道路勘测设计课程设计说明书.docx
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道路勘测设计课程设计说明书
城建学院
《道路勘测设计》课程设计说明书
课程名称:
道路勘测设计
题目:
金孟线二级公路设计
专业:
土木工程
学生姓名:
学 号:
指导教师:
设计教室:
十号楼611教室
开始时间:
2013年12月09日
完成时间:
2013年12月20日
课程设计成绩：
学习态度及平时成绩（30）
技术水平与实际能力（20）
创新（5）
说明书撰写质量（45）
总分（100）
等级
指导教师签名：
年月日
1、设计任务书2
1.1设计题目2
1.2设计时间及地点2
1.3课程设计的目的2
1.4设计原始资料及依据2
1.5主要容与基本要求3
1.6技术标准6
2.设计方案的拟定及说明7
2.1平面设计7
2.2纵断面设计7
2.3横断面设计7
3.平曲线的选择及参数计算9
3.1平曲线的选择9
3.2平曲线要素计算10
4、竖曲线的设计计算12
4.1纵断面设计原则12
4.2竖曲线要素计算13
4.3竖曲线计算依据13
4.4纵断面设计成果表14
5、横断面设计15
5.1路幅断面尺寸拟定15
5.2路基边坡和断面形式设计15
5.3超高与加宽设计16
6、设计17
参考文献
18
1、设计任务书
1.1设计题目
金孟线二级公路设计
1.2设计时间及地点
课程设计的时间在本学期第十五周，12月16日到12月20日。
1.3课程设计的目的
通过课程设计，使学生所获得的专业理论知识加以系统化，整体化，以便于巩固和扩大所学的专业知识；道路勘测设计是教学计划中重要的实践性教学环节之一，在设计过程中，通过实际工程设计，结合课程教学，掌握公路勘测设计的程序和技术方法。
使理论知识与实践相结合，熟悉路线设计的步骤和方法。
进一步巩固和加深及运用课堂上所学的勘测设计原理、标准、方法、理论基础知识，培养学生的分析问题、解决问题、独立设计的能力，使知识系统化，从而为毕业实习和设计打下基础。
自然环境优越，属暖温带大陆性季风气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，处于暖温带和亚热带气候交错的边缘地区，具有明显的过渡性特征。
全市年平均总日照时数为1868～2378小时，年平均气温在15.2～15.8℃。
全市年平均降水量为612～1287mm。
年平均相对湿度55.6%。
雪期，冻土期为90天左右，初雪期11月上旬至中旬，冻土期开始于11月下旬，次年3月上旬开始解冻，年最大冻土深达107cm。
1.4设计原始资料及依据
1．平原微丘区地形图：
按编号对应，比例为1：
2000。
2．沿线的工程地质及水文地质情况：
境土地，大面积已开垦为农田，植被覆盖主要是农作物，山区树木较多，常绿树种和落叶树种组成的混交林，沿线多粘质土，山坡上1米以下是碎石土。
。
3．沿线的植被及土壤分布情况：
生态条件优越，森林植被长势良好，地带性植被是落叶阔叶林，地处华北平原西部边缘与黄土高原东部边缘交错区，植被类型具有明显的过渡性，树木较多，沿线多黄土，山坡上1米以下是碎石土。
4．道路建筑材料及分布情况：
沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、矿渣、炉渣、石灰、水泥等材料供应。
，有小型采石场和石灰厂，水泥、钢材均需外购。
沿线可开采碎石、砂砾，并有粉煤灰、矿渣、炉渣、石灰、水泥等材料供应。
5．交通量资料：
①表1-1近期交通量
车型
东风KM340
江淮HF140A
三菱FR415
五十铃EXR181L
江淮HF150
东风SP9135B
数量
350
100
245
110
200
120
②交通增长率：
7%。
③道路必经点：
无要求。
1.5主要容与基本要求
严格按照《公路工程技术标准》和《路线》设计手册的有关规定执行，根据所设计公路的等级，采用相应的指标进行设计，尽量不用极限值。
1、平面设计
路线平面图是设计文件主要容之一，也是平面设计的重要成果。
它综合反映了路线平面位置、线形，还反映了沿线人工构造物和工程设施的布置以及公路与周围环境、地形、地物的关系。
路线平面图应示出地形、地物、路线位置及桩号、断链、平曲线主要桩位与其它主要交通路线的关系以及县以上境界等，标注水准点、导线点及坐标格网或指北图式、示出特大、大、中桥、隧道、路线交叉（标明交叉方式和形式）位置等。
图中还应列出平曲线要素表。
比例尺用1：
1000～1：
5000，其带状宽度为中线两侧各200～250米。
本次课程设计要求路线平面图的比例尺为1：
2000，由设计资料已给出的平面外业勘测原始资料，绘出路线的导线和路中线，其设计步骤与要求为：
（1）编制出《直线、曲线及转角一览表》并复核。
（2）根据交点坐标用坐标法绘制出路线交点，得到路线平面导线。
（3）根据平曲线要素以及各里程坐标绘制平曲线。
（4）按有关规定要求标注出公里桩，百米桩、主点桩位置。
交点号、水准点位置及高程等。
（5）绘制曲线表。
2、纵断面设计
纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定、排水及工程量等的要求，对纵坡的大小、长短、前后纵坡情况、竖曲线半径大小以及与平面线形的组合关系等进行组合设计，从而设计出纵坡合理、线形平顺圆滑的理想线形，以达到行车安全、快速、舒适、工程费用较省、运营费用较少的目的。
纵断面设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题。
纵断面设计可分成两步，一是纵坡设计，二是竖曲线设计。
（1）、纵坡设计
①准备工作。
根据校核无误的《直曲表》，中平资料。
在纵断面图上绘出公里桩，百米桩、其它各中桩，直线与平曲线位置。
点绘出地面线，并将桥涵、地质、土质、水准点等有关资料填注在纵断面图相应的栏目。
熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。
②标注控制点。
包括属于控制性的“控制点”和属于参考性的“控制点”（经济点）。
③试坡。
“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点”。
用三角板推平行线的办法，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合技术标准，同时又满足控制点要求而且土石方量又最省的坡度线。
④调坡。
结合选线意图和对照技术标准或规进行。
一般要求纵坡不要太零碎（取至0.1%），变坡点设在整10米桩上。
⑤核对。
主要核对具有控制意义的特殊横断面。
如高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。
⑥定坡。
最终确定纵坡度、变坡点位置（桩号），推算并校核变坡点高程。
坡度值一般是用三角板推平行线的办法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一，即0.1%。
（2）竖曲线设计
①在满足标准的前提下，按外距控制选择竖曲线半径，按切线长度选择竖曲线半径。
②计算竖曲线几何要素，包括竖曲线切线长T、曲线长L和外距E，以及竖曲线上任意点纵距y的计算、竖曲线上任意点设计标高的计算。
③点绘竖曲线。
④最后计算填挖高度，填绘有关资料，整理、上墨，完成纵断面设计图。
纵断面图的比例一般是：
横坐标（里程及桩号）1：
2000，纵坐标（水准高程）1：
200。
纵断面图的上半部包括：
①高程、地面线、设计线、竖曲线及其要素
②桥涵（桥梁按桥型、孔数及孔径标绘，注明桥名、结构类型、中心桩号、设计水位；跨线桥示出交叉方式；涵洞与通道按桩号及底高绘出，注明结构类型、中心桩号、孔数及孔径）；
③隧道（按长度、高度标绘，注明名称和起始点桩号）；
④与公路、铁路交叉时的桩号及路名；
⑤水准点的位置、编号及高程；
⑥断链桩位置及长短链关系；
⑦沿线跨越河流的现有水位和设计洪水位，影响路基稳定的地下水位等。
纵断面图的下部各栏应示出：
土壤地质情况、施工高度、设计高程、地面高程、坡长及坡度、里程及桩号、直线及平曲线（包括缓和曲线）等。
3、路基横断面设计
（1）路基横断面尺寸的拟定
路基宽度的确定是根据所给出的公路等级查公路工程技术标准确定。
边坡值的确定是根据路基横断面形式、填料种类、土质情况以及边坡高度等因素确定。
路堑边坡应根据开挖情况、土石成份的工程性质不同，修筑成折线形边坡；路堤边坡应根据填料的种类及路堤高度而确定。
边坡加固在横断面设计中仅确定加固类型和坡度，示意表示即可，不作详细设计。
（2）横断面图的设计步骤
①点绘各横断面的横向地面线；
②根据《技术标准》的规定，确定路基宽度；按照土质成分、边坡高度拟定路基边坡坡度，根据土质成分、边坡高度确定路基边坡，并进行边坡设计。
填方边坡一般采用1：
1.5。
按照排水要求拟定边沟、截水沟等尺寸。
③按弯道半径大小分别拟定超高加宽值；
④根据纵断面设计资料，按设计标高，在路基设计表上逐桩进行计算，完成路基设计表的编制；
⑤按路基设计表数据，绘出横断面设计线；陡峻山坡需设挡土墙等防护工程时，应将挡墙等防护工程处要绘出。
⑥检查弯道路段横断面侧视距是否保证，是否需要清除障碍及设置视距台。
横断面的绘制，一般在方格纸上按桩号由下向上绘制，路基横断面设计图应绘出所有整桩、加桩的横断面图，示出加宽、超高、边坡、边沟、截水沟、碎落台、护坡道、路侧取土坑，开挖台阶及视距台等，注明用地界。
挡土墙、护面墙、护脚、护肩、护岸、边坡加固、边沟（排水沟）及截水沟加固等均绘在本图上，并注明起讫桩号、圬工种类及断面尺寸（另绘有防护工程设计图的只绘出示意图，注明起讫桩号和设计图编号）。
比例尺用1：
200。
（3）路基标准横断面图
路基标准横断面图应示出路中心线、行车道、拦水缘石、土路肩、路拱横坡、边坡、护坡道、边沟、碎落台、截水沟、用地界碑等各部分组成及其尺寸，路面宽度及概略厚度。
高速公路、一级公路按整体式路基、分离式路基分别绘制，还应示出中央分隔带、缘石、左侧路缘带、硬路肩（含右侧路缘带）护栏、隔离栅、预埋管道等设置位置。
比例尺用1：
100（或1:
50）。
4、表格填制
（1）直线、曲线及转角一览表
列出交点号、交点坐标、偏角、曲线各要素值、平曲线主要桩位、直线长、计算方位角或方向角等。
（2）路基设计表
列出平曲线要素`纵坡（坡高、坡长、变坡点桩号及高程）、竖曲线要素、桩号、地面高程、设计高程、填挖高度、路基宽度（原宽、加宽、加宽后宽）、缓和长度超高值（左、右）、路基边缘与设计高之差（左、右）等。
边沟（排水沟）需特殊设计时还应列出沟底纵坡设计资料、形状及尺寸、沟底高程（左、右）。
5、说明书
说明书主要写设计的基本方法、基本步骤、存在的问题以及体会和建议。
1.6技术标准
1、交通部.《公路工程技术标准》（JTJB01－2003），：
人民交通，2004
2、交通部.《公路路线设计规》（JTGD20－2006），：
人民交通，2006
3、交通部.《公路路基设计规》（JTGD30－2004），：
人民交通，2004
4、交通部.《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》，：
人民交通，1996
5、少伟.《道路勘测设计》，：
人民交通，2009
6、许金良.《道路勘测设计毕业设计指导》，：
人民交通，2004
2.设计方案的拟定及说明
为巩固课堂所学知识，培养学生进行道路设计的构思，运算，绘图等基本技能，根据提供的地形图，在地形图上选择一条最佳路线，确定最佳路线方案，并对最佳路线方案进行下述各项设计：
2.1平面设计
1、进行平面设计
选定平曲线半径，计算平曲线，缓和曲线，超高和加宽等要素，并填写《直线，曲线及转角表》；
2、绘制路线平面图
绘出地形，地物，表示出路线（里程桩，平曲线要素及主要桩位）的位置，比例为1：
2000；
2.2纵断面设计
1、进行纵断面设计
根据确定的平面图，直接读取各桩地面高程，绘制地面线，并进行纵断面设计，确定竖曲线等要素；
2、绘制路线纵断面图
纵断面图的比例一般是：
横坐标（里程及桩号）1：
2000，纵坐标（水准高程）1：
200。
纵断面图的上半部包括：
①高程、地面线、设计线、竖曲线及其要素
②桥涵（桥梁按桥型、孔数及孔径标绘，注明桥名、结构类型、中心桩号、设计水位；跨线桥示出交叉方式；涵洞与通道按桩号及底高绘出，注明结构类型、中心桩号、孔数及孔径）；
③隧道（按长度、高度标绘，注明名称和起始点桩号）；
④与公路、铁路交叉时的桩号及路名；
⑤水准点的位置、编号及高程；
⑥断链桩位置及长短链关系；
⑦沿线跨越河流的现有水位和设计洪水位，影响路基稳定的地下水位等。
2.3横断面设计
1、横断面图的设计步骤
①点绘各横断面的横向地面线；
②根据《技术标准》的规定，确定路基宽度；按照土质成分、边坡高度拟定路基边坡坡度，根据土质成分、边坡高度确定路基边坡，并进行边坡设计。
填方边坡一般采用1：
1.5。
按照排水要求拟定边沟、截水沟等尺寸。
③按弯道半径大小分别拟定超高加宽值；
④根据纵断面设计资料，按设计标高，在路基设计表上逐桩进行计算，完成路基设计表的编制；
⑤按路基设计表数据，绘出横断面设计线；陡峻山坡需设挡土墙等防护工程时，应将挡墙等防护工程处要绘出。
⑥检查弯道路段横断面侧视距是否保证，是否需要清除障碍及设置视距台。
2、横断面的绘制，一般在方格纸上按桩号由下向上绘制，路基横断面设计图应绘出所有整桩、加桩的横断面图，示出加宽、超高、边坡、边沟、截水沟、碎落台、护坡道、路侧取土坑，开挖台阶及视距台等，注明用地界。
挡土墙、护面墙、护脚、护肩、护岸、边坡加固、边沟（排水沟）及截水沟加固等均绘在本图上，并注明起讫桩号、圬工种类及断面尺寸（另绘有防护工程设计图的只绘出示意图，注明起讫桩号和设计图编号）。
比例尺用1：
200。
3.平曲线的选择及参数计算
3.1平曲线的选择
1、平面选线的原则
①在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、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。
②路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，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，应尽可能的采用较高的技术指标。
不轻易采用极限指标，也不应为了采用较高指标而使得工程量过分增大。
③选线应能满足国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，保证路线能够加强居民区特别是经济较发达地区的之间的联系，同时也应注意同农田等基本建设相配合，尽量少占用农田，避免可多的拆迁工程。
④在选线过程中，对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼及排水不良等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避，如必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越围，并采取必要的工程措施。
⑤选线时应重视环境保护，注意由于道路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。
2、选线过程
一条道路路线的选定是经过由浅入深，由轮廓到局部，有总体到具体，有面到带进而到线的过程来实现的，一般要经过以下三个步骤：
①全面布局
全面布局是解决路线基本走向的工作。
就是根据公路的技术等级、及其在公路网中的作用，结合地形地物条件，在路线的起、终点及中间必须通过的控制点间寻找可能通行的“路线带”，并进而确定一些大的控制点，将其连接起来，即形成路线的基本走向。
路线布局是关系到公路质量的根本性问题。
因此，在选线中首先应着眼于总体布局工作，解决好基本走向问题。
全面布局是通过路线视察、经过方案比较来解决的。
②逐段安排
逐段安排是在路线基本走向已经确定的基础上，再进一步加密控制点，解决路线局
部方案的工作。
即在大控制点间，结合地形、地质、水文、气候等条件，逐段定出中、小的控制点。
逐段安排路线是通过踏勘测量或详测前的路线察看来解决的。
③具体定线
在所有的控制点间，根据技术标准、结合自然条件，综合考虑平、纵、横三方面因素，反复穿线插点，具体定出路线位置的工作。
这是一步更深入、更细致、更具体的工作。
具体定线在详测时完成。
3、纸上定线
3.2平曲线要素计算
确定两交点转角α1=-23°10′00.4″，V=80（km/h），拟定半径R=600（m）。
1、缓和曲线长度计算
①离心加速度的变化率计算:
Ls（min）=0.036V³/R=28.36（m）
②按驾驶员的操作及反应时间计算：
Ls（min）=V/1.2=80/1.2=66.67（m）
③按视觉条件计算：
Ls（min）=R/9=600/9=66.67（m）
缓和曲线长度:
Ls=75（m）
2、曲线及桩号标定：
起点桩号K5+56.000，起点坐标（968788.120，1003800）
JD桩号K5+844.120,坐标（968000.00，1003800），R=600（m）
终点桩号K6+542.780,坐标（967354.45，1004076.24）
3、曲线要素计算：
图3-1缓和曲线要素计算
q=Ls/2-Ls³/240R²=75/2-75³/（24080²）=37.225（m）
p=Ls²/24R-Ls4/2668R³=80²/（24600）-804/（2668600³）=0.444（m）
β。
=28.6479Ls/R=28.647975/600=3°58′09.875″
T=（R+p）tan（α/2）+q=（600+0.444）tan（-23°10′00.4″/2）+37.225=160.556（m）
L=（α-2β。
）（π/180）R+2Ls=（-23°10′00.4″-3°58′09.875″）600π/180+280
=317.620（m）
E=（R+p）sec（α/2）-R=（600+0.444）sec（-23°10′00.4″/2）-600=12.873（m）
4、曲线主点桩号计算：
ZH=JD-T=K5+844.120-160.556=K5+683.564
HY=ZH+Ls=K5+683.564+75.000=K5+758.564
QZ=ZH+L/2=K5+683.564+317.602/2=K5+842.365
YH=ZH-Ls=K5+842.365-75.000=K5+926.166
HZ=ZH+L=K5+926.166+75=K6+001.166
4、竖曲线的设计计算
4.1纵断面设计原则
沿着路中线竖向剖切、再行展开即得到了路线的纵断面。
路线纵断面一般情况下是一条在竖向上有起伏的空间线形。
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、当地的自然条件以及工程经济性等，确定纵面线形的竖向位置与形状，以便达到行车安全、迅速、经济与舒适的目的
1、纵断面设计的要求及注意事项
（1）纵坡设计的一般要求
①纵坡设计必须满足《标准》中的各项规定与要求。
②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，起伏不宜过大和过于频繁。
尽量避免采用《规》中的极限纵坡值，并留有一定的余地。
③设计应对沿线地形、地质、水文、地下管线、气候和排水等进行综合考虑，并根据需要采取适当的技术措施，以保证道路的稳定与通畅。
④一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方及其它工程数量，以降低工程造价和节省用地。
⑤山岭微丘区的纵断面设计应考虑纵向填、挖平衡，尽量使挖方作为就近路段的填方，以减少借方和废方；平原微丘区的纵断面设计应满足最小填土高度的要求，以保证路基的稳定性。
⑥高速公路和一级公路，应考虑通道、农田水利等方面的要求；低等级公路，应注意考虑民间运输、农业机械等方面的要求。
（2）最大纵坡
①概念
最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值。
它是道路纵断面设计的重要控制指标。
在山岭重丘区，它直接影响着路线的长短、线形的好坏、道路使用的质量、工程数量和运输成本等。
②最大纵坡的影响因素
各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件、车辆行驶的安全性、以及工程经济与运营经济等因素，通过全面考虑，综合分析而确定的.
各级公路最大纵坡的规定见表4-1所示
表4-1各级公路最大纵坡
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
最大纵坡（%）
3
4
5
6
7
8
9
（3）最小纵坡
挖方路段以及其它横向排水不良路段所规定的纵坡最小值称为最小纵坡。
各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。
当必须设计平坡或纵坡小于0.3%时，边沟应作纵向排水设计。
注：
干旱少雨地区的最小纵坡可不受此限制。
（4）坡长限制
根据希望速度V1和容许速度V2，可以得出对应于V1的“理想的最大纵坡”i1和对应于V2的“不限长度的最大纵坡”i2。
①小于i1的纵坡称为缓坡，汽车在缓坡上可以加速行驶；
②大于i1的纵坡称之为陡坡。
1）当i＜i2的纵坡，汽车在其上行驶时，设初速为V1，则终速不会低于V2；
2）当i＞i2的纵坡，应对其长度进行限制。
4.2竖曲线要素计算
计算所需的公式如下所示：
图4-2竖曲线要素示意图
竖直线要素设计公式为：
=i2-i1
竖曲线长度：
L=R
竖曲线切线长：
T=L/2
竖曲线外距：
E=T²/2R
4.3竖曲线计算依据
纵坡：
i1=-0.837％，i2=1.008％，i3=-0.387％，i4=-2.392％
半径：
R1=10000.000m，R2=12000.000m，R3=12000.000m
以第一个变坡点的计算为例：
桩号：
k5+400.0001=i2-i1=1.008％-（-0.837％）=1.845％，凹型竖曲线
曲线长：
L1=R11=187.5m
切线长：
T=L1/2=92.260m
外距：
E1=O.426m
4.4纵断面设计成果表
以前面的计算即可确定出各直线段坡线上所对应的中桩标高，再由公式h=x²/2R算出竖曲线各点的竖距，
5、横断面设计
横断面设计俗称“戴帽子”，它的主要任务是根据公路等级，结合当地自然条件，综合考虑交通安全、路基稳定，公路排水、节省用地和工程经济等的要求，确定能够公路横断面的组成部分及其几何尺寸。
横断面设计本着经济，避免大填大挖，填挖平衡的原则。
本次设计中横断面的比例尺为1:
200.
5.1路幅断面尺寸拟定
根据设计有关规定的要求，二级公路标准设计，计算行车速度80Km/h,本工程路基宽度为12m,路幅组成如下：
行车道宽度：
2×3.75m
硬路肩：
2×1.5m
土路肩：
2×0.75m
5.2路基边坡和断面形式设计
路基边坡的陡与缓直接影响路基的稳定性及其工程经济合理性。
基边坡坡度一般以坡段的竖直投影和水平投影之比表示。
边坡的坡度应在1.2~1.5的围。
路基填方采用碎石土填筑，当边坡高度≤8.0m，边坡坡度为1﹕1.5；当边坡高度＞8.0m，于8m处设变坡点，上部边坡坡度为1﹕1.5，下部边坡为1﹕1.75，并于变坡点处设1.0m平台。
路基挖方边坡按地质情况分析计算而定。
路基横断面垂直于线路中心线截取的路基断面。
依其所处的地形条件不同，有各种断面
图5-1以上两种为设计路基横断面与路线平纵面的几何关系图
5.3超高与加宽设计
设置超高是为抵消车辆在圆曲线路段上行驶时所产生的离心力，保证汽车能安全、稳定、满足设计速度和经济、舒适地通过圆曲线，在该路段横断面上设置的外侧高于侧的单向横坡。
超高过渡段中的超高渐变率，其取值在0.4％~2.0％间变化，最大超高容许值为8％，
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