某地三级公路设计说明书
第 1 章 绪论
本次课程设计是在对《道路勘测设计》及其它有关专业课程的学习的基础上，在教师指导下，利用道路设计软件完成某地区公路的平面、纵断面及横断面综合设计任务。
1.1 设计任务与内容
设计任务
根据下达的课程设计任务书及设计原始资料，完成某三级公路的路线平面设计、纵断面设计及横断面设计任务，并提交规定的设计图表及设计说明书。
应完成的设计表：
（1）主要技术经济指标表 （2）直线曲线及转角表 （3）逐桩坐标表 （4）路基设计表
（5）路基土石方数量计算表 。 应完成的设计图： （1）路线平面图 （2）路线纵断面图 （3）路基标准横断面图 （4）路基横断面设计图 （5）视距包络图 设计内容
为巩固课堂所学知识，培养学生进行道路设计的构思、运算、绘图等基本技能，根据提供的地形图，在始终控制点A、B之间，选择一条最佳路线，在适当位置跨越中间控制点。起点终点控制点标高为原地面高程。要求至少选择两个方案，并且从线型最优的角度来论证，确定最佳路线方案，并对最佳路线方案进下述各项设计： （1）平面设计
1） 进行平面设计
选定平曲线半径，计算平曲线、缓和曲线、超高和加宽等要素，并填写《直线、曲线及转角表》； 2） 绘制路线平面图
绘出地形、地物、示出路线（标出里程桩、平曲线要素及主要桩位）大中桥的位置，比例为1：2000； （2）纵断面设计
1） 进行纵断面设计
根据确定的平面图，直接读取各桩地面高程，绘制地面线，并进行纵断面设
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计，确定竖曲线等要素； 2） 绘制路线纵断面图
示出高程、地面线、设计线、竖曲线极其要素，注出桥梁的位置、孔数及跨径。水平比例尺1：2000 ，垂直比例尺1：200； （3）横断面设计
1） 根据平面设计以及纵断面设计填写《路基设计表》； 2） 绘制500m的横断面设计图（比例尺：1：200）
3） 根据所绘制的横断面设计图，读取该断面所需填土或者挖土的面积，通过计算填写《路基土石方数量计算表》。
1.2 自然情况
云南省玉溪地区，拟修建一条山岭重丘区三级公路。沿线土料：根据调查，公路经过低缓山丘较多，挖方多于填方，挖方土料多为花岗岩坡残积亚粘土或亚砂土，土的物理力学性质较好，可满足该公路填土要求，部分路段需要借土，沿线水资源较为丰富，可满足施工的需要。路线起终点已标示在两张1：2000 的地形图上。地形图坐标单位为km，需换为m 单位
1.3 设计成果
根据设计任务书要求，本路段按三级公路技术标准勘察、设计: 采用的主要技术指标:(1)公路等级:三级;(2)设计速度:30km∕h，路拱坡度1.5%，路肩坡度2.5%，路面结构设计年限为15年。
第 2 章 路线平面设计
2.1 路线平面线形说明
直线、圆曲线及缓和曲线为道路线形的基本组成要素，诸如直线最大长度、缓和曲线最小长度、缓和段长度的规定等均应从行车安全视觉舒顺出发满足要求并通过计算分析确定。平面线形的桩距应按照规定并对地物及地形变化给予加桩。
曲线段的设置影响平面视距，此时应结合纵横断面的设计进行视距的验算，取得视距的保证。
在平面线形上采取直线、缓和曲线和圆曲线相结合的线性布线形式,整个平面图采用比例尺为1：2000。在采用三级公路标准建设基础上，设计速度为30Km/h.。 圆曲线：
通过查相关规范得，圆曲线上，在条件允许的情况下采用一般最小半径65m，在特殊条件下可以采用极限半径30m。
不设超高最小半径：当圆曲线半径大于一定数值时，可以不设超高，允许设
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置与直线路段相同的路拱横坡。但是根据地形可知，本次设计的半径几乎不可能达到不舍超高的程度，因此在本次设计中对不设超高最小半径不作考虑。
最大半径选用圆曲线半径时，在地形条件允许的条件下，应尽量采用大半径曲线，使行车舒适，但半径过大，对施工和测设不利，所以圆曲线半径不可大于10000米。
半径选用原则：在设计公路平面线形时，根据沿线地形情况，尽量采用了不需设超高的大半径曲线，最大半径为4000米，极限最小半径及一般最小半径均未采用。
缓和曲线：
采用缓和曲线最小半径的一般值，通过查相关规范可知，缓和曲线有其最小长度，即满足在每一段曲线上行驶至少3秒的要求，根据设计速度，可知缓和曲线的最小长度应该大于25m。
缓和曲线的设置原则：
（1）离心加速度变化率不过大; （2）控制超高附加纵坡不过陡; （3）控制行驶时间不过 （4）符合视觉要求; 因此，《规范》规定：微丘区三级公路缓和曲线最小长度为40m.。一般情况下，在直线与圆曲线之间，当圆曲线半径大于或等于不设超高圆曲线最小半径时，可不设缓和曲线。
直线：
运用直线的好处：
1、两点之间直线最短，因此可以节省距离。 2、方便测设；
3、笔直的道路给人以短捷、直达的良好印象。 直线的最小、最大的长度：
最小长度：若为同向曲线，当设计时速超过60km/h时，同向曲线的直线最小长度以不小于6v（设计速度）为宜，如果是低速道路，标准可以相应降低；若为反向曲线，当设计速度不小于60km/h时，直线长度不小于两倍设计速度为宜2v。 最大长度：直线的最大长度并没有硬性的规定，在城镇以及景色有变化的地点长度大于20V是可以接受的，但是在景色单调，不富于变化的地点则不建议大于20V。
平曲线最小长度：
公路的平曲线一般情况下应具有设置缓和曲线（或超高，加宽缓和段）和一段圆曲线的长度；平曲线的最小长度一般不应小于2倍的缓和曲线的长度。由缓和曲线和圆曲线组成的平曲线，其平曲线的长度不应短于9s的行驶距离，由缓和曲线组成的平曲线要求其长度不短于6s的行驶距离。平曲线内圆曲线的长度一般不应短于车辆在3s内的行驶距离。
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2.2 平曲线计算方法
平面设计计算有关内容及计算公式
(1)、交点间距、坐标方位角及转角值的计算：
设起点坐标为JD0(X0,Y0)，第i个交点坐标为JDi(Xi,Yi) , i1 , 2 , 3 , , n，则：
坐标增量: XXiXi1 YYiYi1 Y X交点间距: L(X)2(Y)2 象限角: arctg
计算方位角: 当 X0 , Y0 时 : fw 当 X0 , Y0 时 : fw180 当 X0 , Y0 时 : fw180 当 X0 , Y0 时 : fw360 转角: iAiAi1 当i为 \"\" 时路线右偏,当i为 \"\" 时路线左偏(2)曲线要素计算：
LLqss2 (m) 2240RL2L4ssp (m) 24R2688R3T(Rp) tg q (m) 2Ly RLs
LLy2Ls R 2J2 TL 当路线的曲线要素定好之后，要在其基础上每隔20米加一个桩，并且利用相应的方法将其计算出来。
E(Rp) sec 2.3 平面图绘制方法
根据已经定好的控制点，以及圆规定线给出的路线大致方向，可以先定出圆曲线的交点。然后利用excel表格制作出曲线元素的计算表格，根据交点的坐标、桩号等进行计算。接着根据规范的要求，输入满足规范的半径以及缓和曲线长进行调整，得出合适的半径和缓和曲线长，便可以根据数据进行图形的绘制了。
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第 3 章 路线纵断面设计
3.1 全线纵断面设计指标的采用
纵断面设计线的确定包括：纵坡度的选定、坡长的限定以及竖曲线半径的拟定。
三级公路一般最大纵坡为7% 最小纵坡为0.3% 最小坡长为120m
三级公路坡长限制 （设计速度30km/h） 坡3 4 5 6 7 8 度 坡— 1100 900 700 500 300 长 3.2 纵坡设计与竖曲线设计
为使道路上行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计的小一些为好。但是，在长路堑、以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置不小于0.3%的纵坡，一般情况下以下小于0.5%为宜。
为了保证行车安全、舒适以及视距的需要，在变坡处设置竖曲线。竖曲线的主要作用是：缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的冲击作用，确保道路纵向行车视距；将竖曲线与平曲线恰当地组合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。
竖曲线技术指标主要有竖曲线半径和竖曲线长度。凸形的竖曲线的视距条件较差，应选择适当的半径以保证安全行车的需要。凹形的竖曲线，视距一般能得到保证，但由于在离心力作用下汽车要产生增重，因此应选择适当的半径来控制离心力不要过大，以保证行车的平顺和舒适。
3.3 平纵配合方案说明
1. 平包竖 。
2. 平曲线与竖曲线对应关系曲中点与变坡点相重合最好；错开不超过平曲线的1/4 时较好，超过其 1/4时很差；竖曲线起终点分别置于两条缓和曲线上。 3. 平、竖曲线半径均较小时不宜重合。 4. 平、竖曲线半径大小要均匀。 5. 选择适宜的合成坡度，一般最大合成坡度不大于8%，最小坡度不宜小于0.5%。
3.4 计算逐桩设计高程
相邻坡段的坡度为i1和i2,代数差为ω=i2 -i1 ω为正时，是凹曲线；ω为负，是凸曲线。
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1.二次抛物线基本方程：
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或
ω：坡度差（%）； L：竖曲线长度； R：竖曲线半径
2.竖曲线诸要素计算公式
竖曲线长度或竖曲线半径R: （前提：ω很小） L=Rω
竖曲线切线长：T=L/2=Rω/2 竖曲线上任一点竖距h：
竖曲线外距：
第 4 章 线路横断面设计
4.1 路幅断面尺寸拟定
根据道路设计有关规范的要求，三级公路按双车道设计，车道宽3.25米，土路肩宽0. 5米，因此路幅的断面尺寸为7.50米。
4.2 路基边坡与断面形状设计
路基边坡的陡与缓直接影响路基的稳定性及其工程经济合理性。 路基边坡
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坡度应根据边坡土质的物理力学性质、边坡高度、行车荷载和工程地质条件等确定。边坡坡度一般以坡段的竖直投影和水平投影之比表示。根据规范规定，边坡的坡度应在1.2~1.5的范围内。
路基横断面垂直于线路中心线截取的路基断面。依其所处的地形条件不同，
有各种断面形式。
以上两种为本设计路基横断面与线路平纵面的几何关系图
4.3 超高与加宽设计
设置超高是为抵消车辆在圆曲线路段上行驶时所产生的离心力，保证汽车能安全、稳定、满足设计速度和经济、舒适地通过圆曲线，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡 。超高过渡段中的超高渐变率，其取值在0.4％~2.0％间变化，最大超高容许值为8％，根据规范的相关规定，当圆曲线半径小于等于250米时，应在平曲线内侧加宽，本设计中的加宽采用一类加宽值，例如：半径范围在200~250米时，在平曲线内侧加宽0.8米，但是由于本次设计中选取的半径跨度相对较大，因此在不同的曲线中所取的圆曲线的加宽都不一样。
4.4 横断面绘制方法
若要绘制横断面，第一步就需要将路基设计表计算出来，根据路基设计表中的路肩高度、路拱高度、路中线高度绘制出路面，再结合该断面的地面线给出相应的边坡设计。由于本次设计是采用的纯手工绘制，所以设计中会存在一定的误差。
4.5 横断面面积计算
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横断面面积计算通常用积距法和坐标法。由于采用坐标法和积距法的计算量对于人工手算来说，计算量都显得太大，因此在本次设计中我们寻求了其他的方法。根据课本的记录，计算横断面面积还有几何图形法、数方格法、求积仪法等。结合本次设计采用的都是坐标格纸，因此我们采用了数方格的方法，不仅提高了效率而且在细心的计算上，所得的误差也是在容许范围之内的。
4.6土石方数量计算与调配 ：
土石方的计算：
土石方数量的计算主要有两种方法：平均断面法和棱台体积法。
若相邻断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则采用平均断面法，可假定两断面之间为一棱柱体（图5-36），其体积的计算公式为：
式中：
V——体积，即土石方数量（m3）；
F1、F2——分别为两相邻断面的面积（m2）； L——相邻断面之间的距离（m）。
若F1、F2相差甚大，则可以采用棱台体积法，因为在这种情况下，土石方与棱台更为接近。计算公式为：
式中：m=F1/F2(其中F1>F2)
路基土石方的调配原则：
①先横向后纵向，填方优先考虑本桩利用，以减少借方和调运方数量； ②土石方调配应考虑桥涵位置对施工运输的影响，一般大沟不作跨越运输，同时应注意施工的可能与方便，尽可能避免和减少上坡运土；
③根据地形情况和施工条件，选用适当的运输方式，确定合理的经济运距； ④土方调配“移挖作填”应综合考虑，保护生态环境，避免水土流失； ⑤不同的土方和石方应根据工程需要分别进行调配； ⑥回头曲线路段，优先考虑上下线的土方竖向调运。
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第五章 计算说明
1、平面曲线要素的计算
弯道半径R=100m，缓和曲线长度为Ls=40m
内移值p=40^2/(24*100)-40^4/(2384*1000^3)=0.665m q=40/2-40^3/(240*100^2)=19.973m
切线长度Th=(100+0.665)tan21°8′38.4″+29.99=59.108m β=40/100*28.6479=11°27′33″ 曲
线
长
Lh=(42°29′16.8″-2*11°27′33″)*3.14/180*100/+2*40=114.155m
外距Eh=(100+0.665)sec21°14′-114.155=8.005m 符合平曲线最小长度规定
ZH=JD-Th=K289+208.2-59.108=K289+149.092 HY=ZH+Ls= K289+149.092+40= K289+189.092 QZ=ZH+Lh/2= K289+149.092+114.155/2=K289+206.17 HZ=ZH+Lh= K289+149.092+114.155=K289+263.247 YH=HZ-Ls= K289+263.247-40= K289+223.247
2、超高过渡，旋转方式及过渡
采用路肩边线旋转
度
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3、逐桩坐标的计算
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第六章 备注
1、主要参考文献
本课程设计依据：
《公路工程技术标准》JTG B01-2003 《公路路线设计规范》JTG D20-2006 《公路路基设计规范》JTG D30-2004 《公路排水设计规范》JTJ018-96
《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004
《道路勘测设计》杨少伟主编 人民交通出版社
2、一些设计指标
直线最大长(米） 500 变坡点个数（个） 4 平均每公里变坡次数（次） 0.54 最大纵坡（%） 7.0 最短坡长（米） 140 凹型竖曲线最小半径（米） 1500
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