在这篇道路与桥梁设计中,根据给定的地形图与原始资料,道路工程建设,拟定两种道路设计方案,通过设计方案的比选,选择其中一条进行详细设计,包括平、纵、横断面设计,路基设计,路面设计等。在该道路沿途跨河段做桥梁设计,做出三个桥梁方案并比选。

  该路线区位于南秦岭东段山区,北部为中低山,南部为低山丘陵和河谷阶地,地势总体北高南低,地形起伏较大,海拔在370-465米之间,相对高差约95m。该路段自西向东有一条呈W状的河流蜿蜒而过,沿河有村庄分布,主要集中于路段中西部,村庄周围多为农田。路段北部山势较高,呈南北走向,南部山势较低,呈东西走向。

  1)土壤:

  路线区出露第四系全新统、上更新统、中更新统,第三系下统山阳组,泥盆系上统桐峪释寺组、下统青石垭组和池沟组、牛耳川组地层。

  2)地质构造:

  路线区位于秦岭复合造山带中段南秦岭造山带构造单元,北侧为北秦岭造山带,两构造单元以黑山断裂为界。属南北秦岭造山带拼接段和南秦岭造山带内,褶皱、断裂发育,地质构造复杂。南秦岭造山带由新元古界耀领河岩组变质过度基底和震旦系—石炭系沉积盖层组成,基底为太古界。岩浆活动较发育,以海西期闪长岩、印支期花岗岩为主。为叠瓦式推覆—褶皱构造带。断裂构造以东西向为主,北西向、北东向次之,南北向局部发育。

  3)工程地质:

  该区属秦岭造山带,地质单元多,构造活动强烈,晚近构造作用,使秦岭山脉不断抬升,河谷切割加剧,地势陡峻,地貌类型复杂,岩体类型多样,稳定性差。由于自然条件差异,本区基岩区风化程度高,基岩表层破碎强烈,松散堆积层非常广泛,构成滑坡、泥石流等自然灾害多发区,并具有活动性强、频次高、危害大等特点。沿线的不良地质现象主要有崩塌、滑坡、泥石流、软弱地基等类型。

  4)水文:

  地表水:该地区无大的河流,涉线的河流为县河为金钱江支流,发源于山阳县鹃岭。中山区河道狭窄,比降较大,低山区河道较宽阔,比降较小;南段主要沿县河河谷布设,河床宽阔平缓,比降小。县河常年流水,枯水期流量较小,丰水期流量较大,汛期流量骤增,易形成洪水灾害。

  地下水:沿线有大量地表潜水,地下水一般埋深0.5---2.5m。并随汛期发生变化,地下水表现为碳酸盐山丘区的岩溶水。

  5)桥涵水文资料:

  路段内地下水主要流迳于地表河道,主要补给源为大气降水,水体的丰沛和枯萎与大气降水的多寡成正比。

  1

  道路技术等级确定

  (一)交通量和交通组成

  根据提供的原始资料该公路的交通预测组成主要有:小汽车,黄河JN360, 长征XD160, 解放CA10B, 太拖拉138S。其原始的详细数据资料见表1.1.1。

  按《公路工程技术标准》(JTG B01-2014),以小汽车为标准折算系数进行交通量折算系数见表2.1.1。

  根据表2.1.1折算系数计算各车型汽车的折算交通量。

  根据公路的远景计算设计年限为20年。其远景设计平均交通量按年平均增长率累计计算确定。远景设计年限的平均昼夜交通量按下式计算:

  《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)规定当公路的远景设计年限平均日交通量超过15000辆时可设计为干线公路。

  根据《公路工程技术标准》(JTG B01-2014)的规定,道路等级确定为干线一级公路,双向4车道,设计车速为60Km/h。

  2

  道路方案的拟定与比选

  拟建公路的平面路线设计是利用地形图(1:2000),采用纸上选线的方法定线。

  路线设计的基本要求:

  根据公路的等级及其使用任务和功能,合理地利用地形,正确运用技术标准,保证线形的均衡性。

  在路线方案比选时,应对工程造价,自然环境,社会环境等重要影响因素进行多方面的技术经济论证,在条件许可时,尽量选用较高的技术指标。

  保证路线的整体协调,做到平面顺适,纵坡均衡,及平纵线形的组合设计及道路与自然景观的协调设计,使道路成为大自然的一道新的风景线。

  考虑车辆行驶的安全舒适性以及驾驶人员的视觉和心理反应,并注意与当地环境和景观相协调。

  路线应尽量避免穿过地质不良地区,应贯彻保护耕地,节约用地的原则,依法保护环境,保护古迹。在路线平面和纵断面方案设计时,综合考虑沿线地形、地物、地质、桥位、水利设施,县乡路网和地方发展等因素,尽可能保持原有水利排灌设施和地方道路网的完整性。

  (一)设计方案的拟定

  以道路起点A为远点建立UCS坐标系,拟建公路的控制点坐标见下表2.2.1。

  所拟订的两个方案

  该路段起于凉水井村南侧,终点位于东部山地地区,沿途经过凉水井、下湾四组、刘家场、石垭子村等多个村庄,周围多田地,且自西向东有呈W状的河流蜿蜒而过。考虑到方便村民、节约工程造价、方便施工、提高道路舒适度等多个因素,最终拟定了一下两个方案:

  从A点出发,向东北方向延伸,沿途先后跨过三次县河并穿过下湾四组南部田地以及刘家场北部田地,向东北方向穿过东北部山地到达B点。

  从A 点出发,向东沿着县河第一个转弯处老路路线转向,向东北方向与县河斜交,穿过下湾四组和刘家场中间,再穿过东北部山地到达B点。

  (二)拟定的两方案的比较

  在选择路线方案时,既要尽可能降低工程本身的造价,又要考虑各种技术经济与社会因素,还要照顾到沿线城乡的经济社会建设,综合考虑确定一最佳方案。

  方案一与方案二相比较,方案二占用农田面积远小于方案一,且其修建桥梁数目及长度都远小于后者。但是,方案一隧道长度要比方案二隧道长度小了大约390余米,而隧道的造价要远高于修建桥梁以及占用耕地的价格。而且方案一路线总长度较短,线形较为平缓,加大了行车的舒适度。方案一多经过村庄外围,虽占用耕地较多,但沿线路途平缓,电力供应情况良好,水源充足,便于运输建材以及施工。而方案二沿途多为山地,道路崎岖,施工运输难度大,成本高。从总体上来看,路线一长度也较短,沿途经过村庄多,可带动当地的经济发展。

  综上所述,从施工难易、工程造价、行车舒适度以及当地社会经济发展等多方面阴虚考虑,我选择方案二位拟建方案。

  3

  桥梁方案的拟定与比选

  (一)工程简介

  本次桥梁设计是XX公路H6标段上的一项重要交通建设项目,该桥位于南秦岭东段山区境内的县河上,桥位处于下湾四组和刘家场之间,跨径约为240m。县河枯水期流量较小,丰水期流量较大,汛期流量骤增,易形成洪水灾害,该河流不考虑通航。该桥设计标准为:

  设计荷载:公路-Ⅰ级

  桥面横向布置:左右双幅对称,单幅桥跨-10+2×0.50m,两侧分别设0.5m护栏,全桥宽23.5m。

  抗震要求:据陕西活动性断裂与地震震中分布图(1980)显示,区内规模较大的活动性断裂有7条(F1—F7),走向主要呈东西和北西西向,属板块边界和区域性深大断裂带,新生代以来有明显活动。

  防洪要求:根据资料得知,县河年平均流量66.7立方米/秒,最大洪峰量1856.4立方米/秒,最小枯水流量20.1立方米/秒。

  通航要求:低山丘陵与河谷阶地,河流量小,不考虑通航。

  (二)自然地理位置概况

  本桥位于XX公路一级公路工程H6标段中的跨县河段,桥址位于陕西省商洛市,该标段道路全长2036.24m。该地区地貌低山丘陵与河谷阶地交错地带,地势总体北高南低,地形起伏较大,海拔在370-465米之间,相对高差约95m。该路段自西向东有一条呈W状的河流蜿蜒而过,沿河有村庄分布,主要集中于路段中西部,村庄周围多为农田。计划建桥处为县河两支流交汇处,地势平坦,地面标高+,呈自西向东逐渐升高的趋势。

  (三)工程地质概况

  该区属秦岭造山带,地质单元多,构造活动强烈,晚近构造作用,使秦岭山脉不断抬升,河谷切割加剧,地势陡峻,地貌类型复杂,岩体类型多样,稳定性差。由于自然条件差异,本区基岩区风化程度高,基岩表层破碎强烈,松散堆积层非常广泛,构成滑坡、泥石流等自然灾害多发区,并具有活动性强、频次高、危害大等特点。沿线的不良地质现象主要有崩塌、滑坡、泥石流、软弱地基等类型。

  经地质部门勘测,该桥桥位处的土层主要为第四系全新统、上更新统、第三系下统山阳组地层,土层以黏性土以及砂石为主,根据现场钻孔取样分析后,该区土层分布按照如下情况分布:

  土层厚度、埋深及层底标高见表2.3.1。

  1)粘土(地层代号1,成因Q4al)

  地面标高在363.56~366.17m(平均364.87m)的土层为粘土,具有硬塑性,呈黄褐色。根据钻孔取样结果发现,该土层的切面具光泽反应,干强度及韧性较高,对土体进行摇震试验时无反应。土层顶部为少量淤泥质,具中压缩性。

  2)粉砂或砂砾石(土层代号2,成因Q4al)

  地面标高362.02~363.56m(平均362.79m)的土层为粉砂,在该标高段内均有分布。其颜色呈褐色。根据钻孔取样结果检测后发现,其主要成分以石英为主,长石和岩屑少见。该土层含少量泥质导致分选性较差,整体具中压缩性。

  地面标高在360.38~362.02m(平均361.20m)的土层为砂砾石,在该标高段内均有分布。其颜色呈现褐黄色,砂砾石是一种颗粒状、无粘性材料,其主要成分石英。该层混有粉砂以及少量泥质,具有中压缩性。

  3)泥岩或细砂岩(土层代号3,泥积岩)

  地面标高在357.68~360.38m(平均359.03m)的土层为泥岩,在该标高段内均有分布。其颜色呈现褐色或棕色,其主要成分为石英、长石、云母等。根据钻孔取样及试验结果发现土体密实,湿度较效,试验后测试其干强度较大及韧性较低,整体土层压缩性较低。

  地面标高在355.13~357.68m(平均356.41m)的土层为细砂岩,在该标高段内均有分布。其颜色呈现灰色或青褐色,根据钻孔取样及试验结果发现土体密实,其主要成分为石英、长石。试验后测试其干强度较大,整体土层压缩性较低。

  4)灰岩(土层代号4,沉积岩)

  地面标高在349.77~355.13m(平均352.45m)的土层为灰岩,在该标高段内均有分布。其颜色呈现褐色或黄褐色,根据钻孔取样发现土体具硬塑性,且切面具光泽反应,在试验后发现其干强度及韧性高,进行摇震试验时无反应,土层整体具低压缩性。在钻孔取样时未穿透该层。

  通过分析上表3号土层—粗砂的承载能力较高,且强度较大,压缩性较低。层底标高为355.13m,埋深为11.04m,符合基础结构的受力要求。故初选持力层为第3号土层,桥梁拟定采用端承式群桩基础。

  (四)方案比选原则

  在本次设计中,该桥为贯穿县河连接下湾四组与刘家场的主要桥梁之一。该地区地形复杂,山河交错,且周围多村庄,故该桥梁的方案比选应以安全和经济为主要比选因素,其次考虑美观,应满足以下要求:

  (1)实用、安全

  首先由足够的承载力,保证各施工阶段的安全、也要保证正常使用阶段行车的畅通、舒适、安全;既满足当前的需要,有考虑今后的发展;既满足交通运输本身的需要,有考虑支援农业,通航河还要满足航运需要。

  (2)经济

  进行全寿命经济分析,设计施工阶段要保证上下部的总造价最低,还要考虑正常使用阶段的维修加固。

  但是经济必须以保证实用、安全为前提的。

  (3)美观

  合理的轮廓是美观的主要因素,要在保证安全、实用、经济的前提下,尽可能使桥梁结构有优美的外形,并与周围环境协调。

  但是经济必须以保证实用、安全为前提的。