二级公路华中科技大学.docx
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1、1总论1.1本选题研究的目的及意义公路交通是衡量一个国家经济实力和现代化水平的重要标志,是国民经济发展、社会发展和人民生活必不可少的公共基础设施。公路建设的发展速度对于促进国民经济的发展,拉动其他产业的发展具有非常重要的意义。高等级公路在中国内地的出现和发展走过了几十年的历程,在今天,高等级公路和全国公路网正在为中国经济和社会的发展提供着便捷、和高效率的运输服务。1.2中国公路的发展状况几十年来,我国公路建设已取得巨大成就。回顾我国公路发展历程,对比世界公路发展趋势,可以认为,我国公路交通正处于扩大规模、提高质量的快速发展时期。但是,由于基础十分薄弱,我国公路建设总体上还不能适应国民经济和社会
2、发展的需要,与发达国家的先进水平相比还有较大差距。因此,为逐步实现我国交通运输现代化的总体战略目标,按照道路的使用功能和交通需求,重点提高在技术领域的研究,发展道路建设的经济性,耐久性,并重点考虑道路建设的可持续性,防污,防噪,及生态平衡性,这都将是在今后一段时间内中国道路发展要着重解决的问题。1.3项目概况 1.3.1 设计资料(1)交通资料交通量分配表小客车 解 放 CA10B 黄 河 JN150 交 通 SH361太脱拉138 吉 尔 130 尼 桑 CK10G1800300540120150240180(2)路线所处地理位置及地质情况 地形地质路线总体呈现出东南低西北高的走势,跨越了两
3、个地貌特征区。此路段位于江汉平原北部边缘,地形开阔平坦,为剥蚀堆积垄岗平原区,地面高程在2080米之间。安陆以西及随州市境路段位于大洪山北部,地势较高,为构造剥蚀低山丘陵区,地面高程稍高,高程在100165米之间。影响勘测区的河流有环水、府河、滚子河等,勘测区内无天然湖泊,但兴建有较多的中小型水库,如清水河水库等。设计路段所经地区地形开阔平坦,地面高程在25-35米之间,为剥蚀堆积垄岗平原区。设计路段无不良地质路段,地层产状平缓,岩层略有起伏,部分地区形成开阔的背斜和向斜,断裂不甚发育,且规模较小。路线穿越区域存在300年左右的地震活动周期,未来100年发生6级以上强震的可能性不大,但存在发生
4、少数5-6级地震的可能。 地形地貌路线位于武汉市境内,由北部居民区,经过中部丘陵地带,终于南部平原区,路线测区属于平原微丘区,地形地貌变化复杂多样,但起伏不大,全线地面高程变化约在30米左右。 工程地质路线全部位于武汉市内的丘陵地带,路线地质构造相对较简单,地质相对稳定,未发现大的不良地质现象,仅局部发现有软土呈零星分布,一般深度为0.52米,分布范围十几至几十米。沿线主要地层为花岗岩,呈全风化、强风化等。 水文地质测区内水系发育,地表水丰富,湖泊鱼溏众多。路线跨越梅目水库上游小河一条和部分小沟,集水面积均不大。地下水主要是裂隙水,其次是松散岩类孔隙水,路线地下水的补给来源于大气降水和地表水。
5、 气候、气象路线地处湖北中东部偏北,属于亚热带季风气候,平均温度不高,阳光充足而湿润。雨水分布季节性强,雨季期为49月,夏季受季风影响,多雨,易照成洪涝灾害。1.4主要技术指标的确定和论证1.4.1路线设计标准及技术指标的确定本毕业设计为“十堰到武汉二级公路延长线初步设计”,且此新建公路采用交通部发布的公路工程技术标准(JTJ001-04)和其它部颁现行有效标准、规范等规定的设计标准。十堰到武汉二级公路采用二级公路技术标准。根据公路工程技术标准,丘林区二级公路各项设计指标为:(1)设计行车速度为60Km/h;(2)路基宽度为10m,其中:行车道宽23.5m,硬路肩宽21m,土路肩宽20.5m;
6、(3)设计停车视距为110m,超车视距为550m;(4)一般平曲线最小半径为250m,极限平曲线最小半径为125m,不设超高的最小半径为500m;(5)缓和曲线最小长度为150m;(6)最大纵坡为6%;(7)竖曲线一般最小半径:凹型为2000m,凸型为1500m;(8)竖曲线极限最小半径:凹型为2000m,凸型为3000m;(9)大、中、小桥和涵洞设计荷载为:汽车-20级,挂车-100;(10)大、中桥设计洪水频率为1/100,小桥和涵洞及路基设计洪水频率为1/50;(11)同向曲线间的直线最小长度应不小于6V,即360米;反向曲线间的直线 最小长度应不小于2V,即120米。1.4.2 技术指
7、标的论证(1)道路等级此公路等级的确定应根据公路网的规划,从全局出发,按照公路的使用任务、功能和远交通量综合确定并根据本路段OD调查和地方公路分局各交通观测站历年观测资料分析,结合历年经济统计资料及发展规划进行的本路段交通量预测数据如下表,确定本道路等级为二级公路,一般主行车道按双车道设计,红线宽度13m。计算行车速度为60km/h。交通量是单位时间内通过道路某断面的交通流量(既单位时间通过道路某断面的车辆数目),根据对新建公路山西段近期交通量调查:本路段现交通量为3000辆/日,交通量年增长率8.0%。设计交通量计算公式:公式中:AADT设计交通量; ADT起始年平均日交通量; 年平均增长率
8、; n预测年限。假设是二级公路,查的其预测年限是15年,由上面的公式计算得到规划交通量为8816辆/日,而依据公路工程技术标准JTG B012003查得二级公路的折合成小客车的年平均日交通量为5000-15000辆,所以符合规范。故可定为双向两车道二级公路。(2)行车速度设计车速是在气候正常,交通密度小,汽车运行只受道路本身条件(几何要素、路面、附属设施等)的影响时,一般驾驶员能保持安全而舒服地行驶的最大行驶速度。依据标准从工程难易程度,工程量大小及技术经济合理的角度考虑,且该路设计为二级公路,故选用行车速度V=60km。(3)最小半径当汽车在弯道上行使时,会受到离心力的作用,为保证汽车行驶安
9、全,曲线上的路面做成外侧高,内侧低的单向横坡形式,即超高。此时水平分力可以抵消离心力的作用。我国标准根据不同的路面和轮胎之间的横向摩擦系数,对不同等级的公路规定了极限最小半径,对于二级公路即V=60km/h时,极限最小半径R=125m,一般最小半径R=200m。在本路段的设计中最小半径为R=200m,满足规范的要求。(4)缓和曲线缓和曲线是道路平面线形要素之一,它曲率连续变化,便于车辆遵循,离心加速度逐渐变化,乘客感觉舒适,可增加视觉美观。当平曲线半径小于不设超高的最小半径时,应设缓和曲线。缓和曲线采用回旋曲线。缓和曲线的长度从以下几个方面考虑确定:驾驶操作从容,旅客感觉舒适:在本路段的设计中
10、,当圆曲线取最小值R=200时,回旋曲线。超高渐变率适中由于在缓和曲线上设置有超高渐变段,如果缓和曲线太短会因路面急剧的由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面,对行车和路容均不利。行驶时间不过短:车在缓和曲线上的行驶时间不应少于3秒,即缓和曲线不应短于50m。综合以上几点以及标准,规定缓和曲线的长度不小于60米。(5)道路建筑界限最小净高见表行车道种类机动车非机动车行驶车辆种类各种汽车无轨电车有轨电车 自行车、行 人其他非机动车最小净高(m)4.55.05.52.53.5(6)设计年限道路交通量达到饱和状态时的设计年限规定如下:12年2平面设计2.1 设计原则在路线设计过程中应妥善考虑到远期与近期,
11、整体与局部的关系。结合地形、地址、水文、建筑材料等自然条件,同时对平、纵、横三方面进行终合考虑,协调一致,使平面线形与纵面线形的组合满足汽车动力性能的要求并充分考虑、驾驶员在视觉、心理方面的要求,保持线形在视觉上的联系和心里的协调,同时注意与公路周围环境的配合,并根据公路的使用任务、性质合理利用地形。选择线形在保证平、纵、横设计“合理又合法”的原则下作到平面顺适、纵坡均衡、横面合理,逐步实行标准化。2.2设计总要求(1)路线起点除必须符合公路网规划要求外,对起终点前后一定长度范围内必须作出按路线方按和近期实施的具体设计。(2)视觉良好,路线平、纵、横各组成部分空间充裕。诱导视线各种设施所构成的
12、视觉系统,应使驾驶者在是视觉上能预知公路前进方向和路况变化,并能急时采取安全措施。(3)线形流畅,景观协调,行车安全,舒适,使驾驶员在视觉上能预知公路前方和路况的变化。2.3平面线形的设计步骤平面线形的设计主要是确定交点位置、曲线半径、缓和曲线的长度等。确定过程中应保证平面线形连续顺适,保持各平面线形指标的协调、均衡,而且要与地形相适应和满足行驶力上的要求。(1)路线的交点主要确定路线的具体走向位置,因此其位置的确定非常重要。必要时应做相应的比较方案进行比选,保证方案可行、经济、合理、工程量小。(2)曲线和缓和曲线长度的确定首先在满足曲线及缓和的最小长度的前提下,初步拟定其长度,然后平曲线半径
13、及缓和曲线长度可以根据切线公式(2-1)或外距公式(2-2)反算: (2-1) (2-2)在初步设计时可忽略p,并近似取q=Ls/2,由(2-1)、(2-2)即可得: (2-3)(2-4)在确定R,Ls以后就计算各曲线要素,推算各主点里程及交点的里程桩号。最后由平面设计的成果可以得到直线曲线及转交表。(3)充分利用土地资源,减少拆迁,减小填挖量。就地取材,带动沿线城镇及地方.经济的发展。(4)公路平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线构成。直线作为使用最广泛的平面线性,在设计中我们首先考虑使用。南宁地区的该新建二级公路,所经区域既有平原区,也有山区,本设计在平原区主要采用了较高的技术指标以争取较好
14、的线形。在山区,由于本地区山岭石质主要为石灰岩,且坡度极为陡峻,故采取了避让的措施,采用了指标较低的线形,以减少工程量。同时应注意同向曲线间的直线最小长度应不小于6V,即360米;反向曲线间的直线最小长度应不小于2V,即120米。2.4平面线形技术论证针对本次设计的设计车速60km/h快速路,根据城市道路与桥梁设计规范得其技术要求如表2-1所示。表2-1 平曲线技术指标 路线等级二级公路设计车速60KM/H曲线间最小直线长度(m)同向曲线360反向曲线120圆曲线半径不设超高的最小半径1500 m设超高一般半径200m设超高最小半径125m平曲线最小长度道路中心转角大于7140m道路中心转角小
15、于等于71000/圆曲线最小长度70m缓和曲线最小长度60m不设缓和曲线最小半径1000m停车视距75m2.5圆曲线及缓和曲线设计路线的平面设计所确定的几何元素是以设计行车速度为主要依据的。本路段平面线形主要以基本线形和S型为主。按直线回旋线圆曲线回旋线直线的顺序组合。为了实现行连续、协调,回旋曲线圆曲线回旋线之比尽量符合1:1:1。最小缓和曲线长度60m。设计路线共有4个交点 ,为提高公路使用性能,在圆曲线半径的选择过程中尽量选取较大的半径。当地形限制较严时方可采用极限。本设计中偏角均大于7,不存在小偏角问题。由于丘林地带道路中高差起伏较大的限制,因此控制点会较平原地区多些,交点间距离也比较
16、短,如果半径太大可能就会出现不能满足线形要求的情况,因此设计中所取半径大多在1000m以下。设计中主要采用的组合线形类型主要是基本型和s型,在第一方案中从JD1到JD4之间形成的同向曲线间设置成C型,主要是考虑到这几个交点中前两个交点在山坡顺行,而后两个交点则沿着上坡比较缓的上行到目的地。若按第二方案设计成S型,则两个交点会从山脊间通过在穿过一个水塘,此处高程比较低,而且淤泥土比较多,需要处理的路基土方量太大,否则,只有在第二个桩号后从山头经过,这必然会加大工程量,而且就一般公路而言,穿过山头都是要避免的,所以选择了第一种方案,设计成C型,虽然设计成C型对行车会造成一定的影响,但把直线段设计长
17、点以及把半径尽量设计大点就会减小这种影响。2.6平曲线要素计算设计中设置的均为对称型曲线,各要素计算公式如下:(1)平曲线要素计算常用公式如(2-5)(2-11):内移值: (2-5)切线增值: (2-6) 缓和曲线角: (2-7)切线长: (2-8) 曲线长: (2-9)外距: (2-10)切曲差: (2-11)(2)曲线主点里程桩号计算常用公式如(2-12)(2-17):直缓点: (2-12)缓圆点: (2-13)圆缓点: (2-14)缓直点: (2-15)曲中点: (2-16)交点: (2-17)2.6.1第一方案的计算(1)平曲线要素计算:以JD1为例:=100, R=200, =66
18、对其余圆曲线同理可求得各要素,其余平曲线要素见表2-2。JD半 径缓和曲线 长转 角圆 曲线 长内移值切线长平 曲线 长外 距120010066130.554.2182.6290.3843.482400601330.720.37575.62150.722.9653400602079.580.375100.6199.586.554200604183.80.75105203.814.3表2-2 平曲线要素表 (2)里程桩号的计算:以为例: 对其余平曲线桩号同理可求,其余平曲线桩号见表2-3。表2-3 平曲线里程桩号表 2.6.2第二方案的计算(1)平曲线要素计算以JD1为例: =100m,R=20
19、0, =72对其余圆曲线同理可求得各要素,其余平曲线要素见表2-4。 表2-4 平曲线要素表 (2)里程桩号的计算:以为例: 对其余平曲线桩号同理可求,其余平曲线桩号见表2-5。表2-5 平曲线里程桩号表 起点桩号:K14+000,终点桩号:K16+224,路线总长:2224m。3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指标高等确定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。设计中除要注意的纵坡均匀平顺,起伏和缓,坡长和竖曲线长段适当外,还要注意考虑平面和纵断面组合设计协调。而对城市道路而言,还应适应临街建筑里面布置以及沿路范围内地面水的排除,并与相交道
20、路、街坊、广场和沿街建筑物出入口有平顺的衔接。因为线形最终是以平纵横面所组合的立体线形体现于驾驶员面前的,所以我们在设计时要把道路平、纵面结合作为立体线形来分析设计,这样才能更好地保证汽车的安全、舒适行驶。3.1纵断面的设计原则(1)纵面线形与地形相结合,视觉成视觉连续,平顺而圆滑的线形,避免在短距离内出现频繁起伏;(2)应避免出现能看见近处很远处而看不见凹处的线形;(3)在积雪或冰冻地区,应避免采用陡坡;(4)原微丘地形的纵坡应均匀平缓,丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大;(5)计算行车速度60KM/h公路必须注重平纵合理组合,不仅应满足汽车运动学和力学要求,而且应充分考虑驾驶员在视
21、觉和心理方面的要求;(6)平纵配合的视觉应在视觉是能自然地诱导驾驶员的视线,保持视觉的连续性;(7)平纵面线形的技术指标应大小均衡,使线形在视觉心理上保持协调;(8)平曲线与竖曲线应相互重合,且平曲线略大于竖曲线;(9)平纵面线形组合视觉应注意线形与自然环境和景观的配合与协调;(10)在直线段内不能插入短的竖曲线。3.2纵断面设计步骤纵面设计经计算机反复电算优化,挖填基本合理,纵坡均匀平缓,利于排水。竖曲线半径尽量采用较大值。本路段线位高程在121143m之间,共设有变坡点3处。平纵面组合基本顺适,方向明确,组合合理。边坡点的确定主要依据公路工程技术规范的规定,比如:最大纵坡、最大及最小坡长的
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