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论文案例大全-巴燕镇至吉加公路升级改造设计

2021-07-07 12:25:53
作者:杭州千明

论文知识案例-巴燕镇至吉加公路升级改造设计

  化隆县巴燕--吉加公路位于化隆县境内,路线起点位于化隆县巴燕镇,终点到旦庄衔接燕官公路。现有老路段修建于2008年,路基宽度4.5m,路面宽度3.5m,全线为20cm厚水泥路面。按《青海省农村公路工程技术标准》规范,设计速度为15Km/h为标准修建而成。现有道路已经无法满足人民群众的出行需求,很大限度的限制了当地农业及社会经济的发展,因此现拟对该段公路进行升级改造,按照四级公路,设计速度为20Km/h的标准进行设计。

  根据任务书以及相关资料,对巴燕镇至吉加公路进行升级改造设计。本次设计的主要内容包括道路平面设计,纵断面设计,横断面设计,路基设计,路面设计,排水设计以及桥涵设计。

  1.3水文地质资料

  化隆回族自治县属高原大陆性气候,地处黄河谷地北侧,地势由西北向东南倾斜,属青藏高原东部干旱区,年平均气温2.2℃,年平均降水量470毫米。该地区冬季多风,气候干燥、冰雹等自然灾害发生频繁。全境东西长98.5公里,南北宽48.5公里,总面积2740平方公里,最低海拔1884米,最高海拔4484米,自治县首府为巴燕镇,海拔为2873米。

  2绪论

  2.1项目背景和任务

  本次设计的公路段为巴燕镇至吉加公路,它位于青海省化隆县境内,路线起点位于化隆县巴燕镇,终点到旦庄衔接燕官公路。现有老路段修建于2008年,路基宽度4.5m,路面宽度3.5m,全线为20cm厚水泥路面。按《青海省农村公路工程技术标准》规范,设计速度为15Km/h标准而修建。现有道路已经无法满足人民群众出行需求,很大限度的限制了当地农业及社会经济的发展,因此现拟对该段公路进行升级改造设计,按四级公路,设计速度20Km/h标准进行设计。本路线的起点桩号为:K0+000,终点桩号为:K3+684.32,该公路全长为3684.32米。

  2.2研究方案:

  本次设计项目采用双车道,公路等级为四级公路,由于道路附近村庄密集,因此设计车速采用20km/h。本路段全程长3684.32m,路基宽度设为7.0m,路面宽度为6.0m,土路肩宽度为2*0.5m,行车道宽度为3.0m。土方调配应填挖平衡。本次道路毕业设计采用最新颁布的公路设计技术规范,采用最新的道路选线、路基路面设计理论和设计方法。定线是采用纬地软件进行设计。

  (1)平面设计:既要满足驾驶员操作从容,乘客感觉舒适的要求,也要结合当地实际地形做出调整,参照实际速度的直线、圆曲线和曲线的相关技术要求,结合自然条件的具体路线做路线平面设计;

  (2)纵断面设计:根据四级公路等级、地形地貌特征、水文地质条件、综合考虑路基稳定,路面排水等,考虑道路的纵坡坡度大小、坡长、竖曲线半径做路线纵断面设计;

  (3)横断面设计:在满足两侧路肩外缘之间各组成部分的宽度、横坡度、平曲线超高的要求,做路线的横断面设计;

  (4)路基设计:路基宽度设为7.0m。根据四级公路的性质、等级和技术标准,结合当地自然条件,确定符合该设计的技术方案;

  (5)路面设计:路面宽度设为6.0m,土路肩为0.5m,行车道为3.0m。设计保证道路安全,舒适性,美观性,合理选择各结构层材料;

  (6)桥涵设计:在设计路段新建、拆除重建、接小桥桥涵;

  3路线平面设计

  3.1路线平面设计概况

  在进行平面设计的时候,主要考虑的是当地的自然生态条件、地形、地貌、水文、经济性等,使路线尽量不要穿过居民住宅区、尽可能的少占用农田,尽量利用老路资源。考虑以上条件,然后利用纬地道路系统软件选线来确定平面线形。

  圆曲线基本参数表:

  圆曲线基本参数

  交点交点半径(m)回旋线长度(m)转角值

  前后

  JD1 200 30 30 19°23′56.9″

  JD2 100 45 45 47°14′24.3″

  JD3 100 45 45 47°45′01″

  JD4 200 75 75 64°26′25.1″

  JD5 200 50 50 28°23′00.2″

  JD6 500 50 50 12°51′51.4″

  JD7 500 40 40 10°05′01.9″

  JD8 300 50 50 17°52′02″

  JD9 800 30 30 5°05′51.1″

  3.2交点要素的计算

  曲线几何要素基本计算公式

  切线增长值:

  缓和曲线角:

  内移值:

  切线长:

  外距:

  平曲线长:

  切曲差:

  3.3曲线要素计算

  (1)JD1的计算

  交点桩号:

  切线增长值:

  缓和曲线角:

  内移值:

  切线长:

  外距:

  平曲线长:

  切曲差:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  桩号:

  (2)JD2的计算

  交点桩号:K0+756.364;;

  切线增长值:

  缓和曲线角:

  内移值:

  切线长:

  外距:

  平曲线长:

  切曲差:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  桩号:

  (3)JD3的计算

  交点桩号:K0+937.693;

  切线增长值:

  缓和曲线角:

  内移值:

  切线长:

  外距:

  平曲线长:

  切曲差:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  点桩号:

  桩号:

  其余JD4-JD9桩号要素计算结果见下表:

  JD 4 JD 5 JD 6 JD 7 JD 8 JD 9

  37.456m 24.987m 24.997m 19.998m 24.994m 14.998m

  10.748 7.165 0.2866 2.292 4.777 1.0748

  0.170m 0.519m 0.2082m 1.329m 0.3471m 0.04678m

  164.1m 75.69m 81.388m 64.228m 72.20m 50.610m

  37.6m 6.831m 3.376m 2.097m 4.030m 0.8390m

  279.82m 149.03m 207.2m 127.97m 143.50m 101.139m

  J 48.38m 2.35m-44.424m 0.486m 0.900m 0.081m

  4路线纵断面设计

  4.1纵断面设计概要

  在进行纵断面设计时,首先考虑到的是最大纵坡,最小纵坡,最大坡长以及最小坡长这四种指标;其次考虑经济性,使设计道路的填挖方量做到最小。由此综合考虑,通过多次比选方案,最终确定了纵断面设计线,其共有七处变坡点。

  4.2纵断面设计基本要素

  查规范可得最大纵坡为9%,最小纵坡为0.3%,合成纵坡为10%。

  4.3竖曲线的计算

  1.计算变坡点1

  该点桩号K0+750,半径R=5000m,高程2899.182m.

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为负,凸形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号

  起点高程

  终点桩号

  终点高程

  切线高程

  设计高程

  2.计算变坡点2

  该点桩号K1+400,高程2895.867m半径R=5000m

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为正,为凹形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号

  起点高程

  终点桩号

  终点高程

  切线高程=2958.852+(650)

  设计高程

  3.计算变坡点3

  该点桩号,高程,半径。

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为负,凸形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号

  起点高程

  终点桩号

  终点高程

  切线高程=2919.443+(570)=2944.694

  设计高程

  4.计算变坡点4

  ,该点桩号K2+180,高程,半径。

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为正,为凹形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号

  起点高程

  终点桩号

  终点高程

  切线高程=2924.6536+(210)=2929.9876m

  设计高程

  5.计算变坡点5

  ,该点桩号K2+480,高程,半径。

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为负,凸形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号

  起点高程

  终点桩号2+484.5

  终点高程

  切线高程=2944.4184+(300)=2962.6584

  设计高程

  6.计算变坡点6

  ,该点桩号,高程,半径。

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为负,为凸形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号

  起点高程

  终点桩号

  终点高程

  切线高程=2980.41+(610)=3016.1255m

  设计高程

  7.计算变坡点7

  ,该点桩号K3+490,高程,半径。

  (1)计算竖曲线要素:

  ,为正,为凹形。

  曲线长:

  切线长:

  外距:

  (2)计算设计高程:

  起点桩号=K3+490-32.03=K3+457.97

  起点高程=2991.397-(32.032.747%)=2990.5171

  终点桩号=K3+490+32.03=K3+522.03

  终点高程

  切线高程

  设计高程

  5道路横断面设计

  5.1道路横断面设计概要

  (1)横坡度:

  该设计为四级公路设计,由规范规定,路拱横坡取2%,路肩横坡取3%。

  (2)加宽设置:

  由规范可知,四级公路的圆曲线半径小于150 m,需设置加宽。本设计的JD2、JD3的半径小于150m,所以在这两个交点需要设置加宽。

  (3)超高设置:

  本次设计采用绕路中线旋转的方式进行超高过渡,且该公路是四级公路,故采用了第三类加宽方式。

  5.2平曲线加宽设计

  加宽过度段内任意点的加宽值:

  JD2的加宽计算:

  圆曲线半径100m,查规范,b=1.0m;L=45m。

  起点:K0+689.803

  桩号K0+689.803处:

  桩号K0+700处:

  桩号K0+720处:

  桩号K0+734.803处:

  起点:K0+817.253

  桩号K0+740处:

  桩号K0+760处:

  桩号K0+780处:

  桩号K0+800处:

  桩号K0+817.253处:

  JD3的加宽计算:

  第3类加宽,圆曲线半径100m,查规范,b=1.0m;L=45m。

  起点:k0+870.596

  桩号k0+870.596处:

  桩号k0+880处:

  桩号K0+900处:

  桩号K0+920处:

  桩号K0+934.766处:

  起点:K0+998.936

  桩号K0+940处:

  桩号K0+960处:

  桩号K0+980处:

  桩号K0+998.936处:

  5.3平曲线超高设计计算

  各个交点的超高值按照公式计算。

  确定超高值

  交点

  JD1 0.035-0.015

  JD2 0.035-0.015

  JD3 0.035-0.015

  JD4 0.035-0.015

  JD5 0.035-0.015

  JD6 0.035-0.015

  JD7 0.035-0.015

  JD8 0.035-0.015

  JD9 0.035-0.015

  按规范查得,四级公路设计时速为20km/h的超高渐变率为1/100。

  1.交点1处平曲线超高计算:

  最小超高过渡段长度:

  当绕中线旋转时:

  所以最小超高过渡段长度为:

  因为,所以取

  临界断面距过渡起点:

  过渡段上的超高计算:

  过渡段起点桩号:,终点桩号:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线

  内缘:

  桩号处:

  ,

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  圆曲线上的超高计算:

  起、终点桩号:、

  桩号K0+520处:

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号K0+538.430处:

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号K0+540处:

  外缘:

  中线:

  内缘:

  过渡段上的超高计算:

  过渡段起点桩号:,终点桩号:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  2.交点2处平曲线超高计算

  最小超高过渡段长度:

  当绕中线旋转时:

  所以最小超高过渡段长度:

  由于,所以取

  临界断面距过渡段起点:

  过渡段的超高计算:

  过渡段起点桩号:,终点桩号:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  ,

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  圆曲线上的超高计算:

  起、终点桩号:、

  桩号K0+740处:

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号K0+760处:

  外缘:

  中线:

  内缘:

  过渡段的超高计算:

  过渡段起点桩号:,终点桩号:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘;

  3.交点3处平曲线超高计算:

  最小超高过渡段长度:

  当绕中线旋转时:

  所以最小超高过渡段长度为:

  由于,所以取

  临界断面距过渡段起点:

  过渡段的超高计算:

  过渡段起点桩号:,终点桩号:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  桩号处:

  ,

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘;

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘:

  圆曲线上的超高计算:

  起、终点桩号:、

  桩号、、、处,。

  外缘:

  中线:

  内缘:

  过渡段的超高计算:

  过渡段起点桩号:,终点桩号:

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘;

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘;

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘;

  桩号处:

  且查路基超高加宽表可知

  外缘:

  中线:

  内缘;

  6路基设计

  6.1路基宽度

  车道宽度3.0土路肩宽度0.5m,无中间分割带,路基宽度为7.0m

  6.2路基高度

  该路线的填方最高处为7.567m,挖方最深处为8.612m。

  6.3路堑的边坡稳定性计算

  由任务书以及查资料可知:c,,,H=7.5,边坡坡率为1:0.5。

  可得出:=2.1445=1.1181=0.222=0.4663

  =2.88

  因为抗滑系数,所以该边坡稳定,可不设挡土墙。

  7排水设计

  7.1排水结构设计

  排水结构

  排水结构形状尺寸

  边沟梯形

  排水沟梯形

  涵洞暗涵

  8路面设计

  8.1设计标准

  设计指标

  路面类型设计速度(km/h)设计车道交通量增长率(%)设计使用年限(年)

  沥青混凝土路面20双向两车道8 12

  8.2确定公路TTC类别

  整体式货车所占比=

  所以该公路属于TTC5。

  车辆类型分布系数

  车辆类型2类3类4类5类6类7类8类9类10类11类

  TTC5 10.0 42.3 14.8 0.0 22.7 2.0 2.3 3.2 2.5 0.2

  8.3设计车道的年平均日货车交通量计算

  其中:。

  LDF取0.6,DDF取0.5。

  则:

  设计年限内设计车道累计交通量计算:

  所以该公路的交通荷载等级为轻交通。

  8.4确定当量设计轴载换算系数

  查规范可以得出,2~11类车的非满载车比例和满载车比例如下表:

  2~11类车辆满载车与非满载车比例

  车型非满载车比例满载车比例

  2类0.85 0.15

  3类0.9 0.1

  4类0.65 0.35

  5类0.75 0.25

  6类0.55 0.45

  7类0.7 0.3

  8类0.45 0.55

  9类0.6 0.4

  10类0.55 0.45

  11类0.65 0.35

  在不同设计指标下,计算2~11类车辆的当量设计轴载换算系数的公式如下:

  以沥青混合料层层底拉应变及永久变形量为指标时:

  2~11类车辆的当量设计轴载换算系数

  车辆类型

  2类0.8 0.85 2.8 0.15 1.1

  3类0.4 0.9 4.1 0.1 0.77

  4类0.7 0.65 4.2 0.35 1.925

  5类0.6 0.75 6.3 0.25 2.025

  6类1.3 0.55 7.9 0.45 4.27

  7类1.4 0.7 6.0 0.3 2.78

  8类1.4 0.45 6.7 0.55 4.315

  9类1.5 0.6 5.1 0.4 2.94

  10类2.4 0.55 7.0 0.45 4.47

  11类1.5 0.65 12.1 0.35 5.21

  以无机结合料的层底拉力为指标时:

  2~11类车辆的当量设计轴载换算系数

  车辆类型

  2类0.5 0.85 35.5 0.15 5.75

  3类1.3 0.9 314.2 0.1 32.59

  4类0.3 0.65 137.6 0.35 48.355

  5类0.6 0.75 72.9 0.25 18.675

  6类10.2 0.55 1505.7 0.45 683.175

  7类7.8 0.7 553.0 0.3 171.36

  8类16.4 0.45 713.5 0.55 399.805

  9类0.7 0.6 204.3 0.4 82.14

  10类37.8 0.55 426.8 0.45 212.85

  11类2 0.65 985.4 0.35 346.515

  以路基顶面竖向压应变为指标时:

  2~11类车辆的当量设计轴载换算系数

  车辆类型

  2类0.6 0.85 2.9 0.15 0.945

  3类0.4 0.9 5.6 0.1 0.92

  4类0.9 0.65 8.8 0.35 3.665

  5类0.7 0.75 12.4 0.25 3.625

  6类1.6 0.55 17.1 0.45 8.575

  7类1.9 0.7 11.7 0.3 4.84

  7类1.9 0.7 11.7 0.3 4.84

  8类1.8 0.45 12.5 0.55 7.685

  9类2.8 0.6 12.5 0.4 6.68

  10类3.7 0.55 13.3 0.45 8.02

  11类1.6 0.65 7.0 0.35 8.32

  8.5当量设计轴载累计作用次数

  设计车道日平均当量轴次数计算公式:

  设计车道上的当量设计轴载累计作用次数计算公式:

  ⑴以沥青混合料层层底拉应变、永久变形量为设计指标:

  计算表

  车型

  2类9.9%1.1 0.1089

  3类42.3%0.77 0.32571

  4类14.8%1.925 0.2849

  5类0.0%2.025 0

  6类22.7%4.27 0.96929

  7类2.0%2.78 0.0556

  8类2.3%4.315 0.099245

  9类3.2%2.94 0.09408

  10类2.5%4.47 0.11175

  11类0.2%5.21 0.01042

  2.059895

  次

  次

  (2)以无机结合料稳定层层底拉应力的为设计指标:

  计算表

  车型

  2类9.9%5.75 0.56925

  3类42.3%32.59 13.78557

  4类14.8%48.355 7.15654

  5类0.0%18.675 0

  6类22.7%683.175 155.080725

  7类2.0%171.36 3.4272

  8类2.3%399.805 9.195515

  9类3.2%82.14 2.62848

  10类2.5%212.85 5.32125

  11类0.2%346.515 0.69303

  176.3462

  次

  次

  (3)以路基顶面竖向压应变为设计指标:

  指标表

  车型

  2类9.9%0.945 0.093555

  3类42.3%0.92 0.38916

  4类14.8%3.665 0.54242

  5类0.0%3.625 0

  6类22.7%8.575 1.946525

  7类2.0%4.84 0.0968

  8类2.3%7.685 0.176755

  9类3.2%6.68 0.21376

  10类2.5%8.02 0.2005

  11类0.2%8.32 0.01664

  3.676115

  次

  次

  8.6沥青路面结构层指标验算

  1.方案一验算:

  路面结构的层数:4

  设计轴载:100 kN

  路面设计层层位:3

  设计层起始厚度:200 mm

  (1)无机结合料稳定层疲劳开裂验算

  基层与底基层验算表

  基层底基层

  0.8 0.8

  1.185 1.185

  0.968 0.69

  0.431 0.203

  所以无机结合料稳定层疲劳开裂满足要求。

  (2)沥青混合料层永久变形量验算

  永久变形量验算

  (℃)22.9

  永久变形量(mm)3.3

  容许永久变形量【】(mm)20

  所以沥青混合料层永久变形量满足规范要求。

  (3)沥青面层低温开裂指数验算

  低温验算

  最低温度(℃)-16

  蠕变劲度(MPa)120

  沥青面层厚度(mm)80

  路基类型参数2

  低温开裂指数(条)2.71

  容许低温开裂指数(条)

  所以沥青面层低温开裂指数满足规范要求。

  (4)经计算,设计指标均符合规范所要求,对其路面结构进行调整,最终路面结构组合如下所示:

  方案一路面结构组合

  上面层

  下面层

  基层

  底基层

  2.方案二验算:

  路面结构的层数:4

  设计轴载:100 kN

  路面设计层层位:3

  设计层起始厚度:250 mm

  (1)沥青混合料层疲劳开裂验算

  (2)

  沥青疲劳开裂验算

  0.8

  0.944

  1.072

  (%)75

  所以沥青混合料层疲劳开裂验算满足要求。

  (2)路基顶面竖向压应变验算

  竖向压应变验算

  竖向压应变

  容许压应变【】

  所以路基顶面竖向压应变验算满足要求。

  (3)沥青混合料层永久变形量验算

  沥青永久变形量验算

  (℃)23.5

  永久变形量(mm)

  2.24

  容许永久变形量【】(mm)

  15

  所以沥青混合料层永久变形量满足规范要求。

  (4)沥青面层低温开裂指数验算

  低温开裂验算

  最低温度(℃)-16

  蠕变劲度(MPa)120

  沥青面层厚度(mm)110

  路基类型参数2

  低温开裂指数(条)1.51

  容许低温开裂指数(条)

  所以沥青面层低温开裂指数满足规范要求。

  (5)经计算,设计指标均符合规范所要求,对其路面结构进行调整,最终路面结构组合如下所示:

  方案二路面结构组合

  上面层细粒式沥青混凝土

  下面层中粒式沥青混凝土

  基层填隙碎石

  底基层级配碎石

  方案比选

  方案比选表

  厚度方案一方案二

  面层总厚度(㎝)8 13

  基层厚度(㎝)20 25

  底基层厚度(㎝)15 15

  路面结构总厚度(㎝)43 53

  通过比较上述两种方案,两种方案的指标均满足设计规范要求,但是方案一的总厚度比方案一少10㎝,所以考虑到经济性方面,所以选择方案一进行设计。