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道路与桥梁工程课程设计

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2020年4月19日
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1设计总说明书
1.1设计依据
根据合肥学院建筑工程系工程管理专业《道路与桥梁工程课程设计任务书》。
1.2公路设计概况
1.2.1概况
根据设计任务书要求，本路段按平原微丘三级公路技术标准勘察、设计。设计车速为40公里/小时，路基单幅两车道，宽8.50米。设计路段公路等级为三级，适应于将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为 ～6000辆。
1.2.2规范
设计执行的部颁标准、规范有：
《公路工程技术标准》JTGB01-
《公路路线设计规范》JTGD20-
《公路路基设计规范》JTGD30-
1.3路线起讫点
本路段起点A：K0＋50.00为所给地形图坐标（6215.000，6680.000，205.70），终点B：K1＋450为所给地形图坐标（7083.000，7721.000，215.50），全长1.400公里。
1.4沿线自然地理概况
本路段为平原微丘区，多为中低山地貌，地势稍陡。该工程整个地形、地貌特征平坦，地形起伏不大，最高海拔高为267.60米，河谷海拔高为205.60米，总体高差在62.00米左右。
1.5沿线筑路材料等建设条件
沿线地方材料有：碎石、砾石、砂、石灰、粉煤灰等。其它材料如沥青、水泥、矿粉需到外地采购。
1.6路线
本路段按三级公路标准测设，设计车速40KM/h，测设中在满足《公路路线设计规范》及在不增加工程造价的前提下，充分考虑了平、纵、横三方面的优化组合设计，力求平面线型流畅，纵坡均衡，横断面合理，以达到视觉和心理上的舒展。
路线测设里程全长1.400公里，主要技术指标采用情况如下：
平曲线个数（个）　　　　　　　 　 　 2
平均每公里交点个数（个） 　 0.7
平曲线最小半径(米/个）　 　 　 67/1
平曲线占路线长（%）　　　　　 　　　 16　
直线最大长(米） 　 500
变坡点个数（个）　　　　　　　　 　 　5
平均每公里变坡次数（次）　　　　　 　 3.6
最大纵坡（%） 　 7
凸型竖曲线最小半径（米/处） 　 3000
凹型竖曲线最小半径（米/处）　　 　
1.7横断面设计
1、路基横断面布置： 0.75+3.75+3.75+0.75=8.5米
路面横坡设置（不含超高路段）：路肩为3%，行车道为2%。
2、加宽、超高方式：全线加宽采用比例过度，超高方式为绕内边线旋转。路基土石方计算控制标高为土基标高，不含路面厚度。
1.8 道路技术标准
道路技术指标
序号
项目
单位
主要技术指标
1
设计车速
km/h
40
2
平曲线
半径
一般值
m
100
极限值
60
不设超高最小半径
路拱≤2.0%
m
600
3
平曲线最小长度
m

4
缓和曲线最小长度
m
35
5
最大纵坡
%
7
6
最小坡长
m
120
7
相应纵坡的最大坡长
4%
m
1100
5%
900
6%
700
7%
500
8
停车、会车、超车视距
m
40、80、200
9
竖曲线半径
凹、凸形
一般值
m
700
极限值
m
450
10
竖曲线最小长度
m
70
11
平曲线最大超高
%
8

1.9设计项目
1、确定道路技术等级和技术标准
2、纸上定线
3、平面定线设计
4、路线纵断面设计
5、路线横断面设计
2平面选线及定线
2.1平面选线
2.1.1平面选线的原则
1、应该尽量避开农田，做到少占或不占高产田。
2、保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小，造价低，运营费用省，效益好，并有利于施工和养护。
3、选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对工程的影响。
4、选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产生的影响与污染等问题。
2.1.2平面设计技术指标
1、直线
本道路设计速度40km/h，在城镇及其附近或景色有变化的地点大于20V是能够接受的，在景色单调的地点最好控制在20V以内，直线段长度不应超过800m为宜。
2、圆曲线
①圆曲线最小半径
圆曲线是平面线形中常见线形要素，圆曲线设计主要确定起其半径值以及超高和加宽。
圆曲线半径
技术指标（km/h）
一般公路（40km/h）
一般最小半径(m)
100
极限最小半径(m)
60
不设超高的最小半径（m）
路拱
600
路拱>2%
800

②圆曲线最大半径
选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，圆曲线半径不可大于10000米。
③圆曲线半径的选用
在设计公路平面线形时，根据沿线地形情况，尽量采用不需设超高的大半径曲线。
④平曲线的最小长度
公路的平曲线一般情况下应具有设置缓和曲线（或超高，加宽缓和段）和一段圆曲线的长度；缓和曲线长度：圆曲线长度：缓和曲线长度宜在：1：1：1 到1：2：1之间。
平曲线的最小长度一般值：400m
平曲线最小长度极限值取：140m
3、缓和曲线
《公路路线设计规范》JTG D20- 规定：一般公路（40）缓和曲线最小长度为30m.。一般情况下，在直线与圆曲线之间，当圆曲线半径大于或等于不设超高圆曲线最小半径时，可不设缓和曲线。
2.1.3线路方案拟定与比较
根据此路所处地区的自然地理环境、社会经济和技术条件，确定经过路线方案的比选设计出一条符合一定技术标准，满足行车要求，工程量最少最节省费用的路线。综合考虑该地区自然条件、技术标准、工程投资等因素，初步拟定了两个方案：
方案一：
优点：
② 路线短；
③ 土方量小；
④ 路线线形好，行车舒适；
缺点：
① 占用部分农田。
方案二:
优点：
① 占农田少
缺点：
① 挖方量较大；
② 造价较高；
③ 路线长
综合考虑，选取方案一较为合适。
2.2纸上定线
本路段为平原微丘区，多为中低山地貌，地势稍陡。该工程整个地形、地貌特征平坦，地形起伏不大。
2.2.1定导向线：
1、首先在1:1000的地形图上，仔细研究路线选线阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况，选择有利地形，拟定路线走法。
2、使两脚规的开度等于平，从路线起点A开始，拟定的路线走法在等高线上依次截取各点，直到最后一点的位置和标高按近路线终点B为止。
3、连接各点，分析该折线在利用地形和避让地物，以及工程艰巨的情况，从而选出应穿应避让的特征点为中间控制点，并重新连接各点。
2.2.2确定路线位置
1、在前面定出的导向线的基础上，用不同半径的模板在路线平面可能出现的转点处描出路线平面位置，并标出其半径。
2、用直线连接各曲线，使各直线相交，初步定出路线交点。
3、分析所定出的路线位置的工程量并进行调整，力争定出线形好、工程量小的路线位置。
3线路平面设计
3.1参数确定
3.1.1确定交点坐标
1、根据地形图上所定出的路线位置，经过地形上的等高线推算各交点的坐标。步骤如下：
<1>、推算坐标时，应在交点所在的坐标格内进行，先假定该坐标格四个脚点中的左下脚点为原点。
<2>、量出交点的到坐标横（纵）轴的距离，再量取坐标格的垂直（水平）长度。
<3>、计算坐标增量。从地形图能够看出相邻坐标网格线间的距离为0.2，按式：

即可得出在该坐标格内的坐标增量，再用此坐标增量加上原点在整体坐标系下的坐标值即可得出该交点的坐标。
2、按上述方法推算出的各交点坐标如表3-1。
交点坐标表 表3-1
交点
X（N）
Y（E）
交点
X（N）
Y（E）
起点
6215.000
6680.000

JD1
6445.000
6786.000

JD2
6977.000
7626.000

终点
7083.000
7721.000

3.1.2初拟平曲线半径及缓和曲线长
纸上定线时所初定的各交点处平曲线半径及缓和曲线长如表。
半径及缓和曲线长 表3-2
交点
半径(m)
缓和曲线长(m)
JD1
157
40
JD2
67
30
3.2平面设计
3.2.1平面设计计算
（1） 平曲线1计算
确定两交点转角的的α1= 62°。 拟定半径R=157m。
① 缓和曲线长度计算
a.按离心加速度的变化率计算:（m）
b.按驾驶员的操作及反应时间计算： 27（m）
c.按视觉条件计算： （m）
综合以上各项，为保持现行连续性确定m
② 曲线要素的计算
（m）
（m）
（m）（满足要求）
（m）
（m）
（m）
HY、YH点的坐标(X。，Y。)

③ 曲线1主点桩号计算如下：

= K0+295-101.835=K0+193.165
=K0+193.165+15= K0+208.165
=K0+208.165+
= +15= K1+86.835
= K0+86.835-= K0+285.56
= K0+285.56+= （计算无误）
（2）平曲线2计算
确定两交点转角的的α2= 42°00′00″。 拟定半径R=67m。
① 缓和曲线长度计算
a.按离心加速度的变化率计算:（m）
b.按驾驶员的操作及反应时间计算：27（m）
c.按视觉条件计算：（m）
综合以上各项，为保持现行连续性确定m
② 曲线要素的计算
（m）
（m）
50（m）
（m）
（m）
（m）
HY、YH点的坐标(X。，Y。)

③ 曲线2主点桩号计算如下：

= -50.00= K1+235.00
= K1+235.00+30= K1+265.00
= K1+265.00+ K1+284.00
= K1+284.00+30= K1+314.00
= K1+314.00-= K1+274.50
= K1+274.50+=（计算无误）

3.3平面设计成果
3.3.1 编制相关表格
根据程序计算所得结果绘制直线、曲线及转角表，见附表一《直线、曲线及转角表》。
3.3.2 绘制路线平面图
见图一。

附表一：直线、曲线及转角表

外距
10

26.168

备注
20

曲线长度
9

184.80

直线长度及方向
计算方位角
19

62°00/
切线长度
8

101.835

交点间距（m）
18

655.20
缓和曲线长度长度
7

40.00

直线长度（m）
17

567.82
半径
6

157.00

曲 线 位 置
HZ
16

K1+86.8354

转角值
5

右62°00/

YH
15

K0+71.835

交点桩号
4
K0+000.00
K0+295.00
K
QZ
14

K0+285.56

交点坐标
Y
3
6766.00
6786.00
6874.00
HY
13

K0+208.165

X
2
6344.00
6445.00
6463.00
ZH
12

K0+193.165

交点
1
1
起点
转点
终点
交点
号
1
起点
转点
终点

外距
10

5.36

备注
20

曲线长度
9

79.00

直线长度及方向
计算方位角
19

42°00/
切线长度
8

50.00

交点间距（m）
18

655.20
缓和曲线长度长度
7

30.00

直线长度（m）
17

567.82
半径
6

67.00

曲 线 位 置
HZ
16

K1+314.0054

转角值
5

左42°00/

YH
15

K1+284.00

交点桩号
4
K0+000.00
K1+285.00
K
QZ
14

K1+274.50

交点坐标
Y
3
7599.00
7926.00
7642.00
HY
13

K1+265.00

X
2
6976.00
6977.00
6999.00
ZH
12

K1+235.00

交点
2
1
起点
转点
终点
交点
号
1
起点
转点
终点

4路基纵断面设计
4.1准备工作
在线路平面图上依次截取各中桩桩号点，并推算对应的地面标高。然后在CAD图上按横向1: ，纵向1:200的比例尺绘制地面线，并打上方格网。按相应比例以及里程画出平曲线示意图。
地面标高及平曲线示意图 图4-1

4.2纵断面拉坡
4.2.1标注控制点
确定路线起、终点以及越岭垭口，地质不良地段的最小填土高度，最大挖深等线路必须经过的标高控制点。
4.2.2试坡
在已标出的“控制点”纵断面图上，根据各技术指标和选线意图，结合地面线的起伏变化，以控制点为依据，在其间穿插取值，同时综合考虑纵断面设计中的平纵组合问题。
4.2.3调整并核对
对试坡时所定出的各种坡线进行比较，排除不符工程技术标准的坡线，在剩下的坡线中选取填挖方量最小又比较平衡的坡线。在选取的坡线上选择有控制意义的重点横断面，从纵断面图上读出其对应桩号的填挖高度，检查该点的横断面填挖是否满足各项工程指标。
4.2.4定坡
调整无误后，直接在图上把各段直线坡的坡度值、坡长、变坡点的桩号、标高确定下来。
4.3竖曲线的设计计算
4.3.1确定竖曲线计算所需数据（K0+050-K1+450）
变坡点
桩号
高程
坡度
起点
K0+050
250.700

变坡点1
K0+150
210.0
0.900%
变坡点2
K0+250
207.4
-3.200%
变坡点3
K0+450
209.4
1.800%
变坡点4
K0+550
209.0
-1.000%
边坡点5
K1+350
215.5
1.200%
终点
K1+450
214.8

4.3.2竖曲线要素计算
（1）变坡点1处的竖曲线计算：
①判断竖曲线类型：
ω=（凸形）
②竖曲线半径确定：
按L=80控制设置此竖曲线
取：R=10000m
③曲线要素计算：

④竖曲线范围：
起点桩号= K0+150-45= K0+105
终点桩号= K0+150+45= K1+195
（2）变坡点2处的竖曲线计算：
（2） 判断竖曲线类型：
ω=（凹形）
（3） 竖曲线半径确定：
按T=100控制设置此竖曲线
取：R=8000m
③ 曲线要素计算：

④ 竖曲线范围：
起点桩号= K1+250-128.0=K1+222
终点桩号= K1+250+128.0= K2+378.0
（3）变坡点3处的竖曲线计算：
① 判断竖曲线类型：
ω=（凸形）
② 竖曲线半径确定：
按L=100控制设置此竖曲线
取：R=6000m
③ 曲线要素计算：

④ 竖曲线范围：
起点桩号= K0+450-54.0= K0+396..0
终点桩号= K3+450+54.0 = K0+504.0
（4）变坡点4处的竖曲线计算：
① 判断竖曲线类型：
<0 （凹形）
按L=100控制设置此竖曲线 R=10000m
② 曲线要素计算：
曲线长 L=Rω=10000×0.01=100(m)
切线长 (m)
外距(m)
③竖曲线范围：
竖曲线起点桩号=（K0+550）-50= K0+500
竖曲线终点桩号=（K0+550）+50= K0+600
（5）变坡点5处的竖曲线计算：
① 判断竖曲线类型：
ω=（凸形）
② 竖曲线半径确定：
按L=100控制设置此竖曲线
取：R=10000m
③ 曲线要素计算：

④ 竖曲线范围：
起点桩号= K1+350-60.0= K1+290..0
终点桩号= K1+350+60.0 = K1+410.0
4.3.3中桩的设计高程

桩号
x（m）
（m）
设计高程
（m）
地面高程
（m）
K0+50
0
0
206.50
206.5
K0+100
10
0.80
207.80
207.0
K0+150
15
1.00
209.00
210.0
K0+200
20
0.45
208.55
209.0
K0+250
35
0.60
208.00
207.4
K0+350
55
0.70
208.30
208.0
K0+450
75
0.29
209.11
209.4
K0+500
80
0.10
209.20
209.02
K0+550
95
0.23
209.23
209.0
K0+600
100
0.02
209.38
209.6
K0+650
115
0.20
209.40
209.6
K0+750
135
0.30
210.30
210.0
K0+850
115
0.10
211.30
210.2
K0+950
95
0.20
211.70
211.5
K1+050
75
0.30
212.80
212.5
K1+150
55
0.40
213.60
213.2
K1+250
35
0.50
214.50
215.0
K1+350
15
0.20
215.30
215.5
K1+450
0
0.20
214.6
214.8
4.4 绘制路基纵断面图
绘制纵断面图：纵断面图采用横向1:5000，纵向1:200的比例尺绘制，由上、下两部分内容组成。至上而下分别填写：坡长及坡度，设计标高，地面标高，填挖高度，直线及平曲线，超高。纵断面图见附图二《纵断面设计图》。
5路基横断面设计
横断面设计俗称“戴帽子”，主要任务是根据公路等级，结合当地自然条件，综合考虑交通安全、路基稳定，公路排水、节省用地和工程经济等的要求，确定能够公路横断面的组成部分及其几何尺寸。横断面设计本着经济，避免大填大挖，填挖平衡的原则。本次设计中横断面的比例尺为1:200。
5.1准备工作
5.1.1横断面设计的原则
（1）设计施工前须做好工程地质、水文等有关的自然条件的勘察工作。
（2）设计应符合《公路工程技术标准》的规定要求。
（3） 设计应兼顾当地农田基本建设等的需要，尽可能少占耕地。
（4）应使路基具有足够的稳定性。
5.1.2资料收集
（1)、平曲线起、终点桩号，平曲线半径和转角在平面设计中读取。
(2)、每个中桩的填挖高度在纵断面设计中读取。
(3)、路基宽度为8.5m。在路线平面图上的各中桩横断面范围内并向外延伸一定距离选取若干点，量取各点的地面标高。
(4)、根据技术标准确定边沟的形式及尺寸。
5.2横断面设计计算
5.2.1路基横断面尺寸的确定
设计公路为三级公路，采用整体式单幅双车道的断面形式。
根据工程技术标准，由公路等级（三级）及设计行车速度（40km/小时），确定路基横断面车道数为双车道，行车道宽为3. 5m，行车道外侧设置宽度为0.75m的土路肩，路基总宽度为8.5m。
5.2.2路拱和超高的设计
（1）确定路拱及路肩横坡度：
为了利于路面横向排水，应在路面横向设置路拱。按工程技术标准，采用折线形路拱，路拱横坡度为2%。由于土路肩的排水性远低于路面，其横坡度一般应比路面大1%～2%，故土路肩横坡度取3%。
（2）超高横坡度的确定：
拟建公路为微丘区三级公路，设计行车速度为40km/小时。
根据曲线段圆曲线的半径值，本设计中交点1处超高取4%，交点2处取超高为7%，
（3）平曲线上超高缓和段长度的确定：
超高缓和段的长度为缓和曲线的长度分别为40m和30m。
（4）超高值计算公式
绕边线旋转超高值计算公式
①交点1：，查表取

交点1超高计算表 表5-1
交 点
桩 号
加 宽(m)
x(m)
外侧超高(m)
中线超高(m)
内侧超高(m)
JD1
K0+150.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
K0+200.000
1.000
10.603
0.126
0.093
0.006
K0+250.000
1.000
30.603
0.349
0.172
-0.052
K0+300.000
1.000

0.565
0.268
-0.170
K0+350.000
1.000

0.565
0.268
-0.170
K0+400.000
1.000

0.565
0.268
-0.170
K0+450.000
1.000

0.565
0.268
-0.170

②交点2：

则横坡度从(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时的超高渐变率为：

交点2超高计算表 表5-2
交点
桩号
加 宽(m)
x(m)
外侧超高(m)
中线超高(m)
内侧超高(m)
JD2
K1+150.000
0.000
0.000
0.000
0.000
0.000
K1+200.000
2.000
3.312
0.039
0.093
0.007
K1+250.000
2.000
23.312
0.231
0.120
-0.013
K1+300.000
2.000

0.423
0.204
-0.111
K0+350.000
1.000

0.488
0.233
-0.143
K0+400.000
1.000

0.488
0.233
-0.143
K0+450.000
0.000

0.488
0.233
-0.143

5.3绘制路基横断面图
5.3.1 确定路基标准横断面
本次设计中绘制本段的路基横断面图，即K0+000.000～K1+450.000这一路段。在这一路段中，主要出现的路基横断面形式有：填方路堤、全挖方路堑、半填半挖路基和路堤墙路基。按工程技术标准规定，路基宽度为8.5m，现拟定路面采用2%的折线形路拱横坡度，土路肩横坡度值为3%。填方路堤的边坡值根据其地质情况选用1:1.5，坡脚处设置宽度为1m、坡度为3%的护坡道，并在护坡道外侧设置梯形排水边沟，其底宽0.4m，高0.4m，内坡值取1:1.2。
按以上要求及设计以1:100的比例尺绘制路基标准横断面图，具体见附图三《路基标准横断面图》。
5.3.2 绘制路基横断面图
标准横断面图绘制完毕后，参照标准横断面图，绘制K0+000.000～K1+450.000路段内各中桩的横断面图，其步骤如下：
(1)、根据横断面测量资料按1:200的比例绘制横断面地面线；
(2)、根据路基设计表中的有关数据，绘制路幅的位置和宽度；
(3)、参照路基标准横断面图绘制路基边坡线和地面线相交，并在需要设置支挡防护处绘制支挡结构物的断面图；
(4)、根据综合排水设计，绘制路基边沟、排水沟、截水沟等在横断面图上的位置。
(6)、在中桩横断面图绘制出来后，标出该桩的桩号、左右路基宽、中桩填挖高和填挖面积。
具体的路基横断面图见附图三《路基横断面图》。

6 结束语
本次课程设计是平原微丘区三级新建公路是设计。综合考虑当地的地形、地貌等各方面的因素，在所选路线中设计了两个圆曲线，两个带缓和曲线的对称基本型曲线和五个竖曲线。
设计分三个阶段进行，其中初步设计包括初步平面设计、纵断面设计、方案的比选；其次做路线的详细设计，包括平面设计、纵断面设计、路基横断面设计；最后是设计图的绘制和设计说明书的整理。
在设计的过程中，我的确遇到了很多问题，一拿到任务书我就仔细的看了一遍，根据老师的指导，我在网上搜索了相关的设计案例。仔细分析了若干设计案例后对比发现案例与我们此次设计大同小异，于是就开始对照案例开始做起来。可是一开始做就遇到了问题，首先就是道路定线，仔细分析等高线地形图后，我定了两条线。定线之后就发愁了，因为两个方案都各有优缺点，不知道该选哪个方案，最后斟酌损益我选择了路线较短的方案一。方案比选结束后，开始进行平面设计，对方案一分析后，对所选导线设计了两个圆曲线。设计与计算过程中又重新翻了书本和资料，因为很多基本概念和公式都不熟悉。接下来就是比较重要的纵断面设计，根据路线走向与位置，设计了五个竖曲线，表现在计算书上就是五个变坡点的计算，最后将所计算的数据填入中桩计算表。然后是道路横断面的设计，原来以为相对于平面与纵断面设计，这是简单的了。没想到自己去计算的时候才感觉到不是一个简单的设计，横断面设计涉及路基横断面尺寸的确定、路拱和超高加宽的设计，大量的数据计算让我手忙脚乱。不过按部就班的计算下来，还是把道路横断面设计完成了。最后就是图纸绘制部分，根据任务书要求，我绘制了平面设计图、纵断面设计图、路基横断面图。
可能这次课程设计的成果没有完全的展示在这份说明书上，可是我的确经过这次课程设计学到了很多理论知识。课程设计可能会花费很多时间和精力，可是收获和启发也是极大的，我始终愿意独立思考，不错过每次锻炼自己获取知识的机会！最后感谢在此次设计为我提供了指导和帮助的老师和同学！