二级公路的新建工程的施工图的设计书.docx
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二级公路的新建工程的施工图的设计书
二级公路的新建工程的施工图的设计书
1绪论
1.1工程概况
1.1.1概述
我设计的课题是xx二级公路的新建工程的施工图设计，该路段全长5000m，路线按平原微丘区二级公路，路基宽12.0m，设计阶段为一阶段施工图设计，设计车速80km/h，线路起点高程68.7257m，终点高程72.4963m，高差3.7706m。
平曲线半径为3000m，最大纵坡4.21%，凹竖曲线最小半径3000m，凸形竖曲线最小半径4500m。
设计书的主要容是完成在指定的起终点之间的改建公路工程的施工图设计，在设计中，我严格按照我国颁布的公路工程技术标准、规、准则来进行设计，并且参考了大量文献，运用所学知识努力完成设计，但由于自身知识水平有限，所以在设计中难免会出现一些缺点和错误，在此，恳请各位老师给予批评、指正,我会虚心接受所有意见和建议，并且在今后的学习和工作中不断改正缺点，提高自己。
1.1.2设计原始资料
（1）电子地形图
（2）交通量：
交通量年增长率为8%，近期交通量见下表1.1。
表1.1 交通组成表
车型
交通量（辆/昼夜）
车型
交通量（辆/昼夜）
三菱T653B
200
解放9200
200
黄河JN163
300
湘江HQP40
300
江淮HF150
200
东风EQ155
300
1.1.3沿线自然情况
设计路段为平原微丘区，自然地理条件：
沿线地层为残积、坡积、亚粘土、粘土及人工堆积填土，厚度一般小于3米。
冲沟、河流分布中粗砂、卵砾石，另外分布有元古界震旦系花岗片麻岩，花岗岩及片麻岩风化强烈，风化深度较大。
路线所在地区属暖温带季风性气候区，略具海洋性气候，受海洋调节和控制作用明显，具有温度适中、空气湿润、雨量较多等气候特点。
本区气候四季分明，春季多风少雨，常有倒春寒等冻害，蒸发量大；夏无酷暑，湿热多雨，雨量集中；秋季秋高气爽，偶有秋旱或秋涝；冬无严寒，雨雪稀少。
昼夜温差较小。
多年平均气温11.9℃,最高气温38.4℃,极端最低气温-21.3℃。
路线区域地下水主要贮存于冲沟堆积松散岩，埋藏较浅，水量较小，基岩裂隙水、地下水位埋深从几米至几十米，少见大的储水构造。
根据全国地震烈度区划图，路线所在区的基本地震烈度Ⅶ度。
1.1.4材料供应
沿线附近可采集到砂、碎石、片石、块石，沥青、水泥、钢材、木材、石灰、粉煤灰等主要材料可根据计划需要供应。
1.2设计任务
1.2.1毕业设计的指导思想及任务依据
根据鲁东大学土木工程学院下达的毕业设计任务书,要求进行一阶段施工图设计，并按照当前规、标准完成路线线形设计、路基路面设计、涵洞设计,并编制设计说明书。
1.2.2设计任务及容
完成在指定的起、终点（共5000.00m）的改建公路设计,设计阶段为一阶段施工图设计,要求按公路等级二级公路、设计车速80km/h进行设计。
1.2.3设计后应提交的设计文件
1、说明书
2、设计图
（1）路线平面图
（2）路线纵断面图
（3）路基标准横断面图
（4）路基横断面图（1㎞）
（5）路面结构图
（6）涵洞设计图
（7）路基防护工程设计图
（8）平面交叉设计图
3．表格
（1）主要技术经济指标表
（2）直线、曲线及转角一览表
（3）路线逐桩坐标表
（4）路基设计表（1km）
（5）路基超高设计表（1km）
（6）路基土石方数量计算表（1km）
（7）每公里土石方数量汇总表
（8）路面工程数量汇总表
（9）涵洞设计表
1.2.4设计阶段
本设计工作分为五个阶段：
（1）路线设计：
确定路线，绘制路线平面图，进行路线纵断面设计。
（2）路基设计：
路基横断面设计及土石方计算，路基排水设计。
（3）路面设计：
沥青混凝土路面各结构层设计。
（4）桥涵设计：
完成沿线桥涵的设计。
（5）编写设计计算书。
1.3设计过程
1.3.1公路技术等级
（1）公路等级：
平原微丘区二级公路；
（2）设计车速：
80km/h；
（3）采用沥青混凝土路面，半刚性基层；
（4）确定道路的使用性质和交通量：
已知交通量年平均增长率为8%，通过计算得设计年限一个车道上累计当量轴次:
3141059次。
（5）路线设计起始点及设计高程：
起点桩号：
K0+000设计高程：
68.7257m
终点桩号：
K5+000设计高程：
72.4963m
1.3.2主要技术标准
设计车速为80km/h的平原微丘区一级公路设计标准由«公路路线设计规»查得，见表1.2。
表1.2主要设计标准
序号
指标名称
单位
规定指标值
采用的指标值
1
公路等级
二级
二级
2
计算行车速度
km/m
80
80
3
路基宽度
m
12
12
4
行车道宽度
m
3.75
3.75
5
硬路肩宽度
m
1.5
1.5
6
平曲线极限最小半径
m
400
3000
7
缓和曲线最小长度
m
70
——
8
最大纵坡
%
5
1.7
9
凸形竖曲线一般最小半径
m
3000
30000
10
凹形竖曲线一般最小半径
m
1800
30000
11
路面结构
沥青混凝土路面
沥青混凝土路面
2 平面设计
平面设计就是确定路线在平面的位置，任何一条道路的位置都要受到社会经济，自然地理和技术等因素的约束。
在设计之前要做的工作就是调查研究，掌握大量的材料，在此基础上才能设计出一条有一定技术标准，满足行车要求，最为经济的路线。
在路线设计的顺序上，一般是在尽量顾及到纵，横断面的前提下先定平面，再依据所掌握的地质，水文等资料对纵断面，横断面进行设计，同时对在纵横断面不合理的地段，再反过头来对横断面做适当的修改，力求做到平面线形与地形景观环境的最大限度的协调.。
2.1平面选线
2.1.1平原微丘区地形特点
（1）平原微丘区地形平坦，无明显起伏，地面自然坡度一般在3°以。
（2）微丘地形指起伏不大的丘陵，地面自然坡度在20°以下，相对高差在100m以下。
选线一般不受地形限制。
（3）河湾顺适，地形开阔且有连续的宽缓台地的河谷地形。
河床坡度大部分在5°以下，地面自然坡度在20°以下。
沿河设线一般不受限制，路线纵坡平缓或略有起伏。
2.1.2选线基本原则
（1）多方案选择
在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段结合自然条件,社会和经济因素,对路线方案做深入,细致的研究,在多方案论证,必选的基础上,选择最优的路线方案。
（2）工程造价与营运，管理，养护费用综合考虑
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，营运费用省，效益好，并有利于养护。
（3）处理好与农业的关系
选线应注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园等。
（4）工程地质和水文的影响
地质构造，决定地基及路基附近岩层的稳定性，确定有无滑塌，碎落的可能；同时也决定土石方工程施工难易和筑路材料的质量。
水文情况决定排水结构物的数量和大小，水文地质情况决定了含水层的厚度和位置，地基或路基岩层滑坍的可能性。
（5）选线应重视环境协调与保护
通过名胜，风景，古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物与周围环境，景观相协调，处理好重要历史文物遗址。
环境保护方面，应注意由于道路修筑，汽车运营所产生的影响和污染。
（6）合理利用上下行车道分离的形式设线
对于高速路和一级路，由于其路幅宽，可以根据通过地区的地形，地物，自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着以地制宜的原则，合理利用上下行车道分离的形式设线。
2.1.3选线要求
选线工作要严格依照道路的等级及任务，使道路能在公路网中发挥它应有的作用。
选线过程中要综合考虑地形限制，应基本符合路线走向，还要着重考虑政治，经济等各方面因素，正确处理对地物，地质的避让和趋就，从而确定理想的路线。
尤其注意选择地质稳定、水文地质条件较好的地带通过，尽量避开滑坡、崩塌、排水不良的低洼等不良地段，保证路基稳定，不出现后遗病害。
路桥涵洞的设置应从全局考虑。
干线应尽量避开穿过城镇、较密集的居民点等，可采用修支线的方法予以连接。
要注意少占耕地、少拆房屋、方便群众，不损坏历史文物。
2.1.4选线步骤
（1）全面布局：
主要解决路线的基本走向。
（2）路线布局：
进一步加密控制点，解决局部路线方案走向的工作。
（3）具体定线：
在逐段安排的小控制点间，根据自然条件和技术标准，在有利路段进行路线平、纵、横综合设计，定出中线的最终位置。
2.2平面定线
2.2.1设计要点
（1）路线起点除必须符合公路网规划要求外，对起终点前后一定长度围必须做出按路线方案和近期实施的具体设计。
（2）视觉良好，路线平、纵、横各组成部分空间充裕。
（3）诱导视线各种设施所构成的视觉系统，应使驾驶者在视觉上能预知公路前进方向和路况变化，并能急时采取安全措施。
（4）线形流畅，景观协调，行车安全，舒适，使驾驶员在视觉上能预知公路前方和路况的变化。
2.2.2平面路线布设的原则和具体方法
公路平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线组成，直线应根据路线所处的地形、地物、地貌并综合考虑驾驶者的视觉、心理状态等合理布设，但是直线的最大长度应有所限制，应结合具体情况采取相应的技术措施。
不论转角大小均应设置圆曲线，当不得已而设置小于7°的转角时则必须设置足够长的曲线，当圆曲线半径小于不设超高最小半径时，应设超高，并且用超高缓和段连接，缓和曲线长度还应大于超高过渡段的长度。
超高的横坡度按公路等级、行车速度，圆曲线半径、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定。
由纬地道路软件设计平面线形如下所示：
本路段共设2个圆曲线，具体见表2.1。
表2.1平曲线设置表
序号
交点桩号
转角值
半径
缓和曲线长度
JD1
K2+262.639
5°00′01.7″（z）
2500
0
JD2
K3+389.323
11°45′00.5″（Y））
3000
0
2.3平曲线设计
2.3.1考虑因素
（1）在对平曲线进行设计时我主要考虑了以下几个因素：
1）首先根据地形地貌，以及路线的偏转方式同向、反向曲线间的直线要满足最长和最短长度的要求；严格按照平面线型设计标准，选圆曲线半径时尽量选择比一般最小半径大的半径；全线的圆曲线半径尽量避免突变。
2）在地形受限制地段作考虑：
小偏角时用曲线长控制；大偏角及弯道侧有地形、地物限制时，用外距控制；陡坡急弯段用合成纵坡控制；当涵位在曲线上时，用曲线上任意点控制。
3）注意小偏角采用大半径。
（2）设计曲线时主要考虑了以下几个因素：
1）超高渐变率（满足排水要求）。
2）线形缓和，使离心率的变化在一定围。
3）给驾驶员留足够的操作时间。
4）与圆曲线的组合（尽量使Ls:
Ly:
Ls在1:
1:
1与1：
2：
1之间，同时尽量使A的值在R/3～R之间）。
当然，在设计中是将以上各种因素综合考虑，尽量做到线形组合最佳。
2.3.2平曲线计算
（1）交点转角及间距等计算：
根据各交点坐标值，计算交点间的方位角
、路线的转角α、以及交点间距lAB。
路线与X轴的夹角β：
β=arctg（ΔY/ΔX）=arctg│y2-y1│/│x2-x1│
路线的方位角θ：
象限Ⅰ：
θ=β象限Ⅱ：
θ=π-β
象限Ⅲ：
θ=π+β象限Ⅳ：
θ=2π-β
交点间距：
D=〔（X2-X1）2+（Y2-Y1）2〕1/2
计算路线的转角：
α=θ2-θ1，当α为正时为右转，为负时为左转。
例：
QD（4652524.492，478638.825）、JD1（4653299.444，480489.695）
β1=arctg（ΔY/ΔX）
=arcctg│480489.695―478638.825│/│4653299.444―4652524.492│
=67°18′49.4″
θ1=67°18′49.4″
|QD―JD1|=〔ΔX2+ΔY2〕1/2
=〔（4653299.444―4652524.492）2+（480489.695―478638.825）2〕1/2
=2006.573m
对于实地定线来说，平曲线设计的主要工作是平曲线半径的选定和曲线要素的计算。
（2）平曲线要素的计算示例
1）平曲线要素的计算公式
2）计算示例
在我设计的整条线路中，采用了一个基本型曲线：
以JD1R=2500Ls=0为例
要素计算
=0
=0
=0°
=109.152
=218.056
218.056
=2.382
=215.922
②计算曲线五个主点里程桩号：
根据此计算过程，将计算结果填入“直线、曲线及转角一览表”并作为绘制平面图的依据，具体计算结果见附表。
2.3.3中桩敷设：
在直线段上和曲线上中桩桩距一般为20m。
另外，必须标明的中桩包括起终点桩、公里桩、百米桩、平曲线控制桩以及地形、地物加桩，详细见直曲表。
2.4超高设计
当平曲线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高。
超高的横坡度根据公路等级、行车速度、平曲线半径，并结合路面类型、气候条件和车辆组成等条件确定。
根据现行《公路路线设计规》规定，平曲线半径等于或小于250m时，公路曲线部分的路面根据圆曲线的半径、交通组成等情况设置相应的加宽。
由于本设计路段的曲线半径大于250m，所以不设置加宽。
因为圆曲线半径小于不设超高最小半径（2500m），应设置超高。
本设计路段属一级公路，所以曲线需要设置超高。
由规可查得，其超高横坡度分别为3%、3%。
在确定超高值时应注意以下几点：
（1）高速公路、一级公路的超高横坡不应大于10%，其他各级公路不大于8%。
（2）在积雪、冰冻地区，最大超高不超过6%。
（3）各级公路圆曲线最小超高为直线段的路拱坡度值。
由于一级公路不设超高的最小半径为5250m，因此本设计路段的三个曲线需设置超高，设计超高方式采用绕路中线旋转。
3路线纵断面设计
3.1纵断面设计的原则及方法
3.1.1纵断面的设计原则
（1）纵断面线形与地形相结合,视觉成视觉连续、平顺而圆滑的线形，避免在短距离出现频繁起伏；
（2）应避免出现能看见近处而看不见远处的凹处线形；
（3）在积雪或冰冻地区，应避免采用陡坡；
（4）平原微丘地形的纵坡应均匀平缓，丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大；
（5）行车速度≥60km/h的公路必须注重平纵合理组合，不仅应满足汽车运动学和力学要求，而且应充分考虑驾驶员在视觉和心理方面的要求；
（6）平纵配合的视觉应是在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，保持视觉的连续性；
（7）平纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉心理上保持协调；
（8）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线略大于竖曲线；
（9）平纵面线形组合视觉应注意线形与自然环境和景观的配合与协调；
（10）在直线段不能插入短的竖曲线。
3.1.2二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）由《公路路线设计规》知二级公路，最大纵坡6%，最小坡长200米，缓和坡段纵坡应不大于3%，最大容许合成坡度为9%，任一连续3000米路段围的平均纵坡不宜大于5.5%，凸形竖曲线最小半径10000米，极限最小半径6500米，凹形竖曲线最小半径4500米，极限最小半径3000米，竖曲线最小长度70米。
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200m
（3）坡长限制：
纵坡坡度≥3%，最大坡长不大于1100m。
纵坡坡度≥4%，最大坡长不大于900m。
纵坡坡度≥5%，最大坡长不大于700m。
（4）满足视觉需要最小竖曲线半径：
凸形竖曲线为12000m，凹形竖曲线为8000m。
（5）凸形竖曲线半径一般最小值4500m，凹形竖曲线半径一般最小值3000m。
（6）竖曲线最小长度为70m。
（7）最大合成坡度9.0%，最小合成坡度为0.5%，平均纵坡不宜大于5.5%。
3.1.3平、纵线形设计应避免的组合
（1）直线段不能插入短的竖曲线；
（2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠；
（3）避免在长直线上设置陡坡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。
3.1.4纵坡设计的一般要求
（1）满足“标准”中有关纵坡的规定要求；
（2）纵坡应尽量平缓，起伏不宜过大和频繁，并应尽量避免标准中的极限值，对一般公路，应注意考虑运输、农业机械等方面的要求；
（3）应综合考虑沿线的地形，地质，气候等情况，并根据需要采取适当的技术措施，并保证公路的稳定和畅通；
（4）尽量减少土石方和其它工程数量，以降低工程造价。
3.1.5本路段的设计
结合以上原则，对路段进行实际设计，本路段最大纵坡坡度为1.70%。
本路段共设2个变坡点。
利用纬地道路软件设计纵断面：
3.2纵断面设计计算示例
3.2.1设计标高计算公式
坡线标高=变坡点标高+
……………………………3.1
或坡线标高=变坡点标高-
…………………….………3.2
式中：
x——计算点到变坡点的距离，m；
i——坡线的纵坡，%；升坡段取正，降坡段取负。
3.2.2竖曲线要素的计算公式
…….…………3.3
式中R——竖曲线半径，m;
L——竖曲线的曲线长，m;
T——竖曲线的切线长，m;
E——竖曲线的外距，m;
ω——两相邻纵坡的代数差，以小数计。
h——竖曲线上任意点到切线的纵距。
x——竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离，m;
3.2.3竖曲线要素的计算：
本路段共六个变坡点，以某变坡点为例计算竖曲线的要素，变坡点桩号为K3+400，高程为77.5591m，i1=0.90%，i2=-2.19%，竖曲线半径R=40000m。
计算桩号K3+350的高程。
各变坡点竖曲线要素计算过程如下：
ω=i2-i1=-2.19%-0.90%=-3.09%,为凸形
L=Rω=10000×3.09%=309m
T=L/2=154.5m
=1.19m
设计高程的计算
竖曲线起点桩号=变坡点桩号-T=（K3+400）-154.5=K3+246.5
竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T=（K3+400）+154.5=K3+554.5
竖曲线起点高程＝77.5591-309
3.09%＝68.011
桩号K3+350处：
横距：
x=（K3+400）-（K3+350）=50m
竖距：
=0.125m
切线高程=77.5591-154.5×3.09%=72.7851m
设计高程=72.7851+0.125=79.9101m
3.3纵断面图绘制
纵断面上的设计标高采用路基边缘标高，按设计资料给定的中桩高度及对应的里程桩号，绘出路线纵断面地面线。
按照上述原则和计算结果，进行纵坡及竖曲线设计。
在图上标明坡度和坡长，竖曲线位置及要素，小桥涵位置、类型、跨径，水准点位置及高程。
在图框栏里标出直线、平曲线的平面形式。
平曲线左转为凹型曲线，右转为凸型曲线。
标明平曲线起终点，及圆缓、缓圆、曲中点。
路面超高方式的绘制：
（1）按比例绘制一条水平基线，代表路中心线，并认为基线路面横坡度为零。
（2）绘制两侧路面边缘线，用实线绘出路线前进方向和右侧路面边缘线，用虚线绘出左侧路面边缘线，若路面边缘线高出路中线，则绘于基线上方，反之，绘于下方。
（3）标注路拱横坡度：
向前进的方向右侧倾斜的路拱坡度为正，向左倾斜为负；计算出超高起点至同坡度起点的长度；连接曲线起点和超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与路拱横坡度相同；连接圆曲线起点与超高起点至同坡度起点长度的终点，坡度与超高横坡度相同。
此为由直线进入圆曲线的部分。
同理，可绘出从圆曲线到直线的另一部分。
完成上述工作后，在图上标明地质概况、地面高程、设计高程、里程桩号。
4路基横断面设计
公路横断面设计是根据行车对公路的要求，结合当地的地形、地质、水文等自然条件，来确定横断面的形式、各组成部分的位置及尺寸。
4.1横断面设计时应收集的资料
（1）平曲线的始终点桩号、转角方向及其各桩号的超高值；
（2）各桩号的填挖高；
（3）路基宽度；
（4）路基边坡坡度；
（5）边坡的型式和断面尺寸。
4.2路基横断面形状及高度确定的依据
（1）本公路等级属平原微丘区二级公路，采用二级公路路基标准横断面型式，路基宽度12m。
（2）采用沥青混凝土路面，路拱横坡度采用2.0%。
硬路肩为宽度为1.5m。
因土路肩横坡应比路拱横坡大1%～2%，本设计采用土路肩横坡3%。
超高形式采用绕路中心线旋转，对全线进行路基横断面设计。
（3）本地区表层土壤为粘性土，属平原微丘区，填方边坡采用1:
0.5，外边坡为1:
1，挖方边坡为采用1：
0.5～1:
0.75。
（4）填土高度小于1.0m的矮路堤以及路堑，应设置边沟，边沟为浆砌片石边沟，截面为矩形，底宽为0.6m，深度为0.6m，侧边坡坡度为1:
0.5，外侧边坡坡度为1：
1。
边坡纵坡与路线纵坡一致，边沟采用矩形。
填方路段采用外运土，在路堤两侧不设取土坑，所以路堤两侧不设护坡道。
（5）边沟：
所有挖方路段及低填方路段均设置边沟。
其型式有梯形及矩形两种。
本路段边沟均为矩形，矩形边沟一般设置在低填方路段，底宽0.6m，沟深0.6m，侧边坡1:
1.5，外侧边坡1:
1。
边沟沟底纵坡同主线纵坡。
（6）排水沟：
填方边坡坡脚及护坡道外侧设置排水沟。
底宽0.6m,沟深0.6m,侧边坡1:
1.5，外侧边坡1:
1。
排水沟纵坡一般不小于0.3%，纵坡大于1%时采用7.5号浆砌片石加固。
沟中水排入自然河沟或附近桥涵。
4.3路基横断面图的绘制
4.3.1横断面的设计步骤
（1）读取全线横断面地面线；
（2）点绘横断面地面线；
（3）将横断面的填、挖值及有关资料（如路基宽度、超高等）抄于相应桩号的断面上；据地质调查资料，确定挖、填方坡比及边沟形状和尺寸；
（4）绘横断面设计线，又称“戴帽子”；
（5）计算横断面面积。
横断面面积计算中，填方面积，挖方面积都应分别计算；
（6）填土石方工程数量计算表，土石方数量计算采用平均断面法：
4.3.2横断面图的绘制
（1）图按1：
200的比例绘制，点绘出横断面地面线。
（2）应根据平纵设计的成果，在各桩号的地面横断面上，逐桩号标注其填挖高度，路基宽度和超高值。
（3）按土壤地质资料，标出各路段的覆盖层厚度，所用边坡坡度。
（4）分别计算填挖面积，并标在横断面上。
4.4土石方数量计算
（1）方法:
用积距法结合几何图形法算得路基填挖方数量，填挖方分别计算，填方扣除路面结构层厚度，挖方不扣除，得到每个桩号断面的填挖土石方量。
根据两桩号里程差及断面面积，按平均断面法算得两桩号间的土石方数量。
填挖部分分别计算，算得后填入《路基土石方数量计算表》。
计算经济运距，进行土石方远运纵向调配。
应尽可能在本桩位移挖做填，以减少废方和借方。
运用经济运距，综合考虑施工方法、运输条件和地形情况等因素。
调配土石方应考虑桥涵位置，一般不做跨沟调配。
考虑地形情况，不宜往上坡方向调运。
运用以上原则，在做完填挖方数量、本桩利用、填缺、挖余后，进行纵
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