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计算书参照

太原理工大学

毕业设计(论文)任务书

毕业设计(论文)题目:

辛庄到王家岭三级公路初步设计

毕业设计(论文)要求及原始数据(资料):

一、毕业设计的目的和要求

毕业设计是交通土建专业教学计划的重要环节,也是学生在校期间最后一个综合性很强的实践环节,其目的是:

1.培养学生综合运用所学的基础课、技术基础课与专业课的知识,解决道路及小桥涵设计与施工组织等实际问题的能力;

2.培养学生调查研究、查阅资料、图纸、手册以及编写技术文件的能力;

3.培养学生分析问题、解决工程设计问题的能力以及理论联系实际,踏实认真严格的科学作风,树立交通土建专业人员必须具备的道路设计及施工的全面观点和经济观点。

通过毕业设计,要求学生在教师指导下,通过毕业实习调查研究,参观搜集资料等,掌握所设计的各种方案,使用要求,并能独立地完成课题的全部内容,正确地设计计算,绘制施工图,计算材料用量,编写设计说明书,完成设计的全过程,并参加毕业答辩。

二、设计资料

某新建山区三级公路位于自然区划Ⅲ,路基设计保证路床处于干燥状态,路基为粉土,底层主要为黄土,地下水很深,底层处于坚硬~半坚硬状态,强度较高,但黄土具有很强湿陷性;湿陷带在地面下20米,Δzs=70.91cm,Δs=68~130.95cm,为Ⅲ级(严重)湿陷性黄土地基。预测设计初期交通量为2000辆,远景设计交通量3800辆,交通量车型构成见下表,交通量增长率为8%。气象条件:年平均气温为18o C,年最高气温38o C,最低气温-25o C,无霜期250天。雨量集中在6、7、8月,年降水量历年平均350mm,最大暴雨12mm/昼夜。材料供应情况:沿路附近可采集到砂、砾材料,平均运距2公里,距沿线20公里有碎石料场;距路线50公里有渣油、沥青、水泥和钢筋供应,石灰、煤

距路线5公里,木材运距15公里。要求在所给地形起、讫点间进行三级公路技术设计,完成工作内容参见毕业设计大纲有关部分。有关特殊设计参数另行给定。

交通组成

车型小型货车中型货车大型货车小型客车大型客车拖挂车

比例8.6 31.37 8.87 30.96 10.15 10.01

三、毕业设计(论文)主要内容

Ⅰ、设计说明书

Ⅱ、设计图

1.路线方案比较图一份在1:3000或1:2000地形图上完成,方案比较表和说明归入说明书;

2.平面设计图一张;

3.纵断面设计图若干张;

4.横断面设计图若干张;

5.附属工程设计图(如挡土墙、护坡、涵洞、路基路面排水系统);

6.路面结构图。

Ⅲ、计算书

1.直线、曲线及转角表;

2.路基设计表;

3.路基土石方数量计算表;

4.小桥涵的水文计算、确定其类型、孔径、长度和主要位置工程,并选用相应的标准图;

5.边坡稳定验算;

6.挡土墙稳定验算;

7.路面设计计算;

8.完成一个分项工程的概算(或预算)。

四、主要参考文献(资料)

1.《公路工程技术标准》(JTJB01-2003).北京:人民交通出版社,2004

2.《公路路线设计规范》(JTGD20-2006).北京:人民交通出版社,2006

3.《城市道路设计规范》(CJJ37-90).北京:建筑工业出版社,1990

4.《公路沥青路面设计规范》(JTG D40-2006).北京:人民交通出版社,2006

5.《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2002).北京:人民交通出版社,2002 6.《公路路基设计规范》(JTG D30-2004).北京:人民交通出版社,2004

7.《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》(JTJ017-96).北京:人民交通出版社,1996

8.《给水排水工程结构设计规范》(GBJ69-84).北京:人民交通出版社,1984

9.《室外排水设计规范》(GBJ14-87).北京:建筑工业出版社,1987

10.《公路排水设计规范》(JTJ018-97).北京:人民交通出版社,1997

11.《公路桥涵设计通用规范》(JTD04-2004).北京:人民交通出版社,2004

12.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85).北京:人民交通出版社,1985 13.《公路工程概预算定额》.北京:人民交通出版社,1992

专业班级:学生:

要求设计(论文)工作起止日期:

指导教师签字:日期:

研究室主任审查签字:日期:

系主任批准签字:日期:

摘要

辛庄和王家岭位于山岭地区,当地村民因地制宜,大力发展农副业,主要以水果农业经济为主,带动其他产业的发展。随着当地经济的不断发展,原有道路运输能力成为了制约该地发展的主要瓶颈。因此,当地政府决定在两村之间修建一条三级公路,以改善当地交通运输能力,推动当地经济的发展,提高居民的生活水平。

辛庄到王家岭三级公路全长2130,2585米,贯穿山岭地带,地面起伏不定,很不利于汽车的穿行,给当地经济带来很大的麻烦不便,严重制约当地经济的发展。政府经过仔细考察,最终决定在两地之间建设一条比较实用,满足要求的三级公路。

毕业设计课题是辛庄到王家岭三级公路初步设计,大部分是山岭地区,根据所给地区的地形图和交通量以及其他技术标准,按山区三级公路进行设计,通过对三级公路的设计的理解,和对当地地形的理解进行设计,主要内容包括公路选线定线、平面线形设计、纵断面设计、横断面设计、土石方调配、边坡稳定性验算、挡土墙设计与验算、排水系统设计以及路面结构设计。

关键词:三级公路、线路比选、横纵断面设计、路基设计、排水系统、路面结构。

Abstract

Located in mountain areas Wangjialing Daxinzhuang and local villagers to local conditions, develop agricultural and sideline, mainly fruit-based agricultural economy, driving development of other industries. With the continuous development of the local economy, road transport capacity of the existing constraints of the development has become a major bottleneck. Therefore, the local government decided to build a three-level between the two village roads, to improve the local transport capacity, promote local economic development, improve living standards.

Daxinzhuang road to full 2130,2585 Wangjialing three meters, throughout the mountain area, ground ups and downs, very conducive to walking through the car to the local economy a lot of trouble inconvenience, serious constraints to local economic development. The Government after careful inspection, the final decision between the two places in the construction of a more practical, to meet the requirements of the three roads.

Xinzhuang to the graduation project is the preliminary design Wangjialing tertiary roads, most mountain areas, according to a topographic map to the area and traffic and other technical standards, designed by Mountain tertiary roads, three roads through thedesign understanding, and understanding of the local terrain design, the main contents include highway route alignment design of horizontal alignment, vertical alignment design, cross-sectional design, earthwork allocation, checking slope stability, retaining wall design and checking, drainage system design and pavement design.

目录

第一章概述 (7)

第二章路线方案的拟定与比选 (9)

第三章路线平面线形 (11)

第四章路线纵断面 (31)

第五章道路横断面 (37)

第六章路基边坡稳定验算 (50)

第七章挡土墙验算 (54)

第八章道路排水系统 (61)

第九章路面结构 (65)

总结 (80)

参考文献 (81)

致谢 (82)

第一章概述

1.1 设计任务

根据地形图上提供的起、终点位置和给定的公路等级进行选线、路基路面的设计和施工组织设计。完成设计所要求的各种设计计算书、设计图标和设计总说明。完完成设计资料应达到并符合施工要求。

1.2 设计资料

该新建山区三级公路位于自然区划Ⅲ,路基设计保证路床处于干燥状态,路基为粉土,底层主要为黄土,地下水很深,底层处于坚硬~半坚硬状态,强度较高,但黄土具有很强湿陷性;湿陷带在地面下20米,Δzs=70.91cm,Δs=68~130.95cm,为Ⅲ级(严重)湿陷性黄土地基。预测设计初期交通量为2000辆,远景设计交通量3800辆,交通量车型构成见下表,交通量增长率为8%。气象条件:年平均气温为18oC,年最高气温38oC,最低气温-25oC,无霜期250天。雨量集中在6、7、8月,年降水量历年平均350mm,最大暴雨12mm/昼夜。材料供应情况:沿路附近可采集到砂、砾材料,平均运距2公里,距沿线20公里有碎石料场;距路线50公里有渣油、沥青、水泥和钢筋供应,石灰、煤距路线5公里,木材运距15公里。要求在所给地形起、讫点间进行三级公路技术设计,完成工作内容参见毕业设计大纲有关部分。有关特殊设计参数另行给定。

交通组成表1-2

车型小型货车中型货车大型货车小型客车大型客车拖挂车

比例8.6 31.37 8.87 30.96 10.15 10.01

1.3 主要技术标准

设计速度:30km/h,三级公路设计标准由《规范》查得,见表1-1。

主要设计标准表1-1 规范标准三级公路

设计速度(km/h)30

路基宽度(m) 一般值7.5

最小值 ------

车道宽度(m) 3

路肩宽度(m) 右侧硬路肩

一般

值 ------

最小

值 ------ 土路肩

一般

值0.75

最小

值0.5

圆曲线最小半径

(m) 一般值65 最小值35

最大纵坡(%) 8 最小坡长(m) 100

最大坡长(m) 4% 1100 5% 900 6% 700 7% 500 8% 300

竖曲线最小半径

(m) 凸型

一般

值400

极限

值250 凹型

一般

值400

极限

值250

竖曲线最小长度

(m) 25 停车视距(m) 30

第二章路线方案的拟定与比选

选线是在道路规划线起终点之间选定一条技术上可行,经济上合理,又能符合使用要求的道路中心线的工作。它面对的是一个十分复杂的自然环境和社会经济条件,需要符合考虑多方面因素。为达到此目的,选线必须由粗到细,由轮廓到具体,逐步深入,分阶段分步骤的加以分析比较,才能定出最合理的路线来。

2.1 自然条件对道路路线的影响

影响道路的自然因素主要有地形、气候、水文、水文地质、地质、土壤及植物覆盖等。

地形决定了选线条件,并在很大程度上影响道路的技术标准。按道路布线范围内地形形态,相对高差,倾斜度及平整度对地形特征描述如下:

平原、微丘地形

1)平原,地形平坦,无明显起伏,地面自然坡度一般在3°以内。

2)微丘地形指起伏不大的丘陵,地面自然坡度在20°以下,相对高差在100mm 以下。设线一般不受地形限制。根据该地形的要求故判断我所设计的路线地

形属于微丘地形。

2.2 选线的步骤和方法

1)路线方案选择:路线方案选择主要解决起、终点间路线基本走向问题。

2)路线带选择:在路线基本方向选定的基础上,按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点,即构成路线带。

3)具体定线:经过上述两部的工作,路线雏形已经明显勾画出来。定线就是根据技术标准和路线方案,结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横综合设计,具体定出道路的中线工作。

所给地形图为1:2000比例的山岭重丘区地形图,起点高程474.0m,终点高程420.0m,起终点之间相对高差为54m。根据地形选定了两种路线方案,技术指标比较见下表:

表2-1

指标单位第一方案第二方案

通过乡(村)个 1 1

路线长度米2133.4167 2130.2585

转角数个8 7

转角总和度413.7073 427.4517

最小曲线半径米60 60

回头曲线个数个0 0

土方量平方米大于二方案约10万

桥座0 0

最大纵坡% 6.40 5,90

综上比较,虽然第一方案线形较好,但土方量工程更大,且占据大量农田,路线更长,坡度相比更大,转弯数更多,故第二方案优于第一方案,故采用第二方案作为最终方案。

第三章路线平面线形

道路是一条三维空间的实体.它是由路基,路面,桥梁,涵洞,隧道和沿线设施所组成的构造物.一般所说的路线,是道路中线的空间的位置.路线在水平面上的投影称作路线的平面.

3.1 平面线形要素

直线

1.直线的特点

作为路面线形要素之一的直线,在公路中使用最为广泛.因为两点之间直线最短,一般在定弦时,只要地势平坦,无大的地面障碍,首先考虑使用直线通过.加之笔直的公路给人以短捷,直达的良好印象,在美学上直线也有其自身的特点.汽车在直线上行使受力简单,方向明确,驾驶操作简易.从测设上看,直线只需定出两点.就可方便地测定方向和距离.所以直线在各种线形工程中被广泛使用.

2.直线的运用

下述路段可采用直线:

1)不受地形,地物限制的平坦地区或山间开阔谷地;

2)长大桥梁,隧道等构造物地段;

3)路线交叉点及其前后

4)市镇及其近郊,或规划方正的农耕区等以直线条为住的地区;

5)双车道公路提供超车道的路段;

由于我此次设计的公路属于第一种情况,所以我选用了直线.

圆曲线半径

行驶在曲线上的汽车由于受到离心力的作用其稳定性受到影响,而离心力的大小又与曲线半径密切相关,半径越小越不力,所以在选择平曲线半径时应尽可能采用较大值,只有在地形或其他条件受到限制时才可能使用较小的曲线半径.为了行车的安全与舒适,<<标准>>规定了圆曲线半径在不同情况下的最小值.

根据汽车行驶在曲线上力的平衡式,可得:R=V*V/127(U+I ) (3-1) 式中: V-行车速度;

U-横向力系数; I-超高横坡度;

在指定车速V下,最小R MIN 决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。

3.最小半径的计算

根据以上所述,横向力系数视设计车速采用0.10-0.16,最大超高视道路的不同环境,公路用0.10,0.08,0.06.按式(3-1)计算"极限最小半径".

圆曲线一般最小半径,一方面要考虑汽车在这种半径的曲线上以设计速度或接近设计速度行驶时,旅客有充分的舒适感,另一方面也要注意到在地形比较复杂的情况下不

会有过多的增加工程量。为此,《标准》和《规范》规定了“一般最小半径”。 根据《工程技术标准》圆曲线最小半径如表3-1

圆曲线最小半径 表3-1

在设计车速为30km/h 时圆曲线半径一般为60。

4.圆曲线的最大半径

如前所述,选用圆曲线半径时,在与地形等条件相适应的前提下尽量采用大半径,但半径达到一定程度时,其几何性质和行车条件与直线无太大区别,容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果,同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。所以《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m 。

5.缓和曲线长度的选择

缓和曲线的曲率逐渐变化,更好的适应汽车转向的行驶轨迹,使得汽车从一个曲线过渡到另一个曲线的行驶过程中,离心加速度逐渐变化,可使线形美观连续,同时缓和

设计速度(km/h ) 120 100 80 60 40 30 20 一般值(m ) 1000 700 400 200 100 65 30 极限值(m) 650

400 250 125 60 30 15 不设超高最

小半径(m ) 路拱≤2.0% 5500

4000 2500 1500 600 350 150 路拱<2.0%

7500

5250

3350

1900

800

450

200

曲线还能作为超高和加宽的过渡段。缓和曲线长度的选择应根据以下要求:

(1)缓和曲线最小长度:25m (2)保证驾驶员操作反应时间:Ls ≥6

.33V (3)满足视觉要求:Ls=9

R

~R 3.2 路线平面线形设计标准

依据设计要求,本路段按设计速度40km/h 的二车道三级公路技术标准执行,所采用的主要技术指标如下:

主要技术指标 表3-2

指标名称 单位 数量 路段 m K0+000-K1+2140 路线全长 m 2130.2585 公路等级 级 公路三级 计算行车速度 km/h 30 平曲线最小半径 m 100 不设缓和曲线最小半径 m 250 圆曲线的最大半径 m

10000

3.3 平曲线要素计算

为了计算精确,采用坐标法计算平曲线各要素。先建立一个贯穿全线的坐标系,然后根据路线的地理位置和几何位置关系计算出道路中线上各桩点的坐标。

1、交点转交的计算

根据所给的地形图,从图中所绘制的坐标网络中读取路线起点、交点、终点的坐标,如表3-3:

设起点坐标为JD 0(X 0,Y 0),第i 个焦点的坐标为JD i (X i ,Y i ),i=1,2,…,n ,则坐标增量D X =X i -X i-1,D Y =Y i -Y i-1

交点间距D=2

2

Y X D D

象限角 X

Y

D D arctan

=θ 方位角A 由象限角θ推算,他们的关系如下表:

表3-3

点号 X (km ) Y(km) 起点 4202.400 38495.700 JD 1 4202.377 38495.956 JD 2 4202.550 38496.202 JD 3 4202.525 38496.372 JD 4 4202.789 38496.273 JD 5 4202.808 38496.539 JD 6 4202.897 38496.708 JD 7 4203.145 38496.813 JD 8 4203.202 38497.078 终点 4203.103 38497.275 JD 4 4202.789 38496.273 JD 5 4202.732 38496.583 JD 6 4203.141 38496.860 JD 7 4203.473 38497.063 终点

4203.416

38497.274

表3-4 象限 DX DY A 象限 DX DY A Ⅰ + + θ Ⅲ - - 180°+θ Ⅱ

-

+

180°-θ

+

-

360°-θ

转角αi=Ai-Ai-1 (α为“+”时,路线右偏,α为“-”时,路线左偏) 交点转角值计算结果见下表:

路线一:

表3-5

点号

DX(km) DY(km) D(m) θ°A°a°

起点

-0.023 0.256 257.0311 84.8661 95.1339

-40.207 JD1

0.173 0.2464 01.0680 54.9269 54.9269

JD2 43.4592 -0.025 0.1696 171.4327 81.6146 98.3854

JD3 -100.3379

0.264 -0.099 264.1534 1.9525 358.0475

JD4 87.9526

0.0186 0.266 266.6495 86.0001 86.0001

JD5 -24.1493

0.0886 0.1688 190.6395 62.3058 62.3058

JD6 -23.6943

0.2482 0.1048 269.4184 22.8914 22.8914

JD7 55.0611

0.0566 0.2652 271.1726 77.9525 77.9525

JD8

38.8459

-0.099 0.1966 220.1194 63.2016 111.1984

终点

路线二:

点号

DX(km) DY(km) D(m) θ°A°a°

起点

-0.023 0.256 257.0311 84.8661 95.1339

-40.207 JD1

0.173 0.2464 01.0680 54.9269 54.9269

JD2 43.4592 -0.025 0.1696 171.4327 81.6146 98.3854

JD3 -100.3379

0.264 -0.099 264.1534 1.9525 358.0475

JD4 102.4069 -0.0572 0.31 315.2330 79.5456 100.4544

JD5 -66.3269

0.409 0.2772 494.0859 34.1275 34.1275

JD6 46.5932

0.0332 0.2032 205.8943 80.7207 80.7207

JD7

28.1206

-0.072 0.211 222.9462 71.1587 108.8413

终点

2、平曲线各要素计算:

计算书参照

图3-1

如图所示:道路采用平面线形三要素的基本组合:直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线,其几何元素计算公式如下:

R L R s

24=

? R

L S

20=

β ()q R R T +?+=2

tan

α

2

2402R L L q s

S -

=

()

S h L R L 2180

20+-=π

βα ()R R R E h -?+=2

sec

α

计算结果如表3-6所示:

表3-6 线路一:

交点α°R(m) L

S (m) T(m)q(m)β

°L(m)E(m)

JD

1

-40.207 70 25 38.2392 12.4867 10.2314 74.1221 4.9235

JD

2

43.4592 70 25 40.5279 12.4867 10.2314 78.0954 5.7407

JD

3

-100.3379 60 25 84.9364 12.4819 11.9366 130.0748 34.3497

JD

4

87.9526 65 25 75.5884 12.4845 11.0184 124.7791 25.8805

JD

5

-24.1493 70 25 27.5378 12.4867 10.2314 54.5039 1.9505

JD

6

-23.6943 70 25 27.2458 12.4867 10.2314 53.9480 1.8900

JD

7

55.0611 70 25 49.1608 12.4867 10.2314 92.2698 9.3432

JD

8

38.8459 70 25 37.2956 12.4867 10.2314 72.4592 4.6045 线路二:

交点α°R(m

) L

S

(m) T(m)q(m)β

°L(m)E(m)

JD

1

-40.207 70 25 38.2392 12.4867 10.2314 74.1221 4.9235

JD

2

43.4592 70 25 40.5279 12.4867 10.2314 78.0954 5.7407

JD

3

-100.3379 60 25 84.9364 12.4819 11.9366 130.0748 34.3497

JD

4

102.4069 60 25 87.6578 12.4819 11.9366 132.2403 35.7615

JD

5

-66.3269 70 25 58.4641 12.4867 10.2314 106.0335 13.6503

JD

6

46.5932 70 25 42.7830 12.4807 10.2314 81.9243 5.3260

JD

7

28.1206 70 25 30.1078 12.4867 10.2314 59.3557 2.1619 3、里程桩号的推算

采用坐标法计算,计算方法如下:

(1)中桩坐标的计算,如图所示:

计算书参照

JDi 的坐标为(X JDi 、Y JDi ),交点前后直线边的方位角分别为A i -1、A i ,圆曲线的半径为R ,缓和曲线长度L S ,平曲线切线长为T Hi .,曲线起、终点的坐标可用下式计算:

X ZHi = X JDi -T Hi CosA i -1 Y ZHi = Y JDi -T Hi SinA i -1 X HZi = X Jdi + T Hi CosA i Y HZi = Y Jdi + T Hi SinA i

(2)曲线任意点坐标计算

ZH ~ QZ 段的坐标计算以曲线起点ZH 为坐标原点,切线为X ?、轴法线为Y ?轴建立直角坐标系;

缓和曲线段 X ?、Y ?: X ?= 2

2

540S

L R l l -

Y ?=337

33366S

S L R l RL l - 圆曲线段 X ?、Y ?:X ?= R Sin(β+

π

180

'R l ) + q ; Y ?= R -R Cos (β+

π

180

'R l ) + p 利用上述公式计算出缓和段内各加桩和圆曲线段内各加桩X ?、Y ? 的值,则ZH ~QZ 段的各点的坐标为:

X= X ZHi + X ? CosA i -1 - δY ?Sin A i -1

Y= Y ZHi + X ?SinA i -1 +δY ?Cos A i -1 式中:δ — 路线转向,右转角时δ=1,左转角时δ= -1,以下各式同。