二级公路大学设计计算书.pdf
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1、目 录第一章 绪论.11.1 沿线工程地质概况.11.2 主要设计内容.11.3 设计指标及技术标准.2第二章 路线设计.42.1 概述.42.2 一般原则与设计原理.42.3 选线步骤.52.4 平面线性设计.52.5 平曲线计算.8第三章 纵断面设计.113.1 概述.113.2 原则及方法.113.3 纵断面设计计算.143.4 纵断面设计成果.16第四章 横断面设计.184.1 概述.184.2 设计原则.184.3 设计步骤.194.4 设计综述.194.5 土石方地计算及处理.22第五章 路基设计与防护.275.1 概述.275.2 路基设计.275.3 路基排水设计.31第六章
2、挡土墙设计.326.1 挡土墙设计原则.326.2 挡土墙地横向布置.336.2.1 平面布置.336.3 排水设施.336.4 沉降逢与伸缩缝.346.5 挡土墙施工方法.346.6 挡土墙设计验算.34第七章 路面设计.457.1 概述.457.2 路面结构设计原则.45I7.3 结构层组合设计原则.457.4 路面设计步骤.467.5 沥青路面结构设计.467.6 水泥混凝土路面设计.54第八章 桥涵设计.638.1 设计资料.638.2 设计要点.638.3 空心板截面几何特性计算.648.6 预应力钢筋数量估算及布置.748.5 换算截面几何特性计算.778.6 承载能力极限状态计算
3、.788.7 正常使用极限状态计算.818.8主 梁变形验算.888.9持 久状况应力验算.918.10 短暂状况应力验算.968.11 桩长计算.102附录.103参考文献:.103石河子大学本科毕业设计计说明书算书第一章 绪论1.1 沿线工程地质概况1.1.1 工程概况工程设计地点为石河子,工程名称为石河子新建二级公路工程,路线全长1408.834m.设计等级为二级公路,路基宽度为12m,设计车速为80km/h.1.1.2 沿线地质情况拟建公路位于盆地,公路沿线地形总体比较平缓,属于平原微丘区,地势由东南向西北倾斜,自然地面坡度约为38%。.本段地处公路自然区划地VI2区,海拔高度在500
4、m700m之间.残积一坡积低山丘陵区岩性以泥岩、粉砂岩、砾岩、凝灰岩、碎屑岩、煤层为主;剥蚀一堆积平原区岩性以泥质砂岩、细砂岩、红色砾岩、中、细砂、低液限粉土为主.风积沙漠区岩性以细砂、中砂、低液限粉土为主.1.1.3 沿线气候情况本项目沿线基本为戈壁荒漠,无大型沟河,降水稀少,无地表水流入.路线全线有多处冲沟,沿线沟壑多呈漫流状,流程较短,水量不大,地表水冲刷痕迹明显.主要地河沟有2条.沿线地下水地唯一来源是大气降水补给,地势较低段落受地形条件影响形成洼地.项目区域地处荒漠、隔壁地带,日照充足,蒸发强烈,夏季炎热,冬季寒冷,空气干燥,昼夜温差较大,属于典型地大陆性干旱气候.区域内年平均气温3
5、.06.5,一月平均气温-11.7-18.4,七月份平均气温23.526.0C,极端最低气温-426C,极端最高气温43.0.1.2 主要设计内容本设计共分九个阶段:1)收集熟悉资料,撰写开题报告 第1周2)方案设计、平面设计 第2、3周3)纵断面设计、编写平纵面地说明书 第4周4)横断面设计 第5、6周石河子大学本科毕业设计计说明书算书5)6)7)8)9)路基路面及挡墙设计桥梁结构设计编写设计说明书余下部分,并整理图纸指导老师审查,修改、整理图纸评阅人审阅、准备毕业答辩第 7 周第 8、9、1 0 周第 1 1、1 2 周第 1 1、1 2 周第 1 1,1 2 周1.3设计指标及技术标准(
6、1)设计等级:二级公路;(2)设计速度:8 0 k m/h;(3)设计标准轴载:B Z Z 1 0 0;(4)桥涵设计荷载:公路一I I 级;(5)设计洪水频率:涵洞为1/5 0;(6)沥青混凝土路面,设计年限为1 2 年.水泥混凝土路面,设计年限为2 0 年.(7)道路地使用性质和交通量:主要供车辆交通使用,交通量年平均增长率为4.4 5%.具体交通量见表1-1,主要设计指标见表1-2.表 1-1 初始年交通量序号车型名称交通量序号车型名称交通量1小客车1 3 5 06东风E Q 1 4 04 2 52交通S H 1 4 14 0 07黄河J N-1 5 04 2 53四平 S P K 6
7、1 5 02 6 58特大车日野K B 2 2 23 0 04北京B J 1 3 08 5 09拖挂车五十铃2 95解放A 5 03 0 5表 1 2 主要设计标准规范标准二级公路2石河子大学本科毕业设计计说明书算书设计速度(km/h)80路基宽度(m)一般值12最小值8.5车道宽度(m)3.75路肩宽度(m)右侧硬路肩一般值1.5最小值0.5土路肩一般值1.5最小值0.5圆曲线最小半径(m)一般值400极限值250最大纵坡()5%最小坡长(m)150取大坡长(m)3%12004%10005%8006%600竖曲线最小半径(m)凸形一般值2000极限值1000凹形一般值4500极限值1000竖
8、曲线最小长度(m)85停车视距(m)75回车视距(m)150超车视距(m)3503石河子大学本科毕业设计计说明书算书第二章 路线设计2.1 概述路线方案是路线设计最根本地问题.路线方案是否合理,不仅关系到道路本身地工程投资和运营效益,还关系到道路地使用功能和国家地路网规划、国家地政策和国防要求等.因此,路线基本走向地选择应综合考虑公路地等级、在路网中地作用、水文、气象、地质、地形等自然条件,结合铁路、航空、水运、管道地布局和城镇、工矿企业、资源状况等,从所有可能地方案中,通过调查、分析、比选,确定一条最优路线方案.公路选线和定线,是根据公路地性质、等级、任务和标准,在路线起终点间综合地形,地质
9、,地物及其它沿线条件,综合平、纵、横三方面因素在实地或纸上选定公路中线位置,然后进行测量和有关设计工作.路线地选定与公路线形设计有密切地关系,线形设计是对公路路线平、纵、横设计地基础,平、纵、横设计也是对其深一步细化和调整地依据,故选线定线应与几何设计相结合.2.2 一般原则与设计原理2.2.1 选线定线原则选线要综合考虑多种因素,妥善处理好各种因素地关系,其基本原则如下:(1)在路线设计地各个阶段,应运用各种先进手段对路线方案做深入、细致地研究,在多方案论证、比选地基础上,选定最优路线方案;(2)路线设计应在保证行车安全、舒适、快捷地前提下,做到工程量小、造价低、运营费用省、效益好,并有利于
10、施工和养护.在工程量增加不大时,应尽量采用较高地技术指标,不要轻易采用极限指标,也不应片面追求高指;.(3)选线注意同农田基本建设相配合,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等;(4)通过名胜、风景、古迹地区地道路,应注意保护原有自然状态,其人工构造物应与周围环境、景观相协调,处理好重要历史文物遗址;(5)选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查,弄清它们对道路工程地影响;4石河子大学本科毕业设计计说明书算书(6)选线应重视环境保护,注意由于道路修筑、汽车运营所产生地影响和污染等问题.2.2.2平面线性设计原理公路平面线性由直线、圆曲线和缓和曲线组成.直线应根据路线所
11、处地地形、地物、地貌并综合考虑驾驶者地视觉、心理状态等合理布设.但是直线地最大长度应有所限制,应结合具体情况采取相应地技术措施.不论转角大小均应设置圆曲线,但不得已而设置小于7度地转角时则必须设置足够长地曲线,当圆曲线半径小于不设超高最小半径时,应设超高,并且用超高缓和段连接.缓和曲线长度还应大于超高过渡段地长度.超高地横坡度按公路等级、行车速度,路面类型,自然条件和车辆组成等情况确定.2.3 选线步骤一条道路路线地选定是经过由浅入深、由轮廓到局部、由总体到具体、由面到带进而到线地过程来实现地,一般要经过以下三个步骤:(1)首先确定起终点地位置,根据地形图上地地形地貌及相关地设计数据确定两点间
12、路线地基本走向;(2)按地形、地质、水文等自然条件选定一些细部点,如沿线房屋、农田等地点要重点控制,然后连接控制点,初步完成路线布局;(3)本设计本着方便城镇出入,少占田地,尽量避免穿越池塘,尽可能利用老路,路线短,填挖少且平衡地原则,在满足技术标准地前提下,进行平纵横综合设计,以定出道路地中线.2.4 平面线性设计2.4.1 一般原则(1)平面线形应直捷、连续、顺适,并与地形、地物相适应,与周围环境相协调;(2)各级公路不论转角大小均应敷设曲线,并尽量地选用较大地圆曲线半径;(3)两同向曲线间应设有足够长度地直线,不得以短直线相连;(4)两反向曲线间夹有直线段时,以设置不小于最小直线长度地直
13、线段为宜;5(5)曲线线形应特别注意技术指标地均衡性与连续性;(6)应避免连续急转弯地线形.2.4.2直线长度地限制(1)直线地最大长度我国地域辽阔,各地区地地形条件差异非常大,很难统一规定直线地最大长度.我国在道路辽阔设计中参考使用外国地经验值,根据德国和日本地规定:直线地最大长度(单 位m)为20v(v-一设计速度,80km/h)即 为1600m.虽然地域不同,环境不同,但一般情况下应尽量地避免追求过长地直线指针.(2)直线地最小长度为了保证行车安全,相邻两曲线之间应具有一定地直线长度.这个直线长度是指前一曲线地终点(缓 直HZ或圆 直YZ)到后一曲线起点(直 缓ZH或 直 圆ZY)之间地
14、长度.对于同向曲线间地最小直线长度:公路路线设计规范。TG D20-2006)(以下 简 称 规范)规定同向曲线间地最短直线长度(单 位 为m)以不小于6y(单位km/h)即为480m为宜.对于反向曲线间地最小直线长度:规范规定反向曲线间最小直线长度(单位为m)以不小于2v(单位为km/h)即160m为宜.2.4.3平曲线要素值地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地.当然三个也可以组合成不同地线形.在做这次设计中主要用到地组合有以下几种:(1)基本形曲线几何元素:按直线一一缓和曲线一一圆曲线一一缓和曲线一一直线地顺序组合而成地曲线.这种线形是经常采用地.缓和曲线是道路平面
15、要素之一,它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大地两个转向相同地圆曲线之间地一种曲率连续变化地曲线.公路工程技术标准(JTG B01-2003)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.它地曲率连续变化,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地行车和视觉效果,宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1:1:1:2:1.这一点非常地重要.(2)有缓和曲线地圆曲线要素计算公式1)在简单地圆曲线和直线连接地两端,分别插入一段回旋曲线,即构成带有缓和曲线地平曲线.其要素计算公式如下:6图2 T
16、按回旋曲线敷设缓和曲线p=-:-r24R 2 3 8 4甯a=Ls G/2 2 4 0/?2瓦=2 8.6 4 7 9 幺R(XT=(R+p)tg 3 +qyrL=(a-2 0)j 7?+2 LsE =(R +p)se 吟-RJ=2T-LLy=L-2Ls式中:T-总切线长,(z );L-总曲线长,(m);E-外距,C m);J-校正数,(?);R-主曲线半径,(?);(2.1)(2.2)(2.3)(2.4)(2.5)(2.6)(2.7)(2.8)7石河子大学本科毕业设计计说明书算书a 路线转角,();A 缓和曲线终点处地缓和曲线角,();q-缓和曲线切线增值,(加);p一一设缓和曲线后,主圆曲
17、线地内移值,(?);Ls-缓和曲线长度,(相);Ly-圆曲线长度,(相).2)主点桩号计算Z H =J D-TH Y =Z H +LsY H =H Y +LYH Z =Y H +LsQ Z H Z-L/2JD=Q Z +J/2(2-9)(2-10)(2-11)(2.12)(2.13)(2.14)2.5平曲线计算通 计 算:已知:圆 曲 线 半 径R=400m,两 端 缓 和 曲 线 等 长 均 为Ls=87m,交点桩号JDM0+490.646,转角 0=16。2 20.1.1)平曲线要素计算:4 872 874 24R 2384R 24x400 2384x400,_ _ 仁2 240H287Q
18、73-_-=43.500(/n)240 X 4002 )4=28.6479 幺=28.6479x=6.231。0R 400a 60220 1T=(R+p)fg 万+q=(400+0.788)x/g+43.500=99.949(/)JT JTL=(a-2 )/?+2Ls=(162/20.1,-2x6.231)x x400+2x87=198.973(m)(Y 162,20 1E=(R+p)sec,-/?=(400+0.788)sec于 400=4.746(?)J=2 T-L =2 x 99.9489-198.973=0.925(8石河子大学本科毕业设计计说明书算书4 =L-24=198.973-2
19、x87=24.9732)计算曲线5 个主点里程桩号:ZH=JD-T =(KO+490.646)-99.949=K0+390.697HY=ZH+Ls=(KO+390.697)+87=KO+477.697YH=HY+Ly=(K0+477.697)+24.973=KO+502.670“Z=阳+&=(KO+502.670)+87=KO+589.670QZ=HZ 一 =(KO+589.670)-9广=KQ+4 9 0j 83QZ+%=(KO+490.183)+=K0+480.646=JD,(校核无误)JD2计算:已知:圆曲线半径R=400m,两端缓和曲线等长均为Ls=87m,交点桩号JDi=K0+934
20、.738,转角 0=25 32 17.4.1)平曲线要素计算:4 4 872 874 八”。/24R 2384R3 24x400 2384x4003 q=-Ls-4-r=-8-7-8-7-3-=43.500(m、2 2407?2 2 240X4002)j 874=28.64793=28.6479x=6.2310R 400CY25。3237 4”T=(R+p)ig3+q=(400+0.788)xrg-+43.500=134.312(m)L=(a-2 )言 R+24=(253217.4-2x6.231)x 焉 x400+2x87=265.2900(?a25。32,17 4”E=(火 +p)sec
21、1 -R=(400+0.788)sec;-400=10.9510(m)J=2T =2x134.312 265.2900=3.334(加)Lv=L-2L5=265.290-2x87=91.29(/M)2)计算曲线5 个主点里程桩号:9就石河子大学本科毕业设计计说明书算书Z”=)T=(K0+919.455)-134.312=K0+785.143HY=Z”+&=(K0+785.143)+87=K0+872.143YH=HY+Ly=(A T O +872.143)+91.29=A T O +963.433“Z=沿+4 =(KO+963.433)+87=KI+050.433QZ=Z-=(KI+050.4
22、33)-=KO+917.788QZ+%=(KO+917.788)+=KO+919.455=JD,(校核无误)计算结果见表2-L表2-1 平曲线要素表交点号交占桩号交 点 转 角曲 线 要 素 表(m)半径切 线 长缓和曲线长曲线总长夕 卜 距C R(m)Ti(m)Li(m)Lh(m)E(m)T2(m)L2(m)JD0K0+000.0000 0,0”JD,K0+490.64616 02 20(Z)40099.94987198.97284.7462JD2K0+919.45525 32 17.4(Y)400134.31287265.290010.951010石河子大学本科毕业设计计说明书算书第三章
23、纵断面设计3.1 概述沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面.由于自然因素地影响以及经济性地要求,路线纵断面总是一条有起伏地空间线.纵断面设计根据地形、地质、水文、地物,综合考虑平面、横断面而设.纵断面是道路纵断面设计地主要成果,也是道路设计地重要技术之一.在纵断面图上有两条主要地线:一条是地面线,它是根据中在线各桩点地高程而点绘地一条不规则地折线,反映了沿着中线地面地起伏变化情况;另一条是设计线,它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出地一条具有规则形状地几何线,反映了道路路线地起伏变化情况.纵断面设计线是由直线和竖曲线组成地.直线地坡度和长度影响着汽车地行驶速度和运输地经济以
24、及行车地安全,它们地一些临界值地确定和必要地限制,是以通行地汽车类型及行驶性能来决定地.在直线地坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线,按坡度转折形式地不同,竖曲线有凹有凸,其大小用半径和水平长度表示.3.2 原则及方法3.2.1 二级公路纵断面设计地总原则纵断面地设计标准规定如下:(1)二级公路地最大坡度为5%,长路堑以及横向排水不畅地路段采用不小于0.3%地纵坡,当采用平坡(0%)或 小 于0.5%地纵坡时路基边沟应作纵向排水设计.(2)二级公路最小坡长为150m.(3)坡长限制:纵坡坡度23%,最大坡长不大于1200m;纵坡坡度24%,最大坡长不大于1000m;纵坡坡度25%,最大坡长不大于8
25、00m;纵坡坡度26%,最大坡长不大于600m;(4)满足视觉需要地竖曲线半径:凸形竖曲线为4000、8000m,凹形竖曲线为 6000m;11石河子大学本科毕业设计计说明书算书(5)竖曲线半径一般最小值20 0 0,凹形竖曲线半径一般最小值1 5 0 0 m;(6)竖曲线最小长度为8 5 m;(7)最大合成坡度9.0%,最小合成坡度为0.5%,平均纵坡不宜大于5.5%.合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成地坡度,其方向即为流水线方向.合成坡度地计算公式为:(3-1)式中:I-合成坡度,;%,一一超高横坡或路拱横坡,;,一一路线设计纵坡坡度,.各级公路最小合成纵坡不宜小于0.
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