某地区公路路线的一条三级公路.docx
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某地区公路路线的一条三级公路
某地区公路路线
（二）的一条三级公路设计方案
第1章绪论
1.1工程说明
本次设计的路线是某地区公路路线
（二）的一条三级公路，路线设计技术指标为：
路基宽度为7.5米，双向车道，无中央分隔带，土路肩为0.5米，行车道为2×3.25米。
设计速度为30km/h，路线总长2615.401米,起点桩号S点K0+000.00，坐标（X：
3106600,Y：
503338.1636），终点桩号E点为K2+615.401，坐标（X：
3104608.936,Y：
503747.172）。
设计路线共设置了21个平曲线，弯道处均设置缓和曲线，超高值设置为2%，本次纵断面设计设置了12个变坡点，最大纵坡为4.895%，最长坡长315.4m，最短坡长110m，2个凸形竖曲线，10个凹形竖曲线，本路线设计中没有设置桥梁涵洞。
采用沥青混凝土路面，设计年限为8年。
1.2沿线自然地理、气候、地质、水文气象等状况
此地区地处我国中东部地区，地形起伏变化较大，高程在300～530m之间变化，其自然区划是Ⅳ3。
山坡上覆盖1～1.5m的粘土表层，下为粉砂质泥岩及长石石英砂岩，沿线基本无不良地质地段。
水田段淤泥厚0.6m，其下为2～4m粘土。
此地区属亚热带湿润季风气候特征，四季分明，温差较大，冬冷夏热，冬干夏雨。
年气温在7、8月份最高达41.5℃，最低气温在12月份至次年1、2月间达3.4～0.3℃，其间有霜冻和降雪发生,年平均气温16.8℃。
区内雨量丰富，降雨多集中在6、7、8月份，年平均降雨量1474.5mm，潮湿系数1.33～1.93。
此地区内地下水不发育。
谷地、岗地及阶地地下水以孔隙潜水为主，主要补给来源为大气降水，水位埋深一般0.5～3.0m。
经水质分析，沿线地表水及地下水对混凝土均无侵蚀性。
此区域存在300年左右的地震活动周期，未来100年发生6级以上强震的可能性不大，但存在发生少数5～6级地震的可能。
项目全线地震基本烈度为VI度。
此区域附近可采集到砂、碎石、块石、片石、条石，但沥青、水泥、钢材、木材、石灰、煤渣等主要筑路材料均需外购，运输不是很方便。
施工用水可取自于沿线分布的水渠、河流等，其水质好，水量稳定，且不受季节的影响。
此区域设有社会电网，考虑到社会电网保证率及工程局部电网盲区，本项目35％用电采用自发电。
1.3建设意义
交通运输是国民经济的基础产业之一，是国民经济的大动脉，它把国民经济各领域和各地区联系起来，在社物质财富生产和分配过程中，在广大人民的生活中起着极为重要的作用。
为了县乡镇的发展交流，改革开放以来，随着社会主义商品经济和乡镇企业的兴起。
公路运输已经显示出了其它交通方式所不能具有的巨大优势。
“村村通”“要想富，先修路”、“公路通，百业兴”反映了人们尤其是山区人们的深切感受。
为了加快县级、乡级农村公路建设应大力推广多元化投资的建路新模式。
1.4设计原则
设计在满足工程经济的前提下符合三级公路标准的要求，尽可能采用较高的技术指标，还要综合考虑工程造价，施工技术条件，地质气候，材料来源等其它影响因素。
1.数目增加不大的情况下，尽量采用较高的技术指标，不轻易的采用低指标和极限指标，同时不要不顾及工程量的增加采用高指标。
在路线部设时尽量保证行车安全，舒适，快捷的前提下做到工程数量小，造价低，使用成本低，经济效益好的目的。
2.处理好道路与农业，农村，农民的关系，注意与农业基本建设的配合，做到少占田地并尽量不要占高产田地和经济作物田地，避免穿越经济林园，并注意与修路造田，农田水利设施，土地规划相结合。
3.充分重视水文地质条件和问题，不良地质地貌对道路的稳定性影响较大，同时对特殊地质的处理的工程费用非常大，这将极大的增加工程成本和造价。
对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流岩溶、沼泽等严重的工程地质水文问题应慎重的处理一般情况下应尽量绕避，必须穿越时应选择合理的位置缩小穿越范围，并采取相应的处理措施。
1.5设计的基本要求
毕业设计是高等学校学生在校学习专业课的一个重要环节，也是学生综合运用所学的知识解决实际问题和独立钻研的良好机会。
毕业设计的基本要求是：
1．综合运用所学基础理论、专业知识，并查阅与公路路线设计相关的参考书（资料），独立解决公路路线设计中的基本问题，进一步熟悉、应用和理解各种《标准》、《规范》和《手册》；
2.了解公路路线设计的基本过程，掌握公路路线设计的基本方法；
3.通过认真分析研究，拟定设计方案，经过必要的计算、分析和对比并作适当的调整修改后，完成全部设计图表，编写计算说明书；
4.计算说明书要求内容详细、文字简洁扼要，排版规范并合乎有关规定，各种图纸应制图规范，并整理装订成册，通过毕业设计应加强并提高设计、计算、绘图及编制说明书的基本技能。
第2章平面设计
道路为带状构造物，它的中线是一条空间曲线，中线在水平面上的投影称为路线的平面，路线平面的形状及特征为道路的平面线形，而道路的空间位置成为路线。
路线受到各种自然条件、环境、以及社会因素的影响和限制时，路线要改变方向和发生转折。
2.1平面线形设计
2.1.1选线
由于本次设计是山岭重丘的三级公路设计，考虑到造价及适用等要求，选线时应尽量沿着等高线布线，依山势而走；少占或不占农田与高产区经济林；而且为了便民尽量靠近村庄，但要尽量避免或减少拆迁。
若不必要，尽可能不跨河流，从而减少造价。
在地形图上选择控制点，进行平面试线，确定路线平面布置，进行方案比选，要重点说明所确定方案的原因。
确定方案后，要求确定平曲线半径、缓和曲线长度，计算出平曲线要素、公路里程等。
影响路线设计除自然条件外还受诸多社会因素的制约，因此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.在道路设计的各阶段，应运用各种先进的手段对路线方案作深入、细致的研究，多次计较、论证，选定最优方案。
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、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。
在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术公路工程技术标准。
不要轻易采用极限指标，也不应该不顾工程的大小，片面的追求工指标。
3.选线应注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并尽量不占高产田、经济作物田或经济园林等。
4.通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调。
处理好重要历史文物遗址。
5.选线时应对工程地质与水文地质进行深入勘测调查，弄清它们对道路工程的影响。
对严重不良地质路段，如滑坡、坍塌、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应谨慎对待，一般情况下应设法避免。
当必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。
6.选线应重视保护环境，注意由于道路修建，汽车运营所产生的影响和污染，如：
（1）路线对自然景观与资源可能产生的影响；
（2）占地、拆迁房屋所带来的影响;
（3）路线对城镇布局、行政规划、农业耕作区、水利排灌体系等现有设施造成分割引起的影响;
（4）噪音对居民已经汽车对大气、水源、农田所造成的污染和影响。
2.2平曲线的组合与衔接
1.直线与平曲线的组合
路线的行车平顺性要求直线与曲线彼此协调而偶比例的交替。
路线直曲的变化缓和均顺，平曲线的半径、长度与相邻的直线长度相适宜，过长的直线段会司机感到疲劳，同时也是肇事的原因之一只有在道路所指方向地平线处有明显目标时才允许使用长直线段。
长直线顶端应避免小半径曲线，同向曲线间的短直线可用大半径的曲线来代替，反向曲线间应有适当长度的直线。
只要直线与曲线的搭配适当，就可以提高线形的行车质量。
2.线的组合
曲线间的组合应使线形连续均匀，没有急剧的突变。
（1）同向曲线，同向曲线是指转向相同的两相邻曲线。
两同向曲线间以短直线相连而成的曲线称为断背曲线，它破坏了平曲线的连续性，应当避免。
本设计中没有同向曲线;
（2）反向曲线，反向曲线是指转向相反的两相邻曲线。
两反向曲线间的最小长度应大于或等于两倍的计算行车速度。
本设计中为60m;
（3）复曲线，复曲线是指两同向曲线直接相连、组合而成的曲线。
本设计中未采用，不于考虑。
2.3路线平面设计
1.平面设计原则
路线的平面反映了道路平面的弯曲状况，所以为了满足道路的圆顺及流畅，设计中需设置圆曲线和缓和曲线，在设计地形中，若一片区域比较平坦，可以选择用直线，因为直线是汽车在行驶中视觉最好，距离最短，运营最经济，最容易选定的线形；若地形比较复杂，如山、池塘、河流等，这时就需要设置曲线了，依据规范，三级公路圆曲线一般最小半径为65m，极限最小半径为30m,曲线间最小直线长度为180m（同向曲线一般值）圆曲线最大半径不宜超过10000m；实际设计中：
在适应地形的情况下应选用较大半径，线形在前后衔接上要协调，使之连续、均衡。
2.平面设计步骤
（1）全面布局
解决路线的基本走向，即在路线总方向间寻找出最合理的通过点作为大控制点，这些大控制点的连线即为路线基本走向;
（2）逐段安排
解决局部性路线方案，即在路线基本走向的基础上根据地形地质等情况定出一些小控制点选定能提高路线标准值、降低工程造价的有利路线;
（3）具体定线
最终确定公路中线的具体线位，并进行路线的平纵组合，定出中线的最终位置。
2.4设计标准
所设计的公路为三级公路，设计速度为30km/h。
相应技术标准如下。
1.圆曲线最小半径
表2.1设超高的圆曲线半径
圆曲线最小半径（m）
极限值
一般值
30
65
不设超高最小半径
表2.2各不设超高最小半径
不设超高最小半径（m）
路拱
2%
350
路拱>2%
450
3.最大超高为8%
4.路基宽度7.5m，右侧土路肩，其宽度为0.5m
5.缓和曲线最小长度
表2.3缓和曲线最小长度
缓和曲线最小长度（m）
一般值
30
最小值
25
6.停车视距30m，下坡段货车停车视距35m,超车一般视距150m，最小值为100m。
7.最大纵坡8%，最大合成坡度10%，最小坡长100m。
8.不同纵坡最大长度
表2.4纵坡最大长度
4
5
6
7
8
坡长（m）
1100
900
700
500
300
注：
连续上坡（或下坡）时，应在不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。
缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。
9.竖曲线最小半径与曲线长度
表2.5竖曲线最小半径与曲线长度
凸形竖曲线最小半径（m）
凹形竖曲线最小半径（m）
竖曲线长度（m）
一般值
极限值
一般值
极限值
一般值
最小值
400
250
400
250
60
25
10.设计的线形大致如下图所示：
图2.1路线设计图
2.5计算说明
1.圆曲线计算（取JD1加以计算）
（1）ZH（K0+59.546）～HZ（K0+135.534）段
已知
=38°44ˊ57.5
，圆曲线半径R=68m，Ls=30m如下图
图2.2基本型曲线计算图
m
m
m
D=2T-L=2×39.082-75.989=2.176m
式中:
T——切线长（m）；
L——曲线长（m）；
E——外距（m）；
D——校正系数或称超距（m）；
R——圆曲线半径（m）；
——转角（度）。
特征点桩号校核：
JD1
－）T
K0+98.628
39.082
ZH
+）Ls
K0+59.546
30
HY
+（L－Ls）
K0+89.546
39.082-30
HZ
－）Ls
K0+135.534
30
YH
－）1/2（L－2Ls）
K0+105.534
1/2（39.082－2*30）
QZ
K0+576.755
校正值D=2T－L=2.176m，所以由QZ桩号算出的JD1桩号为K0+97.54+3.267/2=K0+98.628，与原来的JD1桩号相同，校核无误。
其他交点的计算同上。
2.缓和曲线
缓和曲线即在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。
缓和曲线作为道路线形中的高级曲线而被广泛采用于各级道路，尤其是高等级道路。
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）规定：
高速公路、一级公路、二级公路、三级公路的直线同小于不设超高的圆曲线最小半径径相连接处，应设置回旋线（规范原文采用回旋线，而回旋线仅作为缓和曲线的一种形式）。
（1）缓和曲线的作用
1、便于驾驶员操纵方向盘
2、乘客的舒适与稳定，减小离心力变化
3、满足超高、加宽缓和段的过渡，利于平稳行车
4、与圆曲线配合得当，增加线形美观
（2）按离心加速度变化率来确定回旋线的最小参数,
计算缓和曲线的长度：
m
既选线路段Ls最小取了25m。
（3）平面线形参数检查结果：
设计规范：
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）
直线部分：
所有直线部分满足规范要求。
圆曲线部分：
所有圆曲线单元满足规范要求。
缓和曲线部分：
所有缓和曲线单元满足规范要求。
平曲线长度部分：
所有平曲线曲线单元长度满足规范要求。
线形组合部分：
线形组合满足规范要求。
表2.6平曲线计算要素
交点号
转角值
曲线要素值（m）
半径
缓和曲线长度
切线长度
曲线长度
外距
校正值
JD1
38°44′57.5″
68
30
39.082
75.989
4.666
2.176
JD2
35°55′58.7″
50
25
28.856
56.357
3.109
1.355
JD3
19°55′29.6″
92
25
28.702
56.993
1.696
0.410
JD4
51°06′20.2″
55
25
39.000
74.058
6.487
3.943
JD5
71°13′8.6″
45
25
45.109
80.935
11.060
9.284
JD6
74°35′51″
35
25
39.673
70.569
9.929
8.777
JD7
22°17′47.7″
105
30
35.752
70.861
2.383
0.644
JD8
15°15′10.5″
116
25
28.057
55.881
1.262
0.234
JD9
16°12′23.9″
140
19.933
39.600
1.412
0.266
JD10
62°12′51″
56
25
46.550
85.807
9.947
7.293
JD11
37°13′57.2″
763
25
37.198
72.438
4.40
1.958
JD12
83°59′19.6″
56
50.413
82.089
19.349
18.736
JD13
48°33′55.1″
99.162
44.737
81.052
9.625
5.422
JD14
29°17′41.7″
110
25
41.307
81.242
3.940
1.371
JD15
46°53′42.6″
85
25
49.490
94.570
7.984
4.410
JD16
41°13′12.3″
98
25
49.449
95.504
6.985
3.393
JD17
62°18′01.7″
112
30
82.890
151.783
19.261
3.997
JD18
73°40′01.4″
50
25
50.314
89.287
13.120
11.341
JD19
39°57′10.1″
90
32.715
62.758
5.762
2.673
JD20
50°10′41.3″
52
25
37.056
70.540
5.969
3.573
JD21
38°59′32.2″
68
25
36.696
71.277
4.542
2.116
第3章纵断面设计
路线纵断面设计：
纵断面图反映了道路中线原地面的起伏情况以路线设计的纵坡情况。
纵断面设计中依规范需注意以下几点：
最大纵坡不得大于8%；三级公路越岭线的平均纵坡一般应接近5.5%和5%为宜；为了路基排水需要，防止水分渗进路基，均应设置纵向纵坡，不小于0.3%，在纵坡设计中，如果不限制最小坡长，会造成边坡点过多，车辆行驶颠簸，导致乘客感觉不适，所以在我国《公路工程技术规范》中规定：
最小坡长为100m。
3.1纵断面设计的原则
1.第1节标题
1.纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。
2.纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。
3.平面与纵断面组合设计应满足：
平包纵。
4.视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。
5.平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。
6.平、纵线形的技术指标大小应均衡。
7.合成坡度组合要得当，以利于路面排水和行车安全。
8.与周围环境相协调，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并起到引导视线的作用。
3.2平、纵组合的设计原则
1.平、纵线形的合理组合设计，应保持线形在视觉上的连续性。
2.平纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持平衡。
3.使用恰当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。
4.平纵组合设计应注意线形和自然环境和景观的配合与协调。
3.3纵坡设计的要求
1.设计必须满足《标准》的各项规范。
2.纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的短坡。
连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。
3.沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。
4.应尽量做到添挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。
5.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，保证路基稳定。
6.对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓，避免产生突变。
7.在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。
3.4纵坡设计的步骤
1.准备工作：
在厘米绘图纸上，按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线。
里程桩包括：
路线起点桩、终点桩、交点桩、公里桩、百米桩、整桩（50m加桩或20m加桩）、平曲线控制桩（如直缓或直圆、缓圆、曲中、圆缓、缓直或圆直、公切点等），桥涵或直线控制桩、断链桩等。
2.标注控制点：
如路线起、终点，越岭垭口，重要桥涵，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，铁路道口，城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等。
3.试坡：
在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术指标、选线意图，结合地面起伏变化，以控制点为依据，穿插与取直，试定出若干直坡线。
反复比较各种可能的方案，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定试坡线，将坡度线延长交出变坡点的初步位置。
4.调整：
对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定，平、纵组合是否适当等，若有问题应进行调整。
5.核对：
选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖，作横断面设计图，检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况，若有问题应调整。
6.定坡：
经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。
坡度值要求取到0.001％，变坡点一般要调整到1m的整桩号上。
7.设置竖曲线：
根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，计算竖曲线要素。
8.计算各桩号处的填挖值：
根据该桩号处地面标高和设计标高确定。
3.5平均纵坡
平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度之比，是为了合理运用最大纵坡、坡长及缓和坡长的规定，以保证车辆安全顺利的行使的限制性指标。
3.6最小坡长
如果坡长过短，变坡点增多，形成〝锯齿形〞的路段，容易造成行车起伏频繁，影响公路的服务水平，减小公路的使用寿命。
为提高公路的平顺性，应减少纵坡上的转折点；两凸形竖曲线变坡点间的间距应满足行车视距的要求，同时也应保证在换档行驶时司机有足够的反应时间和换档时间，通常汽车以计算行车速度行驶9s～15s的行程作为规定值。
《公路路线设计规范》（JTG-D20-2006）规定设计速度为60km/h对应的最小坡长一般值200m、最小值150m。
本设计坡长最小为100m。
3.7竖曲线设计
竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。
设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。
竖曲线基本要素计算公式：
（3-1）
（3-2）
（3-3）
（3-4）
式中：
—坡度差，
L—曲线长（m）
T—切线长m）
E—外距（m）
（1）竖曲线要素计算：
例如变坡点1：
里程和桩号K0+110
i1=﹣0.184%i2=2.322%半径R=2614m
w=i2﹣i1=2.322%﹣（﹣0.184%）=2.506%（凹形）
曲线长
m
切线长
m
外距
m
（2）设计高程计算：
竖曲线起点桩号=（K0+110）﹣32.76=K0+77.235
竖曲线起点高程=345.797+32.76×（-0.184%）=345.857m
竖曲线终点桩号=（K0+110）+32.76=K0+142.765
竖曲线终点高程=345.797-32.76×（-2.32%）=345.036m
注：
起点位于上坡段取负；起点位于下坡段取正
其他桩号竖曲线要素：
表3.1竖曲线计算要素
桩号
竖曲线
凸曲线半径
凹曲线半径
切线长
外距
K0+000
K0+110
2614
32.765
0.2053
K1+390
2354
3.022
0.0019
K1+670
389
5.502
0.0389
K1+870
634
21.974
0.3808
K1+040
473.72
8.044
0.0683
K1+250
704
4.468
0.0141
K1+370
1181.93
12.419
0.0652
K1+570
400.69
5.526
0.0381
K1+680
370.72
19.128
0.4932
K1+820
922
27.531
0.4110
K2+030
2965.38
19.496
0.0641
K2+300
372
2.688
0.0097
K2+615.401
406
（3）凹形竖曲线的最小半径：
（3-5）
a—离心加速度，根据《公路工程技术标准》，丘陵三级公路凹形竖曲线半径的极限最小值为250m，一般最小采用400m。
凸形竖曲线最小半径：
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