兰州交通大学毕业设计说明书.docx
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兰州交通大学毕业设计说明书
1绪论
1.1工程概况
1.1.1概述
敦煌市位于甘肃、青海、新疆三省（区）交汇处，南枕气势雄伟的祁连山，西接浩瀚无垠的塔克拉玛干大沙漠，北靠嶙峋蛇曲的北塞山，东峙峰岩突兀的三危山。
面积3.12万平方公里，属暖温带气候。
人口18万多，全市经济主要以农业为主，旅游服务业次之。
敦煌至当今山口二级公路是西部开发省际公路通道西宁至库尔勒公路和国家高速公路网规划中柳园至格尔木联络线的重要路段，是甘肃连接新疆、西藏、青海的重要公路运输通道，在国家和区域公路网中具有重要地位。
敦当二级公路的建设可以给当地群众出行和物资运输提供一个平坦、舒适、快捷的通道，对促进当地经济和旅游业的发展具有深远的意义。
本设计为路线第一段，设计段起点桩号DK0+000，终点桩号DK8+000，全长8.0km。
1.1.2沿线自然情况
本设计段地形比较复杂，部分地区纵坡起伏较大，地表植被为耕地，间有低洼湿地，村庄及交通便道较多。
为了达到高等级公路的规范标准，填挖方较大。
本设计本着多挖少填的原则，确保路基的稳定性。
1.2设计依据的规范和标准
1.2.1设计依据的规范
本设计为敦当二级公路DK0+000～DK8+000段，根据沿线地形、地貌等自然条件进行设计，依据的有关规范、规程具体如下：
（1）《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）
（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）
（3）《公路路线设计规范》（JTGD20—2006）
（4）《公路路基设计规范》（JTGD30—2004）
（5）《公路路基施工技术规范》（JTJF10—2006）
（6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ063—2007）
（7）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）
1.2.2设计依据的相关技术标准
表1.1二级公路主要技术指标汇总表
公路分类
一般公路
公路等级
二级公路
地形
平原
计算行车速度（km/h）
60
行车道宽度（m）
7.0
路基宽度（m）
10
极限最小半径（m）
125
一般最小半径（m）
200
不设超高最小半径（m）
1500
停车视距（m）
40
超车视距（m）
200
最大纵坡（%）
6
合成坡度（%）
9.5
最小坡长（m）
120
缓和曲线最小长度（m）
50
凸形竖曲线一般最小半径（m）
2000
凸形竖曲线极限最小半径（m）
1400
凹形竖曲线一般最小半径（m）
1500
凹形竖曲线极限最小半径（m）
1000
竖曲线最小长度（m）
50
最小直线长度（m）
同向曲线
360
反向曲线
120
1.3设计任务及要求
本毕业设计的任务就是在教师指导下独立完成敦煌至当今山口二级公路DK0+000～DK8+000段的初步设计工作。
本设计共分七个阶段来完成。
1.3.1资料整理与分析（阶段一）
设计资料是设计的客观依据，必须认真客观地分析。
首先要对设计任务书提供的各种资料加以理解和必要的记忆，明确对设计的影响，在头脑中对工程要求、自然条件、材料供应情况、施工条件和相关技术规范等，构成一幅明晰的画面；其次要对资料进行分析、概括和系统整理，从中抽取、确定有关设计数据。
1.3.2设计内容
本设计通过纬地道路系统5.88数模版，按照二级公路路线设计标准来完成路线设计，主要设计内容包括：
阶段二、纬地软件安装与学习；
阶段三、初步平面定线，平面设计及直曲转角表；
阶段四、纵断面设计及纵坡竖曲线表；
阶段五、路基超高加宽表，路基设计表；
阶段六、绘制路线平面图、纵断面图以及路基标准横断面图；
阶段七、编制设计说明书，整理出图。
1.3.3设计成果
完成本设计应提交的设计成果包括：
设计说明书一册，路线平面设计图一份，路线纵断面设计图一份，相关计算表格，路基标准横断面图，相关翻译文章一篇。
1.4设计原则
1.4.1平面设计
道路为丘岭区二级公路，设计车速为60km/h，道路全长8.0km，起点桩号为DK0+000，终点桩号为DK8+000。
本次设计的平面线形中全线共设交点8个，平均每公里交点数为0.969个，平曲线总长3004.963m，占路线总长36.400%，最小平曲线半径250.000m/1个，最小圆曲线半径为250.000m，最大圆曲线半径为600.000m。
最大直线段的长度为1770.062m。
1.4.2纵断面设计
在本设计项目中最大纵坡3.695％，910.000m/1处。
最短坡长450.000m，变坡点共6个，平均每公里纵坡的变更次数为0.606，竖曲线总长1333.869m，占路线总长16.157％，竖曲线的最小半径是凸型竖曲线8000.000m/1个。
1.4.3横断面设计
此公路为丘岭区二级公路，计算行车速度为60km/h，路基宽度为10.0m，其中行车道宽7.0m，两边土路肩各0.75m，硬路肩各0.75m。
路拱横坡：
行车道2%、土路肩3%
路基边坡：
路堤：
填筑高度≤8m为1:
1.5；超过8m部分为1:
1.75
路堑：
开挖深度≤8m为1:
1.0；超过8m部分，每8m设2m宽碎落平台
边沟、排水沟、截水沟尺寸：
采用梯形断面，底宽和深度0.4m
边坡：
路堤1:
1.5；路堑：
内侧1:
1.5、外侧1:
1.0
截水沟位置：
距路堑上游坡顶1m
1.4.4路基工程
路基工程主要是根据当地的地形、地物合理的设计出路基的类型和构造。
必须严格保证路基的压实。
压实时采用重型击实标准控制，土方要求分层碾压，按道路路基施工规范要求进行施工。
填方路段路堤在路槽以下0～80cm深度范围内压实度大于等于95%，80～150cm深度范围内压实度大于等于94%，150cm以下深度范围压实度大于等于92%；零填及挖方路段路堑在0～80cm深度范围内压实度大于等于95%。
1.4.5桥涵及隧道
根据《公路工程技术标准（JTGB01—2003）》,本设计计中根据地形地物条件，设有桥梁、涵洞和隧道。
桥梁16座，均采用简支梁结构，最小跨径1跨20m/1个，最大跨径为9跨450m/1个。
涵洞通道总计10处，为道路交叉或者过水之用，单孔跨径根据规范要求设计有4.0m、6.0m不等，结构形式根据作用不同设有钢筋混凝土盖板涵和拱涵两种形式。
隧道DK4+000～DK4+880/1处，全长880m。
1.4.6本次设计主要技术经济指标
1.2主要经济技术指标
指标名称
单位
数量
备注
一、基本指标
公路等级
级
二级公路
计算行车速度
km/h
60
km/h
交通量
辆/昼夜
远景交通量
占用土地
亩
拆迁建筑物
m2
概算总额
万元
平均每公里造价
万元
二、路线
路线总长
km
8.255
路线增长系数
1.050
平均每公里交点个数
个
0.969
个
平曲线最小半径
m
250.000
m/个
1
m/个
回头曲线
个
回头曲线最小半径
m
平曲线占线路总长
m
3004.963
%
36.400
%
直线最大长度
m
1770.062
m
最大纵坡
%
3.695
m/处
1
m/处
最短坡长
m
450.000
m
竖曲线占路线总长
m
1333.869
%
16.157
%
平均每公里纵坡变坡次数
次
0.606
次
竖曲线最小半径
凸型
m/个
8000.000/1
m/个
凹型
m/个
26000.000/1
2平面设计
2.1概述
道路是带状的三维空间结构实体，一般由线形、路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施等组成。
不论是公路还是城市道路，其路线位置的选定都会受到社会经济、自然地理和技术条件等多重因素的制约。
需要设计者在进行充分调查，掌握大量可靠资料的基础上，利用现行的技术标准和设计规范，结合当地的地形、地质和地物等条件，设计出一条经济、合理而又与自然景观协调的路线来。
道路平面设计就是在平面图上研究确定道路中线几何形状的原理和方法的工作。
直线是最简单的平面线形，然而从道路的起点到终点之间往往不能用一条直线将其连接起来，由于受地形、地物等因素的制约，路线在平面上往往出现很多转折，为了保证行车的安全性和平稳性，在转折处需要用圆曲线加以连接。
如果圆曲线半径较小，还要进行曲率过渡，即加设缓和曲线。
因此，道路的平面线形要素是由直线，圆曲线和缓和曲线构成的，通常称之为“平面线形三要素”。
直线是曲率为零的线形；圆曲线是曲率为常数的线形；缓和曲线是曲率逐渐变化的线形。
三要素是道路平面线形最基本的组成，在道路上各要素所占比例难以量化规定，但只要各组成要素使用合理，组合得当，均可以得到较为理想的平面线形。
2.2公路定线
2.2.1定线原则
根据交通部《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》的有关规定及甘肃省交通厅路网改造精神，公路布线遵循经济合理的原则。
尽可能少拆迁，少占用农田，利用有利地形布线，使公路路线与自然景观协调统一，并以充分利用旧路改建减少工程投资为目的进行选线。
定线的任务是按照一定的技术标准，在选线布局阶段选定的“路线带”（或叫定线走廊）的范围内，结合细部地形、地质条件、综合考虑平、纵、横三面的合理安排，确定并通常实地定出道路中线的确切位置。
定线是公路设计过程中很关键的一步。
它不仅要解决工程、经济方面的问题，而且对如何使公路与周围环境相配合，以及公路本身线形的美观等问题都要在定线过程中给予充分的考虑。
定线应吸收桥梁、水文、地质等专业人员参加，发挥各种专业人员的才能和智慧，使定线成为各专业组协作的共同目标。
2.2.2定线方法
公路定线质量还在很大程度上取决于采用的定线方法，常用有直接定线和纸上定线两种方法。
在道路的勘测设计中，一般是先在地形图上进行纸上定线，然后进行实际定线，技术标准高的、地形、地物复杂的路线必须使用“纸上定线”，然后把纸上路线敷设在地面上。
“直接定线”省去了纸上定线这一步，所以只适用于标准较低的路线。
在本设计中，道路等级为二级，且地形、地物较为复杂，故线路采用“纸上定线”的方法。
2.2.3本设计中的定线原则
本项目是公路新建工程，由于地形比较复杂、起伏落差变化多，故为了减少填挖方量，达到标准要求，优化线形，采用了沿等高线的走向和农田平原区布线。
个别无法避免的一些农用建筑和房屋只能征用拆迁，但以尽量避免，少拆迁为原则。
2.3直线
2.3.1直线的特点
作为平面线形要素之一的直线，在公路和城市道路中的使用最为广泛，当地势平坦，地物障碍较小时，定线人员往往首先考虑使用直线线形通过。
因为两点之间的连接长度以直线最短；汽车在直线上行驶时受力简单，方向明确，驾驶操作容易；同时，路线测设简单、方便。
基于直线的上述优点，在个种线形工程中都有着其独特的地位。
当然直线线形也有其缺点：
直线线形灵活性差，难以与地形、地物等周围的环境相协调；过长的直线易使驾驶员感到单调、疲倦，注意力难以集中；直线路段上难以准确目测车辆之间的距离；长直线上容易导致高速行车，引发交通事故等。
因此，在运用直线线形和确定其长度时，需要持谨慎态度，尽量不采用过多和过长的直线线形。
2.3.2直线长度的限制
（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考使用外国的经验值，根据德国和日本的规定:
直线的最大长度（单位m）为20V（V——设计速度，km/h）。
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）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：
《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》规定同向曲线间地最短直线长度（单位为m）以不小于6V（单位km/h）为宜。
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：
《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》规定反向曲线间最小直线长度（单位为m）以不小于2V（单位为km/h）为宜。
2.4圆曲线
2.4.1圆曲线几何要素
各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的重要组成部分。
路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。
圆曲线具有易与地形相适应、可循环好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。
四级公路可以不设缓和曲线，其他各级公路当曲线半径大于或等于“不设缓和曲线的半径”时也可不舍缓和曲线，因而在此类弯道中只有圆曲线。
本次公路为二级公路，故应该合理的设置缓和曲线。
圆曲线几何要素及公式如下：
式（2.1）
式（2.2）
式（2.3）
式（2.4）
式中：
T——切线长，m；
L——曲线长，m；
E——外距，m；
D——校核数或是超距，m；
α——转角，（°）；
R——圆曲线半径，m。
2.4.2圆曲线半径
行驶在曲线上的汽车由于受离心力作用其稳定性受到影响，而离心力的大小又与曲线的半径密切相关，半径愈小愈不利，所以在选择平曲线半径时应尽可能采用较大的值，只有在地形或其他条件受到限制时才可以使用较小的半径。
为了行车的安全，标准规定了圆曲线半径在不同情况下的最小值。
（1）圆曲线半径的计算公式与影响因素
根据汽车行驶在曲线上力的平衡式得到
式（2.5）
式中：
R——圆曲线半径，m；
V——行车速度，km/h；
μ——横向力系数；
ib——超高横坡度，%。
在公路等级和地形条件已定时，设计车速V也就唯一确定了，圆曲线半径R的大小取决于横向力系数μ和曲线的超高横坡度ib的取值范围。
μ值的采用影响到行车的安全、经济与舒适度等。
在计算最小平曲线半径时，应综合考虑汽车行驶的横向稳定性、驾驶员的驾驶操作、燃料消耗和轮胎磨损以及乘车的舒适性等因素，采用一个适当的值。
经分析得出的的取值范围：
μ值最好≯0.10，最大≯0.16。
（2）超高横坡度ib
超高横坡度有最大超高横坡度与最小超高横坡度之分。
在制定最大超高横坡度ibmax时要综合考虑道路所在地区的气候条件、驾驶员和乘客的心理上的安全感。
对山岭重丘区、城市附近、交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路上，最大超高横坡度比一般道路还要小些。
超高值的大小与设计速度、半径、路面类型、当地的自然条件等因素有关，设计时可根据半径大小等条件确定具体超高的采用值。
本次设计为二级公路，最大超高为8%。
道路的最小超高横坡度不应小于道路直线段的路拱横坡度，否则不利于道路的排水，因此有
式（2.6）
ibmin=i1
式中：
i1——路拱横坡度。
（3）圆曲线最小半径的计算
圆曲线最小半径包括极限最小半径、一般最小半径和不设超高的的最小半径。
极限最小半径是指各级公路对按设计速度行驶的车辆，能保证其行车的安全的最小允许半径。
它是圆曲线半径允许采用的极限最小值，只有当地形条件特殊困难或受其他条件严格限制时，方可采用。
根据我国《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》规定的极限最小半径值本次设计的二级公路极限最小半径为125m。
一般最小半径是指通常情况下各级公路对按设计速度行驶的车辆，能保证其安全性和舒适性行车的推荐采用的最小半径。
对此，我国的《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》也做了相应的规定，本次设计取200m。
当平曲线半径较大时，根据情况可以不设超高。
此时我国的《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》所制定的“不设超高的最小半径”是取μ＝0.035，ibmin=-0.015，由半径计算公式计算得出。
因而在本次设计中，对于不设超高的最大半径：
式（2.7）
即当圆曲线半径大于1400m时，就可以不设置超高。
对于本次设计中所有交点的半径均小于1400m,故每个交点都应设置合理的超高，以确保行车的安全、稳定。
《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》规定的最小圆曲线半径如表2.1所示
表2.1最小圆曲线半径
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
圆曲线最小
半径（m）
一般值
1000
700
400
200
100
65
30
极限值
650
400
250
125
60
30
15
（4）圆曲线最大半径
选用圆曲线半径时，在地形、地物等条件允许时，应尽量采用较大曲线半径。
但是，当半径大到一定程度时，其几何性质与直线区别不大，而且容易给驾驶员造成判断上的失误，因此，《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》规定了圆曲线的最大半径不宜超过10000m。
2.5缓和曲线
缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间的或两个圆曲线之间的曲率半径逐渐变化的线形。
《公路工程技术标准（JTGB01—2003）》规定，除四级公路可以不设缓和曲线外，其余各级公路在其半径不小于不设超高的最小半径时都应设置缓和曲线。
2.5.1缓和曲线的作用
（1）曲率逐渐变化，便于驾驶操作；
（2）离心加速度逐渐变化，消除了离心力突变；
（3）为设置超高和加宽提供过渡段；
（4）与圆曲线配合得当，美化线形。
2.5.2缓和曲线长度的确定
汽车在缓和曲线上要完成不同曲率的过渡行驶，为了车辆能平稳的完成曲率的过渡与变化，保证线形顺适美观，同时为在圆曲线上设置的超高和加宽提供过渡段，以使驾驶员有足够的时间来操作转方向盘，对于缓和曲线的长度有如下规定。
（1）考虑离心加速度的变化率
在公路设计中，我们一般取
（m/s3），则缓和曲线的最小长度为：
式（2.8）
式中：
V——设计速度，km/h。
（2）保证驾驶员的操作反应时间
式（2.9）
缓和曲线长度应使驾驶员操作从容，不能过于匆忙，一般情况下以3s行程控制，则有：
式（2.10）
（3）满足视觉要求
根据视觉条件和实践研究可知：
式（2.11）
选择这样的缓和曲线半径，可使线形舒顺协调。
综合以上考虑，我国《公路路线设计规范（JTGD20—2006）》规定了各级公路缓和曲线最小长度值，如表2.2所示：
表2.2各级公路缓和曲线最小长度
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
3
20
缓和曲线最小长度（m）
100
85
70
50
35
25
20
2.5.3有缓和曲线的平曲线曲线要素计算
道路平面线形三要素的基本组成是：
直线――回旋线――圆曲线――回旋线――直线。
图2.1所示的组合形式是最常见的在直线与圆曲线之间假设缓和曲线后的形式。
图2.1“基本型”平曲线
（1）曲线要素计算公式
式（2.12）
式（2.13）
式（2.14）
式（2.15）
式（2.16）
式（2.17）
式（2.18）
式中：
q——缓和曲线起点到圆曲线原起点的距离，也称为切线增值，m；
P——设缓和曲线后圆曲线内移值，m；
β0——缓和曲线终点缓和曲线角，rad；
Ls——缓和曲线长，m；
R——圆曲线半径，m；
α——偏角，（°）；
Th——设置缓和曲线的曲线切线长，m；
Lh——设置缓和曲线的曲线长，m；
Eh——设置缓和曲线的外距，m；
Dh——设置缓和曲线的超距，m。
（2）加缓和曲线的平曲线要素计算示例
以本设计中的JD1和JD8为例，计算如下：
①JD1：
半径R=600.0m，转角α=31°57′16.6″=0.557（rad）。
缓和曲线长度的确定：
所以取缓和曲线长度为75m；
曲线要素计算：
曲线五个主点里程桩号：
JDDK1+153.988
-）Th209.397
ZHDK0+944.591
+）Ls75
HYDK1+019.591
+）（Lh-2Ls）259.628
YHDK1+279.219
+）Ls75
HZDK1+354.219
-）Lh/2204.814
QZDK1+149.405
+）Dh/24.583
JDDK1+153.988
②JD8：
半径R=250m，转角α=64°13′50″=1.120（rad）。
缓和曲线长度确定：
所以取缓和曲线长度为50m；
曲线要素计算：
曲线五个主点里程桩号：
JDDK7+814.216
-）Th182.171
ZHDK7+632.045
+）Ls50
HYDK7+682.045
+）（Lh-2Ls）230.2586
YHDK7+912.303
+）Ls50
HZDK7+962.303
-）Lh/2165.1293
QZDK7+797.174
+）Dh/217.0415
JDDK7+814.216
根据此计算过程，本设计所有直曲线数据如表2.3和表2.4所示
表2.3曲线要素
交点
曲线要素值（m）
半径
缓和曲线
长度
缓和曲线参数
切线长度
曲线长度
外距
校正值
JD1
600
75
212.132
209.397
409.628
24.515
9.166
JD2
300
55
128.452
160.04
304.3114
28.361
15.769
JD3
350
55
138.744
170.296
325.9202
28.344
14.672
JD4
400
60
154.919
163.545
317.5659
22.061
9.542
JD5
300
50
122.475
153.77
300.0407
26.793
14.513
JD6
400
55
148.324
160.512
311.6411
21.836
9.383
JD7
400
75
173.205
154.834
302.9684
17.419
6.699
JD8
250
50
111.803
182.171
330.2586
45.658
34.083
表2.4曲线主点桩号
交点
主点桩号
ZH
HY
QZ
YH
HZ
JD1
DK0+944.591
DK1+019.591
DK1+149.405
DK1+279.219
DK1+354.219
JD2
DK1+746.411
DK1+801.411
DK1+898.566
DK1+995.722
DK2+050.722
JD3
DK2+188.250
DK2+243.250
DK2+351.210
DK2+459.171
DK2+514.171
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