引言
大学本科毕业设计（论文）是本科教学大纲最后一个重要环节，也是对我们以后的工作实践的理论依据。本次设计基于在大学期间所学的有关专业知识和基础知识。应用所掌握的专业知识，设计出经济﹑安全﹑美观的陕西秦岭地区（5，6，7）路基设计线。设计内容为试坡﹑选线﹑定线﹑设计平曲线﹑竖曲线﹑横断面﹑路基路面设计﹑防护措施﹑桥涵水文﹑工程预算等。
在导师的精心指导下，不仅巩固了专业知识，而且系统地设计出了一条位于山岭重丘区的三级公路。通过这一环节，使我开阔了视野﹑丰富了专业知识﹑学会了分析工程问题及解决问题的方法。查阅参考书（资料），进一步熟悉应用和理解《标准》、《规范》、《手册》的能力。
因此，毕业设计是培养工程师基本训练必不可少的教学环节，是让我们将所学知识建立知识体系的重要过程，也是我们走向工作岗位前的最后一次尝试，为以后更好的工作打下了扎实的专业知识基础，也为以后更快的进入工作角色做好了准备。
第一章 概 述
1.1 气候特点
该地区海拔高度在1000～2000米等高线之间，按中国气候分区，属东南湿热区，向青藏高寒区的过渡区，属全国道路气候分Ⅱ2B 区，季节冰冻，中湿区，该地区同时受冷热气流的影响较大，气候特征属北亚热带季风气候，夏季降水多，冬季气温低。
路线所经地区最高月平均地温25
C ～32.5
C,年平均气温在14
C ～22
C 之间,极端最高气温在0
C ～4
C 之间,冰冻现象轻.但当偶尔寒流猛烈时,气温可降到-10
C 以下,土壤最大冻深0.3米，最大积雪深度< 0.16米,定时最大风速为15.5m/s 。
1.2 降水量及地下水埋深
路线所经地区位于东经105
～110,北纬30
～35
之间,属中国暴雨风区的13区,年降水量800mm 左右,一般山地多,平地较少,分布规律为由东向西,由南向北,逐渐降低，潮湿系数在1.0～1.5之间,干燥度平均在1.0以下,雨型为夏、秋雨,最大月雨期长度为3.0 ～ 3.5天。降雨形式以暴雨为主,雨量多集中在6 ～ 8月,约占全年降水量的60% ,冬季降水量仅占全年的4～5% 。
由于该地区降水量较多，且集中，地面横坡陡峻，汇流时间较快，一般汇水面积≤10Km 2，汇流时间约30分钟；汇流面积≤20Km 2，汇流时间约45分钟；沿线地下水埋深一般在3米左右，沟谷处约为2米左右。
1.3 地形与地貌
路线所经地区，自然地面横坡陡峻，清江河从西向东流入渭河，路线沿清江河而上，在清江河发源地翻越分水岭而下，其分水岭西坡陡而东坡较缓，自然横坡达40% 左右，自然地面较整齐，短距离内高差大，沟谷、河流的纵坡较大，大量随季节变化大，除清东河下游处，枯水季节水量很小，甚至干枯；夏季水流湍急，往往引起山洪暴发，冲刷力较大，河（沟）内为含土砾石，大于60mm 的砾石含量占50% 左右，砾石成份主要为花岗岩，个别砾石的最大粒径达45㎝。
1.4 地质与土质
路线所经地区，位于中国区域工程地质的秦淮山工程地质区和秦巴山地工程地质区的交界，靠近秦巴山地工程地质区，属陕西省祁连地层区，纸房---洛南地层小区（
2
2 区），大部为火成—变质岩山地，岩层为古生界杂岩，以粗粒花岗岩、变质岩为主，
其次分布有石灰岩，岩性质量较好，一般岩层较深处，可采集到Ⅲ级以上的石料。第四纪发生的岩层和近代堆积，以重堆积、残积土壤为主，土质为黄棕粘性土，受大气和温度的长期影响酸碱度为中或微，土质为液限粘土呈密实状态，岩石风化程度为中等，路线所经地带，土层覆盖厚度约2.5米左右，土层中20% 为松土，50% 为普通土，30% 为硬土，岩层中10% 为软石，70% 为次坚石，20% 为坚石，在清江河发源处的分水岭上，此处地质良好。
1.5 植被及作物等概括
该地区多为山地，山坡上为山地草甸土壤，是山地灌木丛和草甸的生境。但由于冲刷等原因，土壤中有机质分解和养分损失迅速，故肥力不高，沟谷和山坡上生长有稀疏灌木丛和高度在1.0以下的密草，疏林的郁闷度在40% 左右，在平缓的山坡上，种植的作物主要有玉米、麻类、谷子、菜籽等。
大力开展植树种草，保持良好的生态环境，保证粮食稳产高产，促进牧业和林业的发展，是今后一项主要的经济战略任务。
本次设计必做内容:
（1）路线方案的拟定
（2）道路等级的确定
（3）道路技术标准的确定
（4）道路平面设计
（5）道路纵断面设计
（6）一、二次修正导向线图
（7）道路横断面设计（取一公里）
（8）路面结构设计
（9）桥涵水文计算及典型路段道路排水系统布置
（10）道路工程量计算及工程概算编制（一公里左右）
第二章平、纵、横三维断面设计
2.1 道路等级的确定
2.1.1交通量换算
已知预算十年末交通量（年平均增长率Y=10％）为2500辆/日“公路工程技术标准—2.0.2”各种车型的折算系数为小客车1.0中型车1.5大型车2.0拖挂车3.0。
依据“国内外汽车参数”得知：东风EQ140载重5.21t黄河,JN—150载重8.06t,解放CA10B载重4.00t,跃进NJ130载重2.5t。
“公路工程技术标准—2.0.2”各种车型的折算系数为：
根据“公路工程技术标准”（JTG B01-2003）1.0.4规定，高速公路和具干线功能的一级公路设计交通辆按20年预测；具集散功能的一级公路以及二、三级公路的设计交通量应按15年预测，四级公路可根据实际情况确定。
到15年末日平均日交通量（十年以后的年平均增长率Y=2%），则：
15年末小客车标准车型交通量
2.1.2道路等级确定
地区的地形为重丘山岭区，公路使用性质任务是为沿线工农业服务，是沟通县乡
村的支线公路，并小客车标准车型交通量为“公路工程技术标准JTG B01—2003”规
定的三级公路小客车年平均日交通量2000—6000辆中间。该公路为三级公路。假设
成立。
2.1.3道路技术标准的确定（重丘区三级公路）
依据“公路工程技术标准JTG B01—2003”该公路的各项设计值取如下：
设计速度30（㎞/h）
单车道宽度3.25m
土路肩宽度0.5m
路基宽度7.5m
停车视距30m
会车视距60m
超车视距150m
“公路工程技术标准JTG B01—2003”规定半径﹑坡度调整的范围如下：
圆曲线最小半径（m）：
一般值：65 极限值：30
不设超高最小半径：
当路拱≤2.00%时为350；当路拱＞2%时为450。
最大纵坡：8%
越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为200—500m时，平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%，任意连续3Km路段的平均纵坡不应大于5.5%，最小坡长：100m。
缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。
竖曲线最小半径400m（凹凸形一般值），250m（凹凸极限值）。
竖曲线最小长度25m。
2.2 选线
1．选线目的
选线是在规划道路的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。任务就是在这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。选线的方法有实地选线，纸上选线和自动化选线。本次设计选用有地形图的纸上选线方法。
2．山岭区选线特点
山岭地区山高谷深，坡陡流急，地形复杂，但山脉水系清晰，这就给山区选线指明了方向，不是顺山沿水，就是横越山岭。路线布局时应考虑地形﹑地质和水文条件，对区域性地质构造﹑滑坡﹑岩堆﹑崩塌﹑泥石流﹑岩溶等严重不良地质地段，应认真调查清楚其特征﹑范围及对路线的影响。
考虑积雪和冰冻地区并结合居民点分布﹑城乡建设﹑工农业发展其交通水利设备相配合。
越岭线的展线方式主要有自然展线﹑回头展线﹑螺旋展线三种。对控制点间的高差大，靠自然展现无法取得需要的距离以克服高差，或因地形地质限制，不宜采用自然展现时，路线可利用有利地形设置回头曲线进行展现。其优点是便于利用有利地形，避让不良地形﹑地质和困难工程。
在两固定控制点间布线，应力求距离短捷，坡度缓和的路线，故应试坡布线。2.3道路平面设计
2.3.1技术指标的选定
路线是指道路中心的空间位置,路线在平面上的投影称路线的平面，沿中心竖直剖切再进行展开则是路线的纵断面，中心上任一点的法向切面是道路在该点的横断面。路线中心的平面位置是考虑社会经济﹑自然条件和技术条件等因素以后，经过平﹑纵﹑横综合考虑，反复修正才定下来的；沿中线的桩志进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质﹑水文及其他必要资料以后再设计纵断面和横断面。
现代道路平面线是有直线﹑圆曲线和缓和曲线构成的，称为平面线形三要素，道路平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合等问题。
地形较大起伏的地区，直线线形大多难于与地形相协调，易产生高填高挖路基，破坏自然景观，不易采用过长的直线。采用短线形时均应视地形﹑地物情况而慎重选用。“公路路线设计规范JTG D20—2006”规定，当计算行车速度≥60Km/h的公路：1．同向曲线间的最小直线长（以m计）以不小于计算行车速度的6倍为宜。在
受条件限制时，宜将同向曲线该为大半径曲线或将两曲线作成复曲线﹑卵形曲线或C 形曲线。
2．反向曲线间的最小直线长（以m 计）以不小于计算行车速度的2倍为宜。当直线两端设置缓和曲线时，也可以直接相连，构成S 形曲线。
计算行车速度≤40Km/h 的公路，一般情况下可参考以上规定；但位于山岭重区的特殊困难地段，同向曲线间的最小长度应不小于计算行车速度的2.5倍。
2.3.2平曲线交点计算
依据“道路勘测设计”得知曲线要素计算公式
切点内移量q=322240S S
L L R - （2—2）
圆曲线偏移量P=243
242384S S
L L R R
- （2—3） 半径移偏量角040
28.647928.6479
160
S L R β== （2—4） 切距T=()tan
2
a
R P q ++ （2—5） 曲线长L=()
0 3.14
22180S a R L β-+ （2—6） 圆曲线长L ’=L-2L S
( 2—7）
外距E=()sec 2
a
R P R +-m （2—8）
超距D=2T-L （2—9）
（1） 基本线形曲线计算 例如JD2的计算如下：
已知资料：半径R=200m 前后缓和曲线长S L =40m 右偏角a=24°42'09"
交点桩号 KO+310.457，套用以上公式得：
Q=32
2240S S
L L R -=993.19200240402023=?-m P=243242384S S
L L R R -=
333.020023844020024403
42=?-?m T=
860.63993.192
"
09'4224tan
)33.0200(2
tan )=+?+=++q P R α
（m
L=228.12640"09'4224180200180=+???
?
=+?π
απ
S L R
m
L ’=L-2LS=126.228-2×40=46.228m
E=08.52002
"
09'4224sec )333.0200(2sec )(=-?+=-+R P R αm
D=2T-L=2×63.860-126.228=1.492m
（）
α1/2
α1
α1
（）
图2—1 基本型曲线
主点桩号的推算： JD KO+310.457 - T 63.860 ZH 246.597 + L 126.228 HZ 372.825 - L/2 63.114 QZ 309.711 + D/2 1.492 JD K0+310.457
JD1、JD3和JD4的计方法算同上。
（2） 回头曲线计算
已知资料： 圆曲线半径R=20m 回旋参数A=25 辅助曲线回旋参数A 1=50辅助曲线半径r=100m 交点偏角a=9°38’53”
依据“道路勘测设计”规范公式计算。
主曲线缓和曲线长：22
2531.2520
A L m R === （2—10）
22
22
2222
22
31.25(1)31.25(1)29.3440402031.2531.25(1)(1)7.786566205620L X L m
R L L Y m
R R =-=-=?=-=-=?? 22
22
2544.7852220A R τ===??? （2—11）
主曲线向中心内侧偏移量：
1cos 7.7820cos 44.78520 1.9820 1.9821.98R Y R R m
R R R m
τ?=+-=+?-==+?=+=
辅助曲线的缓和曲线长度
"43'097)(125.0100
25022
2
2211?==?==rad r A τ 辅助曲线向中心内侧偏移量
11111cos 1.04100cos7.1671000.261000.26100.26r Y r r m r r r m
τ?=+-=+??-==+?=+=
主曲线及辅助曲线间为布设缓和曲线所需的直线长度
12
1211sin 29.3420sin 44.78515.26sin 24.96100sin 7.16712.4915.2612.4927.75m m m m X R m m X r m m m
ττ=+=-=-?==-=-?==+=
求辅助曲线的中心角
11
20.21342tg m
β
=== （2—12）
"54'02122
?=β
"48'0524?=β 辅助曲线切线长
11
100.2612.0521.402
T rtg tg m β
=== （2—13）
111(sec
1)100.26(sec12.051)0.26 2.522
E r r m β
=-+?=-+= （2—14）
求γ角
"12'5465"48'05249090?=?-?=-?=βγ
自主曲线起点至辅助曲线顶点的距离
1
27.7521.4049.15b m T =+=+=m
回头曲线圆心至辅助曲线顶点的距离
49.15
53.84cos cos 24.1b d β=
==?
m 回头曲线的切线长度
1253.8421.4012.4987.73D d T m =++=++=m
布设缓和曲线后主曲线的中心角
主曲线的圆曲线长度
037.45180"13'011292018000=?
???=?=
π
παR K m
"13'01129"53'389"45'45442"12'54652360223600?=?-??-??-?=---?=ατγα
相当于辅助曲线剩下部分的中心角
"43'097)(125.0261
.100225
2"22'469"43'0972"48'05242110?==?==
?=??-?=-=rad r L n n ββββ 辅助曲线长度
057.17180"22'4691001800=???=?=ππβr K m
回头曲线全长
651
.241037.45)25.31057.17252(2)2(20
1=+++??=+++=K L K L S
回头曲线支叉间的最小距离
21
112[()sin
(sec
1)]
2
2
2
27
2[(87.7312.49100.2612.05)sin
100.26(sec12.051)0.26]2
2[(87.7312.4921.40)0.233 2.260.26]30.129Z D m rtg r r tg m β
α
β
=--+-+?=--+-+=--++= 回头曲线控制桩里程计算：
回头曲线圆心点桩号 K1+399.898 - D 87.740 回头曲线起点及辅助曲线1第一缓和曲线起点 ZH K1+312.158 + L1 25.00 辅助曲线1第一缓和曲线终点及圆曲线起点 HY K1+337.158 + K 17.057 辅助曲线1圆曲线终点及第二缓和曲线终点 YH K1+354.215 + L 1 25.00 辅助曲线1第二缓和曲线起点及主曲线第一 HH K1+379.215 缓和曲线起点 + L 31.25 主曲线第一缓和曲线终点及圆曲线起点 HY K1+410.454 + K 0 45.037 主曲线圆曲线终点及第二缓和曲线终点 YH K1+455.502 + L 31.25 主曲线第二缓和曲线起点及辅助曲线2第一 HH K1+486.752 缓和曲线起点 + L 1 25.00 辅助曲线二第一缓和曲线终点及圆曲线起点 HY K1+511.752 + K 17.057
辅助曲线二圆曲线终点及第二缓和曲线终点YH K1+528.809
+ L1 25.00 辅助曲线二第二缓和曲线起点及回头曲线终点HZ K1+553.809回头曲线起点及终点桩之差等于回头曲线全长
（K1+553.809）-（K1+312.158）=241.651，校核无误。
表2-5
续表
2.4道路纵断面设计
2.4.1竖曲线规范要求
1．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。
纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定，排水及工程量等的要求对纵坡的大小，长短，前后的纵坡情况，竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计，从而设计出纵坡合理，线形平顺圆滑的最优线形，以达到行车安全、快速、舒适，工程造价省，运营费用较少的目的。
2．该路地处山岭区，设计采用大纵坡，起伏与该区域地形相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按25年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。
3．纵坡设计
纵坡设计的一般要求“规范”要求
①纵坡设计必须满足《标准》的有关规定，一般不轻易使用极限值
②纵坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡
③纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合
纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；
纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，节省土石方量，降低工程造价；
纵坡设计时，还应结合我过情况，适当照顾当地民间运输工具，农业机械、农田
水利等方面的要求。
设计纵坡时还应注意以下几点：
⑴在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。
⑵平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当，尽量避免不良组合情况。
⑶大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不宜突变。
⑷小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。
⑸注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。
⑹纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不够理想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移线的办法修改平面线形，从而改善纵面线形。
4. 竖曲线设计要求：
①宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。
②同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。
③反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。
④应满足排水要求。
2.4.2竖曲线交点计算
依据“道路勘测设计”竖曲线计算公式计算如下：
图2—2 竖曲线要素示意图
（1）根据设计得知: i 1=0.032 i 2=0.054 拟定R=2000
变坡桩号K0+310.00 高程1244.00 w=i 2-i 1=0.022 (凹型) 竖曲线长度: L=R*w=44.000 （2—15）
切线长:T=L/2=22.000 （2—16）
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)=0.121 （2—17） 计算公式为：
右半部分：12
222R x i L H H i i i -+= （2—18）
左半部分：1
2
112R x i L H H i i i -+=
其中：—i x 曲线上任意点到曲线起点（左半曲线）或终点（右半曲线）的水平距离。
—i L 直线上点到相邻变坡点的距离。 以上公式计算竖曲线设计高程：
起点桩号K0+288.00 终点桩号K0+332.00 起点高程1243.296 终点高程1245.188
竖曲线设计高程表 表2-6
12
变坡桩号K0+540.00 高程1256.50 w=i2-i1=-0.020 (凹型)
竖曲线长度: L=R*w=40.000
切线长:T=L/2=20
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)=0.1
起点桩号K0+520.00 终点桩号K0+560.00
起点高程1255.42 终点高程1257.98
竖曲线设计高程表表2-7
变坡桩号K1+730.00 高程1270.00 w=i2-i1=-0.040 (凸型)
竖曲线长度: L=R*w=40
切线长:T=L/2=20
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)=0.2
起点桩号K0+710.00 终点桩号K0+750.00
起点高程1268.53 终点高程1270.68
竖曲线设计高程表表2-8
变坡桩号K1+230.00 高程1287.00 w=i2-i1=0.005 (凹型)
竖曲线长度: L=R*w=57.200
切线长:T=L/2=28.600
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.372
起点桩号K1+217.50 终点桩号K1+242.50
起点高程1286.258 终点高程1287.488
竖曲线设计高程表表2-9
变坡桩号K1+590.00 高程1301.00 w=i2-i1=0.036 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=36.000
切线长:T=L/2=18.000
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.162
起点桩号K1+572.00 终点桩号K1+608.00
起点高程1300.298 终点高程1302.35
竖曲线设计高程表表2-10
变坡桩号K1+690.00 高程1307.50 w=i2-i1=-0.038 (凸型)
竖曲线长度: L=R*w=38.00
切线长:T=L/2=19.000
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.1805
起点桩号K1+671.00 终点桩号K1+709.00
起点高程1306.075 终点高程1308.203
竖曲线设计高程表表2-11
12
变坡桩号K1+960.00 高程1317.50 w=i2-i1=0.042 (凹型)
竖曲线长度: L=R*w=42.000
切线长:T=L/2=21.000
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.2205
起点桩号K1+939.00 终点桩号K1+981.00
起点高程1316.76 终点高程1319.159
竖曲线设计高程表表2-12
变坡桩号K2+130.00 高程1331.00 w=i2-i1=-0.040 (凸型)
竖曲线长度: L=R*w=40.00
切线长:T=L/2=20.00
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.20
起点桩号K2+110.00 终点桩号K2+150.00
起点高程1329.42 终点高程1331.78
竖曲线设计高程表表2-13
变坡桩号K2+820.00 高程1358.00 w=i2-i1=0.040 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=40.00
切线长:T=L/2=20.00
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.2
起点桩号K2+800.00 终点桩号K2+840.00
起点高程1357.22 终点高程1359.58
竖曲线设计高程表表2-14
变坡桩号K2+940.00 高程1367.5 w=i2-i1=0.040 (凸型)竖曲线长度: L=R*w=40.00
切线长:T=L/2=20.00
竖曲线变坡点纵距:E=T^2/(2*R)= 0.2
起点桩号K2+920.00 终点桩号K2+960.00
起点高程1365.92 终点高程1368.28