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说明书正文
第1章绪论
1.1课题背景
我国公路运输特点：
由于社会生产与消费的需要，人们必须克服空间上的阻隔，实现人和物的移动，为具体实现这种移动提供服务所进行的经济活动成为交通运输。
交通运输与国民经济有着不可分割的的关系，是国民经济的命脉，是联系工业和农业、城市和乡村、生产和消费的纽带，是国民经济的“先行宫”。
公路是交通运输方式中的一种。
与其它方式相比，在整个交通运输系统中发挥着重要的作用。
其特点是：
（1）机动灵活能适应各种地形条件，可以在规定的时间和地点迅速集中和分散货物。
（2）“门到门”的运输在货物集三点直接装卸，不需要中转。
从而节省时间和费用，减少货损，尤其是短途运输。
（3）通达性好可以深入到边远地区或山区，直接与任何工矿企业厂区或居民点相连。
（4）投资少，社会效益高与铁路、航空方式相比公路运输投资较少，见效快。
公路的建设给沿线广大地区带来显著的社会经济的效益。
（5）运输成本偏高由于汽车燃料价格偏高，服务人员多，单位运量小，导致公路运输成本一般高于铁路和水运。
1.2我国公路的现状
新中国成立以来，经过四十多年的建设，我国已基本形成了具有一定规模的综合运输系统。
公路建设有了长足进步。
改革开放二十余年，特别是“七五”和“八五”的十年也是公路工程实现现代化过程的十年。
这十年中高等级公路建设和深水大跨桥梁建设取得突破性进展。
到1995年底，全国民用运输车辆3000万辆，全国公路客运辆占各种运输方式的总量的88%。
旅客周转量占50.5%，公路货运量占76.6%，货物周转量占13.6%。
公路交通这一运输方式已经得到广泛的重视。
公路交通的快速发展势头将在未来相当长的一段时间内保持下去。
公路的设计、建设与管理水平已得到较大的提高。
在公路建设方面，通过推广应用CAD技术，引发了工程勘察设计行业发展史上的一场革命。
截止到1995年底，全国40家部、省（区）、直辖市公路设计部门，在公路设计中全部应用了CAD技术，发展最快的设计部门人均计算机已达到1.1台，并取得了绘画版，设计文件100%由计算机完成。
在路线立体交叉和独立大桥工程的透视和动画显示中应用了三维技术。
在公路设计管理方面，全国制定了一系列的管理文件和设计图示。
在公路建设和管理上，我国普遍实行了招、投标管理制度，大大提高了公路建设的管理水平。
我国确定了在相当长的一段时间内把交通继续作为经济建设重点之一，并规划在2010年是我国交通运输与国民经济发展想适应。
公路基础设施，在交通运输中的地位和作用十分重要。
我们应站在国民经济发展全局与交通相适应的战略高度上，为我国的公路建设贡献才华和力量。
我国的公路建设以进入快速发展的阶段，包括建设公路主骨架在内的“两纵两横三条线”，行成几条通行能力大，规模效益好的南北向、东西向的公路运输大通道，建设其它国道主干线和对地区发展至关重要的其它公路，加强中西部地区、贫困地区的公路建设。
第2章平面设计
2.1选线
选线是在道路规划线路起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能够符合使用要求的道路中心线的工作。
它面对的是一个十分复杂的自然环境和社会经济条件，需要考虑多方面因素。
为达此目的，选线必须由粗到细，由轮廓到具体，逐步深入，分阶段分步骤地加以分析比较，才能定出最合理的路线来。
众所周知，道路是一条三维实体，它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构筑物。
但是，这并不等于说，凡是道路设计都必须包括上述内容，其中的涵洞和桥梁是可选的，就是说需要的时候就设置，不必要的情况下自然就不必设置。
一般所说的路线，是指该道路的道路中线的空间位置。
路线在水平面上的投影称作路线的平面。
沿道路中线竖直剖切之后再行展开则是路线的纵断面。
中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面。
道路路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。
为了研究和叙述的方面，人为地把道路路线设计分解为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计。
其实三者是相互关联的，既要分别进行，又要综合考虑。
2.1.1总体设计与选线
公路路线设计主要包括两个方面的问题，一是路线走向所要考虑的问题；一是线形设计方面的问题。
这两个方面的问题不是孤立的，而是密切联系又相互制约的。
路线设计，应合理的利用地形，正确的运用技术标准，保证线形的均衡性。
设计中应妥善处理远期与近期、整体与局部的关系，结合地形、地质、水文、气象、筑路材料等条件，充分考虑农业、环保、旅游、文物等方面的要求，注意与铁路、航空、航运、管道运输等方面的配合、协调，通过综合研究分析，认真进行放案比选。
不同的方案应对其工程造价及对自然和社会环境的影响进行充分的论证和分析，达到技术经济与环境效益的统一。
公路线形设计应在平、纵、横三方面进行综合设计，保持各元素之间的协调一致。
公路等级越高，进行协调组合设计的作用越突出。
平、纵、横三方面的组合不仅要满足汽车动力性能的要求，而且还要满足驾驶员视角和心理等方面的要求，这对保证汽车行驶安全顺适具有极其重要的作用。
不恰当的线形组合，容易造成交通事故，降低道路通行能力。
无论是路线定线还是线形设计以及工程实施阶段的问题，都是相互联系，不可分割。
设计人员必须充分认识这些问题，综合起来考虑，这样就会提高道路的运用效率和安全性，达到能以稳定的速度行车，设计出视觉上舒适的好线形。
在路线走向和公路等级确定后，应对全线总体布局做出设计，其要点如下：
（1）根据地形特征，确定地形类别和计算行车速度。
（2）路线起终点除必须符合路网规划要求外，对起、终点前后一定长度范围内的线形必须做出接线方案和近期实施的具体设计。
（3）合理划定设计路段长度，恰当选择不同设计路段的衔接地点，处理好衔接处前后一定长度范围内的线形设计。
（4）根据交通量及运行需要确定车道数。
（5）调查沿线主要城镇规划，确定同其连接的方式、地点。
（6）调查沿线交通、社会、自然条件，确定互通式立体交叉位置及其同连接道的连接方式。
（7）根据公路的功能，确定交通安全设施，交通管理设施，以及停车区、服务区等的布局与位置。
（8）对收费公路应在论证的基础上确定收费制式。
（9）应综合考虑互通式立体交叉、服务区、停车区、公共汽车停靠站、大型桥梁、隧道等的位置和间距，以保证交通运行安全所需的最小距离。
（10）拟分期修建的工程，必须在按总体规划的技术标准做出设计之基础上，制定分期修建方案并做出分期实施的设计
2.1.2选线目的
道路选线的目的，就是根据道路的性质、任务、等级、标准，结合地形、地质、地物及沿线条件，综合平、纵、横因素，在实地上或纸上选出道路中线的平面位置。
具体到本设计上说，就是通过对各种限制的逐步满足，在已知的地形图上画出一条道路中线。
2.1.3选线任务
道路选线就是确定道路的走向和总体布局，具体确定道路的交点位置和选定道路的曲线要素，通过纸上或实地选线，把道路的平面位置确定下来。
说得通俗一些，选线的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线。
具体到本设计上，就是在地形图上确定道路的走向和路线的线形，然后具体定出道路的直线、圆曲线、缓和曲线等各自的长度、交点位置、曲线转角、曲线半径等要素。
2.1.4选线的原则
（1）在道路设计的各个阶段，应运用各种先进的手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优的路线方案。
（2）路线设计应成为在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，使工程数量小，造价低，营运费用省，效益好，并有利于施工和养护。
在工程量增加不大的前提下，应尽量采用较高的技术指标。
不要轻易采用极限指标，当然也不必不顾工程大小，片面追求高指标，以免造成资源、人力、物力等的浪费。
（3）选线应注意同农田基本建设相配合，尽量做到少占田地，并应最大量不占高产田、经济作物田或经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。
（4）选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测，弄清它们对公路工程影响。
对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥岩等严重不良地质地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避。
如果线路必须穿过上述特殊地段，则应选择合适的位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。
（5）通过名胜、风景、古迹地区的道路，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，务必要处理好重要历史文物遗址。
一旦发现拟建路线有损于上述文物等，应考虑改线。
（6）选线应重视环境保护，注意由于公路修筑以及汽车运行所产的影响与污染问题，具体应注意以下几个方面：
1）路线对自然景观与资源可能产生的影响；
2）占地、拆迁房屋所带来的影响；
3）路线对城镇布局、行政区划、农业耕作区、水利排灌体系等现有设施造成分割而产生的影响；
4）噪声对居民以及汽车尾气对大气、水源、农田所造成的污染及其影响；
5）对自然环境、自然资源的影响和污染的防治措施及对策实施的可能性；
（7）对于高速和一级公路，由于其路幅宽，可根据通过地区的地形、地物、自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着因地制宜的原则，合理采用上下行车道分离的形式设线。
上述的选线原则适用于各级道路，但是具体到不同等级的道路上，会有不同的侧重点。
譬如说高速公路主要为起终点及中间重要控制点间快速直达交通服务的，该功能决定了它的基本方向不应该偏离总方向过远，如果需要与沿线城镇连接时，可以用支线连接。
对于等级低的地方道路，其主要服务于地方交通，基于此，在合理的范围内，多联系一些城镇也是无可非议的。
重丘区应综合考虑平、纵、横三者的关系，恰当地掌握标准，提高线形质量。
路线应随地形的变化布设，在确定路线平、纵面线位的同时，应注意横向填挖平衡，同时还应注意纵向的土、石方平衡，以减少废方和借方。
总之一句话，对于选线原则的采用宜因地制宜，忌死搬硬套。
2.1.5选线的一般步骤
一条道路路线的选定是经过由浅入深、由轮廓到局部、由总体到具体、由面到带进而到线的过程来实现，一般经过以下三个步骤：
（1）全面布局
全面布局是解决路线基本走向的全局性工作。
就是在起终点及中间必须通过的控制点间寻找可能通过的“路线带”，并确定一些主要的控制点，连接起来即可形成路线的基本走向。
（2）路线布局
在总体路线方案既定的基础上，以相邻主要控制点间划分段落，根据道路标准以及道路的技术指标，结合其间具体地形条件逐段加密细部控制点，进一步明确道路路线走法，这就构成了路线的雏形。
（3）具体定线
有了上述路线轮廓即可进行具体定线，根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的定线带内进行平、纵、横的综合设计，具体定出道路中线，以期使整个线形连贯协调，
综上所述，选线是由浅入深，由粗到细，由面到线的工作过程。
它是根据路网规划、技术和规范指标值、自然条件、工程造价等综合考虑的结果。
2.2曲线要素确定
平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线三种线形组合而成的。
当然三个也可以组合成不同的线形。
基本形曲线几何元素及其公式按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合而成的曲线。
这种线形是经常采用的。
例如设计中的大多数点都是应用这个的。
缓和曲线是道路平面要素之一，它是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。
《公路工程技术标准》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。
它的曲率连续变化，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的行车和视觉效果，宜将直线、缓和曲线、圆曲线之长度比设计成1：
1：
1。
这一点非常的重要，在刚开始做设计的时候就没有注意到这个问题，设计出来的路线非常不协调、美观，比例严重失调，后来在老师的指导下改正了不足之处，经过改正后，线形既美观又流畅，已经到达了要求。
在设计的时候还要注意一下缓和曲线长度确定，除应满足最小长度外还要考虑超高和加宽的要求，所选择的缓和曲线长度还应大于或等于超高缓和段和加宽缓和段的长度要求。
a平曲线主要参数的规定，如表2.1。
本设计公路平曲线半径分别为半径：
200m、200m、250m、180m、620m；缓和曲线长度分别为：
60m、60m、70m、70m、50m，经验证均满足要求。
表2-1三级公路主要技术指标表
序号
项目
单位
主要技术指标
1
设计车速
km/h
40
2
路基宽度
一般值
m
8.5
最小值
——
3
平曲线
半径
一般值
m
100
极限值
60
不设超高最小半径
路拱≤2.0%
m
600
路拱>2.0%
m
800
4
平曲线最小长度
m
70
缓和曲线最小长度
m
35
5
最小纵坡
%
0.3
6
最大纵坡
%
7
7
最小坡长
m
120
8
相应纵坡的最大坡长
4%
m
1100
5%
900
6%
700
<4%
不限制
9
会车视距
m
80
10
竖曲线
半径
凸形
一般值
m
700
极限值
m
450
凹形
一般值
m
700
极限值
m
450
11
竖曲线最小长度
m
35
12
平曲线最大超高
%
8
b设计的线形大致如图2-1所示
JD1的交点坐标（x1，y1），JD2的坐标（x2，y2），大地坐标N方向为X轴，E为Y轴。
△X=
△Y=
（2.1）
两交点之间的直线长度：
（2.2）
路线与x轴的夹角
按下式计算：
（2.3）
路线的方位角
按下式计算：
第一象限：
（2.4）
第二象限：
（2.5）
第三象限：
（2.6）
第四象限：
（2.7）
路线转角为：
（2.8）
（
是“+”为右转，
是“-”为左转，超过180°后，要减去360°）
如：
起点坐标（471128，430992），JD1的交点坐标（470935，430674），JD2的坐标（471056，430270），JD3的交点坐标（470766，429689）,JD4的交点坐标（470265，429426）,JD5的交点坐标（470270，428764）,终点坐标（470416,428000）。
JD1、JD2之间的直线长度为：
（2.9）
AB=371.98
（2.10）
因为
所以在第三象限
C．缓和曲线的圆曲线要素计算
L1—曲线长（m）T1—切线长（m）
E1—外矩（m）R1—曲线半径（m）
Ls—缓和曲线（m）L—圆曲线（m）
①设定缓和曲线长度:
依照标准缓和曲线最小长度为35米。
②带有缓和曲线的平曲线计算公式
切线长：
（2.11）
曲线长：
（2.12）
外距:
（2.13）
切曲差：
（2.14）
内移值：
（2.15）
切线增值：
（2.16）
主点桩号计算公式
（2.17）
（2.18）
（2.19）
（2.20）
（2.21）
（2.22）
第3章纵断面设计
3.1纵断面设计原则
纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题。
具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。
1．纵坡设计的具体方法和步骤如下：
（1）准备工作。
在地形图上，用等高线内插法，读出各中桩地面高程值（精确到0.1米），然后点绘纵断面地面线。
（2）标注纵面控制点。
即将对路线纵坡有控制作用的点位，如路线起终点，中间高程控制点，垭口设计高、桥涵隧道控制标高，沿溪线洪水控制标高、交叉口控制标高以及其他因素（如重要城镇、重要建筑物、不良地质限制等）控制的标高，标在纵断面图上。
（3）试坡。
试坡的要点可归纳为：
“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。
前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一坡段上。
以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线。
然后用推平行线的方法，移动坡度线，反复试坡，交出变坡点的初步位置。
（4）调坡。
结合路线平面和纵面设计标准逐段检查，调整坡度线。
（5）根据横断面图核对纵坡线。
选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其他重要控制点的断面，试“戴帽子”，若有填挖过大、坡脚落空、挡墙太高及边坡不稳现象，则需调整纵坡线。
（6）确定纵坡线。
将变坡点调到整10米桩，坡度值一般精确到千分之一，即0.1%。
规范规定，山岭重丘区二级公路的最大纵坡不能超过5%，最小坡长不能小于200米，最大坡长也有限制，不同纵坡限制不同。
但要特别注意的是连续陡坡长度不宜超过规定的限制，如不得已需要连续放陡坡，则应在适宜的距离间设坡度小于等于3%的缓坡调节。
2．竖曲线设计：
竖曲线应选用较大的半径。
当条件受限制时，可采用一般最小值（700米）。
同向竖曲线间，特别是同向凹形竖曲线间，如直线坡段不长，应合并为单曲线或复曲线，避免出现断背曲线；反向竖曲线间宜插入直线坡段，亦可直接连接；同时还应满足排水的需要。
纵断面有以下四条设计原则：
（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。
3.2纵坡设计
设计要求
（1）设计必须满足各项规范。
（2）纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
连续上坡或下坡路段，应避免反复设置反坡段。
（3）沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。
（4）应尽量做到填挖平衡，使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。
具体规范规定如下：
（1）最大纵坡是指在纵坡设计时各级公路允许采用的最大坡度值。
它是道路纵断面设计的重要控制指标。
在地形起伏较大地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。
各级道路允许的最大纵坡是根据当前具有代表性标准车型的汽车动力特性、道路等级、自然条件以及工程、运营经济因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。
我国《公路工程技术标准》在规定最大纵坡时，对汽车在坡道上行驶情况进行了大量调查、试验，并广泛征求了各有关方面特别是驾驶人员的意见，同时考虑了汽车带拖挂车以及畜力车通行的情况，结合交通组成、汽车性能、工程费用和营运经济等，经综合分析研究后确定了道路的最大纵坡。
各级公路最大纵坡的规定见表3—1所示。
表3—1各级速度的最大纵坡
计算行车速度
120
100
80
60
40
最大纵坡（%）
3
4
5
6
7
（2）坡长限制：
最小坡长：
最小坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的，如果坡长过短，使道路纵向变坡点增多，汽车行驶在连续起伏路段产生的超重与失重的变化频繁，导致乘客感觉不舒适，车速越高越感突出。
纵坡变换频繁，尤其是过短的起伏纵坡，使驾驶员频繁换挡，加剧驾驶劳累。
换挡引起能量，油料和时间的损失，加速齿轮，离合器和轮胎的磨损。
为满足汽车行驶力学的要求，保证车辆行驶安全性和司乘人员在视觉和心理两方面的连续性，舒适性，《公路路线设计规范JTGD20—2006》规定了各级公路最小坡长。
表3—2最小坡长
设计速度（Km/h）
120
100
80
60
40
最小坡长（m）
300
250
200
150
120
（3）竖曲线最小半径：
在纵断面设计中，竖曲线的设计要受到许多因素的限制，其中有三个因素决定着竖曲线的最小半径，即最小半径须满足缓和冲击、行驶时间不过短和行驶视距的要求。
查《公路路线设计规范JTGD20—2006》得：
设计车速为40Km/h时，凸形竖曲线极限最小半径为450m，一般值为700m；凹形竖曲线极限最小半径为450m，一般值为700m。
竖曲线最小长度为35m。
见表3—3：
表3—3竖曲线最小半径与竖曲线长度
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
凸形竖曲线最小半径（m）
一般值
17000
10000
4500
2000
700
400
200
极限值
11000
6500
3000
1400
450
250
100
凹形竖曲线最小半径（m）
一般值
6000
4500
3000
1500
700
400
200
极限值
4000
3000
2000
1000
450
250
100
竖曲线长度（m）
一般值
250
210
170
120
90
60
50
最小值
100
85
70
50
35
25
20
3.3竖曲线设计
竖曲线是纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车而设置的一段缓和曲线。
设计时充分结合纵断面设计原则和要求，并依据规范的规定合理的选择了半径。
《标准》规定：
各级公路的最大纵坡及坡长长度限制不易轻易采用，而应有适当的余地。
为了有利于路面排水和边沟排水，一般情况下，以采用不小于0.3%纵坡为宜。
坡长限制主要是控制一般纵坡的最小坡长。
该段广西南友路三级公路全长3395.898m，全线共设四个竖曲线。
其中两个凹形竖曲线，两个凸形竖曲线。
变坡点桩号：
K0+770、K1+420、K1+970、K2+620
纵坡坡度：
-0.36%、1.06%、-1.01%、-4.14%、0.35%
竖曲线半径：
12400m、10300m、8000m、3200m
竖曲线要素的计算公式汇总如下：
（3.1）
（3.2）
（3.3）
（3.4）
式中：
——竖曲线半径，（m）；
——切线长，（m）；
——竖曲线长，（m）；
——外距，（m）；
—竖曲线上任意一点到曲线起点或终点的水平距离。
——计算点纵距。
如：
以变坡点1（K0+770）为例，根据以上所述的原则，为了使竖曲线包在平曲线内，取半径R=12400m，坡度角ω=
=|1.06%-（-0.36%）|=1.42%
竖曲线长度L=R×ω=176.08m（3.5）
切线长T=L/2=88.04m（3.6）
外距E=T2/（2R）=0.3125m（3.7）
计算出竖曲线起点桩号为K0+681.96，计算桩号为K0+701.96的设计标高，运用上面公式得：
y=x2/（2R）=202/（2×12400）=0.016m
H1=H0-（T-x）×i=156.2-（88.04-20）×（-0.36%）=156.43m
H=H1+y=156.43+0.016=156.446m
第4章横断面设计
道路横断面，是指中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线构成的。
横断面设计线包括行车道、路肩、排水沟、边沟、边坡、截水沟等设施构成的。
横断面的设计，应使道路横断面布置及几何尺寸满足交通环境、用地经济、城市面貌等要求。
路基是支撑路面，形成连续行车道的带状土、石结构物。
它既要承受路面传来的车辆荷载，又要承受大自然因素的作用。
因此，路基横断面设计必须满足以下基本要求：
（1）路基的结构设计应根据使用要求和当地自然条件（包括地质、水文和材情况），并结合施工条件进行设计。
在设计前应充分
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