土木工程本科畢業(yè)論文

1、1 工程概況1.1 項(xiàng)目概況 津港高速公路工程（西外環(huán)臨港）起于濱海新區(qū)西外環(huán)高速公路與津港高速公路互通立交(本項(xiàng)目主線起點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)K0+000)，自西外環(huán)向東，穿越現(xiàn)狀塘沽鹽場(chǎng)，上跨在建的中央大道輕紡聯(lián)絡(luò)線，與海濱大道相交之后進(jìn)入臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)，止于海濱大道以東1.8km處（本項(xiàng)目主線終點(diǎn)設(shè)計(jì)樁號(hào)K6+000），接臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃主干道。 本項(xiàng)目采用全封閉、全立交、全部控制出入的高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)車速120km/h。路線全長(zhǎng)6.07，雙向六車道。1.2地質(zhì)水文及氣候1.2.1地質(zhì)條件津港高速沿線為沖積平原,皆為新生界沉積層覆蓋,以陸相沉積為主。第四紀(jì)晚期受海進(jìn)海退影響,形成了海陸交互相沉積層。線路

2、沿線沉積的海陸交互相沉積層具有明顯沉積韻律,各地層沉積厚度、沉積層位、巖性特征在線路不同地段雖有差異,但在成因上有明顯的規(guī)律性。 地層分布自上而下依次為:人工填土層、新近沉積層、第陸相層、第海相層、第陸相層、第陸相層、第海相層、第陸相層、第海相層 。第四系全新統(tǒng)人工填土層:雜填土、素填土,多分布于市區(qū)內(nèi),厚薄不均,差別較大。該層土密實(shí)程度差,易變形。新近沉積層(故河道、洼淀沖積):以淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥、粉土為主,分布于故溝坑、河漫灘、河流故道內(nèi),該層土工程性質(zhì)較差。第陸相層(Q43al):以軟塑可塑狀粘土、粉質(zhì)粘土為主,層底埋深47m,為淺基礎(chǔ)的良好持力層。第海相層(Q42m):由灰色粉土、

3、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土組成,層底埋深1216m,觸變性和靈敏度高,工程性質(zhì)較差。第陸相層的湖沼相沉積層(Q41h):以粉質(zhì)粘土為主,厚度一般小于2 0m,粘性土為相對(duì)隔水層。 第陸相層的河床河漫灘相沉積層(Q41al):以粉質(zhì)粘土、粉土為主,層底埋深一般1820m。上部粘性土為相對(duì)隔水層。第陸相層(Q3eal):以黃褐色的粉質(zhì)粘土、粉土為主,可塑硬塑,局部夾粉細(xì)砂和粘土透鏡體。層底埋深2530m。該層工程性質(zhì)較好。1.2.2水文條件受構(gòu)造、地層巖性和地形、地貌、氣候以及海進(jìn)、海退等綜合因素影響，天津地區(qū)水文地質(zhì)條件復(fù)雜。場(chǎng)地內(nèi)地下水類型可分為淺層地下水和深層承壓水。對(duì)工程影響較大的主要為淺層

4、地下水，淺層地下水可分為上部潛水層和下部承壓水層。粉土、粉細(xì)砂層構(gòu)成含水層，粘性土層構(gòu)成相對(duì)隔水層。在天然條件下,總的地下水補(bǔ)、徑、排特點(diǎn)是:在水平方向上,淺層水和深層水由北向南形成補(bǔ)給,在垂向上,下伏含水巖組接受上覆含水巖組的越流補(bǔ)給。 淺層地下水有下列補(bǔ)給、徑流和排泄特點(diǎn)。 補(bǔ)給:淺層地下水接受大氣降水入滲和地表水體入滲補(bǔ)給,地下水具明顯的豐、枯水期變化,豐水期水位上升,枯水期水位下降。 徑流:在水位作用下,淺層地下水由山前平原向?yàn)I海平原徑流,但由于含水介質(zhì)顆粒較細(xì),水力坡度小,淺層地下水徑流十分緩慢。 排泄:淺層地下水主要的排泄方式有潛水蒸發(fā)、向深層承壓水越流和人工開采。 根據(jù)地鐵工程結(jié)

5、構(gòu)物的埋深和特點(diǎn),對(duì)工程影響較大的地下水主要是淺層地下水。 1.2.3氣候條件天津位于中緯度歐亞大陸東岸，主要受季風(fēng)環(huán)流的支配，是東亞季風(fēng)盛行的地區(qū)，屬大陸性氣候。主要?dú)夂蛱卣魇牵募痉置?，春季多風(fēng)，干旱少雨；夏季炎熱，雨水集中；秋季氣爽，冷暖適中；冬季寒冷，干燥少雪。天津年平均氣溫在11.412.9°C，市區(qū)平均氣溫最高為12.9°C。1月最冷，平均氣溫在-3-5°C；7月最熱，平均氣溫在2627°C。天津季風(fēng)盛行，冬、春季風(fēng)速最大，夏、秋季風(fēng)速最小。年平均風(fēng)速為24米/秒，多為西南風(fēng)。天津平均無(wú)霜期為196246天，最長(zhǎng)無(wú)霜期為267天，最短無(wú)霜期為

6、171天。在四季中，冬季最長(zhǎng)，有156167天；夏季次之，有87103天；春季5661天；秋季最短，僅為5056天。天津年平均降水量為520660毫米，降水日數(shù)為6370天。在地區(qū)分布上，山地多于平原，沿海多于內(nèi)地。在季節(jié)分布上，6、7、8三個(gè)月降水量占全年的75%左右。天津日照時(shí)間較長(zhǎng)，年日照時(shí)數(shù)為25002900小時(shí)。 2平面設(shè)計(jì)本工程是津港高速k0+000k6+000路段工程，現(xiàn)進(jìn)行本路段的平面線性設(shè)計(jì)。平面線形設(shè)計(jì)根據(jù)平面線性一般規(guī)則進(jìn)行設(shè)計(jì)。平曲線線形設(shè)計(jì)一般規(guī)則： 1）平面線形應(yīng)直捷、連續(xù)、順適，并與地形、地物相適應(yīng)，與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。2）行駛力學(xué)上的要求是基本的，視覺和心理上的要

7、求對(duì)高速路應(yīng)盡量滿足。a、高速公路、一級(jí)公路以及設(shè)計(jì)速度60km/h的公路，應(yīng)注重立體線形設(shè)計(jì)，盡量做到線形連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適。b、設(shè)計(jì)速度<40kmh的公路，首先應(yīng)在保證行車安全的前提下，正確地運(yùn)用平面線形要素最小值3）保持平面線形的均衡與連貫（技術(shù)指標(biāo)的均衡與連續(xù)性）a、長(zhǎng)直線盡頭不能接以小半徑曲線。特別是在下坡方向的盡頭更要注意。若由于地形所限小半徑曲線難免時(shí)，中間應(yīng)插入中等曲率的過渡性曲線，并使縱坡不要過大。 b、高、低標(biāo)準(zhǔn)之間要有過渡。4）應(yīng)避免連續(xù)急彎的線形這種線形給駕駛者造成不便，給乘客的舒適也帶來不良影響。設(shè)計(jì)時(shí)可在曲線間插入足夠長(zhǎng)的直線或回旋線

8、。5）平曲線應(yīng)有足夠的長(zhǎng)度 汽車在公路的任何線形是行駛的時(shí)間均不宜短于3s，以使駕駛操作不顯的過分緊張。a、平曲線一般最小長(zhǎng)度為9s行程；b、平曲線極限最小長(zhǎng)度為6s行程；c、偏角小于7°時(shí)的平曲線最小長(zhǎng)度。2.1緩和曲線計(jì)算本公路設(shè)計(jì)為時(shí)速120km/h的高速公路，平曲線主要參數(shù)根據(jù)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定見表2-1。序號(hào)項(xiàng)目單位主要技術(shù)指標(biāo)1設(shè)計(jì)車速km/h1202路基寬度一般值m17.0最小值3平曲線半徑一般值 m1000極限值650不設(shè)超高最小半徑路拱2.0%m5500路拱>2.0%m75004平曲線最小長(zhǎng)度m200緩和曲線最小長(zhǎng)度m1005最小縱坡%0.36最大縱坡%37

9、最小坡長(zhǎng)m3008相應(yīng)縱坡的最大坡長(zhǎng)3%m9004%700>4%不限制10豎曲線半徑凸形一般值m17000極限值m11000凹形一般值m6000極限值m400011豎曲線最小長(zhǎng)度m10012平曲線最大超高%8或10表2-1 三級(jí)公路主要技術(shù)指標(biāo)表2.1.1調(diào)整緩和曲線參數(shù)法1)計(jì)算原理設(shè)第一緩和曲線長(zhǎng)度為L(zhǎng)s1，第二緩和曲線長(zhǎng)度為L(zhǎng)s2，且Ls1< Ls2，則：緩和曲線參數(shù)：A12 = RLs1，A22 = RLs2緩和曲線參數(shù)：A12 = RLs1，A22 = RLs2因?yàn)長(zhǎng)s1Ls2，所以A1A2， p1p2， 方法令p2 = p1，由p2反推緩和曲線參數(shù)A2，再進(jìn)行緩和曲線計(jì)

10、算。2)幾何要素計(jì)算： 上、下半支曲線分別按Ls1和Ls2單獨(dú)計(jì)算切線長(zhǎng)：上半支 ： 下半支 ：曲線長(zhǎng)：上半支 ： 下半支：曲線總長(zhǎng)：外 距：校正值： J=T1+T2-L 2.1.2緩和曲線計(jì)算1 設(shè)計(jì)的線形大致如下圖所示： 由圖計(jì)算出起點(diǎn)、交點(diǎn)、終點(diǎn)的坐標(biāo)如下： A： （290161.0717, 104216.0676） JD1： (289205.9824, 104345.8918)JD2： (288457.6006, 105346.7565) JD3： (287309.3580, 106101.3081) JD4： (286516.6959, 107428.2163) A： （285570

11、.3913, 107866.0057） 路線長(zhǎng)、方位角計(jì)算（1）AB段 DAB= 因?yàn)閳D在第二象限里,故 同理可得：BC段： CD段： DE段： EF段：2.2圓曲線計(jì)算（1） 、ABC段 已知 取圓曲線半徑，如下圖：路線轉(zhuǎn)角 Lh曲線長(zhǎng)（m） Th切線長(zhǎng)（m） L緩和曲線長(zhǎng)（m）Eh外矩（m） J校正數(shù)（m） R曲線半徑（m）切線增值： 內(nèi)移值 ： 切線總長(zhǎng) ： 外矢距 ：曲線總長(zhǎng) ： 切曲差 ： 特殊點(diǎn)樁號(hào)校核： A K0+000 +LAB 938.251 JD1 K0+938.251 Th 600.857 ZY K0+337.394 +1/2 Lh 1/2×1150.024 Q

12、Z K0+912.406 +1/2J 1/2×51.69 JD1 K0+938.251校核無(wú)誤。同理可得其余各交點(diǎn)如表22所示。表22 平曲線各交點(diǎn)曲線要素表交 點(diǎn) 號(hào)交 點(diǎn) 坐 標(biāo)交點(diǎn)樁號(hào)轉(zhuǎn) 角 值曲 線 要 素 值 (m)N (X)E (Y)半 徑緩和曲緩和曲切 線曲 線外 距校正值線長(zhǎng)度線參數(shù)長(zhǎng) 度長(zhǎng) 度123456789101112JD0290161.0717104216.0676K0+000JD1289205.9824104345.8918K0+963.87245°2821.1(Z)1100280554.978602.1261153.009995.896851.2

13、43JD2288457.6006105346.7565K2+162.35219°5410.4(Y)1500180519.615353.327701.056223.82655.598JD3287309.358106101.3081K3+530.73025°5011.7(Z)2000200.000190.000632.456616.441558.730554.0851096.867252.74815.948JD4286516.6959107428.2163K5+060.42134°1912.9(Y)1600180.000190.000536.656551.362584

14、.485589.1711143.402175.477530.254JD5285570.3913107866.0057K6+072.8333縱斷面設(shè)計(jì) 本次縱斷面設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)津港高速(K0+000K6+000)路段?？v斷面線形設(shè)計(jì)主要是解決公路線形在縱斷面上的位置，形狀和尺寸問題，具體內(nèi)容包括縱坡設(shè)計(jì)和豎曲線設(shè)計(jì)兩項(xiàng)?？v斷面線形設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)公路的性質(zhì)、任務(wù)、等級(jí)和地形、地質(zhì)、水文等因素，考慮路基穩(wěn)定，排水及工程量等的要求對(duì)縱坡的大小，長(zhǎng)短，前后的縱坡情況，豎曲線半徑大小及與平面線形的組合關(guān)系等進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，從而設(shè)計(jì)出縱坡合理，線形平順圓滑的最優(yōu)線形，以達(dá)到行車安全、快速、舒適，工程造價(jià)省，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用較少

15、的目的。3.1縱坡設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求（1）設(shè)計(jì)必須滿足各項(xiàng)規(guī)范。（2）縱坡應(yīng)具有一定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免反復(fù)設(shè)置反坡段。（3）沿線地形、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候和排水等綜合考慮。（4）應(yīng)盡量做到填挖平衡，使挖方運(yùn)作就近路段填方，以減少借方和廢方，降低造價(jià)和節(jié)省用地。3.1.2 縱坡設(shè)計(jì)具體規(guī)范具體規(guī)范規(guī)定如下：（1）最大縱坡是指在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)公路允許采用的最大坡度值。它是道路縱斷面設(shè)計(jì)的重要控制指標(biāo)。在地形起伏較大地區(qū)，直接影響路線的長(zhǎng)短、使用質(zhì)量、運(yùn)輸成本及造價(jià)。各級(jí)道路允許的最大縱坡是根據(jù)當(dāng)前具有代表性標(biāo)準(zhǔn)車型的汽車動(dòng)力特性、道路等級(jí)、自然條件以及工程

16、、運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)因素，通過綜合分析，全面考慮，合理確定的。我國(guó)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在規(guī)定最大縱坡時(shí)，對(duì)汽車在坡道上行駛情況進(jìn)行了大量調(diào)查、試驗(yàn)，并廣泛征求了各有關(guān)方面特別是駕駛?cè)藛T的意見，同時(shí)考慮了汽車帶拖掛車以及畜力車通行的情況，結(jié)合交通組成、汽車性能、工程費(fèi)用和營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)等，經(jīng)綜合分析研究后確定了道路的最大縱坡。各級(jí)公路最大縱坡的規(guī)定見表31所示。 表31 各級(jí)速度的最大縱坡 計(jì)算行車速度120100806040 最大縱坡（%）34567 （2）坡長(zhǎng)限制：最小坡長(zhǎng)：最小坡長(zhǎng)的限制主要是從汽車行駛平順性的要求考慮的，如果坡長(zhǎng)過短，使道路縱向變坡點(diǎn)增多，汽車行駛在連續(xù)起伏路段產(chǎn)生的超重與失重的變化頻繁，導(dǎo)

17、致乘客感覺不舒適，車速越高越感突出?？v坡變換頻繁，尤其是過短的起伏縱坡，使駕駛員頻繁換擋，加劇駕駛勞累。換擋引起能量，油料和時(shí)間的損失，加速齒輪，離合器和輪胎的磨損。為滿足汽車行駛力學(xué)的要求，保證車輛行駛安全性和司乘人員在視覺和心理兩方面的連續(xù)性，舒適性，公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D202006規(guī)定了各級(jí)公路最小坡長(zhǎng)。 表32 最小坡長(zhǎng) 設(shè)計(jì)速度（Km/h）120100806040最小坡長(zhǎng) （m）300250200150120（3）豎曲線最小半徑：在縱斷面設(shè)計(jì)中，豎曲線的設(shè)計(jì)要受到許多因素的限制，其中有三個(gè)因素決定著豎曲線的最小半徑，即最小半徑須滿足緩和沖擊、行駛時(shí)間不過短和行駛視距的要求。查公

18、路路線設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D202006得：設(shè)計(jì)車速為40Km/h時(shí)，凸形豎曲線極限最小半徑為450m，一般值為700m；凹形豎曲線極限最小半徑為450m，一般值為700m。豎曲線最小長(zhǎng)度為35m。見表33： 表33 豎曲線最小半徑與豎曲線長(zhǎng)度 設(shè)計(jì)速度(km/h)1201008060403020凸形豎曲線最小半徑(m)一般值170001000045002000700400200極限值11000650030001400450250100凹形豎曲線最小半徑(m)一般值6000450030001500700400200極限值4000300020001000450250100豎曲線長(zhǎng)度(m)一般值250

19、210170120906050最小值1008570503525203.2豎曲線設(shè)計(jì)豎曲線是縱斷面上兩個(gè)坡段的轉(zhuǎn)折處，為了便于行車而設(shè)置的一段緩和曲線。設(shè)計(jì)時(shí)充分結(jié)合縱斷面設(shè)計(jì)原則和要求，并依據(jù)規(guī)范的規(guī)定合理的選擇了半徑。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：各級(jí)公路的最大縱坡及坡長(zhǎng)長(zhǎng)度限制不易輕易采用，而應(yīng)有適當(dāng)?shù)挠嗟?。為了有利于路面排水和邊溝排水，一般情況下，以采用不小于0.3%縱坡為宜。坡長(zhǎng)限制主要是控制一般縱坡的最小坡長(zhǎng)。該路段津港高速全長(zhǎng)6070m，全線共設(shè)有8個(gè)豎曲線，四個(gè)凹曲線，四個(gè)凸曲線。1）變坡點(diǎn)參數(shù)變坡點(diǎn)樁號(hào)：K0+590、K1+280、K1+970、K2+470、K3+130、K3+920、K4+62

20、0、K5+460?？v坡坡度：1.058%、-1.178%、1.182%、-1.589%、1.420%、-1.377%、1.345%、-0.931%、0.902%。豎曲線半徑：20000m、10000m、20000m、12000m、22000m、11000m、21000m、11000m。2）豎曲線要素的計(jì)算公式匯總?cè)缦拢?（3.1） （3.2） （3.3） （3.4）式中： 豎曲線半徑，（m）； 切線長(zhǎng)，（m）； 豎曲線長(zhǎng)，（m）； 外距，（m）； 豎曲線上任意一點(diǎn)到曲線起點(diǎn)或終點(diǎn)的水平距離。 計(jì)算點(diǎn)縱距。3）舉例計(jì)算：以變坡8（K）為例。根據(jù)以上所述的原則，為了使豎曲線包平曲線內(nèi)，取半徑R=1

21、1000m，坡度角A、計(jì)算豎曲線基本要素豎曲線長(zhǎng)度： (3.5) 切線長(zhǎng)： (3.6) 外距 ： (3.7)B、求各樁號(hào)的設(shè)計(jì)標(biāo)高K4+620處：切線標(biāo)高 K6+070處： 切線標(biāo)高 同理可得其余各變坡點(diǎn)數(shù)據(jù)及各樁號(hào)高程，如表34所示。表34 各樁號(hào)數(shù)據(jù)表 樁 號(hào)豎 曲 線標(biāo) 高（m）凸曲線半徑R（m）凹曲線半徑R（m）切線長(zhǎng)T（m）外距E（m）起點(diǎn)樁號(hào)終點(diǎn)樁號(hào)K0+0002.07K0+5908.313620000223.60488821.249978651K0+366.395K0+813.605K1+2800.186710000118.00579710.696268407K1+161.994

22、K1+398.006K1+9708.344620000277.11843481.919865672K1+692.882K2+247.118K2+4700.400212000180.54281.358154276K2+289.457K2+650.543K3+1309.773322000307.64795362.151074167K2+822.352K3+437.648K3+920-1.102111000149.69974891.018637038K3+770.300K4+069.700K4+6208.3141649421000238.95994791.359568016K4+381.040K4+858.960K5+4600.4968870411000100.8109040.461947199K5+359.189K5+560.811K6+0706.00094橫斷面設(shè)計(jì)4.1查規(guī)范，得各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)路基寬度據(jù)任務(wù)書知道公路等級(jí)是高速公路，車道數(shù)為六車道。再查公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)可知高速公路車速為六車道的路基寬度一般值為34.5m,取設(shè)計(jì)車道寬度為3. 75m，得總車道寬度為3. 75×622.5m，硬路肩寬度一般值為3.5m或3.0m，土路肩一般值為0.75m。中央分隔帶寬度一般值為3