北京交通大学道路工程课程设计.docx

1、北京交通大学道路工程课程设计道路工程路线设计课程设计实验报告指导老师：王颖姚恩建组长：薛雅宁（12251255）副组长：何悦（12251237）组员：金凌楠（12251239）谭起云（12281075）苏宁（12301046）1.概述(一级标题:黑体二号,加粗,段前1行,段后一行)1.1 项目背景介绍(二级标题,段前0.5行.段后0.5行,黑体三号加粗)1.1.1地理位置(三级标题黑体加粗,段前段后不设)通过对所给电子地形图56-61的分析和图中地名的搜索比对，我们得知地形图所给的设计区域位于陕西省汉中市宁强县。宁强县位于陕西省西南角、汉中西部，介于东经1052110-1063518、北纬32

2、3706-331242之间，地界三省、毗邻八县，东西长10165公里，南北宽6532公里，总面积328273平方公里。，如图1-1所示。地形图所示区域位于宁强县东都玉带河沿岸（具体位置如图1.1.1），我们小组的设计路段在铁锁关镇和胡家坝镇。图1.1.1 卫星云图图1.1.2行政区划图(字体黑体,加粗,段前0.5行,段后不设)铁锁关镇位于宁强县东部。辖15个行政村。镇政府驻地铁锁关村转咀上，西距县城16.4千米；周家坝村西南距县城14.1千米；坪溪河村西南距县城20.7千米。与南郑交界的无名山海拔1982.4米，开家湾山峰海拔1450米，竹巴山海拔1627米。主要河流有玉带河、瓮山沟、大寨沟。

3、G5京昆高速公路、宁强至黄山岭公路过境。图1.1.3 铁锁关地图胡家坝镇位于宁强县东北部。辖21个行政村。镇政府驻地胡家坝村西南距县城26.1千米；龙王村西南距县城23.1千米，老代坝村西南距县城30.3千米。陡岩山海拔1957米，五坪山海拔1447米，碥山海拔1245米。主要河道有玉带河、蔡家沟、龙王沟、老代坝河。G5京昆高速公路、宁强至黄土岭公路过境。图1.1.4 胡家坝镇地图1.1.2自然条件()标题1.地形宁强属中低山区县，北属秦岭山系，大部分海拔10001600米；南属巴山山系，大部分海拔10001800米。县委、县政府驻地海拔800米。毛坝河镇三道河九垭子主峰海拔2103.7米，为

4、全县最高峰；燕子砭镇嘉陵江入川处海拔520米，为全县最低点。宁强是汉江发源地，有“三千里汉江第一城”之美誉。地处秦岭和巴山两大山系的交汇地带，地形多呈“V”形构造，分为谷坝、谷地、低山、中心和高中山五个地貌类型。图1.1.5 设计区域三维视图从三维视图图1.1.5可以看出，玉带河沿岸地形较为低洼平缓，其余地区山丘起伏较大，地势险峻，不易修筑公路。由于沿河地带的地带地势相对平缓，且玉带河的流向与路线起终点走势大体一致，所以平面选线应沿河两岸展开，可尽可能的减少开挖填方，降低施工成本。2.气候条件宁强县为北亚热带北缘的山地暧温带湿润季风气候。四季特点为冬长夏短，春居中，秋偏短。全县年平均气温12.

5、9。C，各地年平均气温8.514.1度之间，平均最高17.8度，最低9.1度，最冷月平均气温1.5度,最热月23.6度,日差较小；年0度积温4375.8度，10积温989.5度。极端最低气温-11.6度，极端最高气温37.0度。年平均相对湿度78%；无霜期247天，平均初霜期日11月中旬，终霜日在3月中旬。年总降水量 1121.1毫米，日数153天，雨季在510月，主要集中在6月下旬到9月；全县降雨量分布不均，南多北少，夏秋多，冬春少。具有雨多、温润、温和、日照短的气候特点。年平均风速1.2M/S，全年盛行西南和东北风。3.水源及土质(黑体加粗)宁强县属长江流域，境内河流分属嘉陵江、汉江两大水

6、系。东北部为汉江水系，南和西北为嘉陵江水系，河网密度为1.4公里，10平方公里以上河流56条。嘉陵江自略阳县的何家坡流进宁强县，由北向南入川，在县境内流域面积2225.2平方公里。全年平均自产泾流量17.362亿立米，每平方公里产水量为 53.74万立米。水资源比较丰富，但年内分配不均。宁强土质山区为黄棕壤土、黄褐土；坡脚和河滩为冲击性土壤。因此设计时应注意排水需要。1.1.3 社会经济条件1.经济发展水平宁强县位于陕西省西南隅，北依秦岭，南枕巴山。地理坐标北纬322706一331242，东径1052010一1063518，全县辖21个镇269个行政村，总人口34万人。2012年生产总值完成4

7、8.5亿元，财政总收入2.2亿元，地方财政收入1.17亿元；城镇居民人均可支配收入20018元，农民人均纯收入5754元。2.土地资源全县总面积326031.26公顷，各项土地所占比例如下表。表1.1.1 各类土地所占比例土地种类面积（公顷）所占比例耕地47134.0114.46%园地1017.170.31%林地256330.378.63%牧草地3909.91.20%居民点及工矿用地5253.91.61%交通用地1932.560.60%水域面积3892.951.19%其它土地6560.522%因此，在选线的过程中，应该充分考虑各类型土地的分布，保证耕地的面积红线。同时考虑各种土地的拆迁占地费用

8、。3.矿产资源县境内矿产资源丰富，已探明金属、非金属矿产8类31种200余个矿点，已探明储量6类18种，矿产地26处，总蕴藏量达3.09亿吨，名列汉中市第二位。主要分布在五丁关以北的大安、代家坝、阳平关一带。其中金属矿有铁、铜、锰、金、镍、铅、锌、铬、银等10种70余个矿点；非金属矿有磷、硫、重晶石、蛇纹石、花岗岩、铝土、海泡石、大理石等12种20余个矿点。其中位于宁强、略阳、勉县3县交界处的“金三角”地带，是全国五大黄金出产地之一。4.生物资源本县生物资源数量丰富、品种多样，有多种国家保护的野生动、植物。植物类中，有木本植物586种。森林植被中，列为国家重点保护的一、二类树种有8种；列为省级

9、保护的有12种。全县林业用地面积357.48万亩，森林面积284.42万亩，活立木总蓄积595.49万立方米，森林覆盖率58.5%。动物类中，已查明的陆生野生动物有18目50科142属，属于国家一、二级重点保护的野生动物50种。因此，在公路的选线过程中要注意保护珍贵的树种以及动物的栖息地。除此，由于附近有一些旅游区，所以在选线的过程中要注意尽量接近旅游名胜地区，带动相应地区的经济发展。1.1.4 现有的交通情况宁强县交通便利，环境优越，这里西北西南出入之咽喉，跟秦蜀物资集散之门户，宝成、阳安铁路交汇于阳平关，西汉高速公路、108国道穿境而过，“四纵两横”公路网四通八达，4小时可直达西安、成都，

10、是关中经济圈和成渝经济圈的中间地带。同时，区域内与设计公路并行的有G5京昆高速公路。1.2 道路设计标准在本次道路设计过程中道路设计标准及规范主要采用：（1）中华人民共和国行业标准，公路工程技术标准（JTGB01-2003）；（2）中华人民共和国行业标准，公路路线设计规法（JTGD20-2006）。查找两个规范，以及实验任务书的要求，我们整理出相应三级公路的道路设计标准表1.1.2 道路设计标准表项目指标项目指标设计速度30km/h车道宽度3.25m车道数双向4车道车道横坡3%路基宽度7.5m路肩横坡2%土路肩宽度0.5m路面材质沥青1.3 设计控制指标 同时得到的主要技术经济指标如下：表1.

11、1.3 设计主要技术经济指标项目指标项目指标设计速度30km/h竖曲线半径400m最小平曲线半径65m视距30m最大允许纵坡8%缓和曲线最小长度30m最大允许开挖和填土高度12m公路不设缓和曲线的最小圆曲线半径350m2 平面线形设计2.1 平面设计图总述 平面路线设计指确定路线的空间位置和各部分几何尺寸的工作过程。任务是在调查研究、掌握大量资料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行驶要求、工程费用最省的路线。公路一般是在尽量顾及纵断面和横断面基本平衡的前提下，先进行平面设计，之后沿着平面线形进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其他必要的资料后，再设计纵断面和横断面。本次的设

12、计道路等级为三级公路，平面线形设计中以直线、圆曲线、缓和曲线的设计为控制指标。2.1.1 直线设计 直线是道路平面线形最基本的线形要素之一，具有很多优点：（1）直线控制两个控制点，可以缩短里程；（2）现场容易布设，短截直达；（3）在直线行驶时受力简单，方向明确。但同样的也存在着以下的缺点：（1）难以与地形及周围环境相协调，三级公路的山区和丘陵地段易造成深挖高填，工程效益差；（2）过长的直线易使司机产生视觉疲劳，行车不安全。根据本次道路设计，直线主要应用在如下两种情况：（1）玉带河边较为宽阔平坦的地带；（2）路线交叉点及其前后。结合本次实验道路的具体情况，我们在直线的设计上分别考虑了长直线和短直

13、线。由于道路所在地区主要是山区为主，山坡较多，故而在实际设计过程中同向与反向曲线间的直线最小长度为建议参考值，在实际设计时保证中间直线长不小于15米的极限最小长度。表2.1.1 直线设计参考项目设计控制值设计车速30km/h直线最大长度600直线最小长度同向曲线间一般值180特殊值75反向曲线间602.1.2圆曲线设计 圆曲线在路线遇到障碍或需要改变方向的时候设置，各级公路不论转角大小都应该设置圆曲线。圆曲线的优点如下：（1）测设简单、适用范围广；（2）较大半径的圆曲线线形美观，行车舒适；缺点如下：（1）汽车比直线多占用宽度；（2）圆曲线半径较小会影响行车安全。在车速v一定的条件下，圆曲线的最

14、小曲线半径取决于容许的最大横向力系数和最大横向超高坡度。在本次道路设计中，采用的公路最大超高为3级公路一般地区的，数值为8%；圆曲线一般最小半径取65m；不设超高最小半径取450m；在实际设计过程中要考虑与弯道前后线形相协调。2.1.3缓和曲线设计 缓和曲线一般在直线和圆曲线之间或半径相差过大的两个转向相同的圆曲线之间，其曲率连续变化。三级公路也应设置缓和曲线，主要有以下优点：（1）离心加速度逐渐变化，提高行车舒适性；（2）超高加宽逐渐变化，行车更加平稳；（3）与圆曲线配合得当，增加线形美观。缓和曲线的长度要综合考虑离心加速度变化率，司机的操作反应时间，满足超高缓和段这些因素。实际设计中，采用

15、如下指标：表2.1.3 缓和曲线设计参考公路设计速度30km/h缓和曲线最小长度30m不设缓和曲线的最小圆曲线半径350m2.1.4平面线形组合设计 在对三要素的各种参考指标都有了一个了解之后，在实际道路的实际中还要考虑如何把平面线形三要素更好的组合在一起，主要遵守的原则如下：（1）平面线形应该直接、连续、顺适，与地形、地物相适应，与周围环境相协调；（2）除满足汽车行驶的力学要求外，还用满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求；（3）保持平面线形的均衡和连贯；（4）免连续急弯的线型；（5）同向曲线或反向曲线的设计要求；（6）保证平曲线有足够的长度，一般值为150m。2.2平面设计思路2.2.1 平

16、面线型设计原则1.直线设计思路 根据任务书给的电子地形图，在图上定交点，根据道路等级和地形条件定出一系列直线，确定直线的走向和每一段直线的长度。直线的位置可由两端的交点位置来确定，直线的长度课通过两相邻交点间距获得，直线的走向可通过相邻两直线间的偏角或者是用直线的方位角表示。2.圆曲线设计思路 首先确定圆曲线半径。实验中利用海地软件通过平面设计交点发定线，在定线后需要根据路线的实际情况以等高线地形图为参考依据，合理选定圆曲线半径。半径选取要考虑与本身所处位置地形地物条件相适应以及与弯道前后线形标准相协调。实验中应避免以下情况：（1）陡长下坡端点插入小半径曲线（2）陡坡路段上采用小半径曲线，使合

17、成坡度过大圆曲线一般最小半径取65m；不设超高最小半径取450m。3.缓和曲线设计思路 缓和曲线设计时，应根据实际地形情况尽量使用更长的缓和曲线，在条件恶劣的地区要确保满足极限最小长度。缓和曲线线形现代道路设计广泛采取的是回旋线，其基本参数是A，确定A的值，则可按以下公式计算缓和曲线长度：根据设计经验，当R米时，通常取A=R；当R100米时，取A；当100R3000米时，取AR 3。另外，当圆曲线半径增加到一定程度时，即使直线与缓和曲线直接相连，汽车也能顺利完成过渡行驶。我国在标准中规定，设计时速30km/h的三级道路，圆曲线半径大于350m则可以省略缓和曲线的设置。2.2.2实际选线情况在进

18、行实际选线前，我们通过分图层查看所给地图56-64，得到各个图层的相应信息。图2.2.1 各个图层所代表的的属性数据1.地形：玉带河周边高差较小，主要集中在675-685之间，周围山地地形崎岖，高差一般在680-950之间，高差较高，景观变化多端，有利于减少驾驶疲劳感，利于出行游玩。图2.2.2 选线与河流的相对关系2.地质：土质山区为黄棕壤土、黄褐土；坡脚和河滩为冲击性土壤。此处为了防止雨水冲击产生的水土流失，多设有土坎梯地。此类土坎梯地多有较大高差且土质较差，应尽量避免。图2.2.3 线路与土坎的相对关系（蓝色为实际选线）从上图可以看出，我们在选线过程中尽量避开了土坎地区。3周边村庄周边的

19、村庄，我们选择开启地图的村庄层以及相应的设计线路层，进行相应的选线。图2.2.4 实际选线与村庄的关系我们在选线的过程中也充分考虑了线路与村庄的关系，使线路尽可能的接近现有村庄，方便周边居民的出行。表2.2.1 实验区域主要村庄情况所属镇名村庄名称居民户数（图上）铁锁关镇邓家沟;85铁锁关镇二里坡4铁锁关镇坪溪河120铁锁关镇郭家湾24铁锁关镇大地里4胡家坝镇黄家湾55胡家坝镇徐家湾18同时我们也发现图层上有重要的设施有平溪村小学和邓家沟砖厂。图2.2.5 小学与现有线路的关系图2.2.6 砖厂与现有线路的关系在此次的实验中，我们尽量使选线接近小学，方便周围的学生上下学。同时，选线接近砖厂，方

20、便砖厂运入运出货物，实现新建公路的最大经济效益。4.现有交通情况图2.2.7 选择线路与现有桥梁的关系通过分图层查看，我们发现目前有一座现有桥梁，比较利用现有桥梁与绕行的两种方案，我们认为无论是从技术角度还是经济角度都是利用现有桥梁比较好，因此我们后期选线选择利用现有桥梁。2.3平面线形设计具体操作步骤本环节，根据Hard2006使用手册、实验任务书、实验指导书以及相关视频资料的指导，根据公路工程技术标准（JTGB01-2003）和公路路线设计规法（JTGD20-2006）的技术指标，进行如下平面线形设计的操作：2.3.1创建项目及前期准备 在项目设计开始之前，在桌面上建立一个新文件夹，以便后

21、续资料的存储和使用。打开“海地道路Hard2013”软件，在工具栏中选择“项目管理”“新建项目”。在打开的对话窗口中输入要求的信息，包括：项目所在的文件夹、技术参数及标准横断面参数等。具体如下图所示：图2.3.1 项目基本信息输入其中，则高程设计线选择在“路基中线”；公路等级为三级，计算车速为30km/h；超高旋转轴选择“内侧行车边缘线”，横断面加宽过度方式选为“线性加宽”；由于三级公路的设计要求不设置中央分隔带和硬路肩，那么双侧各一条的行车道和土路肩，则左、右路幅数均为2，总路幅数为4；根据三级公路的设计标准，我们设置土路肩的宽度为0.5m，行车道的宽度为3.25m；设置土路肩的横坡坡度为3

22、%，行车道的路拱坡度为2%。点击确定，项目的建立和基本信息的输入就完成了。2.3.2构造数字化地面模型（DTM）数字化地面模型（简称DTM）是先进的地形图处理技术，能够真正实现公路的三维设计。对地图进行数字化的步骤如下：首先，打开要设计的电子地图“56-6471.dwg”文件，该文件的各个图层对应着不同的地理信息。通过对图层的研究，我们发现图层25、27为等高线图层，正是用来构造数字化地面模型（DTM）的资料。然后，在打开电子地图的界面，点击工具栏中的“DTM”“电子地形图数字化”，在“选择高程数据层”窗口中，选择“图层25”和“图层27”，点击“确定”。之后，点击工具栏中的“DTM”“构造D

23、TM”，打开相应文件夹，点击“确定”。图2.3.2 DTM图形最后，输出DTM文件即可。2.3.3平面线形设计在前两步的基础之上，进行平面线形设计。打开电子地形图，在工具栏中单击“平面”“交点线设计”“二维交点线设计”；在命令栏中，键入“N”，进入数学坐标系，在地图上选择合适的线路，完成选线工作。在交互式的平面线形设计过程中，应注意如下几点：（1）设计的平面直线不宜过短或过长；（2）直线之间的转角不可过大，否则影响行车质量；（3）长直线之间不宜设置较小的转角（即直线夹角接近180度左右）时，会影响缓和曲线的设置；（4）平面曲线的选线应尽可能地沿着等高线，避免穿越过多的等高线，保证纵向坡度平缓而

24、不波折，有利于之后的纵断面设计；（5）不可在河道上建设公路；（6）设计过程中若有需要单步调整的，可以在命令栏输入“u”，以返回上一点。然后进行平面线形具体指标的设计。在工具栏中点击“平面”“平面设计_交点法”，在右侧窗口处，点击“读入交点线”，即可进行平曲线上各个交点处的指标的设计。主要设计指标包括：缓和曲线“Ls1”和平曲线半径“R”。每个交点标定参数后，都要点击“生成”按钮，知道所有的交点设计完成后，点击“输出文件”即可。具体操作图示如下：图2.3.3平曲线及交点法设计平曲线窗口进行各个交点的参数标定时，需要注意如下几点：（1）每个交点的最小缓和曲线程度为30m，最小平曲线半径为65m；（

25、2）若设计过程中，遇到如下情况：图2.3.4 交点设计过程中的问题这说明该交点处的转角过小，两直线之间的夹角接近180度，若设置缓和曲线（尽管取最小值30m）会产生错位现象。因此，这样的情况，便不设置缓和曲线，而平曲线半径要大于不设缓和曲线最小半径350m。从而保证了线形的合理。平曲线设计要素如下：表2.3.5 曲线要素表然后进行平曲线的检查，在工具栏中点击“平面”“平曲线检查”，即可得出如下文本文档：图2.3.6 平曲线检查结果上图的结果是没有问题的前提下得到的，实际操作过程中会有各项指标出现问题，需要进行修正。修正的过程，可以根据检查的结果合理进行。在“交点法设计平曲线”窗口中，运用“移动

26、交点”、“插入交点”、“删除交点”选项进行线路的调整，也可以修改平曲线的半径尺寸等数据。平曲线的检查包括了“半径检查”、“缓和曲线长度检查”、“曲线之间直线长度检查”、“平曲线之间直线长度检查”四项，各项若有不满足要求的情况，则需要相应的修正。由于Hard3D软件的性质问题，如果在平面设计中进行一些修改，会导致3D模拟出现致命问题，如下图所示：图2.3.7 错误的3D生成经过不断摸索，我组发现，利用错误的3D生成线路图，直接在其上，沿着正确的路径重新进行平曲线设计，可以保证平曲线指标一次通过，不必修改。按照此方法可以保证3D模拟的顺利进行。检查的各项标准来源于公路工程技术标准（JTGB01-2

27、003）和公路路线设计规法（JTGD20-2006），在工具栏中“项目管理”“技术标准及规范控制参数编辑”窗口中可以进行查看和修改，里面包括各项指标的限制，如下：图2.3.8 Hard道路软件中内建的规范及标准在设计过程中，我们进行了多次线形设计的尝试，如下是其中其中两个平曲线设计方案的版本：（1）方案一平曲线（2）方案二平曲线图2.3.9 平曲线设计方案对比以下是两个平曲线的主要技术经济指标对比：图2.3.10 方案一、二主要技术经济指标对比（左为一、右为二）比较可以看出，两个方案的直线最大长度都在1200米左右，超过了我国30V的范围，不过考虑到该最长直线处于山区，周围景物变化大，不易使人

28、产生疲倦感，故可以接受。综合对比其他指标，我们选择了方案一为我们的路线。然后，点击“平面”“路线超高加宽计算”，软件自动计算出该平曲线各处的超高和加宽值，如下：图2.3.11 计算超高和加宽图2.3.12 横断面加宽和超高计算结果至此平面线形设计的工作已经基本完成。在完成全部工作后，可生成平面设计图。可以生成的结果有：平面设计图、平面分图、曲线要素表、曲直表、逐桩坐标表等。其中平面设计图如下：图2.3.13 部分平曲线设计图3 纵断面线型设计3.1 纵断面设计图总述道路纵断面设计就是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡和坡长，并设计竖曲线。路线纵断面为

29、沿着道路中线竖直剖切后展开的视图。由于自然因素以及经济性要求，路线纵断面总是一条空间线。纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件及工程经济性等，研究欺负空间几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。纵断面设计主要包括道路纵坡设计和竖曲线设计，最终生成纵断面设计的主要成果，纵断面设计图。3.2 纵坡设计要求3.2.1 纵坡设计总要求为使纵坡设计经济合理，必须在全面掌握勘测资料基础上，结合选线的纵坡安排意图，经过综合分析、反复比较定出设计纵坡。纵坡设计的一般要求如下：（1）纵坡设计满足设计规范规定的各项要求；（2）设计纵坡应该具有

30、一定的平顺性，起伏不宜过大或过于频繁。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缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。越岭垭口附近的纵坡应尽量缓一些；（3）地下水位较高的平原微丘区，或池塘、湖泊分布较广，水系较发达，因此道路纵坡设计，除满足最小纵坡外，还应该满足最小填土高度，保证路基稳定；（4）纵坡设计在一般情况下考虑填挖平衡，尽量使挖方用作就近路段填方，以减少借方和费方，降低工程造价和节省道路用地；（5）对沿线地形、地质、地下管线、水文、气候等条件综合考虑，合理处理道路、地下管线、地下水位等的高程关系，以保证道路的畅通和稳定；（6）对连接段纵坡，纵坡应该平缓，避免突变；（7）在实地调查的基础上，应照顾当地民间运输工具、农业机械、农用水利等方面的要求。3.2.2 道路纵坡坡度设计道路纵坡坡度设计时，要考虑到以下几个控制指标：（1）最大坡度。最大坡度是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，其数值是根据道路等级、设计车型的动力性能、自然因素等设计依据确定的。设计车速为30km/