高性能混凝土的研究与发展现状土木工程毕业论文2.docx

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高性能混凝土的研究与发展现状土木工程毕业论文2

高性能混凝土的研究与发展现壮

摘□□要

本设计范例为从新兴屯到李家丿占的一段山岭重丘区二级公路常规设计，分为初步设计和详细设计两个步骤。

初步设计中，首先根据交通量确定道路等级，然后在1:

10000地形图上确定两条备选路线，分别进行平面设计，纵断面设计，横断面设计，桥涵设置，最后对所定路线进行方案比选，从中选择最佳方案。

详细设计从确定方案中选取3.8Km进行设计，前期工作较初步设计更具体化，此外还对路基，路面，排水，涵洞进行了详细设计，对工程预算进行了简略编制。

第1章绪论

1.1课题背景

1.2我国公路发展规划

1.3设汁背景

第2章初步勘测和初步设计

2.1选线和定线

2.2路线的勘测设计

2.3纵断面设计

2・4初步确定桥涵位置、类型、孔径和数量

10

11

2.0两条方案的优劣评价

第3章详细测量与详细设计（施工图设计）

21

第1章绪论

1.1.1公路运输的功能，特点，地位及作用

公路运输分为直达运输、干线运输和短距离集散运输三种形式。

因此，公路运输有"通过"运输和"送达"或"集散"的功能，尤其是"送达"或"集散"功能作为其它儿种运输方式（管道除外）的终端运输方式是交通运输中不可缺少的组成部分，在综合交通运输体系中发挥着非常重要的作用。

随着高速公路向网络规模的发展，利用高速公路的干线运输功能，公路运输作为一种具有功能齐全（"通过"和"送达"或"集散"齐备）的运输体系发挥越来越®要.

与其它运输方式比较，公路运输的特点是灵活性，尤其是高速公路建设，信息网络、通信技术以及计算机技术等的发展，乂实现着快速性"门到门"运输和被称为零库存（justintime）的运输特点，促使着公路运输的快速发展。

公路运输的灵活性和快速性主要表现在批量、运输条件、时间和服务上的灵活性以及时间上的快速性。

山于公路运输的批量小和要求的运输条件相对宽松，所以在运输时间和服务水平上容易得到保障。

也正因为如此，公路运输具有生产点多、面广的特点。

1.1.2我国公路现状

改革开放以来，我国公路运输业快速发展。

从完成的运量和周转a看，公路客运已成为主要的客运方式，公路货运量远远超过其他运输方式，周转量也快速增长，这充分说明公路运输方式在国民经济及社会发展过程中发挥着愈来愈重要的作用。

我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势。

U前公路运输存在的主要问题为：

公路交通的基础设施水平还较差。

截止到2001年底，我国修建各种级别的公路近140万公里，其中高速公路1.9万公里，居世界第二位。

然而，路网密度仍然较低，只相当于巴西的1/2,印度的1/5,美国的1/6,日本的l/30o公路质量与发达国家相比差距仍很大，还不能满足国民经济及社会发展的需求公路数量少、等级低、质量差。

运输车辆的车型结构不合理，技术性能还较差

运输生产的效率，效益较低：

运输经营组织与管理的手段还比较落后，经营主体结构不合理，建立高效、有序的运输市场缺乏基础。

1.2我国公路发展规划

随着科学技术的发展，尤其是IT（intelligenttechnology）产业和智能交通系统的发展，公路运输的发展呈如下趋势：

随着高速公路山单线向跨区域和全国网络的发展，开展公路快速客、货运业务：

随着全国高速公路网的形成和WT0的加入，促使公路运输企业按规模化要求建立集约化经营的运输企业；

公路货运业将纳入物流服务业发展的系统中，更强调在专业化原则上的合作，包括不同运输方式之间的合作，与服务对象的合作；

在经营管理方面，现在许多运输企业都建立并运用了运输信息管理系统；运输组织方式按生产力水平分层发展。

逐步加强运输规划，使公路建设及运输站场设施的配置与客货流规律更好地协调起来，同时还根据效率与效益原则，把运输服务向纵深推进。

本次设计中的平面设计，纵断面设计，横断面设计，上方调配等内容主要采用了由徳国巴泽多和托诺工程软件有限公司（IB&T）开发的CARD/1系统软件,该软件是一套具有领先技术的工程规划计算机辅助设计系统，主要应用于测绘，道路设计，铁路设计和管道工程领域。

CARD/1系统将道路设计所需的各种平面线形，纵断面坡度组合，横断面形式,超高方式等设计要素归纳为符合设计者设计习惯和思维的“设计U标”概念，进行U标化设计，而不是单纯的绘制线，点等儿何图素。

设计者是在三维数据模型中进行平面，纵断面及横断面设计的，其中各种地形信息，中线线位，超高控制,数模数据可互相传递，参考，辅助设计者设计出合理的平，纵，横断面组合。

设计完成后，CARD/1系统能够自动绘出所需任意比例的平面图，纵断面图，横断面图。

第二章初步勘测和初步设计

本设计为山岭重丘区二级公路设计，山岭重丘区基本特征如下：

自然特征：

地面起伏，山丘连绵，沟谷与水岭较深，地面自然坡度在2cr以上，地形对部分路段平，纵线性有约束。

丘陵地形山势平缓，山形迂回，山丘连绵，地形多变，地物随地形变化而变化，农业较发达，土地种植种类繁多，旱地经济林为主，居民点及建筑群时有出现。

路线特征：

路线以平曲线和竖曲线为主体构成空间线性；局部方案多，布线灵活，可能的路线走向多；路线平，纵，横三方面关系密切，相互影响约束较大;线性指标一般高，但指标变化幅度大。

下面把第5章所确定的山岭重丘区二级公路在设计中需要的一些技术指标汇总成表，见下表所示（表2-l）o

表2—1公路主要技术指标汇总

公路分类

一般公路

公路等级

二级公路

地形

山岭重丘

计算行车速度（km/h）

60

行车道宽度（m）

7.0

路基宽度（m）

10

极限最小半径（m）

125

—般最小半径（m）

200

不设超高最小半径（m）

1500

停车视距（m）

40

超车视距（m）

200

最大纵坡（％）

6

合成坡度（％）

10

最小坡氏（in）

120

缓和曲线最小长度（m）

35

凸形竖曲线一般最小半径（m）

2000

凸形竖曲线极限最小半径（m）

1400

凹形竖曲线一般最小半径（m）

1500

凹形竖曲线极限最小半径（m）

1000

竖曲线最小K度（m）

50

最大直线氏度（m）

1200

最小直线长度（m）

同向曲线

360

反向曲线

120

以上为本设计所能用到的技术指标，如不全面将在后面的设计中给出

2.1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，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，在实地或纸上选定中线位置，然后进行有关测量和设计工作。

本设计路段起点为新兴屯，终点为李家丿占，地处黑龙江省境内，两点间多山岭，沿线无不&工程地质。

路线询半部分基本上是沿河线，路线走向明确，路线纵坡缓，线形好，是比较好的选择方案。

但沿线多为开阔的阶地，而这些介地是山岭重丘区仅有的&田及耕地，修路与占地的矛盾突出，应尽量解决好占地问题：

二应靠近山坡进一些,但靠山体过近，路线的线形就会差一点，同时易于破坏山体的稳定性，要增加山体的坡面防护措施，需防止山体滑坡，碎石崩塌，山洪冲毁路基的可能性，结合两者，选择线形时，宜离开山体一段距离。

同时，注意道路的横向排水。

此外，山区居民多聚居于傍山沿河一带，城镇和居民点多，沿河线便于发展公路的使用效益；沿河线便于施工，养护和行车使用，另外，路线旁山依河，砂砾石料丰富,水源充足，为施工养护提供了就地取材的条件。

2.1.1越岭线2.1.2特征

方案后半部分主要为越岭线，途中穿越一域口，因地形较为复杂，路线的平、纵、横三方面应考虑多一些。

t亚口地选择

1亚口选择应在符合路线基本走向的前提下，从可能通过的HE口中根拯其位置、标高、地形条件、地质情况及发展条件总和比较确定，ae口海拔高低及其与山下控制点的高差，对路线长短、工程量大小和营运条件有直接的影响。

由越岭线长度、纵坡和高度三者之间的关系可知，当平均纵坡一定时，降低相对高差，可使路线长度减短，故选线时应选择标高较低的域口。

选择《口不仅要低，而且位置要符合路线的走向，即路线通过不需无效延长路线就能和前后控制点衔接。

选择t亚口必须和山坡展线条件一起考虑。

如遇有地质较好、地形平缓、利于展线降坡的山坡，即使t亚口位置略偏或略高，也应比较，不要轻易放弃。

此外还要考虎t亚口的地质条件。

越岭标高的确定

口选定后，过岭标高就直接关系到越岭方式、路线的长短、两侧展线方案及工程数量的大小。

W此过岭标高应综合考虑公路等级，越岭路段的地形、地质等自然条件经过技术经济比较确定。

从地形条件来看，一般哑口宽而疗、地质条件差的不宜多切，而宜采用浅挖低填过岭，过岭标拓基本上就是《口标高；山脊瘦、地质条件好的圾口可以多切，切深以不危及路基稳定为度。

最大切深根据岩石类星河构造悄况而异。

当挖深在25ni-30ni以上时，则应与隧道方案进行比较。

2.1.3定线原则

选择控制点

两方案均采用靠山脚布线，

试坡

a=16.7cm,根据此平距，采用圆规在地形图上对越岭线部分定点。

平面试线

方案一着重考虑如何靠近陆家屯定线，方案二重点考虑尽量沿山脚定线以保持路基稳定。

线位选择均在1：

10000地形图上进行。

然后利用CARD/1软件进行具体定线并对纸上定线进行修正。

2.2路线的勘测设计

2.2.1路线交点坐标与路线转角的确定

导线的确定：

在1：

10000的地形图上初步定线后，利用CARD/1软件进行详细定位，确定路线各要素坐标，详细结果见附表I一1“直线及曲线一览表”。

2.2.2两方案平面设计

山于本设计在初步阶段仍采用软件设计，运用公式进行计算不是重点，故省去了以往设计时大量烦琐的手算过程，提高了初步设汁的精确性，因此对以下平面设计中的公式汁算部分仅做简单涉及。

具体计算可参见有关手册的相关章节。

（如《公路勘测设计》，第三章，裴玉龙主编，黑龙江科学技术出版社）

2.2.2.1平曲线要素的确定圆曲线要素及其计算略

主点桩号的计算

略

2.2.2.2缓和曲线设计

缓和曲线的作用

使汽车从一个曲线过渡到另一个曲线的行驶过程中的离心加速度逐渐变化。

缓和曲线作为超面和加宽变化的过渡段。

缓和曲线通过其曲率的逐渐变化，可适应汽车转向操作的行驶轨迹及路线的顺畅，以构成美观及视觉协调的最佳线形。

缓和曲线要素的计算

带有缓和曲线的平曲线要素的计算

主点桩号的计算

当曲线半径小于不设超高的圆曲线最小半径1500米时，要设缓和曲线，根据《规范》规定，缓和曲线的长度不能小于35米，同时，在该路段上要设超高和加宽，超高的详细设计见后面的详细设计部分。

2.2.2.3初步设计的平曲线加桩

在路线选定和曲线计算完成之后，要将路线加桩，直线段为100米加桩，曲

线段为50米加桩。

由于采用软件进行上述工作，本设计为10米加桩。

2.3纵断面设计

2.3.1纵断面线形设计的一般要求

对于新建公路路基设计标高，二级公路采用路基边缘标拓，纵断面线形主要山纵坡和竖曲线组成，纵坡的大小与坡度的长度反映了公路的起伏程度，直接影响公路服务水平和运营成本，也反应了公路是否经济、适用，因此，设计中必须对坡度、坡长及其相互组合进行合理安排。

凹曲线的边坡顶点不要设在两边都是挖方路段，这样排水不利，使路基受到水的浸泡，降低路的寿命和使用质量。

同时更应注意，当连续纵坡大于5%时，要设置小于3%的缓和坡段，其距离要大于120米。

相邻纵坡的代数差小时，应尽量采用大的竖曲线半径。

纵断面设计的技术指标的确定，纵断面设计.

2.3.2注意平纵配合

2.3.2.1平面直线与纵断面直线组合

这种线形组合单调、呆板，行驶过程中路线视景不变，容易使司机产生疲劳感。

尤其在高速行车时，容易导致交通事故。

在交通比较复杂的路段，这种线形组合是有利的。

设计中可采取措施来弥补景观单调的不足。

2.3.2.2平面直线与纵断面凹形曲线组合

这种组合具有较好的视距。

在设计中应该注意以下儿点：

避免插入较短的凹形竖曲线，或插入小半径曲线（一般应大于最小半径的3一4倍），以免产生折点。

两个凹形竖曲线间不要插入短直线，此时宜将两个凹曲线合并成一个凹曲线，可改善视觉条件。

长直线的末端不宜插入小半径凹形竖曲线。

2.3.2.3平面直线与纵断面凸形曲线组合

这种组合视距条件差、线形单调，使司机对前方道路悄况无法做出判断，应尽量避免。

使用这种组合应注意采用大半径曲线，以保证视距。

当连续出现凹形和凸形竖曲线时，会造成不&视觉效果，一般应尽量避免。

2.3.3.4平面曲线与纵断面直线组合

如果平曲线半径选择适当，这种组合效果良好，汽车在这种线形上行驶，可获得&好的景观效果。

如果平曲线与直线组合不当，曲线半径过小，或直线长度过短，平曲线半径与纵坡不协调，都会导致线形折曲。

这种组合还应满足合成坡度的要求，尤其应避免急转陡坡组合。

2.3.3.5平面曲线与纵面曲线组合

这两种组合形式很常见，但比较复杂，如果曲线半径适宜，平纵线形要素均衡，可以获得视觉舒适、诱导效果ft好的空间曲线。

此种组合应注意以下儿点：

（1）一般悄况下，当平竖曲线半径较大时，宜将平竖曲线半径顶点对应。

若两者不能很好的配合，两者的半径都小于某一限度时，宜将平竖曲线拉开相当距离。

（2）平曲线与竖曲线的大小保持均衡。

（3）竖曲线的顶部或底部，不得与反向平曲线的拐点重合，尤其是凸形竖曲线，容易造成判断失误。

（4）避免转角小于7°的平曲线与坡度角较大的凹形竖曲线组合。

（5）缓和曲线不得与小半径竖曲线重叠。

（6）不宜将小半径平曲线设置在竖曲线的底部或顶部。

平竖曲线对应重叠有如下优点：

{1}利于诱导视线

{2}有利于行车安全

{3}线形舒适美观2.3.3纵断面设计的步骤

此图中纵向比例为1：

1000,横向比例为1：

lOOOOo

在所确定的路线上，确定加桩路线的地面商程，其高程值详见纵断面图，绘出地面线。

标出里程桩号和平面线形信息。

确定控制点。

控制点包括：

路线起终点：

越岭域口高程；大中桥涵；地质不a地段的最小填土高度和最大挖深；与铁路、公路交义点；重要的电力（杆）管线的净高；重要城镇过道点等。

对于山岭区二级公路也要考虑填挖平衡。

在这些控制点间穿插，初步定出坡度线。

调整坡度线。

检査各指标是否满足，使道路的平纵线形协调，同时考虑排水和路基设计的基本要求，其坡度值见纵断面图。

在完成拉坡的纵断面图上，通过坡度和坡长汁算纵断面上的设计高程，所得值详见纵断面图。

2.3.4纵断面的竖曲线设计

为了提高行车的平顺性，相邻变坡点之间的距离应不小于两竖曲线间的切线长，以便插入适当的竖曲线。

竖曲线有凹形竖曲线和凸形竖曲线两种。

2.3.5竖曲线要素计算

初步设计中只确定了竖曲线的半径、切线长和外矢距三个要素。

详见下表。

丿了:

号

桩号

R

T

E

1

K0+800

36000

90.00

0.11

2

K1+820

20000

200.00

1.00

表2-2竖曲线要素表（方案一）

（m）

3

K2+550

25000

175.00

0.61

4

K3+240

8000

252.00

3.97

5

K4+080

25000

150.00

0.45

6

K6+460

35000

210.00

0.63

序号

桩号

R

T

E

1

K0+900

15000

52.50

0.09

2

K1+870

10000

100.00

0.50

3

K2+550

15000

82.50

0.23

4

K3+290

10000

285.00

4.06

5

K4+200

25000

50.00

0.05

6

K5+540

20000

190.00

0.90

表2-3竖曲线要素表（方案二）

（m）

2.4初步确定桥涵位置、类型、孔径和数量

小桥涵施工是公路排水的主要构造物，在本路段设计中小桥涵的多少直接影响工程造价和使用效果。

不同构造型式的涵洞常用跨径、适用范ffl和优缺点见表6-5和表6-6o

表2-4不同构造型式的涵洞的常用跨径

构造型式

常用跨径（cm）

圆管涵

50.75、100.125.150

盖板涵

75、100.125.150.200.250>300、400

拱涵

100.150.200>250、300、400

箱涵

200.250、300、400.500

表2-5酒洞的适用性和优缺点

构造型式

适用性

优缺点

管涵

有足够填土高度的小跨径暗涵

对基础的适应性及受力性能较好，不需墩台，坊工数量少，造价低

盖板涵

要求过水面积较大时，低路堤上的明涵或是暗涵

构造较简单，维修容易。

跨径较小时用石板涵；跨径较大时用钢筋磴盖板

接上表

拱涵

跨越深沟或高路堤时设置。

山区石料资源丰富，可用石拱涵

跨径较大，承载潜力较大。

但自重引起的恒载也较大，施工工序较繁多

箱涵

软土地基时设置

整体性强，

但钢筋用量较多，造价高，施工较困难

方案一：

11处设涵洞，一处设置小桥。

在桩号K6-H830附近有一季节性水沟，当暴雨时期或雨量较大时，才形成河

沟。

根据口前和长远的需要，经济造价方面考虑，该处建一涵洞即可。

桩号K7+277出为一非季节性河流，有一旧桥通过，可利用原先桥位，设置

-2X20米混凝土梁桥。

以下表中若无特别注明，皆为钢筋混凝土圆管涵。

表2—6涵洞汇总表（方案一）

桩号

涵洞类型和孔径

桩号

涵洞类型和孔径

K0+061

4）0.5钢筋混凝上

K1+8OO

91.5钢筋混凝上

K2+540

4）1.5钢筋混凝土

K4+O8O

91.5钢筋混凝上

K4+330

2X1.0钢筋混凝土

K4+630

91.5钢筋混凝上

K5+27O

4）1.5钢筋混凝土

K6+43O

91.5钢筋混凝上

K6+640

4）1.5钢筋混凝土

K6+83O

91.5钢筋混凝上

K7+277

2X20钢筋混凝土梁桥

K7+37O

（P1.0钢筋混凝丄

方案一：

15处设涵洞，一处设置小桥。

桩号K6+740,K6+990处为季节性水沟，当暴雨时期雨量较大时，才形成河沟，根据U前和长远需要，经济造价方面考虑，该处建涵洞。

桩号K7+040出为一非季节性河流，有一旧桥通过，可利用原先桥位，设置一2X20米混凝土梁桥。

以下表中若无特别注明，皆为钢筋混凝土圆管涵。

表2—7酒洞汇总表（方案二）

桩号

涵洞类型和孔径

桩号

涵洞类型和孔径

K0+090

K0+458

2x（p0.5钢筋混凝上

K0+730

2x

K1+853

91.5钢筋混凝上

K2+555

2x

K4+145

钢筋混凝上

K4+690

钢筋混凝土

K5+060

91.5钢筋混凝上

K5+336

91.5钢筋混凝土

K5+54O

91.5钢筋混凝上

K6+060

K6+595

钢筋混凝上

桩号

涵洞类型和孔径

桩号

涵洞类型和孔径

K6+74O

钢筋混凝土

K6+990

钢筋混凝上

K7+O4O

2x20钢筋混凝土梁桥

K7+215

（P1.0钢筋混凝上

2.5两条方案的优劣评价

2.5.1路线方案比选的评价指标

路线方案比选的评价指标较多，主要有技术、经济、政策及国防上的意义，交通网系中的作用及其联系城镇的多少等指标，本设计中只作技术和经济两类评价指标的比较。

2.5.2方案的比选

比选具体指标见表2-8o

从表中对各项指标的评价可以看出，方案1的技术经济指标要略优于方案1。

本设计路段起点为新兴屯，终点为李家丿占，地处黑龙江省境内，两点间多高山，自起点一一腰七里半一一陆家屯一一终点的路段，有一等外线经过，且等高线较稀疏，沿线无不良工程地质，其他地区无法绕越，故可供选线的地区比较单一，方案一与方案二部分线形经过地区相同，走向基本相似，故可比性极小，方案2的路线比方案1的路线长度长61.48米，方案一线位较高，布设在农ffl上方,黑近坡脚选线占地较少并且容易保持路基稳定，而且方案1沿线经过3个村镇，可利用一个原有桥位，选线符合当地居民的行走习惯；方案2经过两个村镇，途中经过两条河流，靠近山脚处线位遇河沟较多，频繁设置桥涵，对排水要求高，鉴于能带动沿线经济发展，方便沿线居民是修路的主要目的，所以综合考虎以上因素，选用方案1。

表2-8方案比选表

评价指标

单位

方案一

方案.1

路线长度

m

7503.594

7565.07

航空长度

m

6402.31

6437.86

增K系数

1.172

1.175

转角总和

0,"

268。

43'03"

265。

47'12"

转角平均度数

Qftt

37。

23'17"

46。

2*34"

平曲线

个数

个

7

6

最小半径

个

无

无

接上表

竖曲线

个数

个

7

最小半径

m

无

无

纵断面

最大纵坡

个数

个

1

1

坡度

%

4.5%

3.8%

坡长

m

730

680

最小纵玻

个数

个

1

1

坡度

%

1.2%

0.7%

坡长

m

1043.594

2025.077

构造物

桥涵数量

个

12

16

土石方工程数量

填

nP

230654

257018

挖

nP

189360

249995

总

nP

420014

507013

最大填挖方高度

填

m

12.13

8.73

挖

m

9.47

18.25

克服高差

m

100

100

沿线连接城W

个

3

2

第3章详细测量与详细设计（施工图设计）

3.1详细技术测量

本设计结合任务，选定方案一其中一段路线进行详细设汁，将原有的地形图进行加密。

3.1.1定线

定线是在选线完成之后，具体标定公路的中心线，是根据上级标准的任务书和踏勘测量中已定的路线走向，主要控制点和技术标准在进行公路详细技术测量时进行的，其中主要任务是在选线布局所规定的’路线带’范围内，结合详细地形，水文地质条件，综合考虑平纵横三方面的合理安排，定出中线的合理位置。

具体设计，根拯初步设汁的纵断面图和横断面图，把不合理的路线移到合理的地段上，同时考虑水文地质条件，山于本设计属于教学设计，不能实地踏勘，上述方法只能在图纸上进行，即'纸上定线'，最后定出交点。

3.1.2确定详细设计的路线

选择该路线的原则：

要选择平曲线较多的路段，特别是要含有缓和曲线的路段，因为在该路段上会带有超高和加宽的设计，可以丰富设计的内容，增加设汁的难度，并将学过的知识充分利用到实践中来。

选择带有t亚口