土木工程《道路勘测设计》课程设计说明书Word格式.docx
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3.1选线-7-
3.1.1选线的依据-7-
3.1.2选线的一般原则-7-
3.1.3选线的方法和步骤-7-
3.2定线-8-
3.2.1交点间距、坐标方位角及转角值的计算：
-8-
3.2.2直线上中桩坐标计算：
3.2.3简单介绍单曲线中桩坐标计算-9-
4.路线方案的拟定和比选-10-
4.1路线选择应考虑的因素：
-10-
4.2路线方案的比选：
-11-
5.纵断面设计-12-
5.1纵坡设计的一般要求-12-
5.2纵断面设计方法与步骤-12-
5.3纵断面设计最小纵坡和最大纵坡-13-
5.3.1最大纵坡-13-
5.3.2最小纵坡-13-
5.4坡长限制-14-
5.4.1最小坡长限制-14-
5.4.2最大坡长限制-14-
5.5、平、纵曲线组合-15-
5.5.1平、纵组合的设计原则-15-
5.5.2平、纵组合的基本要求-15-
5.6竖曲线-16-
6.横断面设计-17-
6.1横断面设计原则-17-
6.2道路横断面设计的基本要求：
-17-
6.3横断面设计步骤-17-
7.土石方量计算及调配-18-
7.1土石方数量计算-18-
8.设计图纸及计算说明部分-18-
8.1计算说明部分-18-
8.2表格部分（附表）-22-
附表1、直线、曲线和转角表；
-22-
附表3、竖曲线表；
附表4、路基设计表；
附表5、路基土石方数量表；
8.3图纸部分（附图）-22-
致谢-23-
参考文献-24-
1.设计概述
1.1目的和要求
1、目的和要求：
课程设计是教学计划中的一个重要的教学环节，学生在学完教学计划所规定的课程以后进行。
目的在于培养学生综合运用所学基础理论、专业知识和技能（包括历次的认识实习、教学实习和生产实习）解决工程问题的能力。
在教师的指导下，学生独立地、较系统地全面地完成一条或一段公路的初步设计。
通过这一环节，可以使学生基本掌握公路设计的全过程，学会考虑问题、分析问题、解决问题的方法，进一步巩固已学课程并再探讨学习一些新的专业知识，培养学生独立工作的能力、解决实际问题的能力及查阅参考书（资料）与进一步熟悉、应用和理解《标准》、《规范》、《手册》的能力。
因此，是培养工程师的不可缺少的教学环节。
本课程设计是在学生学完《道路勘测设计》及相关专业后进行的一次综合性训练，既有助于巩固所学的专业知识，培养独立设计的能力，提高综合运用知识的能力，也为以后的毕业设计打好基础。
1.根据河南理工大学土木工程专业道桥方向《道路勘测设计任务书》及《道路勘测设计指导书》
2.本课程教材《道路勘测设计》，杨少伟
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：
30km/小时
1.4公路起讫点桩号和坐标
起点桩号：
K0+000，起点坐标：
x=306.55038802，y=-233.17820095，坐标起点高程:
361.500;
终点桩号：
K0+754.892，终点坐标：
x=245.281267132904，y=400.947909584083,坐标终点高程：
373.600，全长0.76公里。
1.5设计三级公路的标准
1、按照任务书要求，提供的地形图比例尺为1:
2000。
设计交通量或设计公路等级：
本段公路为三级新建公路。
横断面图比例为1:
200；
纵断面横向比例为1:
2000，纵向比例1:
200。
路基双幅两车道，宽7.5米，路肩0.5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
1.6沿线自然地理概况及地貌
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，山脉水系清晰，日温差和年温差较大、暴雨多、河流水位变化幅度大等特点。
山下有居民居住，并有高产稻田，山岭地区路线弯多坡陡，还伴有不良地质；
所以在该地修筑公路受山岭区地形、水文、地质、气候等因素的影响，标准低、工程量大，道路平、纵、横都受限制。
2.平面设计
2.1直线在平面设计时长度的限制
2.1.1直线的最大长度
我国地域辽阔，各地区的地形条件差异非常大，很难统一规定直线的最大长度。
我国在道路设计中参照使用国外的经验值，根据德国和日本的规定：
直线的最大长度（以m计）为20V（V—设计速度,用km/h表示）。
虽然地域不同、环境不同，但一般情况下应尽量地避免追求过长的直线指标。
2.1.2直线的最小长度
为了保证行车安全，相邻两曲线之间应具有一定的直线长度。
这个直线长度是指前一曲线的终点（缓直HZ或圆直YZ）到后一曲线起点（直缓ZH或直圆ZY）之间的长度。
①对于同向曲线间的最小直线长度：
规定同向曲线间的最短直线长度（以m计）以不小于6V（以km/h计）为宜，如图所示。
另外，对于计算行车速度V≤40km/h的山岭重丘区公路的特殊困难地段，可以适当放宽。
②对于反向曲线间的最小直线长度：
《规范》规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于2V（以km/h计）为宜，如图3.2.1b）所示。
③回头曲线间的最小直线长度：
《规范》规定两回头曲线之间，即一个回头曲线的终点至下一个回头曲线的起点的距离，最好能满足下表的要求：
一般值（m）
低限值（m）
二级公路
200
120
150
100
四级公路
80
而由于我们是在山岭区新建的三级公路，设有缓和曲线，可不设直线。
2.2圆曲线最小、最大半径及超高
2.2.1圆曲线最小半径
汽车在曲线段上行驶保持稳定的必需条件是汽车所受横向力被车轮轮胎与地面之间的摩阻力抵消，若横向力大于摩阻力，则汽车出现横向滑移，横向力系数
实际上受摩阻力
，也就是说在不发生向滑移情况下横向力系数
实际上不会超过受摩阻力
，现在一般采用
作为计算平曲线最小半径的指标，
用以下公式计算最小半径
R——圆曲线半径；
V——设计速度
——轮胎与地面之间的横向摩阻系数
——超高横坡度
对于不同等级的公路规定了极限最小半径和一般最小半径，下列为各级公路最小半径如下表：
表1圆曲线最小半径
设计速度（km／h）
60
40
30
20
圆曲线最小半径
（m）
一般值
1000
700
400
65
极限值
650
250
125
15
注：
“一般值”为正常情况下的采用值；
“极限值”为条件受限制时可采用的值。
2.2.2圆曲线最大半径
圆曲线最大半径值不宜超过10000m，最后我们采用半径为3000米的圆曲线。
2.3缓和曲线设计依据
缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或两个圆曲线之间的曲率半径逐渐变化的线形。
《标准》规定，除四级公路可不设缓和曲线外，其余各级公路在其半径小于不设超高的最小半径时都应设置缓和曲线。
由于我们是新建的三级公路，所以应设缓和曲线。
①离心加速度变化率不过大；
②控制超高附加纵坡不过陡；
③控制行驶时间不过短；
④符合视觉要求。
2.3.2缓和曲线选择时考虑的因素及作用
缓和曲线选择时应考虑的因素：
1）旅客感觉舒服
2）超高渐变率适中
3）行驶时间不过短
缓和曲线的作用：
1）曲率连续变化，便于车辆遵循
2）离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适
3）超高及加宽逐渐变化，行车更加平稳
4）与圆曲线配合，增加线形美观
2.3.3各级公路缓和曲线的最小长度；
查阅规范以相关书籍可得：
表7各级公路缓和曲线的最小长度
缓和曲线最小长度（m）
130
50
25
最小值
85
70
2.4平曲线线形设计
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600-800米。
2.4.1平曲线线形设计要点
（1）平面线性应直捷、流畅，与地形、地物相适应，与周围环境相协调。
（2）保持平面线性的均衡与连接，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。
（3）注意与纵断面设计相协调，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）平面线应有足够的长度，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。
2.4.2平曲线最小长度
查阅规范及相关的资料可以获知平曲线最小长度：
表8平曲线最小长度
平曲线最小长度
600
500
300
170
140
“最小值”为条件受限制时可采用的值。
当路线转角等于或小于7°
时，应设置较长的平曲线，其长度规定如表9
表9公路转角等于或小于7°
时的平曲线长度
平曲线长度（m）
1400／Δ
1200／Δ
1000／Δ
700/Δ
500／Δ
350／Δ
280／Δ
表中Δ为路线转角值（°
），当Δ<
2°
时，按Δ=2°
计算。
3.选线和定线
3.1选线
3.1.1选线的依据
（1）道路选线就是根据路线的基本走向和技术标准，结合当地的地形、地质、地物及其它沿线条件和施工条件等，选定一条技术上可行、经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。
（2）选线是道路路线形设计的重要环节，选线的好坏直接影响着道路的使用质量和工程造价。
选线是一项涉及面广、影响因素多、政策性和技术性都很强的工作。
3.1.2选线的一般原则
（1）在路线设计的各个阶段，应运用先进的手段对路线方案进行深入、细致地研究，在方案论证、比较的基础上，选定最优的路线方案。
（2）路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。
在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不宜轻易采用低限指标，但也不应片面追求高指标。
（3）选线应与农田基本建设相配合，做到少占耕地，注意尽量地不占高产田、经济作物田或经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。
（4）通过名胜、风景、古迹地区的道路，应与周围的环境、景观相协调，并适当照顾美观。
注意保护原有的自然生态环境和重要的历史文物遗址。
（5）选线时应对沿线的工程地质和水文地质进行深入的勘探，查清其对道路工程的影响程度。
（6）选线时应重视环境保护，注意因修筑道路及汽车运行所产生的影响和污染等。
3.1.3选线的方法和步骤
路线的起、终点确定以后，它们之间有很多走法。
选线的任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求、经济合理的最优方案。
选线一般按工作内容分步骤进行。
1）路线方案选择
路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题。
此项工作通常是先在小比例尺地形图上从较大范围内找出各种可能的方案，收集各可能方案的有关资料，进行初步评选确定数条有比较价值的方案。
然后进行现场堪察，通过多方案的比选得出一个最优方案来。
2）路线带选择
在路线基本方向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带，也称路线布局。
着些细部控制点的取舍，自然也是通过比旋的办法来确定。
路线布局一般应该在1:
1000到1:
5000比例尺的地形图上进行。
只有在地形简单，方案明确的路段，才可以现场直接选定。
3）具体定线
经过上述两部的工作，路线雏形已经明显勾画出来。
定线就是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横综合设计，具体定出道路中线的工作。
3.2定线
定线是在选线布局的基础上具体定出中线位置的作业过程，定线工作是依据下达的设计任务书、选线阶段的路线走向和主要控制点、所采用的技术进行的。
定线的质量在很大程度上还取决于采用的定线方法。
常用的定线方法有之上定线和直接定线。
本次课程设计采用之上定线的方法。
纸上定线的具体操作一般有直线型定线方法和曲线型定线方法两种，下面简单介绍直线型定线方法的坐标计算：
设起点坐标为
，第
个交点坐标为
，则：
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：
3.2.3简单介绍单曲线中桩坐标计算
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
——转角符号，右偏时为“+”，左偏时为“-”。
②圆曲线内任意点坐标（
）：
——圆曲线上任意点至
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。
4.路线方案的拟定和比选
照上面几章所描述的那样，此次课程设计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、微丘区路线依行经地区的地貌地质和地形特征，可按以下的步骤进行选线
（1）全面布局；
（2）逐段安排路线；
（3）具体定线三个步骤进行。
路线方案是路线设计中最初最根本的问题。
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，更重要的是影响在公路网中是否起到应有的作用，既是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。
选择路线方案应考虑以下主要因素：
1）路线在政治、经济、国防上的意义，国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，改革开放、综合利用等重要方针的体现；
2）路线在铁路、公路、航道、空运等交通网系中的作用，与沿线工矿城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况；
3）沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响；
4）道路设计要求的路线技术等级与实际可能达到的技术标准及其对路线使用任务、性质的影响；
建筑材料来源、施工条件、以及工程量、三材（钢筋、木材、水泥）用量、造价、工期、劳动力等情况及其对运营、施工、养护等方面的影响；
5）其它如与沿线旅游景点、历史文物、风景名胜的联系。
路线应在满足使用任务和性质要求的前提下，综合考虑自然条件、技术标准和技术指标、工程投资、施工期限和施工设备等因素，通过多方案的比较，精心选择，提出合理的推荐方案。
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），方案一在方案二上面，经过进一步方案比选后，选择方案1为最后设计方案。
前面地形图已经给出，上面为两个方案的具体位置。
两种方案共同点：
1）方案一与方案二多数路段是傍山而设，两个控制点之间有几个山头。
2）方案一和方案二的傍山原则可以看出可以少占农田，少占植被，节省的大量的经济用地，减少对农田灌溉、植被的损坏，符合了选线的基本原则。
3）方案一和方案二绕过了村庄，不需要进行拆迁，不仅节约了资金，而且减少了整理房屋场地的工作量。
两种方案的不同点：
方案二相比于方案一：
1）方案二整个线路的起伏较大，高程变化大；
施工挖填量大且不均衡；
2）方案二两次跨越河流，，施工量增大，路线缓和曲线难以设置。
3）虽然方案二比方案一长度要相对短一点，但其施工困难，工作量大，费用要比方案一高。
所以，经过以上的比较，在两个最佳的方案的选择中，方案一更能体现其优势，故最后选择第一种方案。
具体的平面设计图及分图见附图和附表。
5.纵断面设计
沿着路中线竖向剖切、再行展开即得到了路线的纵断面。
路线纵断面一般情况下是一条在竖向上有起伏的空间线形。
纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然条件以及工程经济性等，确定纵面线形的竖向位置与形状，以便达到行车安全、迅速、经济与舒适的目的。
5.1纵坡设计的一般要求
（1）纵坡设计必须满足《标准》中的各项规定与要求。
（2）为保证车辆能以一定速度安全、顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
尽量避免采用《规范》中的极限纵坡值，并留有一定的余地。
（3）设计应对沿线地形、地质、水文、地下管线、气候和排水等进行综合考虑，并根据需要采取适当的技术措施，以保证道路的稳定与通畅。
（4）一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方及其它工程数量，以降低工程造价和节省用地。
（5）山岭重丘区的纵断面设计应考虑纵向填、挖平衡，尽量使挖方作为就近路段的填方，以减少借方和废方；
平原微丘区的纵断面设计应满足最小填土高度的要求，以保证路基的稳定性。
（6）高速公路和一级公路，应考虑通道、农田水利等方面的要求；
低等级公路，应注意考虑民间运输、农业机械等方面的要求。
5.2纵断面设计方法与步骤
（1）准备工作。
研究《标准》规定的有关技术指标和设计任务书的有关规定，同时应收集和熟悉有关资料，并领会设计意图和要求，做到心中有数。
纵坡设计（俗称拉坡）之前，应在坐标纸上按比例标注里程桩号和标高、点绘地面线、填写有关内容。
（2）标注控制点。
控制点是指影响纵坡设计的标高控制点。
有以下两类：
1）路线起终点、越岭垭口、重要桥涵、地质不良地段的最小填土高度、最大挖深、沿溪线的洪水位、隧道进出口、平面交叉和立体交叉点、铁路道口、城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。
2）山区道路还有根据路基填挖平衡关系控制路中心填挖值的标高点，称为“经济点”。
（3）试坡。
在已标出“控制点”、“经济点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，本着以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”的原则，在这些点位间进行穿插与取直，试定出若干直坡线。
对各种可能坡度线方案反复进行比较，最后定出即符合技术标准，且土石方较省的设计线作为初定坡度线，将前后坡度线延长交会出变坡点的初步位置。
（4）调整。
将所定坡度与选线时坡度的安排比较，二者应基本相符，若有较大差异时应全面分析，权衡利弊，决定取舍。
然后对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平纵组合是否得当，以及路线交叉、桥隧和接线等处的纵坡是否合理，若有问题应进行调整。
（5）核对。
选择有控制意义的重点横断面，检查是否填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大、桥梁过高或过低、涵洞过长等情况，若有问题应及时调整纵坡。
（6）定坡。
经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。
变坡点标高是由纵坡度和坡长依次推算而得。
5.3纵断面设计最小纵坡和最大纵坡
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。
5.3.1最大纵坡
（1）概念：
最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值。
它是道路纵断面设计的重要控制指标。
在山岭重丘区，它直接影响着路线的长短、线形的好坏、道路使用的质量、工程数量和运输成本等。
（2）最大纵坡的影响因素
各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件、车辆行驶的安全性、以及工程经济与运营经济等因素，通过全面考虑，综合分析而确定的.
各级公路最大纵坡的规定见表所12示
表12各级公路最大纵坡
设计速度（km/h）
最大纵坡（%）
3
4
5
6
7
8
9
5.3.2最小纵坡
挖方路段以及其它横向排水不良路段所规定的纵坡最小值称为最小纵坡。
各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。
当必须设计平坡或纵坡小于0.3%时，边沟应作纵向排水设计。
干旱少雨地区的最小纵坡可不受此限制。
5.4坡长限制
根据希望速度V1和容许速度V2，可以得出对应于V1的“理想的最大纵坡”i1和对应于V2的“不限长度的最大纵坡”i
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