某一标段高速公路的设计过程模板

1、某一标段高速公路的设计过程模板 摘 要本论文主要介绍了顺平县至满城县某一标段高速公路的设计过程根据给定的资料通过对原始数据的分析以及该路段的地质地形地物水文等自然条件依据公路工程技术标准公路路线设计规范等交通部颁发的相关技术指标在老师的指导下完成了本次设计任务该路段所经地区是平原微丘区依据远景交通量将路线设计成设计速度为100kmh的双向四车道高速公路路线全长7465739米路基宽度为26米共设有4个平曲线9个竖曲线路线设计内容包括平面设计纵断面设计和横断面设计其后进行了排水设计采用边沟排水沟进行排水保证路基路面的稳定性最后进行了路面结构的组合设计等内容整个设计计算了路线的平纵曲线要素设计了路

2、基路面桥涵等内容圆满完成了顺平至满城段高速公路综合设计关键词 平面设计纵断面设计横断面设计排水设计路面结构设计abstractthis paper mainly introduces the design process of a section of shunping to mancheng highway based on the information given by the analysis of the raw data and the section of geology topography terrain hydrology and other natural conditi

3、ons according to highway engineering technical standard road design standards issued by the ministry of communications and other related technologies indicators i have finished this task under the teachers guidancethe area that this highway passes through belongs to plain with micro-hill area accord

4、ing to the traffic volume in the future i design this highway into design speed of 100kmh with bi-directional four-lane highway with route length of 746574 meters embankment width of 26 meters four horizontal curves and nine vertical curves line design including graphic design longitudinal design an

5、d cross-sectional design then i accomplished the pavement drainage design which uses ditches and drains for drainage to ensure the water stability of roadbed and pavement at last a composite design of pavement structure and other designs are also finishedthe whole design have calculated the planar a

6、nd vertical curve elements of this line besides roadbed pavement bridges and so on complete the comprehensive design of the section of shunping to mancheng highway successfullykey words graphic design longitudinal design cross-sectional design drainage design pavement structural design目录第一章 绪论411 公路

7、建设意义412 公路沿线自然条件413 公路等级及车道数确定6第二章 选线和方案比选921 选线922 方案比选10第三章 平面设计1231平面线形设计原则1232 各项设计参数确定1333 平曲线计算16第四章 纵断面设计2041纵断面设计原则及要点2042 各项设计参数确定2343 竖曲线计算25第五章 横断面设计2751 标准横断面确定2752 加宽超高设计2752 土石方的计算和调配30第六章 路面设计3261 基本资料3262轴载分析3263 路面等级确定及路面结构组合3564 各结构层材料设计参数和设计指标的确定3565 设计层厚度确定37第七章 排水设计4071 路基排水设计40

8、72 路面排水40第八章 桥涵及交叉设计4281 桥梁及涵洞4282 路线交叉设计42第九章 边坡防护4491 防护意义4492 防护设施44总 结45致 谢47第一章 绪论11 公路建设意义1 完善公路网络保阜高速是国家和省高速路网的重要组成部分是河北省高速公路五纵六横七条线中的六横之一途经满城顺平望都唐县曲阳阜平全长14721公里估算总投资11467亿元路基宽26米平均设计时速100公里本项目的实施提高了整个地区通行能力缓解附近道路的交通压力大大缩短了沿线各地区到保定市的时间减少交通事故节约运输费用从而满足交通运输发展的需要完善地区公路网结构使公路运输快速灵活加快货物的周转速度提高了当地社

9、会的机动性2 加快经济发展保阜高速建成以后东与保沧高速对接西与山西省同期建设的忻 州 阜 平 高速公路相连形成河北省又一条东出西联的交通大动脉是连接西北华北华东地区的重要走廊是晋煤东运和河北省农副产品西运的快速通道将实现保定及西部内陆地区与东南沿海的快速贯通促进保定西部县域经济发展加快老区脱贫致富对路线沿途各县的经济将会起到很大的带动作用3促进旅游发展该高速公路也是山西晋中地区前往京津的快捷通道和京津地区去往五台山的观光走廊对河北省建设沿海经济社会发展强省具有重要意义保阜高速公路是横贯河北省东西的大动脉是冀中连接西北华东地区的重要走廊它对完善河北高速路网促进华北东北以至华东地区的经济建设加快区

10、域经济一体化开发沿线旅游资源都将发挥重要作用对国家的政治经济国防建设都有重要战略意义该新建公路对于河北省高速公路网的形成改善路网分布不均衡布局结构增强路网综合功能具有十分重要的作用12 公路沿线自然条件1 地理位置保定市位于太行山北部东麓冀中平原西部北纬3810-4000东经11340-11620之间北邻北京市和张家口市东接廊坊市和沧州市南与石家庄市和衡水市相连西部与山西省接壤地处京津石三角腹地市中心北距北京140公里东距天津145公里西南距河北省会石家庄125公里直接可达首都机场正定机场及天津秦皇岛黄骅等海港本次设计路线为保阜高速满城至顺平段某一标段保阜高速是国家和省高速路网的重要组成部分是

11、河北省高速公路五纵六横七条线中的六横之一路线位于东经113454411520北纬384935385334处于保定中部地区途经满城顺平望都唐县曲阳阜平六县2 气候条件河北省保定市气候属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候四季分明冬季寒冷干燥雨雪稀少春季冷暖多变干旱多风夏季炎热潮湿雨量集中秋季风和日丽凉爽少雨光照资源丰富年总辐射量为4854598123193077小时南北热量差异较大年平均气温为18142433极端最低气温-429年无霜冻期81204天多年平均最高气温33多年平均最低气温-3属于季冻区多年最大冻深为680mm3 水文条件保定地区降水分布不均全市年降水量为4501201301416480

12、5806165506067k为07左右地下水埋深约25m4 地形地质条件保定市大部分为冲积平原在西北部地区有小部分山岭区中部以及南东部主要以平原为主平原区域地势平坦地面高程起伏变化很小保阜高速公路沿线的地面高程变化率约为千分之一本设计标段内跨越一条干河沟渠其它处均为平地总体地势从西北向东南降低保定地区处于公路自然区划中4区中南部平原区土质主要为沉积层土质表层为粘性土下层为砂砾土基强度较好本设计标段内没有软土粉性土等不良土基出现13 公路等级及车道数确定1 公路等级确定1近期交通组成及交通量近期交通量组成及交通量见表1-1预测交通量增长率为85预测年限为20年建设年限为两年车型小客车东风eq-1

13、40解放ca10b黄河jn-162日野kb222交通量900700650600700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公路工程技术标准中表202汽车代表车型车辆折算系数说明小客车1019座的客车和载质量2t的货车中型车1519座的客车和载质量2t7t的货车大型车20载质量7t14t的货车拖挂车30载质量14t的货车折算以后的交通量如下表所示车型交通量昼夜折算系数折算后交通量小客车90010900东风eq-140700201400解放ca10b650201300黄河jn-162600301800日野kb

14、2227003021002设计交通量计算设计交通量是指拟建道路到预测年限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式中aadt设计交通量pcud adt起始年平均日交通量pcud 年平均增长率 n预测年限由上式计算得到aadt 484018521 64305547 41603辆3等级确定公路工程技术标准jtg b012003对于各等级公路适应的交通量规定如下一高速公路四车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为2500055000辆六车道高速公路应能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为4500080000辆八车道高速公路应

15、能适应将各种汽车折算成小客车的年平均日交通量为60000100000辆二四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆2500055000辆六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆4500080000辆60000100000辆2车道数确定1设计小时交通量计算设计小时交通量按下式计算ddhv aadtdkddhv-主要方向设计交通量pcudaadt-设计交通量pcudd-方向不均匀系数一般取d 0506k-设计交通量系数为选定时位小时交通量与年平均日交通量的比值可根据气候分区参照公路路线设计规范中表316取值本设计中d取055k取12计算得到ddhv 41603

16、055012 2746辆2一条车道设计通行能力计算单车道的设计通行能力按下式计算cd cpcp cbfwfhvfpcd- 一条车道的设计通行能力cp- 一条车道的实际通行能力cb- 一条车道的基本通行能力fw- 车道宽度修正系数fhv- 交通组成及大型车修正系数fp- 驾驶员条件修正系数该公路为高速公路作为主干公路采用二级服务水平设计时速为100kmh每条车道宽度为375m由高速公路设计中表3-23-63-73-8及2-3和公式3-4计算得到一条车道的设计通行能力为cd 2100100098095067 1310pcud车道数n ddhv cd 2064 2取整综上计算车道数取双向四车道第二章

17、 选线和方案比选21 选线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多方案选择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

18、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弄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汽车运营所产生的影响和污染7对于高速路和一级路由于其路幅宽可根据通过地

19、区的地形地物自然环境等条件利用其上下行车道分离的特点本着因地制宜的原则合理利用上下行车道分离的形式设线保阜高速本设计标段处于平原区地形对路线的约束限制不大路线平纵横三方面的线形很容易达到较高的技术指标路线布设时主要考虑了如何绕避当地的村落以及地方道路和经济作物田和水利电力设施等选线时首先在路线的起终点间把经过的村落河流学校经济作物田桃园苹果园温室等地方道路作为大的控制点在控制点间又进一步选择中间控制点在中间控制点之间一般不再设置转角点所以本次设计只设置四个交点这样安排平面线形既使路线短捷顺直又避免了过长的直线同时考虑了转角的适当避免了路线的迂回量太大综合平原区自然和路线特征本次设计布线时着重考

20、虑了以下几点路线与农业的关系尽量避开了高产田和经济作物田以及温室路线和桥位的关系在路线走向确定时尽量选择了在界河河岸窄的地方跨河并且尽量使得其与界河交角接近垂直使得桥梁跨径大大减少减少造价路线与沿线村落居民点的关系路线几乎没有横穿村落只有在泾阳驿村不得已从村落的最窄处穿过即使得拆迁量少也减少了对当地群众的生活生产的影响路线与地方道路的关系选线时候尽量减少了与地方道路的交叉尽量不改变原有的道路形态只有两处对已有道路作了局部改线处理同时布线过程中没有迁就微小地形变化因为这样会使线形变差且增加工程造价和运用费用3 本设计选线方法根据公路路线设计规范及其它相关的要求参照相应的选线原则在12000本设计

21、标段内主要控制点有界河西庄村村落决堤村村落泾阳驿村落以及沿线与新建公路相交的地方道路选线时候尽量避免了路线穿过村庄同时尽量少了占或者不占经济作物田如果园桃园温室之类尽量减少与地方道路的交叉同时尽量与界河大角度相交缩短桥梁跨径选线过程考虑原有的水利电力设施减少对当地居民生产生活的影响同时也兼顾了线性的要求基本上做到路线顺直没有较大的转角没有太多的路线迂回而且平曲线半径都比较大满足现代高速公路高指标要求本次设计初步选定两个路线方案详细介绍如下方案一从本设计标段起点开始42969744976324297226499059在此处设置第一个交点然后右转3523218到达西庄村东侧一片温室东南处42968

22、13499930设置第二个交点接着左转3659521到达决堤村村北处4297312502363设置第三个交点接着右转2434141到达泾阳驿村西侧泾阳驿县道南侧4296947503948设置第四个交点与泾阳驿县道成31度交角最后左转295177一直到达设计终点4297236504947方案二从本设计标段起点开始42969744976324297340498956在此次设置第一个交点然后右转464527到达西庄村东侧温室之间4296837499785在此设置第二个交点接着左转4047201到达决堤村村北处4297279502426设置第三个交点接着右转2345210到达泾阳驿村西侧泾阳驿县道南侧

23、4296962503671设置第四个交点与泾阳驿县道成30度交角最后左转2622430一直到达设计终点429723650494722 方案比选将方案一和方案二从路线线型指标经济作物田占用与河及县道交角及桥梁跨径路线迂回情况与地方道路交叉情况总里程数进行对比对比情况如下表所示方案方案一方案二比较交点数44相同各交点圆曲线半径100011002500253190089715001500方案一较方案二指标高经济作物田占用情况占用少量桃园及温室不占用经济作物田地方案二较方案一好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路线转角及迂回情况转角小迂回少转角大迂回大方案一较方案二好与界河交角69度

24、54度方案一较方案二好界河桥梁跨径130米135米方案一较方案二好与县道交角3028方案一较方案二好跨线桥跨径1314相差不大与地方道路交叉情况11处11处情况相同总里程数7465739米7511294米方案一较短分析上表考虑到高速公路线型指标为重点因素结合桥梁跨径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两种路线方案均在平面图上画出草图详见路线平面图第三章 平面设计31平面线形设计原则1一般原则1平面线形设计必须满足标准和规范的要求2平面线形应直捷连续顺适并与地形地物相适应与周围环境相协调平面线形应直捷连续

25、顺适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平曲线应有足够的长度2本次平面线形设计过程本设计标段处于平原区平面线形采用较高的技术标准尽量避免了采用长直线或小偏角但是没有为避免长直线而随意转弯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比如在跨越界河时候需要足够的路面标高来设置桥梁这里必然需

26、要设置一竖曲线所以在平面线形设计时候就使第一个交点的直缓点尽量后移从而避免了在纵断面设计时候出现竖曲线的顶部设置在缓和曲线内或者靠近直缓点从而为纵断面设计打下良好的基础同时相邻曲线组合时优先考虑使用s型反向曲线从而在两大半径圆曲线间尽量避免插入短直线这种不良的组合所以本次设计中在平面线形设时采用了较高的技术标准圆曲线半径均大于规范规定的一般值四个交点的圆曲线半径依次是1000110025002531米而且缓和曲线长度也尽量和圆曲线大致相同至少满足缓-圆-缓的比例为111-121之间使得线形更加平顺利于行车而且考虑到两平曲线间的距离太短而不利于线形的平顺所以在本次设计中四个反向平曲线中交点12和

27、交点34分别两两设置成s型反向曲线从而避免了两大半径曲线中间连接一小段直线的不良组合交点23之间的直线长度为1220米大大超过了规范规定值所以点23之间没有设置成s型曲线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高速公路对于平面线形指标的要求32 各项设计参数确定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20vv为设计车速以kmh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

28、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高速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kmh计的两倍为宜2 圆曲线1 圆曲线的最小半径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

29、径不设超高最小半径具体规定值如下表所示公路路线设计规范中表732设计速度kmh1201008060极限最小半径m650400250125一般最小半径m1000700400200不设超高最小半径m路拱25500400025001500路拱275005250335019002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

30、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小时由公路路线设计规范中表732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

31、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表743给出了不同设计速度的缓和曲线最小长度如下表所示设计速度kmh1201008060缓和曲线最小长度m100857060查照公路路线设计规范中表743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

32、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r3左右如果r超过了3000m即使a小于r3在视觉上也是没有问题的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设计速度kmh1201008060403020一般值m1000850700500350250200最小值m200170140100705040查照公路路线设计规范中781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5 本设计中各参数规定值

33、综上叙述本次设计中设计速度为100km小时各参数的规范规定值如下表所示参数规范最小值规范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17085033 平曲线计算1 基本型曲线设计与计算 对称基本型曲线计算图式 1 曲线元素计算公式如下 m m m m m m 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

34、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 s型曲线设计计算s型曲线计算时先根据前交点的t长以及交点间距算出本交点的t长通过导线转角 以根据缓和曲线要求试定的 以及t长来反算半径对于反算出的半径r根据控制切线长t取整当t为最大控制时r向小取整t为最小控制时r向大取整取整后再由基本型曲线设计与计算公式来计算各曲线要素以及主点桩号切线t反算半径r的计算公式如下3 计算实例以本设计中交点12为例计

35、算平曲线要素计算过程如下交点11 124352 m 2604 m 7162 o 444804 m 876661 m 52393 m 10973 m 2计算主点桩里程jd1 k1448877-t 444804zh k1004073ls 250hy k1254073l-2ls 376661yh k1621734ls 250 hz k1871734-l2 438330 qz k1437904j2 10973 jd1 k1448877交点2由于交点12设置成了s型反向曲线所以交点2的半径应该由切线来反算1计算t长反算r交点2切线长t2 交点间距12-交点1的切线长t1 963698-444877 51

36、8821利用切线反算半径公式计算得到r 1100然后利用平曲线计算公式进行曲线要素计算和交点1类似在此不再赘述4 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四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四章 纵断面设计41纵断面设计原则及要点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

37、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

38、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2 本次设计纵断面设计难点本设计标段处于平原区由于平原区地势平坦沟渠纵横河道及地方道路众多同时平原地区经济发达路网也相应发达故需要修建的构造物较多而且平原区往往雨量充沛对土基最小填土高度也要求较高所以平原区高速公路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

39、设计上采用了高填路堤方案特别是在平原地区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高速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本次纵断面

40、设计要点本次纵断面设计的关键技术是有效降低填土高度因为平原区高速公路沿线的沟壑路网地方道路以及农耕道路分布众多所以平原区高速公路的控制高程由路堤最小临界填土高度和结构物 通道涵洞桥梁等 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土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

41、线处理难等缺点所以一般宜采用主线上跨方案高速与地方道路及农耕道路相交时可以考虑设置天桥和通道两种情况选择天桥纵断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由4 m降至2 m则每公里可以节约土方近74万m 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

42、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大动脉 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

43、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

44、 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 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高速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ll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

45、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设置成了涵洞而行人道路和小路则设置为

46、天桥比如在k2345 km和k5470 km里程处这两条道路只有行人通行所以设置成了天桥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在纵断面设计过程中没有一味把通道的高程作物必须的控制标高在纵断面设计特殊困难地区为了避免个别通道的高程而影响局部路线的纵断面设计经过充分的论证考虑后对原有路面适当下挖降低路面高程来设置通道在k1514km k1968 km k3671 km k6892 km 这四个通道处采取了降低路面高程的做

47、法第四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在满足视觉的连续性的情况下在一个平曲线内设置了多个竖曲线同时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比如在交点2和交点3的平曲线内分布设置了两个竖曲线42 各项设计参数确定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小时查照公路工程技术标准中表3

48、016可得本设计的最大纵坡为42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03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03本次设计中最小纵坡限制为032 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最小坡长规定汽车以设计速度9-15s的行程为宜高速公路以设计速度9s的行程即可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

49、速度为100km小时查照公路工程技术标准中表3017-1可得本设计的最小坡长为2502最大坡长查照公路工程技术标准中表3017-2可得本设计速度下的不同纵坡值的最大坡长限制如下表所示纵坡坡度345最大坡长m1000800600注坡度小于3的坡不限制坡长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3018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小时查照公路工程技术标准中表3018可得本设计的竖曲线最小半径和

50、最小长度如下表所示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85854 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设计时速kmh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 1004032506500110003000450021043 竖曲线计算1 竖曲线要素计算竖曲线要素的计算公式 t 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

51、竖曲线0时为凸型竖曲线竖曲线计算示意图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式中 前段坡线坡度后段坡线坡度x竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离 m h 竖距3 计算实例下面以变坡点1为例进行竖曲线计算变坡点桩号为k755高程为m i1 0i2 -1049 r 11000m则 竖曲线要素 -2034 为凸形曲线长 218889切线长 t 10944外距 054计算设计高程以计算桩号为k0655处的设计高程为例竖曲线起点桩号 变坡点桩号-t k755 k064556竖曲线起点高程094m竖曲线终点桩号 变坡点桩号 t 755 k0

52、86444竖曲线高程1049m横距x k75500k65500 m 竖距 091切线高程 竖曲线起点高程 4507094 4601设计高程 切线高程h 451 m 其它变坡点设计高程计算与上例类似不再赘述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第五章 横断面设计51 标准横断面确定1标准横断面确定本设计标段公路为四车道高速公路设计速度100kmh根据公路工程技

53、术标准jtgb01-2003中各项规定标准横断面确定如下采用整体式路基路基全宽26米行车道宽度375 m路缘带宽度075 m右侧硬路肩3 m 含右侧路缘带075 m 中央分隔带20 m中间带宽度3米土路肩为075 m行车道路拱横坡为2 土路肩为3路基边坡为115边沟采用梯形边沟深度为06 m宽度为06m坡度均为11路基标准横断面图如图5-1所示图5-1 路基标准横断面图52 加宽超高设计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

54、计在此不再赘述2 超高设计本设计公路时速为100kmh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751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754规定过渡段渐变率最大值为1175最小值为13303 超高缓和段布置由于本设计中交点12和交点34设置成s型反向曲线所以在缓和段布置的时候有两种情况对于交点13的前缓和段和交点24的后缓和段是从zh点或者hz点开始渐变对于交点13的后缓和段和交点24的前缓和段是从反向曲线的公切点开始渐变这样就是从交点1曲线的全超高过度到交点2曲线的全超高交点34也是这种方法