第四章横断面设计.ppt

,第四章横断面设计,本章主要介绍公路和城市道路的横断面组成及设计方法。,第四章横断面设计,4.1横断面组成,4.3行车道宽度,4.2路肩、中间带、边坡等,4.4路拱及超高,4.5横断面设计,4.6路基土石方计算,4.1横断面组成,定义,指道路中线上各点的法向切面，是由横断面设计线和地面线所构成的。,公路横断面,城市道路横断面,公路横断面,1.路幅指公路路基顶面两路肩外侧边缘之间的部分。有分隔带式：适用于等级高、交通量大的公路；无分隔带式：适用于二、三、四级公路。,.分隔带分隔（整体式断面）.将上、下行车道放在不同的平面上加以分隔（分离式断面）。,2.路幅分隔的方式：,延安-黄陵高速公路,昌九高速公路,公路横断面,3.路幅布置形式,单幅双车道,双幅多车道,单车道,.单幅双车道双幅多车道单车道,单幅双车道,双幅多车道,多幅多车道,单车道,单幅双车道,指整体式供双向行车的双车道公路。这类公路在我国公路总里程中占的比重最大；二、三级和部分四级路均属于这一类；交通量范围大，最高达7000辆/昼夜，行车速度2080km/h。,优点视距良好、各行其道的情况下，车速可以保证；缺点交通量大时，非机动车的混入，其车速和通行能力会大大降低。,.路拱：为了迅速排除路面和路肩上的降水，将路面和路肩作成有一定横坡的斜面。直线路段的路面为中间高两边低呈双向倾斜，称作路拱。,.超高：小半径曲线上为了抵消离心力，路面作成向弯道内侧倾斜的单一横坡，称作超高,双幅多车道,指四车道、六车道和更多车道的公路，中间一般都设分隔带或做成分离式路基而构成双幅路。这类公路在我国高速公路和一级公路均属于这一类。,优点设计车速高，通行能力大，每条车道能负担的交通量比一条双车道公路的还多；行车舒适，事故率低；缺点占地多，造价高。,宁马高速,一级公路,太美了，可惜堵车了,单车道,对于交通量小、地形复杂，工程艰巨的山区公路或地方性道路，可采用单车道。四级公路路基宽度4.5米，路面宽度3.5米属于此类；单车道公路应在不大于300米的距离内选择有利地点设置错车道，使驾驶员能够看到相邻两错车道驶来的车辆。,城市道路横断面,路幅布置形式,单幅路,双幅路,三幅路,机动车道非机动车道人行道绿化带分隔带,四幅路,单幅路,俗称“一块板”断面,各种车辆在车道上混合行驶。,一块板,单幅路适用于机动车交通量不大，非机动车较少的次干道、支路以及用地不足，拆迁困难的旧城市道路,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。,双幅路适用于单向两条机动车车道以上，非机动车较少的道路。有平行道路可供非机动车通行的快速路和郊区道路以及横向高差大或地形特殊的路段，也可采用双幅路。,双幅路,三幅路,在中间为双向行驶的机动车道，两侧为靠右侧行驶的非机动车道。,三幅路适用于机动车交通量大，非机动车多，红线宽度大于或等于40米的道路。,桂林解放桥,四幅路,在三幅路的基础上，再将中间机动车道分隔为二，分向行驶。,四幅路适用于机动车速度高，单向两条机动车车道以上，非机动车多的快速路与主干路。,Berlin,2.断面形式的选用,单幅路,双幅路,三幅路,四幅路,4.3路肩、中间带、边坡等,一、路肩,二、中间带,三、人行道,四、边沟与边坡,一、路肩,路肩是位于行车道外缘至路基边缘，具有一定宽度的带状结构部分。,定义,路肩由路缘带、硬路肩、土路肩组成,组成,一、路肩,作用,由于路肩紧靠在路面的两侧，具有保护及支撑路面结构的作用；供发生故障的车辆临时停放之用，有利于防止交通事故和避免交通紊乱；作为侧向余宽的一部分，能增进驾驶的安全和舒适感，对于保证设计车速是必要的，尤其在挖方路段，还可以增加弯道视距，减小行车事故；提供道路养护作业、埋设地下管线的场地。对未设人行道的道路，可供行人及非机动车等使用；在不损坏公路结构的前提下，也可作为埋设地下设施的位置；精心养护的路肩可增加公路的美观；较宽的硬路肩，有的国家作为警察的临时专用道。,一、路肩,硬路肩指进行了铺装的路肩。可以承受汽车荷载的作用力；在混合交通的公路上便于非机动车、行人通行；,土路肩指不加铺装的土质路肩。起到保护路面和路基的作用，并提供侧向余宽。,路缘带在高速公路和一级公路应在路肩宽度内设置右侧路缘带，宽度一般为0.5米，结构与行车道结构相同。,一、路肩,城市道路硬路肩宽度,各级公路的路肩宽度,一、路肩,二、中间带,中间带高速公路和一级公路的计算行车速度较高且车道较多，为保证行车安全及实现该等级道路的应有功能，应设置中间带。标准规定，一级公路当受条件限制时，可不设中央分隔带，但必须设置分隔设施。,中间带由两条左侧路缘带和中央分隔带组成。,组成,为了便于养护作业和某些车辆在必要时驶向反向车道，中央分隔带应按一定距离设置开口部。开口部一般情况下以每2km的间距设置为宜，在互通式立体交叉、隧道、特大桥、服务区等设施的前后必须设置开口。,开口：,二、中间带,分隔往返车流，既避免因快车驶入对向行车道而造成严重的交通事故，又能减少公路中心线附近的交通阻力，提高通行能力；可作设置各种管线、公路标志牌及其他交通管理设施的场地，也可作为行人的安全岛使用；设置一定宽度的中间带并种植花草灌木或设置防眩网，可防止对向车辆灯光眩目，还可以起到美化、绿化环境的作用；设于分隔带两侧的路缘带，由于有一定宽度且颜色醒目，既引导驾驶员视线，又增加了行车所必须的侧向余宽，从而提高行车安全性和舒适性；可以防止在不分隔的多车道公路上因认错对向车道而引发的交通事故；可以避免车辆中途掉头，消灭紊乱车流，减少交通事故；,作用,二、中间带,三、人行道,人行道人行道是供行人步行之用，同时也是植物、立杆的场地，人行道下还可以埋设管线等。宽度一个步行的人所占用人行道宽度与人手中携带物品的大小和携带方式有关，一般为0.75米，通常供两人行走的人行道宽度取1.5米，每增加一人按增加0.5米取值。,2.种植带人行道上靠行车道一侧种植行道树。行道树的株距一般为4m6m,树池采用1.5m的正方形或1.2m1.8m的矩形。也有种植草皮与花丛的。3.设施带设施带宽度包括设置行人护栏、照明灯柱、标志牌、信号灯等的宽度。常用宽度为：护栏0.25m0.50m,栏柱1.0m1.5m.,三、人行道,城市道路与过街行人平面交叉时，应按照规范要求每隔一定距离设置人行横道，保证行人过街安全。同时配以人行横道信号灯，规范行人过街和车辆行驶，提高交通安全。,人行横道,三、人行道,四、路缘石路缘石是设置在路面与其它构造物之间的标石。路缘石的形状有立式、斜式和曲线等几种（图5-14）,四、边沟与边坡,边沟,边坡,边沟,排除由边坡及路面汇集来的地表水，以确保路基与边坡的稳定。一般在路堑、低填方路段设置边沟。,作用,土质边沟宜采用梯形，石质边沟宜用矩形，矮路堤或机械化施工时采用三角形，积雪、积砂路段用流线形。,边沟,边坡,路基边坡是路基的一个重要组成部分，路基边坡的陡缓程度，直接影响路基的稳定和路基土石方的数量。边坡过陡，稳定性就差，雨水冲刷力就大，易出现崩坍等病害；边坡过缓，土石方数量增加，雨水渗入坡体的可能性也变大。,路堤边坡,路堑边坡,路堤边坡,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。,路堤边坡坡度表,路堤边坡,砌石路基边坡,在侧坡较陡的山坡上，路基填方边坡较高，伸出较远，填筑困难，当地石料丰富时，可修筑砌石路基边坡。砌石路基边坡能支挡填方，稳定路基，与路基几乎成为一个整体；砌石路基边坡不同于重力式挡墙，必须依靠路基才能稳定。,填方路堤处，如果原地面的自然横坡陡于1：5时，在填筑前须将地面挖成台阶，台阶宽度不小于1米，台阶顶面应做成23%反向横坡，以防路基滑动而影响其稳定。,路堤边坡,路堑边坡,路堑边坡坡度应根据当地自然条件，土石类型及其结构、边坡高度和施工方法等确定。,路堑边坡坡度表,路堑边坡,碎落台,碎落台在砂类土、黄土、易风化碎落的岩石和其他不良的土质路堑中，其边沟外侧边缘与边坡坡脚之间，宜设置碎落台。,宽度视边坡高度和土质而定，一般不小于0.5米；当边坡已适当加固或其高度小于2米时，可不设碎落台。,4.3行车道宽度,行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称，包括快车道、慢车道（含非机动车道）。行车道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。,一、行车道宽度,二、平曲线加宽及其过渡,公路,一般双车道公路,有中央分隔带的公路,城市道路,靠路边的车道宽,靠路中心线的车道宽,同向行驶的中间车道宽,一、行车道宽度,一般双车道公路,a车厢宽度，取载重汽车车厢总宽度2.5米（m）；c汽车轮距（m）；2x两车厢安全间距（m）；y轮胎与路面边缘之间的安全距离（m）。,有中央分隔带的公路,S车轮外缘与车道外侧之间的安全间隙（m）；D两汽车后轮外缘之间的安全间隙（m）；M后轮外缘与车道内侧之间的安全间隙（m）；V1、V2分别为被超车与超车的车速（m）；a1、a2分别为汽车后轮外缘的间距，普通车a1.6m，大型车a=2.3m（m）。,有中央分隔带的公路,结论计算行车速度V120km/h时，每条车道的宽度采用3.75米;当计算行车速度V100km/h时，且交通量大和大型车混入率高时，内侧车道应为3.75米，外侧车道的宽度采用3.75或3.50米；当高速公路的交通量超过四个车道的容量时，其车道数可按双数增加。,1.靠路边的车道宽,a.一侧靠边，另一侧为反向行驶的车道，其车道宽度为：,x反向行驶汽车间的安全间隙（m）；d同向行驶汽车间的安全间隙（m）；c车身边缘与侧石边缘间的横向安全间距（m）；a1、a2分别为车厢全宽（m）。,B1,x/2,a1,c,城市道路,1.靠路边的车道宽,b.一侧靠边，另一侧为同向行驶的车道：,x反向行驶汽车间的安全间隙（m）；d同向行驶汽车间的安全间隙（m）；c车身边缘与侧石边缘间的横向安全间距（m）；a1、a2分别为车厢全宽（m）。,d/2,a1,c,2.靠路中心线的车道宽,x/2,a2,d/2,3.同向行驶的中间车道宽,d/2,a2,d/2,城市道路,根据实验观测得出x、d、c与车速之间的关系为：,结论车道B是车速V的函数，依车速的变化一般变化在3.43.8米之间；考虑到城市道路上行驶的车辆各异，且车道还需调剂使用，故一般一条车道的平均宽度取3.5米，当车速V40km/h时，取车道宽度为3.75米。,城市道路,机动车道宽度,注：1.大型汽车包括普通汽车及铰接车；2.小型汽车包括2t以下的载货汽车、小型旅行车、吉普车、小客车及摩托车等。,二、平曲线加宽及其过渡,汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，以其中后内轮轨迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线的内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺畅与安全。,1、加宽值的计算,2、加宽的过渡,3、加宽缓和段的长度,1、加宽值的计算,普通汽车的加宽,b平曲线加宽值（m）；A汽车后轴至前保险杠的距离（m）；R、R1分别为车道外侧、内侧边缘圆曲线半径（m）。,1、加宽值的计算,b1牵引车的加宽值（m）；b2拖车的加宽值（m）；A1牵引车保险杠至第二轴的距离（m）；A2拖车第二轴至最后轴的距离（m）。,半挂车的加宽,由于R=R-b1,而b1与R相比甚微，可取R=R,得半挂车得加宽值为,1、加宽值的计算,注：四级公路和山岭、重丘区的三级公路采用第一类加宽值；其余各级公路采用第三类加宽值；对于不经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第二类加宽值；对于半径大于250米的圆曲线，由于其加宽值很小，可以不加宽；各级公路路面加宽以后，路基也应相应加宽。,公路,1、加宽值的计算,城市道路,2、加宽的过渡,加宽缓和段为了使路面由直线上的正常宽度过渡到曲线上设置了加宽的宽度，需设置加宽缓和段。,过渡方法,比例过渡高次抛物线过渡缓和曲线过渡插入二次抛物线过渡,比例过渡,2、加宽的过渡,bjx加宽缓和段上任一点的加宽值（m）；b圆曲线上的全加宽（m）；Lx任意点距缓和曲线起点的距离（m）；L加宽缓和段长（m）。,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为：,特点比例过渡简单易操作，但经加宽以后的路面内侧与行车轨迹不符，缓和段的起终点出现破折，行车不顺畅，路容不美观，该方法适用于二、三、四级公路。,高次抛物线过渡,2、加宽的过渡,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为：,优点该方法路面内侧边缘圆滑、美观，适用于各级汽车专用路。,缓和曲线过渡,2、加宽的过渡,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，保证了行车的顺畅与线形的美观，适用于下列路段：位于大城市近郊的路段；桥梁、高架桥、挡土墙、隧道等构造物处；设置各种安全防护设施的地段。,插入二次抛物线过渡,2、加宽的过渡,在比例过渡方法处理后的加宽缓和段起终点处各插入一条二次抛物线，缓和段上任意点的加宽值按下列分段计算：,T二次抛物线切线长，当Ls50米，T=10m；当Ls50m时，T=5m。,3、加宽缓和段的长度,加宽缓和段长度设置回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段的长度应采用与回旋线或超高缓和段长度相同的数值，布置在加宽缓和段上，路面具有逐渐变化的宽度;既不设缓和曲线，又不设超高的平曲线，加宽缓和段应按渐变率1：15且长度不小于10米的要求设置；,4.4路拱及超高,路拱,超高,路拱为了迅速排除落在路面上的雨水，防止雨水渗入路基降低路基强度以及减少轮胎与路面之间的摩阻力，路面通常做成中间高并向两侧倾斜的拱形，称为路拱。,定义,路拱坡度由拱顶向两侧倾斜的坡度称为路拱坡度，大小以百分率表示。,路拱,路拱,城市道路,对于不同类型的路面由于其表面的平整度和透水性不同，应考虑当地的自然条件选用不同的路拱坡度。,路拱,公路路拱坡度,路拱,分离式路基，每侧行车道可设置双向路拱，有利于排除路面积水；在降水量不大的地区也可以采用单向横坡，并向路基外侧倾斜；在积雪冻融地区，应设置双向路拱；硬路肩视具体情况（材料、宽度）可与路面同一横坡，也可稍大于路面；土路肩的排水性远低于路面，其横坡度较路面宜增大1.02.0。,路拱形式,折线形,折线抛物线形,抛物线形,超高,1.超高的定义,2.超高的过渡方式,3.超高缓和段长度的确定,为抵消车辆在曲线路段上行驶时产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式，即超高。,超高缓和段由直线段的双坡路拱，过渡到与圆曲线半径相适应的单向横坡的路段。,1.超高的定义,各级公路圆曲线部分最大超高值,城市道路圆曲线部分最大超高值,超高,当超高横坡度计算值小于路拱横坡度时，应设置等于路拱坡度的超高。,2.超高的过渡方式,无中间带道路,有中间带道路,绕外侧边缘旋转先将外侧车道绕外边缘旋转，与此同时，内侧车道随中线的降低而相应降低，待达到单向横坡后，整个断面仍绕外侧车道边缘旋转，直到超高横坡度。,绕中线旋转先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面绕中线旋转，直到超高横坡值。,绕内侧边缘旋转先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直到超高横坡值。,无中间带道路超高过渡方式,C.绕外侧边缘旋转,比较方式一：由于行车道内侧不降低，有利于路基纵向排水；方式二：可以保持路中线标高不变，且在超高坡度一定的情况下，外侧边缘的抬高值较小，多用于旧路改造工程；方式三：是一种比较特殊的设计，仅用于某些为改善路容的地点。,有中间带道路超高过渡方式,绕中央带两侧边线旋转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。,绕行车道中线旋转将两侧行车道分别绕各自的中心旋转，使之各自成为独立的单向超高断面，此时中央分隔带两边缘分别升高与降低而成为倾斜断面。,绕中央带中心旋转先将外侧行车道绕中间带的中心线旋转，待达到与内侧行车道构成单向横坡后，整个断面一同绕中心线旋转，直至超高横坡度值。此时中央分隔带呈倾斜状。,比较方式一：适用于中间带较窄的道路（4.5米）；方式二：适用于车道数大于四的公路；方式三：适用于各种中间带宽度的道路。,3.超高缓和段长度的确定,超高缓和段为了行车的舒适、路容的美观和排水的通畅，必须设置一定长度的超高缓和段，超高的过渡是在超高缓和段全长范围内进行的。,3.超高缓和段长度的确定,b超高旋转轴至路面边缘的宽度，为B/2（m）；i超高横坡度与路拱坡度的代数差（）；超高渐变率，超高旋转轴与路面边缘之间相对升降的比率。,设置回旋线或超高缓和段时，超高缓和段的长度应与缓和曲线长度相等;有时因照顾到线形的协调性，在平曲线中配置了较长的缓和曲线，则超高的过渡可仅在缓和曲线某一区段内进行，因过小的渐变率对路面排水不利；四级公路因不设缓和曲线，但圆曲线上若设有超高，则应设置超高缓和段，超高的过渡在超高缓和段的全长上进行。,3.超高缓和段长度的确定,4横断面上超高值的计算平曲线上设置超高以后，道路中线和内，外侧边线与原中线上的设计标高之高差h应予以计算，计算公式列于表5.4.8，5.4.9,不设超高的最小半径,反超高当选用的圆曲线半径大到一定程度，在曲线上即使不设超高也能满足车辆行驶的稳定性和乘客的舒适性，此时，在曲线外侧行驶的车辆存在一个“反超高”，大小与路拱横坡度相同。,标准选用max=0.035、ihmax=-0.015来计算不设超高的最小半径值：,各级公路不设超高圆曲线最小半径,4.5横断面设计,1.公路横断面设计,2.城市道路横断面设计,1.公路横断面设计,设计要求路基横断面设计应根据其使用要求和当地自然条件（包括水文条件和材料情况），并结合施工条件进行设计；路基的横断面形式和尺寸应根据道路的等级、设计标准和设计任务书的规定以及道路的使用要求，结合具体条件确定；一般路基可参照典型横断面设计，特殊路基应进行单独计算设计；路基设计应兼顾当地农田基本建设的需要。在取土、弃土、取土坑的设置，排水设计等方面与农田改土、农田水利、灌溉沟渠等相配合，尽量减少废土占地、防止水土流失和淤塞河道。,1.公路横断面设计,需收集的资料平曲线的起终点桩号、转角方向及曲线内的各桩号的超高、加宽值；各桩号的填挖高；路基宽度；路基边坡坡度；边沟的形式和断面尺寸；视距不良地段所设视距台的位置和断面尺寸；其他资料，如地质、土质、水文资料及特殊限制情况等。,一般路基横断面绘制步骤,绘制步骤绘制横断面的地面线；根据纵断面设计和平面设计的成果，在各桩号的地面横断面图上，逐桩号标注其填（T）、挖（W）、高度、路基宽度（包括加宽值）和超高值；,一般路基横断面绘制步骤,根据现场调查所得的“土壤、地质、水文资料”，参照“标准横断面图”画出路幅宽度，填或挖的边坡线，在需要设置各种支挡工程和防护工程的地方画出该工程结构的断面示意图；,一般路基横断面绘制步骤,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。,省道三期改建工程路基设计表（一）,2.城市道路横断面设计,设计要点,路幅应与沿街建筑物相协调；,2.城市道路横断面设计,横断面应与道路的交通性质与组成相协调；,设计要点,2.城市道路横断面设计,横断面布置应与道路功能相适应，不同功能的道路应有不同风貌与建筑艺术。,设计要点,道路横断面设计图应绘出道路红线、行车道、人行道、绿带等各组成部分的位置和宽度，并表明排水方向、路面横坡等。平面图比例为：1：200，1：100等,2.城市道路横断面设计,横断面设计图,横断面施工图,道路横断面施工图应绘出中线的路基标高、填挖高度，填挖方面积，道路边坡与道路两侧衔接等。,2.城市道路横断面设计,4.6路基土石方计算,横断面面积计算,土石方数量计算,横断面面积计算,计算方法,积矩法,坐标法,积矩法,将横断面按单位横宽划分为若干个梯形与三角形条块，每个小条块的近似面积为横断面面积为,优点计算简单、迅速，若要进一步提高精度，可增加测量次数最后取其平均值。,横断面面积计算（积矩法）,坐标法,已知断面图上各转折点坐标（xi、yi）,则断面面积为：,优点精度高，适用于计算机计算。,横断面面积计算（坐标法）,土石方数量计算,V体积，即土石方数量（m3）；F1、F2分别为相邻两断面的面积（m2）；L相邻断面之间的距离（m）。,体积计算,“平均断面法”,若F1和F2相差较大，形状与棱台更为接近，计算公式为：,土石方数量计算,优点精度高，适用于计算机计算。,省道三期改建工程土方量计算表（一）,三.路基土石方调配,调配原则在半挖半填断面中，首先考虑本路段内移挖作填进行横向平衡，然后再作纵向调配，以减少总的运输量。应考虑桥涵位置对施工的影响，一般大沟不作跨越调运，尽可能减少和避免上坡运输。确定合理的经济运距,合理考虑“移挖作填”(4).土方和石方要分别调运(5)位于山坡上的回头曲线，要优先考虑上下线的土方竖向调运。(6)借土和弃土要处理好和地方的关系。,经济运距B借土单价（元/m3）T远运运费单价（元/m3）,4.4道路线形与交通安全,2.4.1平面线形,2.4.2纵断面线形,2.4.3线形组合,2.4.4视距,直线具有最短距离连接两控制点以及线形布设方便、容易施工等优点，但不易与地形、地物相协调，线形呆板。过长的直线会使驾驶员行车单调乏味、分散注意力、增加疲劳感，难以准确目测车距，对行车安全不利。以直线为主的道路必然形成拘谨呆板的线形。驾驶员容易因单调产生疲劳，反应迟缓，一旦发生意外情况，就会措手不及而造成事故。另外，驾驶员在长直线路段爱开快