第一部分-平縱橫設計

第一章平、縱、橫設計1.1平面選線1.1.1平原地區(qū)地形平坦，坡度平緩，除草原、戈壁外，一般人煙稠密，農(nóng)業(yè)發(fā)達。村鎮(zhèn)、農(nóng)田、河流、湖泊、水塘、沼澤、鹽漬土等為平原地區(qū)較常遇到的自然障礙。因此平原地區(qū)選線一方面由于地勢較平坦，路線縱坡及曲線半徑等幾何要素比較容易達到較高的技術(shù)標準；另一方面往往由于受當?shù)刈匀粭l件和地物的障礙以及支援農(nóng)村建設需要的限制選線要考慮各方面的因素。1.1.2平原四級公路設計要求及特點平原地區(qū)四級公路工程技術(shù)標準應為農(nóng)村專用公路，工程技術(shù)標準要求較低，要求設計行車速度達到20km/h；平曲線不設超高最小半徑150m,一般最小半徑30m，極限最小半徑15m；豎曲線最大縱坡不大于9%，坡段最小長度不小于60m，凸形豎曲線極限最小半徑100m，一般最小半徑200m，凹形豎曲線極限最小半徑100，一般最小半徑200m；設計時不但需要考慮地形、地質(zhì)、水文、氣象、地震等自然因素的影響，同時還要受到當?shù)亟?jīng)濟、土地資源，筑路材料來源、施工條件、勞動力狀況諸多因素的限制，這要求我們在路線設計時要做到規(guī)范與實際相結(jié)合，在學習規(guī)范的同時，靈活應用規(guī)范，努力做到實用與經(jīng)濟相結(jié)合。1.1.3平原四級公路選線原則及依據(jù)選線是在符合國家建設發(fā)展的需要下，結(jié)合自然條件選定合理路線，使筑路費用與使用質(zhì)量得到正確的統(tǒng)一，達到行車迅速安全，經(jīng)濟舒適及構(gòu)造物穩(wěn)定耐久，易于養(yǎng)護的目的，選線人員必須認真觀貫徹國家規(guī)定的方針政策，深入實際，綜合考慮路線、路基、路面、橋涵等，最后選出合適的路線。1.1.4(1)根據(jù)道路使用任務和性質(zhì)，綜合考慮路線區(qū)域國民經(jīng)濟發(fā)展情況與遠景規(guī)劃，正確處理好近期與遠景的關(guān)系，在總體規(guī)劃的知道下，合理選擇方案。(2)認真領(lǐng)會任務書的精神，深入現(xiàn)場，多跑、多看、多問、多比較，深入調(diào)查當?shù)氐牡匦?、氣候、土壤、水文等自然情況，以利于選擇有價值的方案進行比較。(3)充分利用有利地形、地勢，盡量回避不利地帶，正確運用技術(shù)標準，從性車的安全、暢通和施工養(yǎng)護的經(jīng)濟、方便著眼，對路線與地形的配合加以研究，做好路線平、縱、橫三方面的結(jié)合，力求平面短捷舒順，縱斷面平緩、均勻，橫斷面穩(wěn)定、經(jīng)濟。(4)充分利用土地資源，減少拆遷，就地取材，帶動沿線城鎮(zhèn)及地方經(jīng)濟的發(fā)展。平原地區(qū)多數(shù)是魚米之鄉(xiāng)，土地肥沃，水資源豐富，但是人口密集，特別是耕地尤為緊張能，人均耕地0.5-1.0畝，修一條公路要占用許多土地，在選線時，要考慮到盡可能少占耕地，不破壞農(nóng)田水系，常用的方法是利用河堤，利用河堤好處較多，除了節(jié)省耕地，不破壞水系外，還有以下一些好處：①利用老路，這個地區(qū)以前的低等級公路大多數(shù)在河堤上建筑的，長期的自重作用和車輛荷載作用使路基沉陷趨于穩(wěn)定，在路基處理時可以節(jié)省費用；②可以減少拆遷，由于有老路的存在，沿線的拆遷量減少；③由于河堤較高，可以節(jié)約土地用量，減少耕地的開挖，接生了耕地；④可以帶動沿線經(jīng)濟的發(fā)展，河網(wǎng)地區(qū)城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村多倚河而建，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間距距離較小，大多不超過10km，多為一些低等級砂石路相連且人口較多，每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)達到4-8萬人，當?shù)缆返燃壧岣吆?，可以帶動沿線許多行業(yè)的發(fā)展，特別是旅游業(yè)，由于交通的便利，經(jīng)濟發(fā)展大為加快；⑤有利于公路網(wǎng)路建設，利用老的低等級公路網(wǎng)進行技術(shù)改建，提高技術(shù)標準，改造成新型的高等級網(wǎng)絡，可以加快路網(wǎng)建設的速度。1.1.5平原四級公路選線的依據(jù)(1)平原四級公路選線的依據(jù)主要有交通部頒發(fā)的規(guī)范，實測和預測交通量，地形圖，地方政府以及建設單位下發(fā)的文件，會議紀要，設計任務書等，它們是路線設計不可缺少的資料。(2)實測和預測交通量(3)地方政府建設單位的下發(fā)的文件，會議紀要，設計任務書是對道路設計的要求，在路線設計時要能充分滿足這些要求1.1.6平原四級公路選線方法有多種，主要有視察，初測與初步設計。實測與施工圖設計等步驟：1.全面布局2.逐段安排3.具體定線1.2平面線形設計1.2.1平曲線形設計為了保證汽車行使的安全與舒適，根據(jù)汽車行駛的力學性質(zhì)和行駛軌跡要求，將圓曲線設置了緩和曲線，保證了線形的連續(xù)性和均衡性，同時線性設計還考慮了汽車行駛美學及駕駛員視覺和心理上的要求。1.2.1.1直線的最小長度（1）同向曲線間的直線最小長度基本長滿足設計速度的6倍。（2）反向曲線間的直線最小長度滿足設計速度的2倍。1.2.1.2圓曲線設計根據(jù)汽車行駛的力學性質(zhì)和行駛軌跡要求，將圓曲線設置了緩和曲線，保證了線形的連續(xù)性和均衡性，緩和曲線和圓曲線長度比值在Ls：Ly：Ls=1：1：1或1：2：1范圍內(nèi)。1.2.1.3設計的線形如下圖圖1-1平面線形由圖計算出起點、交點、終點的坐標如下：QD：（4074874.297,508234.313）JD1：(4075120.183,508168.565)JD2：(4075420.337,508163.249)JD3：(4075647.968,508137.002)JD4：(4075775.280,508168.831)JD5：(-4075908.671,508242.585)JD6：(4076217.011,508284.456)JD7：(4076372.282,508374.845)ZD：（4076342.734，508695.197）1.2.1.4路線設計用的是計算機模擬設計，現(xiàn)就路線取QD至JD1為例計算路線長、方位角QD-JD1段DAB=1.3縱斷面設計1.3.1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)容包括縱坡設計和豎曲線設計兩項。1.3.2該路地處平原區(qū)，土地資源寶貴，本項縱斷面設計采用小縱坡，微起伏與該區(qū)域農(nóng)田相結(jié)合，盡量降低路堤高度，路線縱斷面按百年一遇設計洪水位的要求和確保路基處于干燥和中濕狀態(tài)，所需的最小填筑高度來控制標高，線形設計上避免出現(xiàn)斷背曲線，反向豎曲線之間直線長度不足3秒行程的則加大豎曲線半徑，使豎曲線首尾相接。此外，所選用的半徑還滿足行車視距的要求，另外，豎曲線的縱坡最小采用0.543%以保證排水要求。1.3.3（1）縱坡設計的一般要求①縱坡設計必須滿足《標準》的有關(guān)規(guī)定，一般不輕易使用極限值②縱坡應力求平緩，避免連續(xù)陡坡，過長陡坡和反坡③縱斷面線形應連續(xù)，平順，均衡，并重視平縱面線形的組合從行車安全，舒適和視覺良好的要求來看，要求縱斷面線形注意有以下幾點：在短距離內(nèi)應避免線形起伏，易使縱斷面線形發(fā)生中斷，視覺不良；避免“凹陷”路段，若線形發(fā)生凹陷出現(xiàn)隱蔽路段，使駕駛員視覺不適，產(chǎn)生莫測感，影響行車速度和安全；在較大的連續(xù)上坡路段，宜將最陡的縱坡放在底部，接近頂部的縱坡宜放緩些；縱坡變化小的，宜采用較大的豎曲線半徑；縱斷面線形設計應注意與平面線形的關(guān)系；縱坡設計應結(jié)合沿線自然條件綜合考慮，為利于路面和邊溝排水，一般情況下最小縱坡以不小于0.5%為宜，在受洪水影響的沿河路線及平原區(qū)低速路段應保證路線的最低標高，以免遭受洪水沖刷，而確保路基的穩(wěn)定；縱坡設計應爭取填、挖平衡，盡量利用挖方作就近填方，以減少借方和廢方，接生土石方量，降低工程造價；縱坡設計時，還應結(jié)合我國情況，適當照顧當?shù)孛耖g運輸工具，農(nóng)業(yè)機械、農(nóng)田水利等方面的要求。圖1-2路線縱斷面（2）縱坡設計的方法和步驟：①準備工作縱坡設計前，應先根據(jù)中樁和水準記錄點，繪出路線縱斷面圖的地面線繪出平面直線，曲線示意圖，寫出每個中樁的樁號和地面標高以及土壤地質(zhì)說明資料。②標注縱斷面控制點縱面控制點主要有路線起終點，路線交叉點，地質(zhì)不良地段的最小填土和最大控梁標高，沿溪河線的控制標高，重要城鎮(zhèn)通過位置的標高及受其它因素限制路線中須通過的控制點、標高等。③試坡試坡主要是在已標出“控制點”的縱斷面圖上，根據(jù)技術(shù)和標準，選線意圖，考慮各經(jīng)濟點和控制點的要求以及地形變化情況，初步定出縱坡設計線的工作。試坡的要點，可歸納為“前面照顧，以點定線，反復比較，以線交點”。前后照顧就是說要前后坡段統(tǒng)盤考慮，不能只局限于某一段坡段上。以點定線就是按照縱面技術(shù)標準的要求，滿足“控制點”，參考“經(jīng)濟點”，初步定出坡度線，然后用三角板推平行線的辦法，移動坡度線，反復試坡，對各種可能的坡度線方案進行比較，最后確定既符合標準，又保證控制點要求，而且土石方量最省的坡度線，將其延長交出變坡點初步位置。④調(diào)坡調(diào)坡主要根據(jù)以下兩方面進行：⑴結(jié)合選線意圖。將試坡線與選線時所考慮的坡度進行比較，兩者應基本相符。若有脫離實際情況或考慮不周現(xiàn)象，則應全面分析，找出原因，權(quán)衡利弊，決定取舍；⑵對照技術(shù)標準。詳細檢查設計最大縱坡、坡長限制、縱坡折減以及平縱線形組合是否符合技術(shù)標準的要求，特別要注意陡坡與平曲線、豎曲線與平曲線、橋頭接線、路線交叉、隧道及渡口碼頭等地方的坡度是否合理，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整修正。調(diào)整坡度線的方法有抬高、降低、延長、縮短、縱坡線和加大、減小縱坡度等。調(diào)整時應以少脫離控制點、少變動填挖為原則，以便調(diào)整后的縱坡與試定縱坡基本相符。⑤根據(jù)橫斷面圖核對縱坡線核對主要在有控制意義的特殊橫斷面圖上進行。如選擇高填深挖、擋土墻、重要橋涵及人工構(gòu)造物以及其它重要控制點的斷面等。⑥確定縱坡線經(jīng)調(diào)整核對后，即可確定縱坡線。所謂定坡就是把坡度值、變坡點位置（樁號）和高程確定下來。坡度值一般是用三角板推平行線法，直接讀厘米格子得出，要求取值到千分之一。變坡點位置直接從圖上讀出，一般要調(diào)整到整10樁位上。變坡點的高程是根據(jù)路線起點的設計標高由已定的坡度、坡長依次推算而來。1.3.4豎曲線設計要求：①宜選用較大的豎曲線半徑。豎曲線設計，首先確定合適的半徑。在不過分增加工程數(shù)量的情況下，宜選用較大的豎曲線半徑，一般都應采用大于豎曲線一般最小半徑的數(shù)值，特別是前后兩相鄰縱坡的代數(shù)差小時，豎曲線更應采用大半徑，以利于視覺和路容美觀。只有當?shù)匦蜗拗苹蚱渌厥饫щy不得已時才允許采用極限最小半徑。②同向曲線間應避免“斷背曲線”。同向豎曲線，特別是同向凹形豎曲線間如直線坡段不長，應合并為單曲線后復曲線。③反向曲線間，一般由直坡段連續(xù)，亦可以相互直接連接。反向豎曲線間設置一段直坡段，直坡段長度一般不小于計算行車速度行駛3s的行程長度。如受條件限制也可相互直接連接，后插入短直線。④應滿足排水要求。1.3.5(1)根據(jù)地形圖上的高程，以50m一點算出道路上各點的原地面高程，將各點高程對應地標于縱斷面米格紙上，然后用直線連接各點，畫出道路縱向的原地面圖。(2)確定最小填土高度由于路基要保證處于干燥或中濕狀態(tài)以上，所以查表得粉性土時路槽底至地下水的臨界高度為1.7-1.9m時為干燥狀態(tài)，由于地下水平均埋深為1.0m，路面厚度一般為60-80cm,所以算出最小填土高度為(3)拉坡首先是試坡，試坡以“控制點”為依據(jù)，考慮平縱結(jié)合、挖方、填方以及邊溝設置等眾多因素初步擬訂坡度線。然后進行計算，看拉的坡滿不滿足控制點的高程，滿不滿足規(guī)范要求，如不滿足就進行調(diào)坡。調(diào)坡時應結(jié)合選線意圖，對照標準所規(guī)定的最大縱坡、坡長限制以及考慮平縱線形組合是否得當進行調(diào)坡。在縱斷面設計時，由于平面設計時沒有注意平縱組合，所以在拉坡時要做到“平包豎”，其他方面都滿足標準。豎曲線各項指標：表1-1豎曲線指標設計車速（km/h）20最大縱坡（％）9%最小縱坡（％）0.5凸形豎曲線半徑（m）一般值200極限值100凹形豎曲線半徑（m）一般值200極限值100豎曲線最小長度（m）70(4)豎曲線計算根據(jù)設計得知：擬定R=5000，則：圖1-3豎曲線計算示意圖豎曲線內(nèi)樁號的高程計算已知k1+480的高程為130.62m計算公式為：右半部分：左半部分：其中：曲線上任意點到曲線起點（左半曲線）或終點（右半曲線）的水平距離。直線上點到相鄰變坡點的距離1.4橫斷面設計1.4.1根據(jù)最新交通網(wǎng)規(guī)劃，預測使用初期2008年年平均日交通量見下表，年平均增長率為6.0%。表1-2交通量組成車型解放CA10B黃河JN150斯柯達706R依士茲TD50長征XD980小汽車輛/d4001106020504001.4.2由《公路工程技術(shù)標準》規(guī)定：高速、一級公路以小客車為折算標準。表1-3各汽車代表車型與換算系數(shù)汽車代表車型車輛折算系數(shù)說明小客車1.0≤19座的客車和載質(zhì)量≤2t的貨車中型車1.5＞19座的客車和載質(zhì)量＞2t的貨車大型車2.0載質(zhì)量＞7t~≤14t的貨車拖掛車3.0載質(zhì)量＞14t的貨車1.4.3初始年交通量：N0=400+1.5×400+420×2.0=1840輛/日1.4.4確定主要技術(shù)標準1.4.4.1服務水平四級公路：三級服務水平1.4.4.2建筑限界W—行車道寬度H—凈空高度1.4.4.3路線(1)車道寬度當設計車速為20km/h時，車道寬度為3.00m(2)路肩寬度表1-4土路肩寬度一般值（m）最小值（m）土路肩寬度0.50.5(3)路基寬度路基寬度（m）：一般值：6.5最小值：4.5Ⅰ：各級公路路基寬度為車道寬度與路肩寬度之和，當設有中間帶、加（減）速車道、爬坡車道、緊急停車帶、錯車道等時，應計入這些部分的寬度。Ⅱ：確定路基寬度時，中央分隔帶寬度、左側(cè)路緣帶寬度、右側(cè)硬路肩寬度、土路肩寬度等的“一般值”和“最小值”應同類項相加。據(jù)任務書知道設計年限2010年，各種車輛折合成小客車的交通量合計為，查（JTGB01—2003）《公路工程技術(shù)標準》P11.0.3得公路等級為四級，車道數(shù)擬定兩車道。再查《公路工程技術(shù)標準》P123.0.11得四級公路車速為，取設計車道寬度為3.00m，得總車道寬度為3.00×2＝6.0m，由P11表3.0.5-1知一級公路車速為的土路肩的寬度為0.5×2=1.0m.(4)停車視距：20m(5)圓曲線最小半徑（m）：一般值：30極限值：15(6)最大縱坡：9%(7)最小坡長：60m表1-5豎曲線坡度指標縱坡坡度（%）456最大坡長（m）12001000700連續(xù)上坡（或下坡）時，應在不大于上面所規(guī)定的縱坡長度范圍內(nèi)設置緩和坡段。緩和坡段的縱坡應不大于3%，其長度應符合縱坡長度的規(guī)定。(8)豎曲線最小半徑和最小長度表1-6豎曲線半徑指標凸形豎曲線半徑（m）一般值200極限值100凹形豎曲線半徑（m）一般值200極限值100豎曲線最小長度（m）201.4.4.4路拱坡度查（JTJ001—97）《公路工程技術(shù)標準》P255.0.5得瀝青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均為1%-2%，故取路拱坡度為1.5%；路肩橫向坡度一般應較路面橫向坡度大1%-2%，故取路肩橫向坡度為2.5%，路拱坡度采用雙向坡面。1.4.4.5路基邊坡坡度由《公路路基設計規(guī)范》得知，當H<6m（H—路基填土高度）時，路基邊坡按1：1.5設計。1.4.4.6邊溝設計查（JTJ013—95）《公路路基設計規(guī)范》P204.2.3得邊溝橫斷面一般采用梯形，梯形邊溝內(nèi)側(cè)邊坡為1：1.0-1：1.5，外側(cè)邊坡與挖方邊坡坡度相同。少雨淺挖地段的土質(zhì)邊溝可采用三角形橫斷面，其內(nèi)側(cè)邊坡宜采用1：2-1：3，外側(cè)邊坡坡度與挖方邊坡坡度相同。本設計路段地處平原微丘區(qū)，故宜采用梯形邊溝，且底寬為0.6m，深0.6m，內(nèi)側(cè)邊坡坡度為1：1。1.4.5橫斷面設計步驟(1)根據(jù)外業(yè)橫斷面測量資料點繪橫斷地面線。(2)根據(jù)路線及路基資料，將橫斷面的填挖值及有關(guān)資料（如路基寬度、加寬值、超高橫坡、緩和段長度、平曲線半徑等）抄于相應樁號的斷面上。(3)根據(jù)地質(zhì)調(diào)查資料，示出土石界限、設計邊坡度，并確定邊溝形狀和尺寸。(4)繪橫斷面設計線，又叫“戴帽子”。設計線應包括路基邊溝、邊坡、截水溝、加固及防護工程、護坡道、碎落臺、視距臺等，在彎道上的斷面還應示出超高、加寬等。一般直線上的斷面可不示出路拱坡度。(5)計算橫斷面面積（含填、挖方面積），并填于圖上。1.5視覺分析1.5.1平縱線形的協(xié)調(diào)為了保證汽車行使的安全與舒適，應把道路平、縱、橫三面結(jié)合作為主體線形來分析研究，平面與縱面線形的協(xié)調(diào)組合將能在視覺上自然地誘導司機的視線，并保持視覺的連續(xù)性，該條道路地勢起伏較平坦，縱斷面以平坡為主，豎曲線半徑要適當，既要符合四級公路技術(shù)指標要求，又不宜使豎曲線長度太長而使路線填土過高而增加造價，而平曲線在選線時一般要考慮少占農(nóng)田，盡量貼原地面線走，以減少構(gòu)造物的工程量及設計施工難度，節(jié)約經(jīng)費，減少造價。圖1-4道路全線透視圖(1)平曲線與豎曲線的配合，設計時采用較大的豎曲線半徑方法，以獲得較好的視覺和行車效果。圖1-5路線平縱組合(2)透視圖的運用，平縱線形配合受到各種因素的制約和影響，同時要避免一些不良的組合，運用透視圖進行檢驗是很好的方法，設計時對有疑問的路段進行透視圖的檢驗，效果較好。圖1-6K0+000點透視圖從K0+000點可以看到K0+500米處，能很好的誘導司機視線。圖1-7K0+500點透視圖從K0+500點可以看到K0+800米處，能很好的誘導司機視線。同時路線的曲線變化能更好的引導司機注意力。圖1-8K0+800點透視圖從K0+800點可以看到K1+100米處，能很好的誘導司機視線。此時司機可以清晰的前方K1+000處的反向曲線。應注意減速行駛。(3)平面與橫斷面的綜合協(xié)調(diào)主要是超高的設計1.5.2圖1-9路線平面圖(1)定線時盡量避開村鎮(zhèn)等居民區(qū)，減少噪音對居民生活帶來的影響，同時采用柔性，瀝青混凝土路面以減少噪音。(2)路基用土由地方政府同意安排，利用開挖魚塘或溝渠，避免亂開挖，同時又利于農(nóng)田、水利建設。(3)注意綠化，對路基邊坡加強綠化和防護，在護坡道上和交叉口用地范圍內(nèi)的空地上均考慮綠化。1.6土石方的計算和調(diào)配1.6.1(1)土石方調(diào)配應按先橫向后縱向的次序進行。(2)縱向調(diào)運的最遠距離一般應小于經(jīng)濟運距(按費用經(jīng)濟計算的縱向調(diào)運的最大限度距離叫經(jīng)濟運距)。(3)土石方調(diào)運的方向應考慮橋涵位置和路線縱坡對施工運輸?shù)挠绊?，?/p>