毕业设计海南中线A 段公路施工图设计说明书剖析.docx
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毕业设计海南中线A段公路施工图设计说明书剖析
设计总说明
第1章路线概况
1.1设计原始资料
1、地形图：
比例1：
2000
2、交通量：
交通量年增长率8%，预计通车初年的交通量如下
车型
交通量（辆／昼夜）
车型
交通量（辆／昼夜）
车型
交通量（辆／昼夜）
黄海DD690
3000
黄河JN150
2000
宇通ZK6820G
1000
东风CS938
1800
平板车
10
1.2可行性研究
1.2.1沿线地质水文及气候情况
路线所在地区位于海南省中部，属热带季风气候。
春季温暖少雨多旱，夏季高温多雨，秋季多台风暴雨。
年平均日照时数2000小时以上，长年无霜没有冬天，多年平均气温23.8～23.90C，历年平均最高气温29.1～30.20C，极端最低气温1.1～2.80C。
年平均降水量1664mm,有明显的多雨季和少雨季，每年的5～10月份是多雨季，总降水量达1500毫米左右，占全年总降水量的70～90；每年11月至翌年4月为少雨季节，仅占全年降水量的10～30%，少雨季节干旱常常发生。
海南岛四周低平，中间高耸，以五指山、鹦哥岭为隆起核心，向外围逐级下降。
山地、丘陵、台地、平原构成环形层状地貌，梯级结构明显。
路线所在区主要地貌单元为玄武岩台地地貌区，南渡江冲积平原地貌区、河道及漫滩地貌亚区、构造剥蚀丘岗地貌区。
地表0-1m为粘土，1-2.5m为砾石土，以下为火山玄武岩。
区内最大的河流是南渡江，是海南第一大河。
1.2.2设计任务、内容
1.完成在指定的起、终点之间（约３公里）的新建（改建）公路设计，设计阶段为一阶段施工图设计，要求按公路等级一级、设计车速100km/h进行设计，双向四车道。
设计文件必须符合现行有关设计标准与规范的规定。
2．毕业设计内容包括：
公路平面设计、纵断面设计、横断面设计、公路排水及防护设计、路基及路面设计、桥梁涵洞设计、中英文摘要等。
3．首先用纸上定线的方法确定道路走向并进行线形设计和曲线要素的计算，得到平面设计图。
4．根据地面线高程及技术标准的要求进行纵断面设计，即纵断面拉坡、平纵线形组合设计、竖曲线设计及曲线要素计算，设计高程和填挖计算、纵断面绘制等。
5．根据地形图进行路线横断面设计和路基设计，填写路基设计表、土石方调配计算表。
6．进行路基防护与加固、路基路面排水设施设计和小桥涵设计（只确定涵洞的类型、孔径及长度，不进行详细计算）。
7．根据交通量和设计弯沉值进行路面结构层的组合设计及厚度确定。
1.2.3设计依据
根据批准的设计任务书、地质勘测报告、国家关于公路设计施工的《规范》、《规程》、《标准》等；如：
1）《公路路线设计规范》（JTJ011—2006）
2）《公路沥青路面设计规范》（JTGD50－2006）
3）《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40－2004）
4）《公路排水设计规范》（JTJ018－1997）
5）《公路路面基层施工技术规范》（JTJ034－2000）
6）《公路自然区划标准》（JTJ001－1986）
7）《公路路基设计规范》（JTGD30－2004）
8）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）
9）《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）
10）《公路路基施工技术规范》（JTJ033-1995）
1.2.4确定线路技术标准
根据《标准》确定该道路为四车道一级公路，设计车速为100km/h。
其在平原区主要技术指标如下：
（1）服务水平
一级公路设计采用的服务水平为二级。
作为集散公路时,可采用三级服务水平设计。
（2）建筑限界
路基宽度：
24.5m
行车道宽度：
3.75m
设计行车速度：
100km/h
圆曲线：
一般最小半径：
700m
极限最小半径：
400m
缓和曲线最小长度：
85m
竖曲线最小长度：
85m
凸形竖曲线：
一般最小半径：
10000m
极限最小半径：
6500m
凹形竖曲线：
一般最小半径：
4500m
最小半径：
3000m
停车视距：
160m
超车视距：
550m
最大纵坡：
4%
路面类型：
沥青混凝土
（3）路线
一级公路路基宽度24.5m，行车道宽度为3.75m。
一级公路整体式断面必须设置中间带，中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成。
第2章路线方案比选与定线
2.1选线原则
公路选线就是根据路线的基本走向和技术标准的要求，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公路中心线的工作。
选线的目的，就是根据国家建设发展的需要，结合自然条件，选定合理的路线，使筑路费用与使用质量达到统一，且行车迅速安全、经济舒适、构造物稳定耐久及易于养护的目的。
2.1.1平原微丘地区选线
选线时，首先在路线的起、终点间，把经过的城镇、厂矿、农场及风景文物点作为大的控制点；在控制点间，通过实地视察根据地形条件和水文条件进一步选择中间控制点，一般较大的建筑群、水电设施、跨河桥位、洪水泛滥线以外及其必须绕越的障碍物均可作为中间控制点；在中间控制点之间，如果没有充分的理由，一般不再设置转角点。
在安排平面线形时，既要使路线短捷顺直、又要注意避免过长的直线，可能条件下争取采用转角适当、半径较大的长缓的平曲线线形。
综合平原区自然和路线特征、布线时应着重考虑以下几点；
（1）正确处理好路线与农业的关系
修建公路时占地是难以避免的，解决好路线与农田规划、农业灌溉水利设施的关系，是平原区选线时的关键问题。
布设路线时，要注意既不片面要求路线顺直而占用大面积的良田；也不片面要求少占耕地而降低线形标准，甚至恶化行车条件。
再者，应解决好路线与农田水利设施的关系。
使路线的布置尽可能地与农业灌溉系统相配合，少占良田，不占高产田。
除较高等级的公路外，一般不要破坏灌溉系统，布线要注意尽量与干渠相平行，减少路线与渠道的相交次数，最好把路线布置在渠道的上方非灌溉区一侧或者是渠道的尾部。
注意筑路与造田、护田相结合。
在可能条件下，布线要有利于造田、护田、以支援农业。
路线通过河曲地带，当水文条件许可时，可考虑路线直穿，裁弯取直，改移河道，缩短路线，改善线形。
（2）处理好路线和桥位的关系
大、中桥位往往是路线的控制点，应在服从路线总方向的原则下，路、桥综合考虑，选择有利的桥位，布设路线。
既要防止只考虑路线顺直、不顾桥位条件，增加桥跨的难度；又要防止片面强调桥位，使路线绕线过长，标准过低。
一般情况下，桥位中线应尽可能与洪水主流流向正交，桥梁和引道都在直线上。
桥位应选在水文地质、跨河条件较好的河段。
小桥涵位置原则上应服从路线走向，但遇到斜交过大（夹角小于45º时）或河沟过于弯曲时，可考虑采取改沟或改移路线的办法，调整交角，布线时应比较确定。
（3）理好路线与城镇居民点的关系
平原区有较多的城镇、村庄、工业设施等，路线布设应正确处理好路线与它们的关系。
国防公路与高等级的干道，应采取绕避的方式远离城镇，必要时还应考虑采用支线联系。
较高等级的公路应尽量避免直穿城镇、工矿区和居民密集区，以减少相互干扰。
但考虑到公路对这些地区的服务性能，路线又不宜相离太远，往往从城镇的边缘经过。
做到近村而不进村，利民而不扰民，既方便运输、又保证交通安全。
这种路线布线时，要注意与城镇等的规划相结合。
公路等级较低时，应考虑县、区、村的沟通，经地方同意可穿越城镇，但要注意有足够的视距和必要的公路宽度以及必要的交通设施，以保证行人和行车的安全。
（4）注意土壤、水文条件
平原区的水位条件较差，取土较为困难。
为了保证路基的稳定性和节约用土，在低洼地区，应尽可能沿接近分水岭的地势较高处布线，以使路基具有较好的水文条件；在排水不良的地带布线时，要注意保证路基最小填土高度；路线要尽量避开较大的湖塘、水库、泥沼等，不得已时应选择最窄、最浅和基底坡面较平缓的地方通过，并采取措施保证路基稳定。
（5）注意利用老路，并与铁路、航道及已有公路运输相配合。
在平原区路线布设时，若有老路与新布路线相距较近、而且走向一致时，在条件许可时，应尽量地将其改造后加以利用，以减少耕地的占用和提高路基的稳定性。
（6）注意就地取材和利用工业废料。
修建公路需要消耗大量的筑路材料，为节省工程造价，应充分利用当地的材料，特别是地方上的工业废料。
2.2方案比选
方案比较是选线中确定路线总体布局的有效方法，在可能布局的多种方案中，通过方案比较和取舍，选择技术合理、费用经济、切实可行的最优方案。
路线方案的取舍是路线设计中的重要问题，方案是否合理，不仅关系到公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线在公路网中的作用，直接关系到是否满足国家政治、经济及国防的要求和长远利益。
根据方案比较的深度上的不同，可分为原则性方案比较和详细的方案比较两种。
路线设计是确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作，主要分为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计，三者应既分开考虑又注意综合。
根据此路所处地区的自然地理环境、社会经济和技术条件，确定经过路线方案的比选设计出一条符合一定技术标准，满足行车要求，工程量最少最节省费用的路线。
综合考虑该地区自然条件、技术标准、工程投资等因素，初步拟定了两个方案：
方案一：
从点（203514.5635,189399.0293）开始，到达点（201518.446,187083.835），线路总长为2997.62m。
该线路大部分路段高差相对较小，故最大填挖方量相对较小，但该线路有两处穿越居民住宅区，拆迁工程大，费用较高；该路线通过两个小山丘，穿过两条低级公路，不利于施工和工程进度的控制，给施工带来巨大的难题,全线路设三个交点。
方案二：
从点（203514.5635,189399.0293）开始，到达点（201518.446,187083.835），线路总长为3282.62m。
该线路前半部分和后半部分所经区域大多为果园或旱地，中间部分为微丘区，全线路线高差在20米左右，土石方工程量小，利于工程进度的控制和提高施工效率；且该线两边地势较平坦，利于机械设备的操作,全线路三个交点。
方案优缺点对比图见下表
方案一
方案二
优
缺
点
优点：
1.避开了农田，前期基础处理避免了大量的挖淤换填。
2.路线线性指标高，行车舒适。
优点：
1.地势平坦，线性走向好，利于施工。
2.机械设备操作方便，工程进度快。
缺点：
1.通过了居住区，拆迁量大，造价高。
前期衔接工作不好做。
2.部分路段施工困难，大挖大填现象明显。
缺点：
1.占用部分农田、果园，部分路段需设挡土墙。
2.平面线形指标相对稍低，但能满足规范要求。
一级公路属于高等级公路，投资比较大，对所经过地区的经济起重要作用，所以在修建过程中应综合考虑沿线地带的自然地理特征，设计要特别注意线形设计，使之在视觉上能诱导视线，保持线形的连续性，让司机和乘客在生理和心理上有安全感和舒适感，同时考虑到经济因素，尽量使工程量最小，造价最低。
综合考虑：
1）从景观、行车视觉上看，方案二和方案一大致相当；
2）从路线平面指标上看，方案一稍好;
3）从规模及施工难度上看，方案二较好;
4）从工程量以及工程造价上看，方案二较好。
综合考虑以上各种因素,最终选择方案二作为最终设计方案。
第3章平面设计
3.1平面线形设计的基本要求
（1）平面线形应直捷,连续,顺适,并与地形,地物相适应,与周围环境相协调；
（2）除满足汽车行驶力学上的基本要求外,还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求；
（3）保持平面线形的均衡与连贯；
长直线尽头不能接以小半径曲线。
高,低标准之间要有过渡。
（4）应避免连续急弯的线形；
（5）平曲线应有足够的长度。
3.2路线平面设计说明
1.圆曲线
（1）直线最大长度
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）规定直线的长度不宜过长。
受地形条件或其他特殊情况限制而采用长直线时，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施。
因此本设计平面直线并无最大长度限制，只是考虑结合实际情况考虑。
（2）直线的最小长度
考虑到线形的连续和驾驶的方便，相邻两曲线之间应有一定的直线长度。
同向曲线间的最短直线长度以不小于6V为宜，反向曲线间的最短直线长应以不小于2V为宜。
本设计设计车速为80km/h，所以同向曲线间的最短直线长度不小于480m，反向曲线间的最短直线长不小于160m。
（3）曲线的最小半径
圆曲线最小半径是以汽车在曲线上能安全而又顺适地行驶为条件确定的。
圆曲线最小半径的实质是汽车行驶在曲线部分时，所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限。
根据《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）得到设计圆曲线半径最小值见表2-1所示。
表2-1圆曲线半径表
设计车速（km/h）
100
一般最小半径（m）
700
极限最小半径（m）
400
不设超高
最小半径（m）
路拱≤
4000
路拱
5250
（4）曲线的最大半径
根据实践经验，驾驶者在大半径曲线上行驶，方向盘几乎与直线上一样无须调整。
当圆曲线半径大于9000m时，视线集中的300～600m范围内的视觉效果同直线没有区别，因此圆曲线半径不宜超过10000m。
本设计圆曲线半径选择说明：
处路线转角为53°28′45.1（Y）″，R=1000m。
路线转角为14°17′20.1″（Z），R=1000m；JD3处路线转角为18°19′54.1″，R=1000m。
（5）弯道的超高和加宽
为了满足路线的线形要求，平、纵、横三方面的协调，同时也为了满足行车的舒适性、安全性，要做好路线弯道的超高与加宽设计。
《公路工程技术标准》（JTGB01－2004）可知：
在路拱≤2.0%时，半径小于4000米时，要设超高。
当半径小于等于400米时，要设加宽。
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）规定，各圆曲线所设置的超高值应根据设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件计算确定。
计算行车速度为100km/h时，不设缓和曲线的圆曲线最小为半径4000m。
《规定》规定，超高横坡度按设计速度，半径大小，结合路面的类型，自然条件和车辆的组成情况确定。
一级公路的超高横坡度不超过10％。
本路段设计半径均为1000m,均设置超高不设置加宽。
2.缓和曲线
缓和曲线即在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。
缓和曲线作为道路线形中的高级曲线而被广泛采用于各级道路，尤其是高等级道路。
经过纬地计算，本段设计的缓和曲线长度均取120m。
3.3平曲线要素计算
平曲线要素计算包括：
导线间距离，导线方位角、偏角，圆曲线以及缓和曲线长、外距、切线长（本路段未设缓和曲线），交点及曲线特征点桩号等。
1.导线要素计算
设起点坐标为JD0（XJ0，YJ0），第
个交点的坐标为
（
，
），
=1，2，3……n则：
坐标增量
（2－1）
（2－2）
点间距
（2－3）
象限角
（2－4）
计算方位角A：
，
，
，
，
转角
为“+”路线右偏，
为“－”时路线左偏。
2.路线转角，交点间距，曲线要素及主点桩计算
（1）圆曲线几何要素计算如下：
计算公式：
（2－5）
（2－6）
（2—7）
（2－8）
（2－9）
（2－10）
（2－11）
式中：
T——切线长（m）；
L——曲线长（m）；
E——外距（m）；
J——校正系数或称超距（m）；
R——圆曲线半径（m）；
——转角（度）。
经软件平面规范检查结果如表2-2所示。
表2-2平曲线计算要素
交点号
交点坐标
交点桩号
转角值
曲线要素值（m）
半径
缓和曲
缓和曲
切线
曲线
外距
校正值
线长度
线参数
长度
长度
1
4
5
6
7
8
9
10
11
12
JD1
K0+889.410
53°28′45.1″（Y）
1000
120
346.41
564.109
1053.388217
120.4165938
74.83
JD2
K1+933.862
14°17′20.1″（Z）
1000
120
346.41
185.413
369.388872
8.42965608
1.437
JD3
K2+546.660
18°19′54.2″（Y）
1000
120
346.41
221.443
439.9490244
13.54148571
2.937
3.道路参数：
道路等级：
一级公路；设计车速：
100km/h
4.平面现形参数检查结果：
设计规范：
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）
直线部分：
所有直线部分满足规范要求；
圆曲线部分：
所有圆曲线单元满足规范要求；
缓和曲线部分：
所有缓和曲线单元满足规范要求；
平曲线长度部分：
所有平曲线曲线单元长度满足规范要求；
线形组合部分：
线形组合满足规范要求。
第4章纵断面设计
4.1纵断面设计目的
纵断面设计主要任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线的几何构成与要素，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客舒适的目的。
4.2纵断面设计的一般要求
为使纵坡设计经济合理，必须在全面掌握勘测资料的基础上，经过综合分析、反复比较定出设计纵坡。
纵坡设计的一般要求为：
1纵坡设计必须满足《标准》的各项规定；
2应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
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，起伏不宜过大或过于频繁。
3纵坡设计应对沿线的地形、地下管线、地质、水文、气候、排水等方面综合考虑，视具体情况妥善处理，以保证道路的稳定与畅通。
4纵坡设计应考虑填挖平衡，减少借方和废方，以降低工程造价和节省用地。
5平原微丘地区地下水埋藏较浅，池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小坡度要求外，还应满足最小填土高度的要求，以保证路基稳定。
6对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端引线等，纵坡应小些，避免产生突变。
路线交叉处前后的纵坡也应平缓一些。
7在实地调查的基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。
4.3纵坡基本参数确定
4.3.1最大纵坡最小纵坡的确定
（1）最大纵坡的确定
《标准》规定，设计速度为100km/h时，公路最大纵坡为4%。
（2）最小纵坡的确定
各级公路的路堑以及其它横向排水不畅路段，为保证排水顺利，防止水浸路基，应采用不小于0.3%的纵坡。
当必须设计平坡或小于0.3%的纵坡时，其边沟应作纵向的排水设计。
（3）最大坡长最小坡长限制
《标准》规定，各级公路设计不同纵坡时最大坡长不同。
设计速度为100km/h,纵坡坡度为3%时，最大坡长为1000m；纵坡坡度为4%时，最大坡长为800m；纵坡坡度为5%时，最大坡长为600m。
《标准》规定，设计速度为100km/h时，公路最小坡长为250m。
（4）平均纵坡
平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度之比，是为了合理运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利的行使的限制性指标。
（5）缓和坡长的要求
缓和坡长可以改善汽车连续在陡坡上行使的紧张状况，避免汽车长时间低速行驶或汽车下坡产生不安全因素。
《规范》要求,当连续的纵坡大于5%，应在期间设置不大于3%的缓和坡段，其长度不大于100m。
结合设计本路段不设缓和坡长。
4.3.2竖曲线
（1）竖曲线极限最小半径
当汽车行驶在纵坡变坡点时，为了缓和因车辆动能变化而产生的冲击和保证视距，必须插入竖曲线。
1）凹形竖曲线最小半径
对凹形竖曲线最小半径的确定主要考虑：
限制离心加速度、确保夜间行车视距和确保净空有障碍时的视距三个方面计算分析确定。
《公路路线设计规范》规定在设计速度为100km/h时，凹形竖曲线一般最小半径为4500m，极限最小半径为30000m。
2）凸形竖曲线最小半径
确定凸形竖曲线最小半径主要考虑限制失重不至于过大和保证纵面行车视距两个方面。
《公路路线设计规范》规定在设计速度为100km/h时，凸形竖曲线一般最小半径为10000m，极限最小半径65000m。
（2）一般最小半径
竖曲线极限最小半径是缓和行车冲击和保证行车视距所必须的最小值，该值只有在地形或线形受限制迫不得已时才采用。
通常在实际设计中，为了安全和舒适，应采用所列最小值的1.5～2.0倍或更大值。
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）规定在设计速度为80km/h时，凹形竖曲线和凸形竖曲线的一般最小半径分别为4500m、10000m。
本设计中，在考虑了各控制点高程和平纵配合等问题后，最终设置了3个变坡点。
（3）竖曲线的最小长度
当竖曲线坡度很小时，即使采用较大的半径，竖曲线长度也很短，这样容易使司机产生变坡很急的错觉。
同时，因竖曲线过短，汽车在其上倏然而过，乘客也会感到不适，故应限制在竖曲线上的行程时间。
因此，竖曲线的最小长度按3s行程时间计算。
即：
L（min）=V/1.2=83.3m
设计中竖曲线最小长度为135m满足规范要求。
4.4.3竖曲线要素计算
竖曲线
（2－12）
（2－13）
式中：
——变坡点相邻两纵坡坡度（％）；
——竖曲线半径（m）；
——竖曲线长度（m）；
——竖曲线切线长（m）；
——竖曲线外距（m）。
竖曲线几何要素如下：
坡差：
（2－14）
竖曲线长：
竖曲线计算要素
竖曲线
标高（m）
凸曲线半径R（m）
凹曲线半径R（m）
切线长T（m）
外距E（m）
起点桩号
终点桩号
84.17528559
10000
67.77224579
0.229653865
K0+632.228
K0+767.772
91.79728559
20000
253
1.600225
K0+817
K1+323
87.89628559
10000
112.5
0.6328125
K1+787.500
K2+012.500
101.2462856
10000
65.49988563
0.214511751
K2+584.500
K2+715.500
第5章横断面及路基设计
公路路基是路面的基础,是公路工程的重要组成部分。
路基与路面共同承受交通荷载的作用,应作为路面的支承结构物进行综合设计,它必须具有足够的强度、稳定性和耐久性。
为确保路基的强度与稳定性，使路基在外界因素作用下不致产生超过允许值的变形，在路基的整体结构中还必需包括各项附属设施，其中有路基排水，路基防护与加固，以及与路基工程直接相关的其它设施。
路基应根据其使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材料情况等）并结合施工方案进行设计,应有足够的强度、稳定性,又要经济合理。
影响路基强度和稳定的地面水和地下水
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