本毕业设计的公路课题是221省道-高速公路毕业设计

绪论

1. 公路运输概论

公路运输是交通运输的重要组成部分,能实现物质产品和人员的交流,是确保社会生产和活动正常进行的基本条件之一。一个国家的发展,有赖于地区间、部门间、企业间经济联系的扩大,通过经济联系实行互通有无,以确保他们分工协作,共同发展。这些联系,必须借助公路运输来保证他们的存在与发展。公路运输发展水平作为衡量和反映一个国家和一个地区经济发展水平的主要标志之一,我国近年来由于对公路建设的重视,公路的修建带来了道路运输事业的振兴,从而有力的促进商品经济的发展和社会生产力的提高。

2.公路运输的作用

2.1 公路运输能更好促进社会的发展

1.促进全社会能更好的生产和运输的合理化。公路的修建,并形成公路网,促使区域的工农业及各方面生产的布局更合理。

2.促进沿线经济发展和资源的开发。公路的建设提高了运输的稳定性和方便性,有利于地方经济和一些特殊行业的发展。

3.加速物质生产和产品流通。现代化生产对原材料的需求和产品的流通的要求逐步提高,公路的建设对加速物质的生产和促进产品流通有着重要的作用。

4.促进水运、铁路的联系。快速灵活的汽车与大运量的火车及廉价长距的水运形成联运网,使产品运输更为直接、便利、快速、准时,大大提高运输效率。

5.有利于城市人口的分散和卫星城镇的开发。现代城市过于庞大、集中,造成人口密集、交通堵塞、环境污染、生活供应紧张等弊端,公路的建设使城市人口向郊区分散,促进地区的发展,又缓和了城市人口的增长。

3.毕业设计的内容

本次设计内容为221省道南通段s3标段公路施工图设计。设计过程中要熟练的掌握所学内容,进行道路的平、纵、横及路基路面、挡土墙等许多方面的设计。通过本次设计可以培养我们学生的实践能力以及检测我们对道路工程施工设计知识的掌握程度,对即将毕业踏出校园的我们来说这次设计是一次很好的锻炼机会。

5. 本次设计的主要依据的文献和规范有:

《公路路线设计规范》JTG D20-2006,交通部颁发

《公路路基设计规范》JTG D30-2004,交通部颁发

《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006,交通部颁发

《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002,交通部颁发

孙家驷主编,《道路勘测设计》,人民交通出版社,1999

邓学均主编,《路基路面工程》,人民交通出版社,2000

徐家钰主编,《城市道路设计》,中国水利水电出版社,2005

6. 设计背景

本毕业设计的公路课题是221省道(南通段s3标段)。南通地区属亚热带季风气候,气候温和,四季分明,雨量充沛,年平均降水量约为1000毫米。221省道是南通境内的一条重要省道, 221省道途径海安、启动、如东等县并与204国道相交汇,是南通境内交通量频繁的一条重要省级道路。221省道的建成方便了主市区周围的几个县的交通联系,缩短了行车时间,加大了地区之间的交流与合作,也方便了与外省市的直接联系,大大促进了南通经济与工业上的多方面的发展。

此次毕业设计要求对一级公路进行路线、防护工程设计、路基路面工程设计。道路路线工程要求对所提供地形图,依据控制点进行平面设计、纵断面设计、横段面设计以及排水设计。

本设计的内容全面地包含了交通土建专业所学有关道路方面的知识,是一次全面的设计演练。设计过程中要以现行设计规范为准,严格控制各设计内容满足规范和相关条例的要求。

在本次毕业设计中由于受到时间和经验的限制,若出现一些错误与误差,敬请指正。

第1章设计资料与技术指标

1.1 设计资料

1.1.1 交通量资料

根据设计资料及现有221省道及南通境内类似省道交通量,从而确定该公路的预测交通量的累计标准当量轴次为6700次/日,交通增长率为6﹪。查《公路工程技术标准》,拟定该公路为一级公路四车道,设计车速为100km/h,设计使用年限为15年。

1.1.2 地质与土质

1、地形:南通市区属江海冲积平原,境内地势平坦,地面高程在3.6-6.2m 之间(黄海标高,以下同、,按照成陆地前后与地面高程的不同,市区地形除狼山浅丘群外,可概括为三种类型:老岸田、中沙田、圩塘田。

2、工程地质:表面覆盖层:土质为亚粘土,土层厚为1.2-2.5m,容重r = 1.8T/立方米,内摩擦角Φ=26度~28度,地基承载力[R]=10-12吨/平方米,贯入或浇注桩尖平面处容许承载力,当入土深为5-15m时,[Rj]=40-110吨/立方米,预制桩周上的容许摩擦力f=1.0-1.7吨/平方米。

覆盖层下:土质为粉沙土,土层厚约10-25m,容重r=1.7吨/平方米,内摩擦角Φ=30度-32度,地基承载力[R]=15-25吨,贯入式浇注桩桩尖平面处容许承载力,当入土深度为5-15m时,[Rj]=80-180吨/平方米,预制桩桩周上容许摩擦力=1.0-2.0吨/平方米。

1.1.3 气候及气象特征

南通属亚热带季风性气候,四季分明,雨水充沛,日照充足,温度适宜。

1、气温:历年平均气温为15摄氏度;月最低平均气温2.5摄氏度(一月份),极端最低气温-10.8摄氏度;月最高平均气温27.3摄氏度(七月份),极端最高气温38.2摄氏度。

2、湿度:南通市年平均相对湿度81%,湿度最大的月份是7月,湿度最小的月份是1月,历史最大月平均相对湿度为91%,历史最小月平均相对湿度为56%。最小相对湿度6%。

3、风:夏季多东南风,冬季多西北风,据南通气象台1951年~1986年观测,年平均风速为17.2 m/s,瞬时最大风速为30.4m/s。。

4、降雨:历年平均降雨量为1066.8毫米,最大年降雨量1394.3毫米,最小年降雨量为641.3毫米,日最大降雨量为242.2毫米,年平均降雨天数121.7天,日降雨量大于10毫米的年平均天数为31.9天,最大1小时降雨量为86.9毫米,最大10分钟降雨量为29.7毫米。

5、日照、雾:根据南通气象台1951年~1986年观测,小于等于3级能见度平均雾日数32.2日,多出现于晚春和初冬,年平均日照数为2223.3小时,日照面积率50%。

6、冰雪:长江水域终年不封冻,陆域最大冻土厚20厘米,年平均降雪日为6天,多集中于1~2月间,最大积雪厚度17厘米。

1.1.4 技术指标

基本指标:

公路等级一级公路

地形平原地区

计算行车速度(km/h) 100

车道数 4

行车道宽度(m) 2×7.5

路基宽度(m) 26.0

极限最小半径(m) 400

最大超高10%

一般最小半径(m) 700

平曲线最小长度(m) 170

85 路拱横坡(%) 1.0-2.0

缓和曲线

最小长度(m)

不设超高最小半径(m) 4000

停车视距(m) 160

超车视距低限值(m) 500

最大纵坡(%) 6

合成坡度(%) 10

最小坡长(m) 200

缓和曲线最小长度(m) 85

凸形竖曲线一般最小半径(m) 10000

凸形竖曲线极限最小半径(m) 6500

凹形竖曲线一般最小半径(m) 4500

凹形竖曲线极限最小半径(m) 3000

竖曲线最小长度(m) 85

最大直线长度(m) 4000

最小直线长度(m) 同向曲线6V=600

反向曲线2V=200

路基宽度(m) 24~26

边坡形式一级台阶梯形形式

排水沟形式梯形形式

设计荷载公路Ⅰ级

桥涵设计荷载公路—Ⅰ级大、中桥设计洪水频率为1/300

小桥和涵洞及路基设计洪水频率1/100

路面等级高级(沥青混凝土面层)

第2章路线设计

2.1 路线设计要点

2.1.1 平纵线形协调

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、下坡多集中在大、中桥头,对于有通航要求的,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,既要符合一级公路技术指标要求,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。

1、平曲线与竖曲线的配合。

2、长直线上设置竖曲线,平原区平面上设置长直线较为常见,纵断面设计无论如何避免不了在直线段设置竖曲线,资料显示小坡差多处变坡视觉稍有感知。但直线段坡差较大竖曲线给驾驶员的不良刺激较强烈,同时要满足0.3%的排水纵坡,设计时采用较大的竖曲线半径方法,以获得较好的视觉和行车效果。

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。

2.1.2 线形与环境协调

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,有利于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。

2.1.3正确处理道路与农业的关系

1、由于地处平原地区,新建道路要占用一些农田是不可避免的,但要尽量做到少占用农田和不占高产田。布线从路线对国民经济的作用,既不能片面占用大片良田,也不能片面强调不占某块田而使路线弯弯曲曲,造成行车条件恶化。

2、路线应与农田水利建设相结合,有利于农田灌溉,尽可能少与灌溉渠相交把路线布置在渠道上方非灌溉的一侧或渠道尾部。当路渠方向基本一致时,可沿渠堤布线,堤路结合,桥闸结合,以减少占田和便利灌溉。路线必须跨水塘时,考虑设在水塘的一侧,并拓宽水塘取土填筑路堤,使水塘面积不致变小。

3、当路线靠近河边低洼或者村庄时,应争取靠河岸线布置,利用公路的防护措施,兼做保村护田的作用。

2.2 路线方案比选

路线方案是路线设计中的最基本的问题。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,即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。一条路线的起点终点及中间必须经过的重要城镇或地点,通常是由公路网规划所规定或领导机关根据经济建设需要指定的。作为选线工作的第一步就是要在各种可能的方案中,在深入调查的基础上,综合考虑路线方案选择的主要因素,通过方案的比选,提出合理的路线方案。

方案比选是选线中确定路线总体布局的有效方法,在可能布局的多种方案中,通过方案比选决定取舍,选择出技术合理、费用节省、切实可行的最优方案。路线方案的取舍是路线设计中的重要问题,方案是否合理,不仅直接关系到是否满足国家政治、经济及国防的要求和长远利益。

从方案比选的深度不同可有原则性方案比选和详细的方案比选两种。

路线方案是通过许多方案的比较、淘汰而确定的。指定的两个据点之间的自然情况越复杂、距离越长,可能的比较方案就越多。淘汰的方法,不能每条路线都通过实地查勘进行,因为此次毕业设计是在纸上定线,所以要在所给的地形图上选出两条线进行比较,然后选出一条比较合理的路线进行路线设计。

本次所设计道路为平原地区,地形平坦,河流、沟渠及农田较多,需要遵循选线的依据合理布线。我布设了两条路线进行比较选取。

方案1:

该方案路线相对较长,由于地形和控制点的限制某些交点处的转角相对偏

大,线形与方案二相比稍显不足,部分交点位置处存在同向曲线,在与河流及原有道路相交时,有些部分采用斜交处理。在个别地方由于路线的走向穿越了一些城镇。该方案靠近的城镇也比较多,这有利于当地的经济的发展,对当地居民的出行提供了较大的便利。

方案2:

该方案较第一种方案路线短一些,焦点转角也都维持在o

25以内,使得线性匀称优美,在进行曲线设计时能够有效保证缓和曲线:圆曲线:缓和曲线维持在1:1:1,这样也有利于道路纵断面设计。与方案一相比道路的实际长度要相对短一些,从而在造价上有了较好的节约。该方案尽量穿越空地及农田以减少穿越城镇而带来的巨大拆迁费用,对农田的利用效率也较高,减少了土地的浪费。同时也经过了较多的村落和城镇,能够有效方便这些城镇交通出行。因为很好的结合当地地形情况,路线与附近的村庄、城镇、农田规划、农业灌溉之间的关系相协调,不会影响到当地的正常生活及农田的灌溉等问题。并且建成后将会较好的带动沿线地区的经济发展。线路的布置上很好的处理了与河流、原有道路的相交问题,尽量垂直相交,保证施工的方便。

进行综合比较后,我选择方案2。

方案比选的完成对后面的路线设计及计算起着至关重要的作用,因为它对行车、经济以及施工上都有一定的影响。

本设计为221省道南通段的S3标段,该段内的线形数据如下:

表2.1交点坐标表

交点X Y

QD 3557872.6956 498973.8509

JD1 3558027.0000 499414.0000

JD2 3558571.2310 500290.9410

JD3 3558908.5000 501221.0000

JD4 3559386.0000 501976.5000

ZD 3559504.3383 502662.8454

表2.2 转角表

转角度数

θ1 左12°30′16″

θ2 右11°53′29″

θ3 左12°21′42″

θ4 右22°30′41″

表表23 交点间的距离表

交点间距L(m、QD-JD1 466.41 JD1-JD2 1032.09 JD2-JD3 989.32 JD3-JD4 893.75 JD4-ZD 696.47

第3章平面设计

现代道路平曲线分别由直线、圆曲线、和缓和曲线三种基本几何线形的合理组合而构成,称之为“平面线形三要素”。在低速道路上,为了简化设计,也只可使用直线和圆曲线两种要素。这就说明平面线形三要素是基本组成,但只要各要素所占比例及使用频率并无统一规定。只要各要素使用合理均可满足汽车行驶要求。至于它们的参数则要视地形情况和人的视觉新、心理、道路技术等级等条件来确定。本路段均是设置由缓和曲线、圆曲线、缓和曲线组成的平曲线与直线相连接。

3.1 平面设计

3.1.1平面线形设计原则

1、平面线形必须与地形,地物,景观灯相协调,同时应该注意设计线形的连续性与均衡性,并且同纵面线形相配合。

2、直线段应根据地形因素合理选用,一般直线段的最小长度应控制在同向曲线间的直线长度不得小于6v,反向曲线间的直线长度不得小于2v(v为设计车速。

3、曲线作为一般规则,设计师应尽量采用大半径,在半径受限制的情况下,应按照《公路路线设计规范》规定进行半径的选择,对于一级公路,设计时速100km/h时,一般最小半径700m,极限最小半径400m,但圆曲线最大半径不宜超过10000m。

4、当平曲线半径小于不设超高最小半径时应设置缓和曲线。设计时速100km/h时,缓和曲线一般最小长度为120m,极限最小长度为85。

5、视距:视距右停车视距,会车视距,超车视距。《公路路线设计规范》规定一般设计时速为100km/h时,停车视距为160m。

6、设计时速为100km/h时,平曲线最小长度为170m。

3.1.2平曲线设计(曲线要素与主要控制点桩计算)

本毕业设计的公路课题是221省道-高速公路毕业设计

图3—1 线路平面图

本毕业设计的公路课题是221省道-高速公路毕业设计

图3-2 交点计算示意图

以JD1计算为例:

JD1初拟R=1100m ,取==R

A L 2

S 120 角1θ=12°30′16″ 1、平曲线要素计算:

R=1000 =S L 120

==2

3

240_2R L L q s s 59.99 3

23842442R L R

L p s s -

=

=0.55

R

L s .

90o

β=

=3 o 7’23" T=(R+p)tan 2

θ

+q=(1100+0.55)×tan )2''16'3012(

o +59.99=180.46 L==+s 2L R 180

)

2-(0πβθ12021100.180

).23732163012(''''''?+?-πo o =359.86 L y =L-2s L =359.86-240=119.86 J=2T-L=2×180.46-359.86=1.06

E=(R+p)sec 2

θ

-R=(1100+0.55)sec 2163012'''o -1100=7.12

式中:θ——转角,度;

R ——曲线半径,m ;

s L ——缓和曲线长度,m ; L y ——平曲线中圆曲线长,m ; L ——曲线全长,m ;

T——切线长,m;

E——外距,m;

q——切线增长值,m;

p——曲线内移值,m;

β——缓和曲线角度,度。

用同样的方法可求得JD2、JD3和JD4的平曲线要素,见表。

表3.1 平曲线几何要素

交点R θT E L s L J

JD 11100 12°30′

16″

180.564 7.12 360.07 120 1.06

JD 2 1200 11°53′

29″

185.05 6.99 369.11 120 0.99

JD 3 1200 12°21′

42″

179.49 7.01 357.94 120 1.04

JD 4 900 22°30′

41″

264.17 18.98 523.25 170 5.09

3.1.3验算直线段距离是否符合要求:

JD1、JD2之间的直线段=1032.09-180.46-185.05=666.58>2V=200m,符合规范要求。

JD2、JD3之间直线段长=989.32-185.05-179.49=624.78>2V=200m,符合规范要求。

JD3、JD4之间直线段长=893.75-179.49-264.17=612.09>2V=200m,符合规范要求。

经过验算可以知道交点之间的直线长度均满足规范要求。

3.1.4主点桩号计算

以JD1计算为例:

QD:k0+000.00

JD

1

:K0+466.41

=

-

=T

JD

ZH1

1 K0+466.41-180.564= K0+285.846

=+=S 11L ZH H Y K0+285.846+120= K0+405.846 =+=y 11L HY YH K0+405.846+120.069= K0+525.915 =+=S 11L YH HZ K0+525.915+120= K0+645.915 ==L/2-HZ Q 11Z K0+645.915-360.07/2= K0+465.88

=+=J/2QZ JD 11 K0+465.88+1.06/2= K0+466.41 经过校核后确定各数据无误。

JD2、JD3和JD4的计算过程同上,在经过计算验证准确且设计满足了规范及原则的要求后对各个交点进行汇总统计成表,见表。

表3.2 平曲线主点桩号表

主点 JD1 JD2 JD3 JD4 ZH

K0+285.846 K1+312.415 K2+306.589 K3+114.132 HY K0+405.846 K1+432.415 K2+246.589 K3+284.132 QZ K0+465.88 K1+496.943 K2+485.255 K3+375.937 YH K0+525.915 K1+561.471 K2+543.921 K3+467.742 HZ K0+645.915 K1+681.471 K2+663.921 K3+637.742 JD K0+466.41

K1+496.676

K2+485.741

K3+378.181

第4章纵断面设计

4.1 纵断面设计的要求与方法

4.1.1纵坡设计一般要求

1、纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的各项规定。

2、为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶,纵坡应有一定的平顺性,起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值,合理安排缓和坡段,不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。

3、纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑,视具体情况加以处理,以保证道路的稳定与通畅。

4、一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡,尽量使挖方运作就近路段填方,以减少借方,降低造价。

5、在平原微丘区,纵坡除应满足最小纵坡要求外,还应满足最小填土高度要求,保证路基稳定。

6、对连接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端接线等,纵坡应和缓、避免产生突变。

4.1.2 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,应合并为单曲线或复曲线。

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。

4.1.3 纵断面设计方法和步骤

纵断面线形设计应根据道路的性质、任务、等级和地质水文等因素考虑路基稳定排水及工程量的要求,先对路线进行纵坡的设置,在纵坡坡度满足规范的要求后,对路线的纵断面进行竖曲线设计。对纵坡的大小、长短、前后纵坡的情况、竖曲线半径的大小及平面线形等进行综合设计,从而设计处纵坡合理线形平顺圆滑的理想线形。

4.2纵坡取值要求

4.2.1最大纵坡要求

各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特征、道路等级、自然条件以及工程、运营经济等因素,通过综合分析,全面考虑,合理确定的。根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的规定,一级公路在车速为60km/h时的最大纵坡为5%。

4.2.2 最小纵坡要求

为使道路上行车快速、安全和通畅,希望道路纵坡设计的小一些好。但是,在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段,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,当必须考虑设计水平坡0%或小于3%的纵坡时,边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑,其边沟应作纵向排水设计,在城市道路中一般可采用设置锯齿形偏沟或采取其他排水措施来处理。

4.2.3 坡长限制

汽车在纵坡上行驶时存在一个稳定车速,与之相对应的有一个稳定的坡长,从运行质量看,纵坡长度不宜超过稳定坡长。因此对纵坡的长度有一定的限制:根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003、的规定,一级公路设计车速为60km/h 时,最小坡长为200m,最大坡长需结合坡度来确定,坡度为5%时为700m;0.4%时为900m;0.3%时为1100m。

4.3 竖曲线小半径

1.凹形竖曲线最小半径考虑因素

1)从限制离心力不致过大考虑;

2)从汽车夜间行使前灯照射距离考虑;

3)从保证跨线桥下的视距考虑。

2.凸形竖曲线最小半径考虑因素

1)从失重不致过大考虑;

2)从保证纵面行车视距考虑。

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