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公路纵断面设计.doc

公路纵断面设计

忧愁地
2019-02-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《公路纵断面设计doc》,可适用于工程科技领域

公路纵断面设计一、概述纵断面设计定义沿道路中心线纵向垂直剖切的一个立面。它表达了道路沿线起伏变化的状况。道路纵断面设计主要是根据道路的性质和等级汽车类型和行驶性能沿线地形、地物的状况当地气候、水文、土质的条件以及排水的要求具体确定纵坡的大小和各点的标高。为了适应行车的要求各级公路和城市道路中的快速路、主干路及相邻坡度代数差大于%的其他道路在纵坡变更处均应设置竖曲线因而道路纵断面设计线是由直线和竖曲线所组成。在纵断面图上通过路中线的原地面上各桩点的高程称为地面标高相邻地面标高的起伏折线的连线称为地面线。设计公路的路基边缘相邻标高的连线称为设计线设计线上表示路基边缘各点的标高称为设计标高。在同一横断面上设计标高与地面标高之差称为施工高度。当设计线在地面线以上时路基构成填方路堤当设计线在地面线以下时路基构成挖方路堑。施工高度的大小直接反映了路堤的高度和路堑的深度。纵断面设计原则设计原则()纵坡设计必须符合《公路工程技术标准》中有关纵坡的各项规定如各级公路的最大纵坡按排水要求的最小纵坡等。()为保证汽车以一定的车速安全顺利地通过纵坡应具有一定的平顺性。()对沿线的自然条件应作通盘研究依据不同的具体情况分别处理使公路畅通和稳定。()按路线起伏综合考虑农田水利方面的特殊要求。()在水文条件不良或地下水位很高的路段应考虑适当的路基高度。()在保证路基的强度和稳定的前提下争取填挖平衡节省土石方及其他工程量降低工程造价。()考虑到今后公路改建时尽量利用原有路面作为新路面的基层或面层的下层。()纵坡设计应与平面设计密切配合协调。城市道路纵断面设计原则除参照公路纵断面设计的原则外尚须注意下列各点:()为使道路两侧街坊地面水的顺利排除一般应使路缘石顶面标高低于两侧建筑物的地面标高。()要为城市各种地下管线的埋设提供有利条件并保证人防工程与各类管线有必要的最小覆土厚度。()对一些具有影响的立面控制点必须与道路平面控制点综合分析研究。()应与相交的道路、广场等出入口有平顺的衔接。()对非机动车行驶较多的道路应充分考虑非机动车的爬坡能力和下坡时的安全性。()研究附近地区的竖向设计以协调城市地区的立面布置和填挖土石方的调配。纵断面设计要求城市道路纵断面设计的要求除了前面讲述的最大和最小纵坡、坡长限制、合成坡度、平均纵坡、竖曲线最小半径和最短长度、平纵组合的要求以外还应满足由城市道路的特点所决定的具体要求。()纵断面设计应参照城市规划控制标高、适应临倚建筑立面布置以及沿路范围内地面水的排除。确定道路中线设计标高时必须满足下列各控制点标高的要求。()应与相交道路、街坊、广场和沿街建筑物的出入口有平顺的衔接。()山城道路及新建道路的纵断面设计应尽量使土石方平衡。在保证路基稳定的条件下力求设计线与地面线接近以减少土石方工程数量保持原有天然稳定状态。()旧路改建宜尽量利用原有路面若加铺结构层时不得影响沿路范围的排水。()机动车与非机动车混合行驶的车行道最大纵坡宜不大于%以满足非机动车爬坡能力的要求。()道路最小纵坡应不小于%困难时不小于O%特别困难情况下小于%时应设置锯齿形街沟或采取其它综合排水措施。()道路纵断面设计必须满足城市各种地下管线最小覆土深度的要求。二、纵坡设计的一般规定与要求纵坡设计的一般要求()纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》中的各项规定。()为保证汽车能以一定的车速安全舒顺地行驶纵坡应具有定的平顺性起伏不宜过大及过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值.缓和坡段应自然地配合地形设置在连续采用极限长度的陡坡之间不宜插入最短的缓和坡段以争取较均匀的纵坡。垭口附近的纵坡应尽量放缓一些。连续上坡或下坡路段应避免设置反坡。()纵坡设计时应对沿线的地形、地质、水文、气候等自然条件综合考虑根据不同的具体情况妥善处理以保证公路的畅通和稳定。()地下水位较高的平原微丘区和潮湿地带的路段应满足最小填土高度的要求以保证路基稳定。()纵坡设计在一般情况下应考虑填挖平衡并尽量利用挖方运作就近路段填方减少借方和废方以降低工程造价。()纵坡设计时应照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的特殊要求。最大纵坡与最小纵坡最大纵坡最大纵坡是指各级公路容许采用的最大坡度值它是公路纵断面设计的重要控制指标。()确定最大纵坡应考虑的因素①汽车的动力特性:要根据公路上主要行驶车辆的牵引性能确定。在一定的行驶速度条件下确定。②公路等级愈高要求行车速度愈快但从汽车的动力特性可知其爬坡能力愈低因此不同等级的公路有不同的最大纵坡值。③自然因素:公路所经地区的地形、气候、海拔高度等自然因素对汽车行驶条件和爬坡能力也有很大的影响。()最大纵坡的确定最大纵坡的确定主要取决于汽车的动力性能、公路等级和自然因素但另一方面还必须保证行车安全。表最大纵坡设计速度(kmh)最大纵坡(%)        高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时经技术经济论证合理最大纵坡可增加%。在非汽车交通比例较大的路段可根据具体情况将纵坡适当放缓平原、微丘区一般不大于%~%山岭、重丘区一般不大于%~%。小桥涵处的纵坡可按表的限值设计但大、中桥上的纵坡不宜大于%桥头引道纵坡不大于%位于城镇附近非汽车交通量较大的路段桥上及桥头引道纵坡均不得大于%紧接大、中桥桥头两端的桥头引道纵坡应与桥上纵坡一致。隧道内的纵坡不应大于%并不小于%独立的明洞和长度小于m的隧道其纵坡不受此限紧接隧道洞口的路线纵坡应与隧道内纵坡相同。()高原地区纵坡折减《公路工程技术标准》规定在海拔m以上的高原地区各级公路的最大纵坡值应按表的规定予以折减最大纵坡折减后若小于%则仍采用%。表高原纵坡折减值海拔高度(m)~~以上折减值(%)    最小纵坡《公路工程技术标准》规定在各级公路的长路堑路段以及其他横向排水不畅的路段均应采用不小于%的纵坡否则应对其边沟作纵向排水设计。干旱地区以及横向排水良好的路段其最小纵坡可不受上述限制。坡长限制与缓和坡段坡长限制与缓和坡段坡长限制包括最小坡长和最大坡长两个方面的内容。()最小坡长限制最小坡长的限制是从汽车行驶平顺性、乘客的舒适性、纵面视距和相邻两竖曲线的布置等方面考虑的。我国综合考虑了计算行车速度和地形条件等情况规定最小坡长如表所示。表各级公路最大纵坡公路等级高速公路一二三四计算行车速度(kmh)最小坡长(m)             ()最大坡长限制最大坡长限制是指比较大的纵坡对正常行车的影响。高速公路、一级公路当连续陡坡由几个不同坡度值的坡段组合而成时应对纵坡长度受限制的路段采用平均坡度法进行验算。二、三、四级公路当连续纵坡大于%时对纵坡长度应加以限制以利提高车速和行驶安全。在实际纵坡设计中当大于%的坡长还未达到其规定的限制坡长时可变化坡度(应为连续上坡或连续下坡)但其长度应按坡长限制的规定进行折算。例如:某三级山岭区公路的第一坡段纵坡为%长度为m即占坡长限制值的若相邻坡段的纵坡为%则其坡长不应超过×=m。也就是说%的纵坡设计了长度m以后还可接着设计坡度为%的m坡长此时坡长限制值已用完。平均纵坡平均纵坡是指一定长度路段的高差与水平距离之比以百分率(%)表示。它是衡量纵断面线形设计质量的一个重要限制性指标。我国《公路工程技术标准》规定.为了合理运用最大纵坡、坡长和缓和坡段以利汽车安全顺利行驶二、三、四级公路越岭线的平均纵坡.一船以接近%(相对高差为~m)和%(相对高差大于m)为宜并注意任何相连km路段的平均纵坡不宜大于%。合成坡度合成坡度是指在设有超高的平曲线上路线纵坡与超高横坡或路面横坡组合而成的最大坡度。其方向为流水方向又称流水线坡度。汽车在有合成坡度的路段行驶时如果合成坡度过大由于离心力的作用可能引起汽车向合成坡度方向的倾斜和侧向滑移给汽车行驶带来危险。因此应将合成坡度控制在一定的范围之内。我国《公路工程技术标准》规定各级公路的最大容许合成坡度值如表所示。表各级公路最大容许合成的坡度公路等级高速公路一二三四计算行车速度(kmh)合成坡度(%)             爬坡车道爬坡车道是指在陡坡路段正线行车道右侧设置的专供载货汽车行驶的专用车道。《公路工程技术标准》规定高速公路和一级公路当纵坡大于%时可设置爬坡车道.其宽度一般为m。《公路路线设计规范》(JTJ)中规定高速公路和一级公路在其纵坡长度受限制的路段应对载货汽车上坡行驶速度的降低值和设计通行能力进行验算符合下列情况之一者在上坡方向行车道的右侧设置爬坡车道。()沿上坡方向载货汽车的行驶速度降低到容许最低速度以下时可设置爬坡车道。()上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时应设置爬坡车道。设计爬坡车道时应综合考虑爬坡车道与主线线形设计的关系其起、终点应设在通视良好、便于辨认和过渡顺适的地点。长而连续的爬坡车道其右侧应按规定设置应急停车带。三、竖曲线设计纵断面上相邻两条纵坡线相交的转折处为了行车平顺用一段曲线来缓和这条连接两纵坡线的曲线叫竖曲线。竖曲线的形状通常采用平曲线或二次抛物线两种。在设计和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。纵断面上相邻两条纵坡线相交形成转坡点其相交角用转坡角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线反之为凹形竖曲线。竖曲线设相邻两纵坡坡度分别为i和i则相邻两坡度的代数差即转坡角为ω=ii其中i、i为本身之值当上坡时取正值下坡时取负值。当ii为正值时则为凸形竖曲线。当ii为负值时则为凹形竖曲线。()竖曲线基本方程式我国采用的是二次抛物线形作为竖曲线的常用形式。其基本方程为:若取抛物线参数为竖曲线的半径则有:()竖曲线要素计算公式①切线上任意点与竖曲线间的竖距通过推导可得:②竖曲线曲线长:L=Rω③竖曲线切线长:T=TA=TB≈L=④竖曲线的外距:E=⑤竖曲线上任意点至相应切线的距离:式中:x为竖曲任意点至竖曲线起点(终点)的距离mR为竖曲线的半径m。竖曲线的最小半径竖曲线最小半径的确定()凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素①缓和冲击汽车行驶在竖曲线上时产生径向离心力使汽车在凸形竖曲线上重量减小所以确定竖曲线半径时对离心力要加以控制。②经行时间不宜过短当竖曲线两端直线坡段的坡度差很小时即使竖曲线半径较大竖曲线长度也有可能较短此时汽车在竖曲线段倏忽而过冲击增大乘客不适从视觉上考虑也会感到线形突然转折。因此汽车在凸形竖曲线上行驶的时间不能太短通常控制汽车在凸形竖曲线上行驶时间不得小于秒钟。③满足视距的要求汽车行驶在凸形竖曲线上如果竖曲线半径太小会阻挡司机的视线。为了行车安全对凸形竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。()凹形竖曲线极限最小半径确定考虑因素①缓和冲击在凹形竖曲线上行驶重量增大半径越小离心力越大当重量变化程度达到一定时就会影响到旅客的舒适性同时也会影响到汽车的悬挂系统。②前灯照射距离要求对地形起伏较大地区的路段在夜间行车时若半径过小前灯照射距离过短影响行车安全和速度在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等如果它们正好处在凹形竖曲线上方也会影响驾驶员的视线。③跨线桥下视距要求为保证汽车穿过跨线桥时有足够的视距汽车行驶在凹形竖曲线上时应对竖曲线最小半径加以限制。④经行时间不宜过短汽车在凹形竖曲线上行驶的时间不能太短通常控制汽车在凹形竖曲线上行驶时间不得小于秒钟。四、纵断面设计方法纵断面设计要点纵断面设计首先涉及的内容是纵断面线形布置它包括不同地形条件下的设计标高控制各坡段的纵坡设计和转坡点位置确定等。各种地形条件下的标高控制所谓设计标高的控制是指在纵坡设计时将路线安排走在哪一个高度上最为合适。()在平原区地形平坦河沟纵横交错地面水源多地下水位较高因此路线设计标高主要由保证路基稳定的最小填土高度所控制。()在丘陵地区地面有一定的高差除局部地段外路线在纵断面上克服高差不很困难。因此设计标高的选定主要由土石方平衡和降低工程造价所控制。()在山岭地区地形变化频繁地面自然坡度大布线有一定的困难。因此设计标高主要由纵坡度和坡长所控制但也要从土石方尽量平衡及路基防护工程经济性等方面考虑力求降低工程造价。()沿溪(河)路段为保证路基安全稳定路基一般应高出规定洪水频率的计算水位加雍水高、波浪侵袭高和m以上。此外纵断面设计标高的控制还应考虑公路的起终点、交叉口、垭口、隧道、桥梁、排泄涵洞、地质不良地段等方面的要求。有时这些地物和人工造物对设计标高控制往往起着决定性的作用。各种地形条件下的纵坡设计对不同地形的纵坡设计要在初步拟定设计标高控制的基础上以求纵坡设计合理。()平原、微丘地形的纵坡应均匀、平缓并注意保证路基最小填土高度和最小排水纵坡的要求。()丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而使路线起伏过大。()山岭、重丘地形的沿河线应尽量采用平缓的纵坡坡长不宜过短纵坡度不宜过大高等级的公路更应注意不宜采用陡坡。()越岭线的纵坡应力求均匀尽量不采用极限或接近极限的坡度更不宜连续采用极限长度的陡坡之间夹短距离缓和坡段的纵坡线形。越岭线不应设置反坡以免浪费高程。()山脊线和山腰线除结合地形不得已时采用较大的纵坡外在般情况下应采用平缓的纵坡。转坡点位置的确定转坡点是两条相邻设计纵坡线的交点两转坡点之间的水平距离称为坡长。转坡点位置的确定直接影响到纵坡度的大小坡长平、纵面组合土石方填挖平衡和公路的使用质量。因此在确定转坡点位置时要尽量使填挖工程量最小和线形最理想外还应使最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、缓和坡段满足有关规定的要求同时还要处理好平、纵面线形的相互配合和协调。此外为方便设计和计算转坡点的位置一般应设在m的整数桩号处。纵断面设计方法与步骤纵坡设计()标注控制点控制点是指影响纵坡设计的高程控制点。“控制点”可分为两类:一类是属于控制性的“控制点”控制路线纵坡设计时必须通过它或限制从其上方或下方通过。这类控制点主要有:路线起终点、越岭哑口、重要桥涵、最小填土高度、最大挖深、沿溪线的洪水位、隧道进出口、平面交叉和立体交叉点、铁路道口、城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。第二类是属于参考性的“控制点”叫经济点。对于山岭重丘区的公路除应标出控制性质的“控制点”以外还应考虑各横断面上横向填挖基本平衡的经济点以降低工程造价。横断面上的经济点有以下三种情况:①当地面横坡不大时可在中桩地面标高上下找到填方和挖方基本平衡的标高纵坡通过此标高时在该横断面上挖方数量基本等于填方数量。②当地面横坡较陡时填方往往不宜填稳有时坡脚伸得较远采用多挖少填甚至全部挖出路基的方法比砌石护坡经济这时多挖少填或全挖路基的标高为经济点。③当地面横坡很陡无法填方时需砌筑挡土墙此时宁愿全部挖出路基或深挖该全部挖出或深挖路基的标高为其经济点。当地面横坡很陡必须作挡土墙时当采用某一设计标高使该断面按m长度计施工的土石方与挡土墙费用总和最省该标高为其经济点。设计时“经济点”通常用“路基横断面透明模板”来确定。“路基横断面透明模板”可用透明描图纸或透明胶片制成其上按横断面图的比例绘出路基宽度(挖方路段尚应包括两侧边沟的宽度)和各种不同坡度的边坡线(上为挖方下为填方)。使用时将“路基横断面透明模板”扣在绘好地面线的横断面图上使中线重合根据地面横坡的大小上下移动“模板”使填方和挖方面积大致相等或工程造价最经济此时“模板”上的路基顶面与该中桩的地面高之间的高差就是经济填挖值。将此值按比例点绘到纵断面图的相应中桩位置上即为该断面的“经济点”。纵坡线通过的经济点越多则工程量就越少投资就越省。()调整纵坡试定纵坡之后首先将所定的坡度与定线时所考虑的坡度进行比较两者应基本相符.若有较大差异应全面分析找出原因决定取舍。然后检查纵坡度、坡长、合成坡度等是否符合《公路工程技术标准》规定平、纵面组合是否合理若有问题应进行调整。调整纵坡的方法一般有抬高、降低、延长、缩短坡线和加大、减小纵坡度等。调整时应以少脱离控制点尽量减少填挖量与自然条件协调为原则使调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。以避免因纵坡调整产生填挖不合理等现象。()与横断面进行核对根据已调整的纵坡线选择有控制意义的重点横断面如高填深挖、挡土墙、重要桥涵等横断面在纵断面面上直接估读出填挖高度对照相应的横断面图进行认真的核对和检查。若出现填挖工程量过大、填方坡脚落空以及挡土墙工程量过大等情况应再次调整纵坡线直到满足要求为止。()确定纵坡纵坡线经调整核对无误后即可确定纵坡。方法是从起点开始核纵坡度和坡长分别计算出各转坡点的设计标高。公路的起终点设计标高是根据接线的需要事先确定的。转坡点设计标高确定后公路纵坡设计线也随之确定。设计纵坡时还应注意以下几点:()在回头曲线地段设计纵坡时应先确定回头曲线上的纵坡然后从两端接坡以满足回头曲线的特殊纵坡要求。()大、中桥上一般不宜设竖曲线。桥头两端的竖曲线其起终点应设在桥头lm以外。()小桥涵可设在斜坡地段和竖曲线上。但对等级较高的公路为使公路纵坡具有一定的平顺性应尽量避免小桥涵处出现急变的“驼峰式”纵坡。

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