二级公路设计说明书A4.docx

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二级公路设计说明书A4

摘要

第1章绪论………………………………………………………1

1.1公路发展概况…………………………………………………

1.2设计概况………………………………………………

第2章平面设计…………………………………………………

2.1公路等级的确定…………………………………………………

2.2设计行车速度的确定…………………………………………………

2.3选线设计…………………………………………………

2.4平面线形设计…………………………………………………

第3章纵断面设计…………………………………………………

3.1纵断面设计原则…………………………………………………

3.2纵坡设计的要求…………………………………………………

3.3纵坡设计的步骤…………………………………………………

3.4竖曲线设计…………………………………………………

第4章横断面设计…………………………………………………

4.1横断面设计原则…………………………………………………

4.2超高的确定及过渡方法…………………………………………………

4.3超高值的计算…………………………………………………

4.4路基设计的内容…………………………………………………

4.5横断面的绘制…………………………………………………

第5章排水设计…………………………………………………

5.1排水设计的原则…………………………………………………

5.2排水设计的具体步骤…………………………………………………

5.3路面排水设计…………………………………………………

5.4排水系统分析…………………………………………………

第6章路面设计…………………………………………………

6.1路面设计的内容…………………………………………………

6.2路面设计步骤…………………………………………………

6.3路面设计…………………………………………………

第7章挡土墙设计

6.1挡土墙设计的内容…………………………………………………

6.2挡土墙设计…………………………………………………

第8设计总结…………………………………………………

主要参考文献…………………………………………………

摘要

本设计的主要内容为公安至石首（麻口段）二级公路设计。

设计的目的是在所提供的地形图上，采用纸上定线的方法，并根据交通量数据、地形情况等其他资料确定设计的公路等级，做出相应的设计，以此加深对公路设计原理和方法的认识。

本设计包含工程概况、主要设计技术指标、路线设计（包括选线、平曲线设计和竖曲线设计）、路基设计、路面设计、排水设计、挡土墙设计、边坡防护设计、涵洞设计等。

通过本次设计，加深了我对道路设计基本理论和重要概念的理解，熟悉具体设计的计算内容、步骤和方法，使大学期间所学的理论知识与实践较好地结合起来。

关键词：

平曲线设计竖曲线设计路基路面挡土墙涵洞

工程概况

1.1.1设计标准

1本路段按交通部颁发《公路工程技术标准》JTJB01-2003等标准、规范、规程有关要求执行；

2本路段采用重丘二级公路标准，设计车速60km/h，路面宽9.5m，采用沥青混泥土路面。

3桥涵设计荷载：

公路-Ⅱ级。

设计洪水频率：

特大桥、大、中桥1/100；路基、中小桥、涵洞1/50。

主要技术指标见表Ⅰ-Ⅰ

表Ⅰ-Ⅰ主要技术指标表

设计车速

60km/h

平曲线最小半径

一般值

200m

极限值

125m

不设超高最小平曲线半径（路拱≤2%）

1500m

会车视距

220m

最大纵坡

6%

竖曲线最小半径

凸形

一般值

2000m

极限值

1400m

凹形

一般值

1500m

极限值

1000m

路基宽度

9.5m

桥梁设计荷载

公路-Ⅱ级

设计洪水频率

特大桥、大、中桥

1/100

小桥、涵洞、路基

1/50

主要工程数量

路线测设总里程2km，全线主要工程数量如下：

拆迁建筑物：

无

路面工程：

沥青混泥土路面

涵洞：

7道

1.1.2沿线自然地理特征及其公路建设的关系

1.1.2.1地形地貌

本路段位于湖北省南部，沿途跨越平原及重丘区，所选设计路段为重丘区路段，该段地势比较复杂，一般的地面坡度都比较大，山高谷深，地形复杂，山脉水系分明，石多，土薄，地质和水文条件都比较复杂，地形变化很大，使得路线在平、纵、横三方面都受到很大的限制。

1.1.2.2地质

本区地处基底岩体由泥盆系砂页岩、砂岩，石炭系砂页岩、灰岩，二叠系灰岩、泥岩，侏罗系火山岩系与白垩系及第三系半固沉积岩组成，上覆粘性土、砂性土。

区域构造断裂以NE向为主，次为NNW向，均为隐伏构造。

晚第三纪以来新构造运动不明显，区域构造稳定性好。

由于本区所特有的地形、地貌及地质构造条件，沿线不良地质现象一般不发育，而较为可能产生的不良地质现象主要表现在风沙路段、湿陷性黄土、黄土冲沟、砂土液化等。

1.1.2.5气候

本路段经过地区属温带大陆性半干旱季风气候区。

气候基本特征是东夏风向更替明显，冬季寒冷，夏季炎热，春秋短暂，冬夏漫长；春季温暖多风，气候干燥，秋季凉爽连阴，气候宜人。

雨季始于6月中旬，终于9月下旬，7、8月份雨量集中，常有大雨或暴雨发生，雨量之和占年平均的50%。

全区无霜期150多天，沿线以偏北风和偏南风为主，最大风速13-34m/s。

由于沿线黄土分布广泛，区内对沿线路线影响较大的灾害性天气为暴雨，因此，须加强排水及防护设计。

1.1.2.6水文

根据地层含水介质的特征、赋存条件、水理性质和水力特征，本区沿线勘探深度内赋存地下水均为第四季松散岩类孔隙水，按埋藏条件及地貌单元可分为浅层水和中层水。

此路途径地地方河流交错、湖泊密布。

有大小河流近百条，均属长江水系，主要有长江干流及其支流东青河、虎渡河、藕池河等。

工程用水非常充足。

1.1.3沿线筑路材料、水、电等建筑条件及与公路建设的关系

沿线筑路材料、水、电资源丰富，可满足工程施工需要。

当地筑路材料较多，沿线附近可采集到砂砾，石灰窑较多。

渣油沥青、水泥、木材、钢材和石料可以从各城市采购。

1.1.6与周围环境和自然景观协调情况

为了减少因公路建设而导致环境污染及破坏，切实做好防治措施，保护自然资源，维护生态平衡，在本施工图设计中我们已充分考虑了周围环境和自然景观协调措施：

在路线、桥位选择时，充分考虑了沿线自然环境和社会环境，尽可能的绕避主要居民点和人文景观，在公路用地范围内适当考虑了景观设计，尽量使公路建设与沿线景观协调一致。

如在选线定线时考虑与地形相协调，合理使用土地，减少填挖高度，避免大型建筑的拆迁和对植被的破坏，但由于沿线局部路段，工程施工对环境和自然景观仍有一定影响。

合理设置桥涵，尽量减少对原有水系的破坏，保证沿线整体排水和农田灌溉，河流的畅通。

在路基防护工程设计中，坡面防护优先采用植草皮、观赏花木等；经过渠堤、堰塘地段，采用浸水路堤浆砌片石护坡防护，减少对水体的破坏影响。

在路基路面排水设计中，接顺排水系统，尽量保证公路排水不影响沿线耕地、鱼塘，通过形成良好多排水系统，减轻水土流失。

专门做了环境绿化设计，通过种植草皮、观赏花木，尽量绿化美化公路并与周围环境相协调。

此外，通过设置沿线交通安全设施，降低交通事故率。

1.2.路线

1.2.1平面、纵断面线形设计说明

路线全长2000km，平曲线共设4个交点（不包括起点和终点），竖曲线交点3个（不包括起点和终点），平曲线最小半径180m/1处，平曲线占总线路总长70.36%，竖曲线最小半径：

凸形6000m/1处和25000m/1处，凹形10000m/1处，最大纵坡为1.746%/1处，坡长为220m。

1.2.2施工注意事项

施工时严格按照设计线形放样，准确测定路线桩位、设计高程、道路结构物位置，保护好测量标志。

建议用坐标放样并对路线水准点、导线点复测。

施工中应严格执行《公路工程安全技术规程》〔JTJ076-95〕、《公路工程质量检验评定标准》〔JTJ071-98〕，避免施工事故。

1.3路基、路面及排水

1.3.1路基设计

1.3.1.1路基横断面布置及加宽、超高说明

〔1〕路基横断面：

路基宽采用9.5m，路面宽7m，硬路肩2×0.75m。

路拱横坡2%，路肩横坡3%。

填方边坡率1：

1.5，土质挖方边坡率1：

0.5。

详见“路基标准横断面图”。

〔2〕超高及加宽：

路基超高按规范取值超高旋转轴为路基内边缘；平曲线半径大于250m，故不设置加宽。

1.3.1.2路基设计

路基边坡坡率根据土壤、地质等条件选取，本项目填方边坡高度小于6米，边坡坡率取1：

1.5；挖方边坡坡率采用1：

0.5。

路基设计标高为路基中心点标高，系指路面顶面中心点高程。

1.3.1.3路基施工注意事项

（1）路基压实标准及压实度

路基压实宜采用分层填筑，分层碾压，最大松铺厚度不超过30cm。

老路帮填应在其边坡控不小于1m向内倾斜2%-4%的水平台阶。

碾压时，应控制在最佳含水量±2%以内。

路基压实度采用重型压实标准，路基压实度应符合以下要求：

填控类型

路面底面以下深度

压实度

填方路基

上路床

0～30

≥95

下路床

30～80

≥95

上路堤

80～150

≥94

下路堤

﹥150

≥92

零填及路堑路床

0～30

≥95

1.3.2路基、路面排水及防护工程

1.3.2.1路基、路面排水

路基挖方设置边沟，填方设置排水沟。

边沟、排水沟的具体形式和尺寸见排水设计图。

路面排水采用散排，依靠纵坡和横坡排除路表水至边沟或边坡，最终排入自然水系。

1.3.2.2路基防护

（1）路堤边坡防护

①路堤边坡高度小于4m时，边坡采用植草防护。

②路堤边坡高度大于4m的路段，边坡采用浆砌片石防护。

（2）路堑边坡防护

①路堑边坡高度不大于3m，边坡采用植草防护。

②路堑边坡高度大于3m，边坡采用方格骨架护坡加植草防护。

1.3.3路面设计及施工注意事项

依据路面使用要求，并结合路线所经地区的地形、气候、地质等自然条件，参照“省路网规划”意见，本着“因地制宜，就地取材”的原则，本设计采用沥青混泥土路面。

根据计算分析，拟定路面结构如下：

面层：

4cm细粒式沥青混泥土

8cm粗粒式沥青混泥土

基层：

20cm水泥稳定集料

底基层：

20cm石灰土

土基回弹模量：

54Mpa

1.4桥梁、涵洞

本路段全长2km，计有圆管涵7座，基本采用钢筋混凝土盖板涵。

1.5.2施工注意事项

施工以保证交叉路衔接平须、交叉处排水畅通为原则，路线接线纵坡、加铺转角半径可结合实际需要适当调整。

1.6.交通工程及沿线设施

1.6.1安全及服务设施

沿线路堤填方高度大于4m路段沿两侧设示警桩，特殊路段设有指示、地名标志，全线均设路面标线，所有标志采用反光处理，以利于夜间行车安全。

为养护管理需要，公路两侧每隔300-500m设置一对公路界碑，公路沿前进方向一侧设置里程碑及百米桩。

局部高路堤路段设置柱式护栏。

全线划路面标线，中心线为黄色实令标志牌。

全线根据GBM工程要求实行绿化，路肩上不得种树。

1.6.2施工注意事项

标志立柱基础挖基后浇筑基础前应将基底夯实，浇筑时应预留立柱孔道，标志板面反光膜采用工程级，粘贴必须保持平整，无气泡，板面无凸凹，标线必须满足涂布率要求，以保证反光率。

沿线防护设施在确保质量的前提下力求整齐美观。

1.7.环境保护

1.7.1公路工程及沿线设施与自然环境的协调情况及采取的措施

公路路线结合地形、地貌布线，线形流畅较好地适应自然变化；路基尽可能地降低填挖方，力求土方平衡，减少水土流失；路面采用沥青路面减少震动、噪音更利于环保；桥梁布置在满足“安全、适用、经济、美观”的前提下尽可能减少压缩河床，确保河流畅通，涵洞布置一般“逢沟设涵”确保水系贯通，利于水利和农田灌溉；路面设置标志、标线，路面标线选取对人蓄无害的涂料，并在公路两侧植行道树，使之起到诱导作用，同时美化路容。

1.7.2环境保护设施结构设计及布置

路堤、路堑边坡进行防护植草，为防止水土流失，路堤边沟、浸水路堤采用浆砌片石加固，土路肩采用植草防护。

道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。

路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。

2.1公路等级的确定

交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量（既单位时间通过道路某断面的车辆数目），根据对公安至石首近期交通量调查：

经调查该地区近期交通量资料如下：

表4－1交通量资料

车型

数量

车辆折算系数

三菱FR415

500

1.5

五十铃NPR595G

140

1.5

江淮HF140A

200

1.5

江淮HF150

200

2.0

东风KM340

350

1.5

东风SP9135B

120

3.0

五十铃EXR181L

110

3.0

查《公路工程技术标准》得小客车和中型载重汽车折算系数如下：

表4–2汽车折算系数

汽车代表车型

车辆折算系数

小客车

1.0

中型车

1.5

大型车

2.0

托挂车

3.0

交通增长率：

γ=5%

交通量计算：

N1=（119021853175）×1.5+200×2.0+（120+110）×3.0=3175辆/日

远景设计年限为12年的年平均昼夜交通量为：

N12=2009×（1+γ）

=3175×（1+5%）

=5430辆/日〉5000辆/日

查《公路工程技术标准》可知一级公路一般能适应各种车辆折合成小客车的远景设计年限年平均日交通量为15000—30000辆（四车道）或25000－55000辆（六车道），二级公路一般能适应各种车辆折合成小客车的远景设计年限年平均日交通量为5000—15000辆。

故根据《标准》，应建二级公路，为主要供汽车行驶的双车道公路。

从给出的地形图不难看出，该段地势比较复杂，一般的地面坡度都比较大，山高谷深，地形复杂，山脉水系分明，石多，土薄，地质和水文条件都比较复杂，地形变化很大，使得路线在平、纵、横三方面都受到很大的限制，由此可以知道是山岭重丘。

所以在设计的过程中很多时候的技术指标都达到最低限。

例如平面设计中第2个点的就采用了小半径180m。

2.2设计行车速度的确定

“设计车速”是在气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。

依据《标准》从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,各级公路的设计车速按地形分为两类,查表可知设计车速为60km/h。

2.3选线设计

2.3.1选线的基本原则：

1以平面线形为主，合理解决避让、穿越、趋就等问题。

2以设计数据为主导，远景设计为目标，大节控制细部。

3线形要求短捷、平顺、美感。

4注意不良地质的处理，例如最小添土高度问题。

5路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应

6在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上，选定最优路线方案。

7路线设计应尽量做到工程量少、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标准。

8要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。

9选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。

2.3.2选线的步骤和方法：

2.3.2.1选线

道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。

在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。

2.3.2.2全面布局

全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。

就是在起终点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。

具体的在方案比选中体现。

路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很多，大门归纳起来主要有主观和客观两类。

主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用。

而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文、气象等自然条件。

上述主观条件是道路选线的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。

2.3.2.3逐段安排

在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点（特别是那些控制较严的点位）的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。

2.3.2.4具体定线

在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素。

随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。

做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。

2.3.3方案比选：

在两公里重丘地区的路线设计中路线走向基本确定，根据已确定的路线的大概走向，综合考虑地形状况和技术经济指标后，选定了两套方案。

两个方案的总里程前一个方案较比后一个方案多了近一百米，但后一方案的填挖方量比较多，同时，后一个方案穿过沟谷存在过水问题，要修桥，大大增加了工程费用及工程难度。

综合比较，最终选定第一方案。

2.4平曲线要素值的确定

2.4.1平面设计原则：

在路线的平面设计中所要掌握的基本原则有：

（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；

本设计地区大部分地势开阔，处于平原微丘区，路线直捷顺适，在平面线形三要素中直线与曲线所占比例相当。

在设计路线后面地段，线性要绕山而行，路线弯曲较大，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，这一点对于处于旅游区的地区来说特别重要。

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）行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足；

高速公路、一级公路以及计算行车速度≥60Km/h的公路，应注重立体线形设计，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，平曲线应该梢长于竖曲线，尽量做到了“平包竖”。

（3）保持平面线形的均衡与连贯；

为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应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着造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。

在设计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线，如果在两个平曲线之间不能满足长的直线的要求，最小也要满足最短直线距离限制，S型曲线为2V，同向曲线之间最短距离为6V。

（5）平曲线应有足够的长度；

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。

2.4.2平曲线要素值的确定：

平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。

当然三个也可以组合成不同的线形。

在做这次设计中主要用到的组合有以下几种：

2.4.2.1基本形曲线几何元素及其公式：

按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。

这种线形是经常采用的。

例如设计中的大多数点都是应用这个的。

如下图一。

缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直线和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的一种曲率连续变化的曲线。

《标准》规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。

它的曲率连续变化，便于车辆遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。

设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：

1：

1。

这一点非常的重要，在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题，设计出来的路线非常不协调，美观，比例严重失调，后来在老师的指导下改正了不足之处，经过改正后，线形既美观又流畅，已经到达了要求。

在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小，外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。

（图一）

缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2（m）

圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3（m）

切线长T=（R+p）tga/2+q（m）

平曲线长度L=∏aR/180+Ls（m）

外距E=（R﹢p）seca/2－R（m）

校正值J=2T－L（m）

a平曲线主要参数的规定

根据《公路路线设计规范》JTGD20-2006的规定如表：

公路等级

二级

地形

山岭重丘

圆曲线一般最小半径（m）

200

圆曲线极限最小半径（m）

125

平曲线最小长度（m）

100

缓和曲线最小长度（m）

60

b主要几何元素的计算

例如：

桩号JD1：

（1）平曲线几何元素计算：

右偏30.8°R=280（m）Ls=70（m）

缓和曲线切线增值q=Ls/2－Ls3/240R2

=70/2－403/240×2802

=34.98177（m）

圆曲线的内移值p=Ls2/24R－Ls4/2384R3

=702/24×280－704/2384×2803

=0.729（m）

切线长T=（R+p）tga/2+q

=（280+0.729）tg30.8°/2+34.982

=112.307（m）

平曲线长度L=∏aR/180+2Ls

=3.14×103.051×280/180+140

=220.517（m）

外距E=（R﹢p）seca/2－R

=（280+0.729）sec30.8°/2－280

=11.18（m）

校正值J=2T－L

=2×112.307－220.517

=4.0975（m）

（2）平曲线主点桩号计算及校正：

JD1：

K0＋218.053

ZY=JD1-T=K0+218.053-112.307

=K0+105.746

YZ=ZY＋L=K0+105.746＋220.51