道路工程道路线形设计.ppt

本次授课的目的 重点 难点 目的要求 通过该次课的学习 学生应重点掌握 道路纵断面的相关概念 最大纵坡和最小纵坡 缓和坡的概念 竖曲线设计步骤 熟悉纵坡设计的一般要求 了解竖曲线的最小长度和最小半径的相关规定 重点 难点 重点 道路纵断的相关概念 最大纵坡和最小纵坡 缓和坡的概念 竖曲线设计步骤 纵坡设计的一般要求 难点 竖曲线设计步骤 4 4道路纵断线形 一基本概念 1纵断面 用曲面沿道路中心线竖向剖切 展成直面 称纵断面 2地面标高 道路中线各桩号的地面高程 高程 点到水准面的垂直距离 3地面线 各点地面标高的连线 是一条不规则的空间折线 4设计标高 未设加宽 超高以前路基顶面边缘点的高程 改建公路为原路中线的标高 5设计线 各桩点设计标高的连线 它是经过技术上 经济上 美学上的比较后确定的 由纵坡线和竖曲线组成 6施工标高 同一桩号的设计标高与地面标高之差 H施工 H设计 H地面施工标高大于零为填方 小于零为挖方 7纵坡 纵坡线的坡度 等于同一坡段上两点间高差与水平距离的比值 i H2 H1 L 1 8变坡点 相临两坡线的交点 9变坡角 变坡点前后两坡度差 i1 i2 大于零设凸型竖曲线 小于零设凹型竖曲线 10竖曲线 平顺连接相临两坡段的竖向曲线 二 纵坡设计的任务 行车要求 纵坡小 行车阻力小 耗油少 修建费用 尤其山岭重丘区 纵坡如果小 会造成高填和深挖 造价高 纵坡设计的任务 根据公路的技术等级和地区的自然条件 经过技术经济比较 确定合理的坡度和坡长 三纵坡设计的一般要求 1满足 标准 中有关纵坡的规定 2纵坡应尽量平缓 起伏不宜过大和频繁 并应尽量避免使用极限值 同时还应考虑农业建设等 3应综合考虑地形 地质 气候等自然条件 采用适当的措施 以保证公路的稳定和畅通 4尽量减少土石方及其它工程量 以降低工程造价 四最大纵坡和最小纵坡 1最大纵坡 根据公路技术等级和自然条件所规定的纵坡最大值 见表1 4 21 1 4 22 四最大纵坡和最小纵坡 影响最大纵坡的主要因素有 汽车的动力特性 即爬坡能力 公路技术等级 等级高 车速高 纵坡小 自然条件 海拔高地区应进行纵坡折减 2最小纵坡 挖方路段以及其它横向排水不良地段所规定的纵坡最小值 imin 0 5 0 3 五坡长限制与缓和坡段 1最大坡长 限制最大坡长的目的 按动力因素要求 i 5 时 上坡时 道路阻力较大 Dmax f i应换抵挡行车 若采用最低挡 仍未驶出坡段 说明坡段太长 下坡时为保证行车安全 要多次制动 因此 i 5 时要限制坡长 见100页 最大坡长 i 5 的连续陡坡 坡长要折算 第一段 L1 200m i1 6 已占坡长的200 700 0 29第二段 i2 7 L2 1 0 29 500 355m i1 i2 i3 若L2 200m 则已占用的坡长限制为0 29 200 500 0 69 此后可接 i3 8 L3 1 0 69 300 93m 2最小坡长 限制最小坡长的目的 布设竖曲线 Lmin T1 T2满足行车平顺性的要求 坡道行程t 9 15s Lmin Vt 3 6 3缓和坡 当纵坡 5 的坡道达限制坡长后 按规定设置的较小纵坡的坡段 i缓 3 L Lmin 设置缓和坡的目的 通过对动力因素的分析知 当汽车通过一段陡坡后 车速一般都比较低 需要在一个纵坡较缓的坡段上提高车速 以便去爬越下一个陡坡 因此需设置缓和坡段 六平均纵坡与合成坡度 1平均纵坡 由若干坡段组成的路段 其两端点的高程差与路段长度之比 二级公路 三级公路 四级公路越岭线连续上坡 或下坡 路段 相对高差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 且任意连续3km i均 5 5 2合成坡度 公路在平曲线路段 如果纵向有纵坡并且横向有超高 则最大坡度既不在纵坡上 也不在超高上 而是在纵坡和超高合成的方向上 这是的最大坡度称为合成坡度 i合 如图2 27所示 合成坡度计算公式如下 式中 i纵 纵坡坡度 i横 超高横坡度或路面横坡 本次授课的目的 重点 难点 目的要求 通过该次课的学习 学生应重点掌握 竖曲线设计步骤 熟悉纵断面设计方法 了解纵断面图绘制的内容 重点 难点 重点 竖曲线设计步骤 纵断面设计方法 难点 竖曲线设计步骤 一 竖曲线要素计算 竖曲线有抛物线和圆曲线两种 这两种线形计算的结果在应用范围内是完全相同的 由于在纵断面上只计水平距离和垂直高度 斜线不计角度而计坡度 故竖曲线的切线长和弧长均以其水平投影的长度计算 七竖曲线 1 用二次抛物线作竖曲线的基本方程取xoy坐标系 设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1 i2它们的代数差用 表示 即 i2 i1 在图示坐标系下 二次抛物线一般方程为 对竖曲线上任一点P 其斜率为当x 0 i i1 x L时 将上式代入 得二次抛物线竖曲线的基本方程式为 切线支距 y i1x 竖曲线要素 T x 竖曲线任意点到竖曲线起 终点的水平距离 y 竖曲线任意点到切线的纵距 对于曲线前半部分 x 计算点桩号 起点的桩号 对于曲线后半部分 x 终点的桩号 计算点桩号 二 竖曲线的最小长度和最小半径 1凸型竖曲线 考虑视距S 2凹型竖曲线 主要考虑离心力 视距 依实验知F G 0 025时可满足行车要求 即R V2 3 2 L V2 3 2 3汽车行程时间 t 3s行程 Lmin Vt 3 6 V 1 2 各级公路的竖曲线的最小长度及最小半径P102 公路竖曲线的最小长度和最小半径 城市道路竖曲线的最小半径 三 竖曲线的设计及其计算 1竖曲线半径的确定 1 应遵守的一般原则 在不过分增加工程量的前提下 尽量选用大于或等于一般最小半径 结合纵断面起伏情况和标高要求 确定合适的外距值 按外距控制半径 1 应遵守的一般原则 考虑相邻竖曲线的连接 保证最小直坡段长度 用切线长控制半径 从夜间照明考虑 应选择大半径竖曲线 以加大照射距离 从施工和排水考虑竖曲线半径不能选择过大 条件受限制时 尽量选用大于极限最小半径 迫不得已时 才采用极限最小半径 2 考虑相邻竖曲线的衔接 同向竖曲线 特别是两个凹型 若两曲线间直线段不长时 应设成单 或复 曲线 反向竖曲线 若两曲线间最好有3S的直线段 2竖曲线要素计算 3竖曲线起终点桩号计算 起点桩号 变坡点桩号 T终点桩号 变坡点桩号 T例如 变坡点桩号K1 400 T 59 50m 则 起点桩号 变坡点桩号 T K1 400 59 50 K1 340 5终点桩号 变坡点桩号 T K1 400 59 50 K1 459 5 4计算竖曲线范围内各桩号的x y值 取整桩号 间距20米 桩号xyK1 36019 5y x2 2RK1 38039 5y x2 2RK1 40059 5y x2 2R 5计算各桩号的切线高程 变坡点高程 i1 转坡点桩号 计算点桩号 6计算各桩号的设计高程凹型竖曲线设计高程 切线高程 y凸型竖曲线设计高程 切线高程 y 竖曲线的设计及其计算步骤 1竖曲线半径的确定 2竖曲线要素计算 3竖曲线起终点桩号计算 4计算竖曲线范围内各桩号的x y值 5计算各桩号的切线高程 变坡点高程 i1 变坡点桩号 计算点桩号 6计算各桩号的设计高程凹型竖曲线设计高程 切线高程 y凸型竖曲线设计高程 切线高程 y 例1 平原区四级公路 某转坡点桩号为K4 200 高程为500 00m i1 0 05 i2 0 04 R 1500m 设计该竖曲线 解 1竖曲线要素计算 2曲线起终点桩号计算 起点桩号 变坡点桩号 T K4 200 67 50 K4 132 5终点桩号 变坡点桩号 T K4 200 67 50 K4 267 5 3计算竖曲线范围内各桩号的x y值 取整桩号 间距20m 桩号xy x2 2RK4 132 500K4 1407 50 02K4 16027 50 25K4 18047 50 75K4 20067 51 52K4 22047 50 75K4 24027 50 25K4 2607 50 02K4 267 500 4计算各桩号的切线高程 变坡点高程 i1 变坡点桩号 计算点桩号 起点K4 132 5 500 67 5 0 05 496 63K4 140 500 200 140 0 05 497K4 160 500 200 160 0 05 498K4 180 500 200 180 0 05 499K4 200 500K4 220 500 220 200 0 04 499 2K4 240 500 240 200 0 04 498 4K4 260 500 260 200 0 04 497 6终点K4 267 5 500 267 5 200 0 04 497 3 5计算各桩号的设计高程凸型竖曲线设计高程 切线高程 y 桩号xy切线高程设计高程K4 132 500496 63496 63K4 1407 50 02497 00496 98K4 16027 50 25498 00497 75K4 18047 50 75499 00498 25K4 20067 51 52500 00498 48K4 22047 50 75499 20498 43K4 24027 50 25498 40498 15K4 2607 50 02497 60497 58K4 267 500497 30497 30 例2 某山岭区二级公路 变坡点高程140 28m 桩号K10 240 i1 0 04 i2 0 03 在K10 240处有一石拱涵 涵顶标高为140 60m 要求涵顶填土至少0 5m 设计该竖曲线 解 1选定竖曲线半径 依外距确定 E 140 60 140 28 0 5 0 82m 又依规范知凹型竖曲线最小半径是450m 因此取R 1500m 可满足填土要求 2其余计算同上例 八纵断面设计 纵断面设计包括纵坡和竖曲线设计 采用选线 定线和室内设计的方法 一 纵断面设计方法 1准备工作 熟悉 标准 及设计任务书中有关纵坡的规定 根据外业资料 填注纵断面图中的土壤地质 里程桩号 地面高程 直线与平曲线 绘制地面线 标注桥涵位置 结构类型 孔径 水准点位置 高程等内容 2标注控制点 1 设计高程 沿河及受水淹没的路段 大中桥桥头引道的路基设计标高 应高出设计洪水位0 5m以上 平面交叉处 路基设计标高 铁路以轨顶高程为设计标高 小桥涵附近的路基 高出桥涵前雍水水位0 5m以上 立体交叉 与铁路交叉执行铁路有关规定 与公路交叉净空要求 与管线应大于6m 其它高程控制点 路线起终点 大中桥位 越岭垭口 河流水位 不良地质段的最小填土高度 最大挖深 隧道进出口 城镇 居民点等的必须和不必须通过点 不同地形 平原微丘区 保证路基稳定的最小填土高度 丘陵区 土石方平衡 山岭区 考虑纵坡 坡长 土石方平衡 经济点 当路线通过该点时 路基填挖方基本平衡 3试坡 试坡 依标准及其它因素 在纵断上试定出若干坡线 经反复比较选出符合技术标准 满足多数控制点 工程量最省的坡线为试定坡线 4调坡 调坡时需注意 便于施工 变坡点设在10m桩上 大中桥上不宜设竖曲线 小桥涵处的竖曲线应平顺 回头曲线处不宜设竖曲线 交叉口处衔接的纵坡应小于3 5核对 高填 深挖路段的高度 6定坡 7竖曲线设计 8标高计算 设计标高 竖曲线标高 施工标高 二 纵断面图绘制 纵坐标 垂直高程 横坐标 水平距离 纵坐标比例 10 横坐标 即 水平 1 2000或1 5000 垂直为1 200或1 500 纵断面设计步骤 1准备工作2标注控制点3试坡4调坡5核对 高填 深挖路段的高度 6定坡7竖曲线设计8标高计算 设计标高 竖曲线标高 施工标高 练习 有一条二级路 V 60Km h 竖曲线最小半径为1500m 某变坡点高程为139 28m 桩号K6 210m i1 4 i2 3 在K6 210m处设一涵洞 涵洞顶标高为140 60m 要求涵洞顶填土至少0 6m 设计此竖曲线 作业 1确定竖曲线半径应遵守的原则是什么 2什么是合成坡度 平均纵坡 最大纵坡 最小纵坡 3缓和坡的定义及设置的目的是什么 4纵断面设计的步骤是什么 本次授课的目的 重点 难点 目的要求 通过该次课的学习 学生应重点掌握 锯齿形街沟的概念 实际设计过程 平 纵线形的配合原则 熟悉锯齿形街沟的设置条件和方法 了解道路纵断面设计原则 桥梁隧道的线形设计 重点 难点 重点 锯齿形街沟的概念及实际设计过程 平 纵线形的配合原则 锯齿形街沟的设置条件和方法 难点 锯齿形街沟实际设计过程 4 5城市道路的锯齿形街沟 一设置锯齿形街沟的条件 当城市道路纵坡小于0 3 时 应设置锯齿形街沟 二街沟 指露出路面部分的侧缘石与路面边缘或平石 作为城市道路排水的三角形沟 街沟 街沟 三街沟设置方法 1是保持侧石顶面线与路中心线平行 即两者纵坡相等 的条件下 交替地改变侧石顶面线与平石 或路面 之间的高度 即交替地改变侧石外露于路面的高度 见下图 2在低处设置雨水进水口 使进水口处的路面横坡i4大于正常横坡i横 而在两相邻进水口之间的分水点处的路面横坡i3小于正常横坡 3雨水由分水点流向两旁低处进水口 街沟纵坡 即平石纵坡或路面边缘纵坡 升降交替 呈现锯齿形 分水点 分水点 雨水口 雨水口 四街沟数值 街沟数值 雨水口间距 35 40m 侧石外露高度最大值 18cm 最小值 12cm 雨水口间距 35 40m 侧石外露高度最大值 18cm 侧石外露高度最小值 12cm 雨水口间距 35 40m 左端 右端 则得i1l i1x n i中l i中x i中x n i2xi1l i中l i1x i2x 通常设计时 根据地物在沿线建筑物出入口 交叉口行人横道线上游 以及凹形竖曲线的最低处已布置好雨水口 然后在每段长度上取进水口间距l i中在纵断面设计时已经确定 m和n值也已定 则可计算分水点距离x以及l x 再计算i1 例 已知雨水进水口间距为40m i中 0 m 0 18m n 0 12m 试求街沟纵坡及分水点距离x 解 当i中 0 如i1 i2时根据公式可得 X l 2i1 i2 2 m n l 2 0 18 0 12 40 0 3 验算x m n i1 i中 20m 五实际设计过程 1根据地形设置雨水口位置 即雨水口间距l为已知的定值 2由路中心线标高推算分水点标高 比正常断面街沟高0 03m 进水口处标高 比正常断面街沟低0 03m 3计算街沟纵坡i1 i2 4保证街沟纵坡大于0 3 的排水要求 4 6道路平纵线形总体设计 一道路总体设计原则 1路线基本走向的选择 应根据指定的路线起 终点 中间控制点和道路等级 及其在路网中的作用 结合周围地形 地物条件 通过调查分析比选方案 确定一条最优路线方案 2根据道路等级确定设计速度 根据设计速度 制定采用的平纵线形技术标准 并应符合规范要求 3平面线形走向满足近期使用要求条件下 兼顾远期发展 依据规划道路中心线进行设计 贯彻交通需要和实际可能相结合的原则 路线设计方案和建设规模要充分考虑工程实施的可能性 注意节约工程投资 4重视环境保护 注意由于道路的修筑及汽车运行所产生的影响和环境污染 考虑相应的防治措施和对策 二道路纵断面设计原则 1 纵断面设计要遵循规划对地区竖向规划的总体布局 满足道路交通要求 并以规划的道路交叉口处控制标高结合现状道路标高进行设计 2 纵断面设计应满足等级通航净空净宽要求 3 公路纵断面设计应少填少挖 做到填挖平衡 4 新建公路路堤高度应满足最低路堤要求 保证路槽在不利季节处于中湿状态 路堤也不宜过高 以免增加道路沉降 5 城市道路纵断面设计应参照城市规划控制标高 并适应临街建筑地坪标高 考虑工程范围内地面水的排除 通常路中心标高应低于建筑地坪标高 其数值因横断面宽度不同而异 6 应满足各规划管线和现状管线的埋设要求 预留管线标高应适中 以方便道路周围地块开发时利用市政管线 三平 纵线形的配合 一 平 纵线形配合的原则 1平纵线形的合理组合设计 应保持线形在视觉上的连续性 能自然的诱导驾驶员的视线 使之在高速行驶的情况下 能安全舒适的行车 2平纵面线形的技术指标应大小均衡 使线形在视觉上心理上保持协调 在保证有足够视距的前提下 对于高速公路一级公路和平原区的二级公路 驾驶员在任一点上所能看到前方平面线形弯曲一般不超过两个 纵面线形起伏不应超过三个 3选用恰当的合成坡度 以利于路面排水和行车安全 二 平 纵组合的基本要求 1平曲线与竖曲线在相互重合时 平曲线应稍长于竖曲线 即 平包竖 二 平纵组合的基本要求 2平曲线与竖曲线的顶点对应关系 最理想的是顶点相重合 如果平曲线与竖曲线的顶点错开不超过平曲线长度的四分之一时 还可以得到较理想的线形 如果超过四分之一时 就会出现配合很差的线形 变坡点 交点 二 平纵组合的基本要求 3平曲线与竖曲线半径均较小时不宜重合 应设法将两者分开 若平曲线缓而长 竖曲线坡差小于1 可不要求平竖曲线的相对位置 平曲线可包括多个竖曲线 或竖曲线可大于平曲线 竖曲线 平曲线 二 平纵组合的基本要求 4平曲线和竖曲线半径大小应保持均衡一般取R竖 10 20 倍的R平5选