湖南省常宁县至衡阳县公路工程A标段施工图设计开题报告

1．国内外发展现状

1.1 道路发展现状

1.1.1 国内发展现状

我们国家在引进、消化发达国家公路建设标准规范的同时，建立了一套符合我国国情的公路工程建设标准规范体系，分门别类的制定了路基、路面、桥涵、交通工程等专业的标准规范，有力地指导了勘察设计工作。

由于我国经济欠发达，资金紧张，一直困扰着公路建设者，亦制约着公路设计者的创作。长期以来，造成公路设计理念较落后，遏制了我国公路事业的进一步发展。其原因主要有以下4点：

（1）设计理念还不能适应社会进步和时代发展的要求，考虑工程本身，专业内部要求较多，从全社会、环境保护者角度考虑较少，环保意识、安全意识、资源忧患意识不足，对自然尊重不够，工程大挖大填现象比较突出。

（2）“用心”设计不够，设计“制作”多于“创作”、“粗放”多余“精细”，有特点、有特色的设计少，照抄照搬现象较多；在技术标准指标掌握上，不能因地制宜，生搬硬套现象较普遍；在一些项目中，地质勘测深度不够，而在某些专业设计中又趋于保守，在应用新技术、新方法、新工艺上缺乏内在动力，创新意识不强。

（3）部分设计单位片面追求企业经济效益，质量意识、责任意识淡薄，内部质量保证体系不健全，违规分包，转让资质，后续服务不到位；

（4）交通主管还不能较好地适应社会主义市场经济体制的要求，市场体系建设和市场监管有待加强；五是有的业主对设计干预较多，尊重科学不够，特别是压缩合理设计周期，基础工作不到位，不能确保设计质量。

1.1.2 国外发展现状

目前发达国家城市化水平较高，在公路横断面规划设计上有足够的经验，虽然各国实际情况不同，但其设计理念以及设计方案仍然值得借鉴。

发达国家很早就开始对公路横断面规划进行反思，在20世纪60年代，简·雅各布斯在《美国大城市的死与生》中就开始关注人行道的安全性能。至此，西方国家对道路空间进行重新反思，从以交通功能为主逐渐发展为绿色交通设计。西方国家在道路横断面的设计过程中不但考虑交通流量，同时有着“以人为本”的规划理念，重视人性化的道路规划设计，实现了机动车辆、非机动车辆以及人行的多元化配合。

1.2 相关设计理论

1.2.1 平面选线相关设计理论

在开展高速公路改扩建的路线设计前，应仔细全面地分析原公路的设计图纸，明确原建设条件、设计定位、路线平纵横指标等因素，同时分析道路运营后的养护维修状况及建设条件变化情况，综合各种因素后制定改扩建路线方案。其中，应注重平面线形拟合的基础性地位，不仅关乎车辆运行的安全条件，也体现出改扩建设计对既有路面的利用情况。

而山区公路选线，从本质上而言，就是公路路线的起点和公路路线的终点之间，在山区的表面，根据山区公路的计划任务书，并结合公路建设地区的自然情况，选定公路经过的具体路线的过程。根据多年的工作经验，总结出公路选线的原则，可以将其归纳总计为六点：

（1）多中选优。就是要制定多种选线方案，然后结合公路的性质和使用要求，结合施工建设地的实际情况，充分分析众多选线方案的优势与不足，在保证公路选线安全与质量的基础上，选择公路建设量最少，公路建设成本最低的方案。

（2）综合经济因素。具体而言，就是要考虑工程的建设经济成本，主要包括公路工程的造价因素，以及公路工程的营运费用，还有公路工程的管理费用、养护费用等，在保持公路选线合理、安全的技术基础上，经济成本最低的选线原则。

（3）兼顾选线和农业两者之间的关系，山区公路选线不可避免的会经过农业种植地带，因此，选线要考虑到对农业带来的影响，尽量兼顾两者关系，将对农业造成的影响控制在最小程度。

（4）公路选线要与经过的地区环境景观相协调，公路选线上建立在山区当中，在公路建设过后，将会成为山区的一部分，因此，要选线要融入山区，与选线经过的景观应该相互协调。

（5）考虑地质和水文的影响，山区地形条件复杂，地质和水文情况也较为复杂，因此，公路在选线时，要考虑到地质和水文两个因素对公路工程的影响。

（6）重视保护环境，环境保护在各个领域中都应该被重视，这是时代发展的要求，也是山区公路发展的必须跟随的趋势。

1.2.2 纵断面设计理论

在公路工程路线设计过程中，平、纵面线形指标选择与两者相互协调，无论是对保证路线设计的整体美观、安全性、经济性，还是满足不同车型驾驶员自身要求与适应车辆性能，提高公路运营安全，最大限度发挥公路使用功能都具有重要作用。纵断面设计在公路线形设计过程中占据很大比重，不仅决定了里程长短、投资规模以及与自然环境之间的协调，还会对行车安全、通行能力与运输效益造成影响。尤其是对山区高速公路而言，因沿线地形起伏较大，难免遇到连续上坡或下坡，在地形地质较为复杂的情况下，如何通过对不同结构物的合理设置实现对工程规模的有效控制，保护沿线范围内自然环境，纵断面设计都具有十分重要的作用。基于此，在纵断面设计过程中，应进行适当的优化，即确定适宜的各类设计要素。

针对不同种类的车型，车辆的运行速度不仅和发动机与其自身设计制造直接相关，还会受到地形、环境、车况与驾驶员自身操作等因素的影响。国外对车辆运行速度进行的分析研究相对较早，根据这些分析研究成果，能确定各种设计速度条件下应达到的纵坡坡度及坡长。

在高速公路路线纵断面设计环节，设计人员要认真遵守以下原则：

（1）经济性设计原则。在完全发挥高速公路基础功能的条件下，尽量缩短公路里程，有效降低高速公路建设成本。为了保证道路车辆的平稳运行，高速公路综合设计要满足各项设计要求，保持一定平顺度。如果高速公路沿线经过水稳条件不良区域，或者地下水位比较高的区域，设计人员可以增加路基高度，在确保高速公路路基施工强度的基础上，保持挖填平衡，节省材料，有效减少工程造价。同时，高速公路纵坡设计和公路平面设计要保持紧密配合。

（2）环境保护设计原则。对于高速公路路线设计人员来说，在实际工作开展前，要深入了解工程所在区域的地质条件，经过详细的勘察后，遵守环境保护设计原则，充分利用该地区的自然环境，优化公路路线纵断面设计方案，不断减小高速公路建设施工对周围环境产生的不利影响。针对高速公路沿线自然环境，进行全面的分析，并结合不同区域的实际情况，有针对性的处理，确保高速公路的通畅性。设计人员还要考虑汽车动力特性，结合道路行驶车辆牵引性能，确定最终的纵坡值。

（3）因地制宜设计原则。如果高速公路途径山区，设计人员要根据山区地形地貌，有针对性地开展纵断面设计，调整高速公路路线纵断面设计方案，进一步提升高速公路路线纵断面设计方案的实施效果。为了确保道路车辆能够安全、舒适的行驶，高速公路纵坡要具备一定平顺性，起伏不宜频繁，尽可能减少极限纵坡值，设计人员要结合当地的地形地貌，在缓和坡段，要自然配合该地区的地形，有针对性地设计。同时，设计人员还要对高速公路沿线地形与水文条件，全面考虑，结合实际情况，有效处理，保证高速公路的安全运营。

1.2.3 横断面设计理论

公路横断面设计是路线平纵横设计的重要组成部分。路基横断面设计，是一个循序渐进、逐渐深入的过程。路基横断面影响因素众多，设计工作量大、反复多，与之相关的设计成果多，是横断面设计的典型特征。

横断面设计与平面设计、纵断面设计的不同之处，在于平纵面设计是线形设计，设计成果为一条线，而横断面设计是用抽样的典型横断面代表整条公路的横断面，因此横断面设计是单个的、离散的。各个横断面之间的地面线、填挖状况、边坡高度、边坡坡率及边沟尺寸等可能千差万别。横断面本身的特点决定了它很难一次或少数几次反复就可以完成设计，而需要若干次的反复才能完成。虽然横断面设计已经完全实现了模板和参数化的计算机辅助设计，但基础设计数据和横断面设计成果之间的一致性，也就是保证横断面设计成果的正确性研究很缺乏。现有路线CAD软件基本没有检测横断面数据变化对横断面设计成果影响的功能，完全依靠人工保证横断面设计成果的正确性具有相当大的难度，设计中难免出现疏忽或错误。因此，如何保证横断面设计及其相关设计成果的正确性是一个值得研究的问题。

影响横断面设计的因素众多，包括纵断面地面线、横断面地面线、设计高程、标准路幅、超高横坡、加宽、边坡坡率、边坡分级高度、边坡平台宽度（含碎落台宽度、护坡道宽度）、边沟尺寸、沟底高程、挡土墙设置、路基防护形式、桥台与路基的衔接方式、隧道进出口位置的变化以及洞口的边坡形式等，均直接影响着横断面设计，这些数据的变化会直接导致需要重新戴帽子，才能保证横断面设计图和设计数据一致，保证横断面设计成果正确。

横断面设计除了受多个因素控制外，还会直接影响多种设计图表的输出，包括公路平面总体设计图、公路用地图、路基横断面设计图、匝道连接部设计图、匝道连接部标高数据图、路基设计表、边沟（排水沟）设计表、平曲线上路面加宽表、路基土石方数量表、路基每公里土石方数量表和路基土石方运量统计表等。

1.3 设计技术方案及评价

为了提高公路工程建设投资效果，从项目投资决策开始，设计、施工、竣工验收、直至运营阶段，都应对多个方案进行技术经济分析，从中选出技术先进、经济合理的最佳方案。其中做好设计方案的技术经济评价和比选工作，对于公路工程建设来说至关重要，设计图纸一旦完成并投入施工后，公路产品的价值就已基本确定，施工方案也要依据设计图纸而定，这时再进行设计变更就相当麻烦，不仅原来的许多工作成果要付之东流，而且改变生产工艺、设备工具等可能会造成很大浪费。因此，应对设计方案的技术经济评价工作提起足够重视。

设计方案评价应遵循以下原则：

设计方案必须要处理好经济合理性与技术先进性之间的关系。经济合理性要求工程造价尽可能低，如果一味地追求经济效果，可能会导致项目的功能水平偏低，无法满足使用者的要求；技术先进性追求技术的尽善尽美，项目功能水平先进，但可能会导致工程造价偏高。因此，技术先进性和经济合理性是一对矛盾，设计者应尽量处理好二者的关系，一般情况下，要在满足使用者要求的前提下，尽可能降低工程造价。但是如果资金有限制，也可以在资金限制范围内，尽可能提高功能水平。

设计方案必须兼顾建设与使用，考虑项目全寿命费用。工程在建设过程中，控制造价是一个非常重要的目标。但是造价水平的变化，又会影响到项目将来的使用成本。如果单纯降低造价，建造质量得不到保障，就会导致使用过程中的维修费用过高，甚至有可能发生重大事故，给社会财产和人民生命安全带来严重损害。在设计过程中应兼顾建设过程和使用过程，力求项目全寿命费用最低。

设计必须兼顾近期与远期的要求。一项工程建成后，往往会在很长的时间内发挥作用。如果按照目前的要求设计工程，在不远的将来，可能会出现由于项目功能水平无法满足需要而重新建造的情况。但是如果按照未来的需要设计工程，又会出现由于功能水平过高而资源闲置浪费的现象，所以设计者要兼顾近期和远期要求，选择项目合理的功能水平。同时也要根据远景发展需要，适当留有发展余地。

2．本设计的目的和意义

公路建设对国家的经济发展具有十分重要的作用，合理规划建设公路网在一定程度上可以增加国家的竞争力。截止至2019年，我国公路总里程已经达到484.65万公里，其中高速公路达14.26万公里，居世界第一。我国公路建设事业的飞速发展，促进了城际间的沟通交往，大大加快了经济发展速度，提高了城市化水平。作为城市与城市之间的重要连接通道，公路可以有效拉动沿线经济发展，促进周边旅游业的兴起，同时对沿线资源开发、招商引资都有积极的促进作用。因此，应合理对公路进行规划设计，使其在满足基本的运输要求的情况下，还可以符合“安全、环保、舒适、和谐”的理念，并充分发挥其经济作用，达到最大的经济效益。

为了达到以上目标，这就需要公路设计者认真理解与掌握公路设计规范，并根据经验与规范要求，将所掌握的专业知识应用到公路设计的实践中去。本次设计任务为湖南省常宁县至衡阳县公路工程A标段施工图设计，通过分析道路所处位置的自然环境，了解道路所处位置的气候、地貌特征，从而根据设计标准、规范，初步确定施工图线路的平面位置，进而进行道路的平面、纵断面、横断面以及路基路面结构设计。本次设计还包括涵洞设计、路线交叉设计以及施工组织设计。通过上述设计过程，学生将掌握公路设计的一般流程，使其能够进行一般公路的独立设计。

本次设计的目的是通过对目标路段的设计规划，制定可行的设计方案，使得目标路段达到安全、环保、舒适的要求，并编制相应的施工组织计划，绘制相应的施工图。同时，在整个设计过程中，学生可以综合运用所学的专业知识，熟练掌握设计规范和标准，将所学知识融会贯通，系统全面地运用到实际的工程之中。通过此次设计，使学生在巩固专业知识的同时，获得独立进行一般公路设计的能力。

3．本设计的资料及设计内容

3.1设计资料

气象资料：本设计道路位于湖南省中南部，湘江中游，属于典型的亚热带季风湿润气候区，气候年内变化较大，冬寒冷而夏酷热，春温多变，秋温陡降，春夏多雨，秋冬干旱。年平均气温在16℃左右，≥10℃的年平均活动积温为4700-5300℃，全年无霜期为278天，初霜期一般出现在11月底，终霜期一般在2月下旬。冬季最冷月（1月）平均气温为5℃左右，最低气温在0℃以下的天气集中出现在12月中下旬和1月上旬，少部分出现在1月中下旬，平均气温比同纬度的长江中下游地区高1-2℃，提前一个月入春。该地区常年最多风向是静风，次多风向6、7、8月为北风，其余各月为东北偏北风。夏季降水量暴涨会增加路堤被冲毁的可能性，应加强防范以避免造成危害。

沿线地质情况与土壤、植被分布情况：该设计道路沿线无不良地质状况，沿线多分布有农田，农田处有灌木区，且农田多旱地，沿线多为粘质土。

3.2设计内容

本次毕业设计主要完成的任务为湖南省常宁县至衡阳县公路工程A标段施工图设计，通过理解掌握设计过程的各个阶段，学生可以将学习到的专业知识应用到实际的工程设计中去，通过灵活运用所学知识，培养独立进行公路设计的能力。

本次设计的内容主要分为五大部分，分别为道路设计、涵洞设计、路线交叉设计、施工组织设计以及编写设计说明书。第一部分也是最重要的部分为道路设计，根据给定的道路等级以及设计车速，进行道路的平曲线设计、竖曲线设计、横断面设计、路基路面结构设计以及排水设计。第二部分为涵洞设计，其主要内容为根据资料提供的涵洞孔径和就近桩号的横断面确定涵洞底部标高和纵坡。第三部分为路线交叉设计，确定被交道路与主线的平面交叉口的中心线交点桩号、路线交角等参数，并从中选择一个平面交叉口进行详细设计。第四部分为施工组织设计，在这一设计过程中，需要编制“人工、主要材料及机具设备安排表”以及“工程进度横道图”。第五部分为设计说明书的编写，需要按格式、按设计顺序编写设计说明书，并后附设计过程中的相应表格，如：直、曲转角一览表；纵坡竖曲线表；路基设计表；路基超高加宽表；土石方计算、调配表等。

本次设计的内容繁多，且各步骤间具有一定的关联性，作为毕业生，应认真对待此次毕业设计，掌握进行实际工程设计的基本方法，提高自己的专业素养。

4．主要设计思路及步骤

本设计共有四部分，分别包括道路设计、涵洞设计、路线交叉设计以及施工组织设计，具体的设计思路和步骤如下所示。

4.1道路设计

这一过程需要对平曲线、竖曲线、横断面以及路基路面结构四个方面进行设计。

首先进行的是平曲线设计，在这一过程中，应该对设计道路所在地理位置的气候条件、沿线地形等设计资料进行分析，根据公路设计规范，综合考虑各种因素进行选线工作。本次选线采用纸上定线的方法，在确定了道路的起、终点后，通过综合比较自然环境和社会经济条件等因素，确定路线的基本走向。在路线的基本走向合理选定的基础上，再按地质、水文、植被及土壤分布情况等条件选定出若干细部控制点，将这些控制点连接，形成初步的路线带。在路线带基本确定后，再根据设计规范与标准，结合相关条件在路线带内进行平曲线的设计。本设计道路为二级公路，设计车速为80km/h,根据《规范》可查得相应的极限最小半径、一般最小半径、不设超高的最小半径以及缓和曲线的最小长度。在进行平曲线的设计时，应合理选择半径的大小与缓和曲线的长度，使得设计出的平曲线符合线性要求的同时，能够连贯、均衡，既能与地形、地物相适应，也能满足驾驶员和乘客在视觉和心理上的要求。

在完成平曲线的设计后，进入到竖曲线的设计工作。利用纬地三维道路设计软件可以计算出平曲线要素及逐桩坐标，并能根据地形图生成相应的路线纵断面示意图。根据《规范》可查得相应的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、竖曲线最小半径及竖曲线最小长度等。在进行竖曲线的设计时，应合理选择变坡点的位置，合理选择各坡段的纵坡度和坡长，使得纵坡以及竖曲线满足各项规定，同时满足相关高程控制点和构造物设计对纵断面的要求。在设计时应考虑到竖曲线的连续均匀，纵坡应尽量平缓，但应满足最小纵坡的要求，同时还应考虑到竖曲线与平面线形的协调问题，并结合横断面情况与土石方的平衡等因素进行合理设计，理想的情况是能够达到填挖平衡。

紧接着进行的是道路横断面设计，在已经确定道路功能与道路等级的情况下，合理选择公路横断面布置类型，并根据设计规范确定道路横断面组成及尺寸，在此基础上进行路拱、边坡、边沟以及排水沟的设计。在确定了横断面的基本形式后，还需进行超高的设计计算，若二级公路的圆曲线半径小于或等于250m，还应进行加宽设计。在完成横断面的设计工作后，应计算路基横断面的填挖面积，从而估算土石方的数量，并进行路基土石方的调配，并完成土石方计算、调配表。

最后进行路基路面结构的设计，通过分析近期的交通组成与交通量，计算标准轴载累计交通量，并确定交通等级。根据所处地区的条件确定土基回弹模量，在初拟路面结构后，确定设计参数，并进行路面结构层厚度设计。通过验算，在初拟的结构层厚度符合要求后，应进行防冻层厚度的计算，符合要求后即确定最终的路基路面结构方案。

4.2涵洞设计

涵洞是指在公路工程建设中，为了使公路顺利通过水渠不妨碍交通．修筑于路面以下的过路结构．通过这种结构可以让水从公路的下面流过。涵洞由洞身、洞口两大部分组成，相当于设置在路基下的排水孔道，它应满足基本的排水泄洪的需要，同时应该具有足够的强度、稳定性与耐久性。在进行涵洞的设计时，首先应确定需要设置涵洞的具体位置，再根据资料提供的涵洞孔径和就近桩号的横断面确定涵洞底部标高和纵坡。

4.3路线交叉设计

路线交叉设计在整个公路设计中具有十分重要的地位，只有通过交叉口才能实现公路的转向功能。公路设置平面交叉具有非常严格的规定，应充分考虑相交道路的功能分类和技术等级，若相交道路差异较大则不能采用平面交叉。在进行路线交叉设计时，应在平面图上找出与主线相交的公路、城市道路，同时确定被交道路与主线的平面交叉口的中心线交点桩号、路线交角等参数，并从中选择一个交叉口从平面设计和竖向设计两个方面进行详细设计，并绘制交叉口平面图、高程图以及等高线图。

4.4施工组织设计

施工组织设计是组织工程施工的指导性文件，同时也是对施工活动实施科学管理的重要手段，通过对工程施工进行计划与安排，提供各阶段的施工准备工作内容，并协调各施工单位、施工工种、各项资源之间的相互关系，以达到能够指导施工、保障施工质量安全和进度要求的目的。在本次设计中，主要着眼于施工的准备工作，对施工过程进行整体部署，并编制人工、主要材料及机具设备安排表，同时制定施工进度计划，编制工程进度横道图。

序号

各阶段工作内容

起讫日期

1

收集资料，做外文翻译

2022.3.1—3.8（一周）

2

平面选线和道路平面设计

2022.3.8—3. 22（二周）

3

道路纵断面和标准横断面设计

2022.3.22—4.5（二周）

4

一般横断面、路基、路面设计

2022.4.5—4.26（三周）

5

桥梁、涵洞设计

2022.4.26—5.10（两周）

6

编制施工组织设计

2022.5.10—5.17（一周）

7

编写设计说明书及出图

2022.5.17—6.1（二周）

8

毕业答辩准备及答辩

2022.6.1—6.8（一周）