道路勘测设计4+横断面设计ppt课件.ppt 104页

第四章横断面设计 主要内容：横断面的组成及类型；行车道、路肩、人行道的宽度和横坡度；中间带与路侧带的设置；平曲线的加宽、超高的原因和计算方法；爬坡车道与避险车道的设置；行车视距的保证；横断面的设计方法、土石方数量计算及调配。 定义：横断面：指道路中线上各点的法向切面；包括地面线和设计线。横断面设计：确定横断面结构组成及尺寸。第一节道路横断面组成一、公路横断面组成组成和尺寸确定原则：满足交通需求减少用地和投资 高速、一级公路横断面组成：行车道、中间带、路肩——必要组成部分紧急停车带、爬坡车道、变速车道等——特殊组成部分（一）路幅的构成 二、三、四级公路横断面组成：行车道、路肩错车道（一）路幅的构成高速、一级公路横断面组成：行车道、中间带、路肩——必要组成部分紧急停车带、爬坡车道、变速车道等——特殊组成部分 路基宽度：指路基顶面的总宽度；即行车道＋路肩的宽度。路面宽度：包括行车道、路缘带、变速车道、爬坡车道、紧急停车带、硬路肩等的宽度。（有路面铺装的宽度）路基的其它组成部分：（路基顶面以外）边坡、边沟及排水沟、护坡道、截水沟、碎落台、取土坑、弃土堆等路基、路面宽度定义： （二）路幅布置类型1．单幅双车道指的是整体式的供双向行车的双车道公路。适用：二、三级公路和一部分四级公路2．双幅多车道四车道、六车道和更多车道的公路，中间一般都设分隔带或作成分离式路基而构成“双幅”公路。适用：高速公路、一级公路3．单车道适用：交通量小、地形复杂、工程艰巨的山区公路或地方性道路，山区四级公路。－－－需设错车道：d＝300m，l＝20m 二、城市道路横断面组成1．单幅路－一块板（1）划出快、慢车行驶分车线，快车和机动车辆在中间行驶，慢车和非机动车靠两侧行驶。（2）不划分车线－车辆自由调节。 2．双幅路－两块板用分隔带或分隔墩将车行道分为上、下行车道。各自再根据需要决定是否划分快、慢车道。二、城市道路横断面组成 3．三幅路－三块板中间为双向行驶的机动车车道，两侧为靠右侧行驶的非机动车车道。二、城市道路横断面组成 4．四幅路－四块板在三幅路的基础上，将中间机动车车道分隔为二，分向行驶。二、城市道路横断面组成 一、行车道宽度的确定行车道：道路上供各种车辆行驶部分的总称；组成：快车道和慢车道，非机动车道（城市道路）。行车道的宽度：是根据车辆宽度、设计交通量、交通组成和汽车行驶速度来确定。第二节行车道宽度 行车道宽度：包括汽车宽度和富余宽度。汽车宽度：2.5m富余宽度：是指对向行驶时两车箱之间的安全间隙、汽车轮胎至路面边缘的安全距离。（一）一般双车道公路行车道宽度的确定B双=a+c+2x+2yx=y=0.50+0.OO5V 高速公路、一级公路中间带两侧为同向行驶汽车。根据观测得如下关系：（二）有中央分隔带的行车道宽度单侧行车道宽度：V=120km/h：每条宽度=3.75mV=100km/h：内—3.75m，外3.50m或3.75m （1）靠路边的车道宽①一侧靠边，另一侧为反向行驶的车道（三）城市道路行车道宽度②一侧靠边，另一侧为同向行驶车道 （2）靠中心线的车道宽度（3）同向行驶的中间车道宽度根据试验观测计算结果：B＝3.40-3.80m，一般取3.50m；V>40Km,可取3.75m 第三节路肩、分车带、路侧带与路缘石一、路肩的作用及其宽度1.路肩的作用（行车道外缘至路基边缘之间的带状部分）：(1)支挡作用;(2)临时停车或堆料;(3)增加有效行车道宽度;(4)道路养护作业、埋设地下管线的场地；(5)精心养护的路肩，增加美观。2.路肩的构成： 第三节路肩、分车带、路侧带与路缘石2.路肩的构成：硬路肩：有路面铺装的路肩。土路肩：加固路肩：粒料改善土混凝土预制块铺装土路肩：路基土 第三节路肩、分车带、路侧带与路缘石3.路肩的宽度： 第三节路肩、分车带、路侧带与路缘石4.路肩的设置：设置位置：整体式路基－行车道右侧设路肩分离式断面－行车道左侧设路肩设置宽度：高速、一级：>2.50m<2.50m时，在每500m范围内设紧急停车带，D＝3.5mL>30M城市道路：设计速度：V>40km时，设应设路肩V<40km时，设保护性路肩（土质、简易铺装）路肩最小宽度：不小于0.5m （一）中间带1．适用场合：高速、一级公路。四条和四条以上车道的公路应设置中间带。2．中间带=路缘带+中央分隔带+路缘带二、分隔带的作用及其宽度 3．中间带的作用：（1）将上、下行车流分开。（2）设置公路标志牌和作行人的安全岛使用。（3）分隔带种植花草灌木或设置防眩网。（4）路缘带可引导驾驶员视线. 4.中间带的宽度根据行车带以外的侧向余宽，防止驶人对向行车带的护栏、种植、防眩网，被交公路桥墩宽度来定。（一般在2.5~4.5m，特殊2.0m，路缘带0.5或0.75m） 5.中间带开口：作用：养护作业，救援等，设置在通视良好的路段类型：子弹头形（M>3.0m）圆形（M<3.0m）子弹头形:R1=25-120mR2=M/5R>15m （二）两侧带定义：布置在横断面两侧的分车带叫两侧带。作用：城市道路的横断面，可以分隔快车道与慢车道、机动车道与非机动车道、车行道与人行道等。最小宽度：规定为2.0～2.25m。在北方寒冷积雪地区，还应考虑能否满足临时堆放积雪的要求。1.种植带2.设施带 三、城市道路路侧带的组成及其宽度路侧带：位于城市道路行车道两侧的人行道、绿带、公用设施带的统称。1.人行道：行人步行之用，也有用作植物，立杆的场地，地下可埋设管线。（1）步行道宽度式中：——人行道宽度（m）；——人行高峰每小时行人流量（P/h）；——1m宽步行道的设计人通行能力（P/h.m）； 一条人行带（0.9-0.6m）的通行能力式中：Np——1条步行带的通行能力（300~1800P/h）；V——行人步速（kw/h），一般3~4km/h；L——行人间距（m），一般2~4m。（P/h）也可：式中：ωp——人行道宽度（m）；v——步行速度（m/s）；ρ——人群密度（P/m2）。 2.种植带人行道上靠车道一侧种行道树株距：4-6m树池：1.5*1.5，1.2*1.83.设施带放置护栏、灯柱、标志牌、信号灯的位置，可与种植带合并 四、路缘石路缘石：设置在路面与其它构造物之间的标石作用：（1）公路上的路缘石：导向、连接和便于排水，高度≤12cm（2）城市道路除上述作用外，应更人性化设计（形状，盲道等）太高的负作用：车驶上可能造成翻车小汽车开关车门最小高度需要 第四节路拱、边沟及边坡一、路拱及路肩的横坡度1.路拱：由中央向两侧倾斜的拱形，倾斜的大小称为横坡度，用%表示。作用：迅速横向排除降水。负作用：对行车不利、增加行车的不平稳，乘客不舒适。 2.路拱的形式：抛物线形二次抛物线：式中：x——横向水平距离y——对应x的路拱高度B——路面宽度h——路中心路拱高度i——路拱坡度（平均坡度）适用于路面宽度小于12m，而横坡又较大的中级或低级路面。 圆顶直线形路拱折线形－水泥路面采用3.路肩横坡度：土路肩：横坡度较路面宜增大1.0％～2.0％；硬路肩：一般情况下横坡度与行车道横坡度相同； 二、边沟作用：排除路面及边坡处汇集的地表水，以确保路基与边坡的稳定。设置条件：一般在公路路堑及高度小于边沟深度的低填方地段设置边沟。断面形状：三角形（石质地段）梯形（土质，排水量大的路段）浅碟形（土质，路容美观） 有关规定：（1）底宽与深度：不小于0.4m。（2）边沟纵坡：一般不应小于0.5%，特殊困难路段亦不得小于0.2%；当沟底纵坡较大时，为防止边沟冲刷，应采取加固措施。（3）边坡坡度：梯形边沟：内侧：1:1～1:1.5外侧：路堤段与内侧边坡相同，路堑段与挖方边坡一致三角形边沟：内侧：1:2～l:4，外侧：1:1～1:2。（4）边沟长度：不宜过长，一般不宜超过500m，多雨地区不宜超过300m的边沟。三角形边沟长度一般不宜超过200m。 三边坡坡度边坡坡度确定原则：应根据当地自然条件、岩土性质、填挖类型、边坡高度和施工方法等确定。路堤边坡坡度：由边坡填料的物理性质、气候条件、边坡高度以及工程水文地质条件选定。 路堑边坡坡度：应根据当地自然条件、土石种类及其结构、边坡高度和施工方法等确定。一般情况下，土质(包括粗粒土)挖方边坡坡度参照表5.4.8选用。一般土质挖方边坡高度不宜超过30m。 第五节平曲线路面加宽及其过渡平曲线加宽原因：（1）汽车在曲线上行驶，前后轮轨迹不重合，占路面宽度大。（2）由于横向力影响，汽车出现横向摆动。（一）加宽值的计算汽车行驶在曲线上，后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，因此，应增加路面内侧宽度。 1.普通汽车：b=R-（R1+B）（一）加宽值的计算式中：A——汽车后轴至前保险杠的距离（m）：R——圆曲线半径（m）。对于有N个车道的行车道： 2.鞍式列车：式中：b1——牵引车的加宽值；b2——拖车的加宽值；A1——牵引车保险杠至第二轴的距离（m）；A2—第二轴至拖车最后轴的距离（m）； 由于R’=R-b1，而b1与R相比甚微，可取R’=R。令A12+A22=A2，上式仍旧归纳成为：2.鞍式列车的加宽值计算方法：综上所述：兼顾考虑汽车摆动，加宽值计算如下：3.加宽值计算： 3.平曲线加宽标准：《标准》规定：平曲线半径≦250m时，在平曲线内侧加宽。根据三种标准车轴距的不同，轴距＋前悬＝5m＝8m5.2+8m分为三类加宽小客车载重汽车铰接车 三类加宽值的采用：四级公路和V=30KM的三级公路采用第1类加宽值；其余各级公路采用第3类加宽值。不经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第2类加宽值。 路面应在曲线内侧进行加宽。路面加宽后，路基也应相应加宽。四级路路基采用6.5m以上宽度时：当路面加宽后剩余的路肩宽度：≧0.5m时，则路基可不予加宽；<0.5m时，则应加宽路基以保证路肩宽度不小于0.5m。4.平曲线加宽要求： （二）加宽的过渡：加宽缓和段：路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上加宽后的宽度的渐变段。1．比例过渡：在加宽缓和段全长范围内按其长度成比例逐渐加宽。 式中：Lx——任意点距缓和段起点的距离（m）；L——加宽缓和段长（m）；b——圆曲线上的全加宽有破折，与行车轨迹不符，适用于二、三、四级公路任意点的加宽值： 任意点的加宽值：bx＝（4k3-3k4）b式中：2．高次抛物线过渡联接圆滑、美观；适用于适用于高速、一级公路及对路容有要求的二级公路。 3．回旋线过渡在缓和段上插入回旋线，这样不但中线上有回旋线，而且加宽以后的路面边线也是回旋线，与行车轨迹相符，保证了行车的顺适与线形的美观。适用于适用于高速、一级公路及对路容有要求的二级公路的下列路段：（1）位于大城市近郊的路段；（2）桥梁、高架桥、挡土墙、隧道等构造物处；（3）设置各种安全防护设施的地段。 （三）加宽缓和段的长度（1）对于设置有缓和曲线的平曲线，加宽缓和段应采用与缓和曲线相同的长度。（2）对于不设缓和曲线，但设置有超高缓和段的平曲线，可采用与超高缓和段相同的长度。（3）即不设缓和曲线，又不设超高的平曲线，加宽缓和段应按渐变率为1：15且长度不小于10m的要求设置。Lj=15b，且Lj≥10m （一）超高及其作用定义：超高是指路面做成向内侧倾斜的单向横坡的断面形式。弯道上横向力系数μ表示；第六节平曲线超高设计减小横向力的方法：增大曲线半径：有时是困难的降低车速：设计中不推荐增大向内侧倾斜的横坡——设置超高横坡：（成本低、效果好）设置超高后： （二）超高横坡度的计算1．最大超高和最小超高超高横坡度ih应按计算行车速度、半径大小、结合路面种类、自然条件和车辆组成等情况确定。最小超高：等于路面拱度。2．超高横坡度计算公式： 绕路面内边缘旋转：一般用于新建工程。绕路中线旋转：一般用于改建工程绕路面外边缘旋转：可在特殊设计时采用。（三）超高过渡方式：1.无中间带道路的超高过渡 2.有中间带公路的超高过渡绕中间带的中心线旋转：中间带宽度较窄（≤4.5m）的公路可采用；绕中央分隔带边缘旋转：各种宽度中间带的均可采用绕各自行车道中线旋转：车道数大于4条的公路可采用 （四）超高缓和段长度超高缓和段（超高过渡段）：从直线上的双向坡渐变到圆曲线上的单向坡的路段直线上无超高→缓和曲线上渐变→圆曲线上全超高。 1.绕路面内边缘线旋：（四）超高缓和段长度p—超高渐变率附加纵坡: 2.绕路面中线旋转：（四）超高缓和段长度附加纵坡: 3.《规范》推荐公式：式中：Lc——超高缓和段长（m）；β——旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）；β=B：绕路面内边缘线旋转β=B/2：绕路中线旋转Δi——超高坡度与路拱坡度的代数差（%）；Δi=ih：绕路面内边缘线旋转Δi=ih+i1：绕路中线旋转p——超高渐变率，即旋转轴线与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间的相对坡度。 多车道公路的超高缓和段长度，视车道数按上式计算之值乘以下列系数K：从旋转轴到行车带边缘的距离系数K2车道1.53车道2.0设有缓和曲线的，超高可在其内完成。不设缓和曲线的，直线和园曲线各一半。 ZHHY1.超高形成过程：(1)绕路面内边缘线旋转（五）横断面上超高值的计算提肩双坡阶段全超高阶段旋转阶段 ZHHY提肩双坡阶段全超高阶段旋转阶段1.超高形成过程：(1)绕路面内边缘线旋转(2)绕路面中线旋转（五）横断面上超高值的计算 (1)正常断面：2.绕路面内边缘线旋转超高值计算方法h中h右h左路线设计高程定义：超高值就是指设置超高后路中线、路面边缘及路肩边缘等计算点与路基设计高程的高差。 （2）起始断面：ZH（HZ）不变坡差*宽度 （3）全超高断面：路线设计高程旋转轴h0=bJiJh0（x>x0） （4）双坡断面：（x≤x0）iGihiGB双坡阶段长度x0计算：超高过渡原则：路面外边缘高程按正比例升高，直到超高横坡断面。路面横坡度按正比例增加，直到超高横坡度。 《规范》7.5.6条规定，当线形设计须采用较长的回旋线时，横坡度由2%（或1.5%）过渡到0%路段的超高渐变率不得小于1/330（0.3%）。这时，不利于路面横向排水，应限制x0的长度。可按p1=0.3%计算x0： iG双坡断面超高值计算：（x≤x0） 双坡断面超高值计算：（x≤x0）式中：x——计算里程桩号离开超高缓和段起点的距离。x=Lcz-ZH或x=HZ–Lczb---加宽值 （5）旋转断面：（x≥x0）旋转断面渐变率p＝双坡断面渐变率p时：旋转断面渐变率p≠双坡断面渐变率p时： 旋转阶段超高值： 路面超高图:就是指路面横坡度沿路线纵向的变化图。应用：纵断面图中“超高”栏设计文件组成部分之一：超高方式图（六）路面超高方式图的绘制方法超高方式图绘图规则：（1）按比例绘制一条水平基线，代表路旋转轴，并认为基线的路面横坡度为零。 （2）绘制两侧路面边缘线。用实线绘出路线前进方向右侧路面边缘线，用虚线绘出左侧路面边缘线。若路面边缘高于路中线，则绘于基线上方，反之；绘于下方。路边缘线离开基线的距离，代表横坡度的大小（比例尺可不同于基线）。（3）标注路拱横坡度。向前进方向右侧倾斜的路拱坡度为正，向左倾斜为负。----- ------ 习题:1．试计算六车道高速公路(34.5m路基，中央分割带3.00m，左侧路缘带0.75m)一个2000m半径的平曲线的超高缓和段长度。要求分别按绕分隔带边缘及各自车道中心旋转方式计算（一般气候条件）。2．已知某二级公路（山岭区、积雪寒冷地区）有一弯道，半径R=200m，Ls=60m，偏角35.15"24，JD=K12+452.68，路拱横坡为2%，试计算超高缓和段起点、超高横坡0%、2%、缓和段终点等特征点的里程桩号及超高值（加宽按高次抛物线过渡），并绘出超高设计图。 3．已知平原区某高速公路（28m路基）有一半径R=1200m的弯道，Ls=180m，偏角17°22‘34“，水泥砼路面，一般地区。试分别按缓和曲线全长及部分缓和曲线长度进行超高过渡，计算超高缓和段起点桩号（上、小半支），并计算缓和曲线段内25m间隔整桩的超高值（绕分隔带边缘旋转）。 视距问题出现处：平面：暗弯－曲线内侧可能有物体，树林建筑物遮挡视线。纵断面：凸形曲线凹形曲线－立体交叉遮挡需进行平曲线视距、纵断面视距和桥下视距检查第七节平曲线视距的保证 确定竖曲线最小半径时，已考虑 第八节横断面设计方法（一）公路横断面设计内容一、公路横断面设计1．确定路幅横断面尺寸（宽度及横坡度）；2．确定路基高度：纵断面设计完成；3．路基横断面形状设计：如梯形（直线式边坡）、折线式边坡、台阶形边坡；4．边坡坡度确定；路堤及路堑边坡，土质与岩石边坡5．横断面面积计算及土石方数量计算与调配 （二）路基横断面设计所需要的设计资料1．平曲线资料：半径、缓和曲线、偏角、曲线位置（交点桩号）等；2．每个中桩的填挖高度；3．路基宽度，路面宽度（分别确定左右侧宽度）；4．各中桩的超高值；5．路基标准横断面图式（典型横断面）；6．路基边坡坡度值；7．边沟、截水沟的形式及尺寸；8．弯道上视距的是否得到保证（视距台设计）。 （三）横断面图绘制方法1．在计算纸上绘制横断面的地面线。地面线是在现场测绘的，若是纸上定线，可从大比例尺的地形图上内插获得。横断面图的比例尺一般是1：200。K5+300.00右：3.7,-0.17,12.7,-1.07,25,-2.31左：6.4,0.82,8.7,1.3,13.58,1.79,25,2.872．绘出设计线：“戴帽子”K5+300.00T=2.52 3.绘出防护及加固设施的断面图。4．根据综合排水设计，画出路基边沟、截水沟、排灌渠等的位置和断面形式。（四）编制路基设计表应在绘制横断面图之前完成。1．在计算纸上绘制横断面的地面线。地面线是在现场测绘的，若是纸上定线，可从大比例尺的地形图上内插获得。横断面图的比例尺一般是1：200。2．绘出设计线：“戴帽子”（三）横断面图绘制方法 二、城市道路横断面设计（一）横断面设计图当按照城市道路的交通性质、地形条件以及近期与远期相结合的原则确定了横断面组成和宽度以后，即可绘制横断面设计图。 （一）横断面设计图当按照城市道路的交通性质、地形条件以及近期与远期相结合的原则确定了横断面组成和宽度以后，即可绘制横断面设计图。（二）横断面现状图沿道路中线每隔一定距离绘制横断面地面线。（三）横断面施工图二、城市道路横断面设计 一、横断面面积计算（一）积距法：（条分法）适用于不规则图形面积计算。把横断面图划分成若干条等宽的小条，累加每一小条中心处的高度，再乘以条宽即为该图形的面积。第九节路基土石方数量计算及调配 一、横断面面积计算（一）积距法：（条分法）适用于不规则图形面积计算。把横断面图划分成若干条等宽的小条，累加每一小条中心处的高度，再乘以条宽即为该图形的面积。第九节路基土石方数量计算及调配每个小条块的近似面积为：横断面面积： （二）块分法：把横断面图上地面线及设计线的转折点划分成若干块不等宽的梯形或三角形，分别计算为一块图形的面积并累加起来，即为该图形的面积。适用于计算机计算，精度高。 已知断面图上各转折点坐标（xi，yi），则断面面积为：（三）坐标法 二、土石方数量计算1.平均断面法：若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱体其体积的计算公式为： 2.棱台体积法：若F1和F2相差甚大，则与棱台更为接近。其计算公式为：二、土石方数量计算1.平均断面法：若相邻两断面均为填方或均为挖方且面积大小相近，则可假定两断面之间为一棱柱体其体积的计算公式为： 3.土石方数量计算应注意的问题：（1）填挖方数量分别计算，（填挖方面积分别计算）；（2）土方、石方应分别计算，（土石面积分别计算）；（3）路基填、挖方数量中应考虑路面所占的体积，（填方扣除、挖方增加）；（4）大中桥位处所占的路基土石方应扣除。4.编制路基土石方数量计算表5.编制每公里路基土石方数量表 土石方调配的目的：确定填方用土的来源、挖方弃土的去向；以及计价土石方的数量和运量等。填方土源：附近挖方利用借土挖方去向：调往附近填方弃土（一）土石方调配原则（1）就近利用，以减少运量；（2）不跨沟调运；（3）高向低调运；三、路基土石方调配 土石方计算表调配法：公路设计文件推荐方法。土石方调配后，应按下式进行复核检查：横向调运+纵向调运+借方=填方横向调运+纵向调运+弃方=挖方挖方+借方=填方+弃方（二）土石方调配方法 （三）关于调配计算的几个问题（1）经济运距：移挖作填与附近借方经济比较，调运填方的最大距离即所谓“经济运距”。式中：B——借土单价（元／m3）；T——远运运费单价（元／m3·km）；L兔——免费运距（km）。是确定借土或调运的界限 （2）平均运距运距：是指从挖方体积的重心到填方体积的重心之间的距离。平均运距：挖方路段中心桩号至填方路段中心桩号的距离计算。（3）运量土石方运量为平均运距与土石方调配数量的乘积。单位：m3·km（三）关于调配计算的几个问题（1）经济运距：移挖作填与附近借方经济比较，调运填方的最大距离即所谓“经济运距”。 （4）计价土石方数量计价土石方数量=挖方数量+借方数量如某工程土石方数量：填方500m3挖方200m3借方400m3弃方100m3则计价土石方数量=600m3一般工程的土石方总量，实际上是指计价土石方数量。一条公路的土石方总量，一般包括路基工程、排水工程、临时工程、小桥涵工程等项目的土石方数量。对于独立大、中桥梁、长隧道的土石方工程数量应另外计算。 作业：已知某二级公路，路基宽度为12m，水泥混凝土路面，有一桩位填挖高度4.12m，路基边坡为1:1.5。试按1:200比例尺绘出该断面的横断面图，并计算横断面面积。该点横断面地面线实测资料如下：K5+300.00右：3.7,-0.17,12.7,-1.07,25,-2.31左：6.4,0.82,8.7,1.3,13.58,1.79,25,2.87