[毕业设计精品]双线六车道新建高速公路设计.doc
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1、第1章 工程概况原始资料 (1)交通情况预计该路建成后实用初期每日交通量为黄河汽车JN-150型汽车1880辆/日,解放CA-10B型汽车863辆/日,东风EQ-140型汽车1765辆/日,日野KB-222汽车型687辆/日,太脱拉-138型汽车965辆/日,上海夏利小轿车6500辆/日。根据调查,交通量增长率为8%。(2)水文地质条件全线地层以沉积岩为主,沉积岩主要有石炭系,澳陶系,寒武系的各组灰岩,砂页岩,变质岩1.0m,其中主要为片麻岩和石英眼,表层均有坡残积土一般厚0.5-1.0m,个别地段4-7m,局部地段分布有随时,卵石土厚0.5-5m。沿线地下水发育,少有泉水出露一般均为第四系孔
2、隙水,有大气江水补给,水量一般不大。(3)地震基本烈度CK0+000-CK44+000为七度,CK44+000至终点为六度,路基设计不做防震处理。(4)气象条件本地去年降水量为754.8mm。其中5-9月份降水集中,全年多位东南风乡,极端最高气温37,最低-19.8,最大冻土深度为32cm。(5)线路技术指标重丘区,新建高速公路,按双线六车道设计。第2章 平面设计2.1 概述公路是一种带状的空间结构物,它的中线是一条空间曲线。为了把公路这个三维空间的实体表达出来,我们通常采用三个不同方向的投影来分别研究公路的位置和形状。公路在水平方向的投影图称为公路的平面图;通过公路中线的竖向剖面称为公路的纵
3、断面图;公路上任一点垂直于路中线的竖向剖面图称为公路的横断面。公路的平面线形就是由一系列的直线及曲线段组合而成的。公路曲线一般为圆曲线,对于等级较高的公路,在直线和圆曲线间还要插入起渐变作用的过渡曲线-缓和曲线,因此,直线、圆曲线和缓和曲线就是平面线形的主要组成要素。路线平面设计图市道路设计文件的重要组成部分。该图全面清晰地反应了道路平面位置和经过地区的地形、地物等。2.2平面设计的基本线形2.2.1 直线直线是平面图形中最基本的线形要素之一,在公路中使用最为广泛,因为两点之间以直线最短,一般在定线时,只要地势平坦,无大的障碍物,都要首先考虑使用直线通过。2.2.1.1直线的特点从测设上看,直
4、线只需定出两点,就可以方便的测定方向和距离。基于直线的这些优点在各种线形工程中都被广泛使用。但过长的直线并不好。直线线形大多难与地形相协调,若长度运用不当,不仅破坏了线形的连续性,而且也不便达到线形的协调,过长的直线容易使驾驶人员感到单调疲倦,难以目测车间距离,于是产生尽快驶出直线的急躁情绪,一再加速以致超过规定车速许多。所以在选用直线线形并决定其长度时,总的原则是:公路线形应该与地形相适应,与景观相协调,不强调长直线,也不硬性设置不必要的曲线。直线虽有诸多缺点,但将其从平面线形中一概不用也是不妥当的。下述地区或地段采用直线还是适宜的。A地形、地物完全不受限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带;B
5、公路通过市区或近郊按直线线形规划的地区,为节约用地和与周围人工景观相协调,也适宜采用直线;C长大桥梁或长的高架构造物、隧道等地段,从施工的方便与经济性考虑也适宜采用直线。2.2.1.2 直线的最小长度(1)同向曲线间的最短直线长度以不小于6倍的行车速度为宜;互相通视的同向曲线间若插入短直线,容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当直线过短时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,且容易造成驾驶操作的失误,设计中我们必须避免。(2)反向曲线间的最小直线长度以不小于行车速度的2倍为宜。转向相反的两圆曲线之间,考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要如无缓和曲线时,宜设置一定长
6、度的直线。2.2.1.3 直线的最大长度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技术措施,并注意下述问题:(1)在长直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度;(2)长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜,这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和;(3)道路两侧地形过于空旷时,宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施,以改善单调的景观;(4)长直线或长下坡尽头的平曲线,除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外,还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等等安全措施。2.2.2 圆曲线圆曲线是平面线形中常用的线形。各级公路不论转角大小均应设置圆曲线。平曲线
7、技术指标主要有:圆曲线半径、平曲线最小长度及超高和加宽等。公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘一般最小半径(m)10007004002007002004001004001002006510030极限最小半径(m)650002501254001252506025060125306015表21各级公路圆曲线的最小半径2.2.2.1 圆曲线的优点圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点,使用十分普遍。2.2.2.2圆曲线的几何要素T=Rtg (2-1)L= (2-2)E=
8、 (2-3) (2-4)式中,T切线长(m) L曲线长(m) E外矢距(m) J校正数或称超高(m) R圆曲线半径(m) 转角(度)缓和曲线几何要素计算公式:q=(m) (2-5)p=(m) (2-6)=28.6479 (2-7) T=(R+p)tg+q (m) (2-8) L=(m) (2-9) E=(m) (2-10) J=(m) (2-11)2.2.2.3.圆曲线的最小半径(1)极限最小半径的计算:极限最小半径是路线设计中的极限值,是在特殊困难的条件下才不得已才使用的,一般不轻易使用。横向力系数视设计车速采用0.100.16,最大超高视道路的不同环境,公路用0.10、0.80、0.60,
9、来计算极限最小半径。(2)一般最小半径一般最小半径对按计算行车速度行驶的车辆能保证其安全性和舒适性,是设计时建议采用的半径值。确定一般最小半径是按=0.050.06,i=6%8%计算出来的。这样行车将更加舒适,而且,这种半径在大多数情况下,有可能被才用。规范规定见表2-1。(3)不设超高的最小半径当平曲线半径较大时,离心力的影响就较小,路面摩阻力就可以保证汽车有足够的稳定性,这时就可以不设超高,而允许设置与直线上相同的双向横坡的路拱形式。因此,不设超高最小半径就是指不必设置超高就可以满足行驶稳定性的最小允许值。文献15规定的不设超高的最小半径按=0.035,i=-1.5%(曲线外侧)计算出来。
10、2.2.2.4圆曲线最大半径选用圆曲线半径时,在与地形等条件相适应的前提下应尽量选用大半径,但是半径大到一定的程度时,其几何性质和行车条件与直线无太大区别,容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果,同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。圆曲线的最大半径不宜超过10000m。2.2.2.5 圆曲线半径的选用公路平面设计时,应根据沿线地形、地物等条件,尽量选用大半径,以便于安全舒适地行车。在选定半径时既要满足技术合理,又要注意经济适用;既不能盲目采用高标准而过分增加投资,也不能不考虑通行要求而采用低标准。在选用平曲线三个最小半径时,条件许可时应力求使半径大于不设超高半径;一般条件下或地形有所限制
11、时,半径应尽量选用大于一般最小半径;条件十分困难下,才能采用大于极限最小半径的半径;条件万分困难在万不得以的情况下,经反复慎重考虑才在个别地段使用极限最小半径。选用半径时,还应注意前后线形协调,不应突然采用小半径曲线,如长直线或线形较好路段,应避免采用紧接采用极限最小半径;从地形条件好的地段进入地形较差地段时,线形的技术标准应逐渐过渡,防止突变;为保证行车安全,位于平地或下坡的长直线尽头不得小半径的平曲线。大中桥隧道内一般应为直线,必要设置曲线时,应尽量采用较大半径,至少不小于不设超高半径。2.2.3 缓和曲线缓和曲线是设置在直线与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
12、续变化的曲线。除四级路可不设缓和曲线外,其余各级公路都应设置缓和曲线。2.2.3.1 缓和曲线的作用曲率连续变化,便于车辆遵循; 离心加速度逐渐变化,旅客感觉舒适;超高横坡度逐渐变化,行车更加平稳;与圆曲线配合相得当,增加了线形美观。2.2.3.2 缓和曲线的省略(1)在直线与圆曲线之间,与圆曲线半径大于或等于不设超高的最小半径时;(2)半径不同的同向曲线之间,当小圆半径大于或等于不设超高的最小半径时(3)小圆半径大于不设超高的半径,且符合下列条件之一者;小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线时,其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m;计算行车速度80Kmh时,大圆半径与小圆半径之比小于1.5;
13、计算行车速度80Kmh时,大圆半径与小圆半径之比小于2.0。2.2.3.3 缓和曲线的最小长度由于车辆要在缓和曲线完成不同曲率的过渡行驶,所以要求缓和曲线有足够的长度,以使司机能从容地打方向盘,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。可以从以下几点考虑:(1)旅客感觉舒适;汽车行驶在缓和曲线上,其离心加速度将随着缓和曲线曲率的变化而变化,若变化过快,将使旅客感觉不舒适。(2)超高渐变率适中;文献15规定了适中的超高渐变率,由此可导出计算缓和段最小长度的公式:Ls(min)=Bip (2-12)B-旋转轴至行车道(设路缘带时为路
14、缘带)外侧边缘的宽度(m)i-超高坡度与路拱坡度代数差(%)p-超高渐变率,即旋转轴线与行车道外侧边缘之间的相对坡度。(3)行驶时间不过短一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s,于是Ls=(m) (2-13)2.3 平面线形设计平面设计的主要内容包括:根据实测的路线位置与走向,进一步研究路线改善的可能性,特别应注意那些受地形、地物制约较严的定线部分有无问题?要不要进行纸上移线调整?有否可能改善桥头引道?居民点的接线以及与铁路、公路的交叉处理是否合理?对弯道设计及其连接有无更好措施?核对平曲线要素,研究曲线布置是否合理,确定超高、加宽的方式和那些弯道要超高、加宽,检查视距,对安全设施、公
15、路绿化、沿线排水、桥涵及其它人工构造物作出平面布置,最后按确定的方案,根据直线、曲线、转角一览表和其它勘测资料绘制平面图2.3.1平面线形设计的一般原则(1)平面线形应直捷、连续、顺适,并与地形、地物相适应,与周围环境相协调;(2)行驶力学上的要求是基本的,视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足;(3)保持平面线形的均衡与连贯;(4)长直线尽头不能接以小半径曲线;(5)高低标准之间要有过渡;(6)应避免连续急弯的线形;(7)平曲线应有足够的长度。2.3.2 行车视距(1)停车视距。汽车行驶时,自驾驶人员看到前方障碍物时起,至到达障碍物前安全停止,所需要的最短距离。(2)会车视距。在同一车道上两相
16、对向汽车相遇,从相互发现时起,至少同时采取制动措施使两车安全停止,所需要的最短距离。(3)错车视距。在没有明确划分车道线的双车道道路上,两对向行驶之汽车相遇,发现后即采取减速避让措施安全错车所需要的最短距离。(4)超车视距。在双车道道路上,后车超过前车时,从开始驶离原车道之处起,至可见逆行车道并能超车后安全驶回原车道所需要的最短距离。交点号交点坐标交点桩号转角值曲线要素值XY半径缓和曲线长切线长度曲线长度外距校正值起点45282867.825002061.61K19+000.003230JD1345282987.875002076.61K19+114-003230550005000185.00
17、362.0098007722JD1445283563.725002075.61K19+576.007530550005000451.00775.0020730379终点45283787.955002388.45K19+616.00续表1-2交点号曲线位置直线长度及方向测量断链备注第一缓和曲线起点第一缓和曲线终点或圆曲线起点曲线中点第二缓和曲线终点或圆曲线起点第二缓和曲线起点直线长度M交点间距M计算方位角或计算方向角桩号增减长度M起点JD13K19+064.21K19+114.21K19+297.51K19+1476.23K19+526.230636.00JD14K19+526.23K19+57
18、6.23K20+861.74K20+250.10K20+301.1001636.00终点表12直线曲线表第3章 纵断面设计3.1 概述道路沿着中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求,路线纵断面总是一条有起伏的空间线。在纵断面图上有两条主要的线:一条是地面线,它是根据中线上个桩点的高程绘制的一条不规则的折线,反映了沿着中线地面起伏变化的情况;另一条是设计线,它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较以后定出的一条有规则形状的几何线,反映了道路路线的起伏变化情况。3.2 纵坡设计的一般要求为使纵坡设计经济合理,必须在全面掌握勘测资料基础上,结合选线的纵坡安排意图,经
19、过综合分析,反复比较定出设计纵坡。纵坡设计的一般要求为:纵坡设计必须满足文献15的各项规定见表3-2、3-3、3-4。为保证车辆能以一定的速度安全顺适地形式,纵坡应具有一定的平顺性,起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限的纵坡值,合理安排缓和段,不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段,应避免设置反坡段。越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓一些。纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地址、水文、气候和排水等综合考虑,是具体情况加以处理,以保证道路的稳定与畅通。一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡,尽量使挖方运作就近路段的填方,以减少借方和废房,降低造价和节省用地。平原微丘区地下水埋深较浅
20、,或池塘、湖泊分布较广,纵坡除应满足最小坡度要求外,还应满足最小填土高度要求,保证路基稳定。对连接段纵坡,纵坡应和环、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些。在实地调查基础上,充分考虑通道,农田水利等方面的要求。各级公路纵坡限制(m)见表3-3公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘最大纵坡(%)34554657576869表31 各等级公路最大纵坡表32 各级公路最短坡长公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平
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