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是从“基本适应”到基本实现交通运输现代化,达到中等发达国家水平,这个目标将在本世纪实现。
1.3设计背景
本次设计中的平面设计,纵断面设计,横断面设计等内容主要采用了纬地道路设计软件,该软件是一套具有领先技术的工程规划计算机辅助设计系统,主要应用于测绘,道路设计和管道工程领域。
纬地道路设计系统将道路设计所需的各种平面线形,纵断面坡度组合,横断面形式,超高方式等设计要素归纳为符合设计者设计习惯和思维的“设计目标”概念,进行目标化设计,而不是单纯的绘制线,点等几何图素。
设计者是在三维数据模型中进行平面,纵断面及横断面设计的,其中各种地形信息,中线线位,超高控制,数模数据可互相传递,参考,辅助设计者设计出合理的平,纵,横断面组合。
设计完成后,纬地道路系统能够自动绘出所需任意比例的平面图,纵断面图,横断面图。
第二章:
道路设计可行性研究
2.1设计背景
位于山西晋城地区,属于暖温带季风气候,四季较分明,春季干旱多风,夏季受东南亚季风气候影响,炎热多雨,秋季温和凉爽,阴雨较多,冬季受西伯利亚高压气流控制,气候寒冷,雨雪稀少,平均气温11.7度,极端最高气温40.2度,最低气温-19.7度,最大冻深为1.51米,多年平均风速2.2米/秒。
沿线山体稳定,无不良地质状况,山坡地下水3米以下,洼地地下水1.5米以下。
树木较多,沿线多粘质土,山坡上1米以下是碎石土。
公路沿线附近可采用的建筑材料:
水泥、沥青、碎石、砂砾、石灰及粉煤灰等。
2.2研究意义
本题目可以使我们在如何进行公路施工图设计方面进行一次全面的、系统的训练,使我们了解公路施工图设计所包括的工作内容、工作程序、施工图设计文件所包括的内容及文件的编制办法等,为今后从事公路工程设计、施工工作打下良好的基础。
本次设计,既有助于提高我们综合运用知识的能力,同时也有助于以后在工作岗位能很快地适应工作环境。
山西晋城某地区二级公路,它的建设对该区域基础设施建设,改善区域公路路网结构,发展晋城某地区经济起着巨大的促进作用。
因此,建设此公路对国家实施中西部发展战略,加快中西部地区经济发展,完善山西省公路网,促进地区经济发展和矿产资源开发,改善交通运输条件及投资环境等均具有重要的意义。
第三章:
总体设计
3.1设计特征
路线基本上是沿河线,路线走向明确,路线纵坡缓,线形好,是比较好的选择方案。
但沿线多为开阔的阶地,而这些阶地是山岭重丘区仅有的良田及耕地,修路与占地的矛盾突出,应尽量解决好占地问题;
二应靠近山坡进一些,但靠山体过近,路线的线形就会差一点,同时易于破坏山体的稳定性,要增加山体的坡面防护措施,需防止山体滑坡,碎石崩塌,山洪冲毁路基的可能性,结合两者,选择线形时,宜离开山体一段距离。
同时,注意道路的横向排水。
此外,山区居民多聚居于傍山沿河一带,城镇和居民点多,沿河线便于发展公路的使用效益;
沿河线便于施工,养护和行车使用,另外,路线旁山依河,砂砾石料丰富,水源充足,为施工养护提供了就地取材的条件。
表3-1二级公路主要技术指标选取表
计算行车速度(km/h)
路基宽度(m)
极限最小半径(m)
一般最小半径(m)
停车视距(m)
最大纵坡
(%)
60
10
125
200
75
6.00
凸形竖曲线一般最小半径(m)
凹形竖曲线一般最小半径(m)
最小竖曲线长度(m)
汽车轴载
桥涵设计荷载
2000
1500
100
BZZ-100
公路—Ⅱ级
3.2路线方案的比选
根据道路技术指标,在平面图上初选两种方案:
方案A和方案B。
对两种方案进行技术可行性和经济合理性比较。
根据《公路路线设计规范》(JTGD20—2006)及其它相关的要求,参照相应的选线原则,在1:
2000的地形图上选出控制点并定出导向线、路线交点,初步确定两个路线方案。
设计的主要控制点JD1,JD2,沿乡间小路。
间尽量避免路线穿过村庄,与此同时,尽量越少(或不穿越经济作物领域(如果园桃园温室,等等)。
尽量减少与当地道路交叉,无法避免尽可能大角度相交。
选择过程要考虑原水利电力设施,减少对当地居民的生产和生活的影响。
虑线性的要求,主要是路线直,没有太多的迂回路线。
平面曲线半径大,满足现代公路高指标要求。
方案1和方案2的路线线形指标从经济作物占据,迂回路线,和地方道路交叉的情况,经济指标,总里程对比如表所示。
表3-2路线方案比选
方案
方案B
方案A
比较
交点数
2
相同
各交点圆曲线半径
400、500
350、600
方案B较方案A指标高
经济作物占用情况
占用少量经济作物田
不占用经济作物田地
方案A较方案B好
房屋拆迁情况
无
路线转角迂回情况
转角小,迂回少
转角大,迂回大
方案B较方案A好
与道路交角
79度
54度
经济指标
平坦地带填挖量少、经济
填挖方大、不经济
与地方路交叉情况
1处
情况相同
总里程数
1672.875米
1789.356米
方案B较短
分析表,考虑到二级公路经济指标是重点因素,结合路线总长对工程造价的影响,路线迂回尽量少的原则;
考经过虑主要矛盾,忽略次要矛盾,比较后一种方案要次于第一种方案。
所以采用第一种路线方案B。
路线方案图示:
方案B:
由于路线沿岸布置,土石方工程量小,造价较低。
但线形较差,局部路段需要进行限速。
方案A:
虽然路线线形好,但土石方工程量大,造价较高。
结合道路的交通量和工程造价的要求,故选用B方案。
3.3道路指标的确定
1)近期交通量
表3-3近期主要车型交通量
车型
数量(次/日)
三菱FR415
270
五十铃NPR595G
145
江淮HF140A
120
江淮HF150
170
东风KM340
320
东风SP9135B
150
五十铃EXR181L
轿车
180
2)交通增长率:
10%
道路等级和技术标准
根据《公路工程技术标准》规定:
标准车型以小客车为折算标准。
各种汽车的折算系数系数见表2。
由表1和表2可知近期主要车型三菱FR415、五十铃NPR595G、江淮HF140A、江淮HF150、东风KM340、东风SP9135B、五十铃EXR181L、轿车的折算系数分别为1.5、1.5、1.5、2.0、1.5、3.0、3.0、1.0。
确定公路等级:
式中:
——设计交通量(辆/日);
——起始年平均日交通量(辆/日);
——设计交通量年平均增长率(%);
——设计交通量预测年限。
表3-4各级公路车辆折算系数
代表车型
车辆折算系数
说
明
小客车
1.0
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
1.5
>19座的客车和载质量>2t的货车
大型车
2.0
载质量>7t~≤14t的货车
拖挂车
3.0
载质量>14t的货车
交通量年平均增长率为10.0%,各种车辆折合成小客车的年平均日交通量
,
=小客车+1.5×
中型车+2×
大型车=180×
+(270+145+120+320)×
1.5+170×
2+(150+120)×
3=2612.5,
=2612.5×
(1+10.0%)
=9920.9,交通量在5000~15000之间,所以所选路段应该为二级公路。
由远景设计年限交通量N=9920.9辆/日,综合《公路工程技术标准》,考虑山岭重丘区道路条件,拟定该公路为二级公路两车道,设计车速为60km/h。
第四章:
路线设计
4.1平面线形设计
4.1.1直线
(1)直线最大长度
我国对于直线的长度未作出具体规定,当采用长的直线线形时,为弥补景观单调之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的措施。
在景色有变化的地点其直线的最大长度(以km计)可以大于20V(V为设计车速,以km/h计),在景色单调的地点最好控制在20V以内。
(2)曲线间直线最小长度
同向曲线间的直线最小长度:
同向曲线间若插入短直线,容易把直线和两端的曲线构成反弯的错觉,甚至把两个曲线看成是一个曲线。
这种线形破坏了线形的连续性,容易造成驾驶员操作的失误。
《公路路线设计规范》(JTGD20—2006)规定同向曲线的最短直线长度以不小于6V为宜。
在受到条件限制时无论是高速公路还是低速公路都宜在同向曲线间插入大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或者C形曲线。
(3)反向曲线间的直线最小长度
转向相反的两圆曲线之间,考虑到为设置超高和驾驶人员的转向操作需要,其间直线最小长度应予以限制。
《公路路线设计规范》(JTGD20—2006)规定反向曲线间最小直线长度(以m计)以不小于行车速度(以km/h计)的两倍为宜。
4.1.2圆曲线
(1)圆曲线的最小半径
我国《公路路线设计规范》(JTGD20—2006)对于不同设计速度的公路圆曲线规定了一般最小半径、极限最小半径、不设超高最小半径。
具体规定值见表4-1。
(2)圆曲线半径的选用原则
选用曲线半径时,应尽量根据地形地物等条件,尽量采用较大半径的曲线,必须能保证汽车以一定的速度安全行驶。
具体要求如下:
一般情况下,宜采用极限最小平曲线半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径;
地形条件受限时,应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径;
地形条件特殊困难而不得已时,方可采用极限最小半径;
应同前后线形要素相协调,使之构成连续、均衡的曲线线形,使路线平面线形指标逐渐过渡,避免出现突变;
应同纵断面线形相配合,必须避免小半径曲线与陡坡相重合,最大半径不宜超过10000米。
表4-1圆曲线最小半径
设计速度(Km/h)
80
650
400
250
1000
700
不设超高最小半径(m)
路拱≤2%
5500
4000
2500
路拱﹥2%
7500
5250
3350
1900
本次设计中设计速度为60km/h,由表查得该二级公路圆曲线极限最小半径为124米,一般最小半径为200米。
4.1.3缓和曲线
(1)缓和曲线的有关规定:
直线同半径小于不设超高最小半径的圆曲线径相连接处,应设置缓和曲线。
半径不同的同向圆曲线相连接处,应设置缓和曲线,当符合规范规定的特定条件时可不设缓和曲线。
各级公路的缓和曲线长度应满足规范规定的长度值要求。
回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增大。
当圆曲线部分按规定需要设置超高时,缓和曲线长度还应大于超高过渡段长度。
(2)最小长度
为使驾驶员能从容地打方向盘、乘客感觉舒适、线形美观流畅,圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成,所以应规定缓和曲线的最小长度。
从以下几方面考虑:
1)乘客感觉舒适
(2)渐变率适中(3)行驶时间不太短
《公路路线设计规范》(JTGD20开头-2006)给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度见表所示
表4-2缓和曲线最小长度
缓和曲线最小长度(m)
85
70
查表可得本设计缓和曲线最小长度的最小值为60米,一般值为80米。
回旋线参数应与圆曲线半径相协调,研究认为:
回旋线参数A和与之相连接的圆曲线之间只要保持,便可得到视觉上协调而又舒顺的线形。
当R在100m左右时,通常取A=R;
如果R<100m,则选择A=R或大于R。
反之,在圆曲线半径较大时,可以选择A在R/3左右,如果R超过了3000m,即使A小于R/3,在视觉上也是没有问题的。
4.1.4平曲线长度
汽车在道路的曲线段上行驶时如果平曲线太短,就会导致驾驶员急转转向盘,高速行驶时候是不安全的,乘客也会因为离心力太大而感到不舒服。
导致驾驶操纵来不及调整。
所以《公路路线设计规范》(JTGD20—2006)规定了平曲线(包括圆曲线及其两端的缓和曲线)最小长度见表。
表4-3平曲线最小长度
40
30
20
一般值(m)
850
500
350
最小值(m)
140
50
4.1.5带缓和曲线的圆曲线计算
圆曲线要素计算
圆曲线1:
已知
α1=27°
12′47.5″取圆曲线半径R1=400m,如图所示:
—路线转角L1—曲线长(m)T1—切线长(m)
E1—外矩(m)J1—校正数(m)R1—曲线半径(m)
—缓和曲线(m)
—圆曲线(m)
1).曲线要素计算:
m(4.7)
m(4.8)
(4.9)
m(4.10)
(4.11)
(2).曲线主点桩号计算:
在地形图上量得T=721.53m,即得JD1=K0+721.53
ZH1=JD1-T1=K0+530.508
HY1=ZH1+Lk=K0+600.508
YH1=HY1+Ly=K0+841.550
HZ1=YH1+Lk=K0+911.550
QZ1=HZ1-L1/2=K0+700.029
JD1=QZ1+J1/2=K0+721.53
校核无误
4.1.6本设计中平面设计方法
本次设计主要是利用计算机辅助定线。
将选定的路线的起点、终点和三个交点输入纬地道路软件后,利用软件和人工进行平面线的动态交互设计,最后由纬地地系统进行曲线要素、主点桩里程的计算和相关成果图表的生成。
相关成果详见附录-设计图纸文件部分。
4.2纵断面设计
4.2.1纵断面设计原则
根据道路的等级、沿线自然条件和构造物控制标高,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。
具体路段设计可见纵断面设计图。
(1)纵面线形应与地形相适应,线形设计应平顺、圆滑、视觉连续,保证行驶安全。
(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)平面与纵断面组合设计应满足:
(4)视觉上自然地引导驾驶员的视线,并保持视觉的连续性。
4.2.2纵坡设计
a.纵坡设计的一般要求:
(1)纵坡设计必须满足《标准》的有关规定,不轻易使用极限值
(2)纵坡应力求平缓,更要避免连续陡坡,过长陡坡和反坡
(3)纵断面线形应连续,平顺,均衡,并重视平纵面线形的组合
为了行车安全,舒适和视觉良好的要求来看,纵断面线形注意有以下几点:
在较大的连续上坡路段,最陡的纵坡应被放在底部,接近顶部的纵坡宜放缓些;
纵坡变化小的,宜采用较大的竖曲线半径;
纵断面线形设计应注意与平面线形的关系,汽车专用公路应设计平、纵面配合良好协调的立体线形;
纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑,为利于路面和边沟排水,一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜,在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高,以免遭受洪水冲刷,而确保路基的稳定;
为了减少借方和废方,降低工程造价,纵坡设计应争取填、挖平衡,尽量利用挖方作就近填方,;
纵坡设计时,还应适当照顾当地民间运输工具,农业机械、农田水利等方面的要求。
d.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。
在不过分增加工程数量的情况下,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。
大于250m,故不设加宽。
4.3.4超高缓和段设计
由于本设计中没有S型反向曲线只在缓和曲线段内进行超高。
超高缓和段长度的计算公式
——超高缓和段长度(m);
——旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度;
绕中央分隔带边缘旋转时,B为半幅行车道宽度;
——旋转轴外侧的超高与路拱坡度的代数差;
P——超高渐变率。
本设计中超高缓和段长度计算:
计算实例:
以本设计中的JD2为例计算超高缓和段。
从ZH点的渐变,R=500
若ih小于路拱横坡iG时,取ih=iG
若ih大于路拱横坡iG时,取ih=ihmax,故ih=5%
最小超高过渡段
Ls=80>
Lc=43.75取Lc=80m
则
故满足要求。
其他平曲线超高计算同上。
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