道路桥梁与渡河工程设计书.doc

道路桥梁与渡河工程设计书第一，公路运输的特点是快速灵活，直达门户。本公路的新建，将加速该地区原材料和产品的流通，使货物运转缩短，资金周转加快，节省生产物流成本，特别对于贵重商品，易碎物件，要求防腐保鲜货种的运输，本新建公路更将发展优势。 第二，由于本公路等级较高，建成以后，便捷通行的特点，使得道路沿线将能够以低的运输成本优势，吸引许多新的加工型企业，特别是中小型企业的转移，将使得各种企业的分布趋于合理化。第三，将加强城乡之间的联系，加速城乡一体化的建设。金华地区十分重视发挥城市经济中心的作用，建立了以城市为中心，以小城镇为纽带，以广大农村为基础的城乡经济、文化和科技网络。本公路的修建，将拓宽和纵向发展城市工业与浙江乡镇企业间的横向联合，带动了农村的综合发展。第四，将促进以“江河湖海相通、铁公水空相衔接”的立体综合运输体系的形成。本公路的建设，无疑将快速灵活的汽车与运量大的火车以及价廉长距的水运，更加有机结合成联运网，使产品运输更加直接、便利、快速、准时。 第五，促进旅游事业的发展。作为“十大宜居城市”之一，金华市的自然景观资源丰富，为达到加快建设以横店影视城、永康方岩、武义温泉为代表的旅游业的目的，现有的公路交通网已经无法满足，该段公路的新建，使得各景点之间的通达能力变得更为便利，道路服务水平的提高也将提升旅客感官的舒适度，因而能更加吸引国内外的各类游客。 第六，吸引国内外投资。本公路建成后，能大大改善投资环境，提升地区经济服务的软实力，便捷的交通加上优美的地区环境，能吸收许多中外商人来此地区投资办厂，增加地区经济活力，为进一步发展铺垫基础。第七，加快地区经济结构的调整。随着国内经济结构的调整，浙江地区原本外向型的经济也将随之改变，作为我国经济最发达的地区之一，便捷的交通能够极大提升区域人员交流的流通速度，这将能极大加宽地区间经济的交流，为转变成内销型经济打下基础。总之，本公路对于促进金华市地区经济加速发展，综合立体运输网的形成，旅游事业的发展及转变经济结构方面具有积极意义。本路段的设计应按照安全、适用、经济、美观和有利于环保的原则以及最大减少对沿线自然环境及城镇农田的破坏的影响，实现公路与人文景观的和谐统一的目标，将其建成集经济、生态、环保为一体的具有可持续发展特征的公路。1.2 公路沿线自然条件1.2.1 地理位置南宁市位于广西壮族自治区南部偏西，是广西壮族自治区首府及广西政治、经济、文化中心，与越南社会主义共和国毗邻，地处亚热带，北回归线穿域而过。南宁处于中国华南、西南和东南亚经济圈的结合部，是环北部湾沿岸重要经济中心。面向东南亚、背靠大西南，东邻粤港澳琼、西接印度半岛，是华南沿海和西南腹地两大经济区的结合部以及东南亚经济圈的连接点，是新崛起的大西南出海通道枢纽城市。1.2.2 气候水文条件南宁位于北回归线南侧，属湿润的亚热带季风气候，阳光充足，雨量充沛，霜少无雪，气候温和，夏长冬短，年平均气温在21.6度左右，极端最高气温40.4度，极端最低气温-2.4度。冬季最冷的1月平均12.8摄氏度，夏季最热的7、8月平均28.2摄氏度。年均降雨量达1304.2毫米，平均相对湿度为79%，气候特点是炎热潮湿。南宁市主要河流均属珠江流域西江水系，较大的河流有邕江、右江、左江、红水河、武鸣河、八尺江等。1.2.3 地形地质条件南宁市地貌分平地、低山、石山、丘陵、台地5种类型，平地是南宁市面积最大的地貌类型。南宁市地形是以邕江广大河谷为中心的盆地形态。这个盆地向东开口，南、北、西三面均为山地围绕，北为高峰岭低山，南有七坡高丘陵，西有凤凰山（西大明山东部山地）。形成了西起凤凰山，东至青秀山的长形河谷盆地。盆地中央成为各河流集中地点，右江从西北来，左江从西南来，良凤江从南来，心圩江从北来，组成向心水系。盆地的中部，即左、右江汇口处，南北两边丘陵靠近河岸，形成一天然的界线，把长形河谷、盆地分割成两个小盆地，一是以南宁市区为中心的邕江河谷盆地；二是以坛洛镇为中心的侵蚀溶蚀盆地。第二章 路线2.1 公路等级及车道数确定本公路等级为高速公路，经调查得，近期交通量如下表所示。交通量年平均增长率为5.5%，设计年限为15年，拟定建成通车时间为2016年末。2.1.1交通组成及交通量2014年初交通组成及交通量见下表2-1，预测交通量增长率为5.5%。表2-1 2014年交通量车型分类代表车型数量（辆/d）小汽车桑塔纳200012500中型车江淮HK69111500中型车丰田FDA110L1000大型车黄海DD680900大型车黄河JN2531000拖挂车五十铃EXR181L500 公路工程技术标准（JTG B012003）中规定：确定道路等级时候交通量换算采用小客车为标准车型，各汽车代表车型和车辆折算系数规定见下表2-2（公路工程技术标准）。表2-2 代表车型和车辆折算系数 车型折算系数车种说明小客车1.019座客车质量2T货车中型车1.519座客车和载质量2-7T货车大型车2.0载质量7-14T拖挂车3.0载质量14T2.1.2 设计交通量计算设计交通量是指拟建道路到预测年限年时所能达到的年平均日交通量，其值是根据历年交通观测资料预测求得，目前多按年平均增长率计算确定。（检查全文对齐格式） （2-1）式中：AADT设计交通量（pcu/d）； ADT起始年平均日交通量（pcu/d）；年平均增长率(%)；n预测年限。由上式计算得到：12500+15001.5+10001.5+9002.0+10002.0+5003.0=21550PCU/d通车年交通量为:设计年限交通量为:2.1.3 主要技术标准的确定高速公路为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2500055000辆 ；六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量4500080000辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000100000辆/日。由以上规定结合拟建道路在国家和广西省的公路网的任务及功能，参考当地经济和土地资源情况。根据公路工程技术标准1，公路路线设计规范2道路等级确定为高速公路，项目处于平原微丘区，根据沿线地形、地貌特征，公路等级，交通量以及相关规范，设计速度采用100Km/h，双向4车道，行车道宽度为3.75m。路基宽度为26m（0.75m+3m+3.75m2m+3.5m+3.75m2+3m+0.75m）。公路等级及主要技术标准汇总于下表2-3表2-3 主要技术指标 项 目单 位规范值公路等级高速公路设计速度km/h100路基宽度m26平曲线一般最小半径一般值m700极限值m400不设超高平曲线最小半径m4000直线长度最小值同向曲线间m6V（600）反向曲线间m2V（200）停车视距m160最大纵坡%4.0最小坡长m250凹竖曲线最小半径一般值m4500视觉要求m10000凸竖曲线最小半径一般值m10000视觉要求m16000最大超高渐变率1/225路基设计洪水频率1/1002.2 选线2.2.1 道路选线一般原则路线是道路的骨架，它的优劣关系到道路本身功能的发挥和在路网中是否能起到应有的作用。影响路线设计除自然条件外尚受诸多社会因素的制约，选线要综合考虑多种因素，妥善处理好各方面的关系，其基本原则如下1） 以平面线形为主，合理解决避让、穿越、趋就等问题，穿线过程不考虑纵坡的限制。2）以设计数据为主导，远景设计为目标，大致控制细部。3）线形要求短捷、平顺、有美感。4）正确处理线形与环境的关系“少占田，避拆房，尽量不穿塘”，使路线的设置与周围环境相协调。5）正确处理路线与城镇的关系：应尽量避免穿越城镇、工矿区及较密集的居民点，“靠村不进村，利民不扰民”；尽量避开重要的电力、电讯设施。6）处理好路线与桥位的关系。一般情况下，桥位中线应尽可能与洪水的主流流向正交，桥梁和引道最好在直线上，条件受限时也可设置斜桥或曲线桥。小桥涵位置应服从路线走向，但遇到斜交过大或河沟过于弯曲，可采取改河措施或改移路线。7）注意不良地质的处理。8） 正确处理新旧路的关系：平原地区通常有较宽的人行大路或等级不高的公路，正确布置路线交叉。2.2.2 本次设计中选线在本设计中,路线的起终点已是确定的,因而在其中的走法有很多种。我们选线的任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求的、经济合理的最优方案。但影响选线的因素有很多,这些因素有的互相矛盾,有的又相互制约,各因素在不同情况下的重要程度也不相同,不可能一次就找出理想方案来,所以最有效的方法就是进行反复比选来求最佳方案。在本设计的地形图上,结合设计资料,我最初拟定了两种可能的路线走向方案（如平面设计面所示）已采用的推荐方案为方案；未采用的方案为方案。2.3 平面线形设计原则1平面线形设计必须满足标准和规范的要求。2平面线形应直捷、流畅，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。平面线形应直捷、流畅，并与地形、地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲，这是美学、经济和环保的要求。3保持平面线形的均衡和连续。（1）直线与平曲线变化应连续、均衡，圆曲线半径和长度与相邻直线长度相适应。直线与平曲线的组合中尽量避免以下不良组合：长直线尽头接小半径曲线，短直线接大半径的平曲线。（2）平曲线与平曲线的组合：相邻平曲线之间的设计指标应均衡、连续，避免突变。（3）高、低标准之间要有过渡4.注意与纵断面设计相协调。应考虑某些道路纵断面设计的特性，为纵断面设计留有余地，以利于平纵线形组合设计。5平曲线应有足够的长度。平曲线长度过短，驾驶员需急转转向盘，高速行驶不安全，离心加速度变化率过大，使乘客感到不舒适。因此，平曲线应有一定长度。2.4 各项设计参数确定2.4.1 直线（1）直线最大长度我国对于直线的长度未作出具体规定，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的措施。在景色有变化的地点其直线的最大长度（以Km计）可以大于20V（V为设计车速，以Km/h计），在景色单调的地点最好控制在20V以内。（2）曲线间直线最小长度同向曲线间的直线最小长度：同向曲线间若插入短直线，容易把直线和两端的曲线构成反弯的错觉，甚至把两个曲线看成是一个曲线。这种线形破坏了线形的连续性，容易造成驾驶员操作的失误。公路路线设计规范规定同向曲线的最短直线长度以不小于6V为宜。在受到条件限制时无论是一级公路还是低速公路都宜在同向曲线间插入大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或者C形曲线。反向曲线间的直线最小长度：转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和驾驶人员的转向操作需要，其间直线最小长度应予以限制。公路路线设计规范规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以Km/h计）的两倍为宜。2.4.2 圆曲线（1） 圆曲线的最小半径表2-4 半径规定值设计速度（Km/h）1201008060极限最小半径（m）650400250125一般最小半径（m）1000700400200不设超高最小半径（m）路拱2%5500400025001500路拱2%7500525033501900我国公路路线设计规范对于不同设计速度的公路圆曲线规定了一般最小半径、极限最小半径、不设超高最小半径。具体规定值如下表2-4所示（公路路线设计规范）（2）圆曲线半径的选用原则：选用曲线半径时，应尽量根据地形地物等条件，尽量采用较大半径的曲线，必须能保证汽车以一定的速度安全行驶。具体要求如下：一般情况下，宜采用极限最小平曲线半径的4-8倍或超高为2%-4%的圆曲线半径；地形条件受限时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形，使路线平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变；应同纵断面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合，最大半径不宜超过10000米。本次设计中设计速度为100Km/h，由公路路线设计规范中表7.3.2得本设计中公路圆曲线极限最小半径为400米，一般最小半径为700米。2.4.3 缓和曲线（1）缓和曲线的有关规定：1直线同半径小于不设超高最小半径的圆曲线径相连接处，应设置缓和曲线。2半径不同的同向圆曲线相连接处，应设置缓和曲线，当符合规范规定的特定条件时可不设缓和曲线。3各级公路的缓和曲线长度应满足规范规定的长度值要求。4回旋线长度应随圆曲线半径的增大而增大。当圆曲线部分按规定需要设置超高时，缓和曲线长度还应大于超高过渡段长度。（2）最小长度为使驾驶员能从容地打方向盘、乘客感觉舒适、线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线内完成，所以应规定缓和曲线的最小长度。从以下几方面考虑：1旅客感觉舒适2超高渐变率适中3行驶时间不过短公路路线设计规范中给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度如下表2-5所示表2-5 缓和曲线最小长度设计速度（Km/h）1201008060缓和曲线最小长度（m）100857060查照公路路线设计规范中表7.4.3可得本设计缓和曲线最小长度的最小值为85米，一般值为120米。（3）回旋线参数值A回旋线参数应与圆曲线半径相协调，研究认为：回旋线参数A和与之相连接的圆曲线之间只要保持 ，便可得到视觉上协调而又舒顺的线形。当R在100m左右时，通常取A=R；如果R100m，则选择A=R或大于R。反之，在圆曲线半径较大时，可以选择A在左右，如果R超过了3000m，即使A小于，在视觉上也是没有问题的。2.4.4 平曲线长度汽车在道路的曲线段上行驶时如果平曲线太短，驾驶员需要急转转向盘，高速行驶时候是不安全的，乘客也会因为离心力太大而感到不舒服。另外驾驶操纵来不及调整。所以公路路线设计规范规定了平曲线（包括圆曲线及其两端的缓和曲线）最小长度如下表2-6。表2-6 平曲线长度设计速度（Km/h）1201008060403020一般值（m）1000850700500350250200最小值（m）200170140100705040查照公路路线设计规范中7.8.1可得本设计中平曲线的最小长度的一般值为500米，最小值为170米。2.4.5 本设计中各参数规定值综上叙述：本次设计中（设计速度为100 Km/h）各参数的规范规定值如下表2-7所示。表2-7 参数规定值参数极限最小值一般值同向圆曲线间直线最小长度600反向圆曲线间直线最小长度200圆曲线最小半径400700缓和曲线最小长度85120平曲线最小长度1708502.4.6 本次平面线形设计过程本设计标段处于山岭区，地势起伏较大，河流水塘众多，应考虑的控制点较多，因而平面线形的设计应综合考虑路线总体布置而设计。尽量避免采用最小圆曲线半径，但是没有为避免使用一般最小圆曲线而特意增加工程量。在避让局部障碍物时注意了线形的连续、舒顺。同时，平面线形充分利用了地形处理好平、纵线形的组合，在平面线形设计时候兼顾到了纵断面的设计。本次设计中在平面线形设时，均合理使用了规范所规定的各种指标，圆曲线半径均大于规范规定的一般值。而且缓和曲线长度也尽量和圆曲线长度大致相等，满足缓-圆-缓的比例为1:1:1-1:2:1之间，使得线形更加平顺，利于行车。同时，平曲线长度也大于规范对于其长度规定一般值。总之，本次设计中的平面线形设计及组合设计满足一级公路对于平面线形指标的要求。2.3 平曲线计算2.3.1 基本型曲线设计与计算 对称基本型曲线计算图式3.1(1)曲线元素计算公式如下： (m) （2-2） (m) （2-3） = （2-4） (m) （2-5） (m) （2-6） (m) （2-7） (m) （2-8）式中：-设缓和曲线后圆曲线内移值(m)；q-缓和曲线切线增长值(m)； -缓和曲线长度(m)； -缓和曲线终点缓和曲线角()； -切线长(m)； -圆曲线半径(m)； -曲线长(m)； -转角()； -外距(m)； -切曲差(m)。(2)主点桩里程计算公式如下：ZH=JD-T ZH第一缓和曲线起点（直缓点）HY=ZH+ HY第一缓和曲线终点（缓圆点）YH=HY+ -2 YH第二缓和曲线终点（圆缓点）HZ=YH+ HZ第二缓和曲线起点（缓直点）QZ=HZ- QZ圆曲线中点JD=QZ+由于本次设计中未采用非对称型基本曲线，所以非对称型基本曲线的计算图式及公式不再赘述。2.3.2 计算实例以本设计中JD1为例计算平曲线要素，计算过程如下：（1） 平曲线要素计算交点桩号K2+162.472，曲线半径R=2000m，前后缓和曲线长度=400m。 =5.730 (o)内移值:=3.332 (m)切线增值:=199.93 (m)切线长:=600.541 (m)曲线长:=1189.469 (m)圆曲线长:=389.469 (m)外距:=42.994 (m)切曲差: =11.613 (m)（2）计算主点桩里程JD1 K2+162.472-T 600.541ZH K1+561.931+LS 400 HY K1+961.931+L-2LS 389.469YH K2+351.400+LS 400HZ K2+751.400- 594.734QZ K2+156.666+ 5.806JD1 K2+162.4722.3.3 本设计中平面设计方法本次设计主要是利用计算机辅助定线。将选定的路线的起点、终点和两个交点输入纬地三维道路CAD系统后，利用纬地三维道路CAD软件和人工进行平面线的动态交互设计，最后由纬地系统进行曲线要素、主点桩里程的计算和相关成果图表的生成。相关成果详见图表文件部分。第三章 纵断面设计3.1纵断面设计原则及要点3.1.1 一般原则纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线的自然地理条件和构造物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、平面与纵断面组合设计协调、以及填挖经济、平衡。（1）一般要求为：1设计必须满足公路工程技术标准（JTG B012003）的各项规定。2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性。起伏不宜过大和过于频繁。3尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。4一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。5纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。6对连接段纵坡，如大、中桥引道等，纵坡应和缓、避免产生突变。7在实地调查基础上，充分考虑通道、水利等方面的要求。（2）组合设计原则1应在视觉上能自然的引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。2注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。3选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。4注意与道路周围环境的配合，它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。（3）平纵线形组合的要求1平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。2平曲线与竖曲线大小应保持平衡。3要选择合适的合成坡度。3.1.2 本次设计纵断面设计难点本设计标段处于平原微丘区，由于地势起伏大，农田水塘分布较广；而且本地区雨量充沛，对土基最小填土高度也要求较高；对于需要穿越的丘陵地段，挖方量较大，对超过20m的挖方地段，需要进行稳定性分析,填挖大的地方需要修筑隧道。所以，本设计标段在纵断面设计时十分复杂，困难也比较多。国内近年来很多高速公路在纵断设计上采用了高填路堤方案，特别是在地势较为平坦的地段，为了满足农村和地方上大量频繁的地方交通，通道和小河航航道下穿净高的要求，纵坡始终降不下来，将路堤填土高度大大高于地面，平原、微丘区的一级公路就宛如一条土堆的“长龙”，在自然地形中显著凸出，阻隔着人们的视线，破坏地形地物，严重影响自然景观，不能不说是一大遗憾，而且这种遗憾恐怕是永久性的。纵坡变换频繁，坡长过短，则汽车加速、减速时换档频繁，不仅增加了驾驶员的精神负担，诱发交通事故，而且还会造成环境污染。另外由于高填方路堤自身荷载很大，而且其作用在地基上的时间持久，可能会导致地基(尤其是软土地基)的变形和沉降，使路基失稳；路基的变形和沉降会导致路面出现反射裂缝，使路面丧失一定的使用性能，降低其服务水平。3.1.3 本次纵断面设计要点本次纵断面设计的关键技术是有效减少填挖方量，考虑隧道位置。因为本公路沿线的地方道路较多，所以本设计路段公路的控制高程由路堤最小临界填土高度和结构物(通道、涵洞等)标高两部分进行控制。所以如何合理的确定有关构造物的类型、控制标高和数量是有效降低填挖方量与桥墩高度的关键技术。本次设计中在下面三个方面进行探讨了和论证。第一，构造物类型的选择。关于被交路上跨或下穿的选择，不仅对纵断面线形设计的工程造价有着举足轻重的作用，还对线形设计效果及其使用质量的优劣有着重要影响。分离式立体交叉设置时， 必须充分利用地形有利条件结合高速公路的填土高度， 合理确定被交路上跨或下穿方案。上跨主线的分离式立交桥， 往往存在纵坡较大、接线处理难等缺点，所以一般宜采用主线下跨方案。高速公路与地方道路、农耕道路及人行通道相交时可以考虑设置天桥和通道两种情况，选择天桥纵断面上不必设置竖曲线，同时可以降低路基填筑高度，节约占地；选择设置通道时，该处需要设置竖曲线，路基填筑高度相对的将要提高。仅就天桥与通道相比，天桥造价为通道造价的13-2倍，但是天桥可以使路基填高降低，则每公里可以节约大量土方 。通道虽然比天桥造价低，但是由于通道标高低，在降水量大的季节可能会积水影响交通，需要相应的排水设施，从而增加使用费用。通道和天桥的选择需作经济、技术比较。如果节约的土方费用能满足其他工程处理的费用，则应选择设置天桥或主线下穿方案，这种方案的选择在降低路基高度的同时，增加了视觉舒适性，也就增加了线形的安全性，而且少占用农田，减少由于取土而增加的环保费用，具有良好的经济效益和环境效益。当选择通道时，为了在设置大半径竖曲线提高线形视觉舒适性的同时，降低路基填筑高度，可以降低通道标高，采用钢筋混凝土通道，必要时辅以配套的排水设施；由于降低了构造物标高，该区段纵断起伏不大，也可以适当减少土方量。第二，天桥和通道的数量确定。天桥和通道的数目是确定适当坡度的关键，数目越多则填筑工程量越大，数目太少则影响高速公路两侧的居民出行、生物的分布。高速公路作为地区交通主干道， 首先应该服务于区中心城市， 促进大范围的经济发展。在此前提下， 应充分考虑沿线乡镇群众的生产和生活， 保持群众间的生活交往， 更好地促进当地经济进一步发展。若高速公路与地方道路相交就设置通道， 那么有的通道会利用率很低而失去了它应有的意义， 因而应根据地方道路的性质适当取舍或归并。对于因设某一通道而影响整个纵断面， 造成填土高度大幅度提高时。要研究改移道路使其从较高路堤下通过的可能性， 另外还应充分利用跨河桥边孔及排水箱涵作通道， 这是综合利用桥涵设施， 减少单建通道、降低填土高度的有效措施。通道的设置间距， 要掌握因地制宜的原则， 一般来说在经济发达、人口稠密地区以每公里设置2-3座通道是适宜的。第三，通道的净空标准。对于通道净空的确定， 设计时一定要实事求是， 坚持设计的科学性和公证性， 不迁就地方政过高的要求， 以免增加填土高度、增加工程造价。通道路面标高应结合排水考虑， 一般应高于原地面， 原则上不下挖， 便于雨水自排；少数通道根据地势， 若能有效地解决自排水问题，也可适当下挖， 不能只为了追求降低填土高度， 而盲目下挖， 尤其在南方多雨和地基潮湿地区更应提起注意， 否则通道内易积水， 影响使用功能。在确定跨越形式的基础上，采用建筑高度低、轻巧的跨线桥结构型式，并精细设计纵断面，使交叉净空既满足使用要求又不浪费。第四，平纵面线形的组合设计时候平曲线与竖曲线一一对应， 变坡点对应于平曲线中点，即平包纵，这是最理想的组合。设计中，必须充分考虑纵面线形与平面线形的对应关系。但是实际上平原微丘区一级公路往往平曲线半径很大， 平曲线长一般在1-2Km，有的达3-4Km。要想做到l:l的对应关系， 不但增加大量的土石方数量， 而且也难以满足各种构造物标高要求。实践证明， 在纵坡很缓时， 纵面多次起伏并不影响驾驶员行驶中视觉上的连续性。实际应用时， 应灵活掌握， 有条件时应尽力做到一一对应， 确有困难时， 一般以一个长平曲线包3个竖曲线为宜， 最多不能超过5个，设计过程中尽量作到一个长平曲线包住几个竖曲线，由于纵坡平缓坡差不大， 并采用大半径竖曲线， 线形仍然舒顺流畅，视觉良好。但是应注意平纵面线形的技术指标应大小均衡， 平曲线内的竖曲线半径一般取平曲线半径的10-20倍；同时，若一个平曲线内包了几个竖曲线， 则几个竖曲线的半径、及竖曲线长度也应保持均衡。3.1.4 本次设计纵断面设计优化方法第一，在构造物类型的选择上进行了充分的论证比选，在与地方道路相交的地方，主要机耕道路、行人道路和小路均设置成了通道。第二，天桥和通道的数量确定的时候进行了充分的优化，在尽量考虑了当地群众通行的情况下能少用则少用，在布置通道的时候一般没有轻易增加通道。但对于原有的行人道路或农耕道路，均以不改变原有路线的原则加设了通道，力求不影响当地群众的日常生活。第三，在通道净空的确定时候完全实事求是的进行设计，不追求过高的要求， 以免增加填土高度、增加工程造价。第四，盖管涵的设置。结合平面图和纵断面图布设盖管涵，在纵断面图上，选取纵断面设计线最低点的位置布设。第五，在平面和纵断面组合设计过程中力争平曲线与竖曲线一一对应，但是没有拘泥于规范，而是根据实际情况灵活处理，尽量采用半径大的竖曲线，使得线形仍然舒顺流畅，视觉良好。但是并不一味的最求大半径的设计，在使用最小半径能显著减少工程量的时候，可以考虑采用一般最小半径的设置。3.2 各项设计参数确定3.2.1 坡度(1) 最大坡度最大纵坡是公路纵断面设计中的重要控制指标。在地形起伏较大的地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。确定最大纵坡时，不仅考虑汽车的动力特性、道路等级、自然条件，还要考虑工程和运营的安全与经济等。我国公路工程技术标准对各级公路最大纵坡值给出了具体的规定。本次设计速度为100Km/h，查照公路工程技术标准中表3.0.16可得本设计的最大纵坡为3%。（2）最小纵坡我国公路工程技术标准规定在长路堑、低填设边沟路段以及其他横向排水不通畅的路段，为保证排水通畅，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均采用不小于0.3%的纵坡。在干旱地区，以及横向排水良好不产生路面积水的路段如直坡段的路堤填段，可不受最小纵坡限制。由于高速公路的路面排水一般采用集中排水的方式，其直坡段或半径大于不设超高最小半径路堤路段的最小纵坡仍应不小于0.3%。本次设计中最小纵坡限制为0.3%。3.2.2 坡长（1）最小坡长最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。我国公路工程技术标准中对各级公路的最小坡长作了具体的规定。本次设计速度为100Km/h，查照公路工程技术标准中表3.0.17-1可得本设计的最小坡长为250m。（2）最大坡长查照公路工程技术标准中表3.0.17-2可得本设计速度下的不同纵坡值的最大坡长限制如下表3-1所示。表3-1 最大坡长值纵坡坡度（%）345最大坡长（m）1000800600注：坡度小于3%的坡不限制坡长。3.2.3 竖曲线半径和长度在纵断面设计中，竖曲线的设计受众多因素的影响和限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线最小半径或最小长度：(1) 缓和冲击；(2) 行驶时间不过短；(3) 满足视距要求。根据以上因素，我国公路工程技术标准中表3.0.18对各级公路的竖曲线最小半径和最小长度作了具体的规定。本次设计速度为100Km/h，查照公路工程技术标准中表3.0.18可得本设计的竖曲线最小半径和最小长度如下表3-2所示。表3-2 竖曲线最小半径和最小长度凸型曲线凹形曲线最小半径一般值110004500极限值65003000最小长度一般值210210极限值85853.2.4 本设计中各项参数规定综上叙述，本次设计中纵断面设计各项参数规定汇总如下表3-3：表3-3 纵断面设计参数设计时速（Km/h）最大纵坡（%）最小纵坡（%）最小坡长（m）凸形竖曲线凹形竖曲线竖曲线 一般最小长度(m)极限最 小半径 （m）一般最 小半径（m）极限最小半径（m）一般最 小半径(m)10030.3250650011000300045002103.3 竖曲线计算3.3.1 竖曲线要素计算竖曲线要素的计算公式： (3-1) (3-2)T= (3-3) (3-4) 式中：R竖曲线半径(m) L竖曲线的曲线长(m) T竖曲线的切线长(m) E竖曲线的外距(m) 两相邻纵坡的代数差，以小数计， 当0时为凹型竖曲线；0时为凸型竖曲线。竖曲线计算示意图3.13.3.2 设计标高计算设计标高计算公式竖曲线起点高程=变坡点高程T切线高程=竖曲线起点高程+设计高程=切线高程h (3-5)式中：i1 前段坡线坡度； i2后段坡线坡度； x竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离(m)； h 竖距。3.3.3 计算实例下面以变坡点1为例进行竖曲线计算。变坡点1桩号为K3+890.000，高程为198.988m， i1=1.38%，i2=-1.63% ，R=20000m。则：竖曲线要素： =-3.01%，为凸形竖曲线。曲线长=602m切线长 T = 301m外距= 2.27计算设计高程（以计算桩号为K3+890.000处的设计高程为例）：竖曲线起点桩号=变坡点桩号T=（K3+890.000）301= K3+589.000竖曲线起点高程198.9883011.38%194.834（m）竖曲线终点桩号=变坡点桩号+ T=（K3+890.000）+301=K4+191.000竖曲线终点高程198.988301（-1.63%）203.894（m）横距：x=（K3+890.000）（K3+589.000）=301 (m)竖距:h=2.27切线高程=竖曲线起点高程+ =194.834+4.154=198.988(m)设计高程=切线高程h=198.9882.27=196.718(m)其它变坡点设计高程计算与上例类似，不再赘述。3.3.4 本设计中计算方法本次设计中纵断面设计是利用数字地面模型进行地面线插值并自动计算出其高程。人工确定出高程控制点后，输入纬地三维道路CAD系统，由人工和纬地三维道路CAD系统动态交互进行纵断面拉坡设计。最后由设计系统进行竖曲线要素及主点桩里程计算和相关成果图表的生成。相关成果详见图表部分。3.4方案比选3.1.1 方案比选主要原则1 在道路设计的各个阶段，应运用各种先进手段对路线方案作深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。2 工程造价与营运、管理、养护费用综合考虑：路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不要轻易采用极限指标，也不应不顾工程大小，片面追求高指标。3 处理好选线与农业的关系：选线应注意同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田或穿过经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。对沿线必须占用的田地，应按国家有关法规，做好造地还田等规划和必要的设计。4 路线与周围环境、景观相协调：通过名胜、风景、古迹地区的道路，应注意保护原有自然状态，其人工构造物应与周围环境、景观相协调，处理好重要历史文物遗址。5 工程地质和水文地质的影响：选线时应对工程地质和水文地质进行深入勘测调查，查清它们对道路工程的影响。对严重不良地质路段，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，应慎重对待，一般情况下应设法绕避。当必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。6 选线应重视环境保护：选线应重视环境保护，注意由于道路修筑及汽车运营所产生的影响和污染。3.1.2 方案比选将方案一和方案二从路线线型指标、水稻田占用、房屋拆迁情况、填挖方量、隧道长度与乡村道路交叉情况、总里程数进行对比，对比情况如下表3-4所示。表3-4 方案比选方案方案一方案二较优方案交点数24方案一各交点圆曲线半径2000、35002812.374、1200、1370.105、2400方案一水稻田占用情况占用较少水稻田占用较少水稻田相差不大房屋拆迁情况拆迁少量村民房屋拆迁少量村民房屋相差不大填挖方量填挖方量较小填挖方量较大方案一总里程数5121.1675093.180相差不大分析上表，主要考虑高速公路的线型指标，结合拆迁量、填挖方量和路线总长对工程造价的影响，路线迂回尽量少的原则。考虑主要矛盾，忽略次要矛盾，经过比较后第一种方案要优于第二种方案。所以采用第一种路线方案。第四章 横断面设计4.1 路基横断面设计4.1.1 路基宽度对于高速，路基宽度为土路肩、硬路肩、行车道、中间带宽度之和。特殊路段的变速车道、爬坡车道、紧急停车带等也均应包括在路基宽度范围之内。根据公路路线设计规范2，路基各部分宽度的规范要求及本设计采用值汇总于表4-1。表4-1 路基宽度技术标准项 目单 位规范值采用值公路等级高速公路高速公路设计速度km/h100100车道数个44路基宽度一般值m26.0026.00最小值m23.50行车道宽度m3.753.75中央分隔带宽度一般值m2.002.00最小值m1.00路缘带宽度一般值m0.750.75最小值m0.50中间带宽度一般值m3.502.00最小值2.00右侧硬路肩宽度一般值m3.003.00最小值m2.50土路肩宽度一般值m0.750.75最小值m0.754.1.2 路拱坡度、路肩横坡度高速公路整体式路基的路拱宜采用双向路拱坡度，由路中央向两侧倾斜。本设计中，路拱坡度设置为2%。本项目所在地区降雨强度较大，路线纵坡也较为平缓，且硬路肩外侧设置拦水带，故硬路肩横坡度设置为3%。当行车道或硬路肩横坡度大于或等于3%时，土路肩横坡应与行车道或硬路肩横坡值相同，故本设计中，土路肩横坡度设置为3%。4.1.3 路基边坡坡度 根据公路自然区划标准5，设计路段所在地区土质为粘性土。根据公路路基设计规范6，当边坡高度不大于10m时，路堤边坡坡率宜为1:1.5-1:1.75，边坡高度小于6m时，路堑边坡坡率宜为1:1.25-1:1.5. 综合土质，地形，水文等因素，本设计路段路堤边坡坡度设置为1:1.5，路线穿越鱼塘时，浸水路堤边坡设置为1:1.75，并在水位线以上设置宽度为2m的护坡道；路堑边坡设置为1:1.5。4.1.4 护坡道宽度6设置在填方路基边坡坡底的护坡道可以减小路堤边坡的平均坡度，提高路堤的稳定性。本设计项目护坡道宽度为2m。4.1.5 矮路基当路基边缘填方高度小于临界高度（一般约为边沟的深度）时，直接设计边沟，而不先按填方放坡后再设计排水沟。本设计项目矮路基临界高度设置为0.5m。4.1.6 公路用地范围公路路堤两侧排水沟外边缘（无排水沟时为路堤或护坡道坡脚）以外，或路堑坡顶截水沟外边缘（无截水沟为坡顶）以外不小于1m范围内的土地，在有条件的地段，高速公路和一级公路不小于3m范围内土地为公路路基用地范围6。本设计项目所在地区为山岭区，故路基两侧用地范围设置为3m。4.1.7 边沟、排水沟边沟、排水沟采用底宽0.6m，高0.6m的梯形排水沟。4.1.8 路基标准横断面图根据路基各组成部分宽度、路拱坡度、路肩横坡度、公路用地范围、路基边坡坡度，绘制路基标准横断面图（见标准横断面图）。4.2 路基超高加宽设计4.2.1 加宽设计根据公路工程技术标准（JTGB01-2003）中规定当平曲线的半径小于或等于250m时，应对平曲线内侧的行车道加宽，相应的路基也应加宽。本设计标段内内所有有圆曲线曲线半径均大于250m，故不设加宽。所以关于加宽设计在此不再赘述。4.2.2 路基超高设计1)超高及其作用为抵消或减小车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上做成外侧高于内侧的单向横坡形式，称为路基超高。合理设置超高，可全部或部分抵消离心力，提高汽车在平曲线上行驶的稳定性与舒适性3。2）超高值计算对任意半径圆曲线超高值的确定，由汽车在圆曲线上行驶时的平衡方程式可得3： （4-1）式中：速度v（km/h）是驾驶员根据路况和环境条件变化实际采用的行驶速度。根据运行速度计算结果采用运行速度代入计算。值主要与圆曲线半径有关，且随半径增大而减小。当设计速度为100km/h时，与R的拟合计算公式： (4-2)对不同行驶速度、不同半径对应的超高值，将计算出的值代入式（4-1）中计算，当计算出的超高值小于路拱横坡度时，取=；当计算出的超高值大于最大超高时，取=最大超高。本设计公路时速为100Km/h时，公路路线设计规范规定的不设超高的最小半径为4000米，设计中所有平曲线的圆曲线半径都小于该值，所以在圆曲线上应设置超高。(1)超高过渡方式本设计公路为整体式路基的高速公路，设有中央分隔带。所以超高过渡方式的设置采用的是绕中央分隔带边缘旋转的方法，即将两侧行车道分别绕中央分隔带边缘旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带维持原水平状态。（2）最大超高值和过渡段渐变率确定根据公路路线设计规范中表7.5.1规定，本次设计中圆曲线最大超高定为8%，超高渐变形式为线性；查照公路路线设计规范中表7.5.4规定，过渡段渐变率最大值为1/225，最小值为1/330。