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1、道路勘测课程设计计算说明书指导老师：汪晓霞一、设计总说明1、目的和要求：通过本次课程设计，要求熟悉公路设计规范，理解、掌握道路勘测设计的基本概念，综合运用本课程和其他有关课程的基本知识和基本操作技能，使所学知识进一步巩固、深化和发展；学习道路路线设计的一般方法和步骤。通过设计，培养学生初步具备正确的设计思想和动手的能力，使学生具有初步的工程设计概念；培养学生具备道路路线设计的基本技能。根据设计所给资料，进行平、纵、横断面设计及其组合处理，完成土石方计算与调配，编制直线、曲线及转角一览表、路基设计表、路基土石方数量计算表；进行路面结构类型选择，并确定各结构层的合理厚度。2、工程概况：本路为某矿区
2、通往工业基地跨越重丘区一路线，主要为解决解放牌汽车运输问题，现年平均交通量990辆（折合重型载重汽车）平均年增长率为7.5%。设计路线范围为11#45#，路线起点11#高程为160m，终点45#高程204m。本线一端接山区，另一端为微丘地形，中间为重丘过渡段(即本课题设计路段)，该段地质情况基本稳定，除地表0.5-1.0米风化土层外，下部为石灰岩，地下水位一般较深对路基与边坡稳定影响不大。二、道路参数1、道路技术等级的确定查公路工程技术标准以下简称标准）及其他相关资料，解放牌汽车以小客车为标准的折算系数为：1.5（包括：19座的客车和载质量27t的货车）。当设计年限为15年，远景设计年平均交通
3、量：式中：远景设计年平均日交通量，辆/日； 预测初年平均日交通量，辆/日； 交通量年平均增长率，%； n远景设计年限。查公路工程技术标准双车道三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为20006000辆。本设计路线折合成小客车的远景设计年平均日交通量为4087辆，综合考虑公路工程技术标准和指标，确定该公路等级为三级公路。 设计车速为40km/h，路基宽度为8.5m，车道宽7m，双车道，两侧为0.75m的土路肩，路拱坡度2%，路肩坡度3%。2、公路技术标准的拟定本路段按二级公路标准测设，设计车速60km/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、
4、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。3、平面设计技术指标（1）圆曲线最小半径 圆曲线最小半径分为极限、一般和不设超高的最小半径，平面线形中一般非不得已时不使用极限半径，因此规范规定了一般最小半径。当圆曲线半径大于一定数值时，可以不设超高，允许设置与直线路段相同的路拱横坡。圆曲线半径要求如表1所示表1 圆曲线半径要求 技术指标二级公路一般最小半径 (m) 200极限最小半径 (m) 125不设超高最小半径(m)路拱1500路拱1900（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，使行车舒适，但半径过大，对
5、施工和测设不利，所以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，尽量采用大于一般最小半径的平曲线，最大半径为160m，最小半径为70m。（4）缓和曲线技术要求 缓和曲线的最小长度一般应满足以下几方面：离心加速度变化率不过大;控制超高附加坡度不过陡;控制驾驶员操作反应时间不过短;满足视觉要求;因此，规范规定：山区二级公路缓和曲线最小长度为50m。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。（5）平曲线要素的确定 根据汽车行驶在曲线上力的平衡式得： 式中：V-行车速度（km/h）; -横向力系数；
6、 -超高横坡度。三、道路平面设计1、选线原则（1）在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。（2）路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、运营费用省、效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽可能的采用较高的技术指标。不轻易采用极限指标，也不应为了采用较高指标而使得工程量过分增大。(3) 选线应能满足国家或地方建设对路线使用任务、性质的要求，保证路线能够加强居民区特别是经济较发达地区的之间的联系，同时也应注意同农田等基本建设相配合，尽量少占用农田，避免可多的拆迁工程。(4) 在选线过
7、程中，对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼及排水不良等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避，如必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。2、 纸上定线（1）定导向线：确定路线方案：通过观察地形图，了解地形情况，大致确定路线走向。定匀坡线：根据本地形图等高线间距2m及选用平均坡度5%，按a=h/i计算出展线平距a=2cm，使卡规的开度为2cm，用两脚规从起始点（K0+000）开始定匀坡线到终点。定导向线：通过匀坡点连线，使折线尽量靠近匀坡线，剪裁一小块硫酸纸，在其上画出若干半径不等的圆，在折线中卡圆，选定一个半径的圆，使导向点尽可能多在圆上，通过计算选
8、择缓和曲线形式并初步定出导向线。（2）修正导向线1）平面试线穿直线：按照“照顾多数，保证重点”的原则综合考虑平面线形设计的要求，然后“以点连线，以线交点”的办法平面试线，反复试线，最后确定出初定交点。敷设曲线：满足线形设计和标准的规定和要求，综合分析地形、地物等情况，选取且注明各弯道的圆曲线的半径，缓和曲线的长度等。读取交点坐标计算或直接量测得到交点处路线转角和交点间距，定圆曲线半径和缓和曲线长度，计算曲线要素及曲线里程桩号。曲线要素计算 交点1平曲线要素计算：取整数，采用缓和曲线长45m,满足公路工程技术标准的规定：V=60km/h时，最小缓和曲线长度为50m。同理，各交点的平曲线要素计算如
9、下表2：表2 平曲线要素计算表交点号半径（m）转角（）（m）（m）（）（m）（m）（m）（m）（m）110061.28 450.84 12.89 22.46 82.20 151.95 17.21 12.44212034.99 450.70 10.74 22.47 60.52 118.29 6.56 2.76370154.24 451.21 18.42 22.42 333.83 233.44 249.44 434.21416027.76 450.53 8.06 22.49 62.15 122.52 5.36 1.78主点桩里程推算设有缓和曲线的平曲线有五个主点桩位，分别是ZH、HY、QZ、YH、
10、HZ，里程推算如下：JD- Th ZH+ Ls HY + LY(=Lh-2Ls) YH + Ls HZ - Lh/2 QZ + Dh/2 JD主点桩里程计算如下表3：表3 主点桩里程交点号ZHHYQZYHHZ1K0+000K0+045K0+090.925K0+136.85K0+181.852K0+261.85K0+306.85K0+342.85K0+378.85K0+423.853K0+423.85K0+468.85K0+570.04K0+671.22K0+716.22上述计算汇总于附表1直线、曲线及转角一览表中。2）设计理想纵断面在平面试线的基础上，在平面图上截取各控制点及地形变化特征点桩号
11、及地面高程，点绘出粗略纵断面地面线（见附图纵断面设计草图），进行理想纵坡设计，计算各桩号的概略设计高程列于下表4表4 初定平曲线上各桩概略高程序号桩号地面高程设计高程序号桩号地面高程设计高程1k0+000160160.00 32k0+600189.6185.00 2k0+020163.4161.08 33k0+605188.4185.28 3k0+040157.6162.16 34k0+650177.4187.74 4k0+060163163.24 35k0+660189.6188.29 5k0+080159.6164.33 36k0+678.8186.6189.32 6k0+10016416
12、5.41 37k0+700192.8190.48 7k0+126168.8166.81 38k0+707.6194190.89 8k0+150166168.11 39k0+719195191.52 9k0+174170.8169.41 40k0+730.1194192.12 10k0+186170170.06 41k0+752.6194.6193.36 11k0+200176.4170.81 42k0+788191.2195.29 12k0+207.8178171.24 43k0+800196.4195.95 13k0+238182.6172.77 44k0+825.21200197.33 1
13、4k0+252.8178.3173.42 45k0+861207199.29 15k0+283.78165.2174.54 46k0+897.82202.2201.30 16k0+300170.6174.99 47k0+900202201.42 17k0+314.75174.4175.33 48k0+942.82203.4203.77 18k0+337179.3175.73 49k0+993.5207.6205.69 19k0+359.75173.4176.11 50k1+000207.4205.64 20k0+374170176.50 51k1+044206.4205.30 21k0+400
14、178.6176.79 52k1+084.82207.4204.98 22k0+406180176.90 53k1+100207.4204.87 23k0+424180177.29 54k1+129.82206.4204.63 24k0+440173177.81 55k1+139.78206.4204.56 26k0+473177.6178.00 56k1+149.73206.4204.48 27k0+484174.8179.17 57k1+194.73204.2204.13 28k0+500175.4179.82 58k1+200203204.09 29k0+532183181.34 59k
15、1+207202204.03 30k0+564182183.03 60k1+215.93204203.96 31k0+586190.8184.24 3） 一次修正导向线 在平面试线哥桩的横断面方向上点出与概略设计高程相应的点，即一次修正导向线（3）具体定线检查各技术指标是否满足公路工程技术标准（JTGB01-2003）要求，及平曲线位置是否合适，不满足时应调整交点位置或圆曲线半径或缓和曲线长度，直至满足为止。根据给定的等高线地形图，采用纸上定线的方法研究路线的可能方案，并经过比较论证确定最后路线方案。此次设计路线为山区二级公路，初定匀坡度为6%。选线中涉及到一处垭口的选择问题。在综合考虑了垭口
16、位置与路线走向一致，垭口高程较低利于展线等各因素后选择适合垭口。路线依行经地区的地貌地质和地形特征，可能有越岭线、山坡线、山脊线，此时可根据地形图研究可能的路线布局型式。山区公路的选线应按：全面布局、逐段安排路线、具体定线三个步骤进行。 四、道路纵断面设计为使道路上行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计的小一些为好。但是，在长路堑、以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.03%的纵坡，一般情况下以下小于0.6%为宜。为了保证行车安全、舒适以及视距的需要，在变坡处设置竖曲线。竖曲线的主要作用是：缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的冲击作用，确保
17、道路纵向行车视距；将竖曲线与平曲线恰当地组合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。 竖曲线技术指标主要有竖曲线半径和竖曲线长度。凸形的竖曲线的视距条件较差，应选择适当的半径以保证安全行车的需要。凹形的竖曲线，视距一般能得到保证，但由于在离心力作用下汽车要产生增重，因此应选择适当的半径来控制离心力不要过大，以保证行车的平顺和舒适。1、纵坡设计的一般要求(1)纵坡设计必须满足标准中的各项规定与要求。(2)为保证车辆能以一定速度安全、顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用规范中的极限纵坡值，并留有一定的余地。 (3)设计应对沿线地形、地质、水文、地下管线、气
18、候和排水等进行综合考虑，并根据需要采取适当的技术措施，以保证道路的稳定与通畅。(4)一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方及其它工程数量，以降低工程造价和节省用地。(5)山岭重丘区的纵断面设计应考虑纵向填、挖平衡，尽量使挖方作为就近路段的填方，以减少借方和废方；山区的纵断面设计应满足最小填土高度的要求，以保证路基的稳定性。(6)高速公路和一级公路，应考虑通道、农田水利等方面的要求；低等级公路，应注意考虑民间运输、农业机械等方面的要求。2、最大纵坡各级公路最大纵坡的规定见表5所示 表 5 各级公路最大纵坡设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%）34567893、最小纵坡挖方
19、路段以及其它横向排水不良路段所规定的纵坡最小值称为最小纵坡。各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。当必须设计平坡或纵坡小于0.3%时，边沟应作纵向排水设计。注：干旱少雨地区的最小纵坡可不受此限制。4、坡长限制根据希望速度V1和容许速度V2，可以得出对应于V1的“理想的最大纵坡”i1和对应于V2的“不限长度的最大纵坡”i2。小于i1 的纵坡称为缓坡，汽车在缓坡上可以加速行驶；大于i1的纵坡称之为陡坡。1)当 ii2的纵坡，汽车在其上行驶时，设初速为V1，则终速不会低于V2；2)当 ii2的纵坡，应对其长度进行限制。a.最小坡长限制 最小坡长的限制主要是从汽车行
20、驶平顺性和布设竖曲线的要求考虑的。标准,城规规定，各级道路最小坡长应按表6选用。本次设计选用120m.注：在平面交叉口、立体交叉的匝道以及过水路面地段，最小坡长可不受此限。表6 最小坡长限制设计速度（km/h）1201008060403020最短坡长（m）30025020015012010060b.最大坡长限制 道路纵坡的大小及其坡长对汽车正常行驶的影响很大。纵坡越陡，坡长越长，对行车影响也将越大。所谓最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低允许速度时所行驶的距离。标准规定的最大坡长见下表7表 7 各级公路纵坡长度限制 （m）设计速度（km/h）1201008060403020
21、坡度%390010001100120047008009001000110011001200560070080090090010006500600700700800750050060083003004009200300102005、平、纵组合的基本要求 1)平包竖 。2)平曲线与竖曲线对应关系曲中点与变坡点相重合最好；错开不超过平曲线的1/4 时较好，超过其 1/4时很差；竖曲线起终点分别置于两条缓和曲线上。3)平、竖曲线半径均较小时不宜重合。4)平、竖曲线半径大小要均匀。5)选择适宜的合成坡度，一般最大合成坡度不大于8%，最小坡度不宜小于0.5%。6、纵面线形设计中应注意避免的组合：1)除V6
22、0km/h避免凸凹竖曲线插入小半径平曲线。2)避免竖曲线与反向平曲线的变曲点相重合。3)在长直线或长平曲线内，尽量设计成直坡线。4)避免片面上的变向点比拟面上变坡点多。5)避免小半径竖曲线与回旋曲线相重合。6)避免小半径竖曲线与回旋线相重合的线形。7)避免在长直线上设置长的下坡凹形曲线路段。7、竖曲线要素计算竖曲线要素计算公式如下：计算变坡点1竖曲线要素（K0+270）（2）计算设计高程竖曲线1起点桩号=（K0+270-55.86）=K0+214.14竖曲线1起点高程=174.6-55.860.0541=171.58竖曲线1终点桩号=（K0+270+55.86）= K0+325.86竖曲线1终
23、点高程=174.6+55.860.0168=175.54桩号K0+238处：横距=（K0+270）-（K0+238）=32m竖距切线高程=160 +320.0541=172.87m设计高程=172.87- 0.095=172.77m同理，可计算出竖曲线上各桩点的设计高程，列于下表8。纵断面设计图见附图3公路纵断面设计（比例尺为横向1:2000，纵向1:200）。表8 竖曲线上各桩设计高变坡点桩号切线高纵坡切圆高差设计高1k0+214.14171.579 0.054 0171.579 k0+238172.870 0.054 0.095 172.775 k0+252.8173.670 0.054
24、0.249 173.421 k0+270174.600 0.054 0.520 174.080 k0+283.78174.832 0.017 0.295 174.537 k0+300175.105 0.017 0.111 174.993 k0+314.75175.353 0.017 0.021 175.333 k0+325.86175.540 0.017 0175.540 2k0+396.22176.724 0.017 0176.724 k0+400176.788 0.017 0.002 176.790 k0+406176.889 0.017 0.012 176.901 k0+424177.1
25、92 0.017 0.096 177.289 k0+444177.529 0.017 0.285 177.814 k0+472181.400 0.017 0.718 182.118 k0+484178.657 0.055 0.508 179.165 k0+500179.532 0.055 0.285 179.818 k0+526181.283 0.055 0.059 181.343 k0+547.78159.824 0.055 0159.824 3k0+951.77204.255 0.055 0204.255 k0+980205.800 0.055 0.443 205.357 k0+993.5
26、205.695 -0.008 0.121 205.574 k1+000205.644 -0.008 0.038 205.607 k1+008.23205.580 -0.008 0205.580 五、道路横断面设计道路横断面设计的基本要求： 公路横断面设计应最大限度地降低路堤高度，减小对沿线生态的影响，保护环境，使公路融入自然。条件受限制不得已而出现高填、深挖时，应同架桥、建隧、分离式路基等方案进行论证比选。 路基断面布设应结合沿线地面横坡、自然条件、工程地质条件等进行设计。自然横坡较缓时，以整体式路基断面为宜。按照平纵断面的设计，可取50个桩做横断面设计，其中包括路线起讫点、公里桩、百米桩、曲
27、线要素点及地面高程变化处。所有桩号的横断面地面线，除规定的路基路面宽度外应照各桩断面的地形质情况确定边坡度、边沟形状尺寸，绘出横断面的设计线(即“戴帽子”)，绘出各桩号的横断面图。其中设有边沟的断面，边沟尺寸为底宽0.5m，沟深0.6m。路拱的型式应按道路等级、性质及道路宽度，采用直线横坡或方程式不同的路拱(横坡)曲线。高填深挖路段需设挡土墙等防护工程外，应按规定计算或参照标准图设计。六、加宽、超高计算本路设计速度为60km/h的二级公路。可采用第2类加宽值。表10 平曲线加宽超高值平曲线圆曲线半径（m）加宽值（m）超高（%）11001.5521201.5537026416014加宽过渡方式采
28、用按比例过渡：式中：Lx任意点距缓和段起点的距离，m； L 加宽缓和段长，m； b 圆曲线上的全加宽值，m。超高的过渡方式：新建无中间带道路的超高过渡：绕内侧边缘旋转。表11 绕边轴旋转超高值计算公式超高位置计算公式注圆曲线上外缘1.计算结果均为与设计高之高差中线2.临界断面距过渡段起点的距离内缘过渡段上外缘3.x距离处的加宽值中线内缘（按比例过渡）过渡段、圆曲线上主点桩号的超高加宽值计算如下（ZH、HZ不在计算范围内）：表12 超高加宽表平曲线圆曲线上过渡段上内侧加宽值bx（m）桩号外缘中线內缘外缘中线內缘1k0+2380.28 0.14 -0.04 1.01 HY+252.850.41 0
29、.20 -0.09 1.5YH1+314.7550.41 0.20 -0.09 1.5K0+3370.21 0.11 -0.02 0.76HY2+6480.41 0.20 -0.09 1.5YH2+704.070.41 0.20 -0.09 1.5HY3+749.470.49 0.23 -0.14 2YH3+903.210.49 0.23 -0.14 2HY4+0960.33 0.16 -0.05 1YH4+128.520.33 0.16 -0.05 1七、土石方量计算及调配横断面设计完后，就要计算各桩号的土石方量。表面1m为普通土，1m以下为次坚石，均可以利用。在进行土石方调运时，注意以下几点：首先考虑本桩利用。尽可能避免和减少上坡运土。当运距超过500m时，考虑采用外借的方式。土石方调配，首先按教材所述要求，将有关数据计算出，然后在路基土石方数量计算表（附表3）上进行图示法调配，调配中要用公式：填方=本桩利用+填缺挖方=本桩利用+挖余进行闭合核实，调配完成要进行闭合验算，公式为：填缺=远运利用+借方挖余=远运利用+废方