景洪市小曼二级公路初步设计毕业设计论文.doc

1. 绪论
交通对国民经济的发展具有基础性、先导性的作用，近年来，我国公路建设方面成就十分显著，国家在基础建设资金的大规模连续投入之后，公路基础设施显著改善，公路路网也更加合理。大量高等级公路的建设和使用，为汽车快速、高效、安全、舒适地运行提供了良好的条件，标志着我国的公路运输事业和科学技术水平进入了一个崭新的时代。景洪市小曼二级公路地区属于温润季冻区，沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡上1米以下是碎石土，山顶多有碎落现象，在碎落带地区设置碎落台，以堆积碎落岩屑和土石，便于养护时清理。山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。
设计的主要内容包括：原始资料、公路平面设计、公路纵断面设计、公路横断面设计等部分。
本着科学、谨慎、认真、务实的原则。本人在设计过程中参阅了《公路勘测设计》、《公路设计规范》、《路基路面工程》、《公路设计手册》、《工程概预算》等专业文献。力求做到在技术上先进适用；费用上经济合理；施工上安全可靠，并把理论知识与现场实践相结合，从而达到使设计更加完善的目的。
1.1　原始资料
本设计是根据所给比例尺为1：500的等高线地形图，以及所在的地区的气候、土壤、地质、水文等资料进行的二级公路的施工设计。本设计地形图主要为平原微丘区，整个设计应遵循山岭平原微丘二级公路的技术标准。
1.1.1　地形、地貌
本设计路段所在地区处属于东部温润季冻区，平原微丘区。
1.1.2 地质、气候、水文
该路段所在地区属于温润季冻区，气候温暖。夏冬温差较大，路面设计应注意高温稳定性和低温抗裂性；最大冻深为1.91m，设计路面的总厚度时要考虑这个因素，保证最小防冻厚度。主风向为西南风。
沿线山体稳定，无不良地质状况，山坡上1米以下是碎石土，山顶多有碎落现象，在碎落带地区设置碎落台，以堆积碎落岩屑和土石，便于养护时清理。山坡地下水3米以下，洼地地下水1.5米以下。
1.1.3 沿线的植被及土壤分布
多丘陵和山地，山岗处树木较多，农田处有灌木区，农田多旱地。沿线多粘质土，山坡上1米以下是碎石土。
1.1.4 道路建筑材料及分布情况
沿线有丰富的砂砾，有小型采石场和石灰厂，水泥和沥青均需外购。故设计混凝土路面与沥青路面均可，基层和垫层材料应该注意就地取材，节约工程费用。
1.1.5 公路设计基本参数
通过对该公路所处的地形、地貌、公路等级、交通量及设计车速的分析调查，对远景交通量进行计算，满足《公路路线设计规范》2.1.1规定：“双车道二级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5000～15000辆。”的要求，确定采用平原微丘区二级公路进行设计。现依据《公路工程技术标准》和指导老师下达的设计任务书，将本次设计所采用的指标列出如下：
设计车速　　　　　　　　　　 60Km/h
远景交通量　　　　　　　　　　6280辆/日
圆曲线一般最小半径 200m
圆曲线极限最小半径 125m
公路最大纵坡　　　　　　　　　6%
公路最小纵坡　　　　　　　　　0.3%
缓和曲线最小长度　　　　　　　35m
平曲线最小长度　　　　　　　　100m
同向曲线最小长度 6v=360m
反向曲线最小长度 2v=120m
平曲线最大超高 8%
行车道数 2
行车道宽度 2×3.5m
硬路肩宽度 2×2.5m
土路肩宽度 2×1.0m
纵坡最短坡长　　　　　　　　　150m
最大直线长度 20v=1200m
平曲线采用的超高方式 绕中线旋转
凸形竖曲线半径 极限最小值 1400m
一般最小值 2000m
凹形竖曲线半径 极限最小值 1000m
一般最小值 1500m
竖曲线最小长度 50m
设计荷载 公路Ⅱ级
2.公路平面设计
平面设计是公路设计的基本组成部分，是根据汽车行使的性能，结合当地的地形条件，按照公路设计规范在平面上布置出一条通顺，舒畅的线形来设计的。
2.1 平面方案比选
2.1.1 公路平面设计的技术标准
根据公路等级为二级公路，设计车速为60Km/h，由《公路工程技术标准》中查得下列指标：
圆曲线最小半径：一般值为200m，极限值为125m；
缓和曲线最小长度为35m；
平曲线最小长度为100m；
同向曲线间的直线最小长度不小于6v=6×60=360m；
反向曲线间的直线最小长度不小于2v=2×60=120m。
2.1.2 方案确定
收到毕业设计任务书后，根据任务书要求，对地形图进行处理，处理内容包括：①移动地形图使之与坐标方格网所示坐标相吻合（本地形图不需要进行旋转）。②检查原始地形图，更改地形图上明显错误的等高线和地形点标高。③数字化地形图，由图面等高线、地面高图层生成DTM，并进行处理，使地模尽可能与原地形吻合。然后进行选线、路线平纵横设计、两方案比选工作，最后确定采用方案，细化设计内容。
本设计采用高程设计线在路基中线，超高旋转轴为路基中线，横断面加宽过渡方式采用四次抛物线加宽。由于需要满足平曲线超高渐变率的要求，在部分平曲线中采用了较小的圆曲线半径和较大的缓和曲线长，经过比选，两方案的平、纵均满足各项指标要求，方案二较为经济合理，故最终以方案二进行设计。
2.1.3 方案比选
做出两方案的平纵设计时比选，比选情况如下表：
表1 两方案平纵设计比选
项目
方案1
方案2
路线长度
488.304m
487.665m
交点数
2
2
　平曲线占路线总长
55.73%
49.56%
平曲线最小半径
350
270
最大纵坡
4.0%
3.263%
竖曲线最小半径
2000
2500
安全评价
安全
安全
方案优点

路线顺畅
方案缺点
纵坡稍大
平面半径稍小
方案比较
参考
推荐
经过方案比选，推荐采用方案二进行设计。
2.2平面线形要素计算
JD1计算为例
本次设计取圆曲线的半径为400m，缓和曲线长度取50m，缓和曲线应满足的条件：

缓和曲线的取值必须大于（1）、（2）值的最大值，且大于技术标准中规定的最小长度值，同时取值还应在条件（3）的取值范围内，本次设计取缓和曲线的长度50m满足条件的要求，故本次缓和曲线的长度取50m。
由图面有：起点QD（470.733 ，209.553 ）、JD1（451.753 ，332.446 ）、JD2（467.879 ，575.390 ）
坐标增量： (2-1)
象限角： (2-2)
交点间距： (2-3)
计算方位角A： (2-4)
(2-5)
(2-6)
(2-7)
转角
起点QD与JD1之间：
坐标增量： 451.753-470.733=-18.98m
332.446-209.553=122.893m
交点间距： 124.35m
象限角：
因为＜0，＞0，故方位角
JD1与JD2之间：
坐标增量： 467.879-451.753=16.126m
575.390-332.446=242.944m
交点间距：
象限角：
因为＞0，＞0，故方位角
转角：

2.3 平曲线几何要素计算
JD1计算为例

图 2-1平曲线
如图2-1几何元素的计算公式如下：
(2-8)
(2-9)
(2-10)
(2-11)
(2-12)
(2-13)
(2-14)
JD1处的几何元素：

2.4 主点里程的计算
主要点里程：
JD1处：
K0+124.350
K0+055.246
K0+105.246
K0+143.049
K0+193.049
K0+124.147
其余各点计算里程桩号为。
桩 号
桩 号
桩 号
K0+000
K0+180
K0+363.509
K0+020
K0+193.049
K0+367.279
K0+040
K0+200
K0+371.049
K0+055.246
K0+220
K0+380
K0+060
K0+240
K0+400
K0+080
K0+260
K0+420
K0+100
K0+280
K0+421.049
K0+105.246
K0+300
K0+440
K0+120
K0+313.509
K0+460
K0+124.147
K0+320
K0+480
K0+140
K0+340
K0+487.665
K0+143.049
K0+360

K0+160

2.5 公路中桩坐标的计算
2.5.1 计算直线中桩坐标
如图2-2，设交点坐标为JD（XJ，YJ），交点相邻直线的方位角分别为A1和A2。

图2-2 中桩坐标计算图
则ZH（或ZY）点坐标：
(2-15)
(2-16)
点坐标：
(2-17)
(2-18)
设直线上加桩里程为表示曲线起、终点里程，则
前直线上任意点坐标
(2-19)
(2-20)
后直线上任意点坐标
(2-21)
(2-22)
2.5.2 计算曲线中桩坐标
曲线上任意点的切线横距：
(2-23)
式中：—缓和曲线上任意点至点的曲线长
—缓和曲线长度
1) 第一缓和曲线任意点坐标：
(2-24)

2) 圆曲线内任意点坐标
a 由时，
(2-25)

式中：—圆曲线内任意点至点的曲线长；
—HY点坐标；
b 由时：
(2-26)

式中：—圆曲线内任意点至点的曲线长；
3) 第二缓和曲线内任意点坐标；
(2-27)

式中：—第二缓和曲线内任意点至点的坐标；
4) 方向角计算
a 缓和曲线上坐标方向角：
(2-28)
转角符号，第一缓和曲线右偏为“+”，左偏为“—”；
第二缓和曲线右偏为“—”，左偏为“+” ；
式中：—缓和曲线上任意点至点的曲线长；
—缓和曲线长度；
b 圆曲线上坐标方向角：
(2-29)
为转角符号，右偏为“+”，左偏为“—”；
2.5.3 坐标计算过程
以桩号ZH、K0+020、K0+100和K0+120为例，计算如下：
已知：交点JD1处坐标为（451.753 ，332.446），T= 69.104 m,A1=98.779°,=50m
1) ZH点坐标：
451.753+69.104cos（98.779°+180°）=462.301
332.446+69.104sin（98.779°+180°）=264.152
2) K0+020 点处于前直线段上，坐标为：
451.753+（69.104+55.246-20）×cos（98.779°+180°）=467.68
332.446+（69.104+55.246-20）×sin（98.779°+180°）=229.319
3) K0+100点处于ZH与HY之间，坐标为：

44.743
456.210 308.484
4) K0+120点处于HY与YH之间：
454.635
328.420
计算出路线的逐桩坐标如下页表：
表2：逐桩坐标表
桩 号
坐 标
桩 号
坐 标
N (X)
E (Y)
N (X)
E (Y)
K0+000
470.733
209.553
K0+363.509
466.078
571.544
K0+020
467.680
229.319
K0+367.279
465.952
575.312
K0+040
464.628
249.085
K0+371.049
465.774
579.078
K0+055.246
462.301
264.152
K0+380
465.150
588.006
K0+060
461.576
268.850
K0+400
462.957
607.884
K0+080
458.647
288.635
K0+420
460.144
627.685
K0+100
456.210
308.484
K0+421.049
459.991
628.723
K0+105.246
455.701
313.706
K0+440
457.218
647.470
K0+120
454.636
328.420
K0+460
454.292
667.255
K0+124.147
454.434
332.563
K0+480
451.366
687.039
K0+140
454.059
348.410
K0+487.665
450.245
694.621
K0+143.049
454.059
351.459

K0+160
454.442
368.405

K0+180
455.484
388.377

K0+193.049
456.330
401.398

K0+200
456.790
408.334

K0+220
458.115
428.290

K0+240
459.440
448.247

K0+260
460.764
468.203

K0+280
462.089
488.159

K0+300
463.413
508.115

K0+313.509
464.308
521.594

K0+320
464.735
528.071

K0+340
465.833
548.040

K0+360
466.148
568.036

3.公路纵断面设计
纵断面是一条沿着道中线竖直剖切，然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求路线纵有起伏的空间线。纵断面上有两条主要的线，一条是地面线，它是根据中线上个桩点的高程而绘制的一条不规则的折线，反应了沿着中线地面的起伏变化情况；一条是设计线。纵断面设计的主要任务是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理和乘客感觉舒适的目的，同时还要考虑到公路等级的因素，要与其相适应。
3.1 纵断面的竖曲线要素及主要点设计高程计算
3.1.1 纵断面设计的所需基本资料
本次设计任务书结合《公路工程技术标准》规定：
最大纵坡（%）
6
最大合成坡度（%）
7
最小坡长（m）
150
竖曲线最小长度（m）
50
凸形竖曲线半径（m）
一般
2000
最小
1400
凹形竖曲线半径（m）
一般
1500
最小
1000

3.1.2 竖曲线要素的确定
纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，成为竖曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，二者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线比圆曲线更为方便，故在该设计中采用抛物线如图3-1：

图3-1 竖曲线要素示意图
在图示坐标下，以二次抛物线作为竖曲线的一般方程式为：
(3-1)
其竖曲线的诸要素计算公式如下：
竖曲线长度L或竖曲线半径R：
或 　　　　　　　　 (3-2)
竖曲线切线长T：
　 　　 (3-3)
竖曲线上任意一点竖距h：
　　　　　　 (3-4)
竖曲线外距E：
或 　　 (3-5)
式中：
—坡差，%
—竖曲线长度，m
—竖曲线半径，m
3.1.3 变坡点处竖曲线要素及设计高程计算
变坡点1桩号K0+250m处，取半径R=2500m，高程为368.628m
（其中前一变坡点高程为376.784m、桩号为K0+000，后一点变坡点高程为369.347m、桩号为K0+490）。
则（368.628-376.784）/250=-3.263%
（369.347-368.628）/240=0.3%
计算竖曲线要素 0.3%-（-3.263%）=3.563% 为凹形
曲线长2500×3.563%=89.058m
切线长
外距
1) 计算竖曲线主控制点的桩号及高程
竖曲线起点桩号为： K0+250-44.529＝K0+205.471
竖曲线起点高程为： 368.628-44.529（-3.263%）＝378.08m
竖曲线终点桩号为： K0+250+44.529＝K0+294.529
竖曲线终点高程为： 368.628+44.5290.003＝368.761m
竖曲线中点桩号为： K0+250
竖曲线中点设计高程为：368.628+0.397＝369.025m
以上计算为变坡点K0+250处的纵断面设计计算，用以上方法可计算得各变坡点处竖曲线各桩号的设计高程，其值在纵断面设计图上可以表示出来。
表3：坚曲线计算表
桩号
坡段高程(m)
标高修正y=x*x/2R(m)
竖曲线高程(m)
K0+205.471
378.08
0
378.08
K0+250
368.628
0.397
369.025
K0+294.529
368.761
0
368.761

4. 公路横断面设计
道路的横断面,是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的。其中横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑，弃土堆，环境保护等设施。
4.1 公路路横断面的组成
4.1.1 横断面尺寸的确定
为满足汽车行人以及其它车辆在公路上正常运行要求，路基须有一定宽度。整体式断面包括行车道、中间带、路肩以及紧急停车带、爬坡车道等组成部分。本设计为某二级公路，路基宽为17m，路幅采用整体式双向四车道,无中央分隔带，具体横断面组成和各部分尺寸见图4-1。

图 4-1横断面
4.1.2 公路行车道宽度的确定
本设计路段为地形为平原微丘区地形，远景交通量为6280辆／日，根据《标准》规定并结合实际情况，取道路等级为二级公路，路幅定为整体式双向两车道，无中央分隔带。路基宽度12米。
4.1.3 路肩宽度的确定
路肩应具有足够的宽度保证其功能的充分发挥，但是过宽的路肩将使驾驶员把路肩当成外加的行车道使用。
本设计中参照《标准》及设计任务书的有关规定选择路肩宽度。硬路肩1.5米，硬路肩坡度为2％。土路肩1米，土路肩坡度3%。
4.1.4 加宽值的确定
当汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中以后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。《标准》规定：对于半径大于250m的圆曲线，由于加宽值甚小，可以不加宽。本设计中采用规范中的第三类进行加宽。
4.2 路拱和超高的确定
4.2.1 路拱
路拱：采用修正的三次抛物线公式计算
（4-1）
—距中心的横向距离(m)
—相应点的竖向距离(m)
—横坡
B—行车道宽度(m)
—路拱高度，
因行车道宽5米，利用距路基中心每1米为特征点，分为5个点计算出对应的竖向距离，绘出路基横断面图，路拱计算见下表4-1。
X距中心的横向距离（m）
1
2
3
4
5
（m）
0.0052
0.0116
0.0204
0.0328
0.05
4.2.2 超高
为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高与内侧低的单向横坡的形式，这就是曲线上的超高。超高横坡在圆曲线上是与圆曲线半径相适宜功能的全超高。在缓和曲线上上逐渐变化的超高，是从双向坡度过度到单向横坡度的路段。
1) 最大超高和最小超高
超高过大会使慢性的车辆产生向曲线内侧滑移的可能性，最小超高应满足道路排水性的要求，根据上述因素查《公路工程技术标准》来确定各曲线的超高值。
2) 超高的过渡方法
本设计中采用绕轴旋转的方式进行超高加宽过渡。
3) 平曲线上超高缓和段长度的确定
但因照顾线形的协调性，则超高的过渡可仅在回旋线的某一区段内进行。在确定缓和曲线的最小长度时，已经考虑了超高缓和段所需的最短长度，所以在一般的情况下，超高缓和段与缓和曲线相等。
4.3填挖方边坡
填方边坡高度大于8米，分阶放坡,第一阶高差8米，以后每阶10米,边坡坡度为:第一阶1:1.5，以后均为1:1.75；填方路基原地面横坡大于1：5的斜坡上，路堤底应挖台阶，台阶宽度不小于1m，台阶底应有2%-4% 向内倾斜的坡度，挖台阶前应清除草皮和树根。挖方边坡高度大于8米，分阶放坡，第一阶高差8米，坡度为1：0.75，第二阶高差10米，坡度为1：1。
4.4 路基标准横断面和特征横断面的绘制
根据本设计路段的地质，地形条件，画出标准横断面，详见附图中“横断面图”。
根据地形确定特征点并测出原地面高程，特征点布置如下图。

横断面高程表
绝对高程
平距
高程
平距
高程
平距
高程
平距
高程
桩号-中高
0
376.808

左边
5
377.718
10
379.055
15
384.761

右边
5
376.973
10
377.118
15
377.556
20
377.872
桩号-中高
20
374.555

左边
5
375.559
10
376.677
15
380.846
20
383.419
右边
5
373.861
10
373.733
15
374.025
20
374.562
桩号-中高
40
373.956

左边
5
374.953
10
375.59
15
376.932
20
382.129
右边
5
373.336
10
373.574
15
373.715
20
373.524
桩号-中高
55.246
372.449

左边
5
373.206
10
373.829
15
374.335
20
379.145
右边
5
372.407
10
372.397
15
372.185
20
372.145
桩号-中高
60
371.83

左边
5
372.141
10
372.765
15
373.5
20
378.218
右边
5
372.032
10
372.234
15
372.083
20
372.031
桩号-中高
80
370.065

左边
5
370.469
10
371.095
15
371.783
20
373.97
右边
5
370.083
10
370.712
15
370.795
20
370.55
桩号-中高
100
369.824

左边
5
370.079
10
370.235
15
370.065
20
371.448
右边
5
370.042
10
370.309
15
370.363
20
370.379
桩号-中高
105.246
369.882

左边
5
370.159
10
370.096
15
369.865
20
371
右边
5
369.771
10
370.065
15
370.194
20
370.234
桩号-中高
120
370.214

左边
5
370.187
10
369.933
15
369.776
20
370.159
右边
5
369.909
10
369.745
15
369.871
20
369.727
桩号-中高
140
373.25

左边
5
373.667
10
373.307
15
372.993
20
370.1
右边
5
372.632
10
372.038
15
372.139
20
372.179
桩号-中高
143.049
374.001

左边
5
374.131
10
373.767
15
373.508
20
370.081
右边
5
373.393
10
373.101
15
373.218
20
372.787
桩号-中高
160
375.331

左边
5
375.099
10
374.778
15
374.65
20
370.947
右边
5
375.281
10
375.116
15
375.03
20
374.871
桩号-中高
180
375.491

左边
5
375.193
10
374.974
15
374.881
20
371.103
右边
5
375.653
10
375.752
15
375.748
20
375.24
桩号-中高
193.049
375.626

左边
5
375.349
10
375.078
15
374.819
20
369.719
右边
5
375.694
10
375.732
15
375.569
20
375.271
桩号-中高
200
375.612

左边
5
375.457
10
375.231
15
374.582
20
369.833
右边
5
375.72
10
375.706
15
375.641
20
375.366
桩号-中高
220
375.053

左边
5
374.771
10
374.721
15
371.153
20
370.157
右边
5
375.154
10
375.135
15
374.997
20
374.955
桩号-中高
240
374.57

左边
5
374.629
10
374.796
15
370.548
20
370.482
右边
5
374.564
10
374.56
15
374.677
20
374.759
桩号-中高
260
373.939

左边
5
373.946
10
374.012
15
368.322
20
370.806
右边
5
373.598
10
373.27
15
373.47
20
373.76
桩号-中高
280
372.814

左边
5
372.96
10
372.619
15
368.645
20
371.129
右边
5
372.404
10
371.574
15
372.481
20
372.618
桩号-中高
300
371.586

左边
5
371.683
10
369.942
15
368.971
20
371.455
右边
5
371.509
10
371.438
15
371.468
20
371.647
桩号-中高
313.509
370.252

左边
5
370.579
10
367.678
15
369.191
20
372.157
右边
5
369.763
10
370.093
15
370.552
20
370.497
桩号-中高
320
369.232

左边
5
369.768
10
366.81
15
369.294
20
372.558
右边
5
368.622
10
368.454
15
368.992
20
369.547
桩号-中高
340
368.433

左边
5
368.249
10
367.024
15
369.509
20
373.365
右边
5
368.559
10
368.425
15
368.299
20
368.354
桩号-中高
360
367.342

左边
5
367.165
10
366.84
15
369.323
20
372.915
右边
5
367.244
10
366.985
15
366.764
20
366.97
桩号-中高
363.509
367.019

左边
5
366.863
10
366.744
15
369.225
20
372.593
右边
5
366.876
10
366.782
15
366.691
20
366.661
桩号-中高
371.049
366.243

左边
5
366.216
10
366.457
15
368.933
20
371.616
右边
5
366.341
10
366.537
15
366.653
20
366.467
桩号-中高
380
365.319

左边
5
365.384
10
365.983
15
368.451
20
370.919
右边
5
365.332
10
365.531
15
365.753
20
365.992
桩号-中高
400
365.335

左边
5
365.525
10
365.574
15
366.98
20
369.432
右边
5
365.369
10
365.487
15
365.49
20
365.502
桩号-中高
420
365.879

左边
5
365.846
10
365.695
15
366.001
20
367.677
右边
5
365.892
10
366.88
15
370.634
20
371.83
桩号-中高
421.049
365.882

左边
5
365.857
10
365.728
15
365.893
20
367.583
右边
5
365.895
10
367.992
15
371.746
20
372.805
桩号-中高
440
366.302

左边
5
366.418
10
366.495
15
366.427
20
366.516
右边
5
366.126
10
365.991
15
366.048
20
366.161
桩号-中高
460
367.971

左边
5
367.968
10
367.789
15
367.491
20
367.346
右边
5
367.932
10
367.858
15
367.6