对纵坡线

核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。

（6）.确定纵坡线

经调整核对后，即可确定纵坡线。所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确定下来。坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一。变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整10桩位上。变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。

设计纵坡时还应注意以下几点：

①在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回

头曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段

不宜设竖曲线。

②平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适

当，尽量避免不良组合情况。

③大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）

点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均

匀，不宜突变。

④小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免

出现急变“驼峰式纵坡”。

⑤注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡

特殊要求。

⑥纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不

够理想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移

线的办法修改平面线形，从而改善纵面线形。

（7）.计算设计标高

根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，则可以计算出未设竖曲线以前各桩号的设计标高。

3竖曲线设计要求：

（1）.宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。

（2）.同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。

（3）.反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。

（4）.应满足排水要求。

4纵段面设计步骤

（1）.根据地形图上的高程，以20m一点算出道路上各点的原地面高程，将各点高程对应地标于纵断面米格纸上，然后用直线连接各点，注意港口、河的标法，画出道路纵向的原地面图。

（2）.确定最小填土高度

由于路基要保证处于干燥或中湿状态以上，所以查表得粉性土时路槽底至地下水的临界高度为1.7~1.9m时为干燥状态，由于地下水平均埋深为1.0m，路面厚度一般为60~80cm,所以算出最小填土高度为1.6m.。

（3）.拉坡

首先是试坡，试坡以“控制点”为依据，考虑平纵结合、挖方、填方以及排水沟设置等众多因素初步拟订坡度线。然后进行计算，看拉的坡满不满足控制点的高程，满不满足规范要求，如不满足就进行调坡。调坡时应结合选线意图，对照标准所规定的最大纵坡、坡长限制以及考虑平纵线形组合是否得当进行调坡。竖曲线各项指标如表2.4：

表2.4 竖曲线指标表

（4.）竖曲线计算

竖曲线计算依据一下几个公式：

12i i -=ω （2.1）

ωR L = （2.2） 2

L T = （2.3） ① 根据设计得知：%80.2%,47.0%,33.212121=-==-=i i i i ω 拟定R=17000，则：

m R L 476%8.217000111=?==ω竖曲线长度：

m L T 238211==切线长：

m R T E 68.12 1

211==竖曲线变坡点纵距：

桩号：桩号：

高程：105.62

桩号：

图2.1 K131+263竖曲线计算图

② 根据设计得知：%94.0%,41.1%,47.012121=-===i i i i ω

拟定R=12000，则：

m R L 8.112%94.012000222=?==ω竖曲线长度： m L T 4.56222==切线长：

m R T E 13.02 1

211==竖曲线变坡点纵距：