钦州至北海二级公路第二标段初步设计.docx
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钦州至北海二级公路第二标段初步设计
摘要
本设计为钦州至北海二级公路第二标段初步设计，路线全长1274.5m。
主要内容包括：
路线平面设计、纵断面设计、横断面设计、隧道设计、路基设计、挡土墙设计、公路排水及防护工程、路面结构设计。
在设计之初，确定了两种方案，最终两方案经过技术指标和经济指标的比选，选择了本设计方案。
在设计过程中参阅了各方面的文献资料，并严格按照规范标准等进行各个内容的设计计算；纵断面设计部分根据二级公路的道路等级、沿线自然条件和纵坡及竖曲线的各项规定等，并充分考虑了地形、土壤、水文、气候、土地利用、施工条件等因素综合确定；在横断面设计部分，根据道路交通性质、交通量、行车速度，结合地形、气候、土壤等条件进行道路行车道、路肩等的布置；隧道设计部分，本设计隧道平面线性采用直线，隧道纵坡类型采用上行单坡隧道，坡度为0.58%。
在路基设计部分选择合理的路堤填料及压实标准；在挡土墙设计部分，采用了路肩式挡土墙，减少公路占地情况；在公路排水及防护工程部分，本设计排水部分设有边沟、排水沟、截水沟等设施，边坡防护部分边坡采用草皮护坡进行防护；在路面结构设计部分，根据设计要求和实地情况选用了沥青混凝土路面，并保证其有足够的高温稳定性、低温抗裂性、耐久性。
关键词：
二级公路；平纵横设计；隧道设计；路基设计
ABSTRACT
ThisdesignisaboutthesecondsectionpreliminarydesignofthesecondaryroadsfromQinzhoutoBeihai,whichis1274.5meterslong.Themaincontentsinclude：
routegraphicdesign,profiledesign,thecross-sectionaldesign,tunneldesign,embankmentdesign,retainingwalldesign,roaddrainageandprotectionworks,pavementstructuredesign.Earlyinthedesign,thereweretwoprograms,andthesetwoprogramscompetedfromtechnicalindicatorsandeconomicindicatorsselection,andfinally,thisdesignwon.Intheprocessofdesign,Ilookupallsortsoftheinformation,anddocalculationsineveryaspectinstrictaccordancewiththenormsandstandards;whendothelongitudinalsectiondesign,accordingtothethepartontheroadgradesecondaryroads,alongthenaturalconditionsandthelongitudinalandverticalcurveprovisionsetc,andgivefullconsiderationtofactorssuchasterrain,soil,hydrology,climate,land,constructionconditionsdeterminedcomprehensively;whiledoingthecross-sectionaldesignsection,inthelightofthenatureofroadtraffic,traffic,trafficspeed,combinedwiththeterrain,climate,soilandotherconditionslaneroads,curbsandotherarrangements;tunneldesignpart,thedesignplanelinearstraight-linetunnel,tunneltypeupwardsinglelongitudinalslopetunnel,slopeof0.58%.Inthedesignsection,selectthereasonableroadbedembankmentfillingandcompactionstandards;retainingwalldesigninpart,usingashoulderretainingwall,reduceroadcoveringthecase;highwaydrainageandprotectionworksinpart,thedesignofthedrainageportionisprovidedwithedgeditch,drains,drainageditchesandotherfacilities,slopeprotectionpartoftheslopeusingsodrevetmentforprotection;inthedesignpartofthepavementstructure,accordingtodesignrequirementsandsiteconditionsselectedasphaltconcretepavement,andtoensurethattheyhavesufficienthigh-temperaturestability,lowtemperatureanti-crackingperformance,aswellasdurability.
Keywords:
secondaryroad;plane-vertical-horizontaldesign;tunneldesign
前言
本次毕业设计是对我们大学四年所学的知识的综合运用，也是对我们将书本知识转化为实际动手能力的考验。
它能将专业基础知识、专业软件和办公软件以及各种知识综合起来，同时使我们明白设计的精髓以及体验不断克服困难的过程。
本设计为钦州至北海二级公路K0+000～K1+274.531段的初步设计，本次设计大概历时两个半月，比往届时间都少，提交内容包括设计说明书和路线平面图、路线纵断面图、路线横断面图、路面结构图、路肩挡土墙设计图、坡面防护设计图、隧道构造图以及设计相关图纸、表格及相关内容。
在本设计过程中部分设计资料不足，本人参考了交通部有关设计技术规范、相关专业书籍、以及多次请教老师，争取做到规范、合理。
限于设计者理论知识和实践经验有限，尽管在设计中借助了一些文献及参考资料，在设计中定有许多不妥之处，恳请各位老师和同学们多多指正，本人将非常感谢！
第一章工程概况及设计标准
1.1工程概况
钦州至北海一段位于南华准地台的南端，地质构造复杂，地层发育较全，出露地层以下古生界志留系最为发育；岩浆岩以酸性侵入岩为主，主要有花岗岩和流纹岩；褶皱、断裂构造发育，并具明显的分带性。
主要属丘陵地貌类型，本设计段主要位于山岭重丘区。
崇山环拱，丘陵起伏连绵，地形复杂。
西北部属山区，以十万大山为主体，山高翠拔直参天，壑深飞瀑若无地；北部和西部属中丘陵区，除少数山地及高丘陵外，一般海拔在250米左右。
本设计段地势起伏较大，地形错综复杂，应综合考虑平，纵，横三者的关系，适当的掌握标准，提高线形质量。
本设计为钦州至北海二级公路K0+000～K1+374.531段的初步设计，设计标准为双向双车道二级公路，设计车速60km/h，路基宽10m。
线路的起点为一比较平缓的平地，终点是一水泥厂，其周边交通条件一般，道路右侧有一条跨径约15米的小河，但本路线并没有过河，线路及附近区域的山坡谷地均有粘土，可作路基填料。
部分路段用水可直接从河里抽取，减少工程运费。
1.2设计标准
1.2.1设计依据
《公路排水设计手册》（第一版）人民交通出版社
《公路路基设计手册》（第二版）人民交通出版社
《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）人民交通出版社
《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）人民交通出版社
《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）人民交通出版社
《公路沥青路面设计规范》（JTGD50-2006）人民交通出版社
《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2011）人民交通出版社
《公路排水设计规范》（JTG/TD33-2012）人民交通出版社
1.2.2主要技术指标及参数
主要技术指标见表1.1。
表1.1主要技术指标表
公路分类
一般公路
公路等级
二级公路
地形
山岭重丘
车道数量
2
计算行车速度（km/h）
60
行车道宽度（m）
7
路基宽度（m）
10
极限最小半径（m）
125
一般最小半径（m）
200
不设超高最小半径（m）
1500
停车视距（m）
75
超车视距（m）
200
最大纵坡（%）
6
合成坡度（%）
10
最小坡长（m）
120
缓和曲线最小长度（m）
35
凸形竖曲线一般最小半径（m）
2000
凸形竖曲线极限最小半径（m）
1400
凹形竖曲线一般最小半径（m）
1500
凹形竖曲线极限最小半径（m）
1000
竖曲线最小长度（m）
50
最大直线长度（m）
1200
最小直线长度（m）
同向曲线
360
反向曲线
120
第二章平面设计
2.1选线
选线是根据路线基本走向和技术标准，结合当地的地形、地质、地物及其它沿线条件设施工条件，通过全面比较，综合考虑道路平、纵、横三方面条件，在实地或纸上选定道路中线位置的全过程，然后进行有关设计工作。
2.1.1选线的原则
（1）多方案比选：
在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方论证、比选的基础上，选定最优路线方案。
（2）正确掌握和运用技术指标：
路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、营运费用节省、效益好、并有利于施工和养护。
（3）重视与农业配合：
选线应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）注意与周围景观相协调：
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，处理好重要历史文物遗址。
（5）保证道路结构安全：
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的影响。
（6）重视环境保护：
选线应重视环境保护，注意由于道路修筑，汽车运营所产生的影响和污染。
（7）处理好近期和远期的关系：
应根据公路的性质和任务，综合考虑沿线国民经济发展情况和远景规划，正确处理好道路建设近期和远期的关系，使路线在路网中发挥较好的作用。
2.1.2选线的步骤和方法
在规划道路的起、终点和中间控制点之间，可能有多种路线方案。
选线的任务就是在众多的方案中选出一条符合设计要求、经济合理的最优方案。
选线一般按以下三步进行。
（1）路线方案选择（全面布局）
路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向。
此项工作通常是在小比例尺地形图上从较大面积范围内找出各种可能的方案，收集各可能方案的有关资料，进行初步评选，确定数条有比较价值的方案，然后通过多方案的比选得出一个最佳的方案。
（2）路线带选择（逐段安排）
在路线基本方向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带，也称路线布局。
这些细部控制点的取舍，自然仍是通过比选的办法来确定的。
（3）具体定线
具体定线，就是在逐段安排后确定的小控制点间，结合技术标准、自然条件及其他有关条件在有利的路线带内进行平、纵、横三方面综合设计，反复穿线插点，具体定出道路中线的工作。
2.1.3选线方案的确定
（1）路线总体布局
路线方案的比选就是在路线的起终点及中间必须经过的城镇或地点间的各种可能的路线方案中，在深入调查的基础上，综合考虑各方面因素，通过比选，最终提出最合理的路线方案。
本设计地形为山岭重丘。
由于山岭区自然条件复杂，地形变化很大，使得路线在平、纵、横三方面受到很大的限制，因而技术指标一般采用低限制。
在所有自然因素中，高差急变是主导因素，因此，在路线布设时，一般多以纵断面线性为主安排路线，其次是横面和平面。
在选线是要注意分析平、纵、横三方面因素，结合影响路线的主要自然因素，综合考虑，合理协调。
山岭区路线应结合有利的地形条件布设路线。
（2）路线方案比选
方案一（推荐方案）：
该方案全场1274.5m，所经地区地形起伏变化相对比较小，纵断面的拉坡相对容易，且不会出现过多的高路基；同时因为在经过第一座山的时候设了一段300m的隧道，所以整体路线较短，为驾驶人节约了很大的一部分时间；同时由于设隧道的原因，所以平面线形没有很多弯，使行车更为安全。
但也有缺点，路线有一部分比较靠河，需要设置挡土墙收脚，加大了一部分工程量；同样由于设了一段隧道的原因，投入会比较高；
方案二（比选方案）：
该方案全长1571.5m，所经地区基本沿等高线走，地形变化很小，但因为该方案所经地区山脉较多，所以弯道较多，且因需要设较多的交点，所以曲线的线形比较长，各个曲线的技术指标的取值都贴近最小值；同时为满足各技术指标，所以路线设了三个连续S形曲线，对驾驶安全造成了一定的影响。
综合上述原因以及参考各方案的经济技术指标、社会效益和安全因素，路线最终采用方案一。
路线方案比选图见下图2.1。
图2.1路线方案比选图
2.2平曲线设计
2.2.1平面线形设计的一般原则
（1）平面线形应与地形、地物相适应，与周围环境相协调
在地势平坦的平原微丘区，路线以方向为主导，平面线形三要素中以直线为主；在地势起伏很大的山岭重丘区，路线以高程为主导，为适应地形，曲线所占比例较大。
直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等具体条件，不要片面强调路线以直线为主或曲线为主。
（2）保持平面线形的均衡与连贯
长直线尽头不能接以小半径曲线。
长直线和大半径曲线会导致较高的车速，若突然出现小半径曲线，会因减速不及而造成事故。
②高、低标准之间要有过渡，同一等级的道路由于地形的变化在指变化。
2.2.2平面线形要素的组合类型
本路段共设计3个平曲线。
都采用基本型组合即：
直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线，且各个平曲线的两个回旋线长度相等，即对称基本型。
2.2.3平曲线要素计算
（1）根据各交点坐标计算出各点的方位角及两点间的距离，然后根据方位角计算出各交点的转角，即得计算结果如表2.1。
表2.1交点坐标、转角表
交点号
交点坐标
交点桩号
转角值
N（X）
E（Y）
1
2
3
4
5
JD0
2723677.551
522861.5776
K0+000
JD1
2723979.173
523169.6331
K0+431.131
12°48′38.8″（Z）
JD2
2724227.201
523329.4379
K0+725.835
54°17′58.1″（Y）
JD3
2724247.173
523722.7793
K1+107.560
88°55′36″（Z）
JD4
2724476.497
523715.4387
K1+274.531
（2）含有缓和曲线的道路平曲线,其几何要素计算公式如下：
（2.1）
（2.2）
（2.3）
（2.4）
（2.5）
（2.6）
（2.7）
图2.2平曲线对称基本型曲线
（3）曲线几何元素具体计算如下：
①平曲线1
取圆曲线半径R1=300m，缓和曲线长Ls=50m，α
=12°48′38.8″
切长线：
曲长线：
外矢距：
切曲差：
ZH点里程
HY点里程
YH点里程
HZ点里程
QZ点里程
桩号检验：
。
检验符合
②平曲线2
取圆曲线半径R2=150m，缓和曲线长Ls=40m，α2=54°17′58.1
切长线：
曲长线：
外矢距：
切曲差：
ZH点里程
HY点里程
YH点里程
HZ点里程
QZ点里程
桩号检验：
。
检验符合
平曲线3
取圆曲线半径R3=150m，缓和曲线长Ls=40m，α3=88°55′36″
切长线：
曲长线：
外矢距：
切曲差：
ZH点里程
HY点里程
YH点里程
HZ点里程
QZ点里程
桩号检验：
。
检验符合
第三章纵断面设计
纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制标高等，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。
对于新建公路路基设计标高，二级公路采用路基边缘标高，纵断面线形主要由纵坡和竖曲线组成，纵坡的大小与坡度的长度反映了公路的起伏程度，直接影响公路服务水平和运营成本，也反应了公路是否经济、适用，因此，设计中必须对坡度、坡长及其相互组合进行合理安排。
3.1纵坡及坡长设计
3.1.1道路平纵组合的设计原则
（1）应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保证视觉的连续性。
（2）注意保持平纵线形的技术指标大小应均衡。
（3）选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。
3.1.2平曲线与竖曲线的组合一般原则
（1）平曲线和竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，即满足“平包竖”的原则。
把平曲线与竖曲线的组合形象如下图3.1所示：
图3.1平曲线与竖曲线的组合
（2）平曲线与竖曲线的大小应保持均衡。
（3）暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合。
3.1.3平、竖曲线应避免的组合
要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合；小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠；计算行车速度≥40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。
3.1.4纵坡设计技术规范要求
（1）最大纵坡
最大纵坡是指在由车辆类型、自然条件、设计速度等因素所限定的路线纵坡最大值。
它是道路纵断面设计的重要控制指标。
设计时速为60km/h的公路的最大纵坡为6%。
本设计采用的最大纵坡为2.9%，满足最大纵坡要求。
（2）最小纵坡
最小纵坡是为满足纵向排水的需要，对横向排水不顺畅的路段所规定的纵坡最小值。
在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的最小纵坡（一般情况下以采用不小于0.5%为宜），故本设计采用最小纵坡设为0.5%。
本设计采用的最小纵坡为0.58%，满足最小纵坡要求。
（3）坡长限制
坡长是两个变坡点之间的桩号之差，即水平距离。
坡长限制主要是对陡坡的最大坡长和一般纵坡的最小长度加以限制。
设计时速为60km/h的公路的最小坡长为150m。
最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。
设计时速为60km/h的公路的最大坡长限制为：
2%—不限；3%—1200m；4%—1000m；5%—800m。
3.2竖曲线设计
竖曲线是设在纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车，起缓和作用的一段曲线。
竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，在使用范围二者几乎没有差别，但在设计和计算中，抛物线比圆曲线更为方便。
因此，本设计采用二次型抛物线型竖曲线。
3.2.1设计技术规范
（1）《公路路线线形设计规范》（JTGD20-2006）中规定的竖曲线一般最小半径和极限最小半径见表3.1。
表3.1计算行车速度V=60km/h的竖曲线的最小半径
竖曲线半径
凸形
凹形
一般最小值
2000m
1500m
极限最小值
1400m
1000m
（2）选择竖曲线半径时应考虑以下因素：
①选择半径应符合《公路路线线形设计规范》（JTGD20-2006）一般最小半径和极限半径的要求。
②在不过分增大土石方数量的情况下，为使行车舒适，应采用较大的半径。
③过大的竖曲线半径将使竖曲线过长，从施工和排水来看，都是不利的，选择半径时应考虑。
3.2.2竖曲线要素计算
图3.2竖曲线要素示意图
如上图3.2所示，设变坡点相邻两纵坡坡度分别为
和
，它们的代数差用
表示，即
，当
为“＋”时，表示凹形竖曲线；
为“－”时，表示凸形竖曲线。
（1）用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式：
或
（3.1）
式中：
——坡差（%）；
L——竖曲线长度（m）；
R——竖曲线半径（m）。
（2）竖曲线要素计算公式：
竖曲线长度L或竖曲线半径R
或
（3.2）
竖曲线切线长T（T＝T1≈T2）：
（3.3）
`竖曲线上任一点竖距h
因为
，则
（3.4）
竖曲线外距E
或
（3.5）
（3）竖曲线计算
①变坡点1：
K0+435，高程为122.5m
为凸形
曲线长：
切线长：
外距：
竖曲线起点桩号：
竖曲线终点桩号：
竖曲线起点高程：
②变坡点2：
K0+875，高程为109.76m
为凹形竖曲线
曲线长：
切线长：
外距：
计算设计高程
竖曲线起点桩号：
竖曲线终点桩号：
竖曲线起点高程：
计算竖曲线上20m整桩的设计高程,以桩号K0+880为例：
横距：
竖距：
切线高程：
设计高程：
路线上其余各个整桩的设计高程计算过程省略。
第四章横断面设计
道路的横断面，是指公路中线上各点的法向切面，它是由横断面设计线和地面线所构成的。
其中横断面设计线包括行车道、路缘带、路肩、分隔带、边沟、边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等设施。
道路横断面设计，应根据道路交通性质、交通路、行车速度，结合地形、气候、土壤等条件进行道路行车道、中央分隔带、人行道、路肩等的布置，宜确定其横向几何尺寸，并进行必要的结构设计，以保证它们的强度和稳定性。
4.1横断面设计
横断面设计反映了路基的形状和尺寸，在设计时，应符合公路建设的基本原则和现行《标准》的规定要求，综合考虑公路等级、行车要求、自然地质条件、施工方法，兼顾当地农田建设，保证路基的稳定和排水，来作出正确的设计。
4.1.1横断面形式
由于填挖情况的不同，路基横断面的典型形式可归纳为路堤、路堑和半填半挖等三种类型。
路堤是指全部用岩土填筑而成的路基；路堑是指全部在天然地面开挖而成的路基；当天然地面横坡大，且路基较宽，需要一侧开挖而另一侧填筑时，为半填半挖路基。
4.1.2横断面组成
公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量、交通组成、设计车速、地形条件等因素确定。
路幅是指公路路基顶面两路肩
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