毕业设计论文南邓二级公路施工图设计.docx
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毕业设计论文南邓二级公路施工图设计
编号:
(110181100)
南阳师范学院2015届毕业生
毕业设计
题目:
南邓二级公路施工图设计
完成人:
班级:
2011-02
学制:
4年
专业:
土木工程
指导教师:
完成日期:
2015-5-8
摘要
本设计根据给定的资料;通过对原始地形图的分析;根据该路段的地形、地质、地物、水文等自然条件;根据《公路工程技术标准》、《公路路线设计规范》等交通部颁发的相关技术指标,在老师的指导和同学的帮助下完成的。
设计内业详细资料有:
路线平面图、路线纵断面设计、路线横断面设计、路基设计,完成800m横断面和路基土石方的计算及路基排水设计;路面设计,沥青混凝土路面设计;按老师的指导和要求利用纬地5.88完成施工图设计,应用计算机绘制出图。
整个设计计算了平、纵、横要素,设计了路基、路面、小桥涵等内容,通过这次设计了解了公路设计流程。
由此圆满完成了南阳至邓州二级公路的设计。
本设计为微丘区二级公路,设计车速为60千米每小时。
双向两车道,采用二级公路整体式断面标准。
关键词:
二级公路;线形设计;路面;路基;沥青;计算机绘制工程图
ABSTRACT
Thedesignaccordingtotheinformationgiven;bytheoriginaltopographicmapanalysis;accordingtothesectionofthetopography,geology,terrain,hydrologyandothernaturalconditions;accordingto"HighwayEngineeringTechnicalStandards","highwayroutedesignspecifications"andotherMinistryofTransportationawardedtherelevanttechnicalindicators,withthehelpofteachersandstudentsundertheguidanceofcompletion.Detailsofthedesignwithintheindustryare:
routeplan,routeprofiledesign,linecross-sectionaldesign,embankmentdesign,complete800mcrosssectionandsubgradeearthworkandsubgradedrainagedesigncalculations;pavementdesign,asphaltconcretepavementdesign;bytheteacher'sguidanceand5.88completelatitudetorequiretheuseofconstructiondesign,theapplicationofcomputerdrawingshowing.
Thewholedesigniscalculatedflat,verticalandhorizontalelements,designedroadbed,road,bridgeandculvert,etc.,throughthedesignprocesstounderstandthehighwaydesign.ThusthesuccessfulcompletionofthesecondaryroadsNanyangDengzhoudesign.
Thedesignforthemicromoundareasecondaryroads,adesignspeedof60kilometersperhour.Two-waytwo-lanesecondaryroadsadoptintegralcrosssectionstandards.
Keywords:
secondaryroads;Constructiondrawingdesign;AsphaltConcretePavement;RouteDesign;SubgradeandPavementDesign;ComputerDesign
1前言
1.1公路工程发展现状
随着现代工业和科学技术的迅速发展,无论发达国家还是发展中国家都投入了大师的资金进行基础建设,公路已成为一个国家生产力是否发达的重要标志,也是一个国家实力的重要组成部分。
纵观当今世界,公路建设已取得巨大成就,而高等级公路车速高,通行能力大,行车道较多,设有中央分隔带,采用立体交叉,控制出入,同时具有较为完善的案例防护设施,高等级公路的设计结合自然、经济条件及公路与通过地区的自然、人文景观相协调具有更为重要的意义。
1.2公路工程设计发展趋势
1.2.1公路工程设计发展趋势
公路设计应从使用者的视觉、心理出发研究公路的功能、美观及经济的一致性,同时应综合考虑:
通视要求路线各组成部分的空间位置配合协调,使司乘人员感到线形流畅、清晰、行驶舒适安全。
导向建立一个区域性的视觉系统,使司机在视觉所及的范围内,能预见到公路方向和路况的变化,并能及时采取安全的行驶措施。
协调使公路线形及沿线设施与沿途空间景观环境相协调。
绿化利用绿化来补充和改善沿线景观。
1.2.2我国公路工程设计发展趋势
我国公路设计发展趋势应在绿色环保方面应有新的技术突破,要特别注重道路工程建设与沿线周边的“生态、旅游、景观”的协调,为未来的交通基础工程建设持续发展,打下了良好的基础。
1.3本次设计基本内容
1.3.1纬地软件全部完成设计出图
从地形图中获取信息,通过建立平面线型信息,到完成三维建模,和纵断面“拉坡”,横断面“戴帽子”设计,从而完成整个设计。
1.3.2主线平面设计
在已知平面,合理的线路平面设计要求线路顺畅,充填,平衡,利用纬地道路设计软件进行基本设计,节约时间,效率,经济合理。
1.3.3纵断面设计
根据纬地平面数据计算得平面线所在高程进行拉坡设计,合理安排挖填土工作量,保证两者平衡。
1.3.4横断面设计
根据设计向导中的设计规则利用纬地软件绘制横断面设计图,计算机绘制出图。
1.3.5路基路面设计
通过各个桩号的填挖数据计算,和基本设计参数,确定路基设计方案,合理的挖填设计保证工程施工、填挖某些特殊地段,需要进行整体分析如需进行地基处理,也要及时修改、其中兼顾线路的土石调运借配等。
路面设计中,沥青混凝土式路面和水泥式路面在不同外界环境,有不同的经济表现,方案选择首先要求满足社会公共需求,其次省钱,再次便于施工。
1.3.6高填挖地段的支护结构以及排水
这一部分相当重要,采用适当的挡土墙护坡支护结构,以及边沟、截水沟、急流槽等排水设施保护路基。
在排水设计上,两侧路拱排水坡度2%,两侧路肩3%,符合路面规范,边护坡面也要适当设置排水系统,
1.3.7交通量设计
包括道路通行量预测,道路承载量计算,设计弯沉值计算。
2纬地软件设计
2.1一般操作流程
设计辅助软件——纬地5.88,操作一般步骤可分为:
(1)打开纬地软件,建新项目,指定路径,这是设项目的名称,和具体的信息。
(2)打开地形图,选择为路线线形,调整设计线路平面设计;并生成主线设计文件,之后保存数据,完成布线。
(3)完成布线后,开始我们的设计,完成向导设计任务,测算设计基本参数。
(4)如果你已经保存了基本参数,道路宽度可以在数据文件的设计变更,随意改动你在软件中对宽度变化数据、超高过渡数据、设计参数控制数据和桩号序列文件进行实时修正。
(5)构建三维信息数模组,可以根据平面地形信息,生成三维信息,生成地形的高程,并保存数模组。
(6)确认生成的设计基本参数文件数据复制到项目管理器后,可以在设计栏,进行纵断面设计”进行纵断面拉坡以及竖曲线设计调整。
保存数据至纵断面文件中。
(7)拉坡工作完成后,选择好基本出图属性,绘制纵断面图,检查,兵保存生成的CAD图。
(8)之后生成路基土方设计文件,才能进行下一步“戴帽子”设计;
(9)选择绘图,土方路基断面图,同时,也是基本的三维数据输出,确保了数模组的正确性和不需要太多效率去修改图纸。
(10)在绘图选项中“路线总体布置图”可绘制路线总体布置图。
(11)在绘图选项中的“绘制公路占地图“可绘制公路用地面积图。
3主线平面设计
3.1平面设计一般原则
3.1.1适应周边,合理有益。
在平原和丘陵地区,路线方向,在直线上三个元素的水平对齐方式;;在山区,明显的波动程度,海拔优势,为了适应地形,较大的曲线比例。
并以服务大众,经济合理,施工方便的原则布线。
3.1.2保持平面线形的均衡与连贯
在线长较长的平线设计,没有连接到小半径曲线的结束。
此设计是不当的,会造成经济损失,甚至返工。
二级道路的标准不是固定不变的,在不良的地段我们要适当降低设计中要求的通行标准。
3.1.3平曲线长度
应该按照国家标准,行业通行去设置,不能马虎大意,更不能因为达不到最好的经济指标而改动平曲线长度。
另外最小平曲线长度一般应考率下述条件确定:
(1)车驾驶员在操纵方向盘并不难
根据总进度设置线的长度,设计速度大于一般的速度,平曲线值250m,曲线拟合。
(2)小偏角的平曲线长度
当路线转角a≤8°时称为小偏角。
设计,当角度为7度,按6度的旅行帐户平曲线;当转角在可接受的范围,可则可以直接利用。
3.2路线布设情况
确定路线和控制点,在配线法的前提:
(1)适应地形、地物,可取用较高技术指标,使路线线形顺适。
(2)结合城市,规划镇附近,并有足够的空间发展,使得它易于使用,创造条件促进沿线经济发展。
(3)有利于路网的连接,增大吸引交通量。
(4)少占良田、果园,多利用荒坡薄地,尽量保护农田水利设施。
(5)公路主线应该绕开工业区,适当靠经村落,服务当地居民。
(6)注意环境保护,尽量减少对植物的破坏和对环境的不良影响。
(7)能最大限度地发挥高速公路自身的功能。
(8)有利于节省投资,方便施工。
(9)方案要反复的修改,改进线性设计的合理性。
3.3主线平面线形组合
直线、圆曲线和缓和曲线为主线基本形状构成,也可以组合得更多种平面线形的模式,有更丰富的效果构成,可以设计得更经济合理。
就公路平面线形设计而言,主要有5种基本线型,可以搭配适当方案组合成不同形式。
3.4前期准备工作
借阅并熟读规范,收集地形信息,收集必要资料,选线并确定基本方案。
3.5平曲线数据要素
表3.1主要技术指标表
序号
指标名称
规范值
序号
指标名称
规范值
1
公路等级
二级双向二车道
8
停车视距(m)
75
2
路基宽度(m)
10
9
凸形竖曲线一般最小半径(m)
2000
3
设计行车速度(Km/h)
60
10
凹形竖曲线一般最小半径(m)
1000
4
平曲线极限最小半径(m)
125
11
最小坡长(m)
150
5
平曲线一般最小半径(m)
200
12
设计洪水频率
特大桥1/300
6
不设超高最小平曲线半径路拱≤2(m)
1500
13
最大纵坡(%)
6
7
不设超高最小平曲线半径路拱>2(m)
1900
14
汽车荷载等级
公路Ⅱ级
考虑路段的路线走向及设计基本原则,本路段共设有一个交点。
路线基本情况如下:
全长:
800(m),交点:
1个;
该线型交点桩号:
(JD0)K0+000(起点),(JD1)K0+413(交点),(JD2)K0+799.539(终点)
圆曲线半径:
350(m);
缓和曲线长度:
(m);
该线型要素点桩号:
(ZH)K0+148.074;(HY)K0+228.074;(QZ)K0+385.140:
(YH)K0+542.206;(HZ)K0+622.206
3.6带缓和曲线的对称型圆曲线计算
以JD1举例计算(如图3.2)
图3.2对称圆曲线基本设计参数图
3.6.1基本参数计算公式
(1)半径:
R=350,
=80(3.6.1a)
(2)切线长:
(3.6.1b)
(3)曲线总长:
(3.6.1c)
(4)外距:
(3.6.1d)
(5)切曲差:
(3.6.1e)
(6)内移值:
(3.6.1f)
(7)切线增值:
(3.6.1g)
由以上公式计算得到:
E=70.042(m);L=474.132(m);T=264.926(m);J=56(m)
3.6.2要素点桩号计算公式
(1)第一直缓:
(3.6.2a)
(2)第一圆缓:
(3.6.2b)
(3)第二圆缓:
(3.6.2c)
(4)第二直缓:
(3.6.2d)
(5)曲中心:
(3.6.2e)
(6)交点桩:
(3.6.2f)
计算后曲线主点桩号:
=K0+148.074
=K0+228.074
=K0+542.206
=K0+622.206
=K0+385.140
=K0+413.000
以上计算正确,并与纬地道路设计软件计算值无异。
3.7曲线上的坐标计算
以ZH,HZ为例计算,如图3.4
图3.3逐桩坐标计算表
1、相关要素数据如下:
JD1(505.5322,1570.2906),T=264.926m,交点相邻直线的方位角分别为A1=162和A2=162。
则
2、直缓点坐标:
XzH=XJD+Tcos(A1+180)=1340.8577
YzH=YJD+Tsin(A1+180)=637.9954
则HZ点坐标:
XHz=XJD+TcosA2=1340.8577
YHz=YJD+TsinA2=670.2016
其中:
XJD为交点的横坐标;
YJD为交点的纵坐标;
A1为ZH点所在直线的方向角;
A2为HZ点所在直线的方向角;
4纵断面设计
4.1纵断面概论
沿道路中心线的纵断面的表面为平面,为纵向扩张之势称纵断。
纵断面可反映纵线线型特点,地形高差变化,表达设计值与自然地高的差别。
纵断面设计包涵很多重要的内容需要了解准备,例如挖填方准备,设计拉坡方案,最优化设计,在了解基本地址,水文和周围情况,进行方案设计。
合理并符合三个基本原则,保证挖填平衡。
4.2纵断面设计原则
(1)纵面线形应与周围山地形式呼应融洽,圆线合理舒爽;
(2)缓坡宜缓,两纵坡之间应该有足够远的距离。
坡长和竖曲线长短适当、以及填挖平衡;
平面与纵断面组合设计,平面曲线和竖曲线不错开,最好地满足“平包竖”,即竖曲线两端平分在平曲线的过渡缓和曲线中。
4.3纵坡设计的一般要求
(1)设计必须满足相关规范,一般不轻易使用极限值;
(2)纵坡应具有一定的舒适性,温和坡度变化和起伏,坡长、竖曲线长度合适。
最好不要使用纵坡极限值,过渡段安排适当的斜坡。
尽量避免重复,必要时设置反坡段;
(3)线性分布应该是连续的,平滑的,平衡的,注重横向和纵向的排列组合;
(4)纵坡设计的平衡,使开挖的最佳利用附近的路堤,以减少借方和浪费,将土方量,降低建设成本。
4.4纵坡坡度
(1)最大纵坡:
在最大梯度值公路纵坡设计纵坡设计时。
各级公路允许采用的最大坡度值。
各级道路在国家规范的大前提下,根据自身需求,合理选线拉坡,满足使用。
表4.1最大纵坡表
设计时速(km/h)
120
100
80
60
40
30
20
最大纵坡(%)
3
4
5
6
7
8
9
(2)最小纵坡:
最小切割部,不低于0.3%的最低等级,最小纵向坡度不小于0.2%。
(3)纵坡满足的条件要求有两个,其中主要是保护道路的安全稳定合理。
考虑平纵坡,山坡体造成的泥沙受高酸性雨腐蚀是不适当的设计,所以山横纵坡应平稳、合理,本设计采用最大纵坡4.9%,最小纵坡为0.5%,经验证均不大于于规定的最大纵坡。
4.5坡长
最小坡长:
应满足汽车行驶力学的要求,保证司乘人员在视觉和心理两方面的连续、舒适性,试用的规范如下(表4.2):
表4.2各级公路最小坡长
设计速度(km/h)
120
100
80
60
40
30
20
最小坡长(m)
一般值
400
350
250
200
160
130
80
最小值
300
250
200
150
120
100
60
最大坡长:
车速下降到最低容许度时,行车制动所行驶的距离,为保证车辆人员安全的长度。
在不同层次的车速等级公路的最大纵坡坡度限定下的坡长。
相关规范(如下表4.3):
表4.3各级公路纵坡长度限制(m)
设计速度(km/h)
120
100
80
60
40
30
20
纵坡(%)
3
900
1000
11000
1200
4
700
800
900
1000
1100
1100
1200
5
600
700
800
900
900
1000
6
500
600
700
700
800
7
500
500
600
8
300
300
400
9
200
300
10
200
本设计中,纵坡、竖曲线元素表见下(表4.4):
表4.4设计纵坡基本元素表
序号
桩号
竖曲线
纵坡(%)
直坡长
标高(m)
凸曲线半径R(m)
凹曲线半径R(m)
切线长T(m)
外距(m)
起点桩号
终点桩号
+
-
(m)
JD0
K0+000
387
-0.77
199
JD1
K0+390
384
5800
190.92
3.14
K0+199
K0+581
5.81
222
JD2
K0+802.8
408
4.6平纵组合设计
合理组合甚是关键,尤其是线形的搭配和互相融合。
4.6.1平面和纵断面设计应遵循以下原则:
(1)引到乘员贯通性,并保证视力的正常感受;
(2)保持线性尺寸应配置指标均衡技术,是保证线性变化对视觉和心理的影响合适;
(3)满足路面行车安全和排水功能需求;
(4)应注意线形与道路周边环境的配合与协调。
缓和外界地形的变化对人体的冲击。
4.6.2平竖组合
垂直和水平曲线重合,平面曲线和竖曲线应该比宝在平曲线的竖曲线长,垂直和水平曲线应该是平衡的。
即所谓的“平包竖”(如图4.1):
图4.1平包竖空间示意图
平、竖曲线应避免的组合:
(1)两者不合理的交叉重合;
(2)避免竖曲线和平曲线半径小和缓慢的重叠;
(3)插入小半径的平曲线,应该满足合理的速度和规范要求。
4.7竖曲线设计
竖曲线在线路纵断面上。
两相邻的不同的坡度线的交点为变坡点,一中间变坡点为交点,竖曲就是指连接相邻起终的曲线。
4.7.1竖曲线设计的一般要求
(1)选用较大的竖曲线半径;
(2)同向竖曲线间应避免“断背曲线”;
(3)反向曲线间,一般由直线段连接,亦可相互直接连接;
(4)竖曲线设置应满足排水需要。
4.7.2竖曲线半径
有下列因素反映标准:
(1)竖曲线半径应与表(表4.5)中的规定一致。
实际设计时,应该以起作为标准,竖曲线适用于或大于推荐值表;
表4.5竖曲线最小半径
设计时速
120
100
80
60
40
30
20
凸形竖曲线半径(m)
一般值
17000
10000
4500
2000
700
400
200
推荐值
20000
16000
12000
极限值
11000
6500
3000
1400
450
250
100
凹形竖曲线半径(m)
一般值
6000
45000
3000
1500
700
400
200
推荐值
12000
1000
8000
极限值
4000
3000
2000
1000
450
250
100
竖曲线长度(m)
推荐值
250
210
170
120
90
60
50
最小值
100
85
70
50
35
25
20
(2)不增加土方工程案例的数量,以提高驾驶的舒适性,具有较大的半径;
(3)过大的凹形或凸型竖曲线半径将都不是良好的设计,不利于外业做工,所以选择时应注意避免。
经验证,均满足了规定要求。
考虑到竖曲线与平面圆曲线的配合,变坡起终点都在圆曲线的两个缓和曲线
=80m中。
4.7.3竖曲线计算
竖曲线是一段缓和纵向路线变化的曲线。
其设计应完全集成的纵断面设计原则和设计要求,并根据规范,规制在合理的选择范围内。
本次设计竖曲线基本参数:
此公路路线+803m,总共1个竖曲线,凹曲线。
变坡点桩号:
K0+199.078(起点)、K0+390.000、K0+580.922(终点)。
纵坡坡度:
-0.769%+5.814%
竖曲线半径:
5800m
计算模式如图4.2:
图4.2竖曲线高程计算示意图
从图4.2坐标系统,两相邻直线的斜率和纵坡坡度代数差计算后,当值为“+”时,竖曲线为凹形;当值为“-”时,竖曲线为凸形。
计算变坡点:
变坡点桩号:
K0+390.000,高程:
384m,变坡点前后路线内的整20m桩号中,取任意桩如:
K0+320(地面高:
376.90m),变坡点前后路线的设计高程,填挖高计算如下:
(1)
(凹形曲线)(a)
(2)曲线长:
m(b)
(3)切线长:
m(c)
(4)外距:
m(d)
变坡点K0+390.000高程H=384m
竖曲线起点桩号=K0+253.457-190.92=K0+199.078
竖曲线终点桩号=K0+257.638+190.92=K0+580.922
设计标高在前后路和填挖高度计算:
以桩号K0+320,为例计算,且地面高程:
376.90m
(1)横距:
m(e)
(2)纵距:
m(f)
(3)切线高程:
=376.36m
(g)
(4)设计高程=切线高程-纵距=386.36-1.261=385.80m(h)
(5)填挖高=设计高程-地面高程=385.80-376.90=+8.90m(填)(i)
经检验,上述的计算结果是正确的,和计算软件计算得出的数值相同。
而按照相关要求,还应提前研究填挖量,比较好控制成本。
5横断面设计
5.1概念
道路断面,其含义是沿着横向切割法,路面断面设计,地线和标记组成。
根据设计要求,对
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