【道路勘测设计总说明书.doc】道路勘测设计课设说明书

2020-09-15 10:22:29 | 作者:小漠 | 点击: | 手机版
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设计总说明书

一、概述

(一)、任务依据

根据华南农业大学大学水利与土木工程学院土木工程(道路与桥梁设计方向)《道路勘测设计课程设计—平面设计》与《道路勘测设计课程设计—纵断面设计》。 (二)、设计标准

1、根据设计任务书要求,本路段按一级公路技术标准勘察、设计。设计车速为80Km/小时,路基4车道,宽24.5米。

2、设计执行的部颁标准、规范有:

《公路工程技术标准》JTGB01-2003

《公路路线设计规范》JTJ011-94 《公路路基设计规范》JTJ013-95

《公路水泥混凝土路面设计规范》JTG D40-2002、

(三)、路线起讫点

本路段起点A:K25+000为所给地形图坐标(X =3044868.675,Y = 532851.577,Z = 176.9293 ),终点B:K28+374.185为所给地形图坐标(X = 3044543.1403,Y = 535751.24142,Z =169.5336),

全长3.374公里。

二、沿线自然地理概况

(一)武夷山的地理位置及地形

武夷山位于中国东南部福建省西北的武夷山市,总面积达99975公顷,以“丹霞地貌”著称于世。北部为中低山,南部为低山丘陵和河谷阶地,地势总体北高南低,地形起伏较大。地貌单元可划分为流水切割褶皱-断块中山地貌,流水侵蚀、剥蚀-断块低山地貌,剥蚀低山-丘陵地貌和河谷阶地地貌四种类型。

该区属武夷山山区,地质单元多,构造活动强烈,河谷切割加剧,地势陡峻,地貌类型复杂,岩体类型多样,稳定性差。由于自然条件差异,本区基岩区风化程度高,基岩表层破碎强烈,松散堆积层非常广泛,构成滑坡、泥石流等自然灾害多发区,并具有活动性强、频次高、危害大等特点。沿线的不良地质现象主要有崩塌、滑坡、泥石流、软弱地基等类型。

(二)武夷山的水文气候特点

武夷山地处中亚热带,具有降水量多,湿度大,雾日长,垂直变化显著等气候特点。境内群山重叠,海拔1800米以上的山峰多达三十余座,形成天然屏障,冬季可阻挡或削弱北方冷空气的入侵,具有降水量多,湿度大,雾日长,垂直变化显著等气候特点。路线区支沟众多,山区河道狭窄,比降较大,丰水期流量较大,汛期流量骤增,易形成洪水灾害。潜水赋存状态与第四纪松散堆积层特征有关,基本埋深为15~20m,是形成地表水径流的主要来源。

(三)武夷山的地震设防

本地区有地震活动记录,但地震灾害对该段公路建设和防护影响不大,但不能忽视活动断裂带及其所造成的岩石破碎和诱发的其他地质灾害。有关断裂的活动性和地震参数查阅相关规范进行描述。

(四)沿线筑路材料、水、电等建设条件

沿线筑路材料比较丰富,四季宜采,运输方便,以购买为主;路线所经处天然河流,水质纯净,对混凝土无侵蚀性,供应充足,均可作为工程用水;沿线电力情况供应良好,工程用电可与地方电力部门协商解决。

三、设计作业步骤和方法

1、确定道路设计等级及宽度;

2、认真阅读地形图,查清路线带的地形地物特征,定出设计控制点;

3、根据起终点和相应中间控制点,在地形图上进行选线,通过比选,确定公路具体走向,选线时注意尽量少占农田和少拆房屋;

4、根据选定公路具体走向,确定交点位置,定出交点坐标,计算出交点间距、偏角,并根据地形地物求出平曲线半径、缓和曲线长度、计算出平曲线各要素,公路总里程; 5、按照100米间距在地形图上定出各中桩位置;

6、按照10~20米间距在地形图上定出各个中桩位置,读出地面高程,依此点汇出纵断面(如果地形变化较大,需要进行加密); 7、进行纵断面设计; 8、编制路基设计表;

四、本次设计必须提交的设计成果

(一)、计算说明部分 1、总说明书

2、平面计算(直线、曲线及转角表); 3、纵断面计算(设计标高、竖曲线各要素等) 4、路基设计表

5、路基土石方计算机调配。 (二)、图纸部分 1、平面设计图

2、纵断面设计图 3、路基标准断面图 4、 路基横断面图

五、定线

设计路段地形复杂,横坡陡峻,路线平、纵,横面所受的限制较严,定线时应尽可能的克服高程。

(一)、定导向线

(1)、首先在1:2000的地形图上,仔细研究路线选线阶段选定的主要控制点间的地形、地质情况,选择有利地形,拟定路线走法。 (2)、地形图上的等高线间距为10m,选用5.0%的平均自然坡度,按式2-1算出等高线间平距:

h

a (式2-1)

i均

由式2-1得:

10a200 m

0.05

使两脚规的开度等于a(按图上的比例尺为10cm),从路线起点A开始,拟定的路线走法在等高线上依次截取各点,直到最后一点的位置和标高按近路线终点B为止。

(3)、连接各点,分析该折线在利用地形和避让地物,以及工程艰巨的情况,从而选出应穿应避让的特征点为中间控制点,并重新连接各点。

(二)、确定路线位置

(1)、在前面定出的导向线的基础上,用不同半径的模板在路线平面可能出现的转点处描出路线平面位置,并标出其半径。 (2)、用直线连接各曲线,使各直线相交,初步定出路线交点。

(3)、初步分析各交点处所采用的线型,并大致量出各交点的转角值,概算出各交点处的平曲线切线长,结合交点间距概算出平曲线间插直线长度,判断各同向、反向及复合线型能否满足规范要求。 (4)、分析所定出的路线位置的工程量并进行调整,力争定出线形好、工程量小的路线位置。

根据以上的方法,即可在地形图上定出路线的位置,确定路线平面的交点,并初步定出了各交战处所采用的圆曲线半径值和缓和曲线长度,以及各平曲线的线型组合方式。

六、线路平面设计

(一)、 平面方案比选

方案一平曲线表:

方案二平曲线表:

由上述可知,两方案基本上都满足各技术指标,两条路线的长度基本相同,能较好地满足填挖平衡,且在地形相对复杂的地区容易展线,容易施工。从地形图上看,方案一的路线转角个数与方案二相同,且转角度数比方案二的大,;但是方案二经过过多民宅,拆迁费用支出势必过大,故经比较选择方案一。

(二)、路线

设计路段初始年交通量(交通量年平均增长率5.5%)

路线测设里程全长3.347公里,主要技术指标采用情况如下: 平曲线个数(个) 2 平均每公里交点个数(个) 0.6 平曲线最小半径(米) 470 最大纵坡(%) 2.337 最短坡长(米) 35.675 凸型竖曲线最小半径(米/处) 27180.136

平曲线占路线长(%) 63.31 直线最大长(米) 682.7203 变坡点个数(个) 5 平均每公里变坡次数(次) 1.49

(三)、 平面设计计算

1、平面设计计算有关内容及计算公式

(1)、交点间距、坐标方位角及转角值的计算:

设起点坐标为JD0(X0,Y0),第i个交点坐标为JDi(Xi,Yi) , i1 , 2 , 3 ,  , n,则:

坐标增量: XXiXi1 

YY (式3-2)

iYi1 交点间距: L式3-3)象限角: arctg

Y

X

(式3-4)计算方位角: 当 X0 , Y0 时 : fw

当 X0 , Y0 时 : fw180

当 X0 , Y0 时 : fw180 (式3-5)

 当 X0 , Y0 时 : fw360 

转角: iAiAi1 (式3-6) 当i为

凹型竖曲线最小半径(米/处) 20382.274

q

LsLs

 (m) (式3-7)2240R2L2L4ss

p (m) (式3-8)

24R2688R3

T(Rp) tg

q (m) (式3-9)2

Ly RLs (式3-10) LLy2Ls (式3-11)E(Rp) sec

R (式3-12)2

J2 TL (式3-13)

(3)、平面线形要素组合及计算: 、S型曲线:

S型曲线为反向圆曲线间用回旋线连接的组合形式,其相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等。如果采用不同的参数时,A1与A2之比应小于2.0,有条件时以小于1.5为宜。在两个回旋

线间的插直线(或重合段)的长度l应符合式3-14:

l

A1A2

m (式3-14) 40

此外,S型曲线两圆曲线半径之比也不宜过大,宜为:

、C型曲线:

C型曲线为同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的形式。其计算要求与方法同S形曲线。

(4)、逐桩坐标计算: 、直线上中桩坐标计算:

设交点坐标为JD(X , Y),交点相邻两直线方位角分别为fw1 和 fw2, 则:

R211~ 其中R2R1 (式3-15) R13

ZH点坐标: XZHXT cos (fw1180) (式3-16)HZ点坐标: YHZ YT sin (fw1180) (式3-17)

设直线上加桩里程为L,ZH,HZ为曲线起点、终点里程,则前直线上任意点坐标为:

XX(TZHL) cos (fw1180)

 (式3-18)

Y Y(TZHL) sin (fw1180) 后直线上任意点的坐标为:

XX(TLHZ) cos fw2

 (式3-19)、单曲线内中桩坐标计算:

Y Y(TLHZ) sin fw2  曲线上任意一点的切线横距为:

l5

xl (式3-20) 22

40RLs 式中:l——缓和曲线上任意点到ZH(或HZ)点的曲线长; Ls——缓和曲线长度。

①、第一缓和曲线(ZHHY)上任意点坐标:

30l2

XXZH  cos fw1

RL30l2scosRLs

(式3-21) 2

x30l

Y YZH  sin fw1 2

RLs30lcos

RLs

x

式中:——转角符号,右偏时为“+” ,左偏时为“-” 。 ②、圆曲线内任意点坐标(HYYH):

90lLs90l

XXHY2R sin   cos fw1RR

(式3-22)

90lLs90l

YYHY2R sin   sin fw1 

RR

式中:l——圆曲线上任意点至HY点的曲线长;

——转角符号,右偏时为“+” ,左偏时为“-” 。 ③、第二缓和曲线(HZYH)内任意点坐标:

XXHZ

30l2

  cos fw2180

RLs30l2cos

RLs

xx30l2cos

RLs

  sin 

YYHZ

 

(式3-23) 2

30l

fw2180

RLs



式中:l——第二缓和曲线内任意点至HZ点的曲线长。 2、平面设计计算过程 (1)、起终点及交点坐标:

(2)、半径及缓和曲线长:

(3)、转角: α(1) : 24° α(2) : 69° (4)、曲线要素:

切线长度(1) : 694.132 曲线长度(1) : 1373.445 校正值(1) : 14.820

切线长度(2) : 377.207 曲线长度(2) : 672.232 校正值(2) : 82.183 外距(2) : 102.232

外距(1) : 52.314

(5)、交点桩号: JD(1) : K26+376.853 JD(2) : K27+784.701

(6)、各曲线要素点桩号: ZH(1) : K25+682.720 HY(1) : K26+140.535 QZ(1) : K26+369.443 YH(1) : K26+598.350 HZ(1) : K27+056.165

ZH(2) : K27+407.494 HY(2) : K27+511.904 QZ(2) : K27+743.610 YH(2) : K27+975.315 HZ(2) : K28+079.726

七、线路竖曲线计算

(一)、确定竖曲线计算所需数据

根据平纵组合原则以及纵断面设计有各项工程技术标准,按公式RL/确定各变坡点处所取用的竖曲线半径,以及定坡时在CAD上算出的各直线段坡度和桩号、坡长如表4-1所示:

变坡点数据表 表4-1

(二)、竖曲线要素计算

竖曲线要素设计公式为:

i2i1 (式4-1)

式中:当为

竖曲线长度: LR (式4-2)

L

竖曲线切线长: T (式4-3) 根据前面确定的竖曲线半径及坡度值,计算各变坡点处的竖曲线要素如下:

2T2

竖曲线外距: E (式4-4)

2R

例 变坡点1:(R=27180.136m) L=790m T=160.95m E=0.477m

八、路基横断面设计

(一)准备工作

横断面设计的原则:

(1)、设计时应根据公路等级、技术标准,结合地形、地质、水文、填挖等情况选用。设计前必须做好各项勘察工作,收集横断面资料。 (2)、兼顾当地基本建设的需要,尽可能与之配合,合理设计边沟断面尺寸,并按有关规定采取必要的处理措施。 (3)、路基穿过耕种地区时,为了节约用地,如果当地石料丰富,可修建石砌边坡或直立矮墙。

(4)、沿河线的横断面设计,应注意路基不被洪水冲毁,如废方过多压缩河道而引起壅水危及农田、房舍时,一般应变更设计,将路线适当外移以减少废方,否则应将废方运走。 确定路基横断面宽度:

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设计公路为一级公路,采用整体式单幅双车道的路基断面形式。

根据工程技术标准,由公路等级(一级)及设计行车速度(80km/h),确定路基横断面车道数为双车道,行车道宽为3.75m,行车道外侧设置宽度为3m的硬路肩和0. 5m的土路肩,路基总宽度为24m。 资料收集:

(1)、平曲线起、终点桩号,平曲线半径和转角在平面设计中读取。 (2)、每个中桩的填挖高度在纵断面设计中读取。

(3)、路基宽度为24m。在路线平面图上的各中桩横断面范围内并向外延伸一定距离选取若干点,量取各点的地面标高。 (4)、根据技术标准确定边沟的形式及尺寸。

(5)、根据线路所处地区的地质情况确定填方路堤和挖方路堑的边坡值。

(二)编制路基设计表

横断面平曲线的加宽计算和超高计算完成后,应将结果填入路基设计表。路基设计表是公路设计文件中的主要技术文件之一,它是综合路线平、纵、横设计资料汇编而成的,在表中填有公路平面线形、纵断面设计资料以及路基加宽、超高等数据。它是路基横断面设计的基本依据,也是施工放样、检查校核及竣工验收的依据。

路基设计表的填写方法为:

(1)、“桩号”、“地面标高”栏从中桩测量资料抄录; (2)、“平曲线”栏从平面资料抄录,供加宽、超高计算用;

(3)、“变坡点高程桩号及纵坡坡度、坡长”栏从纵断面资料抄录,填入变坡点的桩号、高程、前后的坡度和坡长及起终点桩号; (4)、“竖曲线”栏填入竖曲线起、终点及要素。

(5)、“设计标高” 、“填挖高度”从纵断面设计资料中抄录;

(6)、“路基宽度”栏分别为路基左右侧路幅宽度值,有加宽的地方要进行加宽的计算。

(7)、“路边及中桩与设计高之高差”栏为按一定超高方式进行超高计算后,与路基宽度相对应的各点相对于设计高程位置的高差,通过超高计算获得。 (8)、“施工时中桩”栏为“填挖高度”栏与“路边及中桩与设计高之高差”栏中路中线的高差之差。

由前面的平面设计资料、纵断面设计资料和横断面设计中的加宽及超高计算,把相应数据填入路基设计表,以作为绘制横断面图的依据。路基设计表见附录表三《路基设计表》。

(三)绘制路基横断面图

标准横断面图绘制完毕后,参照标准横断面图,绘制K25+000~K28+273.5292路段内各中桩的横断面图,其步骤如下: (1)、根据横断面测量资料按1:200的比例绘制横断面地面线; (2)、根据路基设计表中的有关数据,绘制路幅的位置和宽度;

(3)、参照路基标准横断面图绘制路基边坡线和地面线相交,并在需要设置支挡防护处绘制支挡结构物的断面图;

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(4)、检查弯道路段横断面内侧的视距是否满足要求,是否需要清除障碍及设置视距台; (5)、根据综合排水设计,绘制路基边沟、排水沟、截水沟等在横断面图上的位置。 (6)、在中桩横断面图绘制出来后,标出该桩的桩号、左右路基宽、中桩填挖高和填挖面积。

按以上步骤和比例在CAD上绘制各桩号的横断面图,路基横断面的填挖面积可运用CAD软件的“查询”功能直接读出,并将其转换为实标比例下的数值,以进行土石方调配。横断面图中各断面的排列顺序是按里程从左向、从下到上排列。具体的路基横断面图见附图四《路基横断面图》。

(四)土石方调配

路基土石方量计算:

路基横断面设计以及路基横断面图绘制完成后,应对路基土石方进行计算和调配。首先计算横断面的面积,这一顶工作已经在用CAD绘制路基横断面图时完成。接下来需计算体积以获得土石方数量,最后进行土石方周配。

土石方数量和计算方法有两种:平均断面法和棱台法。前者适用以相邻两断面间的填方或挖方面积大小相近的情况,后者适用以相邻两断面填挖面积相差较大时的情况。拟建公路为山岭重丘区三级公路,地势起伏多变,相邻两横断面的填挖面积相差较大,现用第二种方法进行计算,其计算公式为:



1n VW(AW1AW2) L 1 1n3 (式5-6) 1m

VT(AT1AT2) L 131m

m

式中:

AAT1

, nW1, 其中AT1AT2 、 AW1AW2 。AT2AW2

土石方数量计算完成后,把相关数据填入土石方数量表,确定各路段内各种土或石的填挖量。具体见附表《路基土石方数量计算及调配表》。 路基土石方调配:

路基土石方计算完后,在进行土石方调配,合理解决各路段土石方数量的平衡与利用,以降低工程计价方数量,避免不必要的借土和弃土。

土石方调配可以在土石方数量表上进行,在进行土石方调配时,首先应进行横向调配,满足本桩利用方的需要,然后计算其他填缺和挖余的数量。根据填缺和挖余的情况进行纵向调配,确定借方或废方数量。

土石方调配有关数据及其调配过程详见附表

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