土木工程路桥二级公路毕业设计.docx
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土木工程路桥二级公路毕业设计
前言
本次毕业设计的目的在于培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和技能、解决工程问题的能力，在指导老师的指导下，学习独立大的较系统的全面问题、分析问题的方法，进一步巩固所学的课程，并在探讨学习一些新的专业知识，培养学生独立工作的能力，解决实际问题的能力以及查阅资料（及参考书）与进一步熟悉、应用和理解（标准）（规范手册）的能力。
改革开放以来，我国公路建设取得了巨大的成就，到2004年，中国公路通车总里程已经达到了185.6公里，居世界第三位，其中高速公路通车总里程达到了3.42万公里，居世界第二。
虽然取得了很大的成就，但我国公路数量任然相对较少，而且等级偏低，多为三四级公路，且路面质量较差，远远不能适应现代化的需要。
现在，公路建设从改革开放初期，以量的扩张为主，开始转向质的发展提高阶段，同时，在建设中也遇到了病害与灾害预防工程建设与环境保护的一系列问题。
主要研究或者设计内容，需要解决的关键问题及思路有：
道路等级的确定、公路类型的选择与验证、路线方案的拟定与比选、路线平纵线性的组合与分析、路面类型的选择与结构设计、道路横断面设计（路基设计）、桥涵水文计算与排水设计、人工构造物（挡土墙、边沟）。
第一章：
概述
1.1地形地貌
1.1.1地 理
夏云乡地处贵州省安顺市平坝县的东面，距贵阳市39公里，离安顺市政府驻地41公里。
全镇总面积89.58平方公里，总人口3.34万人，系“黔中粮仓”主产区之一。
境内地势平坦，河流纵横，最高海拔1645.6米，最低海拔963米，年平均气温13℃—14℃，冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，山长青，水常绿。
1.1.2地形地貌
贵州位于华南板块内，属于典型的喀斯特地貌，喀斯特地形也称为喀斯特地貌，溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。
我国华南的喀斯特发育区都属于隆升区或强烈隆升区。
据测算，湖南部分地区、四川东部、湖北西南、贵州及云南的梯级面高程约为1200米，年均相对上升速度达15毫米以上。
这种相对快速的抬升，使该区山岳高耸、峡谷深切、地下水流坡度不断增加，各种水流在较大的落差状态下又加速了喀斯特的发育。
1.1.3地质条件
本地区地质情况不良，喀斯特岩溶发育广泛，岩性主要为石灰岩、白云岩、泥质页岩。
沟谷、凹地地质多为粉性土、粘性土，地表水不发育，汇流面积不大。
1.2沿线气候、资源
1.1.1气候
平坝县位于安顺市东面，海拔高936～1645m，处于副热带东亚大陆的季风区内，属中国亚热带高原季风湿润气候。
光、热、水条件较好，气候宜人，全年温差不大，冬无严寒，夏无酷暑，四季分明。
年平均气温在13～14℃之间，最热的七月平均气温22～24℃，最冷的1月平均气温4～7℃。
无霜期长达9-10个月，常年雨量充沛，气候湿润，年平均降雨量在1290～1380mm，一年中的大多数雨量集中在夏季，为湿季。
光照条件较适宜，降雨日数较多，相对湿度较大，年日照时数在1110～1350小时之间，年雨日一般约190天，年相对湿度高达79%～83%，季风气候显著，年平均风速1.4～3.0米/秒，常向主导风为东北风，夏季西南风．冬季以东北风居多。
1.2.2资 源
县内自然资源丰富。
矿产资源分布广、储量大；能源资源煤、水、电并存，水火互济；旅游资源多姿多彩，不可多得；历史文化神奇奥秘，古掘古朴；生物资源种类繁多，价质高。
资源优势明显，透出诱人的开发前景。
旅游资源较为丰富。
天台山的建筑格调别具一格，邢江河、斯拉河、克仇水库、红枫湖南湖、珍珠泉、多缤洞的自然景观风光秀丽，高峰山、清真寺的宗教文化庄严肃穆，棺材洞、飞虎山的古代文化神奇奥秘，苗族、屯堡的民族风情绚丽多姿。
等等这些，构成了平坝独特的旅游风景线。
第二章：
公路等级论证
2.1公路等级论证
道路作为一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的带状构造物。
道路等级的确定应根据公路网的规划，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。
2.1.1公路等级确定原则
为了满足经济发展、规划交通量、路网建设和功能等要求，公路必须分等级建设。
交通部2004年颁布实施的《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）（以下简称《标准》），将公路根据功能和适应的交通量分为了五个等级。
（1）高速公路：
为专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的多车道公路。
四车道高速公路应能适应各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为25000-55000辆；六车道高速公路应能适应各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为45000-80000辆；八车道高速公路应能适应各种汽车折合成小客车年平均日交通量为60000-100000辆。
（2）一级公路：
为供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路。
四车道一级公路应能适应各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为15000-30000辆；六车道一级公路应能适应各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为25000-55000辆。
（3）二级公路：
为供汽车行驶的双车道公路。
双车道二级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均交通量为5000-15000辆。
（4）三级公路：
为主要供汽车行驶的双车道公路。
双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通辆为2000-6000辆。
（5）四级公路：
为供各种车辆行驶的双车道或单车道公路。
双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为2000辆以下；单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为400辆以下。
全部控制出入的高速公路应符合的条件：
必须具有四条或四条以上的车道，必须设置中间带，必须设置禁入栅栏，必须设置立体交叉。
根据以上的条件范围,首先可以确定该路应采用二级公路.
2.2交通量计算
（1）交通量调查资料
表2-1通量调查
车辆类别
各种车辆所占比例（%）
备注
大客车
10.1
交通量为1985年
调查正常交通量:
N=1670辆/日
中型客车
47.3
小客车
34.6
大货车
8.0
注:
1985-1995年平均增长量
1995-2005年平均增长量
1991年道路竣工
该年从铁路转移到公路运输的货运为46.5万吨，其中分别以每辆货车载重4.0吨计，实载率为75%；该年从铁路转移到公路运输的客运为155万人次，其中分别以每辆客车装载30名乘客计。
（2）交通量计算
①换算交通量
由《公路工程技术标准》JTGB01-2003规定：
交通量的换算采用小客车为标准车型。
表2-2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
1.0
载质量小于2t的货车和19座以下的客车等
中型车
1.5
19座以上客车与载质量大于2t小于7t的货车
大型车
2.0
载质量在7-14t的货车
拖挂车
3.0
载质量大于14t的货车
注：
铁路转移货运以中型货车计，换算系数为1.5；铁路转移客车以大客车计，换算系数为1.5。
由《道路勘察设计》中第一章第五节的（1-1）公式得远景设计年平均日交通量：
式中：
---远景设计年平均日交通量（辆/日）；
---起始年平均日交通量（辆/日）；
---年平均增长率（%）；
---预测年限（年）。
A、1985年标准正常交通量
小客车：
1670×34.6%×1.0=578辆/日
大客车：
1670×10.1%×1.5=254辆/日
中型货车：
1670×47.3%×1.5=1185辆/日
大货车：
1670×8.0%×2.0=268辆/日
所以正常的交通量为：
578+254+1185+268=2285辆/日
B、1995年正常交通量：
C、2005年正常交通量：
②铁路转移交通量
货运转移交通量计算：
辆/日
客运转移交通量计算：
辆/日
1991年转移交通量为：
（425+142）×1.5=851辆/日
1995年转移交通量：
851×（1+0.069）4-1=1040辆/日
2005年转移交通量：
1040×（1+0.05）10-1=1614辆/日
远景年度交通量统计见表2-3：
表2-3远景年度交通量计算表
年期正常交通量转移交通量合计
19852285--2285
1995416610405206
2005646316148077
由上表可得该设计公路2005年的远景年度交通量为：
N=8077辆/日
2.3道路等级的确定
根据《公路工程技术标准》JTG-B01-2003-1.0.3款，二级公路所适应的年平均昼夜交通量为5000～15000辆，该路段的远景交通量符合二级路的标准，又由于位于重丘、山岭地区，地形复杂，地质状况难以预料，新建公路的工程耗资巨大，加上贵州经济相对落后，再根据道路的性质，作用以及中华人民共和国交通部颁发的《公路工程技术标准》，道路等级的规定及要求，决定采用二级公路甚为合理。
、
第三章公路技术标准的计算与验证
公路技术标准是指在一定自然环境条件下能保持车辆正常行驶性能所采用的技术指标体系。
公路技术标准反映了我国公路建设的技术方针，是法定的技术要求，公路设计时都应当遵守。
公路的技术标准是根据路线在公路网中的功能、规划交通量和交通组成、设计速度等因素确定。
3.1设计速度
设计速度（又称计算行车速度）是指当气候条件良好，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全、顺适行驶的最大行驶速度。
根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）规定，一级公路作为干线公路时宜采用的设计速度有100㎞/h或80㎞/h两种，考虑贵黄路沿线的地质地形条件，决定采用60km/h作为设计速度。
、
3.2直线
直线是平面线形三要素之一，在道路设计中应用广泛。
在两点间直线最短。
笔直道路给人以短捷、直达良好印象，在美学上有自身特点，且汽车行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。
但直线过长时，特别是在地形有较大起伏地区难于与地形协调，破坏自然景观和线性连续性。
过长直线难以使驾驶人员目测车间距离，产生急躁情绪和疲倦，诱发交通事故。
因此在道路平面线形设计时，对直线的最大与最小长度应有所限制，使其合理。
目前，我国的《标准》和《规范》中均未对直线的最大长度规定具体数值。
根据贵遵公路沿线的地形、地物自然景观情况，一般直线之间的最大长度（以米计），应控制在设计速度（以km/h计）的20倍，即1600米。
此外，同向曲线与反向曲线间，直线长度不宜过短。
据《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）：
设计速度大于或等于60km/h时，同向圆曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度/（以㎞／h计）的6倍为宜；反向曲线之间的最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以㎞／h计）的2倍为宜。
本设计的最大直线长度为580.329m，同向曲线间最小直线长度为82.391m，反向曲线间最小直线长度为244.48m。
3.3平曲线半径
行驶在曲线上的汽车由于受离心力作用其稳定性受到影响，因此在选择平曲线半径时应尽可能采用较大值。
由汽车行驶在曲线上力的平衡得：
式中：
R—平曲线半径（m）；
V—设计速度（㎞／h）；
μ—轮胎与路面的横向力系数；
ih—路面的横向坡度（%）。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）中给出了圆曲线的最小半径的三个值：
“一般值”、“极限值”及“不设超高的最小值”。
3.3.1圆曲线最小半径“一般值”的确定
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）给出了设计速度为60km/h的圆曲线最小半径“一般值”为400m。
其μ=0.06，ih=7%。
3.3.2圆曲线最小半径“极限值”的确定
《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）给出了设计速度为60km/h的圆曲线最小半径“极限值”为200m。
其μ=0.13，ih=8%。
3.3.3圆曲线最小半径“不设超高的最小半径值”的确定
《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）规定：
圆曲线半径大于一定值时，可以不设超高，而允许设置等于直线路拱的反超高。
同时《标准》给出了设计速度为80km/h时：
当ih≤2%时，圆曲线最小半径（不设超高）的为2500m；当ih＞2%时圆曲线的不设超高的最小半径为：
3350m。
本设计圆曲线的最小半径“一般值”为400m，“极限值”为250m，“不设超高最小半径”为2500m。
3.3.4圆曲线最大半径的确定
据《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）规定圆曲线最大半径不宜超过10000m
3.4缓和曲线
贵遵公路采用一级公路设计，按规定，当直线与半径小于不设超高的最小半径的圆曲线相衔接处，应设置缓和曲线进行连接。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）中规定，缓和曲线采用回旋线，回旋线的基本公式为：
式中：
r—回旋线上某点的曲线半径（m）；
l—回旋线上某点的到原点的曲线长度（m）；
A—回旋线参数（m）。
条文规定：
“回旋线参数及其长度应根据线形设计及对安全、视觉、景观等的要求选用较大的数值”。
，足够长度的缓和曲线，能使驾驶员能从容的打方向盘、乘客感觉舒适、线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成。
所以，应规定缓和曲线的最小长度，其主要依据以下三方面确定：
1.旅客感觉舒适
汽车在缓和曲线上行驶，旅客的感受主要受离心加速度影响，而离心加速度是随缓和曲线的变化而变化的。
假定汽车作等速行驶，以V（km/h）表示设计速度，则最小缓和曲线长度
的计算公式为：
2.超高渐变率适中
在缓和曲线上设置有超高过渡段，超高渐变太大和太小都不好。
《规范》规定了适中的超高渐变率，由此导出计算过渡段最小长度的公式：
式中：
β—旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）；
△i—超高坡度与路拱横坡代数差（%）；
P—超高渐变率。
本设计取β=3.75×2=7.5m，△i=ih-iG-（-iG）=ih=0.08；由《道路勘测设计》表5-10得V=60km/h时，P=1/150。
则，
=
=90（m）
3.行驶时间不过短
缓和曲线上行驶的汽车行驶时间不能过短。
一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少有3s，于是，
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定，当设计速度为60km/h时，缓和曲线最小长度为60m。
据此本设计缓和曲线最小值为50m
3.5平曲线长度
1．汽车在道路曲线上行驶时，如果曲线长度过短，对在高速行驶的情况下的汽车是相当危险的。
同时，过短的曲线，使离心加速度过小，给乘客带来心理不良反应。
因此，必须确定平曲线的最小长度，现按下述三方面考虑：
汽车驾驶员操作简单
根据经验，在凸曲线上，至少需要6s行驶时间才能使驾驶员较易行车，则：
2、当平曲线是由两段缓和曲线组成的凸曲线时，平曲线最小长度应取最小缓和曲线长度的二倍。
即使受条件限制，要求汽车在曲线上行驶时间亦不应小于3s-4s。
据此，本设计取“一般值”为“最小值”的二倍，即为360m。
使平曲线上满足离心加速度变化率的要求度。
3、转角
小于7°时的平曲线长度
当道路转角小于或等于7°时，为了使驾驶员感到这是和7°以上转角同样程度曲线，在视觉上不产生急弯的错觉，应设置较长平曲线。
由《道路勘测设计》表3-9查得设计速度60km/h的平曲线最小长度100m
本设计平曲线长度取300m
3.6停车视距
停车视距指汽车行驶时，自驾驶员看到前方障碍物时起，至到达障碍物前安全停止，所需的最短距离。
停车视距由三部分组成，见图3.1：
图3.1停车视距图示
S停=S1+S2+S0
式中：
S1—司机反应时间所行驶的距离，S1=V行t/3.6（m）；
S2—制动距离，S2=V行2/254（φ±i）（m）；
S0—安全距离，一般取5～10m。
则有：
式中：
V行—汽车行驶速度（km/h）；
t—感觉和反应总时间（s）；
φ—道路附着系数；
i—纵坡坡度。
据实测资料，设计上采用感觉时间为1.5s，制动反应时间取1.0s是较适当的，因此，感觉和反应总时间为t=1.5+1.0=2.5s；计算停车视距所采用的φ应是能充分保证行车安全的数值，一般按黑色路面在潮湿状态下的φ值计算；行车速度V行：
设计速度为120～80km/h时采用设计速度的85%。
由《道路勘测设计》表2-5，取φ=0.4，V行=60×85%=51km/h，则在纵坡平坦的路面上，停车视距为：
在本设计中，最大纵坡为-0.05，则：
取上述较大则为本设计停车视距，即为S停=66m。
3.7纵坡
3.7.1最大纵坡
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，它是根据汽车的动力特征、道路等级、自然条件以及工程费用和运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑来合理确定的，它是道路纵断面设计的重要控制指标。
由《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）本设计取
=5%。
3.7.2最小纵坡
在挖方路段，设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，为保证排水，防止渗入路基影响其稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡，一般情况下以不小于0.5%。
。
3.7.3最大坡长
长距离的陡坡，特别是当纵坡为5%以上时，使汽车上坡困难，下坡影响行车安全。
据《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）有以下规定：
。
表3.1最大坡长表
I（%）
6
5
4
3
Sl（m）
500
700
900
1100
3.7.4最小坡长
为了保证行车的舒适和安全性，必须限制最小坡长，以减少变坡点数，适应快速行车的要求。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定，当设计速度为80km/h时，最小坡长为150m。
本设计取最小坡长为692.873m。
3.7.5平均纵坡
平均纵坡ip是指在一定长度路段内，路线在纵向所克服的高差值与该路段的距离之比，用百分率（%）表示。
它是衡量纵面线形质量的一个重要指标。
=
式中：
H－相对高差
L－路线长度
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）中规定，相对高差为200～500m时，平均纵不宜大于5.5%，相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%，任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。
本设计平均纵坡取5.5%。
3.7.6合成纵坡
合成纵坡是指在没有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡组成的坡度。
其计算公式为：
式中：
I—合成坡度；
i—路线纵坡；
ih—超高横坡坡度。
若式中i、ih均取最大值0.06、0.1，则可的出最大合成纵坡坡度值。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定，各级公路在设有超高的平曲线上超高与纵坡的合成坡度不得超过10%，并且为了保证路面排水，各级公路的最小合成坡度不宜小于0.5%，否则应采用综合排水措施，以保证路面排水畅通。
本设计取I≤10%。
3.8竖曲线
3.8.1竖曲线的最小半径
竖曲线的最小半径分为“一般值”和“极限值”。
“极限值”是汽车在纵坡变更处行驶时，为了缓和冲击和保证视距所需要的最小半径计算值。
该值在受地形等特殊情况约束时方可采用。
竖曲线半径“一般值”是竖曲线最小半径“极限值”的1.5～2.0倍。
1、竖曲线的极限最小半径和一般值
据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）表3-9设计速度为60km/h的凸形竖曲线最小半径“极限值”
=3000m,一般值
=4500m.
2、凹形竖曲线的极限最小半径和一般值
据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）表3-10设计速度为60km/h的凹形曲线竖曲线最小半径“极限值”
=2000m，一般值
=3000m。
3.8.2竖曲线的最小长度
为了满足汽车行驶的视距要求，避免竖曲线过短给驾驶员在纵面上一个很急促折曲感觉，条文中规定的最小竖曲线长度是按3s设计速度行程长度来确定，即：
本设计竖曲线最小长度为8800m。
3.9路基路面形式
3.9.1路基路面形式
1、行车道宽度
按《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）一级公路车道宽度3.5m.本设计二车道，车道宽度b=9.5m。
2、路肩宽度与中间带宽度
行车道外缘至路基边缘之间的带状部分称为路肩。
路肩设于行车道外侧，作为路面的横向支撑，除起保护作用和临时停车以及行人通行外，还是侧向单宽的一个组成部分。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2004）规定，对于一级路，设计速度为60km/h硬路肩宽度为0.50m，土路肩宽度为0.75m，中间带宽度为0m本设计路肩宽度为d=1.25m。
3.9.2路基宽度
路基宽度为行车道宽度和路肩宽度之和，即:
B=1.25×2+3.5×2=9.5m
第四章路线方案的拟定与比选
4.1道路选线的要求与步骤
选线的目的，就是在符合国家建设发展的需要下，结合自然条件，选定合理的路线，使筑路费用与使用质量得到正确的统一，并达到行车迅速安全、经济舒适及构造物稳定耐久且易于养护的目的。
道路选线是整个道路勘测设计关键，它对道路的使用质量和工程造价都有很大影响。
选线人员必须认真贯彻国家规定的方针政策，坚持群众路线，深入实际，调查研究，反复比较，正确解决技术指标与在自然条件下实地布线之间的矛盾，综合考虑路线、路基、路面、桥涵等，最后才能选定出合理的路线。
选线的要求，归纳起来，可有以下原则：
（1）、道路选线应根据道路选线任务和性质、综合考虑路线区域国民经济发展情况与远景规划，正确处理好近期与远景的关系，在总体规划的指导下，合理选定方案。
（2）、认真领会计划任务书的精神，依靠地方领导和当地群众，深入现场调查，多跑、多看、多问，多比较，深入调查当地地形、气候、土壤、地质，水文等自然情况，不遗漏有比较价值的方案。
（3）、道路选线布局必须符合国家的方针政策，力争路线短捷及保证行车安全。
（4）、道路选线贯彻工程经济与营运经济结合的原则，在不增加工程造价的前提下，金莲个提高技术指标，在不降低技术指标的情况下，尽量降低工程造价。
（5）、充分利用有利的地形，地势，尽量回避不利地带，正确运用技术指标，从次年贯彻的安全、畅通和施工养护的经济方便着眼，对路线与地形的配合加以研究，搞好路线平纵横三方面的结合，力求平面短捷舒顺、纵面平缓均匀，横面稳定经济。
（6）、路线应选择地质稳定，地形条件较好的地区通过，尽量避免穿过滑坡、崩塌、岩堆、泥石流，沼泽和排水不良的低洼地等不良地段。
（7）、大中桥位应在服从路线总方向的原则下，对路桥综合考虑，不要因过分考虑桥位而过多的增长路线，桥位应尽量选择在河道顺直、水流稳定，地质良好的河段上，并注意方便群众。
（8）、选线应同农田基本建设相配合，做到少占用田地，并尽量不占高产田、经济作物或经济园林等。
（9）、通过名胜，风景及古迹地区的公路，应尽量与周围环境相协调。
桥梁、隧道及沿线设施应与当地自然景观相适应。
（10）、道路与道路或道路铁路，应尽量减少交叉次数，应合理选用交叉类型，以达到行车安全畅通的目的。
（11）、道路设计应实行远近结合、分期修建，分段定级的原则，以取得投资及用地的最佳效益。
（12）、要考
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