第二章平纵横三维断面设计.docx
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第二章平纵横三维断面设计
第二章平、纵、横三维断面设计
2.1道路等级的确定
2.1.1交通量换算
已知预算十年末交通量(年平均增长率Y=10%)为2500辆/日“公路工程技术标准—2.0.2”各种车型的折算系数为小客车1.0中型车1.5大型车2.0拖挂车3.0。
依据“国内外汽车参数”得知:
东风EQ140载重5.21t黄河,JN—150载重8.06t,解放CA10B载重4.00t,跃进NJ130载重2.5t。
十年末小客车标准车型交通量表2-1
车型
交通组成量
实际交通量
折算系数
换成小客车交通量
解放CA10B
65%
2500×65%=1625
1.5
2437.5
进NJ130
15%
2500×15%=375
1.5
562.5
黄河JN150
10%
2500×10%=250
2.0
500
东风EQ140
10%
2500×10%=250
1.5
375
∑=3875辆/日
依据“道路勘察设计”(见参考文献),交通辆换算公式为
式中:
—规划交通量(辆/日);
—起始年平均日交通量(辆/日);
—年平均增长率(%);n—预测年限(年)
换算十五年初平均日交通量:
用式(2—1)计算
辆/日
据服务对象,假设本条公路为三级公路。
“公路沥青路面设计规范JTGD50—2006”选三级公路路面为沥青表面处治时设计年限为八年。
2.1.2道路等级确定
地区的地形为重丘山岭区,公路使用性质任务是为沿线工农业服务,是沟通县乡村的支线公路,并小客车标准车型交通量为“公路工程技术标准JTGB01—2003”规定的三级公路小客车年平均日交通量2000—6000辆中间。
该公路为三级公路。
假设成立。
2.1.3道路技术标准的确定(重丘区三级公路)
依据“公路工程技术标准JTGB01—2003”该公路的各项设计值取如下:
设计速度30(㎞/h)
单车道宽度3.25m
土路肩宽度0.5m
路基宽度7.5m
停车视距30m
会车视距60m
超车视距150m
“公路工程技术标准JTGB01—2003”规定半径﹑坡度调整的范围如下:
圆曲线最小半径(m):
一般值:
65极限值:
30不设超高最小半径:
350最大纵坡:
8%
当路拱≤2.00%时为350;当路拱>2%时为45
同向曲线曲线间最短直线长度满足
反向曲线间最短线长度满足
越岭路线连续上坡(或下坡)路段,相对高差为200—500m时,平均纵坡不应大于5.5%;相对高差大于500m时,平均纵坡不应大于5%,任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%,最小坡长:
100m。
不同纵坡最大坡长表2-2
纵坡坡度(%)
4
5
6
7
8
最大坡长(m)
1100
900
700
500
300
连续上坡(或下坡)时,应在不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。
缓和坡段的纵坡应不大于3%,其长度应符合纵坡长度的规定。
竖曲线最小半径400m(凹凸形一般值),250m(凹凸极限值)。
竖曲线最小长度25m。
2.2选线
1.选线目的
选线是在规划道路的起终点之间选定一条技术上可行,经济上合理,又能符合使用要求的道路中心线的工作。
任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求,经济合理的最优方案。
选线的方法有实地选线,纸上选线和自动化选线。
本次设计选用有地形图的纸上选线方法。
2.山岭区选线特点
山岭地区山高谷深,坡陡流急,地形复杂,但山脉水系清晰,这就给山区选线指明了方向,不是顺山沿水,就是横越山岭。
路线布局时应考虑地形﹑地质和水文条件,对区域性地质构造﹑滑坡﹑岩堆﹑崩塌﹑泥石流﹑岩溶等严重不良地质地段,应认真调查清楚其特征﹑范围及对路线的影响。
考虑积雪和冰冻地区并结合居民点分布﹑城乡建设﹑工农业发展其交通水利设备相配合。
越岭线的展线方式主要有自然展线﹑回头展线﹑螺旋展线三种。
对控制点间的高差大,靠自然展现无法取得需要的距离以克服高差,或因地形地质限制,不宜采用自然展现时,路线可利用有利地形设置回头曲线进行展现。
其优点是便于利用有利地形,避让不良地形﹑地质和困难工程。
在两固定控制点间布线,应力求距离短捷,坡度缓和的路线,故应试坡布线。
2.3道路平面设计
2.3.1技术指标的选定
路线是指道路中心的空间位置,路线在平面上的投影称路线的平面,沿中心竖直剖切再进行展开则是路线的纵断面,中心上任一点的法向切面是道路在该点的横断面。
路线中心的平面位置是考虑社会经济﹑自然条件和技术条件等因素以后,经过平﹑纵﹑横综合考虑,反复修正才定下来的;沿中线的桩志进行高程测量和横断面测量,取得地面线和地质﹑水文及其他必要资料以后再设计纵断面和横断面。
现代道路平面线是有直线﹑圆曲线和缓和曲线构成的,称为平面线形三要素,道路平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合等问题。
地形较大起伏的地区,直线线形大多难于与地形相协调,易产生高填高挖路基,破坏自然景观,不易采用过长的直线。
采用短线形时均应视地形﹑地物情况而慎重选用。
“公路路线设计规范JTJ011—84”规定,当计算行车速度≥60km/h的公路:
1.同向曲线间的最小直线长(以m计)以不小于计算行车速度的6倍为宜。
在受条件限制时,宜将同向曲线该为大半径曲线或将两曲线作成复曲线﹑卵形曲线或C形曲线。
2.反向曲线间的最小直线长(以m计)以不小于计算行车速度的2倍为宜。
当直线两端设置缓和曲线时,也可以直接相连,构成S形曲线。
计算行车速度≤40km/h的公路,一般情况下可参考以上规定;但位于山岭重区的特殊困难地段,同向曲线间的最小长度应不小于计算行车速度的2.5倍。
2.3.2平曲线交点计算
依据“道路勘测设计”得知曲线要素计算公式
切点内移量q=
圆曲线偏移量P=
半径移偏量角
切距T=
曲线长L=
外距E=
m
超距D=2T-L
(1)基本线形曲线计算例如JD1的计算如下:
已知资料:
半径R=350m不设缓和曲线,右偏角
。
交点桩号KO+196.60,套用上公式得:
T=Rtan
=350xtan
=53.24
L=
aR=0.01745x17.3x350=105.66m
D=2T-L=2×53.24-105.66=0.82m
主点桩号的推算:
JDKO+196.60
-T53.24
ZY143.36
+L105.66
YZ249.02
-L/2105.66/2
QZ196.19
+D/20.82/2
JDK0+196.60
图2—1基本型曲线
JD1和JD3的计方法算同上。
交点要素计算表表2-3
JD
JD1
曲线要素
圆曲线半径R(m)
350
前切线长(m)
53.24
后切线长(m)
53.24
圆曲线长(m)
105.66
平曲线总长(m)
105.66
主点桩号
JD
K0+196.60
直圆点ZY
K0+143.06
曲中点QZ
K0+195.89
圆直点YZ
K0+248.72
(2)基本型带有缓和曲线线形计算
例如JD2的计算
已知R=30m,缓和曲线Ls=30m,右偏角a=
。
q=
=14.88m
=
=
T=
m
L=
m
E=(R+
m
D=2T-L=2×89.56-100.46=78.66m
主点桩号的推算:
JDKO+526.12
-T89.56
ZH436.56
+L100.46
HZ537.02
-L/2100.46/2
QZ486.79
+D/278.66/2
JDK0+526.12
JD2,JD8,JD9,JD10,JD11和JD13的计方法算同上。
交点要素计算表表2-4
JD
JD2
JD8
JD9
JD10
JD11
JD13
曲线要素
圆曲线半径R(m)
30
100
30
30
30
100
前缓和曲线(m)
30
50
30
30
30
30
后缓和曲线(m)
30
50
30
30
30
30
前切线长(m)
89.56
58.95
58.04
87.42
86.94
42.91
后切线长(m)
89.56
58.95
58.04
87.42
86.94
42.91
中间圆曲线长(m)
40.46
14.89
26.64
39.82
54.57
24.25
平曲线总长(m)
100.46
114.89
86.64
99.82
114.57
84.25
主点桩号
JD(m)
K0+526.12
K2+926.92
K3+161.66
K3+341.46
K3+592.66
K4+206.58
直缓点ZH(m)
K0+436.56
K2+867.97
K3+103.62
K3+254.04
K3+505.72
K4+163.67
缓圆点HY(m)
K0+466.56
K2+917.97
K3+133.62
K3+284.04
K3+535.72
K4+193.67
曲中点QZ(m)
K0+486.79
K2+925.42
K3+146.94
K3+303.95
K3+563.01
K4+205.80
圆缓点YH(m)
K0+507.02
K2+932.86
K3+160.26
K3+323.86
K3+590.29
K4+217.92
缓直点HZ(m)
K0+537.02
K2+982.86
K3+190.26
K3+353.86
K3+620.29
K4+247.92
(3)回头曲线计算
已知资料:
主曲线圆曲线半径R=20m,辅助曲线曲线半径r=40m,主曲线与辅助曲线半径之间的距离m=20m,交点偏角a=23.1°。
求辅助曲线的中心角
辅助曲线切线长
辅助曲线长
m
辅助曲线外矢距
求
角
自主曲线起点至辅助曲线顶点的距离
b=
回头曲线圆心至辅助曲线顶点的距离
D=d+
=37.40+11.60=49.00m
主曲线的中心角
回头曲线主曲线的长度
L=
回头曲线全长
S=2(
+m)+L=2(22.57+20)+77.31=162.45m
校正值
=S-2D=162.45-2x49=64.45
回头曲线控制桩里程计算:
回头曲线圆心点桩号K0+790.22
-D49.00
回头曲线起点及第一辅助曲线起点ZYK0+741.22
+L122.57
辅助曲线终点及第一缓和曲线起点YHK0+763.79
+m20
缓和曲线终点及主曲线起点HYK0+783.79
+L/277.31/2
曲线中点QZK0+822.45
+L/277.31/2
主曲线终点及第二缓和曲线起点YHK0+861.10
+m20
第二缓和曲线终点及第二辅助曲线起点HYK0+881.10
+L122.57
辅助曲线终点及终点桩号YZK0+903.67
回头曲线起点及终点桩之差等于回头曲线全长
(K0+903.67)-(K0+741.22)=162.45,校核无误。
其中JD4,JD5,JD6,JD7和JD12的计方法算同上。
回头曲线要素计算表表2-5
回头曲线
回头曲线1
回头曲线2
回头曲线3
回头曲线4
回头曲线5
回头曲线6
a
23.1°
21.8°
21.8°
11.6°
22.2°
19.2°
R
20m
20m
20m
20m
20m
20m
r
20m
30m
40m
50m
50m
50m
L
77.31m
74.78m
73.92m
74.05m
70.35m
71.40m
T
11.60m
7.5m
9.54m
9.69m
9.69m
9.69m
L1
22.57m
14.69m
18.72m
19.12m
19.12m
19.12m
E
1.65m
0.92m
1.12m
0.93
0.93
0.93
S
162.45m
164.16m
171.36m
192.29m
188.59m
189.64m
D0
64.45
64.16
63.66
65.79
62.09
63.14
主点桩号
JD
K0+790.22
K1+321.87
K1+642.23
K2+155.94
K2+498.78
K3+875.39
ZY
K0+741.22
K1+271.87
K1+588.38
K2+92.69
K2+435.53
K3+812.14
YH
K0+763.79
K1+286.56
K1+607.10
K2+111.81
K2+454.65
K3+831.26
HY
K0+783.79
K1+316.56
K1+637.10
K2+151.81
K2+494.65
K3+871.26
QZ
K0+822.45
K1+353.95
K1+674.06
K2+188.84
K2+529.83
K3+906.96
YH
K0+861.10
K1+391.04
K1+711.02
K2+225.86
K2+565.00
K3+942.66
HY
K0+881.10
K1+421.04
K1+741.02
K2+265.86
K2+605.00
K3+982.66
YZ
K0+903.67
K1+435.73
K1+759.74
K2+284.98
K2+624.12
K4+001.78
2.4道路纵断面设计
2.4.1竖曲线规范要求
1.纵断面线形设计
纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置,形状和尺寸问题,具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。
纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素,考虑路基稳定,排水及工程量等的要求对纵坡的大小,长短,前后的纵坡情况,竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计,从而设计出纵坡合理,线形平顺圆滑的最优线形,以达到行车安全、快速、舒适,工程造价省,运营费用较少的目的。
2.山岭区线性设计
该路地处山岭区,设计采用大纵坡,起伏与该区域地形相结合,尽量降低路堤高度,路线纵断面按25年一遇,设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态,所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线,反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径,使竖曲线首尾相接。
此外,所选用的半径还满足行车视距的要求,另外,竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。
3.纵坡设计
纵坡设计的一般要求“规范”要求
①纵坡设计必须满足《标准》的有关规定,一般不轻易使用极限值
②纵坡应力求平缓,避免连续陡坡,过长陡坡和反坡
③纵断面线形应连续,平顺,均衡,并重视平纵面线形的组合
纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑,为利于路面和边沟排水,一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜,在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高,以免遭受洪水冲刷,而确保路基的稳定;
纵坡设计应争取填、挖平衡,尽量利用挖方作就近填方,以减少借方和废方,节省土石方量,降低工程造价;
纵坡设计时,还应结合我过情况,适当照顾当地民间运输工具,农业机械、农田水利等方面的要求。
设计纵坡时还应注意以下几点:
⑴在回头曲线地段设计纵坡,应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡,然后向两端接坡,同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。
⑵平竖曲线重合时。
要注意保持技术指标均衡,位置组合合理适当,尽量避免不良组合情况。
⑶大中桥上不宜设置竖曲线。
如桥头路线设有竖曲线,其起(终)点应在桥头两端10m以外,并注意桥上线形与桥头线形变化均匀,不宜突变。
⑷小桥涵上允许设计竖曲线,为保证路线纵面平顺,应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。
⑸注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。
⑹纵坡设计时,如受控制点约束导致纵面线形欺负过大,纵坡不够理想,或则土石方工程量过大而育无法调整时,可用纸上移线的办法修改平面线形,从而改善纵面线形。
4.竖曲线设计要求:
①宜选用较大的竖曲线半径。
竖曲线设计,首先确定合适的半径。
在不过分增加工程数量的情况下,宜选用较大的竖曲线半径,一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值,特别是前后两相邻纵坡的代数差小时,竖曲线更应采用大半径,以利于视觉和路容美观。
只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。
②同向曲线间应避免“断背曲线”。
同向竖曲线,特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长,应合并为单曲线后复曲线。
③反向曲线间,一般由直坡段连续,亦可以相互直接连接。
反向竖曲线间设置一段直坡段,直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。
如受条件限制也可相互直接连接,后插入短直线。
④应满足排水要求。
2.4.2竖曲线交点计算
依据“道路勘测设计”竖曲线计算公式计算如下:
图2—2竖曲线要素示意图
(1)根据设计得知:
i1=0.0712i2=0.036拟定R=1400
变坡桩号k0+486.79高程1298.74w=i2-i1=-0.0352(凸型)
竖曲线长度:
L=R*w=49.28
切线长:
T=L/2=24.64
竖曲线变坡点纵距:
E=T^2/(2*R)=0.22
计算公式为:
右半部分:
左半部分:
其中:
曲线上任意点到曲线起点(左半曲线)或终点(右半曲线)的水平距离。
直线上点到相邻变坡点的距离。
以上公式计算竖曲线设计高程:
起点桩号k0+462.15终点桩号k0+511.43
起点高程1296.99终点高程1299.63
竖曲线设计高程表表2-6
桩号
横距(x)
竖距(h)
切线高程
设计高程
k0+462.15
0.00
0.00
1296.99
1296.99
k0+466.56
4.41
0.01
1297.01
1297.00
k0+470.00
7.85
0.02
1297.32
1297.30
k0+480.00
17.85
0.11
1298.21
1298.10
k0+486.79
24.64
0.22
1298.64
1298.42
k0+490.00
21.43
0.16
1298.84
1298.68
k0+500.00
11.43
0.05
1299.07
1299.02
k0+507.02
4.41
0.01
1299.41
1299.40
k0+510.00
1.43
0.0007
1299.50
1299.50
k0+511.43
0.00
0.00
1299.63
1299.63
(2)根据设计得知:
i1=0.036i2=0.0667拟定R=2500
变坡桩号k0+980.00高程1316.00w=i2-i1=0.031(凹型)
竖曲线长度:
L=R*w=76.75
切线长:
T=L/2=38.38
竖曲线变坡点纵距:
E=T^2/(2*R)=0.29
起点桩号k0+941.26终点桩号k1+018.38
起点高程1314.62终点高程1318.56
竖曲线设计高程表表2-7
桩号
横距(x)
竖距(h)
切线高程
设计高程
k0+941.26
0.00
0.00
1314.62
1314.62
k0+960.00
18.74
0.07
1315.24
1315.31
k0+980.00
38.74
0.29
1316.01
1316.30
K1+000.00
18.38
0.07
1317.34
1317.41
k0+018.38
0.00
0.00
1318.56
1318.56
(3)根据设计得知:
i1=0.0667i2=0.0327拟定R=1500
变坡桩号k1+160.00高程1328.00w=i2-i1=-0.034(凸型)
竖曲线长度:
L=R*w=51.00
切线长:
T=L/2=25.50
竖曲线变坡点纵距:
E=T^2/(2*R)=0.22
起点桩号k1+134.50终点桩号k1+139.50
起点高程1326.30终点高程1328.83
竖曲线设计高程表表2-8
桩号
横距(x)
竖距(h)
切线高程
设计高程
k1+134.50
0.00
0.00
1326.30
1326.30
k1+140.00
5.50
0.01
1326.65
1326.64
k1+160.00
25.50
0.22
1328.02
1327.80
k1+180.00
5.50
0.01
1328.64
1328.63
k1+185.50
0.00
0.00
1328.83
1328.83
(4)根据设计得知:
i1=0.0369i2=0.0738拟定R=2000
变坡桩号k1+850.00高程1353.50
w=i2-i1=0.0369(凹型)
竖曲线长度:
L=R*w=73.80
切线长:
T=L/2=36.90
竖曲线变坡点纵距:
E=T^2/(2*R)=0.34
起点桩号k1+813.10终点桩号k1+886.90
起点高程1352.14终点高程1356.22
竖曲线设计高程表表2-9
桩号
横距(x)
竖距(h)
切线高程
设计高程
k1+813.10
0.00
0.00
1352.14
1352.14
k1+820.00
6.90
0.01
1352.39
1352.40
k1+840.00
26.90
0.18
1353.22
1353.40
k1+860.00
26.90
0.18
1354.32
1354.50
k1+880.00
6.90
0.01
1355.80
1355.81
k1+886.90
0.00
0.00
1356.22
1356.22
(5)根据设计得知:
i1=0.0738i2=0.040拟定R=1500
变坡桩号k2+060.00高程1369.00w=i2-i1=-0.034(凸型)
竖曲线长度:
L=R*w=50.70
切线长:
T=L/2=25.35
竖曲线变坡点纵距:
E=T^2/(2*R)=0.21
起点桩号k2+034.65终点桩号k2+085.35
起点高程1367.13终点高程1
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- 第二章 平纵横三维断面设计 第二 纵横 三维 断面 设计