公路工程施工图设计
本科学生毕业论文
设计题目：黑洛公路（K590-K593+500）段施
工图设计
学院：建筑工程学院
年级：2008级
专业：土木工程
姓名：
学号：
指导教师：
2012年5 月30 日
摘要
黑洛公路是黑龙江省公路建设的重点项目之一，它连接了黑河市和大兴安岭地区，设计行车速度40公里/小时，采用二级公路设计标准，全长740km。它的建设对完善黑龙江省内公路交通网，促进公路沿线地区经济发展，带动沿边地区早日脱贫致富，促进黑河市和大兴安岭市之间的联系，有重要意义。本设计根据沿线地质、地形、水文等自然条件，以及黑洛公路外业勘测资料，参照交通部颁发的各种技术标准、规范，完成K590—K593+500段施工图设计。
本次设计利用各种计算机软件，包括：应用纬地道路辅助设计软件HintCAD5.88、绘图软件AutoCAD2004、办公软件Offices2003等，对黑洛公路平面、横断面、纵断面、路基、路面、排水工程、附属工程、平面交叉及沿线设施等进行了施工图设计，并绘制出相应表格和图纸，确定了沥青混凝土路面和水泥混凝土路面的各结构层厚度，本着优质、高效、经济、合理的原则进行施工组织设计。
关键词
路线设计；路基；沥青混凝土路面；水泥混凝土路面；施工组织
Abstract
Heiluo road is one of the key project in Heilongjiang province, it connects the Heihe city and the Daxinganling city . Its design speed is 40km/h, which adopt three-stage highway design standard. The full-length is 740 km. The meaning of its construction to the consummation of the road network, is promoting along the route area economy development, bringing poverty area to get rid of poverty and become rich soon, and promoting crosswise relation between the city group of the northeast of Heilongjiang Province, which is significant. This design is based on the field operation survey data, as well as along the route natural condition including geology, terrain, hydrology and the related technical standard, which is issued by the Ministry of Transportation & Communications. According to the above we can complete the K590to K593+500section construction drawing design.
The computer technology is fully used in this design. This design uses the latitude path assistance design software HintCAD5.8, cartography software AutoCAD2004, office software Offices2003 and so on. Meantime this design also completes construction drawing design which includes the highway route, the roadbed, road surface, drainage work plan cross ,the attached project and the facility along the route and so on, and draws up the corresponding graph and form. Through to designing of the Asphaltic concrete pavement and Cement concrete pavement, I ensure that thickness on each Structural layer and design the construction organization by the high-quality, efficient, economic and rational principles.
Key words
Route design,Roadbed,Asphaltic concrete pavement,Cement concrete pavement, Construction organization
目录
摘要 ............................................................................................................................................ I Abstract (Ⅱ)
第一章概述 (1)
1.1 建设项目背景 (1)
1.2 工程概况 (1)
1.2.1 水文、地质条件 (1)
1.2.2 气候条件 (2)
1.2.3 地理、地形条件 (2)
1.3 设计依据 (3)
1.4 设计标准 (3)
第二章路线设计 (5)
2.1 选线和定线 (5)
2.2 平面设计 (5)
2.2.1 平面线形设计的一般原则 (5)
2.2.2 平面设计的要求 (5)
2.2.3 工程实况 (6)
2.3 纵断面设计 (6)
2.3.1 纵断面设计一般原则 (6)
2.3.2 纵断面设计的要求 (7)
2.4 平纵组合设计 (7)
2.4.1 基本要求与设计原则 (7)
2.4.2 平、纵组合设计基本思路 (8)
2.4.3 工程实况 (9)
2.5 路基横断面设计 (9)
第三章路基设计 (11)
3.1 一般路基设计内容 (11)
3.2 一般路基设计要求 (11)
3.3 路基设计 (11)
3.3.1路基宽度 (11)
3.3.2路基高度 (12)
3.3.3 路基边坡坡度 (12)
3.3.4 路基压实 (12)
第四章沥青混凝土路面设计 (14)
4.1 设计要求条件 (14)
4.2 设计内容 (14)
4.2.1 设计轴载 (14)
4.2.2 轴载换算 (14)
4.2.3 以半刚性基层层底拉应力为设计指标 (16)
4.3 结构组成与材料选取 (17)
4.4 各层材料的抗压模量和劈裂强度的确定 (19)
4.5 设计指标的确定 (19)
4.5.1设计弯沉值 (19)
4.5.2 各层材料容许拉应力 (20)
4.6 路面结构层厚度的计算 (20)
4.6.1 确定理论弯沉系数 (21)
4.6.2 确定设计层厚度 (21)
4.7 沥青混凝土面层、半刚性基层和底基层层底拉应力验算 (22)
4.7.1 验算沥青面层底部弯拉应力 (22)
4.7.2 验算水泥碎石底部拉应力 (23)
4.7.3 验算水泥砂砾土的底部拉应力 (23)
4.8 确定路面结构层 (24)
第五章普通水泥混凝土路面设计 (25)
5.1 交通量分析 (25)
5.1.1 标准轴载与轴载换算 (25)
5.1.2 设计年限内设计车道的标准轴载累计作用次数 (26)
5.2 初拟路面结构 (26)
5.3 路面材料参数确定 (28)
5.4 计算荷载疲劳应力 (29)
5.5 计算温度疲劳应力 (29)
5.6 应力验算 (31)
5.7 防冻厚度检验 (31)
5.8 接缝设计 (31)
5.8.1 纵向接缝 (31)
5.8.2 横向接缝 (31)
第六章涵洞及排水设计 (34)
6.1 涵洞的设计 (34)
6.2排水的目的与意义 (35)
6.3 排水设计原则 (35)
6.4 路基排水设计 (37)
6.4.1 地面排水设备 (37)
6.4.2 地下排水设备 (38)
6.5 路面排水设计 (40)
6.6 路面内部排水系统设计 (41)
6.7 路面边缘排水 (41)
第七章平面交叉设计 (42)
7.1 交叉口设计的基本要求和内容 (42)
7.2 交叉口设计规定 (42)
7.4 交叉口交通组织设计 (43)
7.5 交叉口立面设计 (44)
7.5.1 交叉口立面设计的目的 (44)
7.5.2 交叉口立面设计的原则 (44)
7.5.3 交叉口立面设计的基本类型 (44)
第八章施工组织设计 (46)
8.1施工组织安排 (46)
8.1.1设备、人员动员周期 (46)
8.1.2设备、人员、材料运到现场方法 (46)
8.2施工组织机构及临时工程 (47)
8.2.1施工组织机构设置 (47)
8.2.2施工任务划分 (47)
8.2.3总体施工目标 (47)
8.2.4主要临时工程 (48)
8.3主要工程项目的施工方案和方法 (48)
8.3.1 路基工程施工方案 (48)
8.3.2路基工程施工方法 (49)
8.3.3路面工程 (58)
8.3.4 涵洞工程 (64)
8.4 确保工程质量和工期的措施 (65)
8.4.1保证工程质量的措施 (65)
8.4.2保证工期的措施 (67)
8.5 雨季施工措施 (68)
8.6 质量、安全保证体系 (70)
8.6.1 质量保证体系 (70)
8.6.2 安全保证体系 (70)
8.7.1 廉政措施 (71)
8.7.2 环境保护和文明施工的主要措施 (71)
8.7.3 对外关系协调的措施 (72)
8.7.4 地上和地下三线保护措施 (72)
8.7.5 文物保护 (72)
8.7.6 施工保险措施 (73)
8.7.7 防止疫病的措施 (73)
8.7.8 夜间施工措施 (73)
8.7.9 农忙季节施工 (73)
8.7.10 质量回访保修措施 (74)
结论 (74)
参考文献 (76)
致谢 (67)
第一章概述
1.1 建设项目背景
本设计是连接黑河市和大兴安岭市的重要公路，黑河市位于黑龙江省西北部，小兴安岭北麓，与俄罗斯的布拉戈维申斯克市隔江相望，是东西文化的融会点，是北方重要的边境贸易中心。黑河是一座煤炭工业为主的新兴城市。黑河矿产资源丰富，现已查明的矿产资源有30余种，尤以煤炭，石墨，黄金为最。大兴安岭位于黑龙江省北部，原始森林茂密，素有“绿色宝库”之美誉，是我国重要的林业基地之一。自从振兴东北老工业基地以来，大兴安岭和黑河两城市的经济也飞速的发展，由于工业与旅游事业的兴旺，经过有关部门的研究，决定在此两地间修建一条公路，促进两个城市之间的资源流通，信息共享，共同发展，减小地区经济差异。根据两个城市的经济发展水平，以及沿线自然地形条件，远景交通量，公路建成后所承担的主要任务，拟修建二级公路，此公路的开通，对公路沿线的居民的出行及交通运输和大力发展当地的旅游事业，起着非常重要的作用，有利于当地的经济发展。
本路段是省级干线公路的重要路段，是连接两市的市际区间路段，建成后，将加快客货交通运输的快速发展，进一步促进地方区域经济的交流，对增进两地的经济模式互补，繁荣两市经济具有极其重要的意义。黑洛公路不仅是一条边防路、旅游路，同时也是一条便民路，确保其畅通运行至关重要。
1.2 工程概况
黑洛公路全长740km。该公路是黑龙江省的一条重要旅游线路和沿边公路，获得了省交通厅的支持，预计总投资4.6亿元。该项目K590—K593+500标段为二级公路施工图设计，路线全长3.5公里，该标段设计填方35082.96 m3，挖方74011.51m3；设涵洞2道、与大车道平面交叉1处并设有配套交通工程及沿线设施。
1.2.1 水文、地质条件
沿线地质构造为新生代第四纪沉积层和冲积层。表层0～10m的土壤为粉质低液限粘土，中层0～15m为冲积形成的砂砾、圆砾，底层为白垩系的砂岩。山体碎石土层厚度较大，土质优良，储量丰富，可作为路堤填筑材料。地下水位距路肩1m，地下水位也较低，大多路段的路基不受地下水影响。土壤渗透性好，地层比较稳定。本工程施工范围内主要河流有岔林河、大东北岔河，均属松花江水系，具有丰富的地表及地下水资源，可为施工提供充足的用水。
由于该地区冬季气温较低，属于季节性冻土区，主要的病害有冻胀、翻浆、水毁和积雪等。冬季气温很低，路面结冰会严重影响行车安全，春融期又可能发生冻胀、翻浆等病害。夏季水量暴涨有可能冲毁路堤，这些都会对公路交通构成严重威胁；冬季气温最低为－41.8℃，夏季最高气温为39.5℃，夏冬温差较大，路面设计应注意高温稳定性和低温抗裂性。
1.2.2 气候条件
本项目所在地区属于寒温带大陆性季风气候区。春季干旱风大，主风向为西南风。年平均降雨量为546.3mm，多集中在6～8月；最大冻结深度240mm，最大积雪厚度为50cm。无霜期为129天，全年日照时间为2525.3小时。1月平均气温-20.9℃，7月平均气温21.9℃，年平均气温2.3℃，年积温2200～2400℃，项目跨越的主要河流包括岔林河、大东北岔河等。其余多为汇水面积不大的鱼塘。
1.2.3 地理、地形条件
黑洛公路沿线地面自然植被茂密，景色优美。本设计路段(K590—K593+500)属山岭重丘地形，海拔高度300米～350米，沿线多为丘陵和森林。全线地势由北向南逐渐倾斜，北部漠河县附近为低山区，属大兴安岭山脉，群山密布，森林茂密。中部为低山丘陵和山前台地，地势较平缓，土质肥沃。南部黑河市附近是松花江冲积平原，小部分
为季节性积水形成的沼泽地。
1.3 设计依据
(1)《公路工程技术标准》(JTG B01－2003)
(2)《公路路线设计规范》(JTG D20－2006)
(3)《公路路基设计规范》(JTG D30－2004)
(4)《公路沥青路面设计规范》(JTG D50－2006)
(5)《公路沥青路面施工技术规范》(JTG F40－2004)
(6)《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40－2002)
(8)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62－2004)
(9)《公路排水设计规范》(JTJ 018－97)
1.4 设计标准
公路技术指标是根据路线在公路网中的功能、规划交通量和交通组成、设计速度等因素确定的，公路技术标准是指在一定的自然环境条件下能够保持车辆正常行驶性能所采用的技术指标体系，反映我国公路建设的技术方针，是法定的技术要求。公路设计时都应当遵守。根据黑龙江省及中华人民共和国交通部公路网整体规划，按照设计交通量、公路使用功能及服务水平等，依据《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)，采用公路技术标准表1-1所示。路面结构类型为沥青混凝土路面；路面设计年限12年；桥涵设计荷载为公路－Ⅱ级。公路技术指标如表1-1所示。
表1-1 公路技术指标
第二章路线设计
2.1 选线和定线
本设计利用纬地5.88软件进行平面选线和定线，本地区地表起伏较大，最低高程为306.0m，最高高程为348.6m。相对高差在42.6m左右，故定线可按山岭重丘区定线线原则进行，所选定路线可见地形图所示。
山岭重丘区选线应注意正确处理好道路高度的选择。其次应该合理考虑路线与城镇的关系，应尽量方便运输又保证安全，避开重要的电力电信设施，保持足够的距离和净空。还应处理好路线和桥位的关系，注意土壤水文条件，正确处理新旧路的关系，尽量靠近建筑材料产地，以节省运费。本图路线的起点和终点均已确定，即路线的基本方向基本确定，按地形、地质、水文等自然条件选出一些细部控制点，进行路线布局，又充分考虑道路与周围环境的配合、道路与生态平衡的关系、道路自身线性的美观和协调，以及驾驶员视觉和心理反映等问题，最后通过试算和比选的方法选择了最优方案。
2.2 平面设计
2.2.1 平面线形设计的一般原则
(1) 平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。
(2) 保持平面线型的均衡与连贯。
(3) 平曲线应有足够的长度，使汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难，缓和曲线上离心加速度的变化率不超出定值，转角α小于7度时按规范中给出的表格采用。
2.2.2 平面设计的要求
平面线形设计中，在受地形、地物限制的丘陵地区、路线交叉点、市镇近郊或规划方正的农耕区等应尽量选用直线。为适应地形和汽车行驶轨迹的要求在直线交点处插入相应的圆曲线缓和曲线、圆曲线。此外结合公路沿线自然环境，重点考虑处理好公路与
当地农业灌溉水网的关系，重视路线与河流沟渠的位置关系，处理好新建二级公路与地方道路的交叉关系，处理好路线线位与地方村镇的关系。使公路的修建能更方便的为当地地方经济服务，更有利方便群众，并尽量减小拆迁的干扰。最终满足汽车行驶的平顺、舒适、以及速度上的要求，且线形优美，尽可能做到安全、适用、经济和美观。
2.2.3 工程实况
本路段内共设8个交点，圆曲线半径在60～790m之间，最小半径60m，最大半径790m。平曲线半径小于2500m者，按《公路工程技术标准》(JTG B01－2003)要求进行超高设计其超高旋转方式为绕内边线旋转，设置缓和曲线最小缓和曲线长度50米。同向曲线间的最小直线长度不小于设计车速的6V（即240m）为宜。反向曲线间的最小直线长度不小于设计车速的2V（即80m）为宜。具体详见直线、曲线及转角表及路线平面设计图。全线设计均满足设计规范的要求，且与地形变化相协调，可以保证行车的安全与舒适。
2.3 纵断面设计
该设计路段（K590—K593+500）最大纵坡为5.96%，最小纵坡为0.91%，最小直坡段长为137.20米。全线共设5处竖曲线，其中2个为凸形竖曲线，3个为凹形竖曲线。均大于标准规定一般最小值，满足规范要求。
2.3.1 纵断面设计一般原则
(1) 应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、坡段最小长度、竖曲线最小半径及最小长度）。
(2) 设计标高的确定应结合沿线自然条件综合考虑；沿河路线标高应在设计洪水位0.5m以上，并计入壅水和浪高的影响；稻田低湿路段应有最小填土高度的保证。
(3) 纵坡应均匀平顺，变坡点应尽量设置大半径竖曲线。
(4) 纵断面设计应与周围环境相协调，按照平竖曲线相协调及半径的均衡来确定纵
断面的设计线。
(6)适当照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面要求。
(7) 应争取填挖平衡，以节省土石方量，降低工程造价。
2.3.2 纵断面设计的要求
坡度设计：根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程和运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。设计速度为40Km/h，最大坡度为7%。为了保证排水，防止水渗入路基而影响路基的稳定性，应设置不小于0.3%的纵坡（一般情况下以采用不小于0.5%为宜）。
坡长设计：最小纵坡通常规定汽车以设计速度行驶9～15s的行程为宜，设计速度为40Km/h时，最小坡长一般值为100m。
路线所处地区地形起伏较大，地面平均纵坡在1%左右，但为保证路面和边沟排水，将全线最小纵坡控制在大于等于0.3%。由于该设计的路段坡度很小，故不需要设计爬坡车道。本次设计中尽量使路线顺应自然地形的起伏；充分考虑与地方道路在纵面的交叉关系；尽量控制路基填土高度，保证填挖方量的平衡；并减小拆迁占地；变坡点位置及标高、坡率和坡长在满足平纵组合的情况下优化组合，竖曲线半径尽量采用较大值。
2.4 平纵组合设计
2.4.1 基本要求与设计原则
平纵线形组合的基本要求：
(1) 当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线宜包含在平曲线之内，且平曲线稍长于竖曲线。应避免平、竖曲线同起点、同终点相连接。应保证两点之间应至少10s的行程。如下图2-1所示。这种布置通常称为平曲线与竖曲线的对应。
图2-1 平曲线与竖曲线组合
(2) 要保证平曲线与竖曲线的大小的均衡，竖曲线半径为平曲线半径的10～20倍。
(3) 当曲线缓而长、纵断面坡差较小时，不要平、竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线。
(4) 要选择合适的合成坡度。
平纵线形组合的设计原则：
(1) 视觉上能自然的引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。
(2) 注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。
(3) 选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。
(4) 注意与道路周围环境相配合。
2.4.2 平、纵组合设计基本思路
平、纵组合是指在满足汽车运动学和动力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适及与周围环境相协调的要求并有良好的排水条件。道路作为一种人工构造物，应将其视为一种景观的对向来研究，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。修筑道路会对自然景观产生影响，有时产生一定的破坏作用。而道路两侧的自然景观反过来也会影响道路上汽车的行驶，特别是对驾驶员的视觉、心理以及驾驶员操作等都有很大影响。平纵线形组合必须是在充分与道路所经地区的景观相配合的基础上进行。否则，即使线形组合符合相关规定也不一定是良好的设计。对于驾驶员来说，只有看上去具有优美的线形和景观，才能称为舒适安全的道路。对设计速
度高的道路，平、纵线形组合设计与周围景观配合尤为重要。
2.4.3 工程实况
本设计在满足平面设计和纵断面设计要求的前提下，进行平、纵组合设计。在K590+960等五处各设置竖曲线，均设置在相应的平曲线缓和曲线段内，或设在直线段内，均满足设计规范及驾驶员视觉和心理上的要求。
2.5 路基横断面设计
路基宽度：二级公路路基的标准横断面应由车道、路肩（土路肩）等组成。该设计选用整体式路基，路基宽度按表2-1而定。
表2-1 二级公路整体式路基宽度
注：“一般值”为正常情况下的采用值。
车道：二级公路、二级公路应为双车道。车道宽度应根据设计速度规定表2-2取值。
表2-2 车道宽度
设计速度
1201008060403020（Km/h）
车道宽度
3.75 3.75 3.75 3.50 3.50 3.25 3.00
（m）
路肩：二级公路右侧路肩宽度规定如表2-3所示。
表2-3 二级公路右侧路肩宽度
注：“一般值”为正常情况下的采用值；“最小值”为条件受限制时可采用的值。
该设计标段降雨量较适中。规范规定二级公路应采用双向路拱坡度，有路中央向两侧倾斜。路拱坡度应根据路面类型和当地自然条件确定，但不应小于2%。
土路肩的横坡：土路肩的排水性能远低于路面，其横坡度较路面宜增大1%~2%。
本设计中路基标准横断面路基宽度：8.5m。
其中：行车道2×3.5m，土路肩2×0.75m。
路基设计标高为路基边缘标高。车道土路肩设3%横坡。
路堤坡脚或排水沟外缘2.0m，桥梁上部构造水平投影边缘外侧2.0m以内的土地为公路用地范围。
第三章路基设计
3.1 一般路基设计内容
(1) 选择路基断面形式，确定路基宽度和高度。
(2) 选择路基填料与压实标准。
(3) 确定边坡形状与坡度。
(4) 路基排水系统布置和排水结构设计。
(5) 坡面防护与加固设计。
(6) 附属设施设计。
3.2 一般路基设计要求
(1) 路基是公路的承重主体，主要在应力作用区承受行车荷载作用，其深度一般在路基顶面以下0.8m范围以内，所以路基路面的综合设计至关重要。
(2) 为保证路基强度与稳定性，使路基在外界因素作用下，不至于产生不允许的变形，还必须包括各项附属设施，如路基排水，防护与加固以及弃土堆、取土坑、护坡道、碎落台及错车道等。
(3) 由于路基标高与原地面标高有差异，且各路段岩土性质的变化，各处附属设施的布置不尽相同，因此各路段的路基横断面形状差别很大。
(4) 一般路基可以结合当地地质、地形情况，直接选用典型断面图或设计规定，不必进行个别设计和验算。对于超过规定的高填、深挖路基，以及地质、水文条件特殊的路基，需要进行个别设计和验算。
3.3 路基设计
3.3.1路基宽度
查《公路工程技术标准》后确定设计路段路基的标准横断面路基宽度为8.5m。其
中：行车道2×3.5m，土路肩2×0.75m。路拱横坡2%，土路肩设3%横坡。路基占用土地，是公路通过农田或用地受限制地区时的突出问题。建路占地必须综合规划，统筹兼顾，讲究经济效益，农业与交通相互促进。公路建设应尽可能利用非农业用地，少占农田。山坡路基应尽量使填挖平衡，扩大和改善林业用地，保护林区绿地，防止水土流失，维护生态平衡，减少高填深挖，利用植物防护，绿化与美化路基。这些都要在路基设计与施工过程中，综合考虑。
3.3.2路基高度
路基高度是指路基中心线处设计标高与原地面标高之差。路基边坡高度是指填方坡脚或挖方坡顶与路基边缘的相对高差，所以路基高度有中心高度和边坡高度之分。
路基的填挖高度，是在路线纵断面设计时，综合考虑路线纵坡要求、路基稳定性和工程经济等因素确定的。从路基的强度和稳定性出发，路基上部土层应处于干燥或中湿状态，路基高度应根据临界高度并结合公路沿线具体条件和排水及防护措施确定路堤的最小填土高度。沿河及受水浸淹的路基，其高度应根据技术标准规定的设计洪水频率（对于二级公路是1/50），求得设计水位，再增加0.5m的余量。
3.3.3 路基边坡坡度
路基边坡坡度对路基稳定十分重要，可用边坡高度H与宽度B表示，并取H=1。路基边坡坡度的大小，取决于边坡的土质、岩石的性质及水文地质条件等自然因素和边坡的高度。在陡坡和填挖较大的路段，边坡坡度不仅影响土石方工程量和施工的难易，而且是路基整体稳定性的关键。因此，确定边坡坡度对于路基的稳定性和工程的经济合理性至关重要。一般路基的边坡坡度可根据工程实践经验和设计规范推荐的数值采用。
3.3.4 路基压实
路基填土需分层压实，使之具有一定的压实度，土质路堑开挖至设计标高后，需检验路基顶面工作区内天然状态土的密实度，该密实度通常低于设计要求，必要时，应在