道路勘测课程设计计算书学院系：土木工程系专业：道路与桥梁学生姓名：学号：指导教师：完成日期：目录1道路平面设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 1平面设计中的基本原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1线形设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2路线方案确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2选线步骤与方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2路线的方案比选．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3路线方案的试算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3方案比选．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5被选方案精确计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5方位角的计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 5平曲线要素计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6平曲线主点桩号计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7平曲线内设计计算切线支距法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．82纵断面设计．．.．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10纵坡设计的一般要求．．．．．．．．．．．．..．．..．．．．．．．．．．．．．．．．.. 10最大纵坡．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..．．．．．．．．．．．．．．．． 10最小纵坡．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10坡长．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10合成坡度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11竖曲线半径及长度．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11纵断面设计注意问．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12线形组合特征及注意问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 13纵断面设计步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14高程计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14竖曲线要素及变坡点处设计高程计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15坡度计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15公路竖曲线要素计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 15 计算高程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 173 横断面设计．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18路幅构成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18加宽计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 18超高计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 19横断面地面线绘制．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 21视距验算．．．．．．．．．．．．． (21)填挖面积计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．....22路基土石方数量计算．．．．．．．．．．．．．．．..............． 22结束语．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．241、道路平面设计平面线形的设计主要是确定交点位置、曲线半径、缓和曲线的长度等.确定过程中：应保证平面线形连续顺适,保持各平面线形指标的协调、均衡,而且要与地形相适应和满足车辆行驶舒适的要求.1路线的交点主要确定路线的具体走向位置,因此其位置的确定非常重要,必要时应做相应的比较方案进行比选,保证方案可行、经济、合理、工程量小.2曲线和缓和曲线长度的确定首先在满足圆曲线及缓和曲线的最小长度的前提下,初步拟定其长度,然后平曲线半径及缓和曲线长度可以根据切线公式或外距公式反算：()tan2T R p q α=+⨯+()2E R p SecR α=+⨯-在确定s L R 、以后就计算各曲线要素,推算各主点里程及交点的里程桩号.最后由平面设计的成果可以得到直线曲线及转交表.3充分利用土地资源,减少拆迁,就地取材,带动沿线经济的发展 4公路平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线构成.直线作为使用最广泛的平面线性,在设计中我们首先考虑使用,该地区的新建三级公路,所经区域为平原区,本设计在平原区采用的主要技术指标以争取较好的线形为目的,同时注意同向曲线间的直线最小长度应不小于6V ,即360米；反向曲线间的直线最小长度应不小于2V ,即120米. 平面设计中的基本原则在路线的平面设计中所要掌握的基本原则有：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；本设计地区部分地势开阔,处于平原微丘区,路线直捷顺适,在平面线形三要素中直线所占比例较大.在设计路线中间地段,路线多弯,曲线所占比例较大.路线与地形相适应,既是美学问题,也是经济问题和生态环境保护的问题.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,片面强调路线要以直线为主或以曲线为主,或人为规定三者的比例都是错误的.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；高速公路、一级公路以及计算行车速度≥60Km/h的公路,应注重立体线形设计,尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适,计算行车速度越高,线形设计所考虑的因素越应周全.本路线计算行车速度为60Km/h,在设计中已经考虑到平面线形与纵断面设计相适应,尽量做到了“平包竖”.3保持平面线形的均衡与连贯；为使一条公路上的车辆尽量以均匀的速度行驶,应注意各线形要素保持连续性而不出现技术指标的突变,在长直线尽头不能接以小半径曲线,高低标准之间要有过渡.本设计中未曾出现长直线以及高低标准的过渡.4避免连续急弯的线形；连续急弯的线形给驾驶者造成不便,给乘客的舒适也带来不良影响,在设计中可在曲线间插入足够的直线或回旋线.5平曲线应有足够的长度；平曲线太短,汽车在曲线上行驶时间过短会使驾驶操纵来不及调整.缓和曲线的长度不能小于该级公路对其最小长度的规定,中间圆曲线的长度也最好有大于3s的行程.当条件受限制时,可将缓和曲线在曲率相等处直接连接,此时圆曲线长度为0.路线转角过小,即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短,造成急转弯的错觉.这种倾向转角越小越显着,以致造成驾驶者枉作减速转弯的操作.一般认为, ≤7°应属小转角弯道.在本设计中平曲线长度都已符合规范规定,也不存在小偏角问题.线形设计路线的平面设计所确定的几何元素以设计行车速度为主要依据.本路段按直线——缓和曲线——圆曲线——缓和曲线——直线的顺序组合.为了实现行连续、协调,缓和曲线——圆曲线——缓和曲线之比尽量在1:1:1～1:2:1之间.最小缓和曲线长度为45米.所选设计路线共有2个交点,为提高公路使用性能,在圆曲线半径的选择过程中尽量选取较大的半径.当地形限制较严时方可采用极限.本设计中偏角均大于7°,不存在小偏角问题.路线方案确定选线步骤与方法(1)全面布局路线方案选择：路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题.此工作通常是在小比例尺1：～1：10万地形图上从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,确定数条有进一步比较价值的方案,然后进行现场勘察,通过多方案的比选得出一个最佳方案来.(2) 逐段安排加密控制点：是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.路线布局一般应该在1：1000～1：5000比例尺的地形图上进行.具体定线：有了上述路线轮廓即可进行具体定线,根据地形平坦与复杂程度不同,可分别采取现场直接插点定线和放坡定点的方法,插出一系列的控制点,然后从这些控制点中穿出通过多数点特别是那些控制较严的点位的直线段,延伸相邻直线的交点,即为路线的转角点.随后拟定出曲线的半径,至此定线工作基本完成. 路线的方案比选道路做为一条三维空间的实体,是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线性构造物.选线是在道路规划起终点之间选定一条技术上可行,经济上合理,又能符合使用要求的道路中心线的工作.但影响选线的因素有很多, 这些因素有的互相矛盾, 有的又相互制约, 各因素在不同的场合重要程度也不相同, 不可能一次就找出 理想方案来, 所以最有效的方法就是进行反复比选来确定最佳路线.路线方案是路线设计是最根本的问题.方案是否合理,不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率.更重要的是影响到路线在公路网中是否起到应有作用. 路线方案的试算 方案I :初估算圆曲线要素值:1JD : 29a250Rm 55s l m圆曲线的内移值: 切线增长值：27.492qm切线长： ()tan92.2702T R p q缓和曲线角 ：180 6.3122S ol R平曲线长度 : (2)2181.435180o SR L l m缓和曲线:圆曲线=55：=1:满足要求 2JD : 60a150Rm 60s l m圆曲线的内移值: 切线增长值：29.96qm切线长： ()tan2T R p q缓和曲线角 ：18011.4602S ol R平曲线长度 : (2)2217.026180o SR L L m缓和曲线:圆曲线=60:=1:校核1JD 与2JD 之间的直线距离：300-T 1-T 2=>80满足要求 方案I 路线总长为：1388m 路线延长系数： 方案II :初估算圆曲线要素值1JD : 81a120Rm 70s l m圆曲线的内移值: 切线增长值： 34.900q m切线长： 缓和曲线角 ：18016.7232S ol R平曲线长度 : (2)2219.561180o SR Ll m2JD : 75a120Rm 70s l m圆曲线的内移值: 切线增长值：34.900qm切线长：缓和曲线角 ： 18016.7322S ol R平曲线长度 : (2)2207.000180o SR Ll m缓和曲线:圆曲线=70:87=1:满足校核JD1与JD2之间距离D=390-T 1-T 2=满足要求方案II 路线总长：1546m 路线延长系数： 方案比选如表表方案指标比较表由表中可见方案I 优于方案II,因此最终选择方案I. 被选方案精确计算 方位角的计算 对于方案一起点 A 坐标： NX=7384 EY=7440 1JD 坐标： NX=6830 EY=7725 2JD 坐标： NX=6660 EY=7974终点B 坐标： NX=6200 EY=7933 象限角2121arctanarctanY Y DY DXX X A ～1JD ：象限角127.2第二象限 方位角1180152.2671JD ～2JD ：象限角2arctan55.5DY DX第二象限 方位角 2180124.52JD ~B 段 象限角3arctan5.1DY DX第二象限 方位角 33180185.1转角12128.3平曲线要素计算 1JD 的计算R=250 LS=55m a= 圆曲线的内移值: 切线增长值： 3s 227.4892240R S l l q m切线长：缓和曲线角 ：180 6.3062S ol R平曲线长度 : (2)2178.417180o SR L l超距 : 2 2.871D T LmJD2 的计算= 60.3 150R m 60s l m圆曲线的内移值: 切线增长值： 3s 229.9602240R S l l q m切线长： 缓和曲线角 ：18011.4652S ol R平曲线长度 : (2)2219.093180o SR L l m超距 : 218.007DTLm1JD 与2JD 之间的距离:D= 直线段的长度D-T 1-T 2=符合要求JD 1：缓和曲线:圆曲线=1： JD 2 ；缓和曲线:圆曲线=1: 符合要求平曲线主点桩号计算 JD 1的桩号K0+ 校核：0623.0112D JDQZK校核无误.2JD 的计算 2JD 的桩号为K0+校核：0921.6382D JD QZK校核无误.平曲线内设计计算切线支距法在缓和曲线上以ZH点为坐标系原点,建立坐标系XOY 在圆曲线上具体计算结果如表:2 纵断面设计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.纵坡设计的一般要求最大纵坡根据公路工程技术标准JTG B01_2003及公路路线设计规范JTGD20-2006规定,三级公路平原微丘区的最大纵坡,应不大于7%.公路的纵坡不应小于%,横向排水不畅的路段或长路堑路段,采用平坡或小于%的纵坡时,其边沟应做纵向排水设计.纵坡的长度不应小于120米.当坡度为7%时,最大坡长为500米.表最大纵坡最小纵坡在长路堑地段.设置边沟的低填方地段以及其他横向排水不畅地段,为满足排水要求,防止积水渗入路基而影响其稳定性,均应设置不小于%的纵坡,并做好纵、横断面的排水设计.坡长表最小坡长表不同纵坡最大坡长合成坡度在有平曲线的坡道上,最大坡度既不是纵坡方向,也不是横坡方向,而是两者组合成的流水线方向.将合成坡度控制在一定范围之内,目的是尽可能避免急弯和陡坡的不利组合,防止因合成坡度过大而引起的横向滑移和行车危险,保证车辆在弯道上安全而顺适的运行.在设有超高的平曲线上,超高与纵坡的合成坡度值不得超过10%.当路线的平面和纵坡设计基本完成后,应检查合成坡度,如果超过最大允许合成坡度时,可减小纵坡或加大平曲线半径以减小横坡,或者两方面同时减小.允许合成纵坡值见下表：表允许合成纵坡值竖曲线半径及长度表凸形竖曲线最小半径及长度表凹形竖曲线最小半径及长度纵断面设计应该注意的问题1设置回头曲线地段,拉坡时应按回头曲线技术标准先定出该地段的纵坡,然后从两端接坡,应注意在回头曲线地段不宜设竖曲线.2大、中桥上不宜设置竖曲线,桥头两端竖曲线的起、终点应设在桥头10m以外.3小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上,为保证行车平顺,应尽量避免在小桥涵处出现“驼峰式”纵坡.4注意平面交叉口纵坡及两端接线要求.道路与道路交叉时,一般宜设在水平地段,其长度应不小于最短坡长规定.两端接线纵坡应不大于3%,山区工程艰巨地段不大于5%.5拉坡时如受“控制点”或“经济点”制约,导致纵坡起伏过大,或土石方工程量太大,经调整仍难以解决时,可用纸上移线的方法修改原定纵坡线.线形组合特征及注意问题表线形组合特征及注意问题纵断面设计步骤：1准备工作：在厘米绘图纸上,按比例标注里程桩号和标高,点绘地面线.填写有关内容.2标注控制点：如路线起、终点,越岭垭口,重要桥涵,地质不良地段的最小填土高度,最大挖深,沿溪线的洪水位,隧道进出口,平面交叉和立体交叉点,铁路道口,城镇规划控制标高以及受其他因素限制路线必须通过的标高控制点等.3试坡：在已标出“控制点”的纵断面图上,根据技术指标、选线意图,结合地面起伏变化,本着以“控制点”为依据,照顾多数“经济点”的原则,在这些点位间进行穿插与取直,试定出若干直坡线.反复比较各种可能的方案,最后定出既符合技术标准,又满足控制点要求,且土石方较省的设计线作为初定试坡线,将坡度线延长交出变坡点的初步位置.4调整：对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足规定,平、纵组合是否适当,以及路线交叉、桥隧和接线等处的纵坡是否合理,若有问题应进行调整.5核对：选择有控制意义的重点横断面,如高填深挖,作横断面设计图,检查是否出现填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大等情况,若有问题应调整.6定坡：经调整核对无误后,逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来.坡度值要求取到％,变坡点一般要调整到10m的整桩号上.7设置竖曲线：根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径,计算竖曲线要素.8计算各桩号处的填挖值：根据该桩号处地面标高和设计标高确定.高程计算直线段用50米整桩高程,曲线段用20米整桩高程根据地形图采用内差法计算,在厘米格坐标纸上,绘制直角坐标系,横坐标表示路线桩号,采用1:2000的比例；纵坐标表示地面高程,采用1:200的比例.在坐标纸上描点,绘制出地面线,具体结果见表表桩号地面高程表桩号高程m 桩号高程m桩号高程mK0+000+640+960 +100+++150+660+980 +200+680K1+000 +250+700+20 +300+++350+750+50 +400+800+100 +450++150 +500+820+200 ++840+250 +540+860+300 +560++350 +580+880+桩号高程m 桩号高程m桩号高程m++900 +600+912 +620+920++940竖曲线要素及变坡点处设计高程计算 坡度计算: 坡度+=高差坡长竖曲线类型：当1n n i i +-为正值时,为凹型竖曲线；当1n n i i +-为负值时,为凸型竖曲线.由厘米坐标纸上,经过反复试坡、调坡, 根据土石方填挖大致平衡和道路设计规范中最小坡长等设计要求最后确定出变坡点: 变坡点1桩号:K0+250高程395m变坡点2桩号:K0+620 高程391m 变坡点3桩号:K0+920 高程395m 变坡点4桩号:K1+150 高程388m 坡度 i 1=%i 2=% i 3=% i 4=%公路竖曲线要素计算变坡点1:桩号K0+250,高程为395m,124.0%,1.1%i i ==-,竖曲线半径为R=2000m竖曲线要素计算竖曲线类型为凸形竖曲线,则: 曲线长 102L R m ω== 切线长 512LT m == 外距 20.6502T E m R== 变坡点2:桩号K0+620,高程为391m,121.1%, 1.3%i i =-=,竖曲线半径为R=5800m竖曲线要素计算竖曲线类型为凹形竖曲线,则: 曲线长 139.2L R m ω== 切线长 69.62LT m == 外距 20.4182T E m R== 变坡点3:桩号K0+920,高程为395m,121.3%,-3%i i ==,竖曲线半径为R=4500m 竖曲线要素计算竖曲线类型为凸形竖曲线,则: 曲线长 193.5L R m ω== 切线长 96.752LT m == 外距 21.042T E m R== 变坡点4:桩号K1+150,高程为388m,123%, 1.9%i i =-=,竖曲线半径为R=2000m竖曲线要素计算竖曲线类型为凹形竖曲线,则: 曲线长 98L R m ω== 切线长 492LT m == 外距 20.62T E m R== 计算设计高程由110()H H T X i =-- H=H 1±hH 1:任一点切线的高程 x ：计算点到起点的距离 i 1：坡度H:任一点的设计高程 可得： 桩号K0+50处直线段 x=-149设计高程 10()H H T X i =--=387m其余各点见下表表 设计高程表桩号高程m桩号高程m桩号高程mK0+000 +640 +960 +100 + + +150 +660 +980 +200+680K1+000+250+700+20+300+++350+750+50+400+800+100+450++150+500+820+200++840+250+540+860+300+560++350+580+880+++900+600+912+620+920++9403 横断面设计路幅构成根据公路工程技术标准JTG B01_2003及公路路线设计规范JTGD20-2006规定:三级公路,40km/h,选单幅双车道,车道宽度,行车道宽度,路拱横坡选%,路肩横坡选%,路肩宽度选,加宽计算对于第一平曲线 R=250 可得圆曲线上加宽值第二平曲线R=150 全加宽为加宽过渡段上 由公式 Xx L b b L=L X : 任一点距过渡段起点的距离 L: 加宽过渡段长度 b ： 圆曲线上全加宽可得其余各桩号的加宽值见表表 加宽值超高计算对于第一平曲线2127h V i R=-μ =0.017% 因为h i < G i 故取h i = G i = %,对于第二平曲线2127h V i R=-μ = i max = 则取i h =超高计算公式在圆曲线上外缘h c ()j j j h b i b B i ++ 中线'c h 2j j h B b i i +内缘''c h ()j j j h b i b b i -+ 在过渡段上外缘h c ()()j j g j g j h cxb i i b i b B i L ⎡⎤-+++⎣⎦ 中线'c h 2j j g Bb i i +2j j h c B x b i i L +内缘''c h ()j j j x g b i b b i -+ ()j j j x h cxb i b b i L -+ 其各桩号的超高值见下表表超高计算表横断面地面线绘制 横断面地面线绘制：见附图. 地面控制点各点距离及高程见下表表地面控制点各点距离及高程视距验算由于两个平曲线都属于Ls ＜S ＜L.计算公式如下：平曲线1：R=250,Ls=55,L=,028.3α=,06.306β=,T S 40m =,会车视距为80m.b 0.75,0.8j x b ==计算得,h=小于L 阻 满足视距要求.平曲线2：R=150,Ls=60,L=,060.3α=,011.465β=,T S 40m =计算得,h=＞L 阻 =. 需要对周围岩石边坡进行清除. 填挖面积计算采用积距法：i i F bh =12n bh bh F bh ++---+= 取b=测1:200的里厘米格图纸上每一小格代表ⅹ=㎡ 故查厘米格坐标纸小方格数可得： K0+000桩：w A =㎡K0+50桩：T A =㎡ 0.28w A = K0+100桩：17.6T A =㎡ K0+150桩：21.6T A =㎡ K0+200桩： 5.8T A =㎡ 路基土石方数量计算若相邻两断面均为填方或挖方且面积大小相近,则可假定断面之间为一棱柱体,其体积计算公式为： 其结果详见路基土石方表 结束语在道勘课程设计即将完成之际,我的心情无法平静,从开始到设计的完成,此时,回想起来真是既紧张又充实.课程设计不是一个简单的过程.从选定题目到收集资料,再进入设计计算过程,几乎应用了所学过的所有知识,每一步都要付出艰辛的汗水,在忙乱与紧张中,一步一步的把以前的专业知识和基础知识重新温习了一遍,b 0.75, 1.0j x b ==而且经验的累积也让我对所有所学专业的知识形成了系统的有逻辑性的认识,不但提高了解决实际问题的能力,开阔了视野,更为了以后工作奠定了坚实的基础.工程制图是设计中重要的环节之一.电子版采用计算机绘图,自己的CAD又没学过,这比手工绘图困难多了.好在已经有了课程设计的经验和老师不时的指导以及同学的互助,在大家的研究和自己的努力下,将困难逐个击破.自己明白了只要掌握了一定的技术,计算机绘图确实是又省时又省力,而且准确也清晰干净.通过绘图不但完成了设计任务,对所设计内容有了更理性,更深刻的认识,而且进一步提高了自己计算机绘图的能力,使计算机应用日趋熟练,一举两得. 虽然中间有着不完美,但却是我自己不断地查阅资料、思考和动手的结果.三周的课程设计转瞬即过,在这里我特别感谢老师给予我关怀和指导,其严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,一直深深的感染着我,激励着我向着更好,更精准的目标前进.参考文献1 公路工程技术标准JTG B01-20032 公路路线设计规范JTG D20-20063 公路路基设计规范JTG D30-20044 杨少伟道路勘测设计北京人民交通出版社 20095 孙家驷道路勘测设计北京人民交通出版社 2005。
