吴圩至崇左高速公路W1段施工图设计开题报告
2020-07-05 05:07
1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）
现代交通运输方式主要有5种，分别是公路、铁路、水运、航空、管道。其中公路运输具有机动迅捷、方便直达的特点，加之汽车工业迅猛发展，汽车的保有量越来越高，公路运输在5种运输方式中占据更加重要的位置。
高速公路被誉为一个国家走向现代化的桥梁，是社会生产力发展到一定阶段的产物，也是发展现代交通业的必经之路。中国高速公路发展起步较晚，改革开放初期，国民经济快速发展，公路交通运输能力无法与之相适配，从”六五”计划开始，公路交通部门着重对干线公路采取一系列加宽改造。20 世纪 80 年代末，至 1997 年，完成了高速公路的起步建设阶段。1998 年进入快速发展阶段，国家推行了更加积极的财政政策，大力推进基础设施建设。现代社会，高速公路已成为交通运输高科技的象征。目前，高速公路的修建进程随着社会经济发展的进程而不断加快。高速公路数量的剧增及规模的扩大以及旧路改建、扩建，成为社会进步的重要标志，并将继续在我国的社会进步发展中扮演愈来愈重要的角色。
2004年交通部提出国家高速公路网规划，总体布局思路为”东部加密、中部成网、西部连通”，即”7918”网，由7条首都放射线、9条南北纵向路线、18条东西横向路线组成。该规划于 2010 年完成，总规模约8.5万公里。2013 年 6 月 20 日，交通部公布《国家公路网规划（2013 年-2030 年）》，在西部增加了两条南北纵线，成为”71118”网，规划总里程增加到了 11.8 万公里。
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图1 中国国家高速公路网简图 |
广西高速公路网的建设也也有着类似的发展经历。
2006年，广西首次制定《广西高速公路网规划(2006~2020)》，以纵横网格为主的布局形态，构筑"4纵6横3支线"的路网格局，总规模约5,590公里。预计在规划目标实现后，所有地级市之间有便捷的高速公路连通;重要省际公路通道为高速公路;重要港口、国家一类口岸均通高速公路;20万人口以上的城市、县城可由高速公路便捷连通;全区86%以上县城实现半小时内上高速公路。
2008年底，自治区建成高速公路2181公里，已基本实现了地级市连通高速公路，以南宁为中心连接地市，"通江、达海、连边"的高速公路通道网络骨架初步形成，大幅度提高了运输能力和运输效率。畅通、快速、便捷的高速公路对促进全区经济社会加快发展、加速构建两区一带区域协调发展新格局做出了重要贡献。
2009年，为了适应发展需要，广西自治区发改委和交通运输厅对规划进行修改，并且发布了《广西高速公路网规划修编(2009-2020)》，根据这一新的规划方案，广西高速路网将新增10条高速公路通道，至2020年，广西高速公路网总里程将达到7530公里，形成"5纵8横8支线"的高速公路网格局。2010年，这一规划再度被修正为《广西高速公路网规划修编(2010-2020)》，布局方案为"6横7纵8支线"，规划总里程8000公里，形成横贯东西、纵穿南北，覆盖全区、连接"三南"、泛珠三角等多区域和东盟国家的高速公路网格局，实现网络化服务的规模效益。
当前及未来一段时间，广西高速公路建设呈现三大特点:一是建设面向东盟的互联互通通道，打通面向东盟、连接边境的高速公路;二是建设中南、西南高速公路走廊，打通广西与周边省份的互联互通;三是打造县域经济社会发展大动脉，力争达到县县通高速。
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图2 广西高速公路线路示意图 |
目前超过 80 个国家和地区建设了高速公路，美国、欧洲等发达地区已经建设完成与经济社会发展相匹配的高速公路网。经历了20-30 年大规模建设高速公路的快速发展时期，高速公路总里程占公路网总里程的 1%-2%，承担的汽车行驶量占总量的 20%以上。
就高速公路路面结构类型而言，常用的路面结构主要有刚性和柔性(水泥混凝土路面和沥青路面)两种。水泥混凝土路面具有刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好、抗疲劳特性好、使用年限长、施工取材方便等优点，但水泥混凝土这种水硬性材料对设计强度不足、超载等很敏感，且受施工质量的影响大，一旦出现质量问题，破坏就会迅速发展，难以维修、维护，并且破坏后修复困难，维修费用很高。沥青混凝土路面具有可以分期修建、平整度易于得到保证、行车舒适、易于修复、噪音小等优点，但沥青混凝土路面对水和温度较敏感，在水文、气候条件较差及缺乏碱性集料的地区，易造成沥青路面的早期破坏。
沥青混凝土路面和水泥混凝土路面具有各自的优缺点，高速公路采用何种结构类型不是简单的问题，有必要从两种路面的施工方法、使用性能、破坏状况、维护方式及养护费用等方面进行全面衡量，同时还应综合考虑当地气候条件、地质状况、交通量大小、施工技术水平等因素，对两种路面结构进行经济、技术、社会效益等方面的综合分析比较，来确定高速公路的路面结构类型。
据国外资料统计，欧美等经济发达国家水泥混凝土路面所占比例为20%左右，其中美国95%以上为沥青路面，德国75%以上为沥青路面(有些水泥混凝土路面已用沥青混凝土罩面)。在国内，水泥混凝土路面的里程占公路总里程的比例为20%左右，全国已通车的高速公路路面中水泥混凝土路面所占比例不到20%。随着原油开采和石油工业的发展，沥青产量不断提高，沥青混凝土具有造价低、无接缝、铺筑后可立即通车、损坏后易于修复等优点，使用寿命与水泥混凝土路面相近。从国内外高速公路的主要路面类型来看，沥青路面仍占主导地位。
目前国内公路项目建设的步骤大致如下：
1、公路规划：发展目标规划、路网规划。
2、公路项目建议书。
3、公路可行性研究：工程预可行性研究、工程可行性研究。
工程项目可行性研究，是对项目建设的必要性、技术可行性、经济合理性和实施可能性进行综合性研究论证的工作，是公路建设项目前期工作的重要组成部分，是项目立项、决策的主要依据。按其工作深度分为预可行性研究和工程可行性研究。
4、公路设计：初步设计（环境影响评价、水土保持、地质灾害评估）、技术设计、施工图设计。
初步设计阶段的目的是确定设计方案。必须根据批复的可行性研究报告、测设合同的要求，拟定修建原则，选定设计方案，计算工程数量及主要材料数量，提出施工方案的意见，编制设计概算，提供文字说明及图表资料。初步设计文件经审查批复后，则为订购主要材料、机具、设备，安排重大科研试验项目，联系征用土地、拆迁，进行施工准备，编制施工图设计文件和控制建设项目投资等的依据。
技术设计应对根据初步设计批复意见、测设合同的要求，对重大、复杂的技术问题，通过科学试验、专题研究，加深勘探调查及分析比较，解决初步设计中未解决的问题，落实技术方案，计算工程数量，提出修正的施工方案，修正设计概算。批准后则为编制施工图设计的依据。
施工图设计应根据初步设计（或技术设计）批复意见、测设合同，进一步对所审定的修建原则、设计方案、技术决定加以具体和深化，最终确定各项工程数量，提出文字说明和适应施工需要的图表资料以及施工组织计划，并编制施工图预算。
普通项目按初步设计和施工图设计两个阶段进行，称为”两阶段设计”。
技术复杂的项目，可按初步设计、技术设计、施工图设计三个阶段进行，称为”三阶段设计”。
相对简单的小型建设项目，可直接做施工图设计，称为”一阶段设计”。
5、工程招标：公开招标、邀请招标、议标。
6、公路施工：各项工程施工、工程监理、交竣工验收。
7、项目结束后进行评估。
参考文献：
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[4] JTG D20#8212;2017. 公路路线设计规范[S].
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[9] 蔡岳雄，朱梦良.高速公路路面结构选型
[10] 广西高速公路建设呈现三大特点 城市道桥与防洪2015.10
[11] 陈发住，冀用武，聂海洋. 广西高速公路发展思考2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案
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2.1 工程概况 吴圩至崇左高速公路是南宁-友谊关高速的一部分。南宁-友谊关高速公路，简称南友高速，中国国家高速公路网编号为G7211，是G72国道的联络线之一，全线位于广西境内，目前已全线通车。南友高速为我国首条通往东盟的高速公路。 南友高速公路是国家规划的"五纵七横"国道主干线衡阳至昆明公路的重要组成部分，也是中国通往越南乃至东南亚地区最便捷的陆路国际大通道，被誉为"南疆国门第一路"。线路起于南宁吴圩，接南宁机场高速公路，止于位于中越边界的友谊关，和越南1号公路对接。公路全长179.2公里，双向4车道，全立交、全封闭、全控制路口，工程总投资37.14亿元，是广西第一条沥青混凝土路面高速公路。 影响广西地区高速公路建设的因素众多。 首先，广西地区属亚热带季风气候类型，热量丰富、气候温暖、霜期短，雨热同期，年最高气温38℃左右，年平均降雨量1000一1200mm。高温多雨的气候极易导致沥青混凝土路面的破坏，当路面温度较高时，沥青混凝土面层的强度相对较低，重车作用下极易出现压密型车辙;而沥青混凝土路面在有雨水的状况下，车辆快速通过时产生的动水压力极易使沥青与石料分离，反复的作用将导致沥青混凝土面层出现松散、坑洞等病害。 其次，广西处于被称为中国地势第二级阶梯的云贵高原的东南边缘，两广丘陵的西部，南边朝向北部湾。整个地势为四周多山地与高原，而中部与南部多为平地，因此地势自西北向东南倾斜，西北与东南之间呈盆地状，素有”广西盆地”之称。盆地大小相杂，丘陵错综，多为喀斯特地貌。山系多呈弧形，层层相套。自北向南大致可分为4列，山系走向明显呈现东部受太平洋板块挤压、西部受印度洋板块挤压迹象。 因此，在修建过程中，考虑到实地工程状况，采取合理的措施。修建完成后，在合适的时间，用恰当的方法措施，对适宜的路段进行预防性养护，是延缓路面破坏、延长道路使用寿命的有效方法。
2.2 设计（论文）的研究方案 2.2.1 选线 路线是公路的骨架，它的选择直接影响公路功能的发挥和在路网中起到的作用，选线受自然因素和社会因素共同作用，既要考虑当地自然地理环境的天然限制，又要考虑经济的制约，还有现代社会对安全、环保、美观、节能等等方面的要求。所以公路选线需要综合各种因素进行考虑，妥善处理好各方面的关系。 影响路线方案的主要因素： （1）公路的功能定位。 功能定位体现了国家和地方对该公路使用性质的要求，选线时首先根据国家、省、市的公路网规划、综合交通运输状况与交通规划、社会经济发展目标与规划、当地和辐射地区产业布局等因素，分析该条公路在公路网中的地位作用，确定它的功能、性质和任务，高速公路的主要任务是解决起终点繁重的直达客货运输。所以吴圩至崇左高速公路的选线，需要符合广西干线公路网的布局要求，还要充分考虑南宁与崇左两座城市的总体规划。南宁是一座历史悠久的文化古城，同时也是一个以壮族为主的多民族和睦相处的现代化城市。作为省会城市，得天独厚的自然条件，四季常青，有"绿城"的美誉。南宁处于中国华南、西南和东南亚经济圈的结合部，位于广西中部偏南，是环北部湾沿岸重要的中心城市，是中国面向东盟国家的区域性国际城市，被评为首批"国家生态园林城市"。崇左市与越南接壤，边境线长533公里，是广西边境线陆路最长的地级市。水资源和森林资源非常丰富，被国家林业局授予”国家森林城市”称号。 （2）尽量避开不良地质，特别是严重液化土、软土地带、湖泽湿地等 （3）平面线形设计要在原有基础上，结合沿线地形、地物、工程地质、水文地质、桥位、互通式立交位置以及当地道路规划和水利设施、环保等因素，少拆迁，少占田，保持原有水利体系和排灌设施的完整性。 （4）线形指标大小均衡，避免突变，尽可能避免小偏角曲线，整体线形流畅舒展。 （5）为预防驾驶员视觉差错，高填方路段采用较大的曲线半径。 （6）满足最新的技术标准和设计规范的前提下，达到经济合理，不过多在增加工程造价。 2.2.2 平纵面设计 （1）联系实际情况，确定路基科学合理的填土高度最小值，确保路基稳定性。 沿线地下水位埋深在地表 0.8~2.2m 以下，路基最小填土高度由地下水位及地表积水和暴雨量控制。通过调查路基积水路段和公路沿线区域降水资料，为了让路槽底部长期处于干燥或中湿状态，主线最小填土高度不宜小于 2.0m。 （2）确定通道类别，科学设置通道。 通道设置是控制路基设计高度的主要因素，既要满足功能需求，又要合理控制数量， 避免造成浪费。 该条公路采用 3 种不同的净空：人行通道净高≥2.2m，机耕通道≥2.7m，车行通道≥3.5m。 （3）降低路基填土高度。 条件允许的情况下，可采用上跨主线、适当下挖通道等措施。 根据公路选线通过区域的城镇乡村分布，且道路两侧没有较大的排灌水渠时，可以 根据主线纵面设计的情况，采用被交路上跨主线的方式。 适当下挖通道也要参考路段当地地理外貌、地形地势，有排水条件时可以采用。 （4）平纵线形组合设计优化。 着重考虑了平纵指标的协调、平纵曲线的对应关系，避免将凸形竖曲线的顶部或凹 形竖曲线的底部置于平曲线的起点或者 S 形曲线的拐点处。 在长的平曲线内包含几个竖曲线时，应采用路线全景透视图进行检查，以保持线形 的连续性和良好的视线诱导作用。 2.2.3 路基横断面设计 在工程地段和水文地质条件良好区域进行一般路基设计包含以下内容： （1）选择路基横断面形式，确定路基宽度与路基高度。 （2）选择路堤填料和压实标准。 （3）设计边坡形状和坡率。 （4）设计路基排水系统。 对特殊路段还需要进行其他步骤： （5）设计坡面防护和支挡结构。 （6）设计附属设施。 路基宽度是行车道路面与两侧路肩宽度之和。车道宽度根据设计通行能力及交通量 大小而定，一般每个车道宽度为 3.50~3.75m，技术等级高的公路以及城镇近郊的一般公路，路肩宽度应当予以增大，一般取 1~3m，并加以铺筑硬质路肩，以面路面行车受干扰。 公路路基宽度按《公路工程技术标准》（JTG B01）的规定进行设计。 路基占用土地是公路穿过农田或者用地受限制地区确定路基宽度时第一要考虑的问题。公路建设占用地必须综合规划，统筹兼顾，既要提高经济效益，带动公路沿线区域发展，同时也要尽可能少占农田，尽量利用非农业用地。高速公路局部路段可以选用高架道路，以桥代路。山坡区域公路的路基应尽量保证填挖平衡，扩大和改善林业用地， 保护林区绿地，防止出现水土流失，减少高填深挖，利用植物防护，绿化公路路基等等。 本次高速公路设计采用四车道设计，设计速度 120km/h，车道宽度 3.75m，路基宽 度 28.0m，行车道宽度 3.75m，中央分隔带宽度 3.0m，路缘带宽度 0.75m，硬路肩宽度3.5m，土路肩宽度 0.5m。 中央分隔带为凸形，有绿化，可种植灌木夜间防眩光，在禁植区不可种植妨碍视线的乔、灌木，以免影响行车安全，但可以种植地被植物以覆盖地面；不可在中央分隔带等对驾驶员影响较大处种植大量色彩鲜艳的花草，分散其注意力，造成交通安全隐患。 行车道及硬路肩横坡 2%，土路肩横坡 4%，对土路肩作适当绿化。 路基边坡：填方路基当填土高度小于 6m 时，边坡坡率采用 1:1.5，大于 6m 时，上部 6m 边坡采用 1:1.5，6m 以下部分采用 1:1.75。 2.2.4 路基填土高度 该路段地处平原地区，以填方路段为主，因此本次设计需要注意对路基填土高度的 控制。 路基最小填土高度，最先要保证的就是路槽土基长期处于干燥或者中湿状态，满足 交通荷载荷载引起的变形和剪应力要求。 路基高度受以下因素影响：通行构造物净高，通航河流净空，构造物设置总体布局， 路线跨越方式，桥梁建筑高度 为了科学合理控制路基高度，该高速公路采用了这些措施： （1）地形地势允许时，尽可能采用支线上跨。 （2）跨域河流沟渠的地方，经有关部门允许，将堤顶道路改移至大堤坡脚处。 （3）通道原则上不下挖，预防通道产生积水；对原有道路进行合理改造利用；充分利用跨河、渠桥梁边孔兼做通道。 （4）主线上跨桥，尽可能采用建筑高度较小的预应力混凝土连续箱梁、板式结构以降低路基高度。 2.2.5 路面结构设计 路面设计采用双圆垂直均布荷载作用下的多层弹性连续体系理论，以设计弯沉值为 路面整体刚度的设计指标，计算路面结构厚度，并对面层、基层、底基层进行层底拉应力验算。 沥青混凝土路面设计采用双轮组单轴轴载 100kN 为标准轴载，水泥混凝土路面采用100kN 的单轴荷载为标准轴载。沥青混凝土路面设计使用年限为 15 年，水泥混凝土路面设计使用年限为 30 年。 沥青混凝土路面和水泥混凝土路面均进行设计验算，两套方案予以对比选择。 全线路缘带和硬路肩，均采用和行车道相同的路面结构和厚度。 2.2.6 排水设计 鉴于道路沿线排灌体系完整，在路基综合排水系统设计方面，需要保证稳定性，减 少当地水土流失，降低对沿线水文环境的破坏。可设置路测排水沟、急流槽、各种通道、桥涵等构造物，尽可能使路基路面的污水不直接排入农田、养殖水体、生活水源等。 路基排水方式，主要是通过边沟将汇聚的路面水、路基边坡水经过净化处理后，引 导入河沟或引入排水涵洞中，经过河水池塘地段时，路段可设置填筑式边沟，避免路面积水排入鱼塘。 路面排水方式，主要是路拱横坡向两侧自然分散排除，可以借助路基边坡、护坡道 或边坡衬砌拱流水槽、护坡道导流槽流入路基排水沟。中分带底部设置纵向排水系统由 纵向碎石渗沟、纵向软式透水沟和横向硬塑排水管组成，通过横向塑料排水管，将集水 槽中渗水排出路基。为防止路面下渗雨水浸湿路面基层和土基而造成路面和土基强度降低，在水泥稳定碎石基层顶面铺设沥青封层，并与路面边缘排水系统相通，由横向排水管将面层下渗雨水排出路基。路面边缘排水系统由土路肩加固层下纵向碎石集水沟、反滤土工布和横向排水管组成。 2.2.7 挡土墙设计 为保证边坡的稳定与安全，需要对边坡布置支挡、加固与防护措施，即构成支挡结 构。支挡结构包括挡土墙、抗滑墙、预应力锚索等支撑和锚固结构，支挡结构广泛应用于各类土木工程领域，包括公路、铁路、市政、水坝、港口等等。 在公路路基工程中，该结构主要用于提高路基和路堑边坡的稳定性，减少土石方量， 减少占地面积，防止水流冲刷路基，并经常用于整治塌方、滑坡等路基病害。支挡结构的选用是根据工程需要来设置，当路基遇到以下情况是当予以考虑修筑： （1）陡坡路堑边坡薄层开挖、路堤边坡薄层填方路段，或者是为了加强路堤本身稳定性路段。 （2）为了避免大量挖方、降低高边坡或加强边坡稳定性的路堑路段。 （3）不良地质条件下，为加固地基、边坡、山体、危险岩石、拦挡落石等路段。 （4）水流冲刷影响路堤稳定性的沿河、滨海路堤地段。 （5）为节约用地、减少农田占用或者为了保护重要的既有建筑物路段。 （6）其他特殊条件的需要，比如环境景观等方面的要求。 2.3 设计内容 2.3.1 初步设计：（工程可行性研究，道路等级及主要技术指标，初步方案设计） 2.3.2 施工图设计： 1、道路平面设计、绘制道路平面图； （1）确定起点坐标； （2）计算导线方位角； （3）平曲线设计（包括圆曲线、缓和曲线和回头曲线）； （4）里程桩号计算（填制直线、曲线及转角表）； （5）绘制路线平面图。 2、道路纵断面设计、绘制道路纵断面图； （1）竖曲线设计； （2）绘制纵断面图（包括桥涵的位置及其标高）； （3）填制路基设计表。 3、道路横断面设计、绘制道路标准横断面； 4、路基设计、绘制路基横断面（各种典型断面）； （1）路幅设计（宽度、横坡）； （2）超高设计； （3）挡土墙设计（根据实际地形选做）； （4）排水设计（进行道路排水系统的规划与设计） 5、路面结构设计、绘制水泥混凝土路面、沥青混凝土路面结构图； 6、工程概预算编制（选做部分工程的工程量、材料用量等）。 2.3.3 毕业设计（论文）图纸内容及张数: 1.计算说明书 （1）本公路的建设意义； （2）公路的等级确定及技术标准的论证； （3）沿线地形、地质、气候等自然条件对公路设计的影响； （4） 路线方案比选说明； （5）路线、路基路面、排水设计说明及计算方法； （6）工程量统计及概预算； （7）环境设计与评价； （8）对设计的综合评价及心得体会。 2. 图纸部分 （1）路线平面图、纵断面图、横断面图； （2）标准横断面图、路面设计图； （3）直线、曲线及转角一览表； （4）逐桩坐标表； （5）弯道超高方式图； （6）路基排水设计图； （7）路基设计表(全线)； （8）路基土石方数量计算表； （9）路面工程数量表(全线)； （10） 挡土墙设计图 （11）主要技术经济指标表； 毕业设计应完成规定的标准图纸（A3 号图纸），图纸一律采用 CAD 出图。
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