海城至鞍山二级公路设计王仁海1607.docx
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海城至鞍山二级公路设计王仁海1607
前言
道路建设关系到一个地区的对外交流和经济发展等重要事项，在对要求物流运输能力越来越高和经济高速发展的今天，道路建设显得格外重要。
海城至鞍山二级公路地处大连与沈阳经济圈之内，受大连和沈阳影响，为拉近海城与鞍山之间的距离，加快海城与鞍山协同发展，更进一步促进环渤海经济圈内的各城市的发展，综合考虑修建海城至鞍山这条二级公路。
该公路修建后将会有利于海城的轻工产品通过鞍山转运到沈阳等大城市，沈阳，鞍山等重工产品通过海城转运到大连港口，丹东港口通过港口运输到其他国家和地区。
与此同时也能够加快港口城市与内地的联系，加快内地发展。
此次毕业设计是比较全面的检验学生大学期间所学习的各方面知识。
从道路设计方面来说，本次设计使学生从道路选线到平面及纵横断面的设计有了一个全面的了解和认识，是一次大学学习的总结，也为以后参加工作打下坚实基础。
所以此次毕业设计具有重大意义。
1辽宁省海城-鞍山二级公路（60km/h）总说明
1.1基础资料
1.工程名称：
海城-鞍山二级公路（60km/h）设计
2.工程位置：
辽宁省
3.工程性质：
新建工程
1.2设计原始数据
1.气象资料
鞍山与海城两市地处属于暖温带大陆性季风气候区.主要气候特点是：
一年四季分明，每到季节更替时都有较明显特征，一些极端天气特别少，发生概率较小，一般情况下不会发生特大洪水，特大冰雪天气等。
。
春天容易刮风，雨水较少，太阳照射时间较长；夏天雨水较多，容易爆发洪水，且气温较高；秋天雨水大幅减少，气温温差较大，且大幅降低；冬天降雪较少且干燥，气温较低。
总体来说，海城与鞍山地处的气象环境条件较差，对路基、路面的冻害和热涨的影响较大。
2.地质资料
海城与鞍山地处的地质条件较为良好，地势的高低没有较大落差，对于路基的填挖工作影响较小，海城与鞍山两市无沼泽地等不良地质条件，海城至鞍山二级公路经过的区域无滑坡，崩塌，泥石流发生，同时山势较低，遇到有山阻隔时可以饶山而行，无需开凿隧道等工程。
经过查询，该地区曾经发生过七级以上地震，此外，无其他重大灾害。
1.3设计依据
设计规范及主要参考资料：
交通部JTGB01-2003《公路工程技术标准》；
交通部JTJ011-97《公路路线设计规范》；
交通部JTGD30-2004《公路路基设计规范》；
交通部JTJ018-97《公路排水设计规范》；
拟建公路的设计任务书；
拟建公路的设计原始数据；
拟建公路所在地区的地形图。
1.4技术标准
本路线采用二级公路标准，主要指标如下：
计算行车速度：
60公里/小时
路基宽度：
10米
其中：
行车道宽度：
3.5×2米
土路肩宽度：
0.75×2米
车道数：
2
路面横坡：
2%
路肩横坡：
3%
路面设计标准轴载：
双轮组单轴轴载100KN（BZZ—100）[1]
极限最小半径：
250米
停车视距：
75米
超车视距：
350米
最大纵坡：
-2.89%
最小坡长：
678米
竖曲线最小长度：
170米，
路基设计洪水频率：
1/100，
车辆荷载：
计算荷载汽车—20级；验算荷载挂车—100
路面设计标准轴载：
双轮组单轴轴载100KN（BZZ—100）[2]
3路线平面设计
2.1概述
路线平面设计是道路设计的第一步，首先在地形图上大致确定出路线的平面的走势。
确定大致走势后，再根据当地的地质情况，水文情况和该道路的技术指标进行纵断面和横断面设计。
横纵断面与平面线形如有冲突的地方就反复调整。
最终确定出该道路的平面走势，以后再对纵断面和横断面来进行设计[3]。
2.2路选线的一般原则和设计原理[4]
1.在道路选线的过程中，如果遇到当地的田地和其他土地时按照有关规定和法律给予赔偿。
2.在道路路线的设计中，为达到节约资金和时间，应该通过先进的仪器设备和专业技术人员进行详细的勘查和论证，以便后续道路的施工。
3.路线通过一些特殊地区时，需要注意的是原来该地区的自然环境，新修建的应该与该地区相关人文景观相协调。
4.在进行道路建设前应该注意工程建设及完工后的后续相关问题的处理，最好在修建前建立相关机制，以便解决后续问题。
5.选线过程中必须对道路经过地区的相关地质情况和民族民风等进行详细调查，以及对道路影响的相关因素就进行评估。
2.3选线的步骤和方法
1.路线方案选择
选择路线方案，最主要的是要确定出一个最节约时间，最节省资金，最有利于后续施工，最利于后续养护等一系列问题的综合方案。
首先在地形图上选择出多种方案，通过已掌握的相关资料对其进行评估，最终选定出一条最适合的路线方案[5]。
2.路线带的选择
在道路走向大致确定的基础上，按照该地区的实际情况选出一些具体的道路控制点，连接这些具体的控制点就得到路线带，通过比选最终获得最佳的路线带线路布局一般应在1:
1000-1:
5000比例尺的地形图上进行。
3.具体定线
定线是由道路等级的标准和选择的路线的最佳方案，再加上施工技术综合考虑，确定出最终的路线。
一般通过地形图上或实地情况进行定线。
2.4平面线形设计
2.4.1平面线形设计的一般原则[6]
1.公路转角必须设置曲线，能用多大的曲线半径就用多大圆曲线半径。
2.平面线形尽量满足流畅，连贯且还应该融入到周围的环境中去，尽量做到自然协调。
3.同向圆曲线间必须有满足规范要求长度的的直线，要不然就用单曲线或复曲线等其他曲线代替。
4.反向圆曲线间的直线长度要满足规范要求，如果满足不了，也可以其他线形或回旋线代替。
6.在设计中尽量避免弯道较多，如果无法避免可以在曲线间加入直线或回旋线。
2.4.2直线的最大长度和最小长度
1.直线的最大长度[7]
道路直线段太长，会导致驾驶员驾驶操作乏味，心理上容易造成急躁，合理的直线段长度需要根据该道路处在的环境所确定，如果周围景色美丽，可以适当长点，如果周围环境单一枯燥，则直线段尽量减小。
但是总体来说，还是避免长直线的出现。
2.直线的最小长度
同向曲线的直线最小长度
《公路路线设计规范》规定：
当设计速度≥60km/h，同时曲线间的最小直线长度（单位km）最小不能小于设计速度（km/h）的6倍，对于低速道路（设计速度≤40km/h）可参考执行。
反向曲线间的最小长度
《公路路线设计规范》规定：
当设计速度≥60km/h，反向圆曲线间直线最小长度（km）最小不能小于设计速度（km/h）的2倍。
当曲线两端设有缓和曲线时，也可以直接相连，构成S形曲线。
2.4.3平曲线要素的确定
1.圆曲线最小半径
在设计圆曲线半径时，应该考虑到整条路线的连贯，避免采用小半径曲线长直线，从路线较好地段进入较差地段时，各项技术指标需要缓和的变化，不能变化较大，否则引起路线不流畅，圆曲线半径较大时可以不设置超高而设置等于直线路段路拱的反超高。
规范规定的道路圆曲线的半径如下表所示[8]：
表2.1圆曲线最小半径
设计速（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
一般值（m）
1000
7700
4400
2200
100
65
30
极限值（m）
650
400
250
125
60
30
15
不设超高的最小半径（m）
路拱≤2.0％
5500
4000
2500
1500
600
350
150
不设超高的最小半径（m）
路拱＜2.0％
7500
5250
3350
1900
800
450
200
2.缓和曲线
缓和曲线是直线与圆曲线和圆曲线与圆曲线间的一种线，圆曲线能够使道路流畅，在这种道路上行驶时，驾驶员能够感到操作舒适，简单，还能够大大降低事故率。
当路线有超高和加宽路段时，应规定缓和曲线的最小长度。
表2.2缓和曲线最小长度表
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
缓和曲线最小度（m）
一般值
130
120
100
80
50
40
25
最小值
100
85
70
60
40
30
20
海城至鞍山二级公路线形的基本设计要素如下：
2.5带缓和曲线的圆曲线计算[9]
1.确定缓和曲线的最小长度
（1）按离心加速度的变化率计算
（2）按驾驶员的操作及反应时间计算
（3）按视觉条件计算
综合以上各项结果，取
2.主点里程桩号计算
（1）曲线要素计算
切线增长值：
内移值：
切线长：
曲线长：
外距：
切曲差：
3.主点桩号计算：
由地形图知
则
直缓点：
缓圆点：
圆缓点：
缓直点：
曲中点：
交点：
交点校验无误，同纬地道路设计软件系统计算相同。
其余的主点桩号通过纬地软件系统计算得到，直线、曲线、及转角表见附件1，逐桩坐标表见附件2。
4纵断面设计
3.1道路纵断面设计
设计纵断面时，需要两条线，各个桩号点的实际高程连接而成的叫做地面线，受土方的填挖，技术指标和其他限制因素而设计成的线叫做设计线，设计线是在道路修建中起实际作用的线[10]。
3.2纵断面设计原则
1.纵坡设计必须符合相关道路规范要求的技术指标，并且符合实际地势情况。
2.纵坡设计时，应大致填挖平衡，尽力量减少运输。
3.除了考虑规范要求的技术指标外，还需考虑某些地区的填土要求。
4.道路中有桥梁时，桥梁不设竖曲线，竖曲线应在桥端十米以外。
6.视觉上应满足驾驶员的舒适性，保证驾车安全。
3.3纵坡设计要求
1.通过认证全面调查考虑当地农业、水利情况；
2.考虑道路通过地区的地质，气象，管道等因素；
3.纵坡尽量满足缓和性，坡度不能太大，充分考虑填土挖土的平衡；
4.路基填土不能太高，否则路基不稳定。
各级公路对应最大纵坡：
表3.1各级公路最大纵坡
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
最大坡度（%）
3
4
5
6
7
8
9
各级公路对应最小坡长：
表3.2各级公路最小坡长
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
最小坡长（m）
一般值
400
350
250
200
160
130
80
最小值
300
250
200
150
120
100
60
公路不同纵坡对应的最大纵坡：
表3.3各级不同纵坡最大坡长
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
纵坡坡度（%）
3
900
1000
1100
1200
4
700
800
900
1000
1100
1100
1200
5
600
700
800
900
900
1000
6
500
600
700
700
800
7
500
500
600
8
300
300
400
9
200
300
10
200
3.4纵坡设计步骤
1.准备工作
根据外业资料，在地形图上大致绘制出地面线。
收集相关外业资料，如中桩资料、中平资料、地质调查资料等。
并在图纸上点绘出纵断面地面线[10]。
2.拉坡
纵坡线不需修改后，进行坡段设计和竖曲线设计。
定坡
拉坡确定后，可以确定坡度值，变坡点桩号及标高。
设置竖曲线
由平纵断面设计，和技术标准确定竖曲线半径及要素。
表3.4竖曲线最小半径与竖曲线长度
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
凸竖曲线最小半径（m）
一般值
17000
10000
4500
2000
700
400
200
极限值
11000
6500
3000
1400
450
250
100
凹竖曲线最小半径（m）
一般值
6000
4500
3000
1500
700
400
200
极限值
4000
3000
2000
1000
450
250
100
竖曲线长度（m）
一般值
250
210
170
120
90
60
50
最小值
100
85
70
50
35
25
20
3.计算各桩号处填挖值
由地面标高和设计标高共同确定。
3.5各桩号对应高程
海城至鞍山二级公路设计中桩号间距为50米，全长4421米，共计70个桩号，由地形图知等高线间高差为2米。
设桩号K位于等高线L1、L2之间，高程分别为H1、H2，K距L1、L2直线距离分别为l1、l2
K点高程：
以此公式计算得出各个桩号对应高程如表所示：
表3.5桩号-高程表
桩号
高程
桩号
高程
桩号
高程
桩号
高程
k0+000
406.6
k1+000
394.7
k2+000
397.1
k3+000
371.8
k0+050
407.6
k1+050
397.1
k2+050
397.4
k3+050
372.2
k0+100
407.1
k1+100
399.2
k2+100
397.3
k3+100
373.3
k0+150
407.5
k1+150
401.7
k2+150
396.7
k3+150
374.5
k0+200
407.9
k1+200
404.9
k2+200
395.8
k3+200
375.5
k0+250
408.6
k1+250
405.4
k2+250
394.9
k3+250
376.4
k0+300
408.7
k1+300
405.2
k2+300
395.9
k3+300
377.2
k0+350
408.4
k1+350
403.4
k2+350
394.6
k3+350
377.7
k0+400
407.9
k1+400
403.1
k2+400
391.5
k3+400
378
k0+450
405.7
k1+450
405.2
k2+450
390.3
k3+450
378.2
k0+500
404.8
k1+500
401.8
k2+500
388.6
k3+500
378.4
k0+550
402.9
k1+550
401.3
k2+550
395.9
k3+550
378.5
k0+600
402.3
k1+600
401.2
k2+600
383.3
k3+600
378.6
k0+650
401.1
k1+650
401.1
k2+650
380.7
k3+650
378.7
k0+700
398.5
k1+700
398.6
k2+700
380.5
k3+700
378.7
k0+750
397.2
k1+750
397.2
k2+750
379
k3+750
378.7
k0+800
393.6
k1+800
396.5
k2+800
377
k3+800
378.6
k0+850
392.7
k1+850
396.6
k2+850
375
k3+850
378.4
k0+900
392.5
k1+900
396.7
k2+900
372.9
k3+900
378.2
k0+950
392.9
k1+950
396.9
k2+950
372.1
k3+950
378
k4+000
377.8
k4+150
377.9
k4+300
378.2
k4+421
378.1
k4+050
377.7
k4+200
377.9
k4+350
378.3
k4+100
377.8
k4+250
378.2
k4+400
378.3
3.6竖曲线变坡点设计
这条海城至鞍山二级公路纵断面共设置三个变坡点。
分别为k0+700、k1+590、k3+150,1为凹曲线、2为凸曲线、3为凹曲线，半径分别为2500m、2500m、2000m，纵坡值分别为-1.025％、0.75％、-2.289％、0.621％。
3.7竖曲线要素计算
图4.1竖曲线示意图
1.桩号：
k0+700高程：
399.424m，
曲线长：
切线长：
外距：
2.桩号：
k1+590高程：
406.598m
曲线长：
切线长：
外距：
3.桩号：
k3+150高程：
370.382m
曲线长：
切线长：
3.8平纵组合设计[11]
1.设计道路时，应该站在驾驶员的角度考虑道路的舒适、安全性等。
2.选择恰当合适的技术指标，可以有利于道路。
3.注意坡度的选择，不能太大也不能太小。
4.要考虑到道路与周围地貌和人文景观等协调。
5横断面设计
4.1横断面设计
4.1.1横断面设计原则
设计横断面时，要根据道路的各项技术指标，当地的环境，地质情况，以及后期的养护等问题进行综合考虑。
在路基设计时，不仅要考虑到边坡的大小，排水，冻害等，还要考虑到填挖方，土方的运距等问题。
横断面设计的好坏直接关系到道路的通行能力和使用时间，若没设计好，必然会导致路基塌陷和冻害等问题[12]。
4.1.2海城至鞍山二级公路各项技术指标
由横断面设计部分可知，路基宽5m，路面宽3.5m，路肩宽1.5m，超高横坡，土路肩横坡，加宽值具体见附件4
4.1.3超高计算
车辆行驶在弯道处时，由于车的惯性会产生离心力，为了保证车辆的行驶安全，就需要道路外侧高于道路内侧，以此保证车辆稳定性，道路内外的坡度就是超高，超高的大小具体根据道路等级和技术指标确定。
如果平曲线半径大于不设超高最小半径，可以不设超高[13]。
本次设计的设计速度为60公里/小时，查《公路工程技术标准》JTGB01-2003得，不设超高圆曲线最小半径为1500m。
4.2土石方调配和计算
4.2.1土石方计算
计算土石方时，应该根据横断面面积计算出体积，然后获得土石方数量[14]。
该法叫做平均断面法：
式中：
V—体积，即土石方数量（m
）
F
F
__分别为相邻断面的面积（m
）
L—相邻断面间距离（m）
4.2.2土石方的调配[15]
调配土石方的基本要求:
1.尽量做到不挖或少挖，尽量做到多填。
这样可以减少废弃的土方；
2.运土方时，要考虑到运送距离和运费，已降低工程造价；
3.废弃的土石方应该运到妥善的地方，不能造成二次费用；
4.需要借方的路段，应根据实际情况提前选好借土的地点；
5.填筑时根据不同的土，应该分层填筑；
调配方法:
填方=本桩利用+填缺
挖方=本桩利用+挖余
借方=填缺-远运利用
废方=挖余-远运利用
全线总的调运量复核:
挖方+借方=填方+废方
具体土石方调配见“土石方调配表”，详见附表7。
表4.1土石系数
松土
普通土
硬土
软石
次坚石
坚石
15%
45%
0
10%
25%
5%
总结
这次的毕业设计，是我自己的一个从理论到实际的一次跨越，更是一次质的飞越，是我从基础了解到实际操作解决实际问题的一个过渡，也是一次检验和验证大学四年的付出和所获得回报。
在设计海城至鞍山二级公路过程中，从开始的地形图上的选线到平面设计、纵断面设计到最后的横断面设计，这个过程中让我对道路设计有了一次更加深刻的体会与感悟。
从开始的模糊的规划到后面细致的设计，所经历的一系列过程都是一次宝贵的体验。
不断地了解和收集资料，查阅规范和标准，请教老师，以及对纬地道路软件的学习，都让我的知识层面和实际操作能力有了显著进步和提高。
1直线、曲线及转角坐标表
海城至鞍山二级公路设计
交点号
交点桩号
转角值
曲线要素值（m）
曲线主点桩号
直线长度及方向
半径
缓和曲
缓和曲
切线
曲线
外距
校正值
第一缓和曲线
第一缓和曲线终
曲线中点
第二缓和曲线起
第二缓和曲线
直线段
交点间
计算方位角
线长度
线参数
长度
长度
起点
点或圆曲线起点
点或圆曲线终点
终点
长（m）
距（m）
1
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
JD0
K0+000
618.9282
749.0509
122°38′39.1″
JD1
K0+749.051
48°15′18.3″（Z）
200
80
126.491
130.123
248.442
20.6039
11.804
K0+618.928
K0+698.928
K0+743.149
K0+787.370
K0+867.370
706.2095
933.7103
74°23′20.9″
JD2
K1+670.958
31°50′32.7″（Y）
200
80
126.491
97.378
191.151
9.3626
3.605
K1+573.580
K1+653.580
K1+669.155
K1+684.731
K1+764.731
1041.6311
1255.8479
106°13′53.5″
JD3
K2+923.200
17°27′25.2″（Z）
500
80
200
116.839
232.3411
6.3981
1.336
K2+806.362
K2+886.362
K2+922.532
K2+958.703
K3+038.703
895.4244
1142.5201
88°46′28.3″
JD4
K4+064.384
20°26′44″（Z）
500
80
200
130.257
258.4211
8.6073
2.093
K3+934.127
K4+014.127
K4+063.338
K4+112.548
K4+192.548
228.7398
358.9968
68°19′44.3″
JD5
K4+421.288
2纵坡竖曲线表
海城至鞍山二级公路设计
序号
桩号
竖曲线
纵坡（%）
变坡点间距
（m）
直坡段长
（m）
标高（m）
凸曲线半径R（m）
凹曲线半径R（m）
切线长T（m）
外距E（m）
起点桩号
终点桩号
+
-
0
K0+000
406.600
1.025
7
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