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1.绪论1.1课题来源黄陂区北依大别山南麓，南临长江，整个地势北高南低，自北向南逐渐倾斜。形成西北低山区，东北丘陵区、中部岗状平原区和南部滨湖平原区4级阶梯。西北低山区海拔150—180米，全区最高点双峰尖873.7米。东北丘陵区海拔50—150米。中部岗状平原区海拔30—50米。南部滨湖平原区海拔20—30米，最低处为16.5米。全境有滠水、界河及北湖三大水系和由5个主要湖泊构成的自然水系。地貌特征构成全境“三分半山，一分半水，五分田”的格局。黄陂区属亚热带季风气候，雨量充沛、光照充足，热量丰富，四季分明，年平均无霜期255天。年均日照时数约1540—2180小时。由于地形复杂，各地日照时数及百分率有差异，山地阴阳坡的差异比较明显，但基本能满足农作物的需求。年均降水量在1000—1200毫米之间，为中南地区降水量较均衡的地区之一。境内平均气温为15.7℃—16.4℃。空气相对湿度常年保持在70%左右。黄陂区处于江汉河湖水网的边缘地带，境内河流湖泊纵横交织，水利资源丰富。全区共有大小河流31条，河流总流长708.72公里，流域面积3504.3平方公里。全区有水库89座，湖泊总面积252.64平方公里，多年平均径流量10.9亿立方米。1.2本课题研究内容图1.1曲岗公路岔口至赛乡帕宁村此项目为曲岗公路岔口至赛乡帕宁村的一条二级公路，平均高程约为4377m，平均坡度为1.05%，等高线稀疏，地形平坦在道路途经处有两处洼地，无河流穿过，周围无村落城镇，此外此区有两处输电线路经过，设计时应给予注意。2初步设计2.1公路等级曲岗公路岔口至赛乡帕宁村地区平坦，周围无建筑物与河流因此拟定为二级公路，设计时速为60km/h，部分路段转角平缓设计时速为80km/h。道路设计速度按《规范》要求参见表2.1表2.1各级道路设计速度公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路设计速度（km/h）1201008010080608060403020其他道路参数与《规范》关系如表2.2本段采用与规范对比表2.2本段采用与规范对比项目规范规定要求本段采用指标地形平原公路等级二级设计速度(km/h)60车道数(条)2行车道宽度()m2×3.52×3.5土路肩宽(m)一般值0.50.75极限值0.5硬路肩宽(m)一般值0.750.75极限值0.25圆曲线最小半径(m)一般值200400极限值1500缓和曲线最小长度(m)5050最小直线长度(m)同向6v360反向2v120凸竖曲线最小半径(m)一般值20009000极限值1400凹竖曲线最小半径(m)一般值15006000极限值1000竖曲线最小长度(m)5070最大纵坡(%)6.54超高渐变率1/1752.2公路选线曲岗公路岔口至赛乡帕宁村地区平坦,人口稀疏，期间有两条输电线路穿过，道路走向主要与输电线相同，一为了施工方便二为了后期道路照明设置提供条件，选线尽量顺等高线布置，以尽可能小的角度与等高线相交，保证不会出现大纵坡，同时也节约了土方的调运量节约了造价，选线遵循经济合理原则，布置于等高线稀疏处，节省土方的填挖，提升驾驶者的舒适感。公路主平面设计图如图一图2.1主平面设计图3设计定线3.1平曲线计算平面设计计算包括平曲线基本要素值的确定，桩号计算，以及桩号校核。平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线三要素组成。平曲线基本满足Ls:Ly:Ls在1:1:1与1:2:1的范围内，并且要注意直线的长度，同向曲线间直线不小于6v（360m），反向曲线夹直线不小于2v(120m).图3.1平曲线计算示意图平曲线要素计算公式：切线增值：q=𝐿ℎ2−𝐿ℎ3240𝑅3#1.1内移值：p=𝐿ℎ224𝑅−𝐿ℎ42688𝑅2#1.2缓和曲线终点旋转角：𝛽0=𝐿h2𝑅∙180𝜋#1.3总切线长：T=(R+p)tan𝛼2+𝑞#1.4曲线总长：L=(α−2𝛽0)𝜋180𝑅−2𝐿ℎ#1.5外距：E=(R+p)sec𝛼2−𝑅#1.6校正值：J=2T−L#1.7𝐿ℎ——缓和曲线长;R——圆曲线半径;𝛼——平曲线转角;交点以为例，JD2桩号为K19+695.763，转角值为3°39′38.2″，圆曲线半径为1500m，缓和曲线长50mJD1的切线增值q：q=𝐿ℎ2−𝐿ℎ3240𝑅3=502−503240×15003=25.00𝑚内移值p：p=𝐿ℎ224𝑅−𝐿ℎ42688𝑅2=50224×1500−5042688×15002=0.068𝑚缓和曲线终点旋转角𝛽0：𝛽0=𝐿h2𝑅∙180𝜋=502×1500∙180𝜋=0°57′.49″总切线长T：T=(R+p)tan𝛼2+𝑞=(1500+0.068)×tan3°39′38.2″2+25=72.94𝑚曲线总长L：L=(α−2𝛽0)𝜋180𝑅−2𝐿ℎ=(3°39′38.2″−2×0°57′.49″)×𝜋180×1500−100=145.84m外距E：E=(R+p)sec𝛼2−𝑅=(1500+0.068)×sec3°39′38.2″2−1500=0.835𝑚校正值J：J=2T−L=2×79.94−145.84=14.04m主平面设计成果，各交点及转交如表3.1平面基本数据表表3.1主平面数据成果表交点交点桩号转角值曲线要素值(m)半径缓和曲线长切线长度曲线长度外距校正值JD1K19+000JD1K19+210.10218°28′11.6″(Y)4006095.092188.9445.6321.239JD2K19+695.7633°39′38.2″(Y)15005072.935145.8350.8350.037JD3K20+252.56010°54′26.8″(Z)4004058.204116.1481.9860.259JD4K20+466.651校核，以交点JD2为例JD2桩号为K19+695.763，转角为3°39′38.2″，圆曲线半径为1500，缓和曲线长50，计算的切线长T=72.935，曲线总长L=145.835，外距E=0.835，校正值J=0.037。Ls:Ly:Ls=1:1.5:1符合设计要求。JD2K19+695.763-T72.935ZHK19+622.828+Ls50YHK19+672.828+Ly45.835YHK19+718.662+Ls50HZK19+768.662-𝐿𝑠2⁄72.9175QZK19+695.745+𝐽𝑠2⁄0.0185QZK19+695.763（校核无误）3.2纵断面计算纵断面设计主要是根据所选平面线，绘制出纵断面，后根据填挖，规范及行车要求选取合适纵坡。计算的主要内容在竖曲线半径及起终点桩号的确定。变坡点设置在平曲线中点的位置，而竖曲线的起点和终点落在缓和曲线上。由于此项目选线地形为平原，所以主要满足最大爬坡距离与最大下坡距离的限制，此外纵断面设计应该满足“平包竖原则”，下图为此项目纵断面图图3.2纵断面设计图本项目设计为二级公路故采用二次函数过度的竖曲线进行连接.竖曲线元素计算公式：竖曲线外距E：E=𝑇|𝜔|4#2.1曲线长L：L=R|𝜔|#2.2切线长T：T=R|𝜔|2#2.3竖距y：y=𝑠22𝑅#2.4𝜔——边坡角R——竖曲线半径竖曲线起点的桩号:竖曲线起点的桩号=变坡点的桩号-T竖曲线终点的桩号:竖曲线终点的桩号=变坡点+TR-∞JD1I-18°28′11.6″(Y)R-400Ls-60R-∞JD2I-3°39′38.2″(Y)R-1500Ls-50R-∞JD3I-10°54′26.8″(Z)R-400Ls-40R-∞以桩号K19+210为例，变坡角：ω=𝑖1−𝑖2=1.74%−0.709%=1.031%曲线长L：L=R|𝜔|=12000×1.031%=123.72𝑚切线长T：T=R|𝜔|2=12000×1.031%2=61.86𝑚竖曲线外距E：E=𝑇|𝜔|4=61.86×1.031%40.159𝑚起点桩号：K19+210-61.86=K19+148.145终点桩号：K19+210+61.86=K19+271.855其余变坡点要素及起终点桩号见表3.2表3.2竖曲线元素计算成果表序列桩号竖曲线要素纵坡(%)曲线半径R(m)切线长T(m)外距E(m)起点桩号终点桩号0K19+0001K19+210+1.741200061.8550.159K19+148.145K19+271.8552K19+700+0.7091600044.0730.061K19+655.927K19+744.0733K20+250+1.26850047.5600.133K20+202.440K20+297.5604K20+460+2.3793.2.1纵断面高程计算道路平面设计与纵断面设计计算完成之后可以进行道路纵断面高程计算纵断面高程计算公式：左半支：𝐻切=𝐻𝐵𝑃𝐷−|𝑇−𝑠|×𝑖#3.1右半支：𝐻切=𝐻𝐵𝑃𝐷+|𝑇−𝑠|×𝑖#3.2𝐻切——任意点切线高程；𝐻𝐵𝑃𝐷——变坡点高程;S——任意点至起点或终点的水平距离;标高改正值：y=𝑠22𝑅#3.3竖曲线上任意点的设计高程：𝐻设=𝐻切±𝑦#3.4𝐻设——设计高程;±——凸形曲线为“-”；凹形曲线为“+”;以桩号K19+180为例：K19+180在变坡点K19+210(4375.271𝑚)的左侧故：𝐻切=𝐻𝐵𝑃𝐷−|𝑇−𝑠|×𝑖=4375.271−|61.855−31.855|×1.74%=4374.749𝑚y=𝑠22𝑅=30224000=0.0375𝑚𝐻设=𝐻切−𝑦=4374.749−0.0375=4374.7115𝑚所以K19+180的高程为4374.7115𝑚3.3道路横断面设计此项目为设计时速为60km/h的二级公路，故道路路面总宽度为10m，选择两幅路面，宽为3.5m两侧硬路肩与土路肩都为0.75m。《规范》要求此等级公路路幅宽度至少为3.5m，硬路肩宽度至少为0.75m，土路肩宽度至少为0.5m故该方案符合规范要求，具体布置如图3.3道路横断面设计图图3.3道路横断面设计图3.4道路超高计算本段公路选择最大横坡为4%，土路肩横坡为3%，路拱横坡为2%，超高渐变率为1/175，超高过度方式为绕道路中线线旋转超高旋转示意图如图3.4所示图3.4道路超高示意图由汽车行驶时力的平衡方程得超高值计算公式：𝑖ℎ+𝜇=𝑣2127𝑅#3.5超高缓和段计算公式：𝐿𝐶=𝐵′∆𝑖𝑝#3.6𝐿𝐶——超高缓和段长，m;𝐵′——旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘宽度，m;∆𝑖——超高坡度与路拱的代数差，%𝑝——超高渐变率，这里取1/175以第一个交点的超高横坡计算为例超高缓和段计算：𝐿𝐶=𝐵′∆𝑖𝑝=3.5×0.021/175=12.25𝑚缓和曲线𝐿𝑠=60m，先取𝐿𝑐=𝐿𝑠=60m,然后检查横纵坡从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡(2%)时的超高渐变率：p=3.5×[2%−(−2%)]𝑥0=12001330因此𝐿𝑐=𝐿𝑠=60𝑚路线各区段超高设计值见表3.3超高旋转成果计算表。表3.3超高旋转成果计算表左侧土路肩横坡%左侧硬路肩横坡%左侧道路横坡%桩号左侧道路横坡%右侧硬路肩横坡右侧土路肩横坡-3-2-219000-2-2-3忽略忽略忽略19114.01忽略忽略-3-3-2-219115.01-2-2-2忽略忽略忽略19155.01-2-2-2-34419175.01-4-4-4-34419243.954-4-4-4忽略忽略忽略19263.954-2-2-2-3-2-219303.954-2-2-2忽略忽略忽略19304.954忽略忽略-3-3忽略忽略20193.356忽略忽略忽略-2-2-220194.356-2-2-3-2-2-220221.023忽略忽略忽略-4-4-420234.35644-3-4-4-420270.50544-3