道路设计计算书.docx
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道路设计计算书
本科生毕业论文（设计）计算书
水利学院（系）土木工程专业（本科）2013级
题目：
东川红土乡集镇12米宽道路设计
学生姓名：
李佳学学号：
指导教师：
蒋正跃（职称讲师）
论文（设计）起止时间：
2017年2月27日～2017年5月19日（共 12 周）
任务下达日期：
2017年2月27日
云南农业大学教务处制
2017年2月27日
第一部分：
平、纵、横三维断面设计
一平面设计
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。
公路等级的确定
1．已知资料
路段初始年交通量（辆/日，交通量年平均增长率8%）
小客车
中客车
SH130
大客车
CA50
小货车
BJ130
中货车
CAD50
特大车日野
KB222
拖挂车五十铃
1200
1300
160
120
600
160
40
2．查《标准》
由《公路工程技术标准》规定：
交通量换算采用小客车为标准车型。
各汽车代表车型与换算系数
汽车代表车型
车辆折算系数
说明
小客车
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
＞19座的客车和载质量＞2t的货车
大型车
载质量＞7t~≤14t的货车
拖挂车
载质量＞14t的货车
根据规范：
高速公路：
一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量25000辆以上。
一级公路：
一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量10000~25000辆。
二级公路：
一般能适应按各种汽车折合成小客车的年平均昼夜交通量2500~7500辆。
由远景交通量可知本次设计道路等级为二级公路。
所以根据给定的条件，本次设计路线为山岭重丘区二级公路。
选线设计
1选线的基本原则：
（1）路线的走向基本走向必须与道路的主客观条件相适应
（2）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。
（3）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。
（4）选线应注意同农田基本建设的配合，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。
（5）要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。
（6）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。
（7）选线应综合考虑路与桥的关系
2选线的步骤和方法：
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。
a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，我们的起终点就是由老师规定的。
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。
b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。
c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。
3方案比选：
在两公里的路线设计中有许多路线走向可以选择，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。
此地形为山岭区，路线的前一公里处就有一条河，根据此处的地形，布线应为跨河布置。
方案一采用自然展线的方法，以适当的坡度，顺着自然地形，绕山咀侧沟来延伸距离，跨越小河，克服高差，土石方量比较小，建造经济。
方案二虽与方案一走势大致相同，但跨越山体，河流时造成较大的土石方填挖，同时桥涵布置尺寸大于方案一所设计的图形，建造不够经济。
综合比较后最后选择第一套方案。
平曲线要素值的确定
1平面设计原则：
（1）平面线形应直捷、连续、顺舒，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。
为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。
（4）应避免连续急弯的线形。
这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。
设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。
（5）平曲线应有足够的长度。
如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整，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
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：
A.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。
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
二级公路主要技术指标表
设计车速
60km/h
平曲线
一般最小半径
200m
极限最小半径
125m
缓和曲线最小长度
50m
不设超高的圆曲线最小半径
路拱≤%1500m
>%1900m
最大纵坡
6%
凸曲线
一般最小半径
2000m
极限最小半径
1400m
凹曲线
一般最小半径
1500m
极限最小半径
1000m
本设计公路平曲线半径分别为半径：
160m、200m、200m；缓和曲线长度分别为：
70m、70m、70m；竖曲线半径分别为：
3000m、3000m、3000m，经验证，均满足要求。
b设计的线形大致如下图所示：
1.由图计算出起点、交点、终点的坐标如下：
A：
（,）JD1：
JD2：
JD3：
（，）
B:
2.路线长、方位角计算
（1）AB段
DAB=
因为图在第二象限里,故
（2）BC段
DBC=
因为图在第二象限里,故
（3）CD段
CD=
（4）DE段
DE=
因为图在第二象限里,故
（5）转角计算
（右）
（左）
（右）
B．有缓和曲线的圆曲线要素计算公式
1．在简单的圆曲线和直线连接的两端，分别插入一段回旋曲线，即构成带有缓和曲线的平曲线。
其要素计算公式如下：
式中:
——总切线长，（
）；
——总曲线长，（
）；
——外距，（
）；
——校正数，（
）；
——主曲线半径,（
）；
——路线转角，（°）；
——缓和曲线终点处的缓和曲线角，（°）；
——缓和曲线切线增值，（
）；
——设缓和曲线后，主圆曲线的内移值，（
）；
——缓和曲线长度，（
）；
——圆曲线长度，（
）。
2．主点桩号计算
路线曲线要素计算
1．路线简介
该竹塘二级公路，根据路线选线原则，综合各方面因素，路线基本情况如下：
全长：
交点：
3个
交点桩号：
K0+、K0+、K1+
半径：
160m、200m、200m
缓和曲线长度：
70m、70m、70m
2．曲线要素
JD1：
K0+
设
=160m，
=70m，
=
则曲线要素计算如下：
=70/2-703/（240×1602）=35m
=702/（24×160）-704/（2384×1603）=
=（160+tan（
/2）+35=
=（
×
×160/180）+70=
=（160+sec（
/2）-160=
=2×主点里程桩号计算：
JD1：
K0+
ZH=JD-T=K0+
校核:
JD=QZ+J/2=K0++2=K0+
交点校核无误。
其它2个交点的计算结果见“直线、曲线及转角表”。
S形曲线
两个反向曲线间用两个反向的回旋线连接的组合，称为S形曲线。
JD8和JD9两桩号位于一个特殊的山坳里，是两个反向圆曲线，由于这两桩号之间直线距离很短，设置圆曲线后，不能满足两圆曲线之间最短直线距离6V=100m，所以我考虑了用S型曲线。
S型曲线，相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等，或者两者之比小于。
两个反向曲线之间不设直线，不得已要插入直线时，必须尽量地短，其短直线长度或重合段长度应符合：
式中：
l—反向回旋线间短直线或重合段的长度（m）
A1，A2—回旋参数
S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为：
式中：
R1—大圆半径（m）
R2—小圆半径（m）
两个直线之间的距离只有，经过计算已经满足要求了。
1．5各点桩号的确定
在整个的设计过程中就主要用到了以上的三种线形，在两公里的路长中，充分考虑了当地的地形，地物和地貌，相对各种相比较而得出的。
在地形平面图上初步确定出路线的轮廓，再根据地形的平坦与复杂程度，具体在纸上放坡定点，插出一系列控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点的直线段，延伸相邻直线的交点，既为路线的各个转角点（既桩号），并且测量出各个转角点的度数，再根据《公路工程技术标准JTGB01—2003》的规定，初拟出曲线半径值和缓和曲线长度，代入平曲线几何元素中试算，最终结合平、纵、横三者的协调制约关系，确定出使整个线形连贯顺直协调且符合技术指标的各个桩号及几何元素。
各个桩号及几何元素的计算结果见直线、曲线及转角表。
二纵断面设计
沿着道路中线竖直剖切然后展开既为路线纵断面，由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线，纵断面设计的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大小和长度，以便达到行车安全，迅速，运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
纵断面设计的原则
1．纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。
2．纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。
3．平面与纵断面组合设计应满足：
4．视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。
5．平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”
6．平、纵线形的技术指标大小应均衡。
7．合成坡度组合要得当，以利于路面排水和行车安全。
8．与周围环境相协调，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并起到引导视线的作用。
纵坡设计的要求
1．设计必须满足《标准》的各项规范
2．纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。
连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。
3．沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。
4．应尽量做到添挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。
5．纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。
6．对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。
7．在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。
纵坡设计的步骤
1．准备工作：
在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。
里程桩包括：
路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩（50m加桩或20m加桩）、平曲线控制桩（如直缓或直圆、缓圆、曲中、圆缓、缓直或圆直、公切点等），桥涵或直线控制桩、断链桩等。
2．标注控制点：
如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，铁路道口，城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。
3．试坡：
在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直坡线。
反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡线，将坡度线延长交出变坡点的初步位置。
4．调整：
对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。
5．核对：
选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。
6．定坡：
经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。
坡度值要求取到％，变坡点一般要调整到10m的整桩号上。
7．设置竖曲线：
根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素。
8．计算各桩号处的填挖值：
根据该桩号处地面标高和设计标高确定。
竖曲线设计
竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。
设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。
《标准》规定：
设计车速（km/h）
60
最大纵坡（％）
%
最小纵坡（％）
%
凸形竖曲线半径（m）
一般值
2000
极限值
1400
凹形竖曲线半径（m）
一般值
1500
极限值
1000
竖曲线最小长度（m）
50
A变坡点1：
（1）竖曲线要素计算：
里程和桩号K0+650
I1=﹣%i2=%取半径R=3000m
w=i2﹣i1=%﹣（﹣%）=%（凸形）
曲线长L=Rw=3000×%=
切线长T=L/2=2=
外距E=T2/2R=2×3000=
（2）设计高程计算：
竖曲线起点桩号=（K0+650）﹣=K0+
竖曲线起点高程=﹣×（﹣%）=
竖曲线终点桩号=（K0+650）+=K0+
竖曲线起点高程=+×（%）=
B变坡点2：
（1）竖曲线要素计算：
里程和桩号K0+850
I2=%i3=%取半径R=3000m
w=i3﹣i2=%-（%）=%（凹形）
曲线长L=Rw=3000×%=
切线长T=L/2=2=
外距E=T2/2R=2×3000=
（2）设计高程计算：
竖曲线起点桩号=（K0+850）﹣=K0+
竖曲线起点高程=﹣×（%）=
竖曲线终点桩号=（K0+850）+=K0+
竖曲线起点高程=–×（%）=
三、横断面设计
公路是一带状结构物，垂直于路中心线方向上的剖面叫横断面，这个剖面的图形叫横断面。
道路横断面，是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线构成的。
横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟等设施构成的。
3．1横断面设计的原则
（1）设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。
（2）路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度以外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。
（3）还应结合路线和路面进行设计。
选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段。
对于地形陡峭、有高填深挖的边坡，应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较，以减少工程数量，保证路基稳定。
（4）沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。
（5）当路基设计标高受限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实，使路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层及其他排水设施等。
（6）路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要
3．2横断面设计步骤
（1）根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。
（2）根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、设计边坡度等）抄于相应桩号的断面上。
（3）根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和尺寸。
（4）绘横断面设计线，又叫“戴帽子”。
设计线应包括路基边沟、边坡、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台等，在弯道上的断面还应示出超高、加宽等。
一般直线上的断面可不示出路拱坡度。
（5）计算横断面面积（含填、挖方面积），并填于图上。
（6）由图计算并填写路基设计表、路基土石方计算表，并进行必要的调配。
3．3横断面设计综述
1．路拱坡度
根据规范，二级公路沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为1~2%，故取路拱坡度为2%；路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%~2%，故取路肩横向坡度为3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。
2．路基边坡坡度
本设计路段属山岭重丘区，路堑边坡多为石质边坡，根据《公路路基设计规范》路堑边坡采用1：
，在某些路段挖方较高，所以路堑边坡做成了二级台阶式，并采用了1：
的变坡。
本设计路段路基填土为粘性土，根据《公路路基设计规范》路堤边坡，当H<8m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1：
设计。
在某些路段填方较高，所以设置了挡土墙，保证路基稳定。
3．边沟设计
查《公路路基设计规范》得边沟横断面形式一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为1：
~1：
，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。
少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：
2~1：
3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。
本设计路段采用梯形边沟，且底宽为，深，内侧边坡坡度为1：
1。
4．加宽值的计算
汽车行驶在曲线上，各轮轨迹半径不同，其中以后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的舒适与安全。
另外，汽车行驶在横向力较大的弯道上会有一定的横向摆动，也应增加路面的宽度。
我国《规范》规定，平曲线半径等于或小于250m时，应在平曲线内侧加宽。
双车道路面的加宽值查表可得。
一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。
为了使路面和路基均匀变化，设置一段从加宽值为零逐渐加宽到全加宽的过度段，称之为加宽缓和段。
平曲线内无回旋线时，路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度，需设置加宽缓和段。
设置回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段的长度应采用与回旋线或超高缓和段长度相同的数值，布设在加宽缓和段上，路面具有逐渐变化的宽度。
不设回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率为1：
且不小于10米的设置要求。
加宽过渡的设置根据道路性质和等级可采用不同的方法。
在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽,加宽缓和段内任意点的加宽值为
bx=kb
其中k=Lx/L
式中Lx—任意点距加宽缓和段起点的距离
L—加宽缓和段长
b—圆曲线上的全长
bx—加宽缓和段上任一点的加宽值
5．超高设计
为抵消车辆在曲线路线上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。
合理的设置超高，可以全部或部分抵消离心力，提高汽车行驶在曲线上的稳定性与舒适性。
当汽车等速行驶时，圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行驶则因回旋线曲率是变化的，其离心力也是变化的。
因此，超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。
在公路工程施工中，路面的超高横坡及正常路拱横坡是不便于用坡度值来控制，而是用路中线及路基，路面边缘相对于路基设计高程的相对高差来控制的。
因此，在设计中为便于施工，应计算出路线上任意位置的路基设计高程与路肩及路中线的高差。
所谓超高值就是指设置超高后路中线，路面边缘及路肩边缘等计算点与路基设计高程的高差。
（1）、超高
《规范》规定：
设计车速为60km/h的二级公路的最大超高值为4％。
（2）、超高缓和段长度
为了行车的舒适性和排水的需求，对超高缓和段必须加以控制，超高缓和段长度按下式进行计算：
式中：
——旋转轴至行车道（设路缘带为路缘带）外侧边缘的宽度，（m）；
——超高坡度与路拱坡度代数差，（%）；
——超高渐变率，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间相对升降的比率。
超高缓和段长度按上式计算结果，应取为5m的倍数，并不小于10m的长度。
双车道公路绕行车道内边缘旋转超高值计算
双坡阶段路肩内边缘H1=bJiJ-（bJ+bX）ig
路中线H2=bJiJ+B/2×ig
路肩外边缘H3=bJ（iJ-iG）+x/x0（B+2bJ）iG
旋转阶段路肩内边缘H1=bJiJ-（bJ+bX）ix
路中线H2=bJiJ+B/2×ix
路肩外边缘H3=bJiJ+（B+bJ）ix
全超高阶段路肩内边缘H1=bJiJ-（bJ+b）ib
路中线H2=bJiJ+B/2×ib
路肩外边缘H3=bJiJ+（B+bJ）ib
具体结果见《路基设计表》。
3．4土石方的计算和调配
1．调配要求
⑴土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。
⑵纵向调运的最远距离一般应小于经济运距（按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距）。
⑶土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响，一般情况下，不跨越深沟和少做上坡调运。
⑷借方、弃土方应与借土还田，整地建田相结合，尽量少占田地，减少对农业的影响，对于取土和弃土地点应事先同地方商量。
⑸不同性质的土石应分别调配。
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