道路勘测设计课程设计1
道路勘测设计课程设计
班级: 学号: 指导教师:
2008 年12 月 23
日
《道路勘测设计》课程设计指导书
一、 目的
本课程设计是在学生学完《道路勘测设计》及其相关专业后进行的一次综合性训练,既有助于巩固所学的专业知识,培养独立设计的能力,提高综合运用知识的能力,也为以后的毕业设计打好基础。
二、 基本资料
本段公路为平原微丘三级新建公路。
起点坐标:
X=79380.000,
Y=91030.000;终点坐标:X=79150.000
,Y=91980.000;起、终点设计高程均同地面高程。
提供的地形图比例尺为:1:2000。
三、 设计步骤和方法
1、 认真阅读地形图,查清路线带的地形、地物特征,并定出起点、终点和中间控制点;
2、 根据起终点和中间控制点,在地形图上进行选线,通过比选,最终确定公路具体走向,必须选出两条路线进行比选(选线时注意各个段落土石方的平衡,尽可能少占农田,少拆房屋);
3、 根据选定的公路具体走向,确定交点位置,量出交
点坐标,计算交点间距、偏角,并根据地形、地物和《规范》的要求确定平曲线半径、缓和曲线长度,计算出平曲线各要素、公路总里程;
4、 按照20的间距在地形图上定出各个中桩的位置,读出其他地面高程,依此点绘出纵断面(若地形变化大,则要考虑加桩); 5、 断面图设计; 6、 编制《路基设计表》;
7、 点绘横断面地面线,进行横断面设计; 8、 路基土石方数量计算与调配;
9、 在地形图上点绘公路用地界限,并调查征地和拆迁情况;
10、整理装订成册。
四、 要求
1、 所有设计必须独立完成,不得抄袭。
2、 图表格式要求:所有图纸、汉字均要按照规范要求采用工程字体;每张图表必须有设计人、复核人、审核人及其签名,并标上图号、日期;采用3号图纸;图框尺寸,外框为420mm×297mm,内框为(430-30-10)mm×(297-10-10)mm,设计单位70mm,公路名称70mm,图名65mm,设计、复核、审核、图号、日期均为(15+20)
mm。
3、 横断面图比例为1:200,纵断面比例,纵向为1:2000,横向为1:200。 4、 挡土墙、涵洞各绘制一个。 5、 设计后的成果必须整理装订好。
五、 本次设计必须提交的设计成果
(一) 计算说明部分
1、 平面计算(直线、曲线及转角表);
2、 纵断面计算(设计标高、竖曲线各要素等); 3、 路基设计表;
4、 路基土石方数量计算及调配(路基土石方数量表); 5、 主要技术经济指标; 6、 总说明书。 (二)
1、
平面设计图(含用地图);
2
、 纵断面设计图; 3、 路基标准横断面图; 4、 路基横断面图;
5、 挡土墙及涵洞图各一个。
六、 主要参考书目
1、《道路勘测设计》 2、《公路路基设计规范》 3、《公路路线设计规范》 4、《公路工程技术标准》 5、《小桥涵设计手册》 6、《路基路面工程》
(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:
a
hi均
(式2-1) 由式2-1得:
a
100.05
200 m
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。 2.2.1 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。
为0.2,按式3-1:
x(y)
lL
0.2 (式
3-1)
(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、 即可得出在该坐标格内的坐标增量,再用此坐标增量加上原点在整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。
第1章 线路平面设计
3.1 确定平面设计所需数据 3.1.1 确定交点坐标
(1)、根据地形图上所定出的路线位置,通过地形上的等高线推算各交点的坐标。方法如下:
、推算坐标时,应在交点所在的坐标格内进行,先假定该坐标格四个脚点中的左下脚点为原点。
、量出交点的到坐标横(纵)轴的距离l,再量取坐标格的垂直(水平)长度L。
、计算坐标增量。从地形图可以看出相邻坐标网格线间的距离
体坐标系下的坐标值即可得出该交点的坐标。 、按上述方法推算出的各交点坐标如表3-1。
交点
坐
表3-1
标
表(2)
3.1.2 初拟平曲线半径及缓和曲线长
纸上定线时所初定的各交点处平曲线半径及缓和曲线长如表3-2。
半径及缓和曲线长 表3-2
3.2 平面设计计算
3.2.1 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JD
(X0,Y0),第i个交点坐标为JDi(Xi,Yi) , i1 , 2 , 3 , , n,则:坐标增量:
XXiXi1
YY (式3-2)
iYi1
交点间距: L
式3-3)
象限角: arctg
YX
(式3-4)
计算方位角: 当 X0 , Y0 时 : fw
当 X0 , Y0 时 : fw180
当 X0 , Y0 时 : fw180 (式3-5)
当 X0 , Y0 时 : fw360 转角: iAiAi1 (式3-6)
当i为 "" 时路线右偏,当i为 "" 时路线左偏
(2)、曲线要素计算:
qLsLs2
240R2 (m) (式3-7)
L2
p
L4
ss
24R2688R
3
(m) (式3-8)
T(Rp) tg
2
q (m) (式3-9)
Ly RLs (式3-10)
LLy2Ls (式3-11)E(Rp) sec
2
R (式3-12)
J2 TL (式3-13)
、平面线形要素组合及计算: 、S型曲线:
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,A
1
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:
(3) S
l
A1A2
40
m (式
3-14)
此外,S型曲线两圆曲线半径之比也不宜过大,宜为: R2R1~
1R1 (式
3-15)
1
3
其中R2 、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
(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:
ZH点坐标: XZHXT cos (fw1180) (式3-16)HZ点坐标: YHZ YT sin (fw1180) (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:
XX(TZHL) cos (fw1180)
Y Y(TZHL) sin (fw (式3-18) 1180)
后直线上任意点的坐标为:
XX(TLHZ) cos fw2
Y Y(TLHZ) sin fw (式3-19)
2 、单曲线
内中桩坐标计算:
曲线上任意一点的切线横距为: xl
l
540R2
L
2 (式3-20)
s
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:
XXx
30l2
ZH
30l2 cos
fw1RL
cos
sRL
s
(式3-21)
Y YZH
x sin 2
30l
cos30l2
fw1RL sRL
s
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
):
XX2R sin 90l
cos 90L
fwlsHY
R
1
R
(式3-22)
YY sin 90l90lL
s
HY2RR sin fw1
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:
。 。
XXx
30l2
HZcos2
cos fw2180RL 30lsRL
s
(式3-23)
YYx30l2
HZ sin fwcos30l22180RL
sRL
s
式中:l——第二缓和曲线内任意点至HZ点的曲线长。
3.2.2 平面设计计算过程
(1)、根据平面设计的有关内容以及相应的计算公式和要求,对初拟的
半径值和缓和曲线长度值进行试算调整,使之满足各项要求,以最终确定
各平曲线的圆曲线半径和缓和曲线长。确定下来的圆曲线半径不应和初拟
时的偏差过大,以免平曲线的位置偏离初拟位置过大而可能导致工程量的
增加。
(2)、根据上述原则以及相关公式,用Fortran90编程序计算,圆曲线半径和缓和曲线长度的调整在程序中执行。程序见附录二《平面设计计算
程序》。
(3)、用此程序计算所得结果如下:
一、起终点及交点坐标:
2: 00000.000 , 00000.000
3: 00000.000 , 00000.000
4: 00000.000 , 00000.000
5: 79150.000, 91980.000
二、半径及缓和曲线长: 2: 96.335 25.000
3: 79.900 25.000
4: 200.000 25.000
三、方位角和交点间距:
fw( 1- 2) :
L( 1- 2) :
fw( 2- 3) :
L( 2- 3) :
fw( 3- 4) :
L( 3- 4) :
fw( 4- 5) : L( 4- 5) : P( 3) : 0.3259 T( 3) : 54.9971
四、转角:
α( 2) : 47 α( 3) : -55 α( 4) : 21
五、曲线要素: q( 2) : 12.49298 P( 2) : 0.27032 T( 2) : 55.000 LY( 2) : 17.464 L( 2) : 67.464 J( 2) : 42.536 E( 2) : 9.2087
q( 3) : 12.4898
30'00''050'00''000'00'' LY( 3) : 16.8260 L( 3) : 66.8260 J( 3) : 43.1682 E( 3) : 10.8913
q( 4) : 12.4984 P( 4) : 0.1302 T( 4) : 47.7868 LY( 4) : 15.3756
E( 4) : 3.5385
六、平曲线间插直线长度: L( 2- 3) : S曲线
L( 3- 4) : 380>
120 满足曲线最小插直线段要求
七、交点桩号: jd( 1) : K0+080 jd( 2) : K0+140 jd( 3) : K0+520
八、各曲线要素点桩号: ZH( 2) : K0+025 HY( 2) : K0+050 QZ( 2) : K0+080 YH( 2) : K0+110 HZ( 2) :
ZH( 3) : HY( 3) : K0+110 QZ( 3) : K0+140 YH( 3) : K0+170 HZ( 3) : K0+195
ZH( 4) : K0+472.213 HY( 4) : K0+497.213 QZ( 4) : K0+520 YH( 4) : K0+542.787 HZ( 4) : K0+567.787
九、逐桩坐标表:
桩号 X坐标 Y坐标 方向角
3.3 平面设计成果 3.3.1 编制相关表格
(1)、根据程序计算所得结果绘制直线、曲线及转角表,见附表一《直线、曲线及转角表》。
(2)、根据程序计算结果绘制逐桩坐标表,见附表二《逐桩坐标表》。 3.3.2 绘制平面图
根据《直线、曲线及转角表》和《逐桩坐标表》在地形图绘制线路平面图,具体见附表一。
第2章 路基纵断面设计
4.1 准备工作
在线路平面图上依次截取各中桩桩号点,并推算对应的地面标高。然后在CAD图上按横向1:2000,纵向1:200的比例尺绘制地面线,并打上方
地面标高及平曲线示意图图4-1
4.2 纵断面拉坡
(1)、标注控制点:确定路线起、终点以及越岭垭口,地质不良地段的最小
填土高度,最大挖深等线路必须经过的标高控制点。
、试坡:在已标出的“控制点”纵断面图上,根据各技术指标和选线意图,结合地面线的起伏变化,以控制点为依据,在其间穿插取值,同时综合考虑纵断面设计中的平纵组合问题,即当竖曲线和平曲线重合时,
应设法使竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内,其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上,也不要放在圆弧段之内。由此试定出若干坡线。
(3)、调整并核对:对试坡时所定出的各种坡线进行比较,排除不符工程技术标准的坡线,在剩下的坡线中选取填挖方量最小又比较平衡的坡线。在选取的坡线上选择有控制意义的重点横断面,从纵断面图上读出其对应
桩号的填挖高度,检查该点的横断面填挖是否满足各项工程指标。如果不满足,则应对所选坡线进行调整。
(4)、定坡:经上述方法调整无误后,直接在CAD图上把各段直线坡的坡度值、坡长、变坡点的桩号、标高确定下来。
4.3 竖曲线计算
4.3.1 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
RL/
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
(2)
4.3.2 竖曲线要素计算
竖曲线要素设计公式为:
i2i1 (式4-1)
式中:当为"+"时表示凹形竖曲线,当为"-"时表示凸形竖曲线
竖曲线长度: LR (式4-2)竖曲线切线长: TL2 (式4-3)
根据前
2
竖曲线外距: E
T
2R
(式4-4)
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:
(1)、变坡点1:(R1000m)
i2i10.028170.0650.03683 (凸形)LR10000.0368336.83 mT
L218.415 m
T
2
18.415
2
E
2R
21000
0.170 m
(2)、变坡点2:(R=750m)
i2i10.070.028170.09817 (凸形)LR750
0.0981773.628 mT
L236.81 m
E
T
2
.81
2
2R
362750
0.90 m
4.3.3 纵断面设计成果表
再由公式
hx2
/2R
直线坡线标高减去竖距h,凹形竖曲线的曲线上中桩标高即为对应直线坡线标高加上竖距h。由此即可确定纵断面线上各中桩的标高,也就可以算
出各中桩的填、挖高度。本次设计中,用Excel表格编工式计算,所得结果如表4-2。详细见路基设计表。
纵断面设计成果表
表4-2
4.4 绘制路基纵断面图
根据《纵断面设计成结表》绘制纵断面图。纵断面图一般采用横向1:2000,纵向1:200的比例尺绘制,由上、下两部分内容组成。上部主要用来绘制地面线和纵坡设计线,并标注竖曲线及其要素,以及沿线人工构造物的位置结构类型、孔数和孔径等。下部主要用来填写线路纵坡的有关
数值。至上而下分别填写:坡长及坡度,设计标高,地面标高,填挖高度,直线及平曲线,超高。
纵断面图见附图二《纵断面设计图》。
第3章 路基横断面设计
5.1 准备工作
5.1.1 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。
5.1.2 确定路基横断面宽度 设计公路为三级公路,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(三级)及设计行车速度(40km/小时),确定路基横断面车道数为双车道,行车道宽为3.5m,行车道外侧设置宽度为0.75m的土路肩,路基总宽度为8.5m。 5.1.3 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8.5m。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。5.2 横断面设计计算 5.2.1 加宽计算
(1)、确定各交点处圆曲线上的全加宽值:
按工程技术标准规定,山岭重丘区三级公路采用第三类加宽值,即汽车轴距加前悬总长为5.28.814 m时的加宽值。当圆曲线半径
R250 m
时,由于加宽值很小,可以不加宽。各级公路的路面加宽后,
5-1:
公
路
平
曲
线
加
宽表5-1
(2)、加宽的过渡:
为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了的加宽的宽度,需设置加宽缓和段。在加宽缓和段上,路面具有逐渐变化的宽度。 本次设计所采用的加宽过渡方法为按高次抛物线过渡的方法。按此方法在加宽缓和段上插入一条高次抛物线,抛物线上任意点的加宽值为:
b4
x(4k
3
3k)b
(式5-1)
k
LxL
(式
5-2)
式中:b——圆曲线上全加宽值(m);
Lx
——任意点到加宽缓和段起点的距离(m);
L
——加宽缓和段长(m)。
(3)、加宽缓和段的长度:
对于设有缓和曲线的平曲线,加宽缓和段采用与缓和曲线相同的
长度。本次设计中,各交点处的平曲线均设有缓和曲线,所以加宽缓和段与缓和曲线同长,即L
x
所得结果如表5-3:
Ls。
交点2加宽计算表 (4)、平曲线内各桩号加宽计算:
、交点1:R96.335 m , Lx
Ls25 m , b2.0 m
,用Excel表格编公式
计算,所得结果如表5-2:
交点
1
加宽计算表
表5-2
、交点2:
R79.90m , Lx
Ls25 m , b2.0 m
用Excel表格编公式计算,
表5-3
、交点3:R200 m , Lx
Ls25 m , b1.0 m
,用Excel表格编公式计
算,所得结果如表5-4:
交点
3
加
宽
计
算
表表5-4
于不设高的最小半径值时,应在路面上设置超高,而当平曲线半径大于不设超高时的最小半径时,即可不设超高。拟建公路为山岭重丘区三级公路,设计行车速度为40km/小时。按各平曲线所采用的半径不同,对
5.2.2 超高计算
(1)、确定路拱及路肩横坡度:
为了利于路面横向排水,应在路面横向设置路拱。按工程技术标准,采用折线形路拱,路拱横坡度为2%。由于土路肩的排水性远低于路面,其横坡度一般应比路面大1%~2%,故土路肩横坡度取3%。 (2)、超高横坡度的确定:
应的超高值如表5-11:
圆曲线半径与超高 5-11
当按平曲线半径查表5-11所得超高值小于路拱横坡度值(2%)时,取2%。
(3)、缓和段长度计算:
超高缓和段长度按下式计算:
LB'
ic
P
(5-3)
表式
式中:Lc
——超高缓和段长度(m);
B'
——旋转轴至行车道外侧边缘的(m);
i
——旋转轴外侧的超高与路拱横坡度的代数差;
P——超高渐变率,根据设计行车速度40km/小时,若超高旋转轴为路线中时,取1/150,若为边线则取1/100。
根据上式计算所得的超高缓和段长度应取成5m的整数倍,并不小于10m的长度。拟建公路为无中间带的三级公路,则上式中各参数的取值如下:
绕行车道中心旋转:B'
B2
, iiyiz (式
5-4)
绕边线旋转:B
'
B , iiy
(式5-5)
式中:B——行车道宽度(m); iy
——超高横坡度;
iz
——路拱横坡度。
(4)、超高缓和段的确定:
超高缓和段长主要从两个方面来考虑:一是从行车舒适性来考虑,缓和段长度越长越好;二是从排水来考虑,缓和段越短越好,特别是路线纵坡度较小时,更应注意排水的要求。
确定缓和段长度时应考虑以下几点:
、一般情况下,取缓和段长度和缓和曲线长相等,即L
c
Ls
,使
超高过渡在缓和曲线全长范围内进行。
、若L
s
Lc
,但只要横坡度从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡度
(2%)时,超高渐变率P1/330,仍取L
c
Ls
。否则按下面两个方法处理:
①、在缓和曲线部分范围内超高。根据不设超高圆曲线半径和超高缓和段长度计算公式分别计算出超高缓和段长度,然后取两者中较大值,作为超高过渡段长度,并验算横坡从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时,超高渐变率是否大于1/330,如果不满足,
则需采取分段超高的方法。
②、分段超高。超高在缓和曲线全长范围内按两种超高渐变率分段进行,第一段从双向路拱坡度iz
过渡到单向超高横坡iz
时的长
度为 Lc1
660B'
iz
,第二段的长度为L
c2
LsLc1。
、若L
c
Ls
,则此时应修改平面线形,增加缓和曲线的长度。
若平面线形无法修改时,宜按实际计算的长度取值,超高起点应从ZH(或HZ)点后退L
c
Ls长度。
、超高值计算公式:
无中央分隔带的公路超高方式有三种,常用的只有两种:绕行车
道中心旋转;绕未加宽未超高的内侧路面边缘旋转,
前者一般适用于
(5)
旧路改建,后者适用于新建公路。拟建公路为新建公路,故采用第二种超高方式。超高值计算公式如表5-12。
绕内边线旋转超高值计算公式 式中:B——行车道宽度(m);
表5-12
bJ
——路肩宽度(m);
bw
——圆曲线加宽值(m);
bx
——x距离处的路基加宽值(m);
iy
——超高横坡度;
iz
——路拱横坡度;
iJ
——路肩横坡度;
x0
——与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离
(m);
x——超高缓和段中任意点至超高缓和段起点的距离(m)。 (6)、各平曲线处的超高值计算: 、交点1:R96.335 m , L
s
25 m
,查表取i
y
6% , P
1100
, iz2%
'
LBic
P49 m 取LcLs50 m
x
iziLc14.286 m
y
用Excel表格编公式计算,所得结果如表5-13:
交点1超高计算表
5-13
、交点2:R79.90
m , L
s
25 m , 查表取 iy7% , P
1100
, iz2%
'
Lc
BiP42 m Ls50 m
当 取LcLs50 m时
xiz0
iLc16.667 m
y
则横坡度从(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时的超高渐变率
为:
3.52%(2%)
P'
x
1
10
119
330
取LcLs50 m
用Excel表格编公式计算,所得结果如表5-14:
交
点
2
超
高
计算
表表5-14
表
、交点3:R200 m , L
s
25 m , 查表取 iy4% , P
1100
, iz2%
'
LBic
P35 m Ls50 m
当 取LcLs50 m时
x
iz0
iLc20 m
y
P'
3.54%
x
110
143
330
取LcLs50 m
用Excel表格编公式计算,所得结果如表5-15: 交
点
3
超
高
计
算
表5-15
交点
3
超高计算续表5-15
表
表
5.2.3 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》。 5.3 绘制路基横断面图 5.3.1 确定路基标准横断面
在绘制路基横断面图之前,以确定路基横断面的形式及其横面布置、构造尺寸(主要包括路幅尺寸、横坡度值、变坡高度、护坡道宽度、边沟尺寸、排水沟尺寸、截水沟尺寸、挖台阶的宽度等)。标准横断面图中应包括路基横断面中各种可能的形式及其有关的支挡防护形式。
本次设计中绘制本段的路基横断面图,即K0+000.000~K0+623.000这一路段。在这一路段中,主要出现的路基横断面形式有:填方路堤、全挖方路堑、半填半挖路基和路堤墙路基。按工程技术标准规定,路基宽度为8.5m,现拟定路面采用2%的折线形路拱横坡度,土路肩横坡度值为3%。填方路堤的边坡值根据其地质情况选用1:1.5,坡脚处设置宽度为1m、坡度为3%的护坡道,并在护坡道外侧设置梯形排水边沟,其底宽0.4m,高0.4m,内坡值取1:1.2。当填方路堑地面线坡度大于1:1.5时,应将地面挖成台阶形方可在其上填土,挖台阶的宽度应不小于1m。挖方路堑选用1:0.5的边坡值,坡底设置矩形边沟,宽、深都为0.4m,对一挖方较高的边坡,应在坡顶设置梯形截水沟,底宽和、沟深均为0.5m,边坡值取1:1.2。截水沟距坡口不应小于5m。
标准横断面中确定了边沟及边坡的尺寸结构后,应将相应数据填到路基设计表中。按以上要求及设计以1:100的比例尺绘制路基标准横断面图,具体见附图二《路基标准横断面图》。
5.3.2 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K0+000.000~K0+623.000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;
(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》。 5.4 土石方调配
5.4.1 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:
VT
13(AT1A) L m
T2
1
1m
(式5-6)
V1W3
(AW1AW2
) L n
11n
式中:m
AT1A, n
AW1T2
A , 其中AT1AT2 、 AW1AW2 。
W2
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。具体见附表四《路基土石方数量计算及调配表》。
5.4.2 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四《路基土石方数量计算及调配表》。
6.1 挡土墙设计 6.1.1 准备工作
(1)、挡土墙的设置原则
挡土墙的设计应进行技术经济比较 、改移路线位置; 、填筑或开挖边坡; 、拆除干扰路基的建筑物;
、设置其他类型的构造物
、刷坡清方或其他防治塌滑措施。
(2)、挡土墙设计的步骤和方法
、根据横断面图及纵断面图初步确定挡土墙的位置、长度和高度;
、在地形图上补测加密横断面;
、选择挡土墙基本类型和断面形式。一般墙高小于8m时应考虑选用重力式挡土墙,大于8m的一般选用衡重式挡土墙;
、抄录挡土墙设计中必要的墙址处路基设计及线形设计资料;
、作立断面。先绘制设计线,再在地形图上补测墙址处纵断面,绘于立面图上;进行墙身分段;确定基础类型和埋深;布置汇水孔;确定墙身与两端路基的连接方式;
、参照标准图拟定墙身截面尺寸,并绘制各段墙身及基础横断面图。当无标准图自拟尺寸时,应进行稳定性验算;
、根据平面图及横断面图绘制挡土墙平面图; 、工程量计算并编制路基防护工程数量表;
、挡土墙设计图绘制在不透明厘米格纸上,图中应该有工程数量表及简有文字说明;应符合设计图示例的规定和要求;
、计算法
①、结合路基横断面图和墙址纵断面图拟定挡土墙横断面尺寸;②、根据挡土墙类型、墙背形式及墙后填土形式车辆荷载分布情
况的不同,套用《路基设计手册》表9-1、表9-3、表9-4计算墙背主动土压力的大小、方向及位置;
③、挡土墙稳定性验算
④、若稳定性或强度不足时,应调整挡土墙横断面尺寸,重新进行挡土墙稳定性验算;
⑤、若稳定性和强度满足要求,则确定横断面尺寸。
、套用标准图法 ①当为一般地区(非地震、浸水或不良地质地区); ②常用重力式石砌挡土墙,其截面设计尺寸可参考《路基设
计手册》;
③进行挡土墙的纵向布置设计; ④绘制挡土墙立面、横断面和平面图。 、挡土墙设计中应注意的问题
挡土墙形式选择应结合实际情况和具体情况;
、挡土墙基础类型和埋置深度,按具体地形及地质条件确定,应满足冲刷和冻涨要求;
、挡土墙排水设计要做墙内泄水设计和墙背排水设计; 、浸水挡土墙设计应考虑水对墙后填料及墙身的影向。
(3)
A
拟建公路为山岭重丘区三级公路,有多处需越岭,填方较高,所以支挡力800Kpa , 允许剪应力160Kpa , 允许拉应力80Kpa。
L
工程也较多。对于填方路堤需设置挡土墙处,本文采用重力式挡土墙,当挡土墙高度不大于8米时,采用普通重力式挡土墙,挡土墙截面尺寸按《公路设计手册-路基(第二版)》选用,经分析,设计路段需在以下路段设置挡土墙:K0+290该路段为例进行挡土墙结构验算。
(1)、设计资料
、墙身构造
拟采用细粒水泥混凝土砌片石衡重式挡土墙,墙上填土高度为12.523米,墙高H
12m
,上墙H
1
5m
,墙背俯斜1:0.35,墙顶宽
b11.0m
;衡重台宽d11.2m
,下墙H27m
,墙背仰斜,
1:0.25(14 02);墙面坡度1:0.05,墙分段长度15m,b
5.5m
。 、土壤地质情况 墙后填土容重
18KN/m
3
内磨擦角φ=36°,上墙的假想墙背
磨擦角
1
φ,下墙墙背磨擦角
2
φ/2;地基允许承载力
0800Kpa基底磨擦系数f=0.60。
、墙身材料 、车辆荷载
计算荷载:汽车——20; 验算荷载:挂车——100。 (2)、设计计算过程
、求纵向分布长度L:
LL0(H2a)tg30
(由式(6-1)得:
L5.6(12212.523)tg30
26.989m15m
取L15m
、车辆荷载换算
hQ0
b 0L
6-2)
由式6-2得:
h3000
185.515
0.202m
、上墙土压力计算
①、计算破裂角,判别是否出现第二破裂面
式6-1)
(式
假想墙背倾角'1
为:
tg'
H1tg1d1
1
H (式6-3)
1
由式6-3得:
tg
'50.351.2
1
5
0.59
假定破裂面交于荷载内,查《公路设计手册(路基)》
表3-2-2第一类公式知
ii45
2
(式6-4)
由式6-4得:
36i
i452
27
则: H
1
(tg'
itg1)5(tg270.59)5.49mb05.5m
'
1arctg0.5930.54i27
则原假设出现第二破裂面正确
②、计算第二破裂面上的主动土压力
查《公路设计手册(路基)》表3-2-2第地类公式知
2
K
tg(45/2)cos(45/2)
(式6-5)
K2h011H (式6-6)
1
E2
1
12
H1KK1v (式6-7)
由式6-5、
E1xE1cos(i) (式6-8)E1yE1sin(i) (式6-9)Z1x
H3h03K (式6-10)
1
6-6、6-7、6-8、6-9、6-10得:
2
K
tg(4536/2)cos(4536/2)
0.572
K20.202
11
5=1.081
E
12
E1x139.1cos(2736) E
1y
139.1sin(2736)123.938KN
、下墙土压力计算
采用多边形法,按铁路手册《挡土墙》中表27-6相应公式计算
①、求破裂角2
假定破裂面交于荷载外,采用表27-6第五类公式计算
22
(式6-11)
A12
02(H1H2) (式6-12) B12
0
2
H2(H22H11)tg2
2
H1tgib0dH1(tg1tgi)h0
(式6-13)
RE1x
1
cos( (式6-14)
i)
tg2tg
式6-15)
由式6-11、6-12、6-13、6-14、6-15得:
36161402'39.967
A012(57)2
72m
2
B10
2
5(725)tg(1402')
12
2
5tg27
5.50.55(0.35tg27)0.20220.882m2
验算破裂
R63.151
cos(3627)
139.1KN
tg2
tg39.9670.676234.04
角位置
破裂面顶至墙顶内缘的距离为 120.676
7tg1402'50.599.29mb05.5m
则原假设成立 ②、计算土压力
E2)(2i)2
cos(sin(A0tg2B0)Rsin1
2)
(sin(式6-16)
2)
(E2xE2cos(22) (式6-17)
E2yE2sin(22) (式6-18)
由式6-16、
hHb(tg'
20dH11tgi)
1(HHH (式6-19)
21)tg22tg2H1tgi
32
Z3H1H23h0h1(2H1h1)2x
H23式6-20)
16-17、6-18、6-19、6-20得:
E)218
cos(34.0436sin(34.0439.967)
(720.67620.882)
139.1
sin(34.0427)sin(34.0439.967)
157.88KN
E2x157.88cos(181402')157.5KN
E2y157.88sin(181402')10.894KNh75.50.55(0.59tg27)1
(75)0.6767tg1402'5tg27
0.382m
3
2
Z(250.382)
2x
735730.2020.38237(725)20.2020.382
3.021m
、用验算荷载计算土压力 挂车100的h
0.8m
,布置在路基全宽
由式6-5至6-20得:
2
K
tg(4536/2)cos(4536/2)
0.572
K20.8115
1.32
E11852
1
2
0.5721.32169.884KN
E1x169.884cos(2736)77.125KN
Z1x
3
31.32
4.202m
36181402'39.967
A12
02(57)72m
2
B12
7(725)tg(1402')
12
0
2
5tg27
5.505(0.35tg27)0.820.264m2
R1
77.125cos(3617)
169.884KN
tg2
tg39.9670.649232.98
破裂面顶至墙顶内缘的距离为
120.6497tg1402'50.598.99m5.5m (假设成立) E218
cos(32.9836)sin(32.9839.967)
(720.64920.264)
169.884
sin(32.9827)sin(32.9839.967)
160.130KN
E2x160.13cos(181402')159.700KNE2y160.13sin(181402')11.049KN
h75.505(0.59tg27)1
(75)0.6497tg(1402')5tg27
0.590m
3
3572
Z30.8(0.59)(250.59)
2x
737(25)20.8(0.59)
3.002m
、墙身截面验算
由验算知验算荷载较大,应采用验算荷载计算。因上墙顶宽1.0m,则上墙底宽3.0m,下墙底宽2.8m。n取0.07。
①、计算墙的重力及力臂
G11
2
KH1(b1b2)
(式6-21)
由式2-21得:
G11
2
225(13)220.000KN
对墙址的力臂为:
22
Zb1b1b2b2(2b1b2)nH1
G1nH2
3(2b1b (式6-22)
2)
由式2-22得:
2
Z32
(213)0.075
G10.077
113313)
1.719m
G12
2
KH2(b1d1B) (式6-23)
由式2-23得:
G2
12
227(11.22.8)539.000KN
对墙址的力臂为:
Z
B2B(b2d1)(b22d1)2(b2d1)BnH2G2
3B(b2dd)
(式6-24)
由式2-24得:
Z
2.822.8(31.2)(31.2)22(31.2)2.80.077G2
32.8(31.2)
2.035m
第二破裂面与墙背之间的土楔重为:
G3
12
ZG4n(H1H2)b1
12
d1
(式6-29)
H1(d1d2) (式
'
6-25)
ZG40.07(57)1
12
1.22.440m
d2H1(tg1tgi)
(式6-26) ②、抗滑稳定性验算 由式2-25、2-26得:
d25(0.590.35)1.2m G13
2
185(1.21.2)108KN
对墙址的力臂为:
2
2
ZG3n(H1Hd1(2d2d1)H1tg1
2)b1H1tgd1d21
d23(d
2d1)
由式2-27得:
ZG30.07(57)150.35
22
1.21.21.21.2(21.21.2)50.35
3(1.21.2)
3.346m
土楔上荷载重为:
G4h0d2
6-28)
由式2-28得:
G4180.81.23.024KN
对墙址的力臂为:
(式6-27)
(式 6-32)
( K
1G2G3G4E1yE2y)
c
(GE6-30)
1xEf
(
式2x
由式2-30得:
1083.024151.36711.049)
K(220539c
77.127159.747
0.6
2.615Kc1.3
满足抗滑稳定性要求 ③、抗倾覆稳定性验算
Z1ynH2b2d1Z1xtgi
(式6-31)
Z2yBZ2xtg2
(式
K
G34G41yZ1yE2yZ2y
M
x
E
1x(Z1xH2)E2xZ2x
式
6-33)
由式2-31、2-32、2-33得:
Z1y0.07731.24.020tg272.547mZ2y2.83.001tg(1402')3.550m
E1xE1x77.127KNE
'1y'
Etg126.995KN
'1x
K
2201.7195392.0351083.3463.0242.44
由式6-35得: 77.127(4.0207)159.7473.001
151.3672.54711.0493.55077.127(4.0207)159.7473.001
1.660K01.5
满足抗倾覆稳定性要求 ④、基底应力验算 e
B
My
Mx
2
(GE)
(式6-34)
y
由式6-34得:
e
2.82231.0001343.400
2.82
1032.000
0.504e00.75
6
0.325
则基底最大应力按式6-35计算:
y
)
max
2N3Z2
(GE
(式6-35)
N
3B2e
max
21032.0003
2.8768.317KN0800KN
2
0.504
满足基底应力要求 ⑤、截面应力验算
上墙实际墙背上的土压力为:
对上墙的力臂为: Z
'11x
3
H11.668m
选上墙墙底水平截面验算
Z'
'
1yb2Z1xtg1 (式6-36)''''
eb2G1(ZG1nH)E1yZ1yE1xZ1x
1
2
Zb2N
2
G'
(式6-37)
1E1y
'
G1E1y6e1
1b
12
b (式6-38)2
GE'
11y6e1
21b1
(式6-39) 2b2
'
1
E1xb (式6-40)
2
由式6-36、6-37、6-38、6-39、6-40得: Z'
1y377.1270.352.417m
e3220(1.7190.0712)26.9952.41777.1271.668
1
2
22026.995
0.662m
22026.995
1360.6621191.273Kpa3A800Kpa
22026.995
2
3
60.6621326.610Kpa
2L77.1271
3
25.709Kpa180Kpa
满足上墙墙底截面应力要求
⑥、斜截面剪应力验算
xgrA
E1xb2
'
(式
6-41)
'
6.2.1 涵洞的位置
涵洞位置原则上应服从路线走向,在保证泄洪的顺畅的前提下,布置在洪水主流处,并且尽量使其轴线和水流方向一致。涵洞的位置一般在:路
线设计的凹向竖曲线底部;跨越明显沟槽处;通过农田灌溉处,平原路线
G1E1y
b212
(式6-42)
kb2 (式6-43)
(式6-44)
rxgtgxtgg
tg i A (式6-45)
max1
2cosix(1tg tg i )gtg i (1tg tg i)2
r tg imax2
(式6-46)
由式6-41、6-42、6-43、6-44、6-45、6-46得:
77.127x325.709Kpa
22026.995
g374.998Kpa
1r
2
18333.000Kpa
A
3325.70974.9980.72725.7090.72774.998
0.839
tg i 0.839
0.466
2.144
max1
38.020Kpa160Kpa
max2
-155.947 max2160Kpa
满足斜截面剪应力要求 6.1.3 绘制挡土墙纵横断面图
挡土墙纵横断面图见附图七《衡重式挡土墙结构图》。 6.2 涵洞设计
通过较长代洼或泥沼地带;傍山路线暴雨时迳流易集中地带。
涵洞布置的原则为:
(1)、逢沟设涵,注意与农田排灌相结合;
(2)、涵址应布置在地质条件好、地基稳定地段,否则需特殊加固处
理;
(3)、满足设计渲泄流量,使水流顺畅,避免发生斜流、漩涡现象; (4)、从施工养护维修要求出发,综全考虑,全面比较,降低修建、养护费用。 6.2.2 涵洞的形式
(1)、涵洞构造形式选择
、圆管涵:圆管涵直径一般为0.5~1.5m,受力情况和适应基
础的较好,仅需设设置端墙,不需墩台,圬工数量小,造价低,但清於不便,设计流量在10m
3
/m左右时宜采用。
流量在20m
3
/m
以上时宜采用。
、拱涵:设计流量大时宜采用,特别是当路堤较高时宜采用,
超载潜力大。
、箱涵:适用于软土地基,施工困难,造价高,一般不采用。 (2)、涵洞洞口建筑
洞口建筑用以连接洞身与上下游河道,使水能顺畅通过涵洞,确保涵
洞与洞口衔接的路基边坡的稳定和安全,必须根据涵洞类型、河床及洞口
的地形和地质条件、水流特征、路基断面形式等合理选择洞口建筑形式。最常用的涵洞洞口建筑形式为八字翼墙式,端墙式(一字式)、锥坡式和
流线型洞口等。
(3)、洞基础。一般为刚性基础,且采用分离式基础。 6.2.3 确定涵洞位置及技术指标
按照涵洞位置选择的原则,本设计路段共设置了1道涵洞。所设涵洞各项技术指标的确定采用套用标准图法,设计过程参照了新疆连霍公路盖板涵标准图和圆管涵标准图并采用“公路涵洞CAD系统SHCD2003XP”软件进行各项指标设计和验算。各涵洞技术指标如表6-1和表6-2。
洞技术指标表(一) 表6-1
洞
技
术
指
标
表
(
二
表6-2
6.2.4 绘制涵洞结构图
盖板涵结构图见附图八《盖板涵结构图》。
主要参考文献
)
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10、邓学钧主编,《路基路面工程》,北京:人民交通出版社,2001年
12月 13、王兆祥主编,8月
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《铁道工程测量》