第四章横断面设计

第四章横断面设计 定义 道路横断面图 指道路中线上各点垂直于路线前进方向的竖向剖面图 道路横断面设计 研究路基横断面结构组成及尺寸的过程 第一节横断面组成及类型 一 公路横断面组成公路横断面的组成和各部分的尺寸要根据设计交通量 交通组成 设计车速 地形条件等因素确定 在保证必要的通行能力和交通安全与畅通的前提下 尽量做到用地省 投资少 使道路发挥其最大的经济效益与社会效益 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 避险车道等 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 二 路幅布置类型 1 单幅双车道单幅双车道公路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 二 城市道路横断面组成 1 单幅路 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 2 双幅路 在车道中心用分隔带或分隔墩将车行道分为两半 上 下行车辆分向行驶 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 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 四幅路在三幅路的基础上 再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 机动车道行车道宽度的确定机动车道行车道的宽度要根据车辆宽度 设计交通量 交通组成和汽车行驶速度来确定 行车道宽度应该满足车辆行驶的需要 双车道公路应满足错车 超车行驶所必须的余宽 四车道公路应满足车辆并列行驶所需的宽度 城市道路的横断面布置与公路的横断面布置差别很大 应该分别进行研究 第二节机动车道 路肩与中间带 双车道公路有两条车道 行车道宽度包括汽车宽度和富余宽度 根据 标准 第2 0 1条规定 设计车辆最大宽度为2 5m 加错车 超车所必须的余宽来确定行车道的宽度 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 2y x y 0 50 0 OO5V 高速公路 一级公路平原微微丘区采用3 75m的车道 计算行车速度为60km h时 仍采用3 50m 主要考虑因素 1 计算行车速度高 远景交通量大 特别是我国载重汽车混入率高 2 参考了德国 法国的高速汽车公路 意大利的太阳公路 日本的高速公路 东欧各国的一级公路 英国和加拿大的高速公路 其车道均为3 75m 3 美国各州公路的工作者协会认为 各级公路合乎理想的车道宽度为3 66 不宜大于3 97m 近年来美国有的城市将行车道度减为3 35m甚至3 05m 二 有中央分隔带的行车道宽度 图4 6 三 城市道路行车道宽度 图4 7 1 靠路边的车道宽2 靠路中线的车道宽3 同向行驶中间的车道 四 专用车道宽度专用车道主要有爬坡车道 变速车道 3 5米 错车道 5 5米 避险车道 4 5米 紧急停车带 5米 港湾式停靠站 3米 等 二 路肩的作用及其宽度1 路肩的作用 1 支挡作用 2 供临时停车或堆料 3 增加有效行车道宽度 4 提供道路养护作业 埋设地下管线的场地 5 精心养护的路肩 能增加公路的美观 2 路肩的构成 一 路肩的作用及其宽度1 路肩的作用 1 支挡作用 2 供临时停车或堆料 3 增加有效行车道宽度 4 提供道路养护作业 埋设地下管线的场地 5 精心养护的路肩 能增加公路的美观 三 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 中间带的构成 两条左侧路缘带中央分隔带3 中间带的作用 1 将上 下行车流分开 2 可作设置公路标志牌及其它交通管理没施的场地 也可作为行人的安全岛使用 3 分隔带种植花草灌木或设置防眩网 可防止对向车辆灯光眩目 还可起到美化路容和环境的作用 4 路缘带可引导驾驶员视线 4 中间带的宽度 根据行车道外侧余宽 护栏 种植 防眩网 桥墩等所需设施带宽度确定 中间带一般等宽 若需变宽时 宽度变化地点应设过渡段 过渡段应设在缓和曲线内 5 中间带开口 开口端形状 半圆形 宽度小于3米 和弹头形 宽度大于等于3米 图4 9 6 中间带的表面形式中间带的表面形式有凹形和凸形两种 凹形用于宽度大于4 5米的中间带 凸形用于宽度小于或等于4 5米的中间带 凸形中间带位于护栏前的路缘石对行车安全不利 1 易使驾驶员紧张 2 路缘石无反光标志 易被撞击 3 撞击路缘石易发生前胎爆胎 4 碰撞路缘石后撞击护栏 因此 应采用无凸起路缘石的中间带 或采用斜式或平式路缘石 路缘石最高点小于12厘米且位于护栏之后 7 中间带的侧向净距 图4 10 三 路拱及路肩的横坡度1 路拱横坡度 对于不同类型的路面由于其表面的平整度和透水性不同 再考虑当地的自然条件选用不同的路拱坡度 2 路拱的形式 抛物线形直线接抛物线形折线形 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 硬路肩宽度 2 25m时的曲线段的硬路肩横坡度应符合下表规定 第三节非机动车道 人行道与路缘石一 非机动车道非机动车道是专供自行车 三轮车 平板车及兽力车等行驶的车道 在城市规划设计中 应考虑设置专用的非机动车道系统 交通组织和横断面布置应尽可能使机非分离行驶 非机动车道设计应 宁宽毋窄 各种非机动车特性及所需车道宽度见表4 5 基本宽度推荐采用5米 二 人行道人行道主要是供行人步行之用 同时也是植树 立杆的场地 其地下空间还可以埋设管线等 一 人行道宽度人行道宽度包括行人步行道宽度和种植带 设施带宽度 应根据道路类型 功能 行人流量 绿化 沿街建筑性质及布设公用设施要求等确定 1 步行道宽度Wp Nw Nw1 一条步行带的通行能力式中 Np 一条步行带的通行能力 人 h v 行人步行速度 km h L 行人间距 m 式中 wp 步行带宽度 v 步行速度 m s p 人群密度 人 平方米 一条步行带的宽度一般取0 9米或0 75米 2 种植带宽度3 设施带宽度设施带宽度包括行人护栏 照明灯柱 标志牌 信号灯等的宽度 红线宽度较窄及条件困难时 设施带可与种植带合并 但应避免各种设施与树木间的干扰 二 人行道的布设见教材图4 13的六种形式 三 路缘石路缘石是设在路面与其他构造物之间的标石 路缘石用于分隔行车区域与其他交通方式运行区域 或分隔其他用途的区域 可标示出路面边缘的轮廓线 并起到支撑路面或路肩边缘的作用 且利于纵向排水 路缘石的形状有立式 斜式和平式几种 路缘石不宜太高 城市道路多采用立式 高出路面10 20厘米 缘石宽度宜为10 15厘米 第四节平曲线加宽设计平曲线加宽原因 1 汽车在曲线上行驶时 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 各轮迹半径不同 其中以后内轮轨迹半径最小 且偏向曲线内侧 故曲线内侧应增路面宽度 以确保曲线上行车的顺适与安全 1 普通汽车的加宽值计算方法 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 鞍式列车的加宽值计算方法 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 3 平曲线加宽标准 标准 规定 平曲线半径等于或小于250m时 应在平曲线内侧加宽 3 平曲线加宽标准 标准 规定 平曲线半径等于或小于250m时 应在平曲线内侧加宽 双车道路面的加宽值规定见表4 8 单车道路面加宽值按表列数值的1 2采用 三类加宽值的采用 四级公路和山岭 重丘区的三级公路采用第1类加宽值 其余各级公路采用第3类加宽值 对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 由三条以上车道构成的行车道 其加宽值应另行计算 3 平曲线加宽标准 标准 规定 平曲线半径等于或小于250m时 应在平曲线内侧加宽 双车道路面的加宽值规定见表4 8 单车道路面加宽值按表列数值的1 2采用 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 四级公路路基采用6 5m以上宽度时 当路面加宽后剩余的路肩宽度不小于0 5m时 则路基可不予加宽 小于0 5m时 则应加宽路基以保证路肩宽度不小于0 5m 分道行驶公路 当圆曲线半径较小时 其内侧车道的加宽值应大于外侧车道的加宽值 设计时应通过计算确定其差值 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 加宽缓和段内任意点的加宽值 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 加宽缓和段内任意点的加宽值 二 加宽的过渡 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 适用于二 三 四级公路 在加宽缓和段上插入一条高次抛物线 抛物线上任意点的加宽值 bx 4k3 3k4 b式中 2 高次抛物线过渡 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 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 挡上墙 隧道等构造物处 3 设置各种安全防护设施的地段 4直线和圆弧相切过渡 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 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 当汽车在弯道上行驶时 将受横向力的作用 其值大小可用横向力系数 表示 第五节平曲线超高设计 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 三 超高过渡方式1 无中间带道路的超高过渡 1 绕内边缘旋转 2 绕中线旋转 3 绕外边线旋转 图4 19 绕内边线旋转因行车道内侧不降低 利于路基纵向排水 新建工程多用 绕中线可保持中线高程不变 且在超高值一定情况下 外侧边缘抬高值较小 多用于旧路改造 绕外边线旋转仅用于改善路容的地点 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 1 绕路面内边缘线旋 四 超高缓和段长度 P 超高渐变率 超高渐变率 2 绕路面中线旋转 四 超高缓和段长度 3 规范 推荐公式 式中 Lc 超高缓和段长 m 旋转轴至行车道 设路缘带时为路缘带 外侧边缘的宽度 m B 绕路面内边缘线旋转 B 2 绕路中线旋转 i 超高坡度与路拱坡度的代数差 i ih 绕路面内边缘线旋转 i 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 确定超高过渡段Lc时应注意 1 一般在确定缓和曲线长度时 已经考虑了超高过渡段所需的最短长度 即取Lc Ls 2 若Lc Ls 应修改平面线形 使Ls Lc 无法修改时 将过渡段起点设在缓和曲线前的直线路段 3 若Ls Lc 但只要P 1 330 仍可取Lc Ls 否则超高过渡可设在缓和曲线某一区段内 全超高断面宜设在缓圆点或圆缓点处 4 四级公路不设缓和曲线 但若圆曲线设有超高 则应设超高过渡段 超高过渡段应设在紧接圆曲线的起 终 点的直线上 如直线长度不足 则超高过渡段在直线和圆曲线上各分配一半 五 横断面超高值的计算1 不设中间带的公路计算公式列表4 13和表4 14 参看图4 21 2 设有中间带的公路超高方式有三种计算公式列于表4 15和4 16 参看图4 22和4 23 六 超高图设计研究对象 两个或两个以上间距不太大的弯道 一 汽车的制动性汽车的制动性是指汽车行驶中强制降低车速以至停车 或在下坡时能保持一定速度行驶的能力 一 汽车制动性的评价指标评价汽车制动性的指标 制动效能 制动距离 制动效能的恒定性 抗热衰退性能 制动时汽车的方向稳定性二 制动距离 制动距离是汽车从制动生效到汽车完全停住 这段时间内所走的距离 第六节汽车的制动性 行车视距及其保证 汽车制动时 制动力P取决于轮胎与路面之间的附着力 在附着系数较小的路面上 若制动力大于附着力 车轮将在路面上滑移 易使制动方向失去控制 所以P值的极限值为P G 制动平衡方程式为 P RW RR RIP RR RI 0 忽略空气阻力 1 制动平衡方程式 2 制动距离 制动距离 1 行车视距定义 汽车在行驶中 当发现障碍物后 能及时采取措施 防止发生交通事故所需要的必须的最小距离 2 存在视距问题的情况 夜间行车 设计不考虑平面上 平曲线 暗弯 二 视距的类型 平面交叉处纵断面 凸竖曲线凹竖曲线 下穿式立体交叉 1 停车视距 汽车行驶时 自驾驶人员看到前方障碍物时起 至到达障碍物前安全停止 所需的最短距离 2 会车视距 在同一车道上两对向汽车相遇 从相互发现时起 至安全会车止 所需的最短距离 3 错车视距 在没有明确划分车道线的双车道道路上 两对向行驶汽车相遇 发现后即采取减速避让措施安全错车所需的最短距离 4 超车视距 在双车道公路上 后车超越前车时 从开始驶离原车道之处起 至可见逆行车并能超车后安全驶回原车道所需的最短距离 3 行车视距分类 4 目高 视线高 与物高 目高 视线高 是指驾驶人员眼睛距地面的高度 规定以车体较低的小客车为标准 采用1 2m 物高 路面上障碍物的高度 0 10m 一 停车视距的计算 1 定义 停车视距是指驾驶人员发现前方有障碍物后 采取制定措施使汽车在障碍物前停下来所需要的最短距离 2 停车视距构成 一 停车视距 感觉时间为1 5s 制动反应时间 制定生效时间 取1 0s 感觉和制动反应的总时间t 2 5s 在这个时间内汽车行驶的距离为 1 定义 停车视距是指驾驶人员发现前方有障碍物后 采取制定措施使汽车在障碍物前停下来所需要的最短距离 2 停车视距构成 1 反应距离 是当驾驶人员发现前方的阻碍物 经过判断决定采取制动措施的那一瞬间到制动器真正开始起作用的那一瞬间汽车所行驶的距离 2 制动距离 是指汽车从制动生效到汽车完全停住 这段时间内所走的距离 3 停车视距ST 考虑一定的安全距离 会车视距 定义 会车视距是在同一车道上两对向汽车相遇 从相互发现时起 至安全会车止 所需的最短距离 停车视距构成 1 反应距离 双向驾驶员及车辆 2 制动距离 双向车辆 3 安全距离 双向车辆保持间距因此 会车视距SH约等于2倍停车视距 二 超车视距 1 定义 超车视距是指汽车安全超越前车所需的最小通视距离 2 超车视距的构成 式中 V 被超汽车的速度 km h t1 加速时间 s a 平均加速度 m s2 超车视距的全程可分为四个阶段 1 加速行驶距离S1当超车汽车经判断认为有超车的可能 于是加速行驶移向对向车道 在进入该车道之前所行驶距离为S1 2 超车汽车在对向车道上行驶的距离S2 3 超车完了时 超车汽车与对向汽车之间的安全距离S3 S3 15 100m 4 超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离S4 以上四个距离之和是比较理想的全超车过程 全超车视距为 S超 S1 S2 S3 S4 折减后的超车视距为 折减的超车视距 S超 S1 S2 S3 S 4地形困难情况超车视距为 对向汽车行驶时间大致为t2的2 3 三 各级公路对视距的要求 1 高速公路 一级公路应满足停车视距 2 二 三 四级公路的视距应满足会车视距的要求 其长度应不小于停车视距的两倍 工程特殊困难或受其它条件限制的地段 可采用停车视距 但必须采取分道行驶措施 3 二 三 四级公路还应在适当间隔内设置满足超车视距 一般值 的超车路段 当地形及其它原因不得已时 超车视距长度可适当缩减 最短不应小于所列的低限值 在二 三级公路中 宜在3min的行驶时间里 提供一次满足超车视距的超车路段 一般情况下 不小于总长度的10 30 并均匀布置 一 平曲线视距检查方法 视距曲线 横净距 四 行车视距的保证 定义 横净距 在弯道各点的横断面上 汽车 视点 轨迹线与视距曲线之间的最大距离叫横净距 二 最大横净距及其计算 h 驾驶员视点位置 平面 距未设加宽的路面外边缘1 5m 或距路中线 高度 1 2m 定义 横净距 在弯道各点的横断面上 汽车 视点 轨迹线与视距曲线之间的最大距离叫横净距 二 最大横净距及其计算 1不设回旋线的横净距计算 1 L S 最大横净距计算方法 式中 Rs 驾驶员视点轨迹线半径 式中 Ls 曲线内侧视点轨迹线长度 1 不设回旋线的横净距计算 2 L S 最大横净距计算方法 2 曲线总长L S L 2 设回旋线的横净距计算 1 圆曲线长L S 最大横净距计算方法 2 曲线总长L S L 2 设回旋线的横净距计算 1 圆曲线长L S 最大横净距计算方法 3 曲线总长L S 三 保证行车视距的工程措施 1 清除障碍物 1 清除视距包络曲线与视点轨迹线间的全部障碍物 第七节路基横断面设计与计算 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 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 3 边坡坡度确定 路堤及路堑边坡 土质与岩石边坡4 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 2 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 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 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 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 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 第八节路基土石方数量计算及调配 已知断面图上各转折点坐标 xi yi 则断面面积为 二 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 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