设计总说明书.docx
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设计总说明书
桦树冲至高家台高速公路设计
总说明书
1.概述
1.1任务依据
本项目位于湖南省境内，为适应经济发展需求，改善区域的交通环境，对路线所经区域的经济发展、资源开发利用起到促进作用，上级主管部门下达了建该路的设计任务。
本道路是根据提供的地形图，按照高速公路标准进行设计的公路，总长度为3335.457m。
1.2设计技术标准
本项目采用的技术标准：
路线按设计速度100km/h的双向四车道高速公路设计，路基宽度26m。
本项目初步设计以设计任务书为基础，以现行《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）及有关路线、路基、路面、桥涵、隧道、地质、交通工程勘察设计规范为依据，按交通部1996发《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》及有关图表示例编制。
主要技术指标见下表。
主要技术标准表
指标名称
单位
主线
公路等级
高速公路
设计速度
km/h
100
路线长度
m
3335.457
路基宽度
m
26
行车道宽度
m
4x3.75
平曲线最小半径
m
700
平曲线最长半径
m
1400
竖曲线半径
m
30000
最大纵波
%
1.285
最小纵波
%
0.300
设计洪水频率
路基
1/100
涵洞及小桥
1/100
大、中桥
1/100
特大桥
1/300
车辆荷载标准
桥涵、路基
公路I级
路面
标准轴载100kN
1.3测设经过
本项目第一周完成了道路技术等级和技术标准的确定，初步确定该道路为四车道高速公路，后进行纸上定线，定出两套方案，进行方案的线形组合得设计，方案比较后提出推荐方案；第二周主要进行平面定线设计，绘出路线平面图；第三周进行路线纵断面设计和横断面设计并绘出纵断面设计图和横断面设计图；第四和第五周进行路基横断面详细设计并进行路基稳定性验算和路线部分资料的整理。
1.4起讫点、中间控制点，所经主要河流、垭口及城填等
路线起点在桦树冲附近，桩号K0+000，终点在高家台附近，桩号为K3+335.457；沿途中间有三个控制点，即三个交点，其桩号分别为K0+604.136，K1+330.399，K2+687.279；该道路途中没有河流，最多是一些沟渠，但要跨过一条公路，采用分离式立交；道路在K1+500的地方沿一个垭口通过，避免了大量开挖；此条道路在起点的地方绕过一些城镇，后面经过一些乡村，此外还经过一些塘。
1.5沿线地形、地质、气候、水文等自然地理特征
设计路段为平原微丘区，部分地区纵坡起伏较大，地表植被为稻田、树林，间有水塘。
植被较发育，该段地形对路线工程影响较大。
沿线所出自然区划为IV5区，属东南湿热区，雨量充沛集中，水毁、冲刷、滑坡是道路的主要病害，该区水稻田多，土基湿软，夏季炎热。
全线地质条件良好，土壤为粘性土。
不考虑地震影响。
沿线地方材料：
碎石、砾石、砂、石灰、粉煤灰等。
1.6占用土地与城镇规划及其它建设工程的协调情况
由于我国土地资源紧缺，在线路设计中，以少占农田作为重要的参考依据，经过多次比较论证，该推荐方案占用农田比较少，且该条道路沿途经过城镇比较少，没有与城镇规划起任何冲突，考虑到此条公路要上跨过一条低等级的公路，上跨的位置设置得较合理，相交角度满足要求又满足了与城镇规划相协调的要求。
总之本项目的建设有利于完善国家干线公路和湖南省骨架公路网布局，改善区域的交通环境，对路线所经区域的经济发展、资源开发将起重大的促进作用。
1.7采用新技术
本项目采用纬地道路CAD系统绘制平面设计图、纵断面设计图、横断面设计图等图纸，提高了设计速度和质量。
2.路线
2.1主要技术指标采用情况
路线采用四车道高速公路标准，设计速度100km/h，路基宽度采用26m。
推荐方案主要技术指标采用情况
平面指标：
路线长度：
3335.457m
最长平曲线半径：
1400m
最短平曲线半径：
700m
路线增长系数：
1.061
平曲线占路线总长：
64.83%
纵面指标：
平均每公里纵坡变更：
0.600次
最长坡长：
1144.067m/1处
最短坡长：
686.375m/1处
最大纵坡：
1.285%/1处
最小纵坡：
0.300%/1处
竖曲线占路线总长：
20.00%
2.2路线布局情况及方案比选的论证，列出比较结果并提出推荐方案
2.2.1路线布局及大致走向
根据纸上的定线，两方案的路线走向如下图所示：
2.2.2方案论证与比较并提出推荐方案
起点B到JD1为两方案共用的路线，该段起点部分跨过一个村庄，其余部分除经过一个鱼塘外，大部分是平坦地区，没有较大的高差变化。
方案一
1、JD1-JD2，前段地势平缓，后要跨过一条路，需要修建分离式立交桥一座，后经过一座小山，由于修建了立交桥，占用农田不是很多；
2、JD2-JD3，该段交点间距较长，起始一段要跨过一个大塘，而塘边又有一条小路，建议修一座桥，该段选线好的一个方面是路线选择一个垭口经过，避开两山的峰顶，使得土方量大为减少；该段后半部分大部分沿着山腰走，占用农田较少，且地势也较平缓，缺点就是经过的塘有点多；
3、JD3-A，这段先是经过一个大塘的边缘，后面要翻越一座较陡的山，后沿着山腰到达终点，但只要设计好，还是能达到土方调配平衡的。
方案二
1、JD1-JD2`，该段路线较长，经过的地质状况也比较复杂，JD1开始要经过一段比较长的农田，后与一座分离式立交桥连接，由于该立交桥要上跨过两条距离相近的路，因此该桥总长较长；后要翻越一座山，紧接着是一段地势低矮的农田，然后又要爬上一段山群，优点主要是经过一个垭口和沿着山腰经过，直到JD2`，只是途中还要经过一段高程较低的农田；
2、JD2`-A，这段先是下坡，后经过一段农田，然后越过两座较陡的山，这段中显然土方量很巨大，需要转移的土方量也较多，其间还会经过一个大塘和占用一些房子，如能修桥，土方量将大为减少，但修桥的费用也不低。
根据前面的线形组合设计和分段比较，现总结如下表：
方案列表比较
项目
方案一
方案二
总里程（m）
3335.457
3240.156
占用农田
较少
较多
施工难度
较小
较大
填挖土方量
少
多
线形组合
满足要求
线形组合得较好
线路地形
较平缓
地形起伏较大
占用房屋
稍多
稍少
修建桥梁
2座
1座
本项目对路线方案作了深入、细致的研究，特别重视工程地质、环境保护等路线方案的影响，在两方案论证、比选的基础上，通过详细比选，最终确定方案一为推荐方案。
本项目推荐方案总里程3335.457m。
与比较方案比较，推荐线优点有：
推荐方案防护数量少，对山体开挖小，有利于环境保护，且推荐方案路线比较平缓，选择有利地形经过，避开高填挖和陡坡等地形，不用对土石方大规模调配，比较经济；推荐方案占用农田也较少，线形组合也满足要求。
缺点有：
推荐方案路线稍长，占用房屋稍多，要多建一座桥梁。
推荐方案的平面线形设计详见设计计算说明书，平曲线线形设计计算结果及各要素桩号见直线、曲线及转角表。
2.3路线纵断面
2.3.1技术标准的确定
根据《公路工程技术标准》规定，高速公路平原徽丘区最大纵坡为4%，设计时应尽可能选用小于规定的最大纵坡值：
为满足排水要求，最小纵坡为0.3%；考虑到汽车行驶的平顺性要求：
最短纵坡长为250m；考虑到汽车行驶速度的要求：
当纵坡为3%时，最大坡长为1000m；当纵坡为4%时，最大坡长为800m。
根据《公路工程技术标准》规定，设计时速100Km/h的高速公路凹型竖曲线一般最小半径为4500m，凸型竖曲线一般最小半径为10000m。
2.3.2道路纵断面设计
在纵断面设计中有两条主要的线：
一条是地面线，它是根据中在线各桩点的高程而绘制的一条不规则的线，反映了沿地面的起伏情况；另一条是设计线，它是经过技术、经济等多方面的比较后订出的一条有规则形状的几何线，其反映了拟建道路的实际起伏变化情况。
拟建道路的设计标高是指中央分隔带外侧边缘的标高
2.3.2.1道路纵断面设计原则
1.纵坡设计应满足最大纵坡坡度、最小坡度、最小坡长等相关要求；纵坡设计应有一定的平顺性，起伏不宜过大也不宜过与频繁；
2.纵坡设计在一般情况下，应大致填挖平衡，减少运输工具的数量，降低工程造价，但高速公路一般以填为主；
3.微丘区地下埋深较浅，河流、池塘分布较广，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；
4.大、中桥无特殊请况桥上不设竖曲线，桥头两端竖曲线的起始点应设在桥头10米外。
2.3.2.2纵断面线形方案的确定
纵断面设计应满足上述各种技术指标及构造净高要求，尽量降低填土高度，节约工程造价。
竖曲线半径一曲较大值，但不宜设置过多的竖曲线，使路线频繁起伏。
另外，还应考虑平、纵线形的组合：
1.平曲线与竖曲线应满足“平包竖”的原则，即竖曲线的起终点分别设置在平曲线内；若由于地形条件的限制而不能满足时，当平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开不得超过平曲线长度的1/4时，仍然可行。
2.平曲线与竖曲线大小保持均衡，平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不应形成多而小。
根据以上设计原则要求，现拟定其具体坡度及坡长如下：
表5-4竖曲线设计要素表
路段
坡度（%）
坡长（m）
K0+000.000～K1+240.000
0.645
1240
K1+240.000～K2+260.000
1.285
1020
K2+260.000～K3+335.457
-0.300
1080
竖曲线各要素和桩号的计算见设计计算说明书和纵波、竖曲线表。
3．路基横断面设计
3.1横断面设计技术标准
3.1.1路拱横坡
路拱横坡一般由路面类型和当地自然条件确定。
本着有利于排水、施工和行车的原则，由《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）查知，水泥混凝土路面横坡度取1.0%～2.0%，直线段的硬路肩横坡度与行车道横坡度相同，土路肩横坡比路拱横坡度大1.0%～2.0%。
3.1.2超高及其构成
超高的设置是为了抵消车辆在曲线路段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。
平原徽丘区高速公路不设超高的最小半径为4000m，而在本设计中圆曲线的半径分别为700m、800m、1400m，故设计中应考虑超高问题。
3.1.3曲线加宽
根据《公路工程技术标准》，对于R≥250m的圆曲线，由于其加宽值甚小故可不必加宽。
故本设计中不设置曲线加宽。
3.2路幅设计及超高
公路亮路幅的组成和各部分尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素确定，在满足交通环境、公用设施、管线铺设及排水要求的前提下，经济合理的确定各组成部分的宽度及相互之间的位置及高差，尽量做到节省投资，使道路发挥其最大的经济效益和社会效益。
本设计路幅为四车道形式，路基全宽设计为26m，其余各部分组成为：
中央分隔带2m，行车道为4×3.75m，路缘带2×0.75m，硬路肩2×3m，土路肩2×0.75m。
路基的设计标高为中央分隔带外侧边缘的标高。
3.2.1路拱横坡
路拱横坡一般由路面类型和当地自然条件确定。
本着有利于排水、施工和行车的原则，由《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）查知，水泥混凝土路面横坡度取1.0%～2.0%，直线段的硬路肩横坡度与行车道横坡度相同，土路肩横坡比路拱横坡度大1.0%～2.0%。
本设计中采用的路拱横坡度为2%，硬路肩横坡度为2%，土路肩横坡度为3%。
3.2.2平曲线超高
为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力,在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡,称为超高。
当平曲线班线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高。
超高的横坡度根据公路等级、计算行车速度、平曲线半径大小，并结合路面类型和车辆组成等条件确定。
本设计中设有中央分隔带，故选用绕中央分隔带边缘旋转的方法设置超高，超高计算结果见路基计算表及横断面图。
3.3路基边坡
3.3.1边坡设计
路基边坡的陡缓程度，直接影响到路基的稳定和路基土石方工程数量。
路基边坡坡度应根据当地的土质类型、岩石结构和风化程度、水文条件、填筑高度、边坡高度及施工方法等因素分段确定。
路基边坡设计一般分为路堤边坡和路堑边坡。
路基边坡一般多采用直线形，当填挖高度较高或填方用不同土质分层填筑时可采用折线边坡。
路基边坡坡度应根据填筑材料和边坡高度等按《公路工程技术标准》的规定选取。
当边坡高度超过20m时，应进行稳定分析和验算。
本设计中既有路堤边波也有路堑边波，按《路基路面设计规定》（JTGD30-2004）规定，路堤当填土高度小于6m时，边坡比为1:
1.5；6m～12m时，边波比采用1:
1.5；12m以上边波比按计算确定。
路堑边波比，视工程地质和边波高度等因素而定，一般土质或强风化岩质为1：
1～1：
1.5，中风化及弱风化为1：
0.5～1：
1，边波高度超过6m设1.5m宽的平台，路堑边波外侧设宽1.0m的碎落台。
3.3.2边坡防护
路基边坡设计时，应根据道路性质和当地条件，结合公路本身和排水情况，采取相应的防护加固措施。
常用的坡面防护类型有：
植物防护、灰浆防护和砌体防护等。
由于本设计中路堤填料为普通土，确保路基的稳定，并综合考虑路基的绿化、美化和工程经济的合理性，拟采用以下路基防护措施：
1、于本设计中，采用拱形骨架护坡，拱形骨架内加铺草皮防护。
拱形骨架采用7.5号浆片石，用20号混凝土预制块镶边，以便拦截水流，使路面雨水在边坡上集中排除，并且每隔20m设置一个排水沟，使之流入路基排水沟中。
拱形骨架间采用铺草防护，即经济又美观。
为防止对路肩边坡的冲涮和地表临时积水对路基坡脚的浸泡，骨架护坡顶部和底部应分别设置镶边和护脚。
2、设计中，均采用锥形护坡。
如下图所示：
拱形骨架护坡及边坡设置
3.4路基横断面
路基横断面应根据公路等级、技术标准，充分考虑公路所在地的地形、地质、水文、填挖等具体情况选用。
按照路基断面形式，一般分为全填方路基、全挖方路基和半填半挖路基等。
本设计中涉及到了全填方路基、全挖方路基和半填半挖路基，各标准横断面尺寸及具体设置见图纸。
3.5路基设计表
“路基设计表”是路线设计和路基设计成果的体现，在道路设计文件中占有重要地位，具体内容见图纸。
3.6土石方计算表
路基土石方是公路工程的一项主要工程量，在公路设计和线路方案比较中，路基土石方的多少是评价公路测设质量的主要经济指标之一，纬地中用平均横断面的方法计算出各个桩号的土石方数量，详细数量见土石方计算表。
3.7路基施工要求和注意事项
1.路基基底为耕植土或腐植土时，必须清除土表并作填前压实处理，压实度需达到85%；
2.位于路基范围内的树根、芦苇根必须挖除；
3.地下水位较高的低路段施工时，应首先在路基两侧开挖排水沟，及时抽水，以降低地下水位，确保低路堤的施工质量。
4.路堤填筑前，应对填料密度、含水量、最大干密度进行测定，压实过程中应对填料的含水量严格控制，压实后应检查是否符合设计要求。
5.为便于边坡的压实，路基两侧需施工加宽40cm，，边坡表层与填方主体要同时施工、均匀压实。
6.路基在雨季施工时，应注意加强施工管理，做好临时排水和防护措施，如草袋护肩，以防止路肩和边坡塌陷。
4.路基稳定性验算
4.1挡土墙设计
本设计采用衡重式挡土墙。
衡重式挡土墙依靠墙身自重支撑土压力来维持其稳定。
一般多用片（块）石砌筑，在缺乏石料的地区有时也用混凝土修建。
衡重式挡土墙圬工量大，但其型式简单，施工方便，可就地取材，适应性强，故被广泛采用。
根据少占农田的原则，在农田的路堤地段，在路堤高度超过5m时一般都设路堤挡土墙，挡土墙采用衡重式路堤挡墙，挡土墙埋深1m，挡土墙填土高度随路堤高度而变化；一般在路堑地段不设挡土墙，而采用直接拉坡。
根据对整个路段进行分析，需要设挡土墙的包括以下段落：
左侧路堤挡墙：
K0+680～KO+840、K1+820～K1+900、K2+440～K2+480、K2+820～K3+040；
右侧路堤挡墙：
K1+240～K1+440、K1+820～K1+900、K2+280～K2+500、K2+720～K2+820、K3+000～K3+080、K3+260～K3+335.457。
由于在课程设计时已进行过挡土墙稳定性验算，在此由于时间紧迫，下面只进行边坡的稳定性分析。
4.2路基边坡稳定性分析
土坡稳定性的各种方法，按时问土体的滑动面特征，大体可以归纳为直线，曲线和折线三大类，而且均以土的抗剪强度为理论基础，按力的极限平衡原理建立相应的计算。
本路基边坡稳定分析方法采用圆弧滑动面条分法。
4.2.1基本资料
取设计路段中最不利横截面（如填方最高）予以分析，分析方法采用圆弧滑动面条分法，最危险滑动面圆心采用4.5H法予以搜索。
圆弧法的计算精度主要与分段数有关。
分段愈多则计算结果愈精确，一般分7～10段。
小段的划分，还可结合横断面特性，如划分在边坡或地面坡度变化之处，以便简化计算。
要求最危险滑动面对应的最小稳定系数Kmin>1.20～1.25，达到该条件可以判定边坡为稳定状态。
4.2.2路堤填土：
路堤填土采用粘性土填筑，抗剪强度参数为c=28.3kPa，φ=32.4°；路堤填土容重γ=18.2kN/m3；
4.2.3汽车荷载：
汽车荷载一级荷载Q=550KN进行当量土柱高度h0换算：
本毕业设计按照双向4车道计算：
考虑最不利汽车荷载为公路Ⅰ级荷载550KN，假设计算模型为两边对称分布，主要计算路堤中心线下不同深度地基附加应力，各个土层计算点按照分层总和法处理。
考虑N=4，Q=550kN，L=12.8m，d=0.6m，b=1.8m，m=1.3m予以计算。
其中B=4×1.8＋3×1.3＋0.6=11.7m,故
m
4.2.4边坡稳定验算
用4.5H法定出滑动圆弧面的圆心和半径。
（1）取圆心点O点，半径为10.04m。
（2）分条。
将滑动土体分成8条，各土条宽度为
（i=1，2……8），量出各土条底部滑动圆弧中点至圆心的水平距离
，计算其倾角
，Sin
=
/R；再求得各弧长
，
=
/cos
。
图2-2边坡稳定分析示意图
（3）量出各土条的平均高度（中心高度）
，并求出各土条面积
=
.取1m长路堤，计算各土条的重力
=
。
上述计算的结果如下表所示：
当R=10.04m时：
土条
编号
（m）
（m）
（m）
（
）
（m）
（
）
（kN）
1
1.733
4.333
1.800
25.57
1.921
3.119
56.766
2
1.733
2.600
2.600
15.0
1.794
4.506
82.009
3
1.733
0.867
4.000
4.95
1.740
6.932
126.162
4
1.960
0.980
5.000
5.60
1.970
9.800
178.360
5
1.960
2.940
5.800
17.03
2.050
11.368
206.898
6
1.960
4.900
6.000
29.21
2.245
11.760
212.940
7
1.960
6.860
4.600
43.10
2.685
9.016
164.091
8
1.960
8.820
3.000
61.46
4.100
5.880
107.016
K=
［c
+
cos
tan
］/
sin
=2.59>1.25，可见该路堤的稳定性满足要求。
按规范要求，本应该进行3～5个圆心试算后才能取Kmin判别稳定性，但由于边坡验算只是试算，且时间有限，在此只进行一个圆心的试算。
5.交通工程设计
5.1概述
本项目交通安全设施设计主要包括：
标志、标线、护栏、隔离设施、轮廓标、突起路标、防眩板等。
设计中执行的主要标准及依据如下：
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）
《道路交通标志和标线》（GB5768-1999）
《高速公路交通安全设施设计及施工技术规范》（JTJ074-94）
本项目交通安全设施设计的总体原则：
保障安全、提供服务、利于管理。
5.2标志
5.2.1平面布设原则
以完全不熟悉本路及周围路网体系的司机为使用对象，以顺利、快捷、安全为目的。
·县级以上行政区划的分界处设置分界标志。
·平曲线半径小于一般最小半径的路段需设置线形诱导标。
主线采用指示性线形诱导标，间距为80m。
·紧急停车带标志按2km一对计列数量。
·高速公路上设置里程标志，设置在中央分隔带内。
·凡通行拖拉机、机动车的被交道，即通道处、线路分离式立交桥下均设置限高标志，采用附着式固定。
·设计荷载小于公路-Ⅰ级的桥梁，需设置限轴重标志或限质量标志。
·中央分隔带不能满足停车视距要求，需设置禁止超车标志或限速标志。
·在大桥桥头设置雨雾冰雪提示标志。
·在标志比较稀少的路段，增设一部分辅助标志：
禁止酒后驾车、请系好安全带、高速公路禁止乱扔废弃物等。
5.2.2版面设计原则
·高速公路的版面均应中英文对照。
·中文、英文、数字等的字体、高度、粗细及其间隔严格依照《道路交通标志和标线》GB5768-1999执行。
·出口预告标志中，地名的选择需参考公路土建工程的设计文件，取一、两个大地名。
以完全不熟悉本高速公路及周围路网体系的司机为使用对象，使其在交通标志的引导下，顺利、快捷、安全的抵达目的地，避免发生错误行驶。
5.2.3结构设计原则
·本设计标志支撑结构方式有单柱式、双柱式、悬臂式、门架式、附着式等。
设置于桥上的标志一般采用悬臂式或门架式。
·反光材料的选择，附着式标志采用四级反光膜，其余均采用三级反光膜。
5.3标线
5.3.1设置原则
·车行道边缘线：
白色实线，线宽20cm。
·车行道分界线：
采用白色虚线，线宽15cm，实线长6m，间距9m。
·突起路标：
车行道边缘线外侧每隔15m设一白色单面反光突起路标。
·出入口标线：
白色实线，按高速公路出入口标线大样布设，配以导向箭头、反光突起路标。
反光突起路标设置间距为6m，单面白色反光。
5.3.2技术要求
标线采用热熔型反光涂料，其厚度为1.8或4.5mm，涂料中应混合总重量15～23%的玻璃微珠。
施工时标线表面须均匀撒布0.3～0.34kg/m2的玻璃微珠。
反光突起路标倾斜反射面应镶嵌棱镜级反射器以上的反射器。
5.4护栏
5.4.1设置原则：
路侧护栏：
·一般路基路段采用两波普通型波形梁护栏，危险路基路段采用两波加强型波形梁护栏（填土高度大（填土高度大于等于12m）；
·桥长≤40m，桥侧采用波形梁护栏；
·除路堑地段外护栏全线贯通设置。
单段护栏长度不得小于70m，不设护栏的路段长度不得小于100m。
中央分隔带护栏：
·除中央分隔带开口，护栏全线贯通设置；
·中央分隔带有构造物路段采用加强型中央分隔带三波波形梁护栏；
·开口部端头段设置两波波形梁护栏加强型，其余均设置两波波形梁护栏普通型；
·高速公路中央分隔带开口部设置中央分隔带防撞型伸缩式活动护栏；
·中央分隔带桥梁一律采用波形梁护栏。
（大于8
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