《道路勘测设计》课程设计说明书.docx
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《道路勘测设计》课程设计说明书
设计说明书
道路工程课程设计是专业教学的一个重要环节，包括道路路线设计和路面结构设计两部分。
通过本次课程设计，要求熟悉公路设计规范，理解、掌握《道路勘测设计》的基本概念，综合运用本课程和其他有关课程的基本知识和基本操作技能，使所学知识进一步巩固、深化和发展；学习道路路线设计的一般方法和步骤。
通过设计，培养学生初步具备正确的设计思想和动手的能力，使学生具有初步的工程设计概念；培养学生具备道路路线设计的基本技能。
一、设计的基本方法
该公路应严格按照《公路工程技术标准》和《路线》设计手册的有关规定执行，根据所设计公路的等级，采用相应的指标进行设计，尽量不用极限值。
根据已给出的路线为三级公路，设计车速为40Km/h，绘制至少5000米的路线设计图，并进行相应的计算。
首先进行平面设计，根据交点坐标用坐标法绘制出路线交点，得到路线平面导线，然后再根据平曲线要素以及各里程坐标绘制平曲线。
随后进行纵断面设计，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、前后纵坡情况、竖曲线半径大小以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、线形平顺圆滑的理想线形，以达到行车安全、快速、舒适、工程费用较省、运营费用较少的目的。
最后进行横断面设计，路基横断面设计各部分的具体尺寸可参照《标准》、《路基设计规范》以及设计示例确定。
一、设计步骤
1.设计概述
1.1目的和要求
道路工程课程设计是专业教学的一个重要环节，包括道路路线设计和路面结构设计两部分。
通过本次课程设计，要求熟悉公路设计规范，理解、掌握《道路勘测设计》的基本概念，综合运用本课程和其他有关课程的基本知识和基本操作技能，使所学知识进一步巩固、深化和发展；学习道路路线设计的一般方法和步骤。
通过设计，培养学生初步具备正确的设计思想和动手的能力，使学生具有初步的工程设计概念；培养学生具备道路路线设计的基本技能。
根据设计所给资料，进行平、纵、横断面设计及其组合处理，完成土石方计算与调配，编制直线、曲线及转角一览表，路基设计表，路基土石方数量计算表；进行路面结构类型选择，并确定各结构层的合理厚度。
1.2设计依据
根据河南理工大学万方科技学院土木工程专业道路工程方向《道路勘测设计指导书》。
1.3公路概况
公路等级：
三级公路
交通量：
平均昼夜交通量为2500～4500辆
设计年限：
10年
设计车速：
40km/小时
1.4平面设计标准的确定
1、根据设计任务书要求，本路段按三级公路技术标准勘察、设计。
设计车速为30公里/小时，路基双幅两车道，宽8.5米。
2、设计执行的部颁标准、规范有：
《公路工程技术标准》JTGB01-2003
《公路路线设计规范》JTGD20-2006
《公路路基设计规范》JTGD30-2004
1.5线路起讫点
比例尺：
1：
100；公路等级：
三级；起点桩号K0+000，坐标终点桩号K3+256.080坐标终点高程：
20.88米
1.6沿线自然地理概况
山岭地区山高谷深、坡陡流急地面自然坡度大（20o以上）、地形复杂，日温差和年温差较大、暴雨多、河流水位变化幅度大等特点。
山岭地区路线弯多坡陡、标准低、工程量大，由于受山岭区地形、水文、地质、气候等因素的影响，道路平、纵、横都受限制。
2道路参数
2.1道路等级的确定
根据所给资料，参照《公路工程技术标准》JTGB01-2003（以下简称《标准》）、《公路路线设计规范》JTGD20-2006（以下简称《路线规范》）确定路线的设计等级，本路段按三级公路技术标准勘察、设计。
设计车速为30Km/小时，路基单幅双车道，宽8.5米。
设计使用年限15年。
2.2公路技术指标的确定
本路段按三级公路标准测设，设计车速40KM/h，测设中在满足《公路路线设计规范》及在不增加工程造价的前提下，充分考虑了平、纵、横三方面的优化组合设计，力求平面线型流畅，纵坡均衡，横断面合理，以达到视觉和心理上的舒展。
查《公路工程技术标准》得小客车和中型载重汽车折算系数如下：
汽车代表车型
车辆折算系数
小客车
1.0
中型车
1.5
大型车
2.0
托挂车
3.0
交通增长率：
γ=6%
道路必经点：
无要求
2.3控制要素
（1）道勘：
三级
（2）设计车服务车速：
40km/h。
2.4平面设计技术指标
2.4.1圆曲线最小半径
极限最小半径
②一般最小半径
平面线形中一般非不得已时不使用极限半径，因此《规范》规定了一般最小半径。
不设超高最小半径
当圆曲线半径大于一定数值时，可以不设超高，允许设置与直线路段相同的路拱横坡。
圆曲线半径要求如下表所示
技术指标
三级公路
一般最小半径（m）
65
极限最小半径（m）
30
不设超高
最小半径（m）
路拱
350
路拱
450
2.4.2圆曲线最大半径
选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线半径不可大于10000米。
2.4.3圆曲线半径的选用
在设计公路平面线形时，根据沿线地形情况，尽量采用了不需设超高的大半径曲线，最大半径为200米，极限最小半径及一般最小半径均未采用。
2.4.4平曲线最小长度
公路的平曲线一般情况下应具有设置缓和曲线（或超高，加宽缓和段）和一段圆曲线的长度；平曲线的最小长度一般不应小于2倍的缓和曲线的长度。
由缓和曲线和圆曲线组成的平曲线，其平曲线的长度不应短于9s的行驶距离，由缓和曲线组成的平曲线要求其长度不短于6s的行驶距离。
平曲线内圆曲线的长度一般不应短于车辆在3s内的行驶距离。
2.4.5缓和曲线技术要求
缓和曲线的最小长度一般应满足以下几方面：
离心加速度变化率不过大;
控制超高附加纵坡不过陡;
控制行驶时间不过短;
符合视觉要求;
因此，《规范》规定：
平原微丘区三级公路缓和曲线最小长度为40m.。
一般情况下，在直线与圆曲线之间，当圆曲线半径大于或等于不设超高圆曲线最小半径时，可不设缓和曲线。
交点
半径（m）
缓和曲线长（m）
JD1
186
40
40
JD2
144
40
40
平面设计计算有关内容及计算公式
（1）、交点间距、坐标方位角及转角值的计算：
设起点坐标为
，第
个交点坐标为
，则：
2.4.6平曲线要素的确定
（1）圆曲线要素及其计算
根据汽车行驶在曲线上力的平衡式得：
式中：
V---行车速度（km/h）;
---横向力系数；
---超高横坡度。
（2）主点桩号的计算
<1>直线上中桩坐标计算：
设交点坐标为
，交点相邻两直线方位角分别为
，则：
设直线上加桩里程为
，
，
为曲线起点、终点里程，则前直线上任意点坐标为：
后直线上任意点的坐标为：
<2>单曲线内中桩坐标计算：
曲线上任意一点的切线横距为：
式中：
——缓和曲线上任意点到
点的曲线长；
——缓和曲线长度。
第一缓和曲线（
）上任意点坐标
式中：
——转角符号，右偏时为“+”，左偏时为“-”。
②圆曲线内任意点坐标（
）：
式中：
——圆曲线上任意点至
点的曲线长；
——转角符号，右偏时为“+”，左偏时为“-”。
③第二缓和曲线（
）内任意点坐标：
式中：
——第二缓和曲线内任意点至
点的曲线长。
（2）、曲线要素计算：
2.4.7初步设计的平曲线加桩
在路线选定和曲线计算完成之后，要将路线加桩，直线段为100米加桩，曲线段为20米加桩。
由于采用软件进行上述工作，本设计为20米加桩。
2.4.8曲线主点桩号计算
计算结果详见附表“直线及曲线曲线一览表”。
2.5路线方案的拟定与比较
根据给定的等高线地形图，采用纸上定线的方法研究路线的可能方案，并经过比较论证确定最后路线方案。
山区路线依行经地区的地貌地质和地形特征，可能有越岭线、山坡线、沿溪线和山脊线，此时可根据地形图研究可能的路线布局型式。
山区公路的选线一段应按：
（1） 全面布局；
（2） 逐段安排路线；
（3）具体定线三个步骤进行。
本路段设计时，根据地形地貌等情况，经过筛选后得到两个方案（方案1和方案2），经过进一步方案比选后，选择方案2为最后设计方案。
比选过程如下：
2.5.1两方案概述
在两方案中垭口A、B是必经的地点。
方案1（比选方案）多采用直线，占用许多良田，且在E点转角半径较小
方案2（即既定方案）与方案一走向基本一致，但在CD段通过绕行少占用良田
2.5.2两方案特点比较
方案1的优点：
路线行进地区地势平坦，视野开阔，视线通畅，驾驶时视觉感受较好；路线行进方向高差较小，有利于设置标准较高的纵断面，有利于行车。
方案1的缺点：
占用大量良田。
方案2优点：
与方案一一样，路线行进地区地势平坦，视野开阔，视线通畅，驾驶时视觉感受较好。
在F点通过S行曲线转弯上山，安全。
方案2的缺点：
绕行距离比方案一长。
2.5.3两方案比选结果
综合比较以上两方案各自的优缺点，最终选择方案二为最终设计方案。
2.6道路平面设计
根据小比例尺等高线地形图所确定的路线方案，即可在较大比例尺的等高线地形图上进行详细的精确定线，此时可按交角点的偏角，结合地形地物确定平曲线半径及其要素，鉴于时间所限，平面设计长度可取0.6公里。
直线、圆曲线及缓和曲线为道路线形的基本组成要素，诸如直线最大长度、缓和曲线最小长度、缓和段长度的规定等均应从行车安全视觉舒顺出发满足要求并通过计算分析确定。
平面线形的桩距应按照规定并对地物及地形变化给予加桩。
曲线段的设置影响平面视距，此时应结合纵横断面的设计进行视距的验算，取得视距的保证。
2.6.1平面选线的原则：
（1）、在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。
（2）、路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、运营费用省、效益好，并有利于施工和养护。
在工程量增加不大时，应尽可能的采用较高的技术指标。
不轻易采用极限指标，也不应为了采用较高指标而使得工程量过分增大。
（3）、选线应能满足国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，保证路线能够加强居民区特别是经济较发达地区的之间的联系，同时也应注意同农田等基本建设相配合，尽量少占用农田，避免可多的拆迁工程。
（4）、在选线过程中，对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼及排水不良等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避，如必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。
2.7道路纵断面设计
纵断面设计线的标高是指路基边缘标高，高速公路则指分隔带外侧边缘的标高，对于改建公路则指路面中心线的标高。
纵断面设计线的确定包括：
纵坡度的选定、坡长的限定以及竖曲线半径的拟定。
为了满足行车和排水要求，道路应有最大纵坡和最小纵坡的限制。
坡长限制应有利于行车平顺，尽量减少纵断面上的转坡点和设置大半径的竖曲线，坡长应注意做到：
缓坡宜长、陡坡宜短。
纵断面设计线拟定前，应先确定标高控制点（如桥涵标高、最小填土高度、最大挖方深度、交叉口标高等）。
对于山区公路横断面依据地面线试定合宜的填挖高度，试定拉坡，然后按照“标准”规定确定纵坡度及其长度，并拟定竖曲线。
纵断面设计长度与平面设计的长度相同。
2.8道路横断面设计
道路横断面设计的基本要求：
（1）公路横断面设计应最大限度地降低路堤高度，减小对沿线生态的影响，保护环境，使公路融入自然。
条件受限制不得已而出现高填、深挖时，应同架桥、建隧、分离式路基等方案进行论证比选。
（2）路基断面布设应结合沿线地面横坡、自然条件、工程地质条件等进行设计。
自然横坡较缓时，以整体式路基断面为宜。
横坡较陡、工程地质复杂时，高速公路宜采用分离式路基断面。
（3）整体式路基的中间带宽度宜保持等值。
当中间带的宽度增减时，应设置过渡段。
过渡段以设在回旋线范围内为宜，长度应与回旋线长度相等。
条件受限制时，过渡段的渐变率不应大于1／100。
（4）整体式路基分为分离式路基或分离式路基汇合为整体式路基时，其中间带的宽度增宽或减窄时，应设置过渡段。
其过渡段以设置在圆曲线半径较大的路段为宜。
按照平纵断面的设计，可取其中l公里左右做横断面设计，该段范围内所有桩号的横断面地面线，除规定的路基路面宽度外应照各桩断面的地形质情况确定边坡度、边沟形状尺寸，绘出横断面的设计线（即“戴帽子”），绘出各桩号的横断面图。
路拱的型式应按道路等级、性质及道路宽度，采用直线横坡或方程式不同的路拱（横坡）曲线。
高填深挖路段需设挡土墙等防护工程外，应按规定计算或参照标准图设计。
2.9土石方量计算及调配
横断面设计完后，就要计算各桩号的土石方量。
在进行土石方调运时，注意以下几点：
首先考虑本桩利用。
尽可能避免和减少上坡运土。
当运距超过500m时，考虑采用外借的方式。
土石方调配，首先按教材所述要求，将有关数据计算出，然后在路基土石方数量计算表上进行图示法调配，调配中要用公式：
填方=本桩利用+填缺
挖方=本桩利用+挖余
进行闭合核实，调配完成要进行闭合验算，公式为：
填缺=远运利用+借方
挖余=远运利用+废方
2.9.1土石方数量计算
若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则可假定断面之间为一棱柱体，其体积的计算公式为：
计算结果详见附表路基土石方数量计算及调配
3设计图纸及计算说明部分
3.1计算说明部分（附表）
附表1、平面计算（直线、曲线和转角表）；
附表2、纵断面计算（设计标高、竖曲线各要素等）；
附表3、路基设计表；
附表4、路基土石方数量计算及调配（路基土石方数量表）；
附表5、主要技术经济指标表；
3.2图纸部分（附图）
1）、图纸部分：
1、路线平面图；2、路线纵断面设计图；3、横断面设计图；
4、路基标准横断面及路基横断面图；
2）、表格部分
1、主要技术经济指标表;2、直线、曲线及转角表；3、路基设计表；
4、路面工程数量估算表；5、逐桩坐标表；6、土石方数量计算表；
参考文献
1.交通部.《公路工程技术标准》（JTJB01-2003），北京:
人民交通出版社，2004年
2.交通部.《公路路线设计规范》（JTGD20—2006），北京:
人民交通出版社，2006年
3.交通部.《公路路基设计规范》（JTGD30-2004），北京:
人民交通出版社，2004年
4.交通部.《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》，北京:
人民交通出版社，1996年
5.杨少伟.《道路勘测设计》，北京:
人民交通出版社，2003年
6.许金良.《道路勘测设计毕业设计指导》，北京:
人民交通出版社，2004年
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