道路与桥梁工程概论

道路与桥梁工程概论,道路与桥梁工程概论,道路与桥梁工程概论,第一章概论,第一篇路线第一章概论第一节道路发展简史一.道路史从古至今，路的好坏表示一个国家的富与穷，强与弱。中国是历史悠久的文明古国，道路运输的发展先于世界各国。道路(road)的名称源于周朝,道路原为导路;秦朝称驰道或驿道;元朝为大道清朝:京都通往各省会的道路称为官路或官道省会间的路称为大路市区街道为马路,第一章概论,汽车出现后，则成为公路国外道路发展史:兽路，人为了穿越森林方便也走；后来人们利用土填平坑洼用原木铺沼泽，形成简陋的公路；轮子发明后，为满足车的要求，形成较好的路；后来，人们用碎石将适用的车行路线路筑得更坚固时，小道就高出地面，就成了highway;汽车出现后，为满足现代交通要求，出现了superhighway,freeway,modornway.我国道路的发展远自上古时代，皇帝拓土开疆，统一中华，发明舟车，便开始了了我国道路交通的新纪元,第一章概论,新中国成立，大力发展公路交通事业年完成重要公路干线:青藏，康藏，青新，川黔，昆洛等线，全国公路里程达万公里；年，发展最快，总里程达万公里；年，达公里；一二级公路达公里；年，全国公路里程达万公里，其中，沥青路面万公里，水泥路面万公里,第一章概论,1988年全国第一条沪嘉高速公路通车至1997年，我国已建成的高速公路有:沈-大，京-石，京-唐，南京-合肥，广州-深圳，汕头-深圳，包头-呼和浩特，总里程达3600公里。现在，在建和已建工程有:京福高速,福宁高速.,拥有汽车1000万辆.我国的道路规划:是以北京为中心,连接各省重要大中城市,港站枢纽和工农业基地.干线公路划分为国道共计20条116000km。,国道网由放射线，南北线和东西线组成。首都放射线12条，全长213197km，编号:101112;南北线28条，全长39000km，编号:201228;东西线共30条，全长53000km，编号:301330.forexample:101京-广，107北京-山东(放射);204烟台-上海(南北)321广州-成都(东西)另外，各省还有省道规划，例如，广东为19。我国公路交通中，远期规划是在2010年前修建高速公路1万公里，建成二纵二横，贯穿中国的交通大动脉。即北京珠海，图们江三亚，上海成都，连云港霍尔郭斯。,到2020年，建成五纵七横共12条主干线共3.5万km。将全国重点城市，工业中心，交通枢纽和对外口岸全都连接起来，形成与国民经济发展格局相适应，与其他运输方式相协调的快速安全的全国高速公路主干线。道路工程的发展趋势:高新技术开发，计算技术，GIS,GPS,CAD.注重材料结构施工，运营环节的技术监控。引进开发CAD,ITS,GPS.新材料，新工艺的开发和推广使用。公路环保技术将会得到重视。,第二节交通运输体系交通运输体系是由各种运输方式组成的一个综合体系，它主要由五个部分组成:道路运输；铁路运输；水上运输航空运输管道运输,一道路运输从广义来说，是指货物和旅客借一定的运输工具，沿道路某个方向作有目的的移动过程。从狭义来说，道路运输则是指汽车在道路上有目的的移动过程。优点:方便，灵活，投资少见效快。二铁路运输它是以钢轨引导列车运行的运输方式。优点:行车阻力小，运输速度高，运载能力达，运输成本低；缺点:基础投资大，固定设施费用大，需严格的组织管理。,铁路按轨距不同可以分为:标准轨距；窄轨距；宽轨距。铁路按运输功能不同可分为:一般铁路；高速铁路；地下铁路(地铁)。按牵引方式不同可分为粘着式铁路；齿轨式铁路缆索式铁路,三.水上运输水上运输是利用船或其它浮云工具在河湖人工水道及海洋上运送客货的运输方式。由于它是利用天然航道运输，所以，运输方便，投资较少；又因其运输阻力小，可进行大吨位，远距离运输，运量大，成本低，是国际贸易货物往来的主要交通工具。缺点:受水道限制,连续性差,匀速较慢.四航空运输与其他运输相比,具有有速度快时间短,灵活性大,舒适性好;缺点是机舱的容积和载量小,运输成本高,耗油大,受气候影响大.,五管道运输它是一种用封闭的管道,利用重力或气压动力,连续输送一些特定货物的运输方式.主要运送货物:水;原油;矿砂;煤浆;天然气;化工流体大多数能浮物资,优点:运量大,占地少,受气候影响小,生产率高,运费低,无噪声,漏失污染小.缺点:灵活性查,运输货物单一,只适用单向定点量大的特定货物.,第三节道路分类与技术标准一道路(road)分类道路的功能主要是为各种车辆和行人服务。按所处位置交通性质及使用特点不同可分为：公路城市道路厂矿道路林业道路1、公路highway公路是连接城镇和工矿基地，港口及集散地等。主要供汽车使用，具备一定技术和设施的道路。,公路工程:是以公路为对象而进行的规划，设计，施工，养护和管理工作的全过程及其所从事的工程实体。按公路技术标准JTJ001-97公路可分为：高速公路freeway,motorway.一级公路二级公路三级公路四级公路高速公路:专供汽车分向，分车道行驶，并全部控制出入口的干线公路。按其交通量可分为：,四车道高速公路，昼夜交通量25000-55000辆；六车道高速公路，昼夜交通量45000-8000辆；八车道高速公路，昼夜交通量60000-100000辆。一级公路:供汽车分向，分车道行驶的公路，年平均昼夜交通量为15000-30000辆(折合成小客车的远景设计年限).二级公路:年平均昼夜交通量3000-7500辆.三级公路:年平均昼夜交通量1000-4000辆.四级公路:双车道小于1500辆,单车道不超过200辆公路等级的选用,应根据公路网的规划,从全局出发,按照公路的使用任务,功能和远景交通量综合确定.,2城市道路cityroad,urbanroad它是指城市内部的道路，是城市组织生产，安排生活，搞活经济，物质流通所必需的车辆行人交通往来的道路；它是连接城市各个功能分区和对外交通的枢纽，它不仅提供交通道路，还提供各种功能设施空间。按国家建设部在1991年颁发的城市道路设计规范CJT37-90把城市道路分为四类十级:快速路expressway、特大或大中城市设置，长距离的快速交通服务，连接城市各主要功能分区和过境交通服务。采用分向、分车道、全立交和控制入口。主干路arterialroad、它是联系城市各功能分区工业区、生活区、文化区的干路；以交通功能为主，负担城市的主要客、货交通，是城市内部交通大动脉,、次干路secondtrunkroad它是城市中数量较多的一般道路，它与主干路路组合成道路网；其集散交通作用，兼有服务功能。、支路branchroad它是城市中数量较多的一般交通道路，支路应是次干路与街坊路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主。上述分类，出快速路外，其余均为、级。一般分级原则:根据车速、交通量、规模和性质划分,大城市级,中等城市级,小城市级.3、厂矿道路factoriesandminesroad和林业道路forestroad属专业道路，厂矿路为工厂，矿区服务；林业路路为林区开发的木材运输服务,二、公路设计阶段与标准1、公路勘测设计阶段公路施工前的勘测设计工作是根据批准的计划任务书和有关的标准规范进行的。公路工程建设项目，一般应按两阶段设计:初步设计;施工图设计两阶段设计即初步设计和施工图设计.设计步骤:根据批准的任务要求,先进行踏勘测量,编制初步设计和工程概算;再根据批准的初步设计,通过实地详细地测量,据以编制施工图设计和工程预算.,一阶段设计即一阶段施工图设计.它是根据批准的计划任务书要求,进行一次详细测量,据以编制施工图设计。、技术标准是根据道路设计交通量及计算行车速度对路线和各项工程结构的要求，把这些要求列成指标并用标准规定下来，在设计公路时都应遵守。技术标准大体可归纳为三类:线型标准线路几何尺寸载重标准载重量净空标准外廓尺寸,一般对技术标准的掌握应视具体情况而定，要防止两种倾向:一是不考虑路线的作用和远景交通运输要求，压缩工程造价而采用低标准地方投资二是贪大求全，盲目超前而采用高标准，既增加投资又多占用土地国家投资通常，一条公路应用相同技术标准，但公路较长，穿越不同地带时，允许采用不同标准。如不同车道数、不同材质,第四节路线设计的基本要求及依据公路设计是设置在地表供汽车行驶的一种线型带状的工程结构物。公路设计内容:线型设计线型组成直线、曲线、凹凸等结构设计结构组成路面结构、路床、路肩、路基等一、公路线型的基本要求公路服务的对象是汽车，因此，要保证汽车在公路上行驶必须:安全、迅速、经济和舒适。公路路线应满足下列要求:,、保证汽车在道路上行驶的稳定性稳定性是指汽车在公路上处于动态或静态时，不会产生倾覆、倒溜和测向滑移。因此，要求公路有足够的附着力。要注意上坡和弯道。2、保证行车畅通，达到安全、迅速的目的要畅通必须满足:足够宽度平面、纵面要有足够的行车视距减少平面交叉,3、对公路的平、纵、横断面有合理布局根据公路等级及使用任务和功能，合理利用地形，正确运用技术标准，应做到:平面顺适纵坡均衡横面合理线型组合协调尽量避免穿越不良地质区技术可行，经济合理,4、满足行车舒适要求汽车运送的对象是人或货物，如何保证人安全、舒适；货不损。是路线几何设计的重要指标之一。要满足这些要求，必须做到:路线起伏不要过于频繁平纵曲线组合协调，保持线型连续性，避免采用过长直线使路线与当地环境和景观相协调，保证司机不疲劳二、确定路线线型的基本依据无论是进行公路网规划还是具体确定一条公路等级、线型设计等都必须以公路所在地区的自然条件和交通资料为依据。,自然条件:1、地形条件平原、微丘区。特点:相对高差100m以下，自然坡度20以下。山岭、重丘区。特点:相对高差大于100m，自然坡度大于20，路线平、纵面大部分受地形限制。2、水文、地质条件岩层性质、水位高低、不同频率的洪水位均影响路线的标高和位置。交通资料:3、设计车辆designvehicle,在确定公路的路幅组成、弯道加宽、交叉口等设计时，均与车辆外廓尺寸及性能有关。它是公路线型设计的一个重要控制因素。由于汽车的型号、规格各有不同，作为设计控制的车辆应具有代表性的标准型号的汽车，称为“设计车辆”。设计车辆分为两类:小客车中型载重车路线设计时，要将其它车型对公路的作用折算成“设计车辆”，其换算系述如下:,4、计算行车速度designspeed计算车速是指气候和交通条件正常情况下，汽车行驶只受公路本身条件如路线几何要素、路面、附属设施等的影响时，一般驾驶员能安全、顺适地行驶的最大速度。公路几何线型设计的各种要素平曲线半径、超高率、视距等的临界值都以计算行车速度为依据；而且，车道宽度和路肩宽度都与该值有关。它不仅是公路设计依据，而且还是公路开放交通后限制车速的基础。因此，同一计算行车速度的路段不宜过短。,规定:高速公路15km.一二级公路10km。速度变化段应设过渡段，过村镇等应设标志。5、交通量trafficvolume公路上某一断面单位时间通过的来往车辆总数称为交通量；亦称交通流量或车流量。时间单位小时，小时交通量；日，日交通量（昼夜交通量）交通量是确定公路等级的主要依据。在规划道路等级时，采用推算远景设计年限的日交通量，一般用年平均日交通量（ADT表示。,据标准规定远景设计年限为高速和一级公路为20年；二级公路为15年；三级公路为10年；四级公路，一般为10年。推算远景昼夜交通量可按下式计算NTnd（1r）T1式中NT-远景年限的昼夜交通量，辆/昼夜；nd-各种车辆换算成标准的目前交通量，辆/昼夜；T-设计年限，年；r-年平均汽车增长率。,作为公路几何设计，采用年平均日交通量。一般则不能满足公路几何要素设计的需要，因为，交通随季节、气候、时间的不同而变化。采用高峰小时交通量公路畅通，但大部分时间富余，不经济；采用平均小时交通量堵塞，不能发挥公路作用。因此，选择合理的小时交通量是非常重要的。目前，国内外多采用第30位小时交通量作为设计小时交通量。即将一年中测得的8760h的交通量，按大小排列并分别除以年平均日交通量的百分率作为纵坐标，以全年各小时为横坐标，绘出交通频率曲线。,年平均日交通量与小时交通量关系曲线,30,50,100,150,8760,小时交通量与年平日交通量的比值%,从上图可以看出在一年中，只有29h超过了设计值发生堵塞；只占全年小时数的0.33%，而顺利通过率为99.6%,因此，取第30位小时交通量是合理的。第30位小时交通量与年平均日交通量的比值为交通系数，用k表示。；我国该值为k0.12-0.155.计算第30位小时交通量时，可按下式计算设计小时交通量（0.12-0.155）年平均日交通量6、通行能力trafficcapacity道路上的通行能力是指一条道路在单位时间内，道路与交通正常条件下，保持一定速度安全行驶时，可能通过的车辆数。,通行能力是道路规划和设计的依据，也是检验一条道路是否充分发挥作用和是否发生堵塞的理论依据。影响通行能力的因素交通条件汽车性能气候环境道路情况,第五节公路的基本组成公路是设置在大地表面供各种车辆行驶的一种线型带状结构物，因此，公路是由线型和结构两部分构成。一、线型组成公路由于受自然条件或现状地物限制，在平面上有转折，纵面上有起伏，另外，在转折点两侧相邻直线处，为了满足车辆行驶顺适、安全和速度要求，必须用一定半径的曲线连接，因此，路线在平面和纵面上均由直线和曲线组成二、结构组成1、路基subgrade,第一章概论,路基是行车部分的基础，它是由土、石按照一定尺寸、结构要求建筑成的带状土工结构物。路基必须具有一定的力学强度和稳定性，同时还要经济合理，以保证行车部分的稳定性和防止自然破坏力的损坏。对路基的要求:具有足够的强度;具有足够的整体稳定性;具有足够的水文稳定性.,路基的横断面组成:行车道carriageway路肩shoulderverge路缘带marginalstrip边坡sideslope截水沟interceptingditch边沟sideditch,边坡,路肩,路肩,边沟,路缘带,行车道,截水沟,第一章概论,2、路面pavement路面是用各种坚硬材料分层铺筑于路基顶面的结构物，以供汽车安全、迅速和舒适的行驶。对路面的要求:强度，在设计年限内，在允许的荷载作用下不致产生超过允许限度的变形和过多的损坏、开裂、压碎平整度，粗糙度抗滑性稳定性，水、温稳定性少尘性不透水性噪声小,第一章概论,路面按期力学行性质分:柔性路面刚性路面路面的常用材料:沥青水泥碎石、砾石、粘土、砂石灰工业废料,3、排水结构物drainage为了确保路基稳定,免受地面水和地下水的侵害,公路必须修建专门的排水设施.地面排水系统按其排水方向不同分:纵向排水:边沟、截水沟、排水沟。横向排水:桥梁bridge、涵洞culvert、渗水路堤seepageembankment、过水路面ford。,渗水路堤,渗水层,隔绝层,过水路堤,4、公路特殊结构物隧道tunel它是为公路从地层内部或水层通过而修建的结构物。当公路翻越高山或穿过深水层时，为了改善平纵面线型和缩短路线长度，可开凿隧道。悬出路台挡土墙retainingwall防石廊,悬出路台,挡土墙,防石廊,5、防护工程protectingengineering常见的路基防护工程有护坡碎落石台填石路堤反压护道导流堤坡面防护三、沿线附属结构物1、交通管理设施trafficmanagingdevice公路交通标志指示标志:行驶方向、里程、停车地,警告标志:障碍物，危险地带。禁令标志:限速、载重、不准停车。路面标志:白色连续线不准逾越的车道分界线；白色间断线可以逾越的车道分界线；白色箭头指示线指示左右转或直行；黄色连续实线严禁车辆逾越的车道分界线。2、交通安全设施trafficsafetydevice护栏guardrail护柱guardpost护墙guardwall,第一章概论,3、服务性设施deviceofservice渡口、码头、车站、加油站、修理站、停车场、餐厅、旅馆、洗手间等。4、环境美化设施绿化、各种景观造型。,第二章公路线型alignmentofhighway,第二章公路线型alignmentofhighway公路是一条三维空间的工程实体，需由平面、纵断面、横断面来确定其方向、标高和形状。第一节平面线型horizontalalignment定义公路中线在水平面上的投影，称为平面线型。公路平面设计的主要内容根据规划确定的路线大致走向，在满足车辆行驶的技术要求前提下，结合当地地形，地质水文条件及现状地物，因地制宜确定具体方向；选择合适的曲线半径，转折点的曲线衔接；保证必需的行车视距，是指技术适合、经济合理,第二章公路线型alignmentofhighway,一、平面线型组成当一条公路的起、终点确定后，选择路线的方向尽可能使两点间的距离最短直线。但实际上并非均采用直线，往往受下列因素影响:由于地形、不良地质地段和现状地物等障碍的影响，需转折绕道通过；起、终点间必须通过大桥位、城镇以及工程经济等的考虑，必须转折；两直线间为汽车行驶舒适需要用圆曲线连接；当圆曲线半径较小时，为了行车舒适，直线与圆曲线间还应插入一段缓和曲线。,平面线型要素见下图:直线linearity圆曲线circularcurve缓和曲线transitioncurve,ZY,JD1,YZ,ZY,JD2,YY,JD3,YZ,ZY,JD4A,GQ,JD4B,YZ,ZY-直圆切点；YZ-圆直切点；JD-交点；YY-圆圆切点；GQ-公切点。1、直线直线是两点间距离最短的路线。特点:里程短、运营经济、行车视距良好、乘坐平稳舒适。直线不宜过短，另外，两同向曲线间直线段不宜过短，否则，会形成“断背曲线”，对行车不利。但，过长直线又易引起驾驶员产生麻痹与疲劳感，乘客也感到单调乏味，易疲劳。直线长度须加以限制。德国规定直线长度20v米（v-行车时速km/h）,美国规定直线长度3分钟行程；中国无明确规定要求曲线直线长度比例合理。2曲线圆曲线它是平面线型使用最多的基本形式。特点:较易适应地形的变化，能引起驾驶员的注意。当圆曲线半径足够大且能满足行车要求时，其几何要素之间的关系（见下图）:切线长T=R.tg/2外距E=R(sec/2-1)曲线长L=R/180,圆曲线几何要素计算图,R,L,T,ZY,YZ,JD,QZ,E,平曲线半径的选择为了保证汽车在曲线上的行车安全，舒适，对离心力（F=mv2/R）必须加以限制。限制离心力的途径降低车速；加大曲线半径;增设超高。缓和曲线当选用的半径小于标准规定的不设超高的极限值时，为了适应汽车轨迹需要，应在圆曲线与直线间，圆曲线与圆曲线间设置曲线半径连续变化的曲线，称为缓和曲线。,常用的缓和曲线有:抛物线、双扭线、回旋线缓和曲线元素图,LY,LS,0,0,JD,P,Ts,q,QZ,ES,T=T+t,ZH,HY,YH,HZ,第二章公路线型alignmentofhighway,曲线要素按下式计算路线转交点设置缓和曲线条件20缓和曲线角0=Ls/2R引入缓和曲线后圆曲线的内移植PLs224R缓和曲线的切线增值q=Ls/2Ls3240R2缓和曲线各要素切线长Ts=（RP)tg/2q曲线总长L=(20)R/1802Ls,外距Es=（RP）sec/2R式中Ls-缓和曲线长度。3直线与曲线组合当路线由于地形或其他因素影响而需转折时，在两直线间插入一段单独的曲线，也可能是相邻曲线的组合。其形式有同向曲线(adjacentcurveinonedirection)两相邻曲线方向相同称为同向曲线。同向曲线所夹直线长度要求大于等于2倍缓和曲线长度，否则会形成断背曲线(broken-backcurve),对行车不利。,M,1+2,T1,1,2,1,m,2,同向曲线,R1,R2,反向曲线reversecurve转向不同的两相邻曲线称反向曲线。反向曲线所夹直线段长度要求大于等于1倍缓和曲线长度。当半径很大而不设超高的反向曲线可直接连接。,T1,1,1,R1,T2,2,T2,1,R2,反向曲线,T1,复曲线compoundcurve两个或两个以上半径不同，转向相同的圆曲线直接连接或插入缓和曲线相连的平曲线，称为复曲线。,ZY,JD1,1,YY,JD2,2,O1,O2,R1,R2,复曲线,回头曲线switch-backcurve,reverseloop在山区地形中，地面的自然坡度很陡。为了延长路线来降低路线的纵坡，在同一坡面上回头展线时，所采用的回转曲线，称为回头曲线。回头曲线由主曲线、两个辅助曲线组成。两个辅助曲线方向相同时，为同向回头曲线。两个辅助曲线方向相反时，为反向回头曲线。,主曲线,辅助曲线,回头曲线,回头曲线,回头曲线,二、视距（sightdistance）的保证为了保证行车安全，驾驶员应能随时看到路面前方一定距离的障碍物或迎面来车，以便及时刹车或绕过。汽车在这段时间内沿公路路面行驶的必要安全距离，称为行车视距。在各级公路的平面、纵面都应保证必要的视距。按行车状态不同分:停车视距（stoppingsightdistance）会车视距（meetingsightdistance）超车视距（overtakingsightdistance）,1、停车视距汽车在公路上行驶，当驾驶员发现路面前方有障碍物，经判断后，采取制动措施，是汽车在障碍物前停止，这一必须保证的最短安全距离，称为停车视距。停车视距按下式计算见下图,ST,S2,S1,S3,ST=S1+S2+S3ST-停车视距S1-驾驶员反应与判断时间内行驶的距离S2-从开始制动到安全停止，汽车行驶的距离；S3-安全距离，一般为510m.2、会车视距在同一车道上，对向行驶的汽车能及时刹车所必需的最短安全距离，称为会车视距。会车视距通常是停车视距的2倍。3、超车视距汽车在双车道以上的道路行驶时，当后面的快车要超越前面的慢速车时，从开始加速驶离原车道起，至可见对向来车并能超车后安全驶回原车道所需的最短安全距离，称为超车视距。,其计算式如下见下图,SH,S1,1/3S2,2/3S2,S2,S3,S4,最小必要超车视距,SH=S1+S2+S3+S4式中:SH-全超车视距；S1-加速行驶距离；S2-超车在对向车道行驶的距离；S3-超车后的安全距离2060m;S4-超车从开始加速到超车完成时段内，对向汽车的行驶距离m.实际上，超车汽车在对向车道上追上被超汽车后，一旦发现对向来车的距离不足时，超车汽车可以退回到原车道上，这段距离约占超车在对向车道上行驶距离的三分之一。,最小超车视距为SH=(2/3).S2+S3+S4标准规定了各级公路的行车视距高速公路,一级公路应满足停车视距要求;其他各级公路应满足会车视距要求.除上述直线段视距保证外,曲线上的行车视距也应得到保证。1、平面弯道上视距保证汽车在弯道上行驶时，弯道内侧行车，视线可能被树木、建筑物、路堑边坡或其他障碍物阻挡。为了保证车辆在弯道上行驶安全，弯道内侧视距曲线驾驶员在弯道上行驶视距线的公切线范围内不能有任何障碍物，以保证弯道内侧通视。如有遮挡，必须清楚。见图。,弯道视距范围要清除障碍物示意图,2、竖曲线上视距保证夜间汽车在小半径凸行竖曲线上行驶时，车灯的灯光高出路面，很难照到高度较低的路面障碍物。白天行车也可能会被变坡出阻挡，故应采用大半径的竖曲线；在小半径的凹行竖曲线行驶时，车灯照到的路面距离甚短，也影响视距。,看不见区域,曲线上视距,三、路线平面图路线平面图使公路基本建设工程文件之一，因此，要求路线平面图应标出路中线两侧50150m范围内的带状地形、现状地物、路中线位置、里程及百米桩、水准点、中桥位、隧道和相交道路位置以及省、市、县分界线等，并示出平面要要素。平面图比例尺为:1:2000、1:5000、1:10000，视设计阶段而定。,第二节纵面线型verticalalignment一、路线纵断面图通过公路中线的竖向剖面图称为路线纵断面图。它反映了路中线地面起伏和设计路线的坡度情况，它是公路设计的重要技术文件之一。纵断面图有两部分组成上半部分、下半部分。上半部分有两条线地面线它是是根据中线各桩号的地面高程绘出的不规则折线设计线（坡度线）它是经过技术经济以及美学上许多比选而定出来的。下半部分主要把平面设计的有关内容填列出来；诸如，平面直线与曲线、里程桩号以及各桩号的地面标高及纵断面设计坡度，标高和沿线地质情况。,地面标高在路中线上表示地面各点的高程；设计标高在设计线上表示路基边缘各点的标高；施工高度在任一桩号上，设计标高与地面标高差。纵断面的比例尺竖向1200或1100横向12000或11000。,地质情况,设计高程,地面高程,坡度/坡长,里程桩号,标高,粘土（旧路）,亚粘土,5560,6070,8095,90110,300,500,800,1000,纵断面也是由直线（坡度线）和曲线（竖曲线）组成。二、纵坡设计longitudinalgradientdesign纵断面的坡度线有上坡和下坡，其大小是以坡度线两端高差与其水平长度比值的百分数表示，称为坡度i.沿路线前进方向，坡度线起点比终点低则为上坡；否则为上坡。例如，,A,B,C,i1,i2,L1,L2,i1=(hB-hA)/L1100%i2=(hC-hB)/L2100%,坡度的大小及其长度会影响汽车的行驶速度、工程造价与运营经济及行车安全。因此，坡度临界值最大纵坡、坡长必须加以限制。纵坡设计的基本要求1、纵坡应满足汽车动力性能要求汽车在公路上能够行驶，必须具备两个条件:汽车的牵引力必须大于所行驶阻力；汽车的牵引力又要小于或等于与路面间的附着力。2、纵坡应满足汽车的使用性能要求速度性能:它是指汽车的最大车速，在不同条件下可能的加速度及最大爬坡度等性能。,最大车速:指汽车在平直良好路面上可以达到的最高行驶速度；最大爬坡度:指汽车在额定载荷下，其最大驱动力在正常的道路与自然条件下，在坡道上保持一定车速所能爬越的最大坡度。（F.V=N,F=mgfcos+mgsin）.通过性能:它是指汽车在道路自然条件下，汽车在道路上行驶时，顺利通过的能力，也称越野性能。其主要技术参数:最小离地面高度h;接近角；,离去角0纵向通过半径R见下图,R,h,0,汽车使用主要技术参数,安全性能汽车在纵坡上不但要有足够的驱动力爬坡，也要在下坡时其制动性能有足够的可靠度。因此，纵坡不宜过陡、过长；长陡坡尽头不要设置小半径的平曲线。经济性能通常以汽车在一定条件下行驶所消耗的燃料来评价，以每吨公里的最低燃料消耗（升/百公里）表示。坡度越大则耗油越多，因此，纵坡尽可能小。3、纵坡应与地形相适应，与环境相适应设计的纵坡，在满足技术要求前提下，应尽可能与地形相吻合。不能因贪图道路平坦而大填大挖，破坏生态平衡和自然景观。,4、纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过于频繁纵坡还应尽量做到纵向填挖平衡，以节省工程造价。5、纵坡还应照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的要求。、最大纵坡与最小纵坡的确定1、最大纵坡maximumlongitudinalgradient最大纵坡是只在设计纵坡时，各级公路允许采用的最大纵坡值。它是公路设计中的一项重要控制指标，纵坡的大小，直接影响路线长短，使用品质的好坏，工程量大小及运输成本的高低。因此，纵坡不宜过陡，坡度过陡，上坡车速会降低，下坡时制动次数增多，导致制动器发热、失效，易引起车祸。,2、最小坡度minimumlongitudinalgradient为了迅速排除地面水，各级公路的长路堑地段，以及其他横向排水不畅路段均应采用不小于0.3%的纵坡，以利排水。、合成坡度resultantgradient合成坡度是指在设有超高值的弯道上，路线纵坡与超高横坡所合成的坡度，计算如下:i合=i纵2+i横21/2i纵-路中线纵坡坡度；i横-平曲线超高横坡。公路上的纵坡较大，而平曲线半径较小超高值大，当汽车在弯道上行驶的速度较慢或静止时，汽车有可能沿合成坡度方向滑移的危险。,、高原纵坡折减gradientcompensation在海拔较高的高原地区，汽车发动机的功率因空气稀薄而减小，相应地降低了汽车的爬坡能力；另外，在高原地区汽车水箱易于沸腾而破坏冷却系统；因此，在实际工作中，对于海拔3000m以上的地区，除选择适用于高原地区的发动机外在纵坡设计中应把纵坡减少。见下表,、坡长限制gradelengthlimitation坡长限制包括两方面内容:陡坡坡长限制；最短坡长限制。1、陡坡坡长限制坡长限制是根据汽车的动力性能要求，长距离的陡坡对汽车行驶非常不利。上坡因长时间以低档爬升，燃料消耗增加，行车速度降低，机械较易发生故障；下坡时，因制动次数增加，机件磨损严重；因此，当公路纵坡大于3%时，为了行车安全和运营经济，其坡长要加以限制。,2、最短坡长限制纵坡长度要限制，是因为坡长过短，则纵坡上转坡点过多。车辆行驶时会频繁颠簸，车速越高越显突出。乘客会感到不适，机件磨损加剧，货物易受到震荡。因此，为了提高行车的平顺性，各级公路纵坡最小坡长应满足下表:,三、路线竖曲线纵断面上相邻两条坡度线相交处，就会出现变坡点和坡角。在变坡处，用一段曲线予以连接，以利车辆平顺行驶，这就是竖曲线。变坡角用表示，其大小近似等于相邻两纵坡度的代数差。见下图，即=i1-i2,+i1,1,2,-i2,+i3,i1、i2-分别为相邻坡度线的坡度值，上坡为正，下坡为负；0时，为凸形曲线；0时，为凹形曲线。标准规定各级公路在纵坡变更处，均应设置曲线。1、竖曲线要素计算采用竖曲线的形式:抛物线圆曲线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。故竖曲线的切线和弧长均以水平投影长度计算。,曲线长L=RR-竖曲线半径；切线长T=R/2外距E=T2/2Ry=x2/2Rx-竖曲线上任意点距起点或终点的水平距离；y-竖曲线任意点到切线的纵距。见图,+i1,-i2,E,T,T,L,2、竖曲线半径的选择竖曲线设计，首先要确定其半径，其选定办法与平曲线相同。在条件允许时，应力求选用较大半径。只有在地形困难地段才采用小半径。在凸凹行竖曲线行驶时，过小半径对行车均不利，因此，不能小于标准规定。四、平、纵面线型组合公路线型设计不仅要注意个别元素的尺寸大小，且要考虑各元素间的组合，不是孤立地考虑某一个投影面，而要综合考虑平、纵、横三个投影面的协调。不仅要满足汽车行驶的力学要求，且要顾及交通条件、驾驶员的视觉和心理因素以及美学上的要求等。根据实践经验，应做到以下几点:,1、平曲线和竖曲线的顶点一一对应，且平曲线比竖曲线长，使竖曲线在平曲线范围内。这样对视觉有诱导作用，对行车安全有利。见平、纵曲线位置的对应图。,不适当,适当,竖曲线的位置,直线,缓曲,圆曲线,缓曲,直线,如果做不到平、竖曲线一一对应，可把平竖曲线拉开相当距离，是平曲线位于直坡段上或竖曲线位于直线上。2、平曲线与竖曲线半径大小保持均衡亦即:平曲线与竖曲线的线型，其中一方大而平缓时，另一方也要大而平缓；切不可使二者差别太大。根据经验，平曲线半径小于1000m时，竖曲线半径为平曲线半径的1020倍，可获得线型的均衡性。3、不要在凸行竖曲线顶部、凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。前者因没有视线诱导而必须急转弯，增加操作困难；后者因驾驶员向凹线底部行驶时，可能错认为是水平路，以过高速行驶导致急转弯发生事故。,4、在一个平面曲线内，避免纵面线型反复凹凸在一个平曲线范围内。往往形成看得见脚下和前方而看不见中间凹陷的线型，由于视觉不放心，即使凹度很小，也不敢正常速度行驶。,第三节路线横断面公路是具有一定宽度的带状结构物。若在垂直于路中线的方向作一垂直剖面，这个剖面就称为横断面。它反映路基的形状和尺寸，是公路设计的技术文件之一。公路的横断面应包括:路基subgrade路肩shoulder边沟sideditch边坡sideslope中间分隔带：centralreserve,一、路幅类型两侧路肩外缘之间那一部分称为路幅。类型：单幅路双幅路1、单幅路两种形式：单幅单车道：适于交通量不大的四级路，若双向行驶，应设错车道。单幅双车道：适于二、三、四级路，在我过占比重较大。2、双幅多车道,双幅多车道等级高，交通量大的公路要设置中间分隔带。把对向行车道分隔为两幅行车带，每幅行车带包括两条或两条以上行车道。中间分隔带有宽有窄，以地形而定。二、路幅组成路幅由行车带、路肩、中间分隔带、路拱组成。见下图,B,b,a,a,b,a,B,路肩,路面,路肩,单幅单车道,单幅双车道,a,b,中间带,b,a,B,路缘带,硬路肩,土路肩,双幅多车道,1、行车带宽度（carriageway-width)行车带主要供机动车车辆行驶，其宽度一般包括两条以上的行车道。行车道宽度（lane-width)一条行车道宽=车厢宽（标准车型）+富于宽度（参见标准）一般一条车道宽度为：3.53.75m。车道数量：由交通量而定。2、路肩宽度（shoulder-width)单幅路或双幅路均要设置路肩。作用：保护路面和绿化作用，同时共发生故障的汽车临时停放及行人和非机动车使用。,类型：土路肩：一般为0.51.5m.硬路肩：1.53.5m，低于2.5米时，应设紧急停车带，间距500m。3、中间带（centralway)中间带由两条左侧路缘带、中央分隔带组成。作用：诱导视线的作用。高速公路和一级公路均应设置，高速公路34m。4、公路横坡（highwaycrossslope)目的：在公路直线段上，为使路上的地面水迅速排除，保证行车安全，公路必须设置。车道横坡：其值为1%4%，水泥路面取小值。路肩横坡：其值比车道横坡大1%。,三、平曲线的超高与加宽1、弯道超高与超高缓和段当曲线半径小于布设超高半径时，而又要以计算车速行驶，弯道离心力会使汽车产生倾覆，滑移危险。为了安全，应把行车道部分做成外侧高，内侧低的单斜面，这种设置成为超高。超高率可按下式计算：iy=v2/127R式中：-横向力系数，=Y/G,Y-汽车横向合力，G-汽车重量（kg）该值一般为0.10.15，高等级公路选低值，低等级公路选用高值。V、R-计算车速（km/h)和平曲线半径（m).,弯道设超高，直线段与弯道的横坡不一致，而使路面高低不平。为使公路平顺地从直线段的双向横坡面逐渐变到曲线段具有超高的单坡横断面，就需要有一个逐渐变化的过渡段，称为超高缓和段。超高缓和短的长度与缓和曲线长度相同。城市中非主要交通道路，以及三、四级公路常采用简便的直线缓和段，其值按下式计算：LBiy/i2式中：B-路面宽度（m）i2-超高缓和段路面外侧边缘纵坡与路中线设计纵坡之差。该值一般不宜大于0.51.0%。超高缓和段的长度不宜过短，因为超高变化过急，将产生行车侧向摆动而不稳，因此，即使地形困难也不宜小于1520m。,2、曲线上的路面加宽汽车在弯道上行驶时，因每一车轮沿着各自独立的轨迹运动。前轴外轮的轨迹曲率半径达后周内轮的轨迹曲率半径小，则汽车在弯道上行驶需要比直线上行驶的宽度大。因此，当平曲线半径250m时，应在平曲线内侧加宽路面。,R1,R2,平曲线内侧路面加宽,由于弯道上路面加宽后于弯道两端直线路段形成路面的宽窄不一，影响路容美观，故须设置从直线段上的正常宽度逐渐增加到曲线上全加宽值，其长度与超高缓和段长度相同，并不小于10m。四、横断面的绘制横断面图示公路设计的技术文件之一。横断面图分为两种：标准横断面；施工横断面。绘制时，其竖向与水平距离的比例尺均为1:200,以便用图解法计算填挖土石方面积。1、标准横断面,它是设计的公路，各个有差别路段的代表性横断面，是根据道路等级及远景规划确定的。在图上应绘出：路基宽度、边坡、边沟、曲线段超高。,12.00,8.5,1.5,9.00,1.5,0.75,7.00,0.75,80km/h,40km/h,标准横断面,2、施工横断面施工横断面是根据纵断面图上各个桩号和地面特征点加桩的施工高度。考虑当地地形、土壤地质情况，参照路基标准横断面绘制而成，其方法如下：根据公路设计路线所埋设的中线桩以及反映地形、地物变化的特征点加桩，将各桩点测得的与中线垂直的两侧各宽约10m的横向特征点地面高程连绘在厘米方格纸上，并标注改装好设计的填挖高度。,K1+300T=1.85AT=163m2Aw=26m2,k1+212.6,1:m,1:m,1:1.5,施工横断面,由地质人员根据所调查资料，标注个断面的图示分界线，设计边坡。根据上述设计资料，利用三角板绘出横断面设计线。一般无超高断面不会出路拱横坡度。有超高断面则需绘出超高横坡度。在平曲线上的横断面，应检查是否能保证视距要求，需设加宽的应在图上绘出。分别计算每个横断面的填挖面积，并标注在横断面上。在厘米方格纸上绘制若干个桩号的施工横断面，一般应按桩号顺序，自上而下，自左向右布置。五、土石方数量计算施工横断面图绘制后，就可利用平均断面法计算土石方体积。,该方法是假定相邻两断面间为棱柱体，其告示相邻断面间距L，因此，棱柱体积V为：V=(1/2)(F1+F2).L式中F1、F2为相邻两桩号的填或挖的断面积。当相邻断面积相差较大时，可用棱台体积计算：,式中：m=F1/F2，其中：F2F1,第四节公路定线与现场勘测定线是在已定的公路等级、选定的起终点和控制点的“路线带”范围内，结合当地地形、水文地质条件，综合考虑平、纵、横断面的合理安排，具体定出公路中心的位置。定线是公路设计中关键的一环，它不仅要解决技术标准与经济问题，且对公路与周围环境配合及其实用，及美学都应予以考虑。公路定线除受地形地物及地质条件等制约，还受技术标准、国家政策、社会影响、美学以及其它因素制约。定线时还应征询当地部门意见及发挥技术人员智慧，经过反复试线、多方比选，才会得到最佳方案。公路定线分纸上定线和实地定线两种。,一、纸上定线和实地放线、纸上定线纸上定线是利用近期大比例尺（1:5001:2000）等高线地形图上确定道路中线位置。定线时，地形不同解决的方法也不同：平原微丘地区：特点：地形平坦，不受高程限制；主要工作：正确绕避地面上的障碍物，力争控制点间路线顺直短捷。山岭重丘地区：特点：地形复杂，横坡陡峻，受高程及不良地质或地物限制。主要工作：合理安排纵坡。,1、根据地形和地物初定路线位置首先，在地形图上标准必须通过的控制点（如城镇、大桥位、隧道出入口等）；其次，根据公路等级的技术标准及地形、地物情况，综合考虑视觉和心理要求，选择合适的路线位置。地形不同，定线方法也不同：平原微丘地区：在两控制点之间，主要是处理地面障碍物。合理解决哪些地方可以穿越？那些地方只能绕越。从而建立一系列中间控制点，用直线连接各控制点来布设线路位置。应注意：在满足技术要求前提下，应避免占用良田和经济林，烧柴各种电力、电讯设备，极可能低盐高低不限，减少对自然景观的破坏。,山岭重丘地区：在两控制点之间，主要受地形和高差限制；对受高差限制地段，可控制平均纵坡（i均），i均=h/L(一般公路为5%左右），算出等高线的平距L，使两脚规的开度为L（比例尺与地形图相同），从某一固定点开始沿等高线反坡。得到一系列坡度控制点，各点连线即为导向线。这是一条折线，并不符合路线平面线形标准要求。分析哪些点必须通过，那些点需要适当照顾，那些点可不予考虑，以保重点，照顾多数的原则，通过穿点连线来定出平面试线位置。2、定线定线是参照初拟的平面试线位置的路线大范围内，结合局部地形、地质和地物分布情况，综合评、纵、横三方面的协调配合，用技术标准较优的指标具体定出道路的中线位置。,定线按线形组合方式不同，一般有两种方法：直线型定线法：它是根据地形、地物条件，先定出与地形相适应的一系列直线，然后用适当的曲线把相邻直线连接起来的传统做法。,先定直线，再插入曲线,直线型定线法,2、曲线拟合法它是以曲线为主体的线型，它是根据地形和环境条件，分析中间控制点是否有活动的可能性或者是控制性较严的点。然后借助“活动曲线尺”，使其紧靠各控制性较严的点。于是曲线持久在各中间控制点之间弯曲而舒顺地穿越整条线，检查曲线尺是否满足各中间点要求。是否与地形相适应，是否满足技术标要求。否则要调整曲线尺，直到找到最佳路线位置后，用大半径圆曲线作为基本线形安排好。再用缓和曲线把圆曲线连接起来组成整个线形。,先定曲线，再连缓和曲线和直线,曲线拟合法,当路线位置基本确定以后，再通过这些曲线作切线，即可得到转角点，偏角，敷设曲线。在路线中线上标注里程桩位及地形发生变化的加桩。3、绘纵断面图步骤如下：平面线形确定后，在厘米格纸上，根据路线各桩号和地面高程点绘纵断线图。比例尺可用：竖向为：1:100或1:200,横向为：1:1000或1:2000。标注竖向控制点标高。在纵断面图上用不同符号标注桥、涵控制标高，路线交叉标高，隧道出入口标高，沿河水位标高。在纵断面图下方绘出平面线形示意图及平面曲线几何要素。确定纵坡线。研究竖向控制点标高的重要程度即可活动范围，结合地形起伏变化情况和平曲线位置，试定出满足路线纵面线形标准要求的纵坡设计线，并敷设曲线。,要检查试定纵坡设计线是否经济合理，现行是否顺适，技术指标掌握是否适度，平纵线形是否协调，纵向填挖方量是否平衡等。发现问题