路橋工程概論2

1、道路與橋梁工程概論南通大學(xué)建筑工程學(xué)院第一篇 路線第二章 公路線形 道路是一條三維空間的帶狀構(gòu)造物，幾何尺寸描述了道路的空道路是一條三維空間的帶狀構(gòu)造物，幾何尺寸描述了道路的空間形態(tài)，人們習(xí)慣把路線在水平面上的投影稱作路線的平面，間形態(tài)，人們習(xí)慣把路線在水平面上的投影稱作路線的平面，其是中間位置的一條線一般成為道路的中線，沿中線豎直剖切其是中間位置的一條線一般成為道路的中線，沿中線豎直剖切再行展開則是路線的縱斷面，中線上任意一點的法向切面是道再行展開則是路線的縱斷面，中線上任意一點的法向切面是道路在該點的橫斷面。路線幾何設(shè)計是指確定路線空間位置的工路在該點的橫斷面。路線幾何設(shè)計是指確定路線空間

2、位置的工作，一般把它分解為路線平面設(shè)計、路線縱斷面設(shè)計和橫斷面作，一般把它分解為路線平面設(shè)計、路線縱斷面設(shè)計和橫斷面設(shè)計，這三者是相互關(guān)聯(lián)的，既要分別進(jìn)行，又綜合考慮，特設(shè)計，這三者是相互關(guān)聯(lián)的，既要分別進(jìn)行，又綜合考慮，特別是現(xiàn)代道路許多新的技術(shù)要求更是需要進(jìn)行三維的協(xié)調(diào)設(shè)計。別是現(xiàn)代道路許多新的技術(shù)要求更是需要進(jìn)行三維的協(xié)調(diào)設(shè)計。 第一節(jié) 平面線形 公路平面設(shè)計的內(nèi)容 由規(guī)劃確定大致走向 由地形、地質(zhì)、水文、技術(shù)要求和現(xiàn)狀確定具體走向 半徑 曲線銜接 行車視距二、路線平面基本線形二、路線平面基本線形直線：曲率直線：曲率K=0K=0、圓曲線：曲率、圓曲線：曲率K=K=常數(shù)、緩和常數(shù)、緩和曲線

3、：曲率曲線：曲率K=K=變數(shù)；變數(shù)；曲率曲率K K為半徑為半徑R R的倒數(shù)。的倒數(shù)。直線、圓曲線和緩和曲線三種組合而成，直線、圓曲線和緩和曲線三種組合而成，“平平面線形三要素面線形三要素”?；拘颓€三、直線三、直線 直線適用于地形平坦、視線目標(biāo)無障礙處。在平原區(qū)，直線作為主要線形要素是適宜的。直線有測設(shè)簡單、前進(jìn)方向明確、路線短捷等優(yōu)點，直線路段能提供較好的超車條件，對雙車道公路有必要在間隔適當(dāng)距離處設(shè)置一定長度的直線，在美學(xué)上直線也有其特點。但直線過長、景色單調(diào)，往往會出現(xiàn)過高的車速或司機由于缺乏警覺易疲勞而發(fā)生事故，并且在地形變化復(fù)雜地段，工程費用高。 1、概述直線的優(yōu)點.里程最短.定線

4、、設(shè)計、量距、繪圖、計算、放樣方便。.無視距障礙.駕駛方便.車輛不受離心力作用乘車舒適直線的缺點.對地形適應(yīng)性差.行車單調(diào)易產(chǎn)生疲勞2、描述直線的指標(biāo)最大直線長度：目前最大直線長度的量化還是一個需要研究的課題，目前各國有不同的處理方法，德國和日本規(guī)定20V(單位為米，V為計算行車速度，用公里/小時為單位)，美國為180s的行程，我國對于設(shè)計速度大于或等于60km/h的公路最大直線長度為以汽車按設(shè)計速度行駛70s 左右的距離控制，一般直線路段的最大長度(以m 計)應(yīng)控制在設(shè)計速度(以km/h 計)的20 倍為宜。3、關(guān)于直線的運用直線的最大與最小長度應(yīng)有所限制，一條公路的直線與曲線的長度設(shè)計應(yīng)合

5、理。最大直線長度不必太拘泥，最小長度應(yīng)該保證。2、曲線、曲線（1）、圓曲線圓曲線是路線平面設(shè)計中的主要組成部分，常用的單曲線、復(fù)曲線、雙（多）交點曲線、虛交點曲線、回頭曲線等，圓曲線具有易與地形相協(xié)調(diào)、可循性好、線形美觀、容易測設(shè)等優(yōu)點，使用十分普遍。圓曲線的優(yōu)點.符合地形、布線靈活.線形優(yōu)美圓曲線的缺點.路線較直線長.行車受力復(fù)雜.視距受阻.駕駛勞動強度大.測設(shè)、施工等工作量大、計算復(fù)雜幾何要素關(guān)系（2）、平面曲線半徑的選擇由力的分析可知，為保證安全和舒適，須對離心力加以限制，在車速一定時，須對曲線半徑加以限制。最小圓曲線半徑：極限最小半徑車輛在設(shè)置超高的曲線上安全行駛，滿足最低舒適性要求的

6、半徑規(guī)定值。盡量避免使用，只有當(dāng)路線受地形或其它條件限制時方可使用。 一般最小半徑通常情況下采用的最小半徑，兼顧汽車行駛的要求與使用上的可能，設(shè)計時建議的最小值，設(shè)超高。不設(shè)超高最小半徑，道路曲線半徑較大、離心較小時，汽車沿雙向路拱（不設(shè)超高）外側(cè)行駛的路面摩擦力，足以保證汽車行駛安全穩(wěn)定采用的最小半徑。（1）確定最小半徑的原則圓曲線最小半徑是以汽車在曲線部分能安全而又順適地行駛所需要的條件，而確定的圓曲線最小半徑的實質(zhì)是汽車行駛在公路曲線部分時所產(chǎn)生的離心力等橫向力不超過輪胎與路面的摩阻力所允許的界限。不產(chǎn)生橫向滑移不產(chǎn)生橫向滑移。（2）最小半徑的標(biāo)準(zhǔn)最大圓曲線半徑：半徑大到一定程度時，其幾

7、何性質(zhì)與行車條件與直線無太大區(qū)別，容易給駕駛?cè)藛T造成錯誤判斷反而帶來不良后果，最大半徑不宜超過10000m。最小圓曲線長度：汽車在道路曲線段行駛時，如果曲線很短，司機操作方向盤頻繁，在高速駕駛的情況下是危險的，圓曲線宜有大于3s的行程。(3)、緩和曲線、緩和曲線緩和曲線是道路平面線形要素之一，它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線。除四級路可不設(shè)緩和曲線外，其余各級公路都應(yīng)設(shè)置緩和曲線。在現(xiàn)代高速公路上，有時緩和曲線所占的比例超過了直線和圓曲線，成為平面線形的主要組成部分。在城市道路上，緩和曲線也被廣泛地使用。 我國目前采用的是回旋線。1、概

8、述2、緩和曲線的作用通過曲率的變化，適應(yīng)汽車轉(zhuǎn)向操作的行駛軌跡及路線的順暢，便于車輛遵循；離心加速度逐漸變化，不致產(chǎn)生側(cè)向沖擊力，乘客感覺舒適；超高橫坡度逐漸變化，減少行車振蕩，使行車更加平穩(wěn)；與圓曲線配合得當(dāng)，線形連續(xù)光滑，構(gòu)成美觀與視覺協(xié)調(diào)的最佳線形。(1)符合汽車轉(zhuǎn)向時的行駛軌跡(2)使離心力加速度逐漸變化(3)作為超高、加寬的緩和帶(4)與圓曲線配合，增加線形美觀帶緩和曲線的平曲線幾何要素10、其他形式緩和曲線拋物線、三次拋物線、雙紐線(4)、緩和曲線最小長度（1）旅客感覺舒適RVLMins3)(036. 0（3）超高漸變率piBLMins)(（2）行駛的時間3s2.1)(VLMins

9、3、直線與曲線組合（一）基本型：直緩圓緩直從線形協(xié)調(diào)性來看希望直：圓：緩=1：1：1（1）同向曲線：若在同向曲線間插入短直線容易產(chǎn)生把直線和兩端的曲線看成為反向曲線的錯覺,當(dāng)直線過短時甚至可能把兩個曲線看成一個曲線，容易造成司機的判斷錯誤。對于設(shè)計速度大于或等于60km/h的公路，同向曲線之間直線的最小長度(以m計)以不小于設(shè)計速度(以km/h 計)的6倍為宜。（2）反向曲線間最小長度：在轉(zhuǎn)向相反的兩個圓曲線之間，如果沒有設(shè)置緩和曲線，考慮到設(shè)置超高、加寬緩和段以及駕駛?cè)藛T轉(zhuǎn)向操作的需要，宜設(shè)置一定長度的直線。對于設(shè)計速度大于或等于60km/h的公路，反向曲線之間的最小直線長度(以m 計)以不

10、小于設(shè)計速度(以km/h 計)的2倍為宜。S型曲線（3）復(fù)曲線（4）回頭曲線：當(dāng)山區(qū)因地形地質(zhì)條件自然展線困難時所設(shè)置的圓心角接近于或者大于180 o的回頭形狀的曲線，被稱為回頭曲線二、行車視距及其保證二、行車視距及其保證 為了行車安全，駕駛?cè)藛T應(yīng)能隨時看到汽車前面相當(dāng)遠(yuǎn)的一段路程，一旦發(fā)現(xiàn)前方路面上有障礙物或迎面來車，能及時采取措施，避免相撞，這一必須的最短距離稱為行車視距。行車視距是否充分，直接關(guān)系到行車的安全與迅速，它是道路使用質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在道路平面上的暗彎（處于挖方路段的彎道和內(nèi)側(cè)有障礙物的彎道）、縱斷面上的凸形豎曲線以及下穿式立體交叉的凹形豎曲線上都有可能存在視距不足的問題。

11、 （二）視距包絡(luò)圖（1）停車視距汽車行駛時，自駕駛?cè)藛T看到前方障礙物時起，至到達(dá)障礙物前安全停止，所需的最短距離。（2）會車視距在同一車道上兩對向汽車相遇，從相互發(fā)現(xiàn)時起，至同時采取制動措施使兩車安全停止，所需的最短距離。（3）錯車視距在沒有明確劃分車道線的雙車道道路上，兩對向行駛之汽車相遇，發(fā)現(xiàn)后即采取減速避讓措施安全錯車所需的最短距離。（4）超車視距在雙車道公路上，后車超越前車時，從開始駛離原車道之處起，至可見逆行車并能超車后安全駛回原車道所需的最短距離。1、停車視距停車視距是指駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)前方有障礙物到汽車在障礙物前停住所需要的最短距離。停車視距可分解為反應(yīng)距離、制動距離和安全距離三部分

12、來研究。2、會車視距會車視距是指對向行駛的汽車能及時剎車所必須的最短安全距離。會車視距通常是停車視距的2倍。3、超車視距在一般雙車道公路上行駛著各種不同速度的車輛，當(dāng)快速車追上慢速車以后，需要占用供對向汽車行駛的車道進(jìn)行超車。為了超車時的安全，司機必須能看到前面足夠長度的車流空隙，以便在相鄰車道上沒有出現(xiàn)對向駛來的汽車之前完成超車而不阻礙被超汽車的行駛。這種快車超越前面慢車后再回到原來車道所需要的最短距離稱為超車視距。4321SSSSS超尾隨在慢車后面的快車司機往往在未看到前面的安全區(qū)段就開始了超車作業(yè)，如果進(jìn)入對向車道之后發(fā)現(xiàn)迎面有汽車開來而超車距離不足時還來得及返回自己的車道。因此，對向汽

13、車行駛時間大致為t2的23就足夠了。最小必要超車視距：43232SSSS超三、路線平面圖三、路線平面圖沿著道路中心線豎直剖切開然后展開即為道路路線縱斷面，主要反映路線的起伏、縱坡以及與原地面的填挖情況?？v斷面圖內(nèi)容：平面設(shè)計內(nèi)容地面線設(shè)計線（坡度線）比例：豎向1：200或1：100 橫向1：2000或1：1000一、路線縱斷面圖一、路線縱斷面圖第二節(jié)第二節(jié) 縱面線性縱面線性二、縱坡設(shè)計二、縱坡設(shè)計上坡、下坡和坡度i（一）、縱坡設(shè)計的基本要求2、最大縱坡與最小縱坡的確定 （1）最大縱坡 最大縱坡是指在設(shè)計縱坡時，各級公路允許采用的最大縱坡值。公路的縱坡不宜過陡。坡度過陡，上坡時車速會降低，下坡時

14、制動次數(shù)增多，導(dǎo)致制動器發(fā)熱、失效，易引起車禍。（2）、最小縱坡為使道路上行車快速、安全和通暢，希望道路縱坡設(shè)計的小一些為好。但是在挖方、低填方路段以及其它橫向排水不暢路段，為保證排水需要，均應(yīng)設(shè)置不小于0.3%的最小縱坡，一般使用0.5%。當(dāng)必須設(shè)置平坡（0%）或小于0.3%的縱坡時，其邊溝應(yīng)做縱向排水設(shè)計。 3、合成坡度、合成坡度路線在平曲線上的最大坡度縱坡與超高橫坡組合后形成的最大坡度，其方向即流水方向。22zhHiii汽車行駛在道路彎道上，除受坡度阻力外，還受曲線阻力。如果縱坡大而曲線半徑小時，由于離心力作用會給汽車行駛造成危險。為防止汽車沿合成坡度方向滑移，應(yīng)將超高橫坡與縱坡的合成坡

15、度控制在一定的范圍之內(nèi)。目的就在于盡可能的避免急彎和陡坡的不利組合，防止因合成坡度過大而引起的橫向滑移和行車危險，保證車輛在彎道安全而順適的行駛。在路線的平面和縱坡設(shè)計基本完成以后，檢查合成坡度。如果超過最大容許合成坡度時，可減少縱坡或者加大平曲線半徑以減小橫坡，或者兩方面同時減小。4、高原縱坡折減1、空氣稀薄2、氣壓低，水易于沸騰海拔大于3000米按照表格折減5、坡長限制大于i3為陡坡，為了行車安全和營運經(jīng)濟(jì)，其坡長要加以限制。（1）最短坡長的限制.行車平順，避免臺階式起伏。.方便司機換檔。.設(shè)置豎曲線要求，美觀.舒適度要求(2)最大坡長限制 當(dāng)汽車在坡道上行駛，車速下降到最低容許速度時所行

16、駛的距離稱為最大坡長限制。.上坡時，汽車的動力性能。.下坡的行車安全。大于5%有坡長限制，大于限制坡長應(yīng)設(shè)3%的緩坡。其長度應(yīng)大于最小坡長。三、路線豎曲線三、路線豎曲線縱斷面上兩縱坡線交點稱為變坡點。在變坡點處，存在變坡角。為保證行車安全、順適以及視距而設(shè)置的縱向曲線即是路線豎曲線。豎曲線可以采用二次拋物線或圓曲線，幾乎沒有差別，但在設(shè)計和計算上二次拋物線比圓曲線方便，但仍以豎曲線半徑來表示。幾個參數(shù)：前坡，后坡，坡差1221,iiii為正時，為凸形豎曲線，反之為凹形豎曲線。1.豎曲線的要素計算 由于在縱斷面上只計水平距離和垂直高度。斜線不計角度而計坡度，故豎曲線的切線長和弧長均以其水平投影的

17、長度計算。2.豎曲線半徑的選擇 豎曲線的設(shè)計受眾多因素的限制，其中有三個限制因素決定著豎曲線的最小半徑或最小長度。（1）緩和沖擊）緩和沖擊汽車行駛在豎曲線上時，產(chǎn)生徑向離心力。這個力在凹形豎曲凹形豎曲線上是增重線上是增重，在凸形豎曲線上是減重凸形豎曲線上是減重。這種增重與減重達(dá)到某種程度時，旅客就會有不舒適的感覺，同時對汽車的懸掛系統(tǒng)也有不利影響，所以確定豎曲線半徑時，對離心加速度要加以控制。（2）時間行程不過短）時間行程不過短汽車從直坡道行駛到豎曲線上，盡管豎曲線半徑較大，如其長度過短，汽車倏忽而過旅客會感到不舒適。因此，應(yīng)限制汽車在豎曲線上的行程時間不過短，最短應(yīng)滿足3s行程。（3）滿足視

18、距的要求）滿足視距的要求汽車行駛在凸形豎曲線上，如果半徑太小，會阻擋司機的視線。為了行車安全，對凸形豎曲線的最小半徑或最小長度應(yīng)加以限制。當(dāng)汽車行駛在凹形豎曲線上時，也同樣存在視距問題。對地形起伏較大地區(qū)的道路，在夜間行車時，若豎曲線半徑過小，前燈照射距離近，影響行車速度和安全。在高速公路及城市道路上有許多跨線橋、門式交通標(biāo)志及廣告宣傳牌等，如果它們正好處在凹形豎曲線上方，也會影響駕駛員的視線。豎曲線最小半徑分為一般值和極限值，極限值是汽車在縱坡變更處行駛時為了緩和沖擊和保證視距所需的最小半徑的計算值。該值在受地形等特殊情況約束時方可采用豎曲線半徑一般值是豎曲線最小半徑極限值的1.5 -2.0

19、 倍。四、平曲線與豎曲線的組合（1）平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長于豎曲線這種立體線形不僅能起誘導(dǎo)視線的作用，而且可取得平順而流暢的效果。（2）平曲線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡。平曲線和豎曲線其中一方大而平緩，那么另一方就不要形成多而小。一個長的平曲線內(nèi)有兩個以上豎曲線，或一個大的豎曲線含有兩個以上平曲線，看上去非常別扭，根據(jù)德國計算統(tǒng)計，若平曲線半徑小1000m，豎曲線半徑大約為平曲線半徑的1020倍時，便可達(dá)到均衡的目的。（3）暗、明彎與凸、凹豎曲線。暗彎與凸形豎曲線及明彎與凹形豎曲線的組合是合理的，悅目的。對暗與凹、明與凸的組合，當(dāng)坡差較大時，會給人留下舍坦坡、近路不走，而故意爬坡

20、、繞彎的感覺。此種組合在山區(qū)難以避免，只要坡差不大，矛盾也不很突出。（4）平、豎曲線應(yīng)避免的組合。平、豎曲線重合是一種理想的組合，但由于地形等條件限制，這種組合往往不是總能爭取到的。如果平曲線的中點與豎曲線的頂（底）點位置錯開不超過平曲線長度的四分之一時，仍然可以獲得比較滿意的外觀。但是，如果錯位過大或大小不均衡就會出現(xiàn)視覺效果很差的線形。第三節(jié) 公路橫斷面一、路幅類型l兩側(cè)路肩外緣之間那”部分稱為路幅，路幅分為單幅路和雙幅路兩種。l1、單幅路：單幅單車道（四級路）單幅雙車道（二、三、四級公路）l2、雙幅多車道：等級高、交通量大的高速、一級公路二、路幅組成車道外側(cè)線車道外側(cè)線車道分界線車道分界

21、線車道外側(cè)線車道外側(cè)線路路 基基車車 道道中中 間間 帶帶硬路肩硬路肩車車 道道車車 道道路路 肩肩土路肩土路肩路緣帶路緣帶路緣帶路緣帶路緣帶路緣帶中 央 分 隔中 央 分 隔帶帶車車 道道路路 肩肩路路 肩肩路路 基基車車 道道車道外側(cè)線車道外側(cè)線車道中線車道中線土路肩土路肩路肩車車 道道公路橫斷面1、車道l車道寬度l車道數(shù)高速公路、一級公路的各路段應(yīng)根據(jù)預(yù)測交通量、服務(wù)水平等確定其車道數(shù)。 1 高速公路、一級公路的車道數(shù)應(yīng)為四車道，四車道以上應(yīng)按雙數(shù)增加。 2 二、三級公路應(yīng)為雙車道。 3 四級公路宜采用雙車道，工程艱巨且交通量小的路段可采用單車道。 公路橫斷面2、路肩l設(shè)置條件3.5m硬

22、路肩邊線20(5)m30m20(5)m車道邊緣線路緣帶邊緣線 高速公路和一級公路，當(dāng)右側(cè)硬路肩的寬度小于2.50m時，應(yīng)設(shè)緊急停車帶。緊急停車帶的設(shè)置間距不宜大于500m。 二級公路為避免急需?？康能囕v占道，根據(jù)需要可設(shè)置緊急停車帶，其間距不宜大于500m。 高速公路和一級公路的特長橋梁、隧道，可根據(jù)需要設(shè)置緊急停車帶，其間距為750m左右，過渡段長度一般采用20m， 單幅路或雙幅路均要設(shè)置路肩。路肩土要是保護(hù)路面和綠化用，同時供發(fā)生故障的汽車臨時停放以及供行人和非機動來往用。在高等級公路中還要鋪砌成硬路肩。公路橫斷面路肩l右路肩寬度l左路肩寬度公路橫斷面3、中間帶中間帶是由兩條左側(cè)路緣帶及中

23、央分隔帶組成。路緣帶的設(shè)置應(yīng)起到誘導(dǎo)視線的作用。高速公路必須設(shè)置中間帶。一級公路一般應(yīng)設(shè)置中間帶，當(dāng)受到特殊條件限制時，可不設(shè)中央分隔帶，但必須設(shè)置分隔設(shè)施。一級公路作為集散公路且地形條件及其它特殊情況限制時，中央分隔帶可采用寬度不小于0.60m的混凝土防撞護(hù)攔，并按規(guī)定設(shè)置左側(cè)路緣帶。 4、公路橫坡 在公路的直線段上，為使路上的地面水迅速排除，保證行車安全，公路上應(yīng)設(shè)置橫坡。坡度通常為1一4，路肩橫坡比路拱橫坡大1。硬路肩土路肩分隔帶行車道三、平曲線的超高與加寬 1、彎道超高與超高緩和段在彎道上，當(dāng)汽車在雙向橫坡的車道外側(cè)行駛時，車重的水平分力將增大橫向側(cè)滑力，所以，當(dāng)采用的圓曲線半徑小于不設(shè)超高的最小半徑時，為抵消車輛在曲線路段上行駛時所產(chǎn)生的離心力，將曲線段的外側(cè)路面橫坡做成與內(nèi)側(cè)路面同坡度的單坡橫斷面，這樣的設(shè)置稱為超高。為了使公路較平順地從直線段的雙向橫坡斷面逐漸變到曲線段具有超高的單坡橫斷面，就需有一個逐漸變化的過渡段，稱為超高緩和段，見圖2、曲線上的路面加寬、曲線上的路面加寬1、加寬的有關(guān)規(guī)定R=250M時，在曲線內(nèi)側(cè)加寬2、加寬的過渡有緩和曲線時，將緩和