高速公路的初步设计毕业设计.docx
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高速公路的初步设计毕业设计
摘要
本设计根据给定的资料，通过对原始数据的分析,根据该路段的地质、地形、地物、水文等自然条件,依据《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》等交通部颁发的相关技术指标,在老师的指导和同学的帮助下完成的。
设计内业详细资料有：
路线设计，包括纸上定线（山岭区或越岭线）、绘制路线平面图、路线纵断面设计；桥梁设计，隧道设计，路面结构设计。
应用计算机绘制工程图，按设计指标完成的。
整个设计计算了路线的平、纵、横要素,桥梁，隧道等内容,由此圆满完成了陕西境西康高速公路的初步设计。
关键词：
路线，路面,桥梁，隧道，路面结构设计。
Abstract
Datathatthisdesignaccordingtogivetosettletocomplition,completetheThreexinforestofMulintolianhehighwaystationsegmentfirstdesignstationsegmenttherelevanttechniqueindexsignforkind,geographyforsecondclasshighwayroute,fromthisdesignlearningalotofknowledgeconcerninghighways,passinganalysisprimitivedataing,accordingtotheroad'ssegment,characteristicsoftermnature,suchas,groundthing,andhydrologyetc.,Basishighwayengineeringtechniquestandard,highwayroutedesigningthenormalwaitingthetransport,accordingtodesignindexfinished。
Thedesigninsideofstagefirststepsinclude:
Routedesign,Thepaperupsettlesthelinesmountainrangearea,ormoremountainrangeline。
Bridgedesign，Tunneldesign，Theapplicationofcomputerdrawingengineeringdrawing,theteacherguidanceandaskedtocomplete.Thedesignandcalculationoftherouteflat,thelongitudinalandlateralelements,bridge,tunnel,thestructuredesignetc.,thusthesuccessfulcompletionoftheshaanxixikanghighwayonthepreliminarydesign.
Keywords:
Route,Roudebredge,Tunndl,Thestructuredesign
1绪论
1.1选题的背景、目的及意义
本次毕业设计是在对《道路勘测设计》、《路基工程》、《路面工程》、及其它有关专业课程的学习的基础上，并在教师的指导下，完成一段高速公路的两阶段初步设计任务。
本次设计的目的和意义是应用学过的专业知识，根据自己专业的服务去向,在老师的指导下独立的完成一段公路的初步设计任务。
通过此次设计可以培养我们的综合设计能力,进而把学过的知识加以系统的应用和巩固，使理论与生产实践相结合。
掌握路线设计、路基设计、路面设计、小桥涵设计理论和具体设计方法，并能够独立完成全部设计的图表。
为自己走向工作岗位后适应生产实践的需要打下坚实的基础。
1.2设计任务
本次设计任务主要包括：
（1）依据地形图完成给定的初步设计；
（2）路线设计：
纸上定线（山岭区或越岭线）；
进行方案比较（局部）；
进行路线平面设计；
进行路线纵断面设计；
（3）路面结构设计。
1.3路线概况
本设计路段为陕西省西安市到康定区的一段高速公路，由于地形复杂多为山岭区,沿线为乾佑河，沿线基本是紧靠河流的，而且原先沿河有一普通公路，由于本设计是高速公路，所以在选线的时候应该尽量避开原来的公路。
1.4路线采用的技术经济指标
路线的起点桩号为K50+000.00，终点桩号为K55+300.00，总里程为5.53公里，在路线设计路段上，设置了7座桥梁，3条隧道，设计速度为80km/h。
1.5纬地软件的应用
1.5.1路线辅助设计
（1）平面动态可视化设计与绘图
系统沿用传统的导线法（交点法）经典理论，可进行任意组合形式的公路平面线形设计计算和多种模式的反算。
我们可在计算机屏幕上交互进行定线及修改设计，在动态拖动修改交点位置、曲线半径、切线长度、缓和曲线参数的同时，可以实时监控其交点间距、转角、半径、外距以及曲线间直线段长度等技术参数。
而使用纬地智能布线技术，可以将已确定的直线、圆曲线等控制单元自动衔接为完整的路线，并可以对路线中任一控制单元（均为CAD的线元实体）方便地进行平移、旋转、缩放等操作调整，从而直观快捷并准确地确定出路线线位。
在平面设计完成的同时，系统可自动完成全线桩号的连续计算和平面绘图。
系统支持基于数字化地形图（图像）上的上述功能，同时也可方便地将低等级公路外业期间已经完成的平面线形导入本系统。
（2）断面交互式动态拉坡与绘图
系统在自动绘制拉坡图的基础上，支持动态交互式完成拉坡与竖曲线设计。
我们可实时修改变坡点的位置、标高、竖曲线半径、切线长、外距等参数；对设计者指定的控制点高程或临界坡度，受控处系统可自动提示控制情况。
系统支持以“桩号区间”和“批量自动绘图”两种方式绘制任意纵、横比例和精度的纵断面设计图及纵面缩图，自动标注沿线桥、涵等构造物，绘图栏目也可根据需要自由取舍定制。
（3）超高、加宽过渡处理及路基设计计算
系统支持处理各种加宽、超高方式及其过渡变化，进而完成路基设计与计算、方便、准确地输出路基设计表，可以自动完成该表中平、竖曲线要素栏目的标注。
系统在随盘安装的“纬地路线与立交标准设计数据库”的基础上，通过“设计向导”功能自动为项目取用超高和加宽参数，并建立控制数据文件。
（4）参数化横断面设计与绘图
系统支持常规模式和高等级公路沟底纵坡设计模式下的横断面戴帽设计，同时准确计算并输出断面填挖方面积以及坡口、坡脚距离等数据，并可以根据选择准确扣除断面中的路槽面积（包括城市道路的多板块断面的路槽）。
可任意定制多级填挖方边坡和不同形式的边沟排水沟。
新版中提供了横断面修改和土方数据联动功能。
系统直接根据设定自动分幅输出多种比例的横断面设计图，并可自动在图中标注断面信息和断面各控制点设计高程。
1.5.2数据输入与准备
纬地系统中所有的平、纵、横基础数据录入均开发有实用、方便的录入工具（软件），如：
平面数据（交点）导入/导出、纵断面数据输入、横断面数据输入等，减少了数据输入错误，方便使用。
1.5.3输出成果
1.绘图部分
（1）路线平面设计图；
（2）路线纵断设计图
（3）横断面设计图；
（4）公路用地图（表）；
（5）路线总体布置图；
（6）路线概略与全景透视图；
（7）互通式立交平面线位数据图；
（8）立交连接部设计详图；
（9）立交连接部路面标高图。
纬地系统版可批量、高效输出路线平、纵、横等所有相关图纸，我们可单张、多张或一次性输出打印所有图纸。
2.出表部分
（1）直线及曲线转角一览表；
（2）主点坐标表；
（3）逐桩坐标表；
（4）立交曲线表与路线平面曲线元素表；
（5）纵坡与竖曲线表；
（6）路基设计表；
（7）超高加宽表；
（8）路面加宽表；
（9）路基排水设计表；
（10）公路用地表；
（11）土石方计算表；
（12）边沟、排水沟设计表；
（13）总里程及断链桩号表；
（14）主要经济技术指标表；
（15）水准点表。
2路线设计
2.1路线方案的说明和比较
2.1.1了解资料
首先要熟悉地形图和所给的原始资料，分析其地貌、高差、河渠、耕地、建筑物等的分布情况。
2.1.2定线的原则
根据给定的起终点，分析其直线距离和所需的展线长度，选择合适的中间控制点。
在路线各种可能的走向中，初步拟定可行的路线方案，（如果有可行的局部路线方案，应进行比较确定），然后进行纸上定线。
1.在1:
2000的小比例尺地形图上在起，终控制点间研究路线的总体布局，找出中间控制点。
根据相邻控制点间的地形、地貌、地质、农田等分布情况，选择地势平缓山坡顺直的地带，拟定路线各种可行方案。
2.对于山岭重丘地形，定线时应以纵坡度为主导；对于平原微丘区域（即地形平坦）地面自然坡度较小，纵坡度不受控制的地带，选线以路线平面线形为主导。
最终合理确定出公路中线的位置（定出交点）。
2.1.3定线具体过程
（1）试坡：
定均坡线。
在山岭重丘地带，根据等高线间距和所选定的平均纵坡（视路线高差大小，一般选5%-5.5%）按计算得等高线间平均长度a（a=等高距/平均纵坡）进行试坡（用分规卡等高线），将各点连成折线，即均坡线。
（2）定导向线：
分析这条均坡线对地形、地物等艰苦工程和不良地质的避让情况。
如有不合理之处，应选择出须避让的中间控制点，调整平均纵坡，重新试坡。
经过调整后得出的折线，称为导向线。
（3）平面试线：
穿直线：
按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，穿线交点，初定路线导线（初定出交点）。
敷设曲线：
按照路中线计划通过部位选取且注明各弯道的圆曲线的长度。
平面试线中要考虑平﹑纵﹑横配合，满足线形设计和《标准》的规定和要求，综合分析地形、地物等情况，穿出直线并选定曲线半径。
（4）修正导向线：
纵断面控制：
在平面试线的基础上点绘出粗略纵断面地形线，（可用分规直接在图纸上量距，确定地面标高），进行初步纵坡设计，并根据纵坡设计情况修正平面线形。
横断面较核：
根据初步纵坡设计，计算出路基填挖高度，绘出工程困难地段的路基横断面图（如地面横坡陡或工程地质不良地段等），根据路基横断面的情况修平面线形。
（5）定线：
经过几次修正后，最终确定出满足《标准》要求，平纵线型都比较合适的路线导线，最终定出交点位置（一般由交点坐标控制）
2.2线形设计一般原则
2.2.1平面线形应与地形、地物相适应，与周围环境相协调
在地势平坦的平原微丘区，路线以方向为主导，平面线形三要素中以直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区，路线以高程为主导，为适应地形，曲线所占比例较大。
直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等具体条件，不要片面强调路线以直线为主或曲线为主。
2.2.2保持平面线形的均衡与连贯
（1）长直线尽头不能接以小半径曲线。
长直线和大半径曲线会导致较高的车速，若突然出现小半径曲线，会因减速不及而造成事故。
高、低标准之间要有过渡。
同一等级的道路由于地形的变化在指标的采用上会有变
（2）化，同一条道路按不同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。
2.2.3平曲线应有足够的长度
汽车在曲线路段上行驶，如果曲线过短，司机就必须很快的转动方向盘，这样在高速行驶的情况下是非常危险的。
同时，如不设置足够长度的缓和曲线，使离心加速度变化率小于一定数值，从乘客的心理和生理感受来看也是不好的。
当道路转角很小时，曲线长度就显得比实际短，容易引起曲线很小的错觉。
因此，平曲线具有一定的长度是必要的。
为了解决上述问题，最小平曲线长度一般应考率下述条件确定：
（1）车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难
一般按6s的通过时间来设置最小平曲线长度，当设计车速为80km/h时，平曲线一般值取200m，最小值取125m。
（2）小偏角的平曲线长度
当路线转角α≤7°时称为小偏角。
设计计算时，当转角等于7°时，平曲线按6s行程考虑；当转角小于7°时，曲线长度与α成反比增加；当转角小于2°时，按α＝2°计。
2.2.4确定各平曲线半径及缓和曲线长度
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定：
当平曲线半径小于等于250m时应设置加宽；当平曲线半径大于等于1500m时可以不设置缓和曲线和超高，超高的横坡度计算由行车速度、半径大小、结合路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定。
二级最大超高不应大于8%，在积雪地区不宜大于6%。
当超高横坡度的计算值小于路拱坡度时，应当设等于路拱坡度的超高值。
高速公路的规范见表2.1。
表2.1平曲线规范规定汇总表
名称
取值
说明
平曲线一般最小半径
250m
在一般情况下应尽量使用大于一般最小半径的曲线半径（规范规定，原曲线半径不宜超过10000m），只有在地形条件限制时采用。
平曲线极限半径
125m
只有当地形条件特殊困难或受其它条件严格限制时方可采用。
不设超高最小半径
1500m
路拱=2%
平曲线一般最小长度
300m
9s行程计
平曲线极限最小长度
100m
6s行程计
同向曲线间最小直线长度6V
480m
按照实际工程经验在山区工程可以在一般困难地区保证4V=240m，在工程十分艰巨困难处可以采用3V=180m。
但在采用低值时应避免在直线上设置凹形竖曲线
反向曲线间最小直线长度为2V
160m
按照实际工程经验山区公路此指标比较容易满足。
缓和曲线最小长度
80m
3秒行程。
2.3平面线形要素的组合类型
平面线形的几何要素为直线、圆曲线和缓和曲线，这三种基本线形要素可以组合得到很多种平面线形的形式。
就公路平面线形设计而言，主要有基本型、S型、卵型、凸型、C型和复合型六种。
2.4平面设计方法
（1）平面设计的重点
公路平面设计的重点是选线和定线，在满足技术标准的前提下，路线距离短，挖方量少，土石方平衡时公路平面的主要内容。
（2）平面设计的具体步骤：
资料收集现场踏勘选线与定线校核与审核
（3）平面线形设计的基本原则包括：
①平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围境相协调；本设计地区部分地势开阔，处于平原微丘区，路线直捷顺适，在面线形三要素中直线所占比例较大。
在设计路线中间地段，地势有较大起伏，路线多弯，曲线所占比例较大。
路线与地形相适应，既是美学问题，也是经济问题和保护生态环境的问题，这一点对于该地区来说特别重要。
直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形、地物等具体条件，片面强调路线要以直线为主或以曲线为主，或人为规定三者的比例都是错误的。
②线性设计要满足行驶力学上的要求，同时视觉和心理上的要求我们也要尽量保证。
设计时尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适，计算行车速度越高，线形设计所考虑的因素越应周全。
本路线计算行车速度为60Km/h，在设计中已经考虑到平面线形与纵断面设计相适应，尽量做到了“平包竖”。
③保持平面线形的均衡与连贯，故我们要注意各线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。
在长直线尽头不能接以小半径曲线，高低标准之间要有过渡。
本设计中未曾出现长直线以及高低标准的过渡。
④避免连续急弯的线形，连续急弯的线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。
故在设计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线来避免这一现象的发生。
⑤满足平曲线长度的要求，平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整。
缓和曲线的长度不能小于该级公路对其最小长度的规定；中间圆曲线的长度也最好有大于3s的行程，当条件受限制时，可将缓和曲线在曲率相等处直接连接，此时圆曲线长度为0°路线转角过小，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。
这种倾向转角越小越显著，以致造成驾驶者枉作减速转弯的操作。
一般认为，θ≤7°应属小转角弯道。
在本设计中平曲线长度都已符合规范规定，也不存在小偏角问题。
2.5平曲线设计
本段线路的主要技术指标见表2.2
表2.2本路段主要技术指标表
序号
指标名称
规范值
序号
指标名称
规范值
1
公路等级
高速公路
8
停车视距（m）
75
2
路基宽度（m）
10
9
凸形竖曲线一般最小半径（m）
2000
3
设计行车速度（km/h）
80
10
凹形竖曲线一般最小半径（m）
1500
4
平曲线极限最小半（m）
250
11
最短坡长（m）
150
5
平曲线一般最小半径（m）
200
12
设计洪水频率
特大桥1/300
6
不设超高最小平曲线半径（m）
1500
其他1/100
7
最大纵坡（％）
6
13
汽车荷载等级
高速公路
根据本段路线所处路段，综合全路段的路线走向及线形要求，本路段共有六个交点。
平曲线要素计算：
取JD1作为算例，具体计算如下：
图2-1
JD1处：
取圆曲线半径R=300m，缓和曲线长度确定如下：
，
，取
因此曲线的几何要素为：
偏角α＝63°25′43″，半径R＝300m，
切线长
曲线长
外矢距
校正数
其中
，
，
主点桩号计算如下：
JD1桩号为K50+370.842，
直缓点桩号：
ZH=JD1-347.6=K50+23.242
缓圆点桩号：
HY=ZH+200=K50+223.242
曲中点桩号：
QZ=ZH+644.2/2=K50+322.1
圆缓点桩号：
YH=HZ-200=K50+467.442
缓直点桩号：
HZ=ZH+644.2=K50+667.442
以此方法计算
、
、
，具体结果见设计图纸《直线、曲线及转角表》。
2.6纵坡设计
2.6.1纵坡设计的一般要求
（1）在短距离内应避免线形起伏，易使纵断面线形发生中断，视觉不良；
（2）避免“凹陷”路段，若线形发生凹陷出现隐蔽路段，使驾驶员视觉不适，产生莫测感，影响行车速度和安全；
（3）在较大的连续上坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部的纵坡宜放缓些；
（4）纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径；
（5）纵断面线形设计应注意与平面线形的关系，汽车专用公路应设计平、纵面配合良好协调的立体线形；
（6）纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；
（7）纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，接生土石方量，降低工程造价；
纵坡设计时，还应结合我过情况，适当照顾当地民间运输工具，农业机械、农田水利等方面的要求。
2.6.2坡度限制
（1）最少坡长
各级公路的路堑以及其他横向排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，规定采用不小于0.3%的纵坡。
当必须设计平坡（0.0%）或小于0.3%的坡度时，其边沟应做纵向排水设计。
本设计中最少坡长为0.81%，完全符合规范。
（2）最大坡长
汽车沿纵坡向上行驶时，升坡阻力及其他阻力增加,必然导致行车速度降低。
一般坡度越大，车速降低越大，这样在较长的陡坡上，将出现发动机水箱开锅、气阻、熄火等现象，导致行车条件恶化等现象，为避免此类现象的发生标准规定二级公路的最大坡长不能超过6%。
本设计中最大坡长为1.58%，完全符合规范。
2.6.3坡长限制
在纵坡设计中，坡长过短会使得变坡点增多，形成”锯齿形”的路段，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减小公路的使用寿命。
同时如果汽车沿长距离的陡坡上坡时，因需长时间低挡行驶，易引起发动机效率降低。
故为了使汽车能在安全、舒适中进行行驶《公路工程技术标准》规定坡长限制见表2.3。
表2.3坡长限制表
设计速度（km/h）
120
100
80
60
最小坡长（m）
300
250
200
150
长坡长（m）
1200
1000
800
500
2.7纵断面设计
沿着道路中线竖直剖开然后展开即为道路纵断面，它反映了道路中线地面高低起伏的情况及设计路线的纵向坡度情况，从而可以看出纵向土石方工程的挖填情况。
把道路的纵断面图与平面图结合起来，就能完整的表达出道路的空间位置。
2.7.1纵坡设计的方法和步骤
（1）准备工作
纵坡设计前，应先根据中桩和水准记录点，绘出路线纵断面图的地面线绘出平面直线，曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料，并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。
（2）标注纵断面控制点
纵面控制点主要有路线起终点，重要桥梁及特殊涵洞，隧道的控制标高，路线交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。
（3）试坡
试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术和标准，选线意图，考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。
试坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。
前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。
以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线，然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线，将其延长交出变坡点初步位置。
（4）调坡
调坡主要根据以下两方面进行：
⑴结合选线意图。
将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。
若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；⑵对照技术标准。
详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。
调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。
调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。
（5）根据横断面图核对纵坡线
核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。
如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。
（6）确定纵坡线
经调整核对后，即可确定纵坡线。
所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确定下来。
坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一。
变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整10桩位上。
变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。
设计纵坡时还应注意以下几点：
（1）在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。
（2）平竖曲线重合时。
要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当，尽量避免不良组合情况。
（3）大中桥上不宜设置竖曲线。
如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不宜突变。
（4）小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。
（5）注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。
（6）纵坡设计时，如受控制
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