高速公路设计交通土建道路毕业设计.docx
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1、前言本设计的题目是青兰高速长治段-临汾段高速公路设计,此地属平原微丘地区,总里程为3059.842米。本设计是根据所给的比例(1:2000)的地形图,以长治和临汾的气候、地质、水文资料及交通土建专业课程为依据,依照交通土建专业毕业设计大纲的要求,按照道路设计的一般步骤和方法,采用最新的高速公路设计规范理论,经过老师的指导以及自己实习过程中的经验严格编写而成。在设计中参阅了道路勘测设计、道路工程技术标准、路基路面工程等专业文献。本毕业设计的主要内容包括:原始资料、路线方案的选线、定线、道路平面设计、道路纵断面设计、道路横断面设计、路基路面设计排水设计及附属设施设计。在整个设计中得到了指导教师戴成
2、元老师的悉心指导和帮助,同时也和同学们建立了团结互助的关系,共同分析、讨论、解决设计工程中所遇到的问题,让此次的毕业设计圆满的完成。此外,我在本次设计过程中除了遵循高速公路设计的规范理论外,同时力求做到技术上先进适用、费用上经济合理、施工上安全可靠,使理论与实际相结合。由于专业知识掌握水平有限,没有实际施工经验,在设计中难免有遗漏和不足之处,恳请各位老师、同学给予批评和指正。1 原始资料毕业设计题目是青兰高速 长治段-临汾段高速公路设计,地形图比例尺为1:2000,道路等级为高速公路,年平均日交通量为22000辆/日,设计车速为120km/h。本设计初始资料有地形图一幅,地形、气候等设计资料按
3、有关资料查询得到。主要设计内容包括:路线方案的拟订和比选、道路平面设计、纵断面设计、横断面设计、路基路面设计、道路排水设计及附属结构设计。1.1 自然条件本设计路段为青兰高速长治段到临汾段得设计,地处中温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,气候温和始终,雨热同季,气候宜人。设计道路用地西部以平原为主,东部以微丘陵为主并有大量的林地、苗地以及少数的池塘。本设计沿线土质良好,沿线无不良地质现象,地质比较稳定。1.2 路线状况设计高速公路起点为K0+000.000,坐标为(562,0),终点为K3+059.842,坐标为(166,2940),路线总里程为3059.842米。路线起始位置为地形图的左侧,
4、终点为地形图的右侧。沿线左侧以平原为主,地势较平坦,中部及右侧以微丘陵为主。1.3 公路建设与周围环境及自然环境道路平面线形的选择和布置要合理,选一条技术可行,经济上合理,又能符合使用要求的线路。在定线的过程中,应尽力避开人口密集区,避免大挖大填,降低填土高度,减少占地宽度和植被的破坏,避免占用高产田,注意同农田基本建设相配合。1.4 道路设计标准通过对道路所处的地形、地貌、道路等级、交通量及设计车速的分析调查,确定该段道路为高速公路,现依据规范将设计指标列出如下:表1-1 高速公路(设计车速120km/h)各项指标表Tab.1-1 Highway (design speed 120km/h)
5、 indicators table指标名称规范值设计车速年平均日交通量圆曲线一般最小半径120Km/h 22000辆/日1000 m 圆曲线极限最小半径650 m设超高圆曲线极限最小半径,2%7500m缓和曲线最小长度100m平曲线最小长度 200m同向曲线最小长度,车速6倍 720m反向曲线最小长度,车速2倍 240m公路最大纵坡及最小纵坡3%,0.5%平曲线最大超高8%凸型竖曲线一般最小半径17000m凹型竖曲线一般最小半径6000m竖曲线最小长度100m纵坡最小长度300m缓和坡段最大纵坡3%车道宽度3.75m路拱横坡度2%中央分隔带宽度4.5m硬路肩宽度一般值3.5m土路肩宽度0.75
6、m路基宽度28.0m最大直线长度2400m停车视距210 m2 道路的选线和定线选线和定线是根据道路的使用任务、性质、公路的等级和技术标准,在起点终点之间结合地形、地质等条件,综合考虑平、纵、横等因素,在实地或纸上选出道路的中心线的位置。选线和定线是道路路线设计的重要环节,选定出的路线是否合理将直接影响到道路的质量、工程造价以及道路使用条件、安全性和使用年限。2.1 影响公路选线的因素选线要与路段内的地形、地貌相结合,对不良地质的地区、河流池塘等地区尽量选择避让,必要时可采取挖隧道、建桥等相应措施。同时,选线时要遵守道路的各种规范、标准,选出合适的线形 。本设计主要考虑的因素有:沿线的地形、地
7、质、水文、气象等自然因素的影响;要求路线技术等级(高速公路)与实际可能达到的技术标准及其对路线使用任务、性质的影响;路线长度、筑路材料来源、施工条件以及工程量、三材(钢筋、木材、水泥)用量、施工、养护等方面的影响。2.2 路线拟定与比选路线方案是根据指定的路线总方向和道路的使用任务、性质及其在道路网中的作用,综合考虑了社会、经济、生活等各方面因素和复杂的自然条件等拟定的路线走向。路线方案的选择是路线设计中最根本的问题。路线方案的比选就是在路线的起、终点及中间必须经过的城镇或地点间的各种可能的路线方案中,综合考虑各方面因素,通过比选,最终选出最合理的路线方案。在老师的指导下,本设计在指定的起、终
8、点之间选择了2条路线,现对2条路线就行比选,确定合理的路线。方案一:路线横穿村庄,需要对村庄进行拆迁。穿过一个池塘,需要对土质进行改良,整条线路经过平原区较少,道路填挖量大。方案二:路线沿着村庄,整条路线避开池塘避免了土质的改良,虽然途径几处林区但是面积不是很大,整条线路前半部分经过平原区,路线相对较平缓。经过比选,最终选定方案二,为本设计的设计路线。2.3 定线定线是公路设计过程中很关键的一步。它不仅要解决工程、经济方面的问题,而且对如何使公路与周围环境相配合,以及公路本身线形的美观等问题都要在定线过程给予充分的考虑。公路定线的方法常用方法有:直接定线和纸上定线。技术较高的、地形、地物较复杂
9、的路线必须使用“纸上定线”,然后把纸上的路线敷设在地面上;“直接定线”省去了纸上定线这一步,所以只适合标准较低的路线。本设计采用了纸上定线方法。3 平面设计平面设计是道路设计的基本组成部分,是根据汽车行驶的性能,结合当地的地形条件,按照道路设计规范在平面上布置出一条通顺,舒畅的线性来设计的。3.1 平面线形设计标准平面线性的三要素为直线、圆曲线和缓和曲线,三者均需满足规范要求。本设计是计算行车速度为120km/h的高速公路。查公路工程技术标准1得到平面设计相关规范值:指标名称 规范值圆曲线一般最小半径 1000m圆曲线极限最小半径 650m不设超高最小半径 5500m停车视距 210m缓和曲线
10、最小长度 100m平曲线最小长度 200m3.2 平面的线形要素3.2.1 直线直线的最大长度,在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20是可以接受的;在景色单调的地点,最好控制在20以内。考虑到线形的连续和驾驶的方便,相邻两曲线之间应有一定的直线长度。公路工程技术标准对平面线形设计中直线的最小长度规定为:异向曲线间的直线最小长度不小于2=240m。本设计设置的两处平曲线为反向曲线,曲线间直线长度为434.864m,满足最小直线长度的要求,设计路线段的直线最大长度为700.315m,也符合要求。3.2.2 圆曲线圆曲线的几何要素: (3-1) (3-2) (3-3) (3-4)式中:T切线长,m
11、;L曲线长,m;E外距,m;J校正数或称超距,m;R圆曲线半径,m;转角,度。 图3-1 圆曲线要素示意图Fig.3-1 Illustrates the elements circle curve3.2.3 缓和曲线在直线与圆曲线之间或半径相差较大两个转向相同圆曲线之间,设置缓和曲线。 由于车辆要在缓和曲线上完成不同曲率的过渡行驶,所以要求缓和曲线有足够的长度,以使司机能从容地打方向盘,乘客感觉舒适,线形美观流畅,圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成。图3-2 “基本型”平曲线Fig .3-2 Basic type level curve缓和曲线的平曲线的几何要素: (3-5) (3
12、-6) (3-7) (3-8) (3-9) (3-10) (3-11)3.2.4 停车视距停车视距是为了保证行车安全,驾驶人员能随时看到汽车前面相当远的一段路程,一旦发现前方路面有障碍物或迎面来车,能及时采取措施,避免相撞的最短距离行车视距。 标准中规定了高速公路对停车视距的要求:210m。停车视距的计算公式:式中: V汽车行驶速度; 路面与轮胎之间的附着系数; 道路阻力系数,。 现利用公式对本设计的停车视距的最危险点进行检验,查得沥青路面路面类型为潮湿的附着系数取0.4。m根据计算结果说明该路段的各点均满足停车视距要求。3.3 几何要素的计算3.3.1 交点坐标的确定及转角值的计算 已知起点
13、QD(562.000,0.000)、JD1(210.000,710.000)、JD2(484.000,1934.000)、终点ZD(166.000,2940.000)坐标增量: (3-12)交点间距: (3-13)象限角: (3-14)计算方位角A: 0 ,0 0 ,0 0 ,0 0 ,0 (3-15)转角: (3-16) 当0时,路线右偏;时,路线左偏转角起点QD与J D1之间:坐标增量: =210.000562.000=352.000=710.0000.000=710.000交点间距: =792.467象限角: = 方位角:=JD与JD之间:坐标增量: =484.000210.000=27
14、4.000 =1934.000710.000=1224.000交点间距: =1254.293象限角: =方位角: = 则转角: 1=(左转)JD与终点ZD之间:坐标增量: 166.000484.000=318.000 2940.0001934.000=1006.000交点间距: =1005.064 则终点桩号k3+059.842象限角: = 方位角: = 则转角:2= (右转)3.3.2 有缓和曲线的平曲线的几何要素计算交点JD1要素计算:圆曲线半径R=1000m 缓和曲线Ls=220m 转角1= 交点JD2要素计算: 圆曲线半径R=1000m 缓和曲线Ls=170m 转角2= 3.3.3 曲
15、线位置及直线段长度交点JD1:JD1桩号= K000.000+S1=K0+792.467 ZH点桩号=JD1T=K0+792.467464.680=K0+327.787HY点桩号=ZH+Ls=K0+327.787+220=K0+547.787YH点桩号=HY+L2Ls=K0+547.787+900.487-2220=K1+008.274HZ点桩号=YH+Ls=K1+008.274+220=K1+228.274交点JD2:JD2桩号= K0+792.467+S2J=K0+792.467 +1254.29328.873=K2+017.887ZH点桩号=JD2T=K2+017.887354.749=
16、K1+663.638HY点桩号=ZH+Ls=K1+663.638+170=K1+833.138YH点桩号=HY+L2Ls=K1+833.138+696.390-2170=K2+189.528HZ点桩号=YH+Ls=K2+189.528+170=K2+359.528起点至直缓点直线段长=K0+327.787K0+000.000=327.787m交点1的缓直点至交点2的直缓点直线段长=K1+663.138K1+228.274=434.864m交点2的缓直点至终点直线段长度=K3+059.842K2+359.528=700.314m3.3.4 逐桩坐标的计算(1) 计算公式如图3-3,设交点坐标为J
17、D(XJ,YJ),交点相邻直线的方位角分别为A1和A2。图3-3 中桩坐标计算图Fig.3-3figure of calculating middle stakes coordinates则ZH(或ZY)点坐标: (3-17) (3-18)点坐标: (3-19) (3-20)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 (3-21) (3-22)后直线上任意点坐标 (3-23) (3-22)曲线上任意点的切线横距: (3-24)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: (3-25)2) 圆曲线内任意点坐标a 由时, (3-26) 式中:圆曲线
18、内任意点至点的曲线长; HY点坐标b 由时: (3-27) 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 (3-28)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: (3-29) 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: (3-30)为转角符号,右偏为“+”,左偏为“”(2) 坐标计算过程 以桩号K0+100.000、K1+500.000、HY、YH为例: 已知:JD1(210.000,710.000),T=464.680m
19、,A0=1162215.7,A1=772255.2=220mZH点坐标:XZH=210.000+464.680cos(1162215.7+180)=416.403YZH=710.000+464.680sin(1162215.7+180)=293.676HZ点坐标:XHZ=210.000+464.680cos772255.2=311.509YHZ=710.000+464.680sin772255.2=1163.457K0+100.000点处于前直线上,坐标为:X=210.000+(464.680+327.787100) cos(1162215.7+180)=517.582Y=710.000+(4
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