河南城建學院道路工程畢業(yè)設計計算書

1、 畢業(yè)設計 論文題目:鹿鳴中心林場改擴建工程 K15+000至K18+000段施工圖設計學院:土木工程學院專業(yè):土木工程姓名:學號:指導老師:羅從雙完成時間:2013年05月29日摘要本設計是低山丘陵區(qū)二級公路方案初步設計。該畢業(yè)設計的課題設計研究,是在完成了四年的大學基礎課程以及專業(yè)課程后所進行的一次綜合性設計,是對大學四年所學知識的一次大檢驗與綜合運用。本設計分為幾個部分進行,其中包括了公路設計中的各種既基本又十分重要的環(huán)節(jié),例如平面設計、縱斷面設計、橫斷面設計、路基路面設計、支擋防護工程設計等。平面設計中路線的確定所用的是紙上選線定線,把公路路線最終在地形圖上確定下來之后,對公路平面設計

2、中的各種要素進行了計算?？v斷面設計中重點是計算豎曲線的各種要素,縱斷面設計把公路設計各個計算樁號的地面高程和設計高程設計出來,得到計算里程樁的路基填挖高度,進而計算得到路基的土石方量,填寫路基土石方量表。橫斷面設計確定了公路的路幅以及各種設施的布置位置。路基設計確定了路基的橫向坡度以及路堤路塹路基的邊坡穩(wěn)定處理,其中也對路基和路面的防水排水設計進行了設計。支擋防護工程設計所進行了的是重力式擋土墻設計,路面的設計進行了剛性路面設計。本設計的完成可以讓大學畢業(yè)生具備作為一名道路工程師所必備的基本素質和基本技能,設計中用到了計算機輔助設計這一較新的技術,設計的最終成果給出了設計中各部分的內容的相關表

3、格和圖紙。關鍵詞:平面設計縱斷面設計橫斷面設計路基路面設計AbstractThis design is the low mountainous and hilly area road plan preliminary design.A comprehensive design which this graduation projects topic design research, is after having completed four year university core curriculum as well as special course carries on, is stu

4、dies the knowledge to a university four year institute a big examination and the synthesis utilization. This design divides into several parts to carry on, including in secondary roads design each kinds both basic and the very important link, for example the plane design, the longitudinal section de

5、sign, the cross section design, the roadbed pavement design, keep off protection engineering design and so on. In what the plane design routes determination uses is on the paper the route selection siting, the highway route finally determines after the topographic diagram, to road plane designs each

6、 kind of essential factor has carried on the computation. In the longitudinal section design lights a candle the computation vertical curve again each kind of essential factor, the longitudinal section design designs the highway design each computation station number ground elevation and the design

7、elevation, obtains the computation course pile roadbed to fill in digs the altitude, then the computation obtains the roadbed cubic meter of earth and stone quantity, the filling in roadbed cubic meter of earth and stone meter. The cross section design has determined roads road pavement bed as well

8、as each kind of facility arrangement position. The grade location had determined the roadbed cross fall as well as the embankment cut roadbed stability of slope processing, also has carried on the design to the roadbed and the road surface waterproof draining water design. What kept off the protecti

9、on engineering design to carry on was the gravity bulkhead design, the road surface design has carried on rigid pavement design. This design completed may let the university graduates have an achievement road engineer the necessary basic quality and the basic skill, in the design uses computer-aided

10、 design this new technology, the design final achievement to give in the design the various part of content related form and the blueprint.Key words: Graphic design Longitudinal design Cross-sectional design Roadbed pavement design目錄前言 (11 緒論 (11.1 設計背景 (21.2 設計的目的 (21.3 設計的意義 (32 選線和方案比選 (52.1 選線 (

11、52.1.1 道路選線一般原則 (52.1.2 本次設計中選線過程 (52.1.3 本設計選線方法 (62.2 方案比選 (63 平面設計 (83.1 平面線形設計原則 (83.1.1 一般原則 (83.1.2 本次平面線形設計過程 (83.2 各項設計參數確定 (93.2.1 直線 (93.2.2 圓曲線 (93.2.3 緩和曲線 (103.2.4 平曲線長度 (113.2.5 本設計中各參數規(guī)定值 (113.3 角度及相關距離計算 (123.3.1 交點距離計算 (123.3.2 導線方位角計算 (123.3.3 導線間偏角計算 (133.3.4 要素計算 (134 縱斷面設計 (164.

12、1 縱斷面設計原則 (164.1.1 一般要求為 (164.1.2 組合設計原則 (174.1.3 平縱線形組合的要求 (174.2 各項設計參數確定 (174.2.1 坡度 (174.2.2 坡長 (174.2.3 豎曲線半徑和長度 (184.2.4 本設計中各項參數規(guī)定 (184.3 豎曲線要素計算 (195 橫斷面設計 (215.1 橫斷面設計的原則 (215.2 采用的各項技術指標 (225.2.1 路基寬度 (225.2.2 路拱坡度 (225.2.3 路基邊坡坡度 (225.2.4 邊溝及排水溝設計 (225.3曲線超高值的確定 (225.3.1超高過渡段的計算 (225.4合成坡

13、度 (275.5 橫斷面設計步驟 (286 路基設計 (296.1 路基橫斷面布置 (296.2 路基邊坡 (306.3 路基壓實標準 (306.4 土石方的計算和調配 (306.4.1 土石方數量計算 (306.4.2 路基土石方調配 (317 路基路面排水設計 (347.1 路基排水設計 (347.1.1 路基排水要求 (357.1.2 路基排水設計的原則 (357.1.3 路基排水 (357.2 路面排水設計 (367.3 路基路面排水綜合設計 (368 邊坡防護 (388.1 防護意義 (388.2 防護設施 (389 擋土墻設計 (399.1 擋土墻用途和使用條件 (399.2 擋土

14、墻類型的選擇 (399.3 重力式擋土墻的構造與布置 (399.3.1墻身構造 (409.3.2擋土墻布置 (409.4 設計資料與技術要求 (409.4.1 土壤地質情況 (409.4.2 墻背填料 (409.4.3 墻體材料 (409.4.4 穩(wěn)定系數 (409.5 擋土墻類型的選擇 (409.6 擋土墻的基礎與斷面的設計 (419.6.1 斷面尺寸的擬訂 (419.6.2 換算均布土層厚度 (419.7 擋土墻穩(wěn)定性驗算 (419.7.1 土壓力計算 (429.7.2 抗滑穩(wěn)定性驗算: (429.7.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗算 (439.7.4 基底合力及合力偏心距驗算 (439.8 擋土墻墻

15、身截面強度驗算 (469.8.1 土壓力計算 (439.8.2 墻身截面強度驗算 (4410 涵洞設計 (4610.1 涵洞設計的原則 (4610.2涵洞洞口加固與防護 (4610.3涵洞形式的確定 (4711 路面結構設計 (4811.1 路面設計說明 (4811.2 路面設計基本原則 (4911.3 路面結構推薦 (4911.4 交通量計算 (4911.5 交通參數分析 (5111.5.1 累計標準軸次計算 (5111.5.2 交通等級劃分: (5111.6 路面結構方案設計 (5111.6.1 面板的設計彎拉強度和彈性模量 (5211.6.2 確定基層頂面的當量回彈模量 (5211.6.

16、3 計算荷載疲勞應力 (5311.6.4 溫度疲勞應力 (53結論 (56致謝 (56參考文獻 (57前言公路是指聯接城市、鄉(xiāng)村和工礦基地之間,主要供汽車行駛并具備一定技術標準和設施的道路稱公路。公路運輸業(yè)在各國一直是社會經濟發(fā)展的基礎產業(yè),是生產和消費的紐帶,是商品流通、人們交往的物質基礎,是國民經濟發(fā)展的先行行業(yè),歷來受到各國政府的重視。我國的交通公路運輸事業(yè)自建國以來,尤其是改革開放以來已取得了長足發(fā)展。近20多年,不斷進步的交通事業(yè)增強了我國國民經濟的發(fā)展后勁,公路建設更是取得了令人矚目的成績。雖然我國公路建設取得了巨大的進步,但是我國平均國土公路里長數和美國等發(fā)達國家相比依然相差巨大

17、。在我國公路建設中,公路網的結構性矛盾,公路基礎設施的數量不足和質量不高的矛盾仍是中國公路建設發(fā)展的主要矛盾。要解決這一矛盾,就需要我們加大投入建設二級公路以上的道路,同時增加附屬基礎設施建設和提高建設質量。在公路建設中二級公路占重要地位,因此對二級公路做設計和研究是很有必要的。在本課題研究過程中主要進行二級公路平縱橫面,道路排水,環(huán)境保護等設計,同時達到公路工程技術標準中對二級公路設計的標準和其他有關二級公路的技術要求。在本課題中,設計主要依據的指導思想就是以事實和研究數據,技術標準為依托,在大學四年學習的各類知識為基礎,認真研究設計二級公路的各類問題。1 緒論1.1 設計背景針對本路線沿線

18、實際情況以及當地地質、水文條件情況,闡述了道路設計方面的一些內容等。本二級公路的設計首先是在低山丘陵區(qū)地區(qū),它符合二級公路的要求,在通行能力上既滿足了人們的通行,而且還縮短了距離,在客觀上道路的修建能帶動經濟的發(fā)展,道路的順通也使人們在通行過程中領略到周圍的景色,這樣在客觀的情形下修建了本二級公路。1.2 設計的目的1.鞏固和加深學生的基本理論和專業(yè)知識。通過道路工程畢業(yè)設計,使學生能夠綜合的運用道路設計的基本理論進行道路的線形設計。能夠掌握道路的平面線型、縱斷面、橫斷面的設計方法和步驟,掌握方案的比選方法能夠進行土石方量的計算和調配及路面結構的設計內容、方法、步驟等,從而達到較全面、系統(tǒng)地鞏

19、固、充實、提高所學的基礎理論和專業(yè)知識。2.培養(yǎng)學生獨力工作、解決實際問題的能力。了解設計任務和熟悉給定資料的基礎上,學會查找規(guī)范、手冊、技術文獻等參考資料及前人的經驗,結合工程實際,在教師指導下獨立進行工程設計。3.訓練學生的基本技能。工程計算、編制或應用相關電算程序、文字表達能力和CAD繪圖等,圖紙所表示內容規(guī)范、符合行業(yè)標準;設計說明書符合學院的要求;外文參考資料翻譯準確。4.培養(yǎng)學生認真負責,實事求是和刻苦鉆研的工作作風。1.3 設計的意義1.該建設項目為水泥混凝土路面,通過課題設計能夠增加對水泥混凝土的認識,更全面的掌握水泥混凝土路面的構造、設計方法、施工要求以及水泥混凝土路面的養(yǎng)護

20、與管理等知識。2.通過對本課題設計的深入了解,從而鍛煉我們綜合運用所學的道路交通的基本理論方法和技能,使我所學的專業(yè)知識更加系統(tǒng)全面,也可以提高我解決工程實際問題和查閱文獻的能力等來提高我們的綜合素質,為以后的工作生活做好鋪墊。3.畢業(yè)設計是對學生所學知識的全面檢查,是培養(yǎng)學生綜合應用所學的基本知識、基礎理論和基本技能分析和解決工程實際問題,同時也是鞏固和深化所學到的基本理論和技能。使學生受到工程技術和科學技術的基本訓練及工程技術人員所必須的綜合訓練,并相應提高自身獨立思考和解決工程實際問題的能力,同時也有助于以后在工作崗位能很快地適應工作環(huán)境,縮短理論到實踐階段的過渡時間。4.通過設計力求將

21、道路設計工程基本原理,道路的路線、路基路面有機地融為一體。對各方面知識有了全面、系統(tǒng)、深入了解,從而具備道路的設計、施工、管理的基本知識,初步的研究開發(fā)能力,能夠正確地獨立思考與工作,全面考慮問題,解決問題,具有較強的計算機繪畫能力。從而培養(yǎng)均衡、協調、優(yōu)化設計方案和提高計算能力,從而全面培養(yǎng)理解力、設計能力,最終實現獨立工作能力和綜合應用。5.通過外文翻譯的訓練,能夠使學生提高專業(yè)外語水平,并且培養(yǎng)學生獨立完成任務和文獻檢索的能力。6.通過繪圖,靈活運用各種菜單利用圖框控制大樣圖的比例,進一步熟悉繪圖軟件從而熟悉和掌握CAD繪圖中字符高度、線寬大小、繪圖比例、圖層設置、顏色設置等基本繪圖命令

22、和方法,爭取早日向專業(yè)軟件過渡。2 選線和方案比選2.1 選線2.1.1 道路選線一般原則路線是道路的骨架,它的優(yōu)劣關系到道路本身功能的發(fā)揮和在路網中是否能起到應有的作用。影響路線設計除自然條件外尚受諸多社會因素的制約,選線要綜合考慮多種因素,妥善處理好各方面的關系,其基本原則如下:1.多方案選擇:在道路設計的各個階段,應運用各種先進手段對路線方案作深入、細致的研究,在多方案論證、比選的基礎上,選定最優(yōu)路線方案。2.工程造價與營運、管理、養(yǎng)護費用綜合考慮:路線設計應在保證行車安全、舒適、迅速的前提下,做到工程量小、造價低、營運費用省、效益好,并有利于施工和養(yǎng)護。在工程量增加不大時,應盡量采用較

23、高的技術指標,不要輕易采用極限指標,也不應不顧工程大小,片面追求高指標。3.處理好選線與農業(yè)的關系:選線應注意同農田基本建設相配合,做到少占田地,并應盡量不占高產田、經濟作物田或穿過經濟林園(如橡膠林、茶林、果園等。4.路線與周圍環(huán)境、景觀相協調:通過名勝、風景、古跡地區(qū)的道路,應注意保護原有自然狀態(tài),其人工構造物應與周圍環(huán)境、景觀相協調,處理好重要歷史文物遺址。5.工程地質和水文地質的影響:選線時應對工程地質和水文地質進行深入勘測調查,弄清它們對道路工程的影響。對嚴重不良地質路段,如滑坡、崩坍、泥石流、巖溶、泥沼等地段和沙漠、多年凍土等特殊地區(qū),應慎重對待,一般情況下應設法繞避。當必須穿過時

24、,應選擇合適位置,縮小穿越范圍,并采取必要的工程措施。6.選線應重視環(huán)境保護:選線應重視環(huán)境保護,注意由于道路修筑,汽車運營所產生的影響和污染。7.對于高速路和一級路,由于其路幅寬,可根據通過地區(qū)的地形、地物、自然環(huán)境等條件,利用其上下行車道分離的特點,本著因地制宜的原則,合理利用上下行車道分離的形式設線。2.1.2 本次設計中選線過程本設計標段處于低山丘陵區(qū),地形對路線的約束限制不大,路線平、縱、橫三方面的線形很容易達到較高的技術指標,路線布設時,主要考慮了如何通過當地的村落以方便出行并帶動當地經濟發(fā)展以及避讓地勢較復雜的地段等。選線時,首先在路線的起、終點間,把經過的村落、經濟作物田(桃園

25、、蘋果園、溫室等等作為大的控制點;在控制點間,又進一步選擇中間控制點;在中間控制點之間,設置了三個轉角點。這樣安排平面線形,既使路線短捷順直,又避免了過長的直線,同時考慮了轉角的適當,避免了路線的迂回量太大。同時,布線過程中沒有遷就微小地形變化,因為這樣會使線形變差且增加工程造價和運用費用。2.1.3 本設計選線方法根據公路路線設計規(guī)范及其它相關的要求,參照相應的選線原則,在1:2000的地形圖上選出控制點并定出導向線、路線交點,初步確定兩個路線方案。本設計標段內主要控制點是三個村落。選線時候應盡量穿過村莊,同時盡量少了占或者不占經濟作物田(如果園桃園溫室之類,盡量減少與地方道路的交叉。同時也

26、兼顧了線性的要求,基本上做到路線順直,沒有較大的轉角,沒有太多的路線迂回。而且平曲線半徑都比較大,滿足行車舒適的要求。本次設計初步選定兩個路線方案,詳細介紹如下:方案一:從本設計標段起點開始(949751.040,1031145.020到達第一個交點(949565.040,1031961.040;然后右轉6.393910到達第二個交點(949238.080,1032713.040;接著左轉423517到達第三個交點(949159.060,1033477.020設置第三個交點;最后右轉4.505426 一直到達設計終點(948921.080,1033846.020。方案二:從本設計標段起點開始(

27、949751.040,1031145.020到達第一個交點(949238.080,1032713.040;然后左轉253019到達第二個交點(949159.060,1033477.020;接著右轉4.505426到達設計終點(948921.080,1033846.020。2.2 方案比選將方案一和方案二從路線線型指標、經濟作物田占用、路線迂回情況、總里程數進行對比,對比情況如表1所示。表 1 方案比選表方案 方案一方案二 比較 交點數32 方案二較方案一好 各交點圓曲線半徑(m 900、550、350 800、500 方案一較方案二指標高 經濟作物田占用情況不占用經濟作物田地占少量經濟作物田地

28、方案一較方案二好續(xù)表 2 方案比選表方案方案一方案二比較路線轉角轉角小轉角大方案一較方案二好方案方案一方案二比較總里程數2858m 2856m 相差不大分析上表,考慮到二級公路以服務當地為重點因素,路線盡量少占農田,盡量通過村落的原則。考慮主要矛盾,忽略次要矛盾,經過比較后第一種方案要優(yōu)于第二種方案。所以采用第一種路線方案。如圖1所示。 圖1路線示意圖3 平面設計3.1 平面線形設計原則3.1.1 一般原則1.平面線形設計必須滿足標準和規(guī)范的要求。2.平面線形應直捷、連續(xù)、順適,并與地形地物相適應,與周圍環(huán)境相協調。平面線形應直捷、連續(xù)、順適,并與地形地物相適應,宜直則直,宜曲則曲,不片面追求

29、直曲,這是美學、經濟和環(huán)保的要求。3.保持平面線形的均衡和連續(xù)。(1直線與平曲線的組合中盡量避免以下不良組合:長直線盡頭接小半徑曲線,短直線接大半徑的平曲線。(2平曲線與平曲線的組合:相鄰平曲線之間的設計指標應均衡、連續(xù),避免突變。(3高、低標準之間要有過渡4.平曲線應有足夠的長度。3.1.2 本次平面線形設計過程本設計標段處于低山丘陵區(qū),盡量避免了采用長直線,但是沒有為避免長直線而隨意轉彎。在避讓局部障礙物時注意了線形的連續(xù)、舒順。同時,平面線形充分利用了地形處理好平、縱線形的組合,在平面線形設計時候兼顧到了縱斷面的設計。從而為縱斷面設計打下良好的基礎。本次設計中三個交點的圓曲線半徑依次是9

30、00、550、350米。而且緩和曲線長度也盡量和圓曲線大致相同,至少滿足緩-圓-緩的比例為1:1:1-1:2:1之間,使得線形更加平順,利于行車。同時,平曲線長度也大于規(guī)范對于其長度規(guī)定一般值?？傊?本次設計中的平面線形設計及組合設計滿足二級公路對于平面線形指標的要求。3.2 各項設計參數確定3.2.1 直線1.直線最大長度我國對于直線的長度未作出具體規(guī)定,當采用長的直線線形時,為彌補景觀單調之缺陷,應結合沿線具體情況采取相應的措施。在景色有變化的地點其直線的最大長度(以km計可以大于20V(V為設計車速,以km/h計,在景色單調的地點最好控制在20V以內。2.曲線間直線最小長度同向曲線間的直

31、線最小長度:同向曲線間若插入短直線,容易把直線和兩端的曲線構成反彎的錯覺,甚至把兩個曲線看成是一個曲線。這種線形破壞了線形的連續(xù)性,容易造成駕駛員操作的失誤。公路路線設計規(guī)范規(guī)定同向曲線的最短直線長度以不小于6V為宜。在受到條件限制時無論是高速公路還是低速公路都宜在同向曲線間插入大半徑曲線或將兩曲線做成復曲線、卵形曲線或者C 形曲線。反向曲線間的直線最小長度:轉向相反的兩圓曲線之間,考慮到為設置超高和駕駛人員的轉向操作需要,其間直線最小長度應予以限制。公路路線設計規(guī)范規(guī)定反向曲線間最小直線長度(以m計以不小于行車速度(以km/h計的兩倍為宜。3.2.2 圓曲線1.圓曲線的最小半徑我國公路路線設

32、計規(guī)范對于不同設計速度的公路圓曲線規(guī)定了一般最小半徑、極限最小半徑、不設超高最小半徑。具體規(guī)定值如表2所示表3各級公路圓曲線最小半徑表設計速度(Km/h12010080 60 極限最小半徑(m650 400 250 125 一般最小半徑(m1000 700 400 200不設超高最小半徑(m路拱2%5500 4000 2500 1500 路拱2%7500 5250 3350 19002.圓曲線半徑的選用原則:選用曲線半徑時,應盡量根據地形地物等條件,盡量采用較大半徑的曲線,必須能保證汽車以一定的速度安全行駛。具體要求如下:一般情況下,宜采用極限最小平曲線半徑的4-8倍或超高為2%-4%的圓曲線

33、半徑;地形條件受限時,應采用大于或接近于一般最小半徑的圓曲線半徑;地形條件特殊困難而不得已時,方可采用極限最小半徑;應同前后線形要素相協調,使之構成連續(xù)、均衡的曲線線形,使路線平面線形指標逐漸過渡,避免出現突變;應同縱斷面線形相配合,必須避免小半徑曲線與陡坡相重合,最大半徑不宜超過10000米。本次設計中設計速度為60km/h,由公路路線設計規(guī)范中表7.3.2得本設計中公路圓曲線極限最小半徑125米,一般最小半徑為200米。3.2.3 緩和曲線1.緩和曲線的有關規(guī)定:(1直線同半徑小于不設超高最小半徑的圓曲線徑相連接處,應設置緩和曲線。(2半徑不同的同向圓曲線相連接處,應設置緩和曲線,當符合規(guī)

34、范規(guī)定的特定條件時可不設緩和曲線。(3各級公路的緩和曲線長度應滿足規(guī)范規(guī)定的長度值要求。(4回旋線長度應隨圓曲線半徑的增大而增大。當圓曲線部分按規(guī)定需要設置超高時,緩和曲線長度還應大于超高過渡段長度。2.最小長度為使駕駛員能從容地打方向盤、乘客感覺舒適、線形美觀流暢,圓曲線上的超高和加寬的過渡也能在緩和曲線內完成,所以應規(guī)定緩和曲線的最小長度。從以下幾方面考慮:(1旅客感覺舒適(2超高漸變率適中(3行駛時間不過短公路路線設計規(guī)范中給出了不同設計速度的緩和曲線最小長度如表3所示。表4各級公路緩和曲線最小長度表設計速度(Km/h120 100 80 60緩和曲線最小長度(m100 85 70 60查照公路路線設計規(guī)范中表7.4.3可得本設計緩和曲線最小長度的最小值為60米,一般值為80米。3.回旋線參數值A回旋線參數應與圓曲線半徑相協調,研究認為:回旋線參數A和與之相連接的圓曲線之間只要保持R3,便可得到視覺上協調而又舒順的線形。當R/AR在100m左右時,通常取A=R;如果R,但只要橫坡從路拱坡度過渡到超高橫坡時,超高漸變率P 1/330,仍取s c L L =。否則,有兩種處理方法:a 在緩和曲線部分范圍內超高根據不設超高圓曲線半徑計算出超高緩和段長度,然后取兩者中的較大值,作為