道路勘測設計課設計算說明

1、道路勘測課程設計課程設計 計算說明書學 院 （系）： 建筑工程與力學學院 專 業(yè)： 道路橋梁工程10-1 學 生 姓 名： 李偉超 學 號： 100107010106 指 導 教 師： 茹洪忠 完 成 日 期： 2013年6月22日 1 / 24目錄1、設計資料31.1 設計概況31.2 設計目的31.3 平縱橫線形要素標準31.4注意事項42道路選線52.1紙上定線52.2選線原則53平面設計63.1平面線形設計要求63.2直線的設計63.3直線的運用63.4圓曲線63.5緩和曲線83.6平面曲線組合設計94 縱斷面設計114.1縱坡及坡長設計114.2豎曲線124.3道路的平、縱線形組合設

2、計144.4縱斷面設計要點和方法145橫斷面設計155.1橫斷面的組成155.2行車道寬度155.3曲線的超高、加寬于視距保證155.4路基土石方數(shù)量計算及調配16參考文獻181、設計資料1.1 設計概況（1）課題名稱：三級公路路設線計。（2）路線主點樁號： JD0 樁號：K0+000 JD1 樁號：K0+376.651 JD2 樁號：K0+727.991 JD3 樁號：K0+945.658 （3）工程設計依據(jù) 1中華人民共和國行業(yè)標準.公路工程技術標準（JTG B01-2003).北京：人 民交通出版社，2004 2中華人民共和國行業(yè)標準.公路路線設計標準（JTG D20-2006).北京：

3、人民交通出版社，2006 3楊少偉.道路勘測設計（第三版）人民交通出版社，20091.2 設計目的（1）掌握路線線型設計的一半過程及設計內容；（2）掌握路線平面線型的紙上定線方法及線型計算方法；（3）掌握路線縱斷面設計及計算方法；（4）提高綜合運用所學知識分析、解決問題的能力；（5）掌握道路平面、縱斷面、橫斷面的繪圖方法及土石方數(shù)量計算方法。1.3 平縱橫線形要素標準(1) 控制要素: 服務水平：三級服務水平 設計時速：40km/h(2)平面設計技術指標直線的最大長度20v（800m）； 同向曲線間直線的最小長度為6v（240m）； 反向曲線間的直線的最小長度為2v（80m）； 圓曲線最小半徑

4、 一般最小半徑100m； 極限最小半徑：60m； 不設超高的最小半徑：路拱大于2%時為800m，路拱小于2%時為600m； 緩和曲線的最小長度一般為50m，最小為40m； 平曲線最小長度一般為350m，極限值為70m； 圓曲線的最大超高為8%； S形曲線的兩個回旋線的半徑宜相等。（3）縱斷面設計技術指標 最大縱坡度為7%，最小坡長為（一般值為160m，最小值為120m），最大坡長為（坡度為4%時為1100m，坡度為5%時為900m，坡度為6%時為700m，），且當縱坡坡度小于或等于3%時，最大坡長沒有限制。最大合成坡度為10.0% 凸型豎曲線最小半徑（一般值為700m，極小值為450m），最小

5、長度（一般值為90m，極限值為35m）。 停車視距為40m，會車視距為80m，超車視距為200m（4）路基橫斷面技術指標 行車道寬度：2×3.5m 硬路肩寬度：2×0.75m 路基總寬度：8.5m， 視距保證：停車視距為75m 路拱及土路肩橫坡度：路拱橫坡度取2%。 1.4注意事項（1）路基施工應嚴格按規(guī)范進行，對能作為填方用土的挖方應盡量移挖作填，盡量減少取、棄土場地。（2）取、棄土場地應選擇荒山、山地處，不得隨意亂棄，堵塞河道，且要做好防護，綠化工作，以免造成水土流失。（3）土基填筑前應進行清表、清淤，耕地填前夯實工作，做好填前排水。（4）排水：挖方路段路面雨水通過路肩

6、進入邊溝，填方路段路面雨水經坡面散排至排水溝。（5）山嶺區(qū)選線，不是順山沿水，就是橫越山嶺，選線時盡量不要穿過等高線密集的地方，這樣可以降低挖(填)方量，選擇適當?shù)牡胤睫D彎。2道路選線道路選線，就是個根據(jù)道路的使用任務、性質、公路的等級和技術標準，從規(guī)劃的起、終點之間結合地形、地質、水文及其他沿線條件，綜合考慮平、縱、橫三方面因素，在實地或紙上選定道路中線的確切位置，然后進行有關的測量和設計工作。我們本次選線為紙上定線.2.1紙上定線在紙上定線中，因使所設計路線盡量與等高線平行，繞開等高線密集的陡坡地區(qū)。在定線時，直線距離不能太長，一般以20V（V是設計車速）為最大長度。2.2選線原則路線設計

7、受到地形、水文、氣候等自然因素的影響，還受到到很多社會、經濟等上的因素。本次為丘陵區(qū)選線，等級為三級公路，我們要注意以下幾點:(1).填、挖方平衡。(2).路線的坡度做好控制，在0.3%7%為宜(3).多種方案，從中選擇最優(yōu)方案。(4).做到少占耕地，與農田基本建設相協(xié)調。(5).根據(jù)設計標準合理布局線路，路線設計要保證行車安全、舒適。(6).選擇坡度較緩的地形，有利于施工。(7).對水文地質差的地方盡量繞行。(8).在地形圖要設計兩個彎道，在彎道設計時，除考慮曲線要素外，還要注意彎道內側是否有物體阻礙司機的視線，為滿足視距要求，要對其橫凈距進行計算，具體方法在橫斷面設計時在詳細說明。3平面設

8、計路線的平面線形是由指直線、圓曲線和緩和曲線組成的平面線形，平面設計就是將直線、圓曲線和緩和曲線等合理的組合起來，確定路線平面位置和各部分的幾何尺寸的工作。3.1平面線形設計要求在路線的平面設計中，我們主要考察的是汽車的行的行駛軌跡，所以軌跡在幾何性質上有以下特征：(1).曲線是連續(xù)和平滑的，軌跡上任何一點不出現(xiàn)破折。(2).曲率的變化是連續(xù)的，軌跡上任何一點不出現(xiàn)兩個曲率的值(3).曲率的變化率是連續(xù)的，軌跡上任何一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率的值。3.2直線的設計直線是平面曲線的要素之一，也是運用最為廣泛的，能給人以短捷、直達的印象。但是在直線上高速行駛，容易使駕駛員產生疲勞，造成交通事故，因此

9、，在運用直線時，必須慎重，不宜過長。3.3直線的運用(1)在長直線上要注意下列幾個問題：.長直線上縱坡不宜過大，易導致高速度。.長直線與大半徑結合最好。.長直線兩測加標志物，改善單調景觀。(2)直線的長度規(guī)定直線的長度不宜過長，也不能太短，根據(jù)公路路線設計規(guī)范（JTJ011-94）推薦行駛的最短距離為行駛速度V的6倍，最長距離一般規(guī)定為行駛速度V的20倍。有反向曲線時，根據(jù)公路路線設計規(guī)范(JTJ011-94)規(guī)定反向曲線間最小的直線長度以不小于行駛是速度的2倍為宜。3.4圓曲線各級公路不論轉角大小均應該設平曲線，而圓曲線是平曲線中主要的組成成分。路線平面設計線形中常用的單曲線、復曲線及回頭曲

10、線等，一般都包含了圓曲線。圓曲線具有易與地形相適應、可循行好、行線形美觀、易于測設等優(yōu)點，使用十分普遍。(1)圓曲線的幾何要素T=Rtan/2L=R/180 E=R(sec/21)D=2TLT切線長（m）L曲線長（m）E外距（m）D校正數(shù)或稱超距（m）R圓曲線半徑（m）轉角（）(2) 汽車在圓曲線上的行駛特性行駛在曲線上的汽車由于受到離心力的作用其穩(wěn)定性手到影響，而離心力的大小有與曲線的半徑有密切的關系，半徑越小越不利，所以在選擇平曲線上時應盡量采用較大的值，只有在地形或者其他條件受影響時才可用較小的半徑。為了行車的安全與舒適，公路工程技術標準.（JTGB01-2003）規(guī)定了圓曲線半徑在不同

11、的情況下的最小值。R=V2/127(µ±i)V=行駛車速（km/h） i=超高橫坡度在指定車速V下，最小Rmin決定于容許的最大橫坡度max和該曲線的最大超高icmax。(3) 圓曲線的半徑和長度在半徑的選用中，盡量選用較大的半徑，極限最小半徑盡可能不用，但是半徑不是越大越好，還要視所設的路線而定，根據(jù)公路路線設計規(guī)范(JTJ011-94)規(guī)定圓曲線的半徑最大不宜超過10000m。在三級公路中，設計速度V=40km/h,在一般最小半徑中R100m,在極限最小半徑中R50m，在設計中根據(jù)地形的情況自行選擇合適的半徑,所以在設計的三級公路中JD1的R1取200m，JD2的R2取

12、60m，都符合要求。3.5緩和曲線緩和曲線是道路平面設計的要素之一，它是設置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線,公路工程技術標準規(guī)定，除四級公路不要求設緩和曲線，其余的等級的公路都應該設置緩和曲線。(1)緩和曲線的線性特征回旋線是公路路線設計中最常用的的一種緩和曲線?；匦€的基本公式RLS=A2R=回旋線所連續(xù)的圓曲線半徑LS=回旋線型的緩和曲線長度(2)緩和曲線的長度及其標準 緩和曲線的最小長度公式：LS(min)=0.036V3/R 在三級公路中，R1=200,V=40km/h,代入得: LS(min)=0.036*403÷200

13、=11.52mR2=60,V=40km/h,代入公式得LS(min)=0.036*403÷60=38.4m 表3.1 各級公路緩和曲線最小值設計速度(km/h)1201008060403020緩和曲線最小長度/m100857060403020所以在三級公路設計中，緩和曲線了LS都取40m滿足要求。(3)有緩和曲線的道路平曲線幾何要素道路平面曲線的幾何元素公式如下：T=(R+p)tan/2 + qL=R/180 + LS=R(2)/180 + 2LSE=(R+p)/cos/2 R=90LS/Rq=LS/2 L3S/(240*R2 )p=L2S/24R LS4/(2384R3)(4)緩和

14、曲線的道路平曲線幾何要素手算部分在所設計的三級公路中 計算：JD1: 72°5749.9(Z) R=70 LS =50時為對稱曲線計算= 20.47316°q= 24.89371p= 1.480452T= 77.752L= 139.1422E= 12.5266JD2 30°3926.8(Y) R=250 LS =70 時為對稱曲線計算= 8.025478°q=3497713p= 0.816022T= 103.73L= 203.7686E= 8.10679計算結果和軟件計算結果相差不大，在允許范圍之內，3.6平面曲線組合設計平面線形應值捷、連續(xù)、順適，并與

15、地形、地物相適應，與周圍環(huán)境相協(xié)調。長直線的盡頭不能和小半徑的曲線相接，在公路彎道一般情況下，由兩端曲線和一段圓曲線組成。緩和曲線的長度不能小于所設計等級公路的最小長度的規(guī)定；中間圓曲線的長度也宜大于3s的行程。 表3-2各級公路平曲線的最小長度設計速度 km/h1201008060403020一般值1000850700500350250200最小值200170140100705040所求的彎道的平曲線長度均能都滿足要求最小值70。4 縱斷面設計縱斷面設計的主要任務就是根據(jù)汽車的動力特性、道路等級、當?shù)氐淖匀坏乩項l件以及工程經濟性等，研究空間的線形幾何構成的大小及長度，以便達到行車安全迅速、運

16、輸經濟合理及乘客感覺舒適的目的?？v斷面是由兩條主要的線，一是地面線，根據(jù)中線個點的高程而繪出的不規(guī)則的折線；一條是設計線，是反映道路線的起伏情況，器標高為設計標高。三級公路的標高采用路基邊緣標高，在設置超高、加寬地段為設超高、加寬前該處邊緣標高。縱斷面設計線是由直線和豎曲線組成，直線的坡度和長度會影響行車的速度和安全，豎曲線有凹有凸，主要解決公路線形在縱斷面上的位置、形狀和尺寸問題。4.1縱坡及坡長設計(1)坡度設計是縱坡設計經濟合理，結合選線的縱坡安排意圖，經過綜合分析、反復比較定出縱坡。縱坡設計要滿足以下要求：1.縱坡要有一定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁。2.縱坡要考慮地質、水文、氣候

17、、排水等因素。3.縱坡要考慮填挖平衡，就近填方。4.考慮交通樞紐、農田水利等因素。(2)最大縱坡是道路所允許的最大坡度值，是縱斷面設計的重要指標。 表4-1 各級公路最大縱坡設計速度km/h 1201008060403020最大縱坡%3 4 5 6789在設計速度為40km/h的三級公路上，最大縱坡為7%。軟件設計時最大縱坡為3.298%，滿足要求(3)最小縱坡縱坡小能有利于汽車的行駛，但是同時還要考慮到路面排水的功效，說以縱坡不宜太小，要滿足排水要求，防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定性，所以縱坡的設計以不小于0.3%為最小縱坡，一般要大于0.5%為宜。在特殊地形上縱坡小于0.3%是，邊溝要做縱向

18、的排水設計在超高橫坡度漸變段上，為使行車外側邊緣不出現(xiàn)反坡，設計最小的縱坡不宜小于超高的允許漸變率。設計時最小縱坡為0838%，滿足最小縱坡要求(4)合成坡度是由路線縱坡與彎道超高橫坡或路拱橫坡組合而成的。根據(jù)公路工程技術標準三級公路在V=40km/h時的最大合成坡度為10%，最小合成坡度不宜小于0.5%。(5)坡長設計三級公路在40km/h的最短坡長為120米。設計時最短坡長為153.47米根據(jù)公路工程及技術標準在三級公路越嶺路線的平均縱坡一般接近5.5%和5%為宜。4.2豎曲線在汽車行駛過程中，為了緩和因車輛動力變化而引起的沖擊和視距保證，必須插入豎曲線。豎曲線一般是由圓曲線和二次拋物線兩

19、種。(1)豎曲線的最小半徑和長度在縱斷面設計中，有三個因素決定最小半徑。1.緩和沖擊汽車在行駛過程中，產生了加速度，從而產生了離心力，讓乘客感覺不舒服R=V2/13a,加速度a一般在0.50.7m/s2.2.時間行程不過短在豎曲線上行駛，行駛路程太短，會讓乘客感覺不舒服，所以最短距離要滿足。Lmin=V/1.2，設計速度為40km/h的最小長度為35m.3.滿足視距要求汽車在凸曲線上行駛，半徑太小，會阻擋司機視線。在凸曲線上設計車速為40km/h最小半徑為700m。(2)豎曲線設計在縱斷面的變坡點上，由于坡度的改變形成了坡度角=i2i1當為“+”時表示凹曲線，當為“”時為凸曲線。在總多面設計中

20、，有3個變坡點，所以有4個坡度，i1=4.84% i2=0.60%i3=2.84% i4=-3.80%所以經過計算1=i2i1=-4.24% 2=i3i2=3.44% 3=i4i3=-0.96%;所以第一個為凸曲線，第二個為凸曲線，第三個為凸曲線，分別選擇半徑R1=2300m,R2=1900m,R3=3000m,都滿足豎曲線半徑的要求。三個變坡點的樁號分別為K0+230 、K0+400 、K0+660.三個變坡點的高程：H1=46.59，H2=47.61，H3=40.22在進行豎曲線要素計算豎曲線長度： L=R豎曲線切線長： T= L/2=R/2豎曲線上任一點豎距; h=x2/2R x為計算點

21、樁號與豎曲線起終點樁號差 豎曲線外距：E=T2/2R豎曲線起終點樁號=變坡點樁號 T豎曲線起點高程H起=H0 ± Ti豎曲線終點樁號=變坡點樁號 + T豎曲線終點高程H終=H0 ± Ti 以上兩式中的凸豎曲線用“”，凹豎曲線用“+”。(3)豎曲線設計手算部分以半徑R1=2300m R2=1900m , R3=3000m 1=-4.24% 2=-3.44% 3=-0.96%; L1=R11=3800*0.97%=97.52 L2=65.36 L2=28.80T1=L1/2=36.86/2=48.76 T2=32.68 T2=14.40E1=T12/2R=0.517 E2=0.

22、281 E2=0.035算的豎曲線要素如下： 表4-2 豎曲線要素變坡點變坡點樁號凹凸性RTE變坡點高程1K0+230凸230048.760.51746.592K0+400凸190032.680.28147.613K0+660凸300014.400.03540.22豎曲線上的任何一點的豎距h，豎曲線上的一點里程樁號K0+200該豎曲線的起點樁號為K0+230T=K0+181.24豎曲線起點高程=46.59-48.76*0.484%=46.83（m）豎曲線的終點樁號=K0+230 + T=K0+278.76豎曲線終點高程=46.59-48.76*0.60%=46.29（m）豎曲線上的任何一點的豎

23、距h，豎曲線上的一點里程樁號K0+200x=200181.24=18.76m h=x2/2R=18.762÷4600=0.0765m切線高程=46.59-(230-200)*0.484%=.46.44m設計高程=46.44-0.0765=46.36m在樁號為K0+250處：橫距x=278.76-250=28.76m h=x2/2R=28.762÷4600=0.17981m切線高程=46.59-（250-230)*0.60%=.46.47 m設計高程=46.47-0.17981=46.30m 4.3道路的平、縱線形組合設計(1)平、縱組合的設計原則1）平曲線與豎曲線應該相互重

24、合，且平曲線要長于豎曲線，就是所說的“平包縱”。 2）平曲線與豎曲線大小應保持平衡。3）暗彎與凸形曲線結合，明彎和凹形曲線組合才合理。4）要避免使凸曲線的頂部或者凹曲線的底部與反向平曲線的拐點重合。5）小半徑豎曲線不宜與緩和曲線相重合。4.4縱斷面設計要點和方法(1)縱斷面設計要點 要求從斷面均勻平順、起伏緩和、坡長和豎曲線長短適當、平面組合設計協(xié)調以及填挖經濟、平衡?？紤]到排水的因素，所以為了路面和邊溝的排水，最下縱坡不應低于0.3%0.5%.在關于縱坡的長度上，縱坡的長度不宜過短，以不小于設計速度9s的行程為宜。豎曲線的半徑選用較大的為宜，在受限制時可用最小值。(2)縱坡設計應注意的問題在

25、縱坡的設計小于0.3%時，對道路的排水不利，所以在道路的兩側可以設置鋸齒形的溝進行排水。5橫斷面設計 道路的橫斷面是指中線上各個點的法相切面，是由橫斷面設計和地面線組成。5.1橫斷面的組成1）路幅是指公路路基頂面的兩路肩外側之間的部分。三級公路在設計速度為40km/h時的路基寬度為8.5m。2）路拱是為了有利于路面的橫向排水，將路得中央做成相亮澤傾斜的拱形。路拱對排水有利但是路拱對于行車不利，在設計時不能太大。在水泥混凝土路面、瀝青混凝土路面一般取1.02.0%，為了有利排水，在這里去路拱ig=2.0%。路肩是為了保護車道的主要穩(wěn)定，供車輛緊急停止，在道路的兩側。在三級公路設計中只有土路肩，寬

26、度為0.75m。在路肩上也有為了有利于排水而設置的路肩橫坡度，在這里選用3%.5.2行車道寬度行車道寬度是根據(jù)車輛寬度、設計交通量、交通組成和汽車行駛速度分別來確定。參考數(shù)據(jù)：在設計速度為40km/m的時候，車道寬度取3.5m.5.3曲線的超高、加寬于視距保證(1)曲線超高為了抵消在曲線段上的離心力，將路面設計成為外側高內側低的單向橫坡度，就是超高1）超高的過度一般繞內線旋轉由于內側的不降低，有利于縱向排水，所以在新建的公路中一般都以繞內線旋轉的方法。 表5-1 繞內邊線旋轉超高值計算公式超高位置計算公式注圓曲線上外緣1計算結果均為與設計高之高差2.臨界斷面距緩和段起點3.X距離處的加寬值：中

27、線內緣過度段上外緣或（）中線內緣(2)曲線加寬為了適應汽車在平曲線上行駛時候的后輪軌跡偏向曲線內測的需要，在平曲線的內側增加路面、路基的寬度。但是對于R>250m的圓曲線不用設計加寬。在圓曲線上為全加寬。參考數(shù)據(jù)：在JD1 R=70， 在JD2 R=250 表5-2 主點樁號加寬值交 點平曲線加 寬圓曲線緩和曲線長總加寬度或超高緩號半 徑寬 度長 度和長度、加長 度樁 號寬緩和長度數(shù)(米)(米)(米)(米)(米)1K0+376.651702.0 39.142187100139.1432K0+727.9912500.8 63.76835460123.769(3)視距保證在彎道部分，可能有建

28、筑物擋住司機的視線，所以在設計路線時候要考慮到在彎道內側的建筑物和障礙是否遮擋了視線，即考慮橫凈距h。在設計時候用橫凈距對彎道進行限制。5.4路基土石方數(shù)量計算及調配在公路工程中，有挖方有填方，所以對其要進行計算和合理的調配。(1)橫斷面的計算用積距法，把需要填挖的地方劃分成若干個規(guī)則圖形進行計算在相加。(2)土石方的計算平均斷面法，用相鄰兩個斷面的填方或者是挖方的平均面積與距離的乘積。參考公式：V=（F1+F2）L/2(3)土石方手算部分有橫斷面設計可計算出各樁號橫斷面面積，根據(jù)相鄰兩個斷面的填方或者是挖方的平均面積與其距離的乘積即可求得的填挖方量。K0+000 Fw1 =16.99 FT1

29、 =0 K0+020 Fw2 =1.96 FT2 =2.55Vw=( Fw1+ Fw2)*( K0+020- K0+000)/2=189.42V T =( FT1+ FT2)*( K0+020- K0+000)/2=25.46K0+040 Fw1 =1.47 FT1 =10.31Vw=( Fw1+ Fw2)*( K0+040-K0+020)/2=34.23V T =( FT1+ FT2)*( K0+040- K0+020)/2=128.56K0+060 Fw2 =1.48 FT2 =15.77Vw=( Fw1+ Fw2)*( K0+060 -K0+040)/2=29.44V T =( FT1+ FT2)*( K0+060 - K0+040)/2=260.76 據(jù)此方法重復計算可得出所有的填挖方量，下表為前200米的填挖量表 表5-3 路基填挖方量樁 號橫 斷 面距離(m)挖方量填方量面 積(m2)挖方填方1235K0+00016.99 K0+0201.96 2.55 20.00 189.42 25.46 K0+0401.47 10.31 20.00 34.23 128.56 K0+06