长安大学高速公路毕业设计说明书.docx
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长安大学高速公路毕业设计说明书
长安大学
二○一四届毕业论文
高速公路设计
学院：
公路学院
专业：
道路桥梁与渡河工程（公路工程）
姓名：
学号：
指导教师：
老师
完成时间：
2014年6月
二〇一四年六月
摘要
本论文主要介绍了南宁至柳州高速公路的设计过程。
根据给定的设计资料，通过对现有原始数据进行分析，结合沿线的地质地貌、水文气候等自然条件，依据《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》等相关规范，在老师的指导下完成了本次设计任务。
本路段所经地区是丘陵区，依据交通量将路线设计成设计速度为100Km/h的双向四车道高速公路，路线全长约5100米，路基宽度为26米。
路线设计内容包括平面设计、纵断面设计和横断面设计；其次进行了排水设计，采用边沟、排水沟和截水沟等设施进行排水，保证路基路面的稳定性；分别进行了沥青路面结构的组合设计和水凝混凝土路面结构的组合设计等内容；最后对所选最优方案进行施工组织设计和概预算计算。
整个设计计算了路线的平、纵曲线要素，设计了路基、路面、隧道和涵洞等内容，圆满完成了南宁至柳州高速公路综合设计。
关键词：
路线设计，路面设计，排水设计，施工组织与概预算
ABSTRACT
ThispapermainlyintroducesthedesignprocessofasectionofNanningtoLiuzhouhighway.Basedontheinformationgivenbytheanalysisoftherawdata，andthesectionofgeology，topography，terrain，hydrologyandothernaturalconditions，accordingto"HighwayEngineeringTechnicalStandard"，"RoadDesignStandards"issuedbytheMinistryofCommunicationsandotherrelatedtechnologiesindicators，Ihavefinishedthistaskundertheteacher'sguidance.
Theareathatthishighwaypassesthroughbelongstoplainwithplainandhillyarea.Accordingtothetrafficvolumeinthefuture，Idesignthishighwayintodesignspeedof100Km/hwithbi-directionalfour-lanearterialhighway，withroutelengthof5109.975meters，Subgradewidthof26meters，3horizontalcurves，and5verticalcurves.Linedesignincludinggraphicdesign，longitudinaldesignandcross-sectionaldesign;ThenIaccomplishedthepavementdrainagedesign，whichusesditchesanddrainsfordrainagetoensurethewaterstabilityofroadbedandpavement;atlast，acompositedesignofpavementstructureandotherdesignsarealsofinished.
Thewholedesignhavecalculatedtheplanarandverticalcurveelementsofthisline，besidesroadbed，pavement，bridgesandsoon.CompletethecomprehensivedesignofthesectionofNanningtoLiuzhouarterialhighwaysuccessfully.
KEYWORDS:
routedesign,pavementdesign,drainagedesign,constructionorganizationandbudget
第一章绪论
1.1公路建设意义
南宁是广西壮族自治区首府，广西第一大城市，北部湾经济区核心城市，华南地区特大城市，中国东盟博览会永久举办地，是广西的政治、经济、文化、科教、金融和贸易中心。
南宁处于中国华南、西南和东南亚经济圈的结合部，位于广西中部偏南，是环北部湾沿岸重要经济中心，中国面向东盟国家的区域性国际城市。
南宁市位于广西壮族自治区南部偏西，地处亚热带。
南宁市地貌分平地、低山、石山、丘陵、台地5种类型。
平地是南宁市面积最大的地貌类型。
南宁位于北回归线南侧，属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6度左右，极端最高气温40.4度，极端最低气温-2.4度。
冬季最冷的1月平均12.8摄氏度，夏季最热的7、8月平均28.2摄氏度。
年均降雨量达1304.2毫米，平均相对湿度为79%，气候特点是炎热潮湿。
南宁一年四季绿树成荫，繁花似锦，物产丰富。
“草经冬而不枯，花非春而常放”之说也是名副其实。
此路段位于南宁市至柳州市内，其新建具有如下的重要意义：
南宁是广西第一大城市，北部湾经济区核心城市，是广西的政治、经济、文化、科教、金融和贸易中心。
柳州是广西第二大城市，区域性中心城市、综合交通枢纽，是以工业为主、综合发展的区域性中心城市和山水景观独特的历史文化名城。
南宁至柳州高速公路的建成，将广西经济最为发达的两座城市紧密联系起来，促进两地经济文化的交流。
第一，公路运输的特点是快速灵活，直达门户。
本公路的新建，将加速该地区原材料和产品的流通，使货物运转缩短，资金周转加快，节省生产物流成本，特别对于贵重商品，易碎物件，要求防腐保鲜货种的运输，本新建公路更将发展优势。
第二，由于本公路等级较高，建成以后，便捷通行的特点，使得道路沿线将能够以低的运输成本优势，吸引许多新的加工型企业，特别是中小型企业的转移，将使得各种企业的分布趋于合理化。
第三，将加强城乡之间的联系，加速城乡一体化的建设。
金华地区十分重视发挥城市经济中心的作用，建立了以城市为中心，以小城镇为纽带，以广大农村为基础的城乡经济、文化和科技网络。
本公路的修建，将拓宽和纵向发展城市工业与浙江乡镇企业间的横向联合，带动了农村的综合发展。
第四，将促进以“江河湖海相通、铁公水空相衔接”的立体综合运输体系的形成。
本公路的建设，无疑将快速灵活的汽车与运量大的火车以及价廉长距的水运，更加有机结合成联运网，使产品运输更加直接、便利、快速、准时。
第五，促进旅游事业的发展。
作为“十大宜居城市”之一，金华市的自然景观资源丰富，为达到加快建设以横店影视城、永康方岩、武义温泉为代表的旅游业的目的，现有的公路交通网已经无法满足，该段公路的新建，使得各景点之间的通达能力变得更为便利，道路服务水平的提高也将提升旅客感官的舒适度，因而能更加吸引国内外的各类游客。
第六，吸引国内外投资。
本公路建成后，能大大改善投资环境，提升地区经济服务的软实力，便捷的交通加上优美的地区环境，能吸收许多中外商人来此地区投资办厂，增加地区经济活力，为进一步发展铺垫基础。
第七，加快地区经济结构的调整。
随着国内经济结构的调整，浙江地区原本外向型的经济也将随之改变，作为我国经济最发达的地区之一，便捷的交通能够极大提升区域人员交流的流通速度，这将能极大加宽地区间经济的交流，为转变成内销型经济打下基础。
总之，本公路对于促进金华市地区经济加速发展，综合立体运输网的形成，旅游事业的发展及转变经济结构方面具有积极意义。
本路段的设计应按照安全、适用、经济、美观和有利于环保的原则以及最大减少对沿线自然环境及城镇农田的破坏的影响，实现公路与人文景观的和谐统一的目标，将其建成集经济、生态、环保为一体的具有可持续发展特征的公路。
1.2公路沿线自然条件
1.2.1地理位置
南宁市位于广西壮族自治区南部偏西，是广西壮族自治区首府及广西政治、经济、文化中心，与越南社会主义共和国毗邻，，地处亚热带，北回归线穿域而过。
南宁处于中国华南、西南和东南亚经济圈的结合部，是环北部湾沿岸重要经济中心。
面向东南亚、背靠大西南，东邻粤港澳琼、西接印度半岛，是华南沿海和西南腹地两大经济区的结合部以及东南亚经济圈的连接点，是新崛起的大西南出海通道枢纽城市。
1.2.2气候水文条件
南宁位于北回归线南侧，属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6度左右，极端最高气温40.4度，极端最低气温-2.4度。
冬季最冷的1月平均12.8摄氏度，夏季最热的7、8月平均28.2摄氏度。
年均降雨量达1304.2毫米，平均相对湿度为79%，气候特点是炎热潮湿。
南宁市主要河流均属珠江流域西江水系，较大的河流有邕江、右江、左江、红水河、武鸣河、八尺江等。
1.2.3地形地质条件
南宁市地貌分平地、低山、石山、丘陵、台地5种类型，平地是南宁市面积最大的地貌类型。
南宁市地形是以邕江广大河谷为中心的盆地形态。
这个盆地向东开口，南、北、西三面均为山地围绕，北为高峰岭低山，南有七坡高丘陵，西有凤凰山（西大明山东部山地）。
形成了西起凤凰山，东至青秀山的长形河谷盆地。
盆地中央成为各河流集中地点，右江从西北来，左江从西南来，良凤江从南来，心圩江从北来，组成向心水系。
盆地的中部，即左、右江汇口处，南北两边丘陵靠近河岸，形成一天然的界线，把长形河谷、盆地分割成两个小盆地，一是以南宁市区为中心的邕江河谷盆地；二是以坛洛镇为中心的侵蚀――溶蚀盆地。
第二章路线
2.1公路等级及车道数确定
本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示。
交通量年平均增长率为5.5%，设计年限为15年，拟定建成通车时间为2016年末。
2.1.1交通组成及交通量
2014年初交通组成及交通量见下表2-1，预测交通量增长率为5.5%。
表2-12014年交通量
车型分类
代表车型
数量（辆/d）
小汽车
桑塔纳2000
12500
中型车
江淮HK6911
1500
中型车
丰田FDA110L
1000
大型车
黄海DD680
900
大型车
黄河JN253
1000
拖挂车
五十铃EXR181L
500
《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）中规定：
确定道路等级时候交通量换算采用小客车为标准车型，各汽车代表车型和车辆折算系数规定见下表2-2（《公路工程技术标准》）。
表2-2代表车型和车辆折算系数
车型
折算系数
车种说明
小客车
1.0
≤19座客车质量<2T货车
中型车
1.5
≥19座客车和载质量2-7T货车
大型车
2.0
载质量7-14T
拖挂车
3.0
载质量≥14T
2.1.2设计交通量计算
设计交通量是指拟建道路到预测年限年时所能达到的年平均日交通量，其值是根据历年交通观测资料预测求得，目前多按年平均增长率计算确定。
（检查全文对齐格式）
（2-1）
式中：
AADT—设计交通量（pcu/d）；
ADT—起始年平均日交通量（pcu/d）；
—年平均增长率（%）；
n—预测年限。
由上式计算得到：
12500+1500×1.5+1000×1.5+900×2.0+1000×2.0+500×3.0=21550PCU/d
通车年交通量为:
设计年限交通量为:
2.1.3主要技术标准的确定
高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。
四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆；六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量45000～80000辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000～100000辆/日。
由以上规定结合拟建道路在国家和广西省的公路网的任务及功能，参考当地经济和土地资源情况。
根据《公路工程技术标准》[1]，《公路路线设计规范》[2]道路等级确定为高速公路，项目处于平原微丘区，根据沿线地形、地貌特征，公路等级，交通量以及相关规范，设计速度采用100Km/h，双向4车道，行车道宽度为3.75m。
路基宽度为26m（0.75m+3m+3.75m×2m+3.5m+3.75m×2+3m+0.75m）。
公路等级及主要技术标准汇总于下表2-3
表2-3主要技术指标
项目
单位
规范值
公路等级
高速公路
设计速度
km/h
100
路基宽度
m
26
平曲线一般最小半径
一般值
m
700
极限值
m
400
不设超高平曲线最小半径
m
4000
直线长度
最小值
同向曲线间
m
6V（600）
反向曲线间
m
2V（200）
停车视距
m
≥160
最大纵坡
%
4.0
最小坡长
m
250
凹竖曲线最小半径
最小半径
一般值
m
3000
凸竖曲线最小半径
最小半径
一般值
m
6500
竖曲线最小长度
m
85
最大超高渐变率
1/225
路基设计洪水频率
1/100
2.2选线
2.2.1道路选线一般原则
路线是道路的骨架，它的优劣关系到道路本身功能的发挥和在路网中是否能起到应有的作用。
影响路线设计除自然条件外尚受诸多社会因素的制约，选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下
1）以平面线形为主，合理解决避让、穿越、趋就等问题，穿线过程不考虑纵坡的限制。
2）以设计数据为主导，远景设计为目标，大致控制细部。
3）线形要求短捷、平顺、有美感。
4）正确处理线形与环境的关系“少占田，避拆房，尽量不穿塘”，使路线的设置与周围环境相协调。
5）正确处理路线与城镇的关系：
应尽量避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点，“靠村不进村，利民不扰民”；尽量避开重要的电力、电讯设施。
6）处理好路线与桥位的关系。
①一般情况下，桥位中线应尽可能与洪水的主流流向正交，桥梁和引道最好在直线上，条件受限时也可设置斜桥或曲线桥。
②小桥涵位置应服从路线走向，但遇到斜交过大或河沟过于弯曲，可采取改河措施或改移路线。
7）注意不良地质的处理。
8）正确处理新旧路的关系：
平原地区通常有较宽的人行大路或等级不高的公路，正确布置路线交叉。
2.2.2本次设计中选线
在本设计中,路线的起终点已是确定的,因而在其中的走法有很多种。
我们选线的任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求的、经济合理的最优方案。
但影响选线的因素有很多,这些因素有的互相矛盾,有的又相互制约,各因素在不同情况下的重要程度也不相同,不可能一次就找出理想方案来,所以最有效的方法就是进行反复比选来求最佳方案。
在本设计的地形图上,结合设计资料,我最初拟定了两种可能的路线走向方案（如平面设计面所示）已采用的推荐方案为方案Ⅰ；未采用的方案为方案Ⅱ。
2.3平面线形设计原则
1．平面线形设计必须满足《标准》和《规范》的要求。
2．平面线形应直捷、流畅，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。
平面线形应直捷、流畅，并与地形、地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲，这是美学、经济和环保的要求。
3．保持平面线形的均衡和连续。
（1）直线与平曲线变化应连续、均衡，圆曲线半径和长度与相邻直线长度相适应。
直线与平曲线的组合中尽量避免以下不良组合：
长直线尽头接小半径曲线，短直线接大半径的平曲线。
（2）平曲线与平曲线的组合：
相邻平曲线之间的设计指标应均衡、连续，避免突变。
（3）高、低标准之间要有过渡
4.注意与纵断面设计相协调。
应考虑某些道路纵断面设计的特性，为纵断面设计留有余地，以利于平纵线形组合设计。
5．平曲线应有足够的长度。
平曲线长度过短，驾驶员需急转转向盘，高速行驶不安全，离心加速度变化率过大，使乘客感到不舒适。
因此，平曲线应有一定长度。
2.4各项设计参数确定
2.4.1直线
（1）直线最大长度
我国对于直线的长度未作出具体规定，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的措施。
在景色有变化的地点其直线的最大长度（以Km计）可以大于20V（V为设计车速，以Km/h计），在景色单调的地点最好控制在20V以内。
（2）曲线间直线最小长度
同向曲线间的直线最小长度：
同向曲线间若插入短直线，容易把直线和两端的曲线构成反弯的错觉，甚至把两个曲线看成是一个曲线。
这种线形破坏了线形的连续性，容易造成驾驶员操作的失误。
《公路路线设计规范》规定同向曲线的最短直线长度以不小于6V为宜。
在受到条件限制时无论是一级公路还是低速公路都宜在同向曲线间插入大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或者C形曲线。
反向曲线间的直线最小长度：
转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和驾驶人员的转向操作需要，其间直线最小长度应予以限制。
《公路路线设计规范》规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以Km/h计）的两倍为宜。
2.4.2圆曲线
（1）圆曲线的最小半径
表2-4半径规定值
设计速度（Km/h）
120
100
80
60
极限最小半径（m）
650
400
250
125
一般最小半径（m）
1000
700
400
200
不设超高最小半径（m）
路拱≤2%
5500
4000
2500
1500
路拱﹥2%
7500
5250
3350
1900
我国《公路路线设计规范》对于不同设计速度的公路圆曲线规定了一般最小半径、极限最小半径、不设超高最小半径。
具体规定值如下表2-4所示（《公路路线设计规范》）
（2）圆曲线半径的选用原则：
选用曲线半径时，应尽量根据地形地物等条件，尽量采用较大半径的曲线，必须能保证汽车以一定的速度安全行驶。
具体要求如下：
一般情况下，宜采用极限最小平曲线半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径；地形条件受限时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形，使路线平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变；应同纵断面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合，最大半径不宜超过10000米。
本次设计中设计速度为100Km/h，由《公路路线设计规范》中表7.3.2得本设计中公路圆曲线极限最小半径为400米，一般最小半径为700米。
2.4.3缓和曲线
（1）缓和曲线的有关规定：
1．直线同半径小于不设超高最小半径的圆曲线径相连接处，应设置缓和曲线。
2．半径不同的同向圆曲线相连接处，应设置缓和曲线，当符合规范规定的特定条件时可不设缓和曲线。
3．各级公路的缓和曲线长度应满足规范规定的长度值要求。
4．回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增大。
当圆曲线部分按规定需要设置超高时，缓和曲线长度还应大于超高过渡段长度。
（2）最小长度
为使驾驶员能从容地打方向盘、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。
从以下几方面考虑：
1．旅客感觉舒适
2．超高渐变率适中
3．行驶时间不过短
《公路路线设计规范》中给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度如下表2-5所示
表2-5缓和曲线最小长度
设计速度（Km/h）
120
100
80
60
缓和曲线最小长度（m）
100
85
70
60
查照《公路路线设计规范》中表7.4.3可得本设计缓和曲线最小长度的最小值为85米，一般值为120米。
（3）回旋线参数值A
回旋线参数应与圆曲线半径相协调，研究认为：
回旋线参数A和与之相连接的圆曲线之间只要保持，便可得到视觉上协调而又舒顺的线形。
当R在100m左右时，通常取A=R；如果R＜100m，则选择A=R或大于R。
反之，在圆曲线半径较大时，可以选择A在左右，如果R超过了3000m，即使A小于，在视觉上也是没有问题的。
2.4.4平曲线长度
汽车在道路的曲线段上行驶时如果平曲线太短，驾驶员需要急转转向盘，高速行驶时候是不安全的，乘客也会因为离心力太大而感到不舒服。
另外驾驶操纵来不及调整。
所以《公路路线设计规范》规定了平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）最小长度如下表2-6。
表2-6平曲线长度
设计速度（Km/h）
120
100
80
60
40
30
20
一般值（m）
1000
850
700
500
350
250
200
最小值（m）
200
170
140
100
70
50
40
查照《公路路线设计规范》中7.8.1可得本设计中平曲线的最小长度的一般值为500米，最小值为170米。
2.4.5本设计中各参数规定值
综上叙述：
本次设计中（设计速度为100Km/h）各参数的规范规定值如下表2-7所示。
表2-7参数规定值
参数
极限最小值
一般值
同向圆曲线间直线最小长度
600
—
反向圆曲线间直线最小长度
200
—
圆曲线最小半径
400
700
缓和曲线最小长度
85
120
平曲线最小长度
170
850
2.4.6本次平面线形设计过程
本设计标段处于山岭区，地势起伏较大，河流水塘众多，应考虑的控制点较多，因而平面线形的设计应综合考虑路线总体布置而设计。
尽量避免采用最小圆曲线半径，但是没有为避免使用一般最小圆曲线而特意增加工程量。
在避让局部障碍物时注意了线形的连续、舒顺。
同时，平面线形充分利用了地形处理好平、纵线形的组合，在平面线形设计时候兼顾到了纵断面的设计。
本次设计中在平面线形设时，均合理使用了《规范》所规定的各种指标，圆曲线半径均大于规范规定的一般值。
而且缓和曲线长度也尽量和圆曲线长度大致相等，满足缓-圆-缓的比例为1:
1:
1-1:
2:
1之间，使得线形更加平顺，利于行车。
同时，平曲线长度也大于规范对于其长度规定一般值。
总之，本次设计中的平面线形设计及组合设计满足一级公路对于平面线形指标的要求。
2.3平曲线计算
2.3.1基本型曲线设计与计算
对称基本型曲线计算图式3.1
（1）曲线元素计算公式如下：
（m）（2-2）
（m）（2-3）
=
（2-4）
（m）（2-5）
（m）（2-6）
（m）（2-7）
（m）（2-8）
式中：
-----设缓和曲线后圆曲线内移值（m）；
q-----缓和曲线切线增长值（m）；
-----缓和曲线长度（m）；
------缓和曲线终点缓和曲线角（
）；
------切线长（m）；
------圆曲线半径（m）；
-----曲线长（m）；
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