双向两车道的三级公路设计毕业设计计算书

摘要

本次毕业设计为（A）标段，自东南向东北略呈倾斜。中部为山岭区和农作区交替变化。主要进行公路线形、路基和路面设计。其中，线形设计包括选线、方案比选、平面设计和纵断面设计；路基设计包括横断面设计、路基边坡设计等；路面设计包括路面结构层设计、路面结构层厚度设计和路面结构层验算。确定道路的等级以及道路设计的各个技术指标，为公路路线方案的比选准备了原始材料，确定了线路的平面位置。并且本设计对方案进一步细化，对路线的平面和纵断面进行了综合分析，根据技术标准及当地实际情况确定了路基宽度、高度及边坡坡度并且对路面材料、横断面布置、曲线超高及加宽的设置做了精心设计。

关键词:线形；缓和曲线；竖曲线；路基；路面

This graduation design is a (A) section, from the southeast to

the Northeastslightly inclined. Central to the mountain area and farming region alternation.The main highway alignment, roadbed

and pavement design. Among them, the alignment design including

the line selection, scheme selection, plane designand vertical section design; foundation design including cross-sectional design, subgrade slope design; pavement design includes a layer of pavement

structure design, the thickness of pavement structure design

and checking calculation of pavement structure layer. To determine the class of highway anddesign of various technical indicators, as

the highway route selection ofprepared raw materials, to determine the level of the circuit. And the design of the scheme are

further refinement, on the route of the plane and vertical

section conducted a comprehensive analysis, according to the technical standard and local actual situation to determine

the roadbed width, height and slope and the pavement

materials, cross section layout, curve superelevation and

broadening the settings made elaborate design.

Keywords: linear; transition curve; vertical curve; subgrade; pavement

目录

摘要 ......................................................................................................................................................... I 目录 ......................................................................................................................................................... II 1绪论 (4)

1.1 课题背景 (4)

1.2 课题研究的内容和目的 (4)

1.3 课题研究的意义 (5)

1.4 研究进度安排 (5)

2三级公路(A标段)设计总说明 (2)

2.1 基础资料 (2)

2.2 技术标准 (2)

3 线形设计 (4)

3.1 选线步骤 (4)

4 平面设计 (5)

4.1 平面线形设计 (5)

4.1.2缓和曲线计算 (6)

4.1.3视距验算 (10)

5排水设计 (12)

6纵断面设计 (13)

6.1 道路纵断面设计 (13)

6.2 道路纵断面设计原则 (13)

6.3 纵断面线形方案的确定 (13)

6.4 竖曲线要素计算 (14)

6.5 平纵组合设计 (15)

7 横断面设计 (17)

7.1 横断面设计 (17)

7.1.1断面设计原则 (17)

7.1.2各项技术指标 (17)

7.2 平曲线加宽以其过度 (17)

7.3 路拱及超高 (18)

7.3.1 路拱坡度 (18)

7.3.2 土路肩的横坡 (18)

7.3.3 超高缓和段长度的确定 (18)

7.3.4 超高设计 (20)

7.4 土石方计算和调配 (24)

7.4.1土石方计算 (24)

7.4.2土石方的调配 (24)

8方案比选 (7)

9结构层设计 (26)

9.1 交通分析 (26)

9.2 初拟水泥路面结构 (26)

9.3 路面材料参数确定 (27)

9.4 荷载疲劳应力 (27)

9.5 温度疲劳应力 (28)

9.6 水泥路面电算验算 (29)

9.7 接缝的构造及设计 (30)

9.8 沥青路面设计 (34)

9.9 计算容许弯拉应力 (35)

9.10 计算设计弯沉值 (38)

9.11 计算容许弯拉应力 (38)

10 验算 (42)

10.1 挡土墙验算 (42)

10.2 边坡稳定验算 (6)

11.工程量计算 (7)

11.1 挡土墙工程量计算 (7)

11.2 水泥路面工程量 (8)

11.3 沥青路面工程量 (8)

结论 (10)

致谢 (11)

1绪论

1.1资料

由交通量组成表，折算成以小客车为标准进行计算,见表1-1：

计算远景设计年限平均昼夜交通量由公式（2-1）计算

N

d =N

(1+γ)n-1

式中 N

d

—远景设计年平均日交通量，辆/日；

N

—起始年平均日交通量，辆/日；

γ—年平均增长率，取5%；

n—远景设计年限，取20年；

所以N

d

=2025×(1+5%)20-1=5117（辆/日）

根据《公路工程技术标准》JTG B01-2003 ，拟定该条道路为双向两车道的三级公路，设计车速为40km/h,设计采用的服务水平为二级。

1.2课题背景

正所谓想致富先修路，我家位于龙岩市新罗区万安镇，镇里通往市区还是其他乡镇，大多的路存在弯、窄、破坏度大的现状，大大增加行车的舒适性、安全性和车辆耗油量，为了进一步发展及改善乡镇的交通状况。现在设计三级公路（A标段）部分的路线沿线实际情况以及当地地质、水文条件情况，阐述了道路线形设计方面的一些内容，最后简单说明了公路建设项目施工期对环境影响的研究等。它符合三级公路的要求,在通行能力上既满足了人们的通行,而且还缩短了距离,在客观上道路的修建能带动经济的发展,道路的顺通也使人们在通行过程中领略到周围的景色。

1.3 课题研究的内容和目的

主要内容：

1、技术等级及标准的确定：按照《公路工程技术标准》选定，要求对技术指标分析论证。

2、路线平面设计（选定路线）：进行交点坐标和导线方位角设计；平曲线设计；里程

桩号的详细推算；路线平面图的绘制。

3、路线纵断面设计（选定路线）：转坡点位置的确定；坡度和坡长设计；竖曲线设计；纵断面图的绘制。

4、路基横断面设计：路幅设计（宽度和路拱横坡）；超高和加宽设计；边坡设计；路基设计表；视距检查，路基土石方计算及调配；路基横断面图的绘制。

5、路基稳定性验算：高路堤、深路堑需进行边坡稳定性验算及软土地基稳定性验算并提出加固措施。

6、典型挡土墙设计和计算：完成某段挡土墙设计和计算及全线挡土墙设计一览表及其工程数量。

7、路面结构设计及计算：设计沥青路面和水泥混凝土路面（论证比选）

目标：

1、巩固和加深学生的基本理论和专业知识。通过道路工程毕业设计，使学生能够综合的运用道路设计的基本理论进行道路的线形设计。能够掌握道路的平面线型、纵断面、横断面的设计方法和步骤，掌握方案的比选方法能够进行土石方量的计算和调配及路面结构的设计内容、方法、步骤等，从而达到较全面、系统地巩固、充实、提高所学的基础理论和专业知识。

2、培养学生独力工作、解决实际问题的能力。了解设计任务和熟悉给定资料的基础上，学会查找规范、手册、技术文献等参考资料及前人的经验，结合工程实际，在教师指导下独立进行工程设计。

3、培养学生认真负责，实事求是和刻苦钻研的工作作风。

1.4课题研究的意义

1、熟悉道路设计的整个过程，加强对规范手册的了解和应用；

2、掌握道路的基本概念，增强综合运用各种所学的知识的能力；

3、提高对工程进行施工组织能力、进行工程量计算和对工程造价进行分析计算及解决的能力；

4、培养学生进行调查研究和综合分析问题的能力，培养学生使用技术资料、提高计算、绘图和编写技术的能力；

5、培养综合运用理论知识和专业知识的基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，为毕业后尽快适应社会工作奠定基础；

6、培养学生建立理论联系实际、严谨踏实的科学作风和工程技术人员在工程建设施工中必须具备的全局观点和经济观点。

1.5 研究进度安排

1、技术等级及标准的确定（第1周）。

2、路线平面设计（选定路线）(第2-3周)。

3、路线纵断面设计（选定路线）（第3-4周）。

4、路基横断面设计（第5周）。

5、路基稳定性验算（第6周）。

6、典型挡土墙设计和计算（第7周）。

7、路面结构设计及计算（第8周）。

8、设计说明书、相关表格填写等（第9-10周）。

2方案比选

说明：两个方案均采用直线，缓和曲线，圆曲线相结合的办法，均符合平曲线设计要求，都是可行方案，两个方案平竖曲线均满足规范，满足平纵组合“平”包“纵”，与乡道，水渠多次相交，均采用通道、涵洞形式。由表也可以看出很多方面因素差别不大，关键在线形、施工和造价上，、方案一拆迁数较少,占用房屋少于方案二，根据整体土方计算填挖均匀同时填挖量较小，工程造价低,对于三级公路来说，综合考虑选方案一。

3三级公路(A标段)设计总说明

3.1 基础资料

(1)工程名称：万安-龙岩三级公路设计

（2）工程位置：龙岩市新罗区

设计规范及主要参考资料：

[1]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[S].北京:人民交通出版社,2004

[2]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[S].北京:人民交通出版社,2004

[3]《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）[S] .北京:人民交通出版社,2005

[4]《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）[S].北京:人民交通出版社,2007

[5]《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）[S] .北京:人民交通出版社,2000

[6]《公路工程技术标准》(JTG B01—2003) [S] .北京:人民交通出版社,2003

[7]《姚玲森.桥梁工程》[M].北京:人民交通出版社,1985

[8]《邵旭东.桥梁工程》[M].北京:人民交通出版社,2004

[9]《公路桥涵设计手册(墩台与基础)》[M].北京:人民交通出版社,1994

[10]《王慧东.桥梁敦台与基础工程》[M].北京:中国铁道出版社,2005

3.2 技术标准

本路线采用三级公路标准，主要指标如下：

计算行车速度：40公里/小时

路基宽度：8.5米

其中：

行车道宽度：3.5×2米

土路肩宽度：0.75×2米

车道数：2

路面横坡：2%

路肩横坡：3%

路面设计标准轴载：双轮组单轴轴载100KN（BZZ—100）

极限最小半径：60米

停车视距：40米

超车视距：200米

最大纵坡： 8%

最小坡长：120米

车辆荷载：计算荷载汽车—20级；验算荷载挂车—100 路面设计标准轴载：双轮组单轴轴载100KN（BZZ—100）

4 线形设计

4.1 选线步骤

道路选线就是根据路线的基本走向和技术标准，结合当地的地形、地质、地物及其他沿线条件和施工条件等，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。

一条路线的选定是一项由大到小、由粗到细、由轮廓到具体，逐步深入的工作。一般要经过以下三个步骤：

(1) 全面布局

(2) 逐段安排

(3) 具体定线

5平面设计

5.1 平面线形设计

5.1.1 线形平曲线要素值的确定

1、平面设计原则：

(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。

2 、平曲线要素值的确定：

平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。（1）圆曲线最小半径选用曲线半径时应注意前后线形的协调不应突然采用小半径曲线长直线或线形较好路段不能采用最小圆曲线半径从地形条件好的区段进入地形条件较差区段时线形技术指标应逐渐过渡防止突变，圆曲线半径大于一定数值时可以不设置超高而允许设置等于直线路段路拱的反超高。缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或两个圆曲线之间的曲率半径逐渐变化的线形。《标准》规定，除四级公路可不设缓和曲线外，其余各级公路在其半径小于不设超高的最小半径时都应设置缓和曲线。而为了车辆在缓和曲线上平稳地完成曲率的过渡与变化，保证线形顺适美观，同时为了在曲线上设置超高和加宽缓和段，应规定缓和曲线的最小长度。

根据以上规范规定，结合本设计的实际地形情况，线形的基本设计要素如下：

方案一：

JD：R=170m Ls=35 α= 18°12′12.6″

1

JD：R=80m Ls=35 α= 46°45′46.6″

2

方案二：

JD：R=100 Ls =35 α= 33°0′42.8″

1

JD：R=135 Ls =35 α= 34°50′53.1″

2

5.1.2缓和曲线计算

方案一：

1JD ：

(1) 确定缓和曲线的最小长度

1)按离心加速度的变化率计算

m 55.1317040036.0036.033min s =?==R V L

2)按驾驶员的操作及反应时间计算

m 33.332.1402.1min s ===V L

3)按视觉条件计算 m 88.1891709min s ===

R L 到这综合以上各项和结合三级公路规范去最小缓和曲线，取s min 35L m =，

(2) 主点里程桩号计算

1)曲线要素计算

切线增长值： m R Ls Ls q 49.1717024035235240223

23=?-=-=

内移值： m R Ls R Ls p 300.0170238435170243523842434

2342=?-?=-=

切线长：

m q p R T h 773.4449.172''6.12'1218tan )300.0170(2tan )(=+??+=++=α

曲线长： m

Ls R L h 011.8935180170''6.12'1218180=+???=+=π

π

α

外距： m R p R E h 47.21702''6.12'1218sec )300.0170(2sec )(=-?+=-+=α

切曲差： m

535.0011.89773.4422=-?=-=h h h L T J (3)主点桩号计算:

在地形图上量得652.15401+=K JD 则

直缓点：879.1090773.44652.1540+=-+=-=K K T JD ZH

缓圆点：

879.144035879.1090+=++=+=K K L ZH HY S 圆缓89.1630)352011.89(879.1440)2(+=?-++=-+=K K L L HY YH S h 缓直点：89.1980011.89879.1090h +=++=+=K K L ZH HZ 曲中点：154.384

+K02011

.8989.19802h

=-+=-=K L HZ QZ 交点：652

..1540,2535

.0384.154021+=++=+=K K J QZ JD h

（校核无误）

2JD ：

(1) 主点里程桩号计算

1)曲线要素计算

切线增长值： m R Ls Ls

q 49.171702403523524022323

=?-=-=

内移值：m R Ls R Ls p 6368.0

8023843580243523842434

2

34

2=?-?=-=

切线值：m

q p R T h 35

.5249.172'

'6.46'45

46tan )6368.080(2tan )(=+??+=++=α

：

曲线长： m

Ls R L h 293.10018080"6.46'4546180=

+??==?π

π

α

外 距： m

R R E h 157.7802'

'6.46'4546sec 802sec =-?=-=α

切曲差： 3.883m 293.65588.3422=-?=-=h h h L T J

2)主点桩号计算:

在地形图上量得671.26202+=K JD 则

直缓点：317.2100354.52671.2620+=-+=-=K K T JD ZH

缓圆点：317.245035317.2100+=++=+=K K L ZH HY S

圆缓610.275)352293.100(317.2450)2(K K L L HY YH S h =?-++=-+= 缓直点：61.3100293.100317.2100h +=++=+=K K L ZH HZ 曲中点：

260.463+K02293.10061.31002h =-+=-

=K L HZ QZ

交点：405.26202883.3463.260022+=++=+=K K J QZ JD h （校核无误）

由地形图可得到终点桩号为：364.3362+K

方案二：

1JD ：

(1) 确定缓和曲线的最小长度

1)按离心加速度的变化率计算

m 04.2310040036.0036.033min s =?==R V L

2)按驾驶员的操作及反应时间计算

m 33.332.1402.1min s ===

V L

3)按视觉条件计算

m 11.1191009min s ===R L

综合以上各项，结合地形条件取s min 35L m =，（根据三级公路规范，设计速度40m/s ）

(2) 主点里程桩号计算

1)曲线要素计算

切线增长值： m R Ls Ls q 482.1710024035235240223

23=?-=-=

内移值： m R Ls R Ls p 510.0100238435100243523842434

2342=?-?=-=

切线长：

m q p R T h 266.47482.172''8.42'033tan )510.0100(2tan )(=+??+=++=α

曲线长： m

Ls R L h 617.9235180100''8.42'033180=+???=+=π

π

α

外 距： m R p R E h 83.41002''8.42'033sec )510.0100(2sec )(=-?+=-+=α

切曲差： m

915.1617.92266.4722=-?=-=h h h L T J (3)主点桩号计算:

在地形图上量得212.13401+=K JD ，则

直缓点：946.860266.47212.1340+=-+=-=K K T JD ZH

缓圆点：946.121035946.860+=++=+=K K L ZH HY S

圆缓点：

563

.1440)352617.92(946.1210)2(+=?-++=-+=K K L L HY YH S h

缓直点：563.1790617.92946.860h +=++=+=K K L ZH HZ 曲中点：133.255+K02617.92563.17902h =-+=-

=K L HZ QZ 交点：

21.13402915.1255.133021+=++=+=K K J QZ JD h （校核无误）

2JD ：

(1) 确定缓和曲线的最小长度

1)按离心加速度的变化率计算

m 067.1713540036.0036.033min s =?==R V L

2)按驾驶员的操作及反应时间计算

m 33.332.1402.1min s ===V L

3)按视觉条件计算

m 1591359min s ===R L

综合以上各项，结合地形条件取s min 35L m =，（同上）

(2) 主点里程桩号计算

1)曲线要素计算

切线增长值： m R Ls Ls q 49.1713524035235240223

23=?-=-=

内移值： m R Ls R Ls p 378.0135238435135243523842434

2342=?-?=-=

切线长：

m q p R T h 977.5949.172''1.53'5034tan )378.0135(2tan )(=+??+=++=α

曲线长： m

Ls R L h 109.11735180135''1.53'5034180=+???=+=π

π

α

外 距：

m R p R E h 889.61352''1.53'5034sec )378.0135(2sec )(=-?+=-+=α 切曲差： m

845.2109.117977.5922=-?=-=h h h L T J (3)主点桩号计算:

在地形图上量得865.24102+=K JD 则

直缓点：888.1810977.59865.2410+=-+=-=K K T JD ZH

缓圆点：888.216035888.1810+=++=+=K K L ZH HY S

圆缓点：

977

.2630)352109.117(888.2160)2(+=?-++=-+=K K L L HY YH S h

缓直点：997.2980109.117888.1810h +=++=+=K K L ZH HZ 曲中点：240.442K02109.117997.29802h +=-+=-

=K L HZ QZ 交点：865.24102845.2442.240022+=++=+=K K J QZ JD h （校核）

由地形图可得到终点桩号为：193.3692+K

5.1.3视距验算

由相关规范知设计速度为40 km/h 时，停车视距St=40，会车视距S=2St=80m 。

对平曲线1进行视距验算。

平曲线长L=159m ，圆曲线长度为Ly=89m '80L L y S m =>=

1.5168m 2s B R R =-

+= cos 2v h Rs Rs =- 1801808027.28Rs 168s v ?===??ππ h=5.04m

路堑边缘到内侧车道中线的距离为3.5+0.75+1.75=6＞h ，则视距满足要求。

6排水设计

6.1 排水系统的一般规定

1．三级公路路基路面排水应进行综合设计，使各种排水设施形成一个功能齐全，排水能力强的完整排水系统。

2．路基排水设计应与农田水利建设规划相配合，防止冲毁农田或危害农田水利设施，当路基占用灌溉沟渠时，应予恢复，并采取必要的防渗措施。

3．公路穿过村镇居民区时，排水设计应与现有供、排水设施及建设规划相协调。

4．排水困难地段可通过提高路基或采取降低地下水位、设置隔离层等措施，使路基处于干燥、中湿状态。

6.2 综合排水设计的基本要求

流向地基的路面水和地面水，需要在路基范围外的地点，设置截水沟和排水沟或渗沟进行拦截，并引至指定地点；路基范围内的水源，分别采用边沟，渗沟，渗井与排水沟给予排除。路基排水一般向低洼一侧排除，必须横跨路基时，尽量利用拟设的桥涵，必要时设置涵洞、倒虹吸或渡水槽。水流落差较大时，应设置跌水或急流槽。

6.3 综合设计的意义

排水系统综合设计的好坏，对路基稳定性的影响很大。特别是多雨的山区、黄土高原地区、寒冷潮湿地带、水网密布、地基软弱的平原地区，以及水文地质条件不良等情况下，修建高等级道路时，更应该重视路基排水的综合设计。在实际工程中，由于自然条件、路线布置及其他人为因素的不同，情况往往比较复杂，对于某些重点路段需要进行路基排水的综合设计，以提高排水效率，发挥各类排水设施的优点，降低工程费用。

7纵断面设计

7.1 道路纵断面设计

在纵断面设计中有两条主要的线：一条是地面线，它是根据中在线各桩点的高程而绘制的一条不规则的线，反映了沿地面的起伏情况；另一条是设计线，它是经过技术上、经济等多方面的比较后订出的一条有规则形状的几何线，其反映了拟建道路的实际起伏变化情况。拟建道路的设计标高是指中央分隔带外侧边缘的标高。

7.2 道路纵断面设计原则

1 、纵坡设计应满足最大纵坡坡度、最小坡度、最小坡长等相关要求；纵坡设计应有一定的平顺性，起伏不宜过大也不宜过与频繁；

2 、纵坡设计在一般情况下，应大致填挖平衡，减少运输工具的数量，降低工程造价，但高速公路一般以填为主；

3、平原微丘区地下埋深较浅，河流、池塘分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求；

4 、大、中桥无特殊请况桥上不设竖曲线，桥头两端竖曲线的起始点应设在桥头10米外。

7.3 纵断面线形方案的确定

纵断面设计应满足上述各种技术指标及构造净高要求，尽量降低填土高度，节约工程造价。竖曲线半径一曲较大值，但不宜设置过多的竖曲线，使路线频繁起伏。

根据《公路工程技术标准》，车速为40km/h的三级公路的最大纵坡为8%，最小坡长为120m，两竖曲线起始点之间的直线距离不应小于3s的行程，根据本设计中设计行车速度40Km/h计算得两竖曲线起始点之间的直线距离应不小于120m。另外，还应考虑平、纵线形的组合：

1、平曲线与竖曲线应满足“平包竖”的原则，即竖曲线的起终点分别设置在平曲线内；若由于地形条件的限制而不能满足时，当平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开不得超过平曲线长度的1/4时，仍然可行。

2、平曲线与竖曲线大小保持均衡，平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不应形成多而小。

ωR L = 或 ωL R = (3-8)

12i i -=ω (3-9)

R x h 22

= (3-10)

488222ωωωT L R R T E ==== (3-11)

式中：L —竖曲线长度； R —竖曲线半径； 12,i i —变坡点相邻两纵坡坡度； ω—变坡点相邻两纵坡的坡度差，当ω为“＋”时，表示凹形竖曲线，当ω为“－”时，表示凸形竖曲线；

T —竖曲线切线长；E —竖曲线外距；h —竖曲线上任意一点竖距；

x —竖曲线上任意一点至竖曲线起点的距离。

2、 竖曲线要素计算：

方案一：

竖曲线变坡点在K0+500处，高程为846.804m ，竖曲线半径804.17671=R %2446.01=i %851.12-=i ，坡度差： %0956.2%2446.0%851.112-=--==-i i ω（曲线类型凸形）

坡长：124m .37021.0804.1767=?==ωR L