道路勘测设计课程设计指导书

《道路勘测设计》 课 程 设 计 指 导 书 阮建凑  编写 适用专业：  土木工程专业（道桥方向） 厦门理工学院土木工程与建筑系（部） 2012年3月 课程设计周数：1周（1学分） 一、课程设计的目的 通过课程设计，使理论知识与实践相结合，熟悉路线设计的步骤和方法。进一步巩固和加深及运用课堂上所学的勘测设计原理、、方法、理论基础知识，培养学生的分析问题、解决问题、独立设计的能力，使知识系统化，从而为毕业实习和设计打下基础。 2、课程设计的基本要求 1、设计任务：至少完成700米以上的路线设计图表、计算和说明。公路等级为三级公路，设计车速为40Km/h。 2、设计要求： （1）严格按照《公路工程技术标准》和《公路路线设计》的有关规定执行，根据所设计公路的等级，采用相应的指标进行设计，尽量不用极限值。 （2）根据附件提供的具体数据资料独立完成设计任务，不得抄袭。不得有相同设计。 （3）具体技术标准需满足以下要求： 1）设计标准：按设计车速V=40km/h设计，长度不短于700m。 2）路基宽度：行车道7.0m，路肩宽每侧0.75m（其中硬路肩宽0.50m，土路肩宽0.25m）。 3）路拱及路肩坡度：ig ＝ 2 ％，ij = 3％。 4）超高加宽：超高方式为绕路基边轴旋转，加宽采用三类加宽，线性过渡。 5）边坡：路堤边坡1:1.5，路堑边坡1：0.5。 6）水沟形式：路堑边沟为矩形，宽深均为0.6m；路堤排水沟为梯形，顶面宽 0.8m，深 0.6m，内坡  1:1。 7）土石成分比例：普通土占30%，硬土占25%，软石占20%，次坚石25%。 8）免费运距：1km。 三、课程设计的主要内容 （一）技术等级的确定 公路技术等级的选用应根据公路网的，综合考虑工程所在地区的政治、经济、军事、文化及自然条件等因素，从全局出发，适当考虑远景发展的交通量，按《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）确定公路等级（城市道路按《城市道路设计规范》GJJ37—90执行）。 （二）纸上定线 1、拟定路线走向 在给定的地形图上根据指导老师提供的主要控制点研究线路总体布局，分析地形、地质及地物等情况，选择地势平缓、山坡顺直、河谷开阔等有利于展线的地点，拟定线路各种可能的走向。 2、试坡 当遇到纵坡的限制较严时，必须用平均纵坡i沿各种可能的走向由上而下进行试坡，设等高线间距为h，取计算等高线的平均长度a，a=h/i，用量规开度为 a（比例与地形图同），在图上试坡，得出均坡线。 3、定导向线 分析均坡线，结合地形、地物及艰巨工程等情况，选择相应的中间控制，从而调整控制点相应线路的纵坡，重新试坡，得出导向线。 4、修正导向线 参照导向线作平面试线，注明平曲线半径，量出地形变化点桩号及标高，绘制纵断面图。并设计纵坡，得出各桩位概略设计标高。并用“横断面控制”的方法修正导向线。 5、定线 在所定向线的基础上，参照各“经济点”和“活动点”的位置，按规定的技术标准反复试线才能得到满意的结果。 6、纵断面设计 路线确定后，量出路中心线穿过每一等高线的标号和高程，绘制纵断面图和进行纵断面设计。纸上定线是个反复试定的过程，试线修改次数越多，最后所定路线的质量相对来说越高，直至取得最佳线路方案为止，纸上定线工作才能算完成。 （三）公路平面设计 1、圆曲线半径的原则 （1）确定圆曲线半径的原则 ① 各级公路的圆曲线半径应尽量采用较大的半径，在一般情况下，宜选用大于《标准》所规定的该级一般最小半径。只有当地形、地物或其他条件限制时，方可采用小于一般最小半径，不要轻易采用极限最小半径。 ② 圆曲线半径的选定，除要与弯道本身所在位置的地形、地物条件相适应，使曲线沿理想的位置通过外，还要考虑与弯道前后的线形标准相协调。 ③ 圆曲线半径过大也失去意义，因此最大半径不宜超过 10000m，以利于设计与施工。 ④ 各级公路不论转角大小，均应设置曲线（包括圆曲线和缓和曲线）。 （2）确定路线导线交点转角 首先在地形图上，从起点由左向右编写转角号，即JD1、JD2、JD3 ……。用比例尺精确量出各交点的坐标，并用路线方位角法计算确定路线导线交点转角。不得用量角器直接量取。 （3）考虑圆曲线半径选定的原则和转角值，确定该路段每个交点的圆曲线半径，并计算或查曲线册设用表确定圆曲线要素。 2、将各交点处圆曲线半径与教材或规范对比，当圆曲线半径小于不设超高的圆曲线最小半径，应在该交点处圆曲线两端设置缓和曲线，缓和曲线计算步骤如下： （1）利用教材相应确定缓和曲线最小长度，采用数值大者，并用整5米倍数。 （2）利用相应公式计算切线角、缓和曲线常数p和q 。 （3）利用相应公式计算有缓和曲线的单曲线的切线长Th 、曲线长Lh 、外距Eh 、超距Dh 。 3、在实际路线测量时，用钢尺丈量直线距离，设置整桩与加桩，在交点处设置平曲线。在进行课程设计时，是在地形图上由路线起点从左向右用比例尺（1∶2000）量距，桩距采用50米，加桩视地形变化而定，加桩采用整米数。 （1）直线上整桩（50、100 ……）与平面线基本的量法见下图： ①从路线起点用比例尺（1∶2000）沿路线中线由左向右量距，每隔 50 米处用铅笔垂直中线方向画一小横线，在百米处紧靠路中线上方用铅笔写上1、2 、 3 ……，即里程 K0+100、K0+200、K0+300 ……，一直量至第一个交点（JD1）处，如上图得交点桩号K0+283 。 ②确定平曲线基本桩位置和桩号 用比例尺从交点JD1处沿导线向回量T或Th ，得圆曲线或第一缓和曲线起点位置，沿路线前进方向中线量T或Th ，得圆曲线或第一缓和曲线的终点位置，沿交点JD1的分线向圆心方向量外距E ，得曲线中点位置。 ③计算曲线基本桩桩号 按“测量学”教材圆曲线基本桩桩号计算格式计算ZY、QZ、YZ桩号，按“公勘”教材基本桩桩号计算格式计算ZH、HY、QZ、YH和HZ桩号。 ④将基本桩桩号如ZYK0+233等用铅笔垂直中线方向标在曲线外侧（QZ桩号可不标出）。 ⑤再以 YZ或HZ为准，以同样方法向路线前进方向量取直线上整桩和平曲线上的基本桩，直至路线终点。 4、直线曲线及转角表和路基设计表的填写 （1）路线各交点转角、圆曲线半径、曲线要素和曲线上基本桩设置完毕后，应将上述有关数据填写在“直线曲线及转角表”内。它包括交点号、交点桩号、转角度、曲线各部分数值、曲线位置（桩号）、直线长度及方向角和测量断链等 22 项。该表交点号先填写起点，再填写JD1、JD2 ……，最后填写终点。 表中直线长度L，是指两交点间的直线部分长度，其值为相邻两平曲线起、终点桩号之差。如 JD2 平曲线终点桩号为K0+625，JD3 平曲线起点桩号为 K0+846 ，则 JD2 ~JD3 之间直线长度为：L=(K0+846)－(K0+625)=221m 。路线起点到JD1间的直线长度和最后一个交点JDn 道路线终点之间的直线长度如何计算，请设计者自行考虑。 （2）路线的整桩、加桩和曲线基本桩桩号随时记在草稿纸上，再填写在“路基设计表”的栏中。 5、超高与加宽的设置 （1）超高 当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，根据公路等级、地形和圆曲线半径值，按教材或规范规定确定曲线部分全超高值。 超高缓和段或缓和曲线上整桩或加桩的超高值计算，以绕内边轴旋转的公式计算。路拱横坡值可根据公路等级参照“路基路面工程”教材选用。 （2）加宽 当圆曲线半径等于或小于 250m ，双车道路面设置的全加宽值先按教材公式计算。 超高缓和段或缓和曲线上整桩或加桩的加宽值计算，以外接法加工形式按教材公式计算。 （3）将超高、加宽计算值（按相应桩号）填入“路基设计表” 栏中。 6、有关平面时局保证，可在横断面设计中考虑。 （四）公路纵断面设计 1、点绘纵断面图 在米厘方格纸上点绘出里程、桩号、直线与平曲线、地面高程和地面线，并将桥涵、地质土壤与纵坡设计有关资料在纵断面图纸上标明。横坐标比例尺用 1∶2000，纵坐标采用1∶200 。 （1）将米厘方格纸从中间水平方向裁成两张。纵断面图幅尺寸、表头和图标等要求由指导老师根据交通部《公路工程基本建设项目设计文件图表示例》具体指定。 （2）各桩号地面标高的确定 在实际设计中，各桩号的地面标高由水准测量提供，进行课程设计时，各桩号地面高程从地形图上相应桩号位置确定，即该桩号位置在某相领两条等高线之间，用内插法确定高程，举例如下： 上图有 K1+700、K1+765、K1+800三个桩，则其各桩高程为： ① K1+700 桩在等高线304 和306之间，沿路线方向两等高线间距为1.6cm ， K1+700桩距304为0.42cm ，而等高距为2m ，则K1+700 地面高程为： 304+（2×0.42）/1.6 =304+0.525=304.525 ≈304.53 （取小数点后两位） ② K1+765在等高线308和310 之间，沿路线中线方向两等高线间距 1.1cm ， K1+765桩距310为0.35cm ，等高距为2m ，则K1+765 桩地面高程为： 310+（2×0.35 ）/1.1=310+0.636 =309.364≈309.36 ③ K1+800正好在312上，其高程为312 。 （3）各桩地面高程确定后，随时填入路基设计表相应栏的位置上。路线各桩高程确定并填入路基设计表后，就可根据地面高程将各桩点绘在纵断面图上。 应注意：在标出纵向坐标整 10 米高程前，应注意每张图各桩高程中，最大高程与最小高程两个桩的高差是多少，这样即可将纵坐标整 10 米高程摆在适中位置，避免纵断面地面线过于靠上或靠下。 2、标出控制点 由于本设计为作业性质，不是实测资料，不必考虑过多问题，仅给出路线起终点标高。 3、纵坡设计（拉坡） 纵坡设计考虑一般规定与要求、纵断面图布置有关内容，具体拉坡方法见教材相应章节，若将试定纵坡线、调整纵坡线和确定纵坡线合并，采用两块三角板推出坡度的方法。若同时考虑“根据横断面图进行核对纵坡线”，需事先绘出各桩横断面地面线（见横断面设计）。 利用两块三角板推坡度的方法： （1）在设计某段纵坡的地面线下（靠近地面线），在米厘方格纸上选择水平 100m ，见下图（米厘方格纸）。 （2）用一块三角板在左下方对准1点，在右方纵坐标AB 线上选择一点2，2－A = 1.8cm，1 点固定不动，将三角板同时对准2点，此时三角板边线相当纵坡3.6% 。                                       （3）将第二块三角板放在第一块三角板的下面（靠紧），固定不动。此时用手向左推第一块三角板（三角板向上升）至地面线附近，此时第一块三角板仍可上下移动（第二块三角板不能动），观察在 3.6% 纵坡情况下，是否符合纵断面设计有关规定与要求（控制坡长、土石方平衡等）？若符合要求，则 3.6% 纵坡即为此段试定纵坡。根据地形要求和下一段地形变化情况，在右方选择一合适的转坡点（放在整 10 米的位置上）。 （4）若 3.6% 总坡不符合要求，需将纵坡增大或减小，则再将第一块三角板拉回原处，1点仍不动，调整2点位置，改变纵坡大小，调整纵坡线，再将第一块三角板推上，直至得到合适的纵坡为止。 （5）当纵坡和转坡点为止确定后，就可沿第一块三角板上边用铅笔轻画一条线至转坡点，此时即为第一段纵坡线。用铅笔在纵坡线上记下纵坡值和坡长。 （6）用同样的方法确定以后各段纵坡线。 拉坡时要注意 2 点： （1）再推第一块三角板时，第二块三角板必须保持不动，否则将改变选择的纵坡。 （2）在试定、调整纵坡前，必须熟读“公勘”教材有关纵断面设计的内容、规定、要求和方法，否则考虑不周密会出现漏洞。 4、计算转坡点和各桩高程 纵坡和转坡点确定后，即可计算转坡点和各桩高程，先计算转坡点高程，再计算各桩高程（起点控制点高程已给出），并将各桩高程填入“路基设计表”。此栏为未计竖曲线之设计标高。 5、竖曲线设计 （1）先根据课本相关公式计算凸形、凹形竖曲线小半径（根据不同路线等级确定停车视距），再根据竖曲线设计原则选择“各转坡点竖曲线半径”。 （2）计算各竖曲线要素 利用公式计算各竖曲线要素，并填写“路基设计表”中的相应栏目。 （3）计算竖曲线上各桩距切点距离和改正值，并将有关数值填入“路基设计表” 相应栏目。 6、计算设计标高、填挖高度和施工时中桩填挖高度，并将有关数值填入“路基设计表” 相应栏目。 7、在拉坡时，还应考虑平、纵配合。 8、应将纵断面设计所考虑的具体问题写在说明书中。 （五）公路横断面设计 1、点绘横断面地面线 横断面的比例尺采用 1∶200 （纵、横）。在实际测设时，横断面地面线是由测设队横断面实测的，课程设计中按如下方法绘测。 （1）设计要求对选出的 1 公里路线，逐桩绘出垂直中线两侧和20米范围内地面线。 （2）将三角板或比例尺垂直中线放在某一桩上（从起点桩开始），此时某桩地面高程已知，从三角板或比例尺上与等高线相交处读出水平距离与高差（以路中线为原点，左右各 20 米范围内）。注意：此时地形图上比例尺为1∶2000 。现以指导书“纵断面设计”一节为例： 求K1+700桩横断面地面线——将三角板或比例尺放在K1+700 桩上，并与路中线垂直。 ①左 0.13cm 与 304 等高线相交，水平距离为20×0.13 = 2.6m ，高差为 K1+700 地面高程304.53－304=0.53m 。 ②左0.5cm 与302 等高线相交，水平距离为 20×0.5 = 10m ，高差为 304.53 – 302 = 2.53m 。 ③左1cm 与302 等高线相交，水平距离为20m ，高差为304.53–300 = 4.53m 。 由上例可知，所求水平距离与高差紧切割的等高线为准，但需注意，此时所用比例为地形图比例1∶2000 。中线右边20m 的水平距离与高差求法同上。 （3）将水平距离与高差（以路中线为准）按 1∶200 比例尺点绘在米厘方格纸上，各点边线即为横断面地面线。 （4）若采用105×75厘米方格纸，横向截开为两张，每张约为50×75 ，以 75cm 边为水平方向绘制横截面地面线。水平方向可在 10、25、40、55和 65cm 安排 5行，其中地面线相互有干扰，对设计影响不大，竖直方向每隔 5cm 绘一图，即将地面线中心线置于5、10、15cm ……处，但上、下各留5cm空余。 （5）绘制横断面地面线时，从图纸左侧 10cm 竖直行开始，由上向下排列桩号，第二行亦从下向上排列桩号。此要求与野外实测横断面地面线相同。 若不是采用50×75厘米方格纸。其横竖间隔尺寸与上述要求相同。 2、设计横断面设计线（戴帽子） 横断面设计线的绘制步骤见教材相应章节。 （1）挖方路段或填方高度小于 50cm 地段的边沟尺寸，可统一采用梯形。底宽 50cm 、深50cm，若拟定为石方地段，可统一采用三角型或矩型边沟。 （2）挖方路段一般采用土质挖方，亦可选择某段挖方，拟定土石方分界线。 （3）路堤边坡一般采用 1∶1.5 ，路垫边坡可参照教材选用，也可按当地经验数字选用。 3、土石方计算与调配 （1）先将路线桩号（ 1 公里 ）填入“路基土石方数量计算表”中。 （2）按教材积距法计算土石方填挖面积。先将填、挖面积记在横断面图下方，待填、挖面积全部计算完毕，再将填挖面积分别填入“路基土石方数量计算表”注意：土石方面积采用小数点一位，距离采用整米数。 （3）计算土石方体积，并将体积数字分别填入“路基土石方数量计算表”。 ①土石方体积采用整方数，绝不能用小数。 ②土石方应分别计算，挖方、填方应分别计算。 （4）根据相邻两断面的填挖方体积，计算“本桩利用”、“填缺”和“挖余”，并分别填入“路基土石方数量计算表” 相应栏。 （5）在进行纵向调配前，先利用相应公式计算经济运距和选择运输工具。在计算经济运距时，借方单价（即挖方单价）D，超运运费单价T可采用“预算定额”中相应的工日数，也可采用当地的 单价或 老师指定。结合目前路基施工条件情况，路基土石方施工工具可采用手推车或人工挑，或老师指定。 （6）经济运距确定后，即可按 “远运利用纵向调配示意”和 “土石方调配的一般要求”、“调配方法”进行土石方调配。注意：要利用相应的校核公式校核。 （7）纵向调配完成后，将借方、废方和总动量填入“路基土石方数量计算表” 相应栏中。 （8）计算计价土石方数量。作同一类型题目的同学可互相对比，看计价土石方数量是否相同，差多少？ 4、绘制典型横断面图 横断面设计完成后，将 设计范围内的横断面与教材 或规范规定的“十种典型横断面图”对比，看包括那几种典型横断面。例如：有a）一般路堑、b）一般路堤、c）半填半挖路基、 d）护肩路基、e）护脚路基等5 种，则参照有关说明，在图纸上（可采用米厘方格纸或白色图纸）绘出五种典型横断面图，供施工时应用，比例一般用1∶200 。注意：图纸大小视典型横断面图数量而定，几种典型横断面图在图纸上要安排得当。 4、主要技术关键的分析、解决、方案比较 1、注意平纵组合设计 道路线形设计最终是以平、纵组合的立体线形展现在驾驶员眼前的。行驶过程中驾驶员所选择的实际行驶速度，是由他对立体线形的判断作出的，这样，立体线形组合的优劣最后集中反映在汽车的车速上。如果只按平面、纵面线形标准分别设计、而不将二者综合起来考虑，最终不一定能得到好的设计。如何解决好平纵组合，我们可以形象地用下图表示： 在课程设计中，应该通过多次的方案比较，按上图的适当组合作出平纵面线形的优化设计。 五、课程设计考核方式与标准 1、优秀（总分相当于90分以上） 设计方案合理，数据可靠；设计总说明书翔实正确，文理通顺，书写整洁设计完整，符合本任务书要求；图纸清晰清洁，各指标均满足现行规范要求，能灵活、正确地综合运用本专业的基础知识，分析问题和解决问题的能力强。 2、良好（总分相当于80-89分） 方案合理，数据可靠；设计总说明书完整，文理通顺，书写较工整，设计完整，符合本任务书要求；图纸清晰清洁，各指标均满足现行规范要求，能灵活、正确地运用本专业的基础理论，分析问题和解决问题的能力强。 3、中等（总分相当于70-79分） 方案合理，数据基本可靠；设计总说明书完整，文理通顺，书写基本工整，符合本任务书要求；各指标基本满足现行规范要求，尚能运用所学理论知识，分析、解决问题。 4、及格（总分相当于60-69分） 方案基本正确，允许有一些非原则性的错误；符合本任务书要求；说明书基本完整，无原则性错误；所学理论知识能基本掌握，具有基本的分析、解决问题能力和查阅资料、使用资料的能力。 5、不及格（总分相当于60分以下） 设计方案不合理，设计计算有原则性的错误；不符合本任务书；说明书杂乱无章，基本上不能说明问题；设计图纸违规多处且设计资料不完整。 成绩不及格者必须参加下一届的课程设计。 6、主要参考资料 1、《现代道路勘测设计》（第2版），尤晓暐主编，清华大学出版社，2010年1月 2、《道路勘测设计》（第二版），杨少伟主编，人民交通出版社，2004年6月 3、《公路工程技术标准》JTG B01-2003，交通部颁发 4、《公路路线设计规范》JTG D20—2006，交通部颁发 5、《公路路基设计规范》JTG D30-2004(或JTJ013-95)，交通部颁发 6、《公路工程基本建设项目设计文件图表示例》，交通部，2007 7、公路设计手册——路线，人民交通出版社 8、公路设计手册——路基，人民交通出版社