道路选线毕业设计调研报告

道路选线调研报告一、课题的来源和意义根据毕业设计任务书设计内容,本次设计内容为某高速公路管岺至长崖子路段设计.本设计依据初步设计完成G2合同段内管岺至长崖子路段AK81+800——AK89+000内起点坐标为N4275500,E468400,终点坐标N4274000,E462400,为微丘区双向四车道高速公路,具体技术标准为设计速度采用80Km/h,设计荷载等级为公路－Ⅰ级的高速公路施工图设计.该公路位于某省中北部,是省高速公路网规划中“人字骨架,九横九环”的高速公路网主骨架第三横的重要组成部分,本路段属G2合同段,路线起点位于王明滩西南与G1合同段相接.路线沿鸣河南岸向西北布设,经堂尔村、街棚村、东窑村、西窑村、任家村、杜家村,在石家庄跨过汾河后路线沿岭地村一侧山坡展线,过新堡村后路线以桥梁形式跨越石黄线到达阳坡,折向正西继续沿阳坡布线,路线在接官亭西南以隧道分离式断面穿过芦芽山国家森林公园,在岢岚县境内和尚泉村西南到达合同段终点与G3合同段连接,初步设计路线全长约43公里.本路段大致位于东西条状地带.该条高速公路的全面建设,对于从根本上改变忻州交通闭塞的落后面貌,对于带动沿线地区经济社会发展,对于尽快形成该省西通陕甘宁、东达京津冀的重要通道,都具有极其重要的意义.二、国内外发展状况1.国内外高速公路的发展趋势我国公路建设正处于快速发展的阶段.2004年12月17日,国家高速公路网规划经国务院审议通过,标志着我国高速公路建设进入了一个新的历史时期.十二五指出,到2015年,公路交通基础设施总量进一步增加,基础设施网络更加完善,养护管理能力显着增强；运输装备现代化程度进一步提高,运输结构更加合理,运输服务的效率和质量显着提升；安全和应急保障能力显着增强；资源利用效率、节能环保水平明显提高,形成“能力适应、服务优良、安全环保、保障有效”的公路交通运输系统,基本适应国民经济和社会发展的需要.主要指标有：1．基础设施：继续加强高速公路建设,基本建成国家高速公路网.公路网总里程达到450万公里,高速公路总里程达到10万公里.重点加强国、省干线建设,国、省道连接所有县级及以上城市.二级及以上公路里程达到65万公里；国、省道中二级及以上公路比例达到80%以上.继续帮扶农村公路建设,完善农村公路整体水平和服务能力,西部地区建制村通沥青水泥路比率明显提高.农村公路里程达到390万公里.2．运输服务:公路客运量约400亿人次、货运量约300亿吨,年均增长约6%和7%；公路客运周转量约2万亿人公里、货运周转量万亿吨公里,年均增长均约7%；国省干线公路平均拥挤度不超过,交通繁忙地区和路线平均拥挤度不超过；国省干线公路平均运行时速达到70公里/小时；公路营运客车、货车实载率分别达到54%和58%.3．安全应急：监测和应急保障力量初步覆盖国省干线公路和国家高速公路网.4．绿色交通：资源、能源利用效率进一步提高,单位运输能耗明显下降,营运货车单位运输周转量能耗下降6%.国外高速公路的发展趋势主要以形成国际高速公路网为主.相邻国之间合作修建高速公路,促进了国际高速公路网的形成,成为高速公路发展的大趋势.为了更好地发挥高速公路效益,加强国际之间的公路运输联系,一些发达国家正在把主要高速公路联结起来,构成国际高速公路网.卫星检测及控制系统将得到广泛利用.信息时代的到来,各类检测及检测系统普遍使用,交通控制中心将充分利用卫星地面系统转发的交通信息且按新的交通流理论,指挥汽车按最优路线行驶,既节约时间,又创造最大利益2.对路基的研究路基是支撑路面的基础,路基填料的抗剪强度等力学参数对于高速公路的整体质量和安全影响重大,因此现阶段必须加强高速公路路基填料的研究,分析各种因素对其强度和承载力大小的影响,进而提出相应的优化改善措施.目前国内外对于路基填料的承载力和强度研究,广泛采用其CBR值加州承载比,就是当填料的贯入量为2.5mm或5mm时单位压力与标准荷载强度值的比值,它反映了路基填料的强度指标.通过寻找路基填料的CBR值与压实度、回弹模量等参数之间的相互关系,从而合理选择和设计路基填料,有效控制高速公路的施工质量.3.对路面的研究对路面的施工主要分为柔性路面和刚性路面施工方法.对柔性路面施工有以下几种方法：柔性路面设计方法门类繁多,但基本上可分为经验法和理论法两大类. 经验法以道路试验及对道路所进行的观测数据为基础,设计时以不同的交通条件、土基及路面材料室内和现场试验结果为依据,结合本国实际情况,确定经验公式或设计曲线.经验法中影响最大者为 CBR设计法和AASHO设计法. CBR设计法.加州承载比CBR试验,为测定土基和粒料基层材料相对强度的试验法.美国加州公路局1928～1929年进行道路调查,于1942年提出土基CBR值与路面厚度关系曲线,后经波特和美国陆军工兵部队的共同努力,几经演变,得出如图的设计曲线,成为许多国家CBR设计法的基础.AASHO设计法.1962年提出,以路面使用性能降低的原因为依据,确定交通量与路面厚度的关系.典型结构法.如德意志联邦共和国法,以本国经验为基础,吸收AASHO成果,结合本国对防冻设计的成就而成.旧路补强设计.以旧路不利季节的弯沉测定为基础,根据材料的试验路求得其补强效果,以经验公式或经验曲线决定补强厚度.加拿大、中国等国都制订过这种方法.至于美国地沥青协会.旧法、英国法、日本法等都是综合CBR法和AASHO法的结果,或以表示或以公式表示.理论法当代理论法都以弹性层状体系理论为基础,路面结构以各层材料弹性模量比值和各层厚度与荷载当量半径比值表示,并分别采用不同的泊松比,用电子计算机算得各层的应力和应变.再结合路面的疲劳试验规律和实际行车反复荷载次数间的关系,通过实践总结,制定防止损坏的标准容许应力值或应变值,使内力与外力平衡得到合理的路面结构和各层厚度.如不符合要求,则调整结构及厚度或重作材料组成设计至符合为止.故此法实际上是半理论半经验设计法.壳牌石油公司法Shell法.1963年提出,1978年修正,以三层体系连续、滑动、半滑动为基础,后发展到采用多层体系BISAR程序见,参考了WASHO、AASHO道路试验结果制定,采用双圆垂直荷载图式、标准轴载80千牛,特殊情况时考虑水平荷载.设计时控制土基压应变防止路面永久变形,分别控制层底拉应变或拉应力,防止沥青面层或水泥土基层的拉裂.有设计手册可用.苏联法.1972年制定,以双层体系连续或滑动为基础,计算中层拉应力时用三层连续体系近似诺谟图.采用单圆垂直荷载.设计时控制土基的剪力或路表弯沉值计算总厚度,控制沥青类面层和无机结合料稳定基层层底的拉应力或粒料基层剪应力防止路面开裂.有设计诺谟图可用.美国地沥青协会.新法.1981年利用切夫隆科研公司三层或四层连续体系的计算程序为基础,采用双圆垂直荷载,标准轴载80千牛,设计时控制层底拉应变和土基压应变.有设计手册可用. 中国法.1978年制定,双层连续体系为基础,对多层用等效层法计算,采用双圆垂直荷载,标准轴载60千牛和 100千牛.设计时控制路表弯沉值计算厚度.1982年建议以三层体系连续或滑动为基础,多层用当量换算或n层计算程序,采用双圆垂直和水平的综合荷载、标准轴载 100千牛.除控制路表弯沉值防止路面整体损坏外,还控制层底拉应力防止路面开裂,并控制沥青类表层剪应力防止面层推挤滑移.有全套诺谟图和在袖珍电子计算机上普及使用的设计程序可用.对刚性路面施工有以下几种方法：理论法—PCA 法 PCA 法应用文克勒地基上弹性薄板理论,考虑了水泥混凝土路面的使用年限、疲劳强度等多种因素,是一种比较完善的方法.PCA 取混凝土路面设计年限为40 年,按照目前道路上交通量统计资料,确定目前的年平均日交通量.PCA 采用的荷载安全系数以考虑汽车的超载、轮载分配的不均匀性和冲击作用等因素所引起的荷载增大,根据交通分析得出的各级轴载需要乘上荷载安全系数从而得到设计轴载.基础的强度特征以地基反力模量表征.PCA 采用横缝边缘作为计算临界应力的荷载位置,此外 PCA 规定了混凝土板的应力比与允许重复次数的对应关系.试验路法—美国各州公路工作者AASHO协会法 AASHO 以足尺试验路为基础,经过长期的观测,建立轴载作用次数、路面厚度和使用性能之间的经验关系式,据此提出了暂行设计方法.AASHO 试验路采用“服务功能指数”的概念来表征路面对行车荷载的耐用程度.AASHO 法规定混凝土路面的设计年限为 20年,路上通行的各类车辆均换算成标准车数量,道路的设计交通量按后轴重和后轴数分类.然后根据设计年限内标准轴载的总通行次数、基础反力模量和混凝土的允许弯拉应力,计算混凝土板厚度.4.国外高速公路边坡治理新方法日本是世界上较早进入高速公路建设国家之一,至今已有6000km以上的高速公路,对边坡的治理和绿化十分重视,其绿化的工艺、技术、设备都具有国际先进水平.在日本,常用的坡面防护方法大致为植物和工程防护.植物防护方法就是建植草木等植被进行坡面防护,又被称为生物防护方法.工程防护方法包括构造物、挡土墙栅栏、锚固、喷浆等传统工程防护方式.除坡面必须的工程防护外,在边坡较为稳定的基础上采用生物防护方法作为防止雨水冲刷、抑制表土流失的措施,于环境、自然、生态和人类可以说是较理想的施工手段.5.特殊路基施工方法和施工工艺1．高路堤高路堤施工工艺及方法同一般路基施工要求,其边坡形式、边坡坡度、路基加宽值等严格遵循设计图纸要求.路堤基底清表整平后采用压路机进行碾压确保基底稳固.施工时控制填筑速度,稳步进行,严格按设计要求和规范进行变坡处理.高填路堤要按规定实行比一般路堤要求更高更严格的施工控制和质量检验.每层的填土松铺厚度按试验段工艺结果进行控制,并在施工中通过提高填土压实质量来增大填土的密实度,且控制填土的含水量达到最佳含水量.压实时先用压路机对松铺土表面预压,再用振动碾压机压实.为减小高路堤的沉降量,路基每填筑5米,强夯补强.施工中,在两侧或一侧设临时截水、拦水设施,防止雨水冲毁边坡.路堤填至路床表层设计高程后,根据设计及时修筑外侧边缘的截水沟构造物和急流槽,将水引至坡脚以外.2．半填半挖路基半填半挖也是路基填筑施工工程之中应特别注意的地方,本合同段半填半挖的段处治时应注意以下几点；①．认真清理半填断面的原地面斜坡面,并有规则地划定半填半挖交界面,纵向填挖交界面尽可能与路基中心线垂直,以确保良好的拼接.②．在半填断面原地面斜坡上,将原地面挖成不小于1：10宽度的台阶,台阶宽1～2m,台阶顶面挖成2%～4%的内倾斜坡,再进行分层填筑.③．填筑时,从低往高处分层摊铺碾压,并特别注意填、挖交界处的拼接.碾压做到密实无拼痕,确保压实度达到设计和规范要求.④．半填半挖路段的挖方幅在路槽下超挖80cm后再以土方回填,以减小路基横向不均匀沉降.开挖时,待下半填断面原地面处理好,经监理工程师检验合格后,再开挖上挖方断面.挖方中的非适用材料按指定地点废弃,严禁填在半填断面内.⑤．对于特殊路基土层上的零填挖路段,严格按设计、规范或监理工程的要求进行换填、改善或翻拌晾晒.换填、改善厚度根据现场情况确定,并分层压实至设计、规范要求的压实度.⑥．为减少填挖交界处路基的不均匀沉降,横向填挖交界、纵向填挖交界处路基,按设计要求做好盲沟或铺设双向土工格栅,填料采用碎石土.对路基高度小于1.5m的低填路基,超挖至1.5m,并进行换填压实处理.按设计图纸要求铺设双向土工格室.三、设计方法和内容设计内容为：道路总体设计；道路平面设计计算；道路纵断面设计计算；道路横断面设计计算；道路路面设计；道路构造物设计及其它道路附属设施设计等.1.道路总体设计必须在坚持总体设计原则的基础上,以道路桥梁隧道设计为主体,兼顾其他专业设计的特点及要求,以达到满足道路及交通工程的使用功能要求,并同时节约投资、减少用地,充分利用和保护周边环境的目的.公路总体设计作为整个工程设计的关键,将直接影响到设计的成败与工程建设的技术水平.公路的发展不仅要满足交通功能,更应实现人、路自然的和谐与统一,满足可持续发展的需要.为此,在公路总体设计中应遵循以下设计理念：第一,公路建设要与自然景观相结合.公路的线路选择应以不破坏环境为前提,公路断面形状要与自然相融合,公路路基、路肩、边坡、护坡道、边沟、坡顶、截水沟等尽量与自然起伏的地形相适应.以最大限度地尊重原始地形、地貌,保护生态资源、自然景观.第二,造景与借景相结合,美化环境,融人自然.路线选线阶段应结合不同的地形、地貌、地质条件和不同的自然风光,设计出能给人以充分享受自然的优美线形.并结合取工、弃土等对沿线两侧土地、互通范围进行必要的土地整治和环境修复,最大限度地减少工程实施的痕迹.同时结合当地人文自然条件采取多种人工景观、防护形式的设计,激发人的新鲜感为公路增添亮点.以上理念已在国家的相关行业标准、规范中有了定性的要求,近年来国内专家及同仁也开始进行定性结合定量的研究工作,并在实践中得以运用,取得了良好的成果.公路总体设计原则必须在遵循公路总体设计理念的基础上,坚持以下原则：第一,坚持可持续发展的原则.在公路总体设计中尊重自然、保护环境,尽量少占耕地,少拆迁,从环保角度出发,减少砍伐树木.强调公路本身的“线内景观”的设计,力求路线与地形、环境协调,技术指标连续、顺畅.使公路建成后成为一道功能齐全、安全顺畅、景观优美的风景线.第二,坚持安全性原则和经济合理原则.按照公路路线设计规范和交通行业有关文件中关于服务、管理及养护设施的规定,进行公路总体设计.在总体设计中要结合地方城市规划、路网规划和水利等规划,合理设置互通、桥梁及分离立交,为工程所在地区和沿线群众提供可持续发展的条件和方便的生产、生活环境,为区域经济的发展提供空间；同时加强路基特别是不良地质地段的防护、排水设计,确保路基稳定、安全,认真做好公路设计方案的评比选优,做到不片面追求高标准,合理布置和选择设计方案,力求控制规模,减少工程数量,做到公路设计方案的经济合理.2.道路平面设计计算完成路线平面设计以后应有各种图纸和表格.其中,主要的图纸有：路线平面设计图；道路平面布置图；路线交叉设计图；纸上移线图等.主要的表格有：直线、曲线及转角表；逐桩坐标表；路线固定表；总里程及断链桩表等.①直线、曲线及转角表全面地反映路线的平面位置和路线平面线形的各项指标,它是道路设计的主要成果之一.只有在完成“直线、曲线及转角表”以后,才能据此计算“逐桩坐标表”和绘制“路线平面设计图”,同时在作路线的纵断画设计、横断面设计和其它构造物设计时都要使用本表的数据.②逐桩坐标表高等级公路的线形指标高,表面在平面上是圆曲线半径较大,缓和曲线较长,在测设和放样时采用坐标法,方能保证其测量精度.所以计算一份“逐桩坐标表”是十分必要的.“逐桩坐标”即各个中桩的坐标,其计算和测量的方法是按“从整体到局部”的原则进行的.其步骤如下：a．计算导线点坐标采用两阶段勘测设计的公路或一阶段设计但遇地形困难的路段,一般都要先作平面控制测量,而路线的平面控制测量多采用导线测量的方法,在有条件时可优先采用全球定位系统简称GPS测量的方法.导线测量的方法,又有经纬仪导线法,光电测距仪法和全站型电子速测仪法.其中全站仪可以直接读取导线点的坐标,其它方法可以在测得各边边长及其夹角后,用坐标增量法逐点推算其坐标.用GPS定位技术观测,则可在测站之间不通视的情况下,高精度、高效率地获得测点的三维坐标,这是今后公路勘测中作控制测量的发展方向.b．计算交点坐标当导线点的精度满足要求并经平差后,即可展绘在图纸上测绘地形图纸上定线,或以导线点为依据在现场直接测得路线各交点的坐标直接定线.纸上定线的交点坐标可以在图纸上量取,而直接定线的交点坐标若是用全站仪测量则也可以很方便地获得.③计算各中桩坐标可先计算直线和曲线主要点坐标,然后计算缓和曲线、圆曲线上每一个中桩的坐标.3.道路纵断面设计计算纵断面设计首先涉及的内容是纵断面线形布置,它包括不同地形条件下的设计标高控制,各坡段的纵坡设计和转坡点位置确定等.①各种地形条件下的标高控制所谓设计标高的控制,是指在纵坡设计时将路线安排走在哪一个高度上最为合适.1．在平原区,地形平坦,河沟纵横交错,地面水源多,地下水位较高,因此,路线设计标高主要由保证路基稳定的最小填土高度所控制.2．在丘陵地区,地面有一定的高差,除局部地段外路线在纵断面上克服高差不很困难.因此,设计标高的选定,主要由土石方平衡和降低工程造价所控制.3．在山岭地区,地形变化频繁,地面自然坡度大,布线有一定的困难.因此,设计标高主要由纵坡度和坡长所控制,但也要从土石方尽量平衡及路基防护工程经济性等方面考虑,力求降低工程造价.4．沿溪河路段,为保证路基安全稳定,路基一般应高出规定洪水频率的计算水位加雍水高、波浪侵袭高和0.5m以上.此外,纵断面设计标高的控制,还应考虑公路的起终点、交叉口、垭口、隧道、桥梁、排泄涵洞、地质不良地段等方面的要求.有时这些地物和人工造物对设计标高控制往往起着决定性的作用.②各种地形条件下的纵坡设计对不同地形的纵坡设计,要在初步拟定设计标高控制的基础上以求纵坡设计合理.1．平原、微丘地形的纵坡应均匀、平缓,并注意保证路基最小填土高度和最小排水纵坡的要求；2．丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而使路线起伏过大；3．山岭、重丘地形的沿河线,应尽量采用平缓的纵坡,坡长不宜过短,纵坡度不宜过大高等级的公路更应注意不宜采用陡坡；4．越岭线的纵坡应力求均匀,尽量不采用极限或接近极限的坡度,更不宜连续采用极限长度的陡坡之间夹短距离缓和坡段的纵坡线形.越岭线不应设置反坡,以免浪费高程；5．山脊线和山腰线,除结合地形不得已时采用较大的纵坡外,在—般情况下应采用平缓的纵坡.③转坡点位置的确定转坡点是两条相邻设计纵坡线的交点,两转坡点之间的水平距离称为坡长.转坡点位置的确定,直接影响到纵坡度的大小,坡长,平、纵面组合,土石方填挖平衡和公路的使用质量.因此,在确定转坡点位置时,要尽量使填挖工程量最小和线形最理想外,还应使最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、缓和坡段满足有关规定的要求,同时还要处理好平、纵面线形的相互配合和协调.此外,为方便设计和计算,转坡点的位置一般应设在10m的整数桩号处.4.道路横断面设计计算道路横断面设计计算包括：①确定路幅横断面尺寸宽度及横坡度；②确定路基高度：纵断面设计完成；③路基横断面形状设计：如梯形直线式边坡、折线式边坡、台阶形边坡④边坡坡度确定；路堤及路堑边坡,土质与岩石边坡⑤横断面面积计算及土石方数量计算与调配横断面设计,必须结合地形、地质、水文等条件,本着节约用地的原则,选用合理的断面形式,以满足行车顺适、工程经济、路基稳定且便于施工和养护的要求.5.道路路面设计路面设计一般是在整个路线设计时就一起设计了的,主要内容是：路面的结构形式沥青路面还是水泥砼路面；各结构层的厚度、宽度及类型；路面的工程数量等.四、需要应用的相关软件：1HintCAD,又名纬地道路辅助设计系统.适用于高速、一、二、三、四级公路主线、互通立交、城市道路及平交口的几何设计.利用实时拖动技术,可直接在计算机上动态交互式完成公路路线的平纵、横设计、绘图、出表；在互通式立交设计方面,以立交曲线设计方法、起终点智能化接线和批量的连接部处理等功能而著称.最新的数模版支持国内常规的基于外业测量数据基础上的路线与互通式立交设计,可以利用三维电子地形图、以及激光雷达扫描得到的点云数据等,建立三维数模并直接获得准确的纵、横断地面线数据,进而进行平、纵、横系统化设计.软件针对不同用户的不同功能需求分为标准版、专业版、数模版,以及对应的中英文版本.并且针对不同规模的用户群体分为单机版与网络版,单机版为一套软件锁控制一台电脑单独使用,网络版为一套软件锁控制局域网内多台电脑同时登陆使用.2海地公路优化设计系统.Hard系统是国内第一个引入数字化地面模型简称DTM技术的公路设计系统,真正实现了三维设计,并且在三维设计方面一直保持国内领先的地位,我们在设计过程中可以尽可能多的考虑优化设计的问题,使得国产设计软件的水平达到前所未有的高度.Hard系统的开发全面遵照我国工程设计人员的设计习惯、出图标准,并在升级的过程中借鉴了国外同类软件的设计思维和方法,大大缩小了国产公路设计软件与国外软件的差距,Hard系统为中国公路建设事业提供高新技术解决方案3集成交互式道路与立交软件—EICAD 交互式道路与立交设计系统EICAD 3汇集了近十年来公路与城市道路设计领域的理论创新成果；全面贯彻了全三维化设计的新理念,设计过程中可实时观察道路模型的三维状态；实现了一套智能化自定义实体及其底层联动机制,通过夹点。