公路施工图设计.docx
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公路施工图设计
公路施工图设计
摘要
本毕业设计为公路施工图设计。
福白公路起于福田寺，止于白螺，是一条平原区二级公路，双向两车道，设计时速60km/h，设计里程约7.1km。
本毕业设计要求基于实测地形图以及相关的补充资料，根据道路勘测设计基本原则以及路基路面工程基本理论，综合考虑当地的技术和经济条件，严格按照施工图设计过程进行独立作业，主要包括路线设计、路面结构设计以及路基处理方案设计，各项技术指标均要满足相关规范的要求。
本设计运用纬地5.88道路设计软件进行道路路线设计。
本设计标段全线总长7304.526m。
该路线包含3个平曲线，最大半径340m，最小半径270m；9个竖曲线,最大半径18200m，最小半径12600m；1座沿途构造物桥梁。
路基宽度10m（土路肩0.75m×2，硬路肩0.75m×2，行车道3.5m×2），双向两车道。
不设超高路段的行车道及硬路肩路拱横坡采用2.0%，土路肩路拱横坡3.0%。
设计填方总量35782m3，挖方总量36530m3，填挖基本平衡，且路基稳定性好，不需设置挡土墙，主要采用植物防护。
本设计运用HPDS路面设计软件进行路面结构设计。
路面材料采用沥青混凝土结构，选用沥青混凝土材料。
路面上面层采用4cm厚的细粒式沥青混凝土AC-13，下面层采用6cm厚的中粒式沥青混凝土AC-20，基层采用20cm厚的水泥稳定碎石，垫层采用20cm厚的水泥粉煤灰碎石。
关键词：
施工图设计；平原区二级公路；路面结构设计；纵断面设计；横断面设计；沥青路面设计
Theconstruction drawingdesignofthe
FuBaisecond-classhighway
ABSTRACT
ThegraduationdesignistheconstructiondiagramdesignofFuBaisecond-classhighway.ItconnectsFutiansiandBailuo,whichislocatedinplains.Itisatwo-lane,two-wayroad,andthedesignspeedofroadis60km/h.Thelineofdesignlengthisabout7.1km.Thegraduationthesisasksformeasuredtopographicmap,itisonthebasisofthetheoryofRoadSurveyandDesignandSubgradeandPavementEngineering.Itneedstosyntheticallyconsiderthelocaltechnologyandeconomicconditions.Tohaveaindependentoperationsinstrictaccordancewithconstructiondrawingdesignprocess.Mainincludingalignmentdesign,pavementstructuredesignandsubgradedesign.Allindexshouldmeettherequirementsoftherelevantspecification.
The5.88roaddesignsoftwareisappliedforroadroutedesign.Thelineofdesignlengthis7304.526m,containing3planecurves,whichmaximum radiusis340metersandtheminimumradiusis270meters.And9verticalcurves,whichmaximum radiusis18200metersandtheminimumradiusis12600meters.Roadbedwidthis10m（earthshoulderis0.75m×2,hardshoulderis0.75m×2,carriagewayis3.5m×2）,andfreewayistwolanes.Thenosuperelevationsectionsweredesignedandhardshoulder’crownslopeis2%,earthshoulder’crownslopeis3%.Designedtofillthetotalsquareis35264m3,theexcavationtotalsquareis39229m3.Fillinganddiggingremainingbalanced.Subgradeisverystable,anditisunnecessarytosetretainingwallsanduseplantprotectionmeasures.
HPDSpavementdesignsoftwareisappliedforroadstructuredesign.Thepavementmaterialiswithasphaltconcretestructure,selectionofasphaltconcretematerial.Thetoplayerwiththicknessof4cmfinegrainedasphaltconcreteAC-13,thefollowinglayeradopts6cmgraintypeasphaltconcreteAC-20.Pavementismadeof20cmcementstabilizedmacadam,andcushionismadeof20cmcementflying-ashgravelpile.
Keywords：
constructiondrawingdesign;second-classhighwaylocatedinplains;pavementstructuredesign;verticalsectiondesign;crosssectiondesign;asphaltpavementdesign
1绪论
1.1概述
交通运输事业是国民经济的重要组成部分，是国民经济的命脉，是基础产业之一，是联系工业与农业、城市与乡村、生产与消费的纽带，在政治、经济、文化、军事等方面都有重要的作用和地位。
世界经济的发展证明，要实现国民经济的现代化，必须实现交通运输的现代化，同时交通运输的现代化程度，既反映国民经济的发展水平，也是综合国力的体现。
公路运输作为其中最重要的运输方式之一，具有如下特点：
机动灵活，能迅速集中和分散货物，做到直达运输，不需中转可以实现“库到库”的直接运输，节约时间和减少中转费用，减少货损；受交通设施限制少，是最广泛的一种运输方式；适用性强，服务面广，时间上有较强的随意性；投资少，资金周转快，社会效益明显。
由于公路运输的这些特点，使公路运输事业得以快速发展。
到上世纪70年代，经济发达国家大多改变了一个多世纪以来的以铁路运输为中心的局面。
公路运输在各种运输方式中起到了主导作用，是我国综合运输体系中最为活跃的一种运输方式，并显示了广阔的发展前景。
1.2我国公路现状
公路建设是国民经济发展的基础产业和先导产业，一直以来承担着我国大部分的货物运输和旅客运输。
20世纪90年代以来，国家对公路建设进行了大规模的资金投入，路网整体水平和公路通过能力有了明显提高。
随着2008年金融危机后国家4万亿经济刺激计划及大力发展基础设施建设政策的出台，我国公路建设于2009年呈现出爆发式增长，2010年交通固定资产投资增速持续放缓，逐渐趋向正常年度增长水平。
根据国家统计局的统计，2011年，全国完成公路水路交通固定资产投资14,464.21亿元，比上年增长9.5%，占全社会固定资产投资的4.7%。
分地区看，西部地区全年完成交通固定资产投资5,206.23亿元，所占比重为36%，比上年提高2个百分点；东、中部地区分别完成投资5,547.67亿元、3,710.32亿元，所占比重分别为38.4%和25.7%。
西部地区投增速明显高于东部和中部，资金投向继续向西部地区倾斜。
1.3设计基本情况
1.3.1地形、地貌
该道路位于平原地区，高度起伏不大，有时有轻微的起伏和倾斜。
沿线多为耕地，分布有各种建筑设施，居民点较密，另外还分布有很多河塘。
地形地貌并不复杂，较容易设计线路。
1.3.2水文、气象
本地区有一条较大的河流，但区段内灌溉渠交错，并没有很大的沟渠。
河流一般情况流量受季节影响及人工调度影响较大。
检测表明沿线河流水质对道路不具有侵蚀性。
路线经过地区属于亚热带季风气候区，气候温暖、四季分明、雨量充沛、冬寒夏热。
降水量分布有明显的季节变化，一般是夏季最多，冬季最少，夏季雨量在300-700毫米之间，冬季雨量在30-190毫米之间。
6月中旬至7月中旬雨量最多，强度最大。
气候以7、8月份最热，夏季炎热多雨，冬季温和少雨，雨热同期，有利于农业生产。
1.4主要技术指标
技术标准的确定是一项科学性极强、涉及因素广泛的工作，是公路勘察设计的前提条件。
技术标准主要依据公路网规划，从全局出发，按照公路的使用任务、功能和远景交通量综合确定。
对于平原区二级公路，除考虑这些重要因素外，还要着重从路线走廊的地形、地质、水文条件和环境保护的要求等方面入手，从实际出发进行全面的分析论证。
1.5设计依据
主要参考规范如下：
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；
《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）；
《公路路基设计规范》（JTGF10-2006）；
《公路排水设计规范》（JTGTD33-2012）；
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
《公路路基施工技术规范》（JTGF10-2006）；
《公路沥青路面施工技术规范》（JTGF40-2004）；
《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）；
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）。
2路线设计
2.1概述
道路是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施等组成的线形人工构造物，是三维的空间实体。
而我们平时所说的路线是指道路中线的空间位置和几何构成。
在工程设计中，一般将三维空间实体分解表达为平面、纵断面和横断面。
路线方案是路线设计最根本的问题。
路线方案是否合理，不仅关系到道路本身的工程投资和运营效益，还关系到道路的使用功能和国家的路网规划、国家的政策和国防要求等。
因此，路线基本走向的选择应综合考虑公路的等级、在路网中的作用、水文、气象、地质、地形等自然条件，结合铁路、航空、水运、管道的布局和城镇、工矿企业、资源状况等，从所有可能的方案中，通过调查、分析、比选，确定一条最优路线方案。
无论是公路还是城市道路设计，都要受到社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约，设计者必须掌握大量的实际资料，进行深入的调查研究才能设计出一条符合一定技术标准、满足行车要求、工程造价最合理的路线。
在设计的顺序上，公路一般是尽量顾及纵、横断面平衡及横断面稳定的前提下线确定平面线形，城市道路一般根据道路性质、交通量及交通组织等情况先进行道路横向布置，然后综合考虑平、纵面的合理安排。
2.2选线
2.2.1选线的一般原则
选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各种因素的关系，其基本原则如下：
（1）选线应根据公路的性质和任务，综合考虑沿线国民经济发展情况和远景规划，正确处理好远期与近期的关系，使路线在路网中发挥较好的作用；
（2）在路线设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。
（3）路线设计应在保证行车安全、舒适、快捷的前提下，做到工程量小、造价低、运营费用省、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指标，不要轻易采用极限指标，也不应片面追求高指标。
（4）选线注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园等。
（5）通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调，处理好重要历史文物遗址。
（6）选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，查清其对道路工程的影响。
（7）选线应重视环境保护，注意由于道路修筑、汽车运营所产生的影响和污染等问题。
2.2.2选线的步骤
一条道路的起点、终点确定之后，在起终点间有许多种路线选择，选线的基本任务就是在众多的方案中选出一条符合设计要求，经济合理的最优方案。
首先确定起终点的位置，根据地形图上的地形地貌及相关的设计资料确定两点间路线的基本走向。
接着按地形、地质、水文等自然条件选定一些细部点，如沿线房屋、农田等地点要重点控制。
然后连接控制点，初步完成路线布局。
最后本着方便出入，少占田地，路线短，填挖少且平衡的原则，在满足技术标准的前提下，进行平纵横综合设计，以定出道路的中线。
由此可见，选线是一个调查范围由大到小，工作深度由粗到细的工作过程，是一项涉及面广，影响因素多，政策性和技术性都很强的工作。
2.3平面设计
2.3.1平面线形设计的一般原则
（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）各级公路不论转角大小均应敷设曲线，并尽量地选用较大的圆曲线半径。
（3）除了满足汽车行驶力学上的基本要求外，还应该满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。
（4）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；
（5）平曲线应该有足够的长度。
如果平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短，会来不及调整驾驶操作，一般都应控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度。
（6）应避免连续急转弯的线形，保证平曲线的足够长度并尽量选取较大的圆曲线半径。
（7）路线设计是立体线形设计，在选线时即应考虑平、纵、横面的相互组合与合理配合，避免将凸形竖曲线的顶部与凹形竖曲线的底部置于平曲线的起点或拐点处。
2.3.2平面线形要素的组合与连接
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。
直线与圆曲线之间的连接。
路线的行车平顺性要求直线与曲线彼此协调，路线直、曲的变化应缓和匀顺，平面曲线的半径、长度与相邻的直线长度相适应。
过长的直线段慧使驾驶人员感到疲倦，同时也是肇事的原因之一，只有在道路所指方向地平线处有明显目标时才允许采用长直线段。
曲线与曲线之间的组合。
曲线之间的组合应该使线形连续均匀，没有急剧的突变。
其中圆曲线之间的组合有同向曲线、反向曲线和复曲线三种方式，还有因地形地质条件制约，自然展线困难时所设置的回头曲线。
平面线形三要素的组合主要有以下几种形式：
基本形、S形、卵形、凸形、复合形和C形。
2.4平曲线设计
在平面线形中，基本线形是和汽车的行驶状态相对应的，具有如下的几何性质：
（1）直线：
曲率为零，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为零。
（2）圆曲线：
曲率不为零的常数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为固定值。
（3）缓和曲线：
曲率为变数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为变数。
现代道路的平面线形正是由上述三种线形——直线、圆曲线、和缓和曲线所构成的，我们称之为“平面线形几何三要素”。
公路平面线形由直线、曲线组合而成，平曲线又分为圆曲线和缓和曲线两种。
2.4.1直线
为保证线形的连续性和行车舒适，在相邻曲线之间应有一定的直线长度。
直线的运用应注意与地形、环境的协调与配合，其长度不宜过长；农田、河渠规整的平坦地区、城镇近郊规划等以直线为主体时，宜采用直线线形；特长、长隧道或结构特殊的桥梁等构造物所处的路段，以及路线交叉点前后的路段宜采用直线线形；双车道公路为超车所提供的路段宜采用直线线形。
同向曲线的最短直线长度以不小于6V为宜。
对于低等级公路（V≤40km/h）在受到地形条件及其他特殊情况限制下，可适当放宽此要求，但不得小于设计速度的3倍。
若不设置直线，无论是高速公路还是低速路都可在同向曲线间插入的大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或C曲线。
反向曲线是指转向相反的相邻两曲线，在反向曲线之间，为满足设置超高、加宽的需要，应设置一定长度的直线，反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以km/h计）的两倍为宜。
在受到限制的地点也可将两反向缓和曲线首尾相接，但被连接的两缓和曲线和圆曲线宜满足一定的条件。
具体长度要求如下表2.1。
表2.1曲线间最小直线长度
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
直线长度（m）
同向曲线间
一般值
720
600
480
360
240
180
120
最小值
120
90
60
反向曲线间
240
200
160
120
80
60
40
2.4.2平曲线
在道路设计中，无论转角大小，都应设置平曲线，而圆曲线又是平曲线的主要组成部分，圆曲线具有易与地形相适应、可循环好、线形美观、易于铺设等特点。
在直线和圆曲线之间宜采用缓和曲线进行过渡，消除视觉上的不连续感觉，使线形平顺、圆滑、顺适，增加线形的美学效应及行车安全感。
具体规范要求如下表2.2。
表2.2圆曲线半径及长度要求
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
不设超高圆曲线最小半径（m）
路拱≤2%
5500
4000
2500
1500
600
350
150
路拱≥2%
7500
5250
3350
1900
800
450
200
平曲线最小长度（m）
一般值
600
500
400
300
200
150
100
最小值
200
170
140
100
70
50
40
缓和曲线最小长度（m）
100
85
70
50
35
25
20
本设计中含有3个平曲线，不设超高最小半径为1500m，半径小于1500m的圆曲线与直线之间采用缓和曲线过渡，具体参数如下表2.3。
表2.3本设计曲线参数
交点号
交点桩号
切线长（m）
圆曲线半径（m）
圆曲线长（m）
缓和曲线长（m）
外距（m）
偏角
JD0
K0+000.00
JD1
K2+104.306
71.729
300
31.719
55
3.659
左16°45′11.4″
JD2
K3+095.188
68.593
270
25.440
55
3.572
右17°16′55.3″
JD3
K5+451.413
119.569
340
124.650
55
12.605
左30°16′27″
JD4
K7+304.526
2.4.4平曲线要素计算
道路平面线形的基本组合为：
直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线，如图2.1。
图2.1“基本型”平曲线
其几何元素的计算公式如下：
切线增长值：
内移值：
缓和曲线角：
切线长：
平曲线长：
外距：
切线差：
式中：
—转角（°）；
—缓和曲线长（m）；
—圆曲线半径（m）。
对JD1进行平曲线要素计算：
；
；
。
直缓点桩号：
ZH=K1+197.220-192.719=K1+004.501
缓圆点桩号：
HY=ZH+100=K1+104.501
曲中点桩号：
QZ=ZH+384.928/2=K1+196.965
圆缓点桩号：
YH=HZ-100=K1+289.429
缓直点桩号：
HZ=ZH+384.928=K1+389.429
以此方法计算JD2、JD3、JD4，具体结果见设计图纸《直线、曲线及转角表》。
所得结果和纬地5.88软件计算出的结果一致，表明软件计算出的结果可用。
2.5纵断面设计
2.5.1纵断面设计内容
纵断面反映的是路线纵坡的变化以及路中线位置地面的起伏，还有设计线与原地面线的高差等情况，它再与路线平面和公路横断面结合起来，就可以完整地表达出路线作为空间曲线而应该具有的立体线形效果。
纵断面设计主要包括纵坡以及竖曲线的设计。
在纵断面设计中，首先绘制路线经过地带的纵断面地面线，再依据平面选线所确定的控制点及其高程和填挖平衡经济点以及与周围景观的协调等因素，综合考虑平、纵、横三方面，试定坡度线，再用横断面图检查和调整，确定纵坡值、竖曲线半径，进行设计，以及计算设计高程及填挖高度。
纵断面设计主要就是根据道路的等级、沿线的自然条件以及构造物的控制标高等，确定合适路线的标高以及各坡段的坡度和坡长，再设计竖曲线。
2.5.2纵断面设计原则
（1）应该满足纵坡以及竖曲线的各项规定。
纵面线形要与地形相适应，线形设计应该平顺、圆滑、在视觉保持连续，最主要的是保证行驶安全。
（2）纵坡均匀平顺。
变坡点处要尽量设置大半径竖曲线，并且尽量避免取极限纵坡值，如有缓和坡段应配合地形布设，在垭口处纵坡要尽量放缓，还有越岭线应尽量避免设置反坡段（在升坡段中的下坡损失）。
纵坡起伏也应缓和、坡长以及竖曲线长短也应适当。
（3）设计标高的确定应结合沿线的各类自然条件进行综合考虑，如地形条件、土壤情况、水文状况、气候影响等；沿河线的路线标高应在设计洪水位的0.5m以上，并计入壅水高度以及浪高的影响；稻田低湿路段还应要有最小填土高度的保证。
对于桥梁的标高，应在桥涵设计洪水频率的洪水位以上。
（4）纵断面与平面的组合设计应满足要求。
纵断面的设计应与平面线形以及周围地形景观相协调，应能考虑到人体视觉及心理上的要求，要按照平、竖曲线相协调（特别是要“平包竖”）以及半径的均衡来确定纵断面的设计线。
（5）应尽量保证填挖平衡，争取移挖作填，以求节省土石方量，来降低工程造价。
（6）视觉上能够自然地引导驾驶员的视线，要保持视觉上的连续性。
2.5.3平纵线形组合设计原则
（1）在视觉上能够自然地诱导驾驶员的视线，并保持视线的连续性。
（2）保持平纵线形的技术指标大小均衡。
（3）选择合适的合成坡度，以保证路面排水和行车安全。
（4）注意与周围环境的协调与配合，避免使驾驶员产生驾驶疲劳，减缓其紧张程度。
2.5.4平纵线形组合设计中应避免的组合
（1）小半径的平曲线的起终点不得设在或接近凸型竖曲线的顶部或凹型竖曲线的底部。
（2）长平曲线内不得设置短的竖曲线；长竖曲线内不得设置短的平曲线。
（3）避免凸型竖曲线的顶部或凹型竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。
（4）避免短的平曲线与短的凸型竖曲线组合。
（5）避
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