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课设设计说明书

某地区新建二级公路

设计计算说明书

姓名：

侯聚松

单位：

福州大学土木工程学院

日期：

2012年1月6日

目录

目录-1-

第一章设计总说明-3-

1.1概述-3-

1.2主要技术标准-3-

1.3采用的设计规范-4-

1.4路线设计原则-4-

1.5道路平面设计-4-

1.6道路纵断面设计-5-

1.6.1纵断面设计过程-5-

1.6.2纵断面设计的一般原则-6-

1.7道路横断面设计-6-

1.8路基设计-7-

1.8.1边坡设计-7-

1.8.2涵洞设计-7-

1.8.4挡土墙设计-8-

1.9土石方调配-8-

第二章平面设计-9-

2.1平面选线和定线-9-

2.2路线技术指标控制-9-

2.3直线、曲线、转角设计-10-

第三章纵断面设计-14-

3.1设计原则-14-

3.2拉坡-14-

3.3计算直坡段设计高程-14-

3.4竖曲线要素计算-15-

3.5计算设计高程-16-

第四章横断面设计-20-

4.1设计参数的确定-20-

4.2超高与加宽设计-21-

4.2.1圆曲线上超高值计算-21-

4.2.2过渡段上超高值计算-21-

第一章设计总说明

1.1概述

1．工程名称：

某地区新建二级公路路线设计

2．工程背景、目的：

该地区位于东南沿海，属山岭重丘区，有着丰富的农产品资源和石材资源，但由于该地区相对落后的交通阻碍了该地区的经济发展。

为解决交通落后这一瓶颈效应，加速发展该地区经济发展，发挥该地区资源优势，提高当地人民群众生活水平，现当地政府结合实际情况决定新建该二级公路项目。

由于该公路为二级公路，主要服务于公路沿线区域经济、社会发展，能够完善该地区路网功能，改善当地的交通环境，服务当地区域经济的发展，尤其是对当地的农业和建材业的的高速发展提供了强有力的支撑，是一项很有意义的利民、便民、为民办实事的工程，但作为二级公路，其投资并不高，这就对设计的可行性、经济性、实用性提出了更高的要求，因此在设计过程中我们必须认真领悟项目的性质、特点，认真分析道路沿线地形、地质、水文气象、城乡规划、农田水利建设、劳动力、材料供应情况，以及环境保护等各方面因素，通过综合分析比选，最终确定项目。

3．工程概况：

本方案设计起点桩号K0+000，坐标为：

X=906127.528，Y=486244.600；设计终点桩号为K4+705.068，坐标为：

X=903986.200，Y=482489.600。

路线全长4705.068m，6道涵洞。

4．工程特点：

本路线建设应尽可能地避免引起沿线居民生产、生活的需要。

合理设置桥、涵构造物，形成完整的线型，尽可能减少居民迁移，避免破坏原有农田、水利系统而产生各种污染等。

因此，在设计的各个阶段都将社会环境、自然环境保护放在重要位置，选线时尽量避开房屋以减少拆迁，合理设置构造物以最大限度的满足水综合系统，力求将对沿线社会人文环境的负面影响降至最小。

1.2主要技术标准

本次设计一律执行《公路工程技术标准》JTGB01-2003。

公路等级：

二级公路

设计速度：

60km/h

圆曲线极限最小半径：

125m

圆曲线一般最小径：

200m

圆曲线不设超高最小半径：

1500m

圆曲线不设加宽值最小半径：

250m

最大纵坡:

6%

路基宽度:

10m

路面宽度:

7m

小桥和涵洞：

与路基同宽

设计荷载:

公路Ⅱ级

1.3采用的设计规范

1）《公路工程技术标准》JTGB01-2003

2）《公路路线设计规范》JTGD20-2006

3）《公路沥青路面设计规范》JTGD50-2006

4）《公路水泥混凝土路面设计规范》JTGD40-2002

5）《公路路基设计规范》JTGD30-2004

6）《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004

7）其它国家相关规范和地方相关规范等

1.4路线设计原则

1）平面线形应流畅顺适，利于安全行车，与地形和周围环境相协调。

2）在经济条件许可的情况下，设计尽可能采用较高的技术指标，还要综合考虑工程造价、施工技术条件、地质气候、材料来源等其它影响因素。

3）处理好道路与农业、城镇、居民的关系，要努力做到“近村不进村，利民不扰民”。

注意与农业基本建设的配合，做到少占田地并尽量不要占高产田地和经济作物田地，注意与农田水利设施、当地土地规划良好结合。

4）充分重视水文地质条件。

不良地质地貌对路基的稳定性影响较大，同时对特殊地质的处理将增加工程费用，应尽量绕避滑坡、崩塌、岩堆、泥石流等不良地质，必须穿越时应选择合理的位置缩小穿越范围，并采取相应的处理措施。

5）重视环境保护和生态保护，加强环境保护工作，重视生态平衡。

1.5道路平面设计

路线线形设计以《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》为依据，按60km/h二级公路的标准来进行设计，路线设计应根据道路等级及其使用任务和功能，在符合规范要求的前提下合理利用地形，力求保证线形的美观流畅，安全顺适，路线设计当中尤其要对公路的平、纵、横三个方面进行综合设计，以保证路线的整体性和协调性，做到平面顺适、纵坡均衡、横断面合理，并且应当考虑车辆行驶时的安全性、舒适性以及驾驶员的视觉和心理反应，并注意与当地环境和自然景观相协调。

在平曲线设计时，在实际条件允许的情况下尽可能的选用较大的圆曲线半径，力求线形的高标准，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。

圆曲线的最小长度一般要有3s行程，以便于驾驶操作确保行车安全舒适。

本方案在确保满足曲线间直线最小长度的前提下，尽可能的选用较大的圆曲线半径，所有交点处的圆曲线半径都大于《规范》中所规定的圆曲线一般最小半径值，完全满足规范要求。

在经过精心设计之后，本设计的所有缓和曲线的回旋线参数A值和于之连接的圆曲线半径R的关系为R/3

本方案特点：

1、线形美观舒顺，能很好的于地形相协调。

2、线形标准较高，确保了行车安全性。

3、平、纵、横三个方面进行综合设计。

1.6道路纵断面设计

丘陵地区二级公路的最大纵坡规定为6%，在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，为了保证排水，防止水渗入路基而影响路基的稳定性，应设置不小于0.5%的纵坡。

1.6.1纵断面设计过程

1）拉坡前的准备工作。

首先在纵断面图上点绘出每个中桩的位置、平曲线示意图，写出每个中桩的地面标高，并绘出地面线。

2）标注控制点位置。

路线起、讫点的接线标高，地质不良地段的最小填土高度和最大挖方深度，路线交叉点，以及其他路线高程必须通过的控制点位等，都应作为纵断面设计的控制依据。

3）试坡。

根据技术标准、选线意图，结合地面起伏情况，以“控制点”为依据，在这些点位间进行穿插和裁弯取直，试定出若干坡度线。

对各种方案进行反复比较，最后选出最优方案。

4）调整。

试定纵坡后，首先将所定的坡度与选线时考虑的坡度进行比较，两者应基本符合。

5）核对。

根据调整后的坡度线，选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖、陡峭山坡路段路基、挡土墙等断面，在纵断面图上直接读出对应中桩的填（挖）高度。

然后按该填（挖）值用“模板”在横断面图上“戴帽子”，检查是否有填挖过大、坡脚落空或挡土墙工程过大等情况。

若发现有问题，应及时调整纵坡。

6）定坡。

纵坡设计在经调整核对无误后即可定坡，逐段把坡度线的坡度值、变坡点位置和高程确定下来。

将变坡点的位置调整到10m整桩位上。

1.6.2纵断面设计的一般原则

1.应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、坡段最小长度、竖曲线最小半径及竖曲线最小长度等）。

本设计中所采用的最大纵坡为3.50%，最小纵坡为0.98%，最大坡长为860m，最小坡长为260m，竖曲线最小半径为3000m，均符合规范要求。

2.纵坡应均匀平顺。

纵坡尽量平缓，起伏不宜过大和频繁；变坡点尽量设置大半径竖曲线，尽量避免极限纵坡值；缓和坡段配合地形布设；垭口处纵坡尽量放缓。

3.设计标高的确定应结合沿线自然条件，如地形、土壤、水文、气候等因素综合考虑；稻田低湿路段还应有最小填土高度的保证。

4.纵断面设计应与平面线形和周围地形景观相协调，应考虑人体视觉心理上的要求，按照平竖曲线相协调及半径的均衡来确定纵面的设计线。

5.应争取填挖平衡，尽量移挖作填，以节省土石方量，降低工程造价。

6.依路线的性质要求，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。

综合考虑上述纵断面设计的各项原则，本设计经过多种方案比选论证，择取最优方案，最终取得了较好的纵断面线形，所选方案纵坡平缓，并符合各项技术指标。

1.7道路横断面设计

在设计路线内，每20m设计一个横断面，在地形图上读出各桩号的横断面地面高程,并绘制横断面地面线，具体设计见路线横断面图。

1、护栏设计

对于填土高度大于6m的路堤以及平曲线路段填土高度较大的路堤,其路基宽度左右各加宽0.5m,并设置0.8m高的防撞护栏。

2、平曲线超高、加宽设计

对于R>250m的圆曲线，由于其加宽值甚小，可以不加宽，故本设计在JD1和JD2处平曲线应进行加宽设计。

超高过渡方式：

本工程为新建工程，采用绕内侧车道边缘旋转的超高过渡方式。

先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边线旋转，直至超高横坡度。

3、行车视距的保证

行车视距是否充分，直接关系到行车的安全与迅速，它是道路使用质量的重要指标之一。

在道路平面上的暗弯（处于挖方路段的曲线和内侧有障碍物的曲线）、纵断面上的凸形竖曲线以及下穿式立体交叉的凹形竖曲线上都有可能存在视距不足的问题。

本设计在选线、平面设计、纵断面设计等过程中均考虑了行车视距的因素，避免了各种可能出现行车视距不满足的情况，使行车视距得到了保证。

4、路基设计表

结合纵断面设计资料，按设计标高，在路基设计表上逐桩进行计算，完成路基设计表。

1.8路基设计

1.8.1边坡设计

填方路基边坡，高度在8米以内，填土边坡为1:

1.5，高度大于8米时设1米宽护坡道，然后按填土边坡1:

1.75、填石边坡1:

1.3放坡。

挖方路基边坡，挖土深度在8米以内为1:

0.5，挖土深度超过6米时，每6米设一宽度为1米的平台，上边坡为1:

0.75，下边坡为1:

0.5，在地质较好的开挖边坡的下边坡可采用1:

0.3。

在地面自然坡度陡于1:

5的斜坡上修筑路堤时，路堤基底应挖台阶，台阶宽度应不小于1米。

1.8.2涵洞设计

在跨越排水沟槽处、通过农田排灌渠道处、平原区路线通过较长的低洼或泥沼地带、傍山或沿溪路线暴雨时径流易集中地带以及边沟排水需要时，均应设置涵洞。

涵洞位置和方向的布设，宜与水流方向一致。

涵洞间距不宜小于50m，涵洞的设置应综合考虑施工、养护、维修的要求，降低建设和养护费用。

由于本路线经过较多农田地区，在设置排灌涵洞时，需考虑抢洪蓄水、集中轮灌、输砂洗碱和岁修清淤的特点，不宜压缩渠道断面和任意改变排灌水位，所以优先选用盖板涵洞，并且采用单孔涵洞跨越原有渠道，这样可减少积水高度。

表1-1涵洞类型与尺寸布置

桩号

尺寸（m）

涵洞类型

K0+325

1-1.4×1.4

钢筋混凝土盖板涵

K1+860

1-1.4×1.2

钢筋混凝土盖板涵

K2+080

1-2.2×1.9

钢筋混凝土盖板涵

K2+640

1-1.4×1.6

钢筋混凝土盖板涵

K2+810

1-1.4×1.8

钢筋混凝土圆管涵

K4+100

1-1.4×1.2

钢筋混凝土圆管涵

1.8.4挡土墙设计

本设计中路堑在穿越山体的局部路段挖深较大，最大挖深接近15m，但由于是开挖山体，该路段为较稳定的岩质边坡，故不设路堑挡墙。

挡土墙尺寸参考挡土墙设计细则初拟，按规定进行挡墙验算，并画出挡墙设计图，本例分别计算了路肩衡重式挡土墙（6m）以及路肩仰斜式挡土墙（10m），具体计算和挡墙布置祥见挡土墙计算及挡土墙设计图。

1.9土石方调配

1、调配的原则

1）在半填半挖断面中，应首先考虑在本段内移挖作填进行横向平衡，然后再做纵向调配，以减少总的运输量。

2）路基填方如需向外借土，应结合地形、农田灌溉等情况选择借方地点。

3）综合考虑施工方法、运输条件、施工机械化程度和地形情况,选用合理的经济运距。

4）对于土方和石方应根据工程需要分别进行调配，以保证路基稳定。

5）土方调配移挖作填固然要考虑经济运距的问题，但这不是唯一的因素，还要考虑弃方或借方占地及其对农业的影响。

2、调配方式

首先进行横向调配，满足本桩号利用的需要，然后计算挖余和填缺的数量。

根据挖余和填缺的分布情况，可以大致看出调运的方向和数量，结合路线的情况和经济运距对土方进行纵向调配，填方若有不足或挖余未尽利用，再选择废方或借土的合适地点，确定借方或废方数量。

土石方调配的结果见“路基土石方数量表”。

第二章平面设计

一般所说的路线，是指道路中线的空间位置。

路线在水平面上的投影称作路线的平面。

沿中线竖直剖切再行展开则是路线的纵断面。

中线上任意一点法向切面是道路在该点的横断面。

路线的平面设计、纵断面设计和横断面设计三者是相互关联的，既分别进行，又综合考虑。

本节主要讨论路线的平面设计。

2.1平面选线和定线

选线和定线，就是根据公路的性质、任务、等级和标准，在路线起点、终点间，结合地形、地质、地物及其他沿线条件，综合平、纵、横三方面因素，以功能齐备、经济可行、安全可靠、环境优美这设计原则，在实地或纸上选定道路中线位置，然后进行有关测量和设计工作。

本方案设计起点桩号K0+000，坐标为：

X=906127.528，Y=486244.600；设计终点桩号为K4+705.068，坐标为：

X=903986.200，Y=482489.600。

路线全长4705.068m，全线设有一座预应力混凝土简支梁桥（12X30,K4+520～K4+880）、12道涵洞。

表2-1平面上各点的坐标

交点号

交点坐标

N

E

BP

906127.528

486244.600

JD1

905715.916

485927.928

JD2

905699.399

485634.068

JD3

905228.657

485271.636

JD4

905258.317

484707.093

JD5

904953.954

484353.892

JD6

905013.814

483872.618

JD7

904778.134

483551.552

JD8

904835.836

483060.120

EP

903986.200

482489.600

2.2路线技术指标控制

直线最大长度以不超过1.2km为宜。

设计速度大于或等于60km/h时，同向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度的的6倍为宜，即360m；反向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度的2倍为宜，即120m。

表2-2规范规定的圆曲线最小半径

设计速度（km/h）

60

一般值（m）

200

极限值（m）

125

不设超高

最小半径（m）

路拱

1500

路拱

1900

圆曲线的最大半径值一般不应超过10000m。

2.3直线、曲线、转角设计

起点坐标QD（906127.528,486244.600）,第一个交点坐JD1（905715.916,485927.928），则坐标增量：

DX=905715.916-906127.528=-411.612m

DY=485927.928-486244.600=-316.672m

交点间距：

S=

=

=519.332m

象限角：

37°34′22″

DX<0，DY<0,所以方位角A=180°+θ=217°34′22″

转角αi=Ai-Ai-1（αi为“+”路线右转，αi为“-”路线左转）

同理计算其余各路线转角、交点间距，其值列于下表：

表2-3各路线转角、交点间距汇总表

交点号

交点坐标

坐标增量

交点间距（m）

象限角θ（°）

方位角Ai（°）

转角αi（°）

X

Y

Dxi

Dyi

BP

906127.53

486244.60

JD1

905715.92

485927.93

-411.6

-316.7

519.3

37°34′22″

217°34′22″

49°12′37″

JD2

905699.40

485634.07

-16.5

-293.9

294.3

86°46′59″

266°46′59″

-49°11′23″

JD3

905228.66

485271.64

-470.7

-362.4

594.1

37°35′36″

217°35′36″

55°24′51″

JD4

905258.32

484707.09

29.7

-564.5

565.3

86°59′33″

273°00′27″

-43°45′35″

JD5

904953.95

484353.89

-304.4

-353.2

466.2

49°14′51″

229°14′51″

47°50′32″

JD6

905013.81

483872.62

59.9

-481.3

485.0

82°54′36″

277°05′24″

-43°22′14″

JD7

904778.13

483551.55

-235.7

-321.1

398.3

53°43′09″

233°43′09″

42°58′39″

JD8

904835.84

483060.12

57.7

-491.4

494.8

83°18′12″

276°41′48″

-62°48′57″

EP

903986.20

482489.60

-849.6

-570.5

1023.4

33°52′51″

213°52′51″

计算平曲线要素，其基本图式如下：

图2-1JD1计算图示

其中：

——路线转角L——曲线长（m）T——切线长（m）

E——外矩（m）J——校正数（m）R——曲线半径（m）

——缓和曲线长（m）

计算JD1处的平曲线要素，取圆曲线半径R=255m，缓和曲线长度Ls=60m,则：

29.986m

0.588m

平曲线起点（ZH点）桩号：

519.322-147.031=K0+372.301

平曲线HY点桩号：

（K0+372.301）+60=K0+432.301

曲线中点（QZ点）桩号：

（K0+372.301）+0.5×279.051=K0+511.808

平曲线YH点桩号：

（K0+432.301）+279.051-2×60=K0+591.315

平曲线终点（HZ点）桩号：

（K0+591.315）+60=K0+651.315

同理计算出其余各平曲线要素值，其值列于下表：

表2-4平曲线要素表1

参数

交点

转角值α（°）

半径R（m）

缓和曲线长度Ls（m）

q

p

JD1

49°12′37″

255

60

29.986

0.588

JD2

-49°11′23″

255

60

29.986

0.588

JD3

55°24′51″

300

65

32.487

0.587

JD4

-43°45′35″

300

65

32.487

0.587

JD5

47°50′32″

300

65

32.487

0.587

JD6

-43°22′14″

250

60

29.986

0.600

JD7

42°58′39″

250

60

29.986

0.600

JD8

-62°48′57″

250

60

29.986

0.600

表2-5平曲线要素表2

参数

交点

β0（°）

切线长度T（m）

曲线长度L（m）

外距E（m）

校正值J（m）

JD1

6.741

147.031

279.015

26.113

15.048

JD2

6.741

146.976

278.923

26.090

15.028

JD3

6.207

190.346

355.148

39.517

25.544

JD4

6.207

153.200

294.126

23.919

12.274

JD5

6.207

165.822

315.502

28.832

16.142

JD6

6.875

129.637

249.240

19.686

10.034

JD7

6.875

128.643

247.525

19.320

9.760

JD8

6.875

183.000

334.086

43.622

31.914

表2-6平曲线要素表3

交点号

交点间距（m）

曲线位置（桩号）

交点桩号（m）

ZH

HY

QZ

YH

HZ

BP

519.332

K0+000.000

JD1

K0+372.301

K0+432.301

K0+511.808

K0+591.315

K0+651.315

K0+519.332

294.324

JD2

K0+651.633

K0+711.633

K0+791.094

K0+870.556

K0+930.556

K0+798.608

594.100

JD3

K1+187.334

K1+252.334

K1+364.908

K1+477.482

K1+542.482

K1+377.680

565.322

JD4

K1+764.257

K1+829.257

K1+911.320

K1+993.383

K2+058.383

K1+917.457

466.249

JD5

K2+205.610

K2+270.610

K2+363.361

K2+456.112

K2+521.112

K2+371.432

484.982

JD6

K2+710.636

K2+770.636

K2+835.256

K2+899.876

K2+959.876

K2+840.273

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JD7

K3+099.878

K3+159.878

K3+223.641

K3+287.403

K3+347.403

K3+228.521

494.808

JD8

K3+530.568

K3+590.568

K3+697.611

K3+804.654

K3+864.654

K3+713.568

1023.413

EP

K4+705.068

第三