山阳县金钱河桥施工图设计本科毕业论文.doc 45页

目录摘要I第1章绪论11.1选题的缘由及目的11.2采用的方法及意义11.3设计概况1第2章平面设计42.1平面设计的技术指标42.2设计行车速度的确定42.3选线设计42.3.1选线的基本原则52.3.2选线的步骤和方法52.3.3主点坐标及方位角计算62.4平曲线设计82.4.1平曲线设计原则82.4.2曲线要素计算92.4.3逐桩坐标计算14第3章纵断面设计243.1纵断面设计的原则243.2纵断面设计技术指标243.3纵断面选线设计253.3.1纵断面设计步骤253.3.4纵断面设计高程计算26第4章横断面设计32 4.1横断面设计的原则324.2横断面设计技术指标324.3超高与加宽334.3.1超高过度方法334.3.2超高值计算354.4行车视距检验394.5路基设计表394.6土石方量计算394.6.1横断面图的绘制394.6.2土石方量计算39第五章结论41参考文献42致谢43 摘要高速公路的初步设计主要内容是确定设计方案，进行纸上定线，选择或计算各项技术指标。本设计主要包括三部分，平面设计、纵断面设计、横断面设计。设计时在平面、纵断面、横断面设计相互结合的情况下进行。平面设计介绍了路线选线原则、步骤、方法，计算路线上主点坐标及方位角的过程，平曲线设计的原则，平曲线三要素中各部分长度的限制，计算曲线要素及主点里程，计算逐桩点的坐标。纵断面设计介绍了纵断面设计的原则、步骤,竖曲线设计要求，竖曲线要素、设计高程的计算。横断面设计介绍了横断面设计原则，确定路基各部分宽度，超高设置及超高值的计算，检验行车视距，土石方量计算。通过三个断面的设计，最终设计出符合设计要求、经济合理、线形美观、视觉效果良好的高速公路。关键词：高速公路，设计，线形43 第1章绪论1.1选题的缘由及目的公路是为国民经济、社会发展和人民生活服务的公共基础设施，公路运输在整个交通运输系统中也处于基础地位。近几年来，随着我国国民经济的迅速发展，工业化、市场化、城镇化进程的加快，社会人员流动、物资流动的持续增长，使得公路运输能力远远不适应国民经济和社会发展的需求。我国高速公路建设起步较晚，已建成通车的高速公路多数位于经济较发达的沿海、平原微丘岭地区。随着全面建设小康社会和西部大开发战略的实施，我国制定了高速公路发展规划，高速公路已经大量向山区延伸，今后，山区高速公路将会成为建设重点。面对山区复杂多变的自然地理条件，在设计阶段，要通过不同技术标准的选择，实行环境保护、生态平衡及可持续发展的目标。1.2采用的方法及意义本设计采用平、纵、横面分别设计的方法，在设计过程中，既要分别处理各断面的技术指标，又需要综合考虑，以设计出质量高的线形。公路是我国重要的交通基础设施，对国民经济和社会发展具有积极的推动作用。我国高速公路通车里程中有约1/4的里程为山区高速公路，代表山区高速公路管理水平、设计水平、建设水平及成套技术等已经跨入了世界先进行列。1.3设计概况(1)概述：毕业设计用地形图(1：2000)张石公路张北至旧罗家洼段高速公路位于张家口地区西北部，是张家口市“四横三纵一连线”路网主骨架规划中第一纵的一部分,是沟通张家口地区坝上、坝下之间唯一的一条交通主干线。本段公路的建设将为加强省会及河北省南部与西北部地区的连络，开辟便捷通道，大大改善张家口地区的投资环境，对张家口地区的经济发展将起到十分重要作用。同时对开发当地自然资源，发展旅游事业，建设现代化国防交通，构筑北京高速公路大环线缓解过境交通压力等方面具有重大政治军事和战略意义。(2)地质、水文43 ①地形地貌　本项目沿线地形复杂，地貌单元类型多样，分别跨越坝上高原区及冀西北山间盆地区两个不同的地貌单元。②气候和气象工作区地处中纬度偏北部位，受内蒙古高原控制影响较大，属温带大陆性气候，冬季寒冷干燥，夏季短促炎热，且雷雨和冰雹较多，春季和秋季风沙频繁发生。在纬度和地形因素的双重控制下，气候在区域上具有南北向的水平分带，导致了南北方向上大气候的连续变化，同时也因地形因素的影响，造成小气候的局部变化。该公路途径地段由北而南，年平均气温和最高平均气温逐渐上升，而最低平均气温则逐渐降低；极端最高气温除阳原稍有例外外，在总体上也表现为增高的趋势；无霜期以张北时间最短，其余地区大体相近；最大冻土深度以张北最大，最大冻深2.00米，其余地区在1.40—1.50m之间；降雨量受小气候影响较大，山区雨量偏多，变化也较复杂，但各地差别不大，均在386.7—464.9mm之间。上述变化总体上可归结为两大区域：即坝上和坝下两大气候区，其中除张北属坝上气候区外，其它地区均属坝下气候区。③水系和河流受地貌单元的控制，路线途径地段的水系以“坝缘”为界，除闪电河属于滦河水系外，其余均属内陆河水系，湖泊和“淖儿”是其最终的汇集地。坝下河流均属永定河和潮白河水系，但与该公路有关的水系均为永定河水系，其中最大的河流为洋河和桑干河。④区域地质概况张家口地区横跨两大一级构造单元，以康保—43 赤峰深断裂为界，之北为内蒙古兴安华力西地槽褶皱带，之南为中期准地台。在构造演化史上，华力西期北部构造活动强烈，而南部处于相对稳定的上升阶段，从而使区内的广大地区缺失奥陶纪至三叠纪的沉积。在三叠纪的末期，南部地区由稳定转变为活动区，从而使区内三叠纪以前的地层在区内成为大小不同的断块，这些断块突起的部位或成为孤立的山体，或成为藕断丝连的山岭，而凹陷的部位，则成为大小不同的盆地，从而构成本区盆山相间分布的格局。这些盆地则为本区侏罗系的沉积开创了条件。早侏罗世为河湖相沉积。中侏罗世本区构造转入活动区，开始了以中性为主的火山喷发活动。晚侏罗世是本区构造活动最为强烈的时期，形成了以酸性为主的火山岩。直至白垩世早期。而经侏罗纪的填平补齐作用，侏罗纪原有的盆地的范围大大缩小，并经强烈的构造褶皱作用，使侏罗纪褶皱成山。白垩系是本区河湖沉积的稳定时期，从而形成了一套以砂砾岩和泥岩为主体的建造，盆地面积进一步缩小。至白垩纪晚期，本区构造又进入了强烈的活动阶段，从而形成了以汉诺坝玄武岩为代表的第三纪火山沉积。至此本区的构造活动又相对减弱，开始了第四纪沉积，其中以泥河湾的第四纪最具代表性，并形成了现今的地形地貌。但本区地震断裂带多发的事实表明，本区的构造活动仍在周期性的进行，其周期在159—244年之间，同时地震活动也较为强烈。(3)筑路材料本项目地处坝上高原、南部丘陵地带及坝下山岭盆地内，区内白云岩、灰岩、玄武岩等硬质岩大量分布，坝上内陆河流及坝下永定河水系河流众多，因此具有丰富的砂砾料、石料及石灰等筑路材料资源。另外，张家口电厂粉煤灰储存有数百万方，宣化及下花园两区均有水泥厂等，保证了公路工程所需材料。由于区内路网较为发达，各料场均有道路通往国道或其它沥青路，交通运输条件也较便利。43 第2章平面设计道路平面线形设计，是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理地确定各线性要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采取长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。2.1平面设计的技术指标圆曲线半径，缓和曲线长度，圆曲线及缓和曲线的最小长度，平曲线的最小长度，曲线间直线的最大长度和最小长度。2.2设计行车速度的确定依据，根据公路的功能、等级及交通组成，结合沿线地形、地物、地质状况等，从工程施工的难易程度,工程量大小及技术经济等方面的角度考虑，本设计的设计车速选为100km/h。2.3选线设计线形设计是高速公路设计的关键，线形设计的好坏更是高速公路总体设计及其设计质量的主要评价标准。在进行高速公路设计时，应注意：(1)保证汽车行驶的安全性和舒适性，并保证运营的经济性；(2)满足驾驶员运动视觉和心理要求；(3)与公路的环境及景观协调一致；(4)与地形、地物、土地利用规划等自然条件和社会条件相适应；(5)使工程费用与工程利益相均衡，经济合理。从设计资料及地形图中可以看出，该处路段地形复杂多变，沟壑交错，地面坡度变化较大，且坡长较长，气候条件复杂，这些都使设计中的各项技术指标受到限制，给设计带来很多困难。43 2.3.1选线的基本原则(1)在对多方案深入、细致的研究、论证、比选的基础上，选定最优路线方案。(2)路线设计应尽量做到工程量少、造价低、营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术标准。(3)路线的基本走向必须与道路的主客观条件相适应。(4)选线应注意同农田基本建设的配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园。(5)要注意保持原有自然状态，并与周围环境相协调。(6)选线时注意对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，弄清其对道路的影响。(7)选线应综合考虑路与桥的关系。2.3.2选线的步骤和方法道路选线的目的就是根据道路的性质、任务、等级和标准，结合地质、地表、地物及其沿线条件，结合平、纵、横三方面因素。在纸上选定道路中线的位置，而道路选线的主要任务是确定道路的具体走向和总体布局，具体定出道路的交点位置和选定道路曲线的要素，通过纸上选线把路线的平面布置下来。(1)全面布局全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。就是在起终点以及中间必须通过的据点间寻找可能通过的路线带。具体的在方案比选中体现。路线的基本走向与道路的主观和客观条件相适应，限制和影响道路的走向的因素很多，归纳起来主要有主观和客观两类。主观条件是指设计任务书或其他的文件规定的路线总方向、等级及其在道路网中的任务和作用，我们的起终点就是由老师规定的。而客观条件就是指道路所经过的地区原有交通的布局，城镇以及地形、地质，水文、气象等自然条件。上述主观条件是道路选线的主要依据，而客观条件是道路选线必须考虑的因素。(2)逐段安排43 在路线基本走向已经确定的基础上，根据地形平坦与复杂程度不同，可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法，插出一系列的控制点，然后从这些控制点中穿出通过多数点(特别是那些控制较严的点位)的直线段，延伸相邻直线的交点，即为路线的转角点。(3)具体定线在逐点安排的小控制点间，根据技术标准的结合，自然条件，综合考虑平、纵、横三方面的因素。随后拟定出曲线的半径，至此定线工作才算基本完成。做好上述工作的关键在于摸清地形的情况，全面考虑前后线形衔接与平、纵、横综合关系，恰当地选用合适的技术指标，使整个线形得以连贯顺直协调。2.3.3主点坐标及方位角计算本设计中，路线的起、终点确定之后，根据选线的基本原则，以及该路段的地形、地质条件，制定了两个路线方案。经过方案的比选，选出了一条符合设计要求的最佳路线方案，最终定出具体路线。见附录路线平面图。根据设计资料的GPS点求得起点A，，，终点D的坐标。计算出起点、交点、终点的坐标如下：起点A：(4503695.277,505648.328)B：(4503499.821,506234.183)C：(4502912.268,506891.986)终点D：(4502647.431，507396.725)路线方位角计算公式(2-1a)式中，,——A点坐标；,——B点坐标。(2-1b)由式(2-1)求方位角==-2.9973743 求得AB段路线的方位角180°-108.45°由此可求得其它各路线的方位角=-1.11956BC段路线方位角180°-131.7714°=-1.90585CD段路线方位角=180°-117.686°转角计算(2-1c)式中，为路线AB段的方位角；为路线BC段的方位角。由式(2-1c)得处的转角23.3214°处的转角14.0852°由要求可知，曲线间直线的最大长度为20V，最小长度为2V，因此本设计中直线长度的限制长度为：200m<<2000m。路线长度计算公式(2-1d)式中，,——点坐标；——点坐标。由式(2-1d)及A、B、C、D四点坐标可求得各段路线长度。AB段：=617.6mBC段：=882m43 CD段：=570m2.4平曲线设计2.4.1平曲线设计原则(1)平面线形应直捷、连续、顺舒，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。(2)除满足汽车行驶力学上的基本要求外，还应满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。(3)保持平面线形的均衡与连贯。为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶，应注意使线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变。(4)应避免连续急弯的线形。这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或缓和曲线。(5)平曲线应有足够的长度。如平曲线太短，汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整，一般都应控制平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）的最小长度。在平曲线设计时，要考虑圆曲线最小长度、缓和曲线最小长度、平曲线的最小长度等条件的限制。由要求可知：圆曲线最小长度。缓和曲线最小长度要符合三个条件：(1)旅客感觉舒适的最小缓和曲线长度：；(2)超高渐变率适中的最小缓和曲线长度：；(3)行驶时间不过短的最小缓和曲线长度：。平曲线长度要求：平曲线长度最小长度一般是850m。平曲线类型的选择。43 在公路设计尤其是高速公路设计中，缓和曲线的应用保证了行车安全，行车时的舒适性，使设计出的公路线形美观、协调。直线、缓和曲线、圆曲线是平面线形的几何三要素，他们相互组合，可以组合成多种平面线形，本设计的平曲线线形选择基本型。基本形曲线几何元素及其公式。按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。在线形设计中经常采用这种线形。如图2-1所示。缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。规定，除四级路可以不设缓和曲线外，其余各级都应设置缓和曲线。它的曲率连续变化，便于车辆遵循；旅客感觉舒适；行车更加稳定；增加线形美观等功能。设计是要注意和圆曲线相协调、配合，在线形组合和线形美观上产生良好的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：1：1。在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定除应满足最小，外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。根据设计速度是100km/h，考虑上述各项条件的要求，选择各转角处圆曲线半径，缓和曲线，选择处圆曲线半径=1000m，缓和曲线=200m，处圆曲线半径=800m，缓和曲线=100m。2.4.2曲线要素计算43 图2-1平曲线示意图曲线要素计算公式(m)(2-2a)(m)(2-2b)(°)(2-2c)(m)(2-2d)(m)(2-2e)(m)(2-2f)(m)(2-2g)式中，——缓和曲线切线增值(m)；——圆曲线的内移值(m)；——缓和曲线角(°)；——切线长(m)；——平曲线长度(m)；43 ——外距(m)；——校正值(m)。第一平曲线主要几何元素的计算桩号：(1)平曲线几何元素计算：右偏23.3214°=1000(m)=200(m)由式(2-2)得缓和曲线切线增值==99.9667(m)圆曲线的内移值==1.666(m)切线长=(1000+1.666)23.3214°/2+99.9667=306.685(m)平曲线长度=3.14×1000×11.8564°/180+2×200=606.829(m)外距=(1000+1.666)23.3214°/2－1000=22.774(m)校正值=2×306.685－606.82943 =6.541(m)(2)平曲线主点桩号计算(2-3a)(2-3b)(2-3c)(2-3d)(2-3e)式中，、——平曲线各主点里程；——圆曲线长度。：K0＋617.60由式(2-3)得=(K0＋617.60)－306.685=K0＋310.915=(K0＋310.915)＋200=K0＋510.915=(K0＋510.915)＋206.829=K0＋717.744=(K0＋717.744)＋200=K0＋917.744=(K0＋917.744)－606.829/2=K0＋614.329第二平曲线主要几何元素的计算桩号：(1)平曲线几何元素计算：左偏14.0852°=800(m)=100(m)由式(2-2)得缓和曲线切线增值=43 =49.993(m)圆曲线的内移值==0.521(m)切线长=(800+0.521)14.0852°/2+49.993=148.890(m)平曲线长度=3.14×800×6.9196°/180+2×100=296.568(m)外距=(800+0.521)14.0852°/2－800=6.606(m)校正值=2×148.890－296.568=1.212(m)(2)平曲线主点桩号计算：K1＋499.60由式(2-3)得=(K1＋499.60)－148.890=K1＋344.169=(K1＋344.169)＋100=K1＋444.169=(K1＋444.169)＋96.568=K1＋540.73743 =(K1＋540.737)＋100=K1＋640.737=(K1＋640.737)－296.568/2=K1＋492.453由计算结果绘制直线、曲线及转角表，它是路线平面设计的重要成果之一，能集中反映公路平面线形设计的成果和数据，是施工放线和复测的主要依据。详见附录直线、曲线及转角表。2.4.3逐桩坐标计算逐桩坐标是高等级公路平面设计成果组成之一，是道路中线放样的重要资料。高等级公路的线性指标高，在测设和放样时采用坐标法，保证其测量精度。其计算和测量的方法是按“从整体到局部”的原则进行。根据导线点坐标用全站仪或GPS测量路线交点坐标或从图上直接量取（纸上顶线时）交点坐标，计算交点转角和方位角、交点间距。再根据计算结果、选定的曲线半径和缓和曲线长度，计算中线上各桩坐标。2.4.3.1平曲线上各点坐标计算(1)第一平曲线上逐桩坐标计算第一缓和曲线坐标计算公式(2-4a)(2-4b)第二缓和曲线坐标计算公式(2-5a)(2-5b)式中，；；——缓和曲线上任一点到ZH、HZ点曲线长(m)。圆曲线上坐标计算公式43 (2-6a)(2-6b)(2-6c)(2-6d)(2-6e)(2-6f)(2)方位角计算第一缓和曲线方位角计算公式(2-7a)第二缓和曲线方位角计算公式(2-7b)圆曲线方位角计算公式(2-7c)式中，——圆曲线上方位角；——HY点处方位角；——曲线偏角。ZH点坐标计算(2-8a)(2-8b)坐标为(4503499.821,506234.183)由式(2-8)得43 =4503499.821+306.685×cos108.45°=4503596.880m=506234.183–306.685×sin108.45°=505943.262mHZ点坐标计算(2-9a)(2-9b)由式(2-9)得=4503499.821–306.685×cos108.45°=4503295.520m=506234.183+306.685×sin108.45°=506462.911mK0+390.00坐标计算由式(2-4)得=79.085m=79.083m=0.412m=4503596.880+79.083×cos108.45°–0.412×sin108.45°=4503571.461m=505943.262+79.083×sin108.45°+0.412×cos108.45°=506018.411m43 由式(2-7a)得=108°27¢56.29²HY点K0+510.915坐标计算由式(2-4)得=200m=199.8m=6.667m=4503596.880+199.8×cos108.45°–6.667×sin108.45°=4503527.324m=505943.262+199.8×sin108.45°+6.667×cos108.45°=506130.682m由式(2-7a)得=108°33¢00²YH点K0+717.744坐标计算由式(2-5)得=200m=199.8m=6.667m=4503295.520–199.8×cos131.7714°–6.667×sin131.7714°=4503423.647m=506462.911–199.8×sin131.7714°+6.667×cos131.7714°=506309.457m由式(2-7b)得=131°40¢17.04²K0+780.00坐标计算43 由式(2-5)得=137.744m=137.712m=2.178m=4503295.520–137.744×cos131.7714°–2.178×sin131.7714°=4503385.635m=506462.911–137.744×sin131.7714°+2.178×cos131.7714°=506358.754m由式(2-7b)得=131°43¢26.28²QZ点K0+614.329坐标计算由式(2-6)得=(K0+614.329)–(K0+310.915)=103.414m=11.6607°=302.082m=22.3043m=4503596.880+302.082×cos108.45°–22.304×sin108.45°=4503480.120m=505943.262+302.082×sin108.45°+22.304×cos108.45°43 =506222.758m由式(2-7c)得=120°48¢38.52²K0+650.00坐标计算由式(2-6)得=(K0+650.00)–(K0+310.915)=139.085m=13.7055°=336.898m=30.140m=4503596.880+336.898×cos108.45°–30.140×sin108.45°=4503461.589m=505943.262+336.898×sin108.45°+30.140×cos108.45°=506253.305m由式(2-7c)得=122°15¢19.83²(3)第二平曲线上逐桩坐标计算第一缓和曲线坐标计算公式(2-10a)(2-10b)第二缓和曲线坐标计算公式(2-11a)43 (2-11b)圆曲线上坐标计算公式(2-12a)(2-12b)(2-12c)(2-12d)(2-12e)(2-12f)(4)方位角计算第一缓和曲线方位角计算公式(2-13a)第二缓和曲线方位角计算公式(2-13b)圆曲线方位角计算公式(2-13c)式中，——圆曲线上方位角；——HY点处方位角；——曲线偏角。ZH点坐标计算坐标为(4502912.268,506891.986)由式(2-8)得=4502912.268+148.890×cos131.7714°=4503011.452m43 =506891.986–148.890×sin131.7714°=506780.943mHZ点坐标计算由式(2-9)得=4502912.268–148.890×cos131.7714°=4502842.720m=506891.986+148.890×sin131.7714°=507023.634mK1+370.00坐标计算由式(2-10)得=25.831m=25.831m=0.036m=4503011.452+25.831×cos131.7714°+0.036×sin131.7714°=4502994.512m=506780.943+25.831×sin131.7714°–0.036×cos131.7714°=506800.231m由式(2-13a)得=131°46¢2²K1+600.00坐标计算由式(2-11)得=40.737m43 =40.736m=0.141m=4502842.720–40.736×cos117.686°–0.141×sin117.686°=4502861.522m=507023.634–40.736×sin117.686°+0.141×cos117.686°=506987.497m由式(2-13b)得=117°41¢46.94²K1+510.00坐标计算由式(2-12)得=(K1+510.00)–(K1+344.169)=65.831m=8.2999°=165.478m=8.90m=4503011.452+165.478×cos131.7714°+8.9×sin131.7714°=4502907.855m=506780.943+165.478×sin131.7714°–8.9×cos131.7714°=506910.285m由式(2-13c)得=123°24¢32.13²43 2.4.3.2直线上各点坐标计算计算已得出A点处的坐标，由下列公式计算直线段上各逐桩点的坐标。(2-14a)(2-14b)由式(2-14)可计算出直线段上各点坐标。各点坐标计算结果详见附录逐桩坐标表。43 第3章纵断面设计纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡场合竖曲线长短适当、平面与纵面组合设计协调以及填挖经济、平衡。3.1纵断面设计的原则(1)应满足纵坡与竖曲线的各项规定。(2)纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡。(3)纵面线形应与地形相适应，在纵坡大小、长短及前后坡段协调的情况下，对竖曲线半径及与平面线形的组合进行研究，设计出平顺、连续的纵断面线形。(4)避免使用竖曲线半径小、长度短的纵面线性。(5)平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。(6)平、纵线形的技术指标大小应均衡。(7)纵断面设计应考虑排水的要求。(8)与周围环境相协调，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并起到引导视线的作用。(9)注意构造物设计对纵坡的特殊要求。(10)当相邻坡段的坡差很小时，应设置较大半径的竖曲线，以保证竖曲线的最小长度满足要求。3.2纵断面设计技术指标画出原地面线，根据纵断面设计原则，由设计速度是100km/h，查《规范》得纵坡度的最大纵坡为4%、最小纵坡0.3%及合成坡度10%，满足最短坡长350m43 和最大坡长800m的限制。3.3纵断面选线设计3.3.1纵断面设计步骤路线纵断面设计主要是坡度设计和竖曲线设计。其主要步骤包括：(1)拉坡前的准备工作；(2)标注控制点位置；(3)试坡；(4)调整；(5)核对；(6)定坡；(7)设置竖曲线。3.3.2竖曲线设计要求(1)宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。(2)同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。(3)反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。(4)应满足排水要求。竖曲线最小半径要求：(1)缓和冲击；(2)时间行程不过短；43 (3)满足视距。根据竖曲线设计及半径选择的要求，选择各竖曲线半径。3.3.3纵断面竖曲线要素确定计算竖曲线要素计算公式(3-1a)(3-1b)(3-1c)(3-1d)(3-1e)式中，——曲线长(m)；——切线长(m)；——外距(m)；——竖距(m)。3.3.4纵断面设计高程计算3.3.4.1竖曲线设计高程计算在此纵断面设计中，需要设计三个竖曲线以满足要求。选择第一竖曲线半径=10000m，变坡点桩号K0+650，高程为694.00m，=-0.03，=+0.006计算竖曲线要素由式(3-1)得=0.006–(-0.03)=0.036，为凹形。=10000×0.036=360m=180m=1.62m计算设计高程43 竖曲线起点桩号=(K0+650)–180=K0+470.00竖曲线起点高程=694.00+0.03×180=699.40m桩号K0+490处:横距=(K0+490)–(K0+470)=20m竖距==0.02m切线高程=699.40–0.03×20=698.80m设计高程=698.80+0.02=698.82m桩号K0+570处:横距=(K0+570)–(K0+470)=100m竖距==0.5m切线高程=699.40–0.03×100=696.40m设计高程=696.40+0.5=696.90m桩号K0+780处:横距=(K0+780)–(K0+470)=310m竖距==4.805m切线高程=699.40–0.03×310=690.10m设计高程=690.10+4.805=694.905m选择第二竖曲线半径=12000m，变坡点桩号K1+180.00，高程为697.70m，=0.006，=-0.01计算竖曲线要素=-0.01-0.006=-0.016，为凸形。=12000×0.016=192m=96m43 =0.384m计算设计高程竖曲线起点桩号=(K1+180)–96=K1+084.00竖曲线起点高程=697.70-0.006×96=697.124m桩号K1+140处:横距=(K1+140.00)–(K1+084.00)=56m竖距==0.13m切线高程=69.124+0.006×56=697.46m设计高程=697.46-0.13=697.33m桩号K1+180处:横距=(K1+180)–(K1+084)=96m竖距==0.384m切线高程=697.124+0.006×196=697.70m设计高程=697.70-0.384=697.316m桩号K1+220处:横距=(K1+220)–(K1+084)=136m竖距==0.77m切线高程=697.124+0.006×136=697.94m设计高程=697.94–0.77=697.17m选择第三竖曲线半径=6000m，变坡点桩号K1+940，高程为689.60m，=-0.01，=+0.01计算竖曲线要素=0.01-(-0.02)=0.02，为凹形。43 =6000×0.02=120m=60m=0.3m计算设计高程竖曲线起点桩号=(K1+940)–60=K1+880.00竖曲线起点高程=689.60+0.01×60=690.20m桩号K1+900处:横距=(K1+900)–(K1+880)=20m竖距==0.03m切线高程=69.0–0.01×20=690.00m设计高程=690.00+0.03=690.03m桩号K1+940处:横距=(K1+940)–(K1+880)=60m竖距==0.3m切线高程=690.20–0.01×60=689.60m设计高程=689.60+0.3=689.90m3.3.4.2直线段设计高程的计算凹形竖曲线(3-2a)凸形竖曲线(3-2b)式中,——为切线点处高程(m)；——桩号距切线点距离(m)；——坡度。43 计算变坡点桩号K0+650处两侧直线段的设计高程，该处是凹形竖曲线，左侧切线点处里程桩号是K0+470，切线点处高程=699.40m，坡度=-0.03；右侧切线点处里程桩号是K0+830，切线点处高程=695.08m，坡度=0.006。桩号K0+450=20m=0.03由式(3-2a)得=699.40+20×0.03=700.00m桩号K0+280=190m=0.03由式(3-2a)得=699.40+190×0.03=705.10m桩号K0+880=50m=0.006由式(3-2a)得=695.08+50×0.006=695.38m计算变坡点桩号K1+180处两侧直线段的设计高程，该处是凸形竖曲线，左侧切线点处里程桩号是K1+084，切线点处高程=697.124m，坡度=0.006；右侧切线点处里程桩号是K1+276，切线点处高程=696.74m，坡度=-0.01。桩号K1+060=24m43 =0.006由式(3-2b)得=697.124-24×0.006=696.46m桩号K0+980=104m=0.006由式(3-2b)得=697.124-104×0.006=695.98m桩号K1+320=44m=0.01由式(3-2b)得=697.124-44×0.01=696.30m计算结果见附录路基设计表。3.3.4.3绘制纵断面设计图纵断面设计图主要包括以下数据：(1)直线与平曲线；(2)里程及桩号；(3)地面标高；(4)设计标高；(5)填挖高度值；(6)坡度、坡长；(7)土壤地址说明，以及竖曲线位置及要素等。由原地面线高程和设计高程计算出路基中线填挖高度,结果见附录路基设计表。43 第4章横断面设计4.1横断面设计的原则(1)设计应根据公路等级、行车要求和当地自然条件，并综合考虑施工、养护和使用等方面的情况，进行精心设计，既要坚实稳定，又要经济合理。(2)路基设计除选择合适的路基横断面形式和边坡坡度等外，还应设置完善的排水设施和必要的防护加固工程以及其他结构物，采用经济有效的病害防治措施。(3)还应结合路线和路面进行设计。选线时，应尽量绕避一些难以处理的地质不良地段。对于地形陡峭、有高填深挖的边坡，应与移改路线位置及设置防护工程等进行比较，以减少工程数量，保证路基稳定。(4)沿河及受水浸水淹路段，应注意路基不被洪水淹没或冲毁。(5)当路基设计标高受限制，路基处于潮湿、过湿状态和水温状况不良时，就应采用水稳性好的材料填筑路堤或进行换填并压实，使路面具有一定防冻总厚度，设置隔离层及其他排水设施等。(6)路基设计还应兼顾当地农田基本建设及环境保护等的需要。4.2横断面设计技术指标(1)车道宽度设计车速为100km/h，单车道宽度为3.75m。(2)高速公路整体式断面必须设置中央带。中央带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成，可采用一般值设计，取3.50m。(3)路肩宽度根据，右侧硬路肩宽度采用3.00m，土路肩宽度采用0.75m，高速公路应在右侧硬路肩宽度内设右侧路缘带，采用0.75m。(4)路基宽度43 高速公路四车道路基宽度取一般值26.00m。(5)路拱横坡度=2%图4-1公路路基宽度示意图(m)4.3超高与加宽为了抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，因此要在平曲线处设置超高，以保证行车安全。4.3.1超高过度方法根据公路等级设计速度和平曲线半径，计算超高横坡度。高速公路的超高过渡方式采用绕中央分隔带边缘旋转的方式，因此，本设计采用此方式。计算超高横坡度公式(4-1)式中，——设计时速(km/h)；——横向力系数；43 ——平曲线半径(m)。取=0.029由式(4-1)得=0.05超高过渡段长度计算公式(4-2)式中，——最小超高过渡段长度(m)；——旋转轴至行车道外侧边缘的宽度(m)；——超高坡度与路拱坡度的代数差；——超高渐变率。超高渐变率取1/175。超高值计算公式外侧(4-3a)(4-3b)内侧(4-3c)(4-3d)式中，——右侧行车道宽度(m)；——左侧路缘带宽度(m)；——右侧路缘带宽度(m)；——超高缓和段中任意一点至超高缓和段起点的距离(m)。4.3.2超高值计算4.3.2.1第一平曲线超高值计算43 由式(4-2)得=110.25m<=200m因此取超高过渡段长度=200mZH点处外侧=0由式(4-3a)得=-=-0.02由式(4-3b)得=(0.75+7.5+0.75)×(-0.02)=-0.180m内侧由式(4-3c)得=0.02由式(4-3d)得=-(0.75+7.5+0.75)×(0.02)=-0.180mK0+430点处外侧=119.085由式(4-3a)得=0.022由式(4-3b)得=(0.75+7.5+0.75)×0.022=0.195m内侧由式(4-3c)得=0.038由式(4-3d)得=-(0.75+7.5+0.75)×0.038=-0.341mHY点处43 外侧=200m由式(4-3a)得=0.05由式(4-3b)得=(0.75+7.5+0.75)×0.05=0.450m内侧由式(4-3c)得=0.05由式(4-3d)得=-(0.75+7.5+0.75)×0.05=-0.450m第一平曲线超高值计算结果见表4-1表4-1第一平曲线超高值计算结果表桩号说明（m）中间（m）K0+310.915ZH-0.1800-0.180K0+330.00-0.1200-0.206K0+350.00-0.0570-0.233K0+370.000.0060-0.260K0+390.000.0690-0.287K0+410.000.1320-0.404K0+430.000.1950-0.341K0+450.000.2580-0.368K0+470.000.3210-0.395K0+490.000.3870-0.423K0+510.915HY0.4500-0.450K0+717.744YH0.4500-0.450K0+740.000.3800-0.42043 K0+760.000.3170-0.393K0+780.000.2540-0.366K0+800.000.1910-0.339K0+820.000.1280-0.312K0+840.000.0650-0.285K0+860.000.0020-0.258K0+880.00-0.0610-0.231K0+900.00-0.1240-0.204K0+917.744HZ-0.1800-0.1804.3.2.2第二平曲线超高值计算由式(4-2)得=110.25m>=100m但超高渐变率=1/175>1/330,仍取超高过渡段长度=100mZH点处外侧=0由式(4-3a)得=-=-0.02由式(4-3b)得=(0.75+7.5+0.75)×(-0.02)=-0.180m内侧由式(4-3c)得==0.02由式(4-3d)得=-(0.75+7.5+0.75)×(0.02)=-0.180mK1+430点处外侧=85.7368由式(4-3a)得=0.0443 由式(4-3b)得=(0.75+7.5+0.75)×0.04=0.361m内侧由式(4-3c)得=0.046由式(4-3d)得=-(0.75+7.5+0.75)×0.046=-0.412m第二平曲线超高值计算结果见表4-2表4-2第二平曲线超高值计算结果表桩号说明（m）中间（m）K1+344.169ZH-0.1800-0.180K1+370.00-0.0170-0.264K1+390.000.1090-0.321K1+410.000.2350-0.378K1+430.000.3610-0.435K1+444.169HY0.4500-0.450K1+540.737YH0.4500-0.450K1+560.000.3290-0.398K1+580.000.2030-0.344K1+600.000.0770-0.290K1+620.00-0.0490-0.236K1+640.737HZ-0.1800-0.180由于平曲线半径>250m，因此不需要进行加宽计算。4.4行车视距检验43 为了行车安全，驾驶员应能随时看到汽车前面相当远的一段路程，一旦发现前方路面上有障碍物时，能及时采取措施，避免相撞。因此，在公路设计时，必须考虑行车视距这一重要指标。行车视距主要检查道路平面上的“暗弯”，凡属“暗弯”都应该进行视距检查。本设计中共有两个转弯处，均是路基填方处，所以，可不考虑弯道内侧的行车视距。4.5路基设计表路基设计表是路线设计和路基设计成果的体现，主要内容包括平曲线要素、树曲线要素、地面高程、设计高程、填挖高度、路基各部分宽度以及超高段的设计高程等。详见附录路基设计表。4.6土石方量计算4.6.1横断面图的绘制运用AutoCAD软件，绘制路线的横断面图，并计算各横断面的面积。4.6.2土石方量计算当和相差不大时，用下列公式计算土石方量(4-4a)式中，——体积，即土石方数量分别为相邻两断面的面积——相邻断面之间的距离当和相差较大时，用下列公式(4-4b)式中，,其中>运用CAD计算出各横断面面积F,再由式(4-4)计算出路基土石方填挖方量43 计算结果见附录路基土石方填挖方量。43 第五章结论高速公路的建设正向西部山区转移，这些地区地形、地质条件复杂，气候变化异常，使设计的技术指标受到很大限制。在这类情况下，平面三要素的合理应用，比如直线的最大长度、曲线间直线长度、直线与圆曲线半径的协调配合等问题；路基和边坡稳定性考虑，平面三要素与工程数量、填挖高度的关系；平面三要素与交通事故多发点、事故率等安全关系；公路平、纵线形设计以及二者组合线形设计的检查和评价方法，分离式断面的坡长限制；在山区高速公路建设中，出现沟谷峡窄的地形或横坡较陡的山坡地带，在这种地形困难地区仍然按照正常的路基横断面布设，可能会产生外侧高填方、内侧高边坡，使得开挖工程量巨大，造成边坡稳定性差，破坏自然生态平衡等问题都需要进行进一步的研究。本设计在设计过程中，有些方面考虑的不是很全面，设计中会有许多不足之处。今后有待于提高。43 参考文献1《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)2《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)3《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)4《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)5《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008)6《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)7T.F.Fwa,M.ASCE;W.T.Chan;andY.P.Sim.OptimalVerticalAlignmentAnalysisforHighwayDesign[J].JOURNALOFTRANSPORTATIONENGINEERING/SEPTEMBER/OCTOBER2002/395——4028YusinLee;You-RenTsou;andHsiao-LiangLiu.OptimizationMethodforHighwayHorizontalAlignmentDesign[J].JOURNALOFTRANSPORTATIONENGINEERING©ASCE/APRIL2009/217——22443