道路勘测设计-横断面设计.ppt

道路勘测设计,交通工程教研室,第五章 横断面设计,道路用地范围与建筑限界公路路基横断面组成及宽度城市道路横断面路拱、边沟及边坡弯道的超高与加宽路基横断面设计及成果路基土石方计算及调配,内容提要,1.道路用地范围与建筑限界,1)新建公路：路堤两侧排水沟外边缘(无排水沟时为路堤或护坡道坡脚)以外，挖方地段为路堑坡顶截水沟外边缘(无截水沟为坡顶)以外不小于1m的土地为公路用地范围。在有条件的地段，高速公路、一级公路不小于3m，二级公路不小于2m的土地为公路用地范围。2)改建公路：可参考新建公路的规定。3)其他：立体交叉、服务设施、安全设施、交通管理设施、停车设施及公路管理、维护用房屋、料场、苗圃等用地，应在节约用地的原则下，根据实际需要确定用地范围。,（1）规定的公路用地范围,1.道路用地范围与建筑限界,城市道路用地范围为城市道路红线宽度。城市道路红线指划分城市道路用地和城市建筑用地、生产用地及其他备用地的分界控制线。,（2）城市道路用地范围,1.道路用地范围与建筑限界,道路建筑限界，又称道路净空，是为保证道路上各种车辆、行人的正常通行与安全，在一定的高度和宽度范围内不允许有任何障碍物侵入的空间界限。它由净高和净宽两部分组成。,（3）道路用地范围与建筑限界,我国标准、城市道路设计规范分别规定了各级公路、城市道路的建筑限界。,2.公路路基横断面组成及宽度,（1）横断面组成,高速公路及一级公路横断面图,二、三、四级公路横断面图,一般组成：行车道路肩中间带边坡边沟,2.公路路基横断面组成及宽度,（1）横断面组成,特殊组成：1)应急停车带：应急停车带是在高速公路和一级公路上设置的供临时发生故障或其它原因需紧急停车车辆使用的临时停车地带。当右侧硬路肩的宽度小时，应设紧急停车带，其设置间距不应大于500m，其宽度包括硬路肩在内为3.50m，有效长度不小于30m。2)爬坡车道：爬坡车道是在高速公路和一级公路上，当纵坡大于4时，设置的专供慢车爬坡使用的车道，其宽度一般为3.5m。3)变速车道：在高速公路互通式立体交叉、服务区等处设置，供车辆驶入或驶离高速车流的加速或减速车道，其宽度一般为3.5m。4)错车道：四级公路，当采用4.5m的单车道路基时，在适当的可通视的距离内设置的供车辆交错避让用的一段加宽车道。设置错道路段的路基宽度不小于6.5m，有效长度不小于20m。,2.公路路基横断面组成及宽度,（1）横断面组成,特殊组成：5)护坡道：当路堤较高时，为保证路基边坡稳定，在取土坑与坡脚之间，沿原地面纵向保留的有一定宽度的平台。标准规定：当路肩边缘与路侧取土坑底的高差小于或等于2m时，取土坑内侧坡顶可与路堤坡脚径相衔接，并采用路堤边坡坡度;当高差大于2m时，应设置宽1m的护坡道；当高差大于6m时，应设置宽2m的护坡道。6)碎落台：在路堑边坡坡脚与边沟外侧边缘之间或边坡上，为防止碎落物落人边沟而设置的具有一定宽度的纵向平台。7)截水沟：在地面线较陡的挖方路段，为拦截山坡上流向路基的水，在路堑坡顶以外设置的水沟。,2.公路路基横断面组成及宽度,1）路面宽度指行车道宽度，=车道数单车道宽度，即其中 B行车道宽度(m)；n车道数(条)；b一条车道的宽度，=车辆的几何宽度（2.5m）+侧向余宽；N一条车道的设计通行能力；与车速和车型有关(辆/)；设计交通量(辆/)。,（2）路基、路面宽度,其中,2.公路路基横断面组成及宽度,2）路肩宽度组成：土路肩（+硬路肩）。作用：保护路面及支撑路面结构；供发生故障的车辆临时停车之用；充足的宽度和稳定的路肩能给驾驶员以开阔、安全感，有助于增进行车舒适和避免驾驶紧张，提高公路的通行能力；为公路的其他设施提供设置的场地，也可供养护人员养护操作、避车之用。,（2）路基、路面宽度,2.公路路基横断面组成及宽度,3）中间带 高速、一级公路的整体式断面应设。组成：中央分隔带和两条左侧路缘带。作用：分离对向机动车流；种植花草灌木或设置防眩网空间；提供沿线设施的设置场地；其路缘带，由于有一定宽度且醒目，既引导驾驶员视线，又增加行车所必须的侧向余宽，从而提高行车的安全性和舒适性。,（2）路基、路面宽度,2.公路路基横断面组成及宽度,4）路基宽度为行车道与路肩宽度之和。当设有中间带、变速车道、爬坡车道、应急停车带等，还应包括这些部分的宽度。,（2）路基、路面宽度,3.城市道路横断面,横断面一般由机动车道、非机动车道、人行道、绿带、排水设施及各种管线工程等组成。道路的横断面设计是城市道路几何设计的重点。横断面设计的主要依据资料:道路类别和等级，红线宽度，交通需要及交通组织方式。横断面设计主要任务：确定各组成部分的几何尺寸及相互布置关系。,（1）组成及设计内容,3.城市道路横断面,城市道路机动车道宽度包括几条车道宽度。每条机动车道宽度应根据汽车车型及设计车速，并考虑侧向余宽予以确定，设计时，可按下表采用。机动车道的路面宽度应计入分隔带及两侧路缘带的宽度，路缘带宽度一般为0.50m。依据我国城市道路的实际经验，推荐如下数值供设计参考：双车道7.58.0m 三车道 10.011.0m 四车道 13.015.0m 六车道 19.022.0m,（2）机动车道设计,一条机动车道宽度,3.城市道路横断面,非机动车以自行车为主。非机动车道在供自行车行驶的同时，可适当照顾其他非机动车的行驶。设计时应根据自行车设计交通量与每条自行车道的设计通行能力来计算自行车车道数，而非机动车道宽度即为所有条数自行车车道宽度之和。一条自行车道线(宽lm)的设计通行能力(单纯为自行车行驶时)为：采用分车线与机动车分隔的自行车道为850辆/h；采用分车带与机动车分隔的自行车道为1100辆/h；当有信号灯交通管制的路口时，因受路口条件、间距及路段行车密度的影响，设计时平均可按750辆h采用。自行车道的宽度：一条车道宽度为1.5m；两条车道宽度为2.5m；三条车道宽度为3.5m；以此类推。设计规范规定不同非机动车的车道宽度自行车为1.0m；三轮车2.0m；兽力车2.5m；板车1.52.0m。我国经验：非机动车道的基本宽度可采用5.0m,6.5m,8.0m三种。,（3）非机动车道设计,3.城市道路横断面,基本功能要求：满足行人通行的安全和畅通，保证高峰小时的行人流量，并用来设置绿化、照明、地下管线等。最小宽度要求、设施带宽度要求。设置基本要求：一般高出车行道1020cm，向路缘石一侧倾斜，坡度一般为1.52.0。铺装平整、抗滑、耐磨、美观。基层材料应具适当强度与水稳定性。人行道及人行横道范围内路缘石宜做成低矮的，而且坡面较为平缓，便于儿童车、轮椅及残疾人通行，这种形式也称为“残疾人坡道”。,（4）人行道设计,设施带宽度,人行道最小宽度,3.城市道路横断面,由分隔带及两侧路缘带组成。按其在横断面中的不同位置与功能分为中间分车带(简称中间带)及两侧分车带(简称两侧带)。,（5）分车带,城市道路分车带宽度,3.城市道路横断面,城市道路的各部分组成彼此均有一定的联系和相互影响，其位置和宽度都要在横断面上给予合理安排，并进行必要的艺术处理。1）原则保证车辆和行人的交通安全和畅通充分发挥绿带的作用有利于雨水的排除满足地上地下管线的埋设和人防工程的要求考虑近、远期结合,（6）横断面综合布置,3.城市道路横断面,2）布置型式与选择“一块板”断面“二块板”断面“三块板”断面“四块板”断面,（6）横断面综合布置,3.城市道路横断面,2）布置型式与选择,（6）横断面综合布置,4.路拱、边沟及边坡,为利于路面横向排水，将路面做成中间高两边低的拱形，称为路拱。路拱坡度以百分率表示。利于排水，但不利于行车。高速公路和一级公路位于中等强度降雨地区时，路拱坡度宜采用高值；位于严重强度降雨地区时，路拱坡度可适当增大。分离式路基，每侧行车道可设置双向路拱，也可设置成向路基外侧倾斜的单向横坡。但在积雪冻融地区，应设置双向路拱。,（1）路拱,4.路拱、边沟及边坡,抛物线形路拱 二次抛物线适用于路面宽度小于12.0m而横坡度又较大的中级或低级路面。,1）路拱的型式,所以,将,代入上式，得到相应的,4.路拱、边沟及边坡,改进的二次抛物线横坡的变化较均匀，路中与路边的横坡也比较适中，利于排水和行车。多用于城市道路机动车和非机动车混合行驶的一块板横断面型式。,1）路拱的型式,半立方次(一次半)抛物线 与改进的二次抛物线路拱相似，只是在路中的横坡稍缓些。适用于路面宽度在20m以下的沥青混凝土、水泥混凝土或沥青碎石路面。,改进的三次抛物线符合排水迅速的要求，也可改善路中心部分横坡度过于平缓的缺点。在车行道横坡度小于3条件下，能够保证行车的安全，可以应用在各种道路上。,4.路拱、边沟及边坡,屋顶线型路拱 路拱两边是倾斜直线，在车行道中心线附近加设竖曲线或缓和曲线。通常用在高级路面宽度超过20m的城市道路上。优点是汽车轮胎和路面接触较为平均，路面磨耗也较小；缺点是效果不及抛物线型流畅。倾斜直线型,1）路拱的型式,适用于路面宽度小于12.0m而横坡度又较大的中级或低级路面。,4.路拱、边沟及边坡,圆顶直线型 中间的圆顶部分用圆曲线或抛物线连接。适用于路面宽度为20m50m的城市道路。,1）路拱的型式,折线型路拱 包括单折线型和多折线型两种。适用于多种车道的城市道路。,5.弯道的超高与加宽,当RR不设min，必须设置缓和曲线，即必须设超高。,（1）超高,车辆行驶在曲线内侧时取“”，外侧时取“”。,横向力系数变化范围为0.0350.15。对于给定的一条公路，V一定，一定，则iy随R增大而减小。,Iy取值见规范。,5.弯道的超高与加宽,从直线上的路拱双坡断面到圆曲线上具有超高横坡度的单坡断面，有一个逐渐变化的过渡路段，称为超高缓和段（过渡段）。利用缓和曲线路段。四级公路的超高缓和段为直线路段。,（2）超高缓和段,1）过渡方式 无中间带公路 a.绕未加宽路面内侧边缘旋转(边轴旋转)首先在超高缓和段之前将路肩坡度逐渐变为路拱坡度，然后绕路中心线旋转，使外侧车道变成和内侧车道同样的横坡度，最后绕未加宽前的路面内侧边缘旋转，使单坡横断面的坡度达到超高横坡度iy为止。b.绕路面中心线旋转(中轴旋转)。,5.弯道的超高与加宽,有中间带公路a.绕中间带的中心线旋转先将外例行车道绕中心线旋转，达到内例行车道的单向横坡后，整个断面再绕中心线旋转，直至超高横坡度值。此时中央分隔带呈倾斜状。b.绕中央分隔带边缘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状态。c.绕各自行车道中线旋转将两侧行车道分别绕各自的中心线旋转，使之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或降低而成为倾斜断面。,（2）超高缓和段,选定一种形式后，全线采用统一的形式,5.弯道的超高与加宽,（2）超高缓和段,2）超高缓和段长度 有缓和曲线的，过渡段长度即为缓和曲线长。四级公路无缓和曲线，则过渡段长度为：旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度，m；超高坡度与路拱坡度代数差，；q 超高渐变率，即旋转轴线与行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘线之间相对升降的比率，其最容许值为：一级公路0.5；其它各级公路平原微丘区1，山岭重丘区2。计算结果，应取为5m的倍数，并不小于10m的长度。,5.弯道的超高与加宽,（2）超高缓和段,3）超高纵断面图 超高的过渡常以超高纵断面图来表示。以设计高程线为横坐标轴，在横坐标轴上按比例标出各桩号的位置，纵坐标是相对高程，以设计高程为0，分别绘路面内、外侧边缘线和路基内、外侧边缘线。,只有高速公路画，其它道路一般不用画，只填计算表。,绕中轴旋转时的基本图式,思路：先算出圆曲线的抬高；在算直线上的抬高；然后在缓和曲线上内插。,5.弯道的超高与加宽,为保证汽车在弯道上行驶与在直线上行驶具有同样的富余宽度，半径较小的圆曲线路段的路面必须加宽。,（3）加宽,R为平曲线半径；l0为汽车后轴至汽车前缓冲器边缘的长度；b为一个车道的宽度；e为双车道路面的加宽值。,平曲线上的路面加宽,由于离心力的作用，车辆在曲线上要比在直线上增加一个横向摆动宽度：,对二级公路：,平曲线加宽,四级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。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。,5.弯道的超高与加宽,加宽方式：整个加宽值设置于曲线内侧。在圆曲线范围内为不变的全加宽值，两端（缓和曲线段）设置加宽缓和段，其加宽值由缓和段起点为零按比例增加到圆曲线起点处的全加宽值。,（4）加宽缓和段,四级公路，不设缓和曲线，在加宽缓和段两端点处形成折点，可插入曲线连接，使线形圆顺，使缓和段路面加宽的边缘AC与圆曲线段路面加宽后的边缘弧线切于D点。,A到B的长度是规定的缓和长度,BCke,然后由B点顺垂直方向量出BC而定出C点,连接A、C并延长AC线并截出l长度，就得到D点的位置。,其中，k修正系数，可查表。,5.弯道的超高与加宽,中间设缓和曲线的同向曲线，其超高、加宽的过渡段应在缓和曲线上完成。若两同向曲线具有不同的超高且直线段很短，可在该直线段上设置单坡的超高过渡段。复曲线：若两圆曲线的超高和加宽不同时，应按超高坡差从公切点向较大半径的曲线内插入超高加宽过渡段，其长度为两超高缓和长度之差或两超高坡度差相应的超高缓和长度。当两圆曲线不设超高而只有不同的加宽时，应在大半径曲线内设加宽缓和段，其长度应不小于10m。四级公路无缓和曲线，若两个圆曲线相连，则有超高错位，须至少具有设置两个超高缓和长度的距离，工程特别困难的山岭区，若长度不够，可将超高缓和段长度的不足部分插入大半径圆曲线内，但两曲线间直线缓和段长度应分别不小于20m和15m。,（5）同向曲线、反向曲线的超高、加宽缓和段,6.边沟与边坡,作用：边沟是沿路基两侧布置的纵向排水沟。设置于挖方和低填方路段，路面和边坡水汇集到边沟内后，通过跌水井或急流槽引到桥涵进出口处或通过排水沟引到路堤坡脚以外，排离路基。边沟的纵坡：一般与路线纵坡一致，当路线纵坡为零时，边沟仍应保持0.30.5的最小纵坡。出水口附近的纵坡应根据地形高差和地质情况作特殊设计。边沟的流量：一般不做计算，仅做概略估计。断面形式及尺寸：一般采用梯形断面。底宽与深度一般都不应小于0.4m；干旱地区也可采用0.3m。边沟边坡根据地质情况而定，内侧边坡一般为1:11:1.5，石质路段可以直立；边沟外侧边坡，通常与挖方边坡一致。当采用机械化施工时，土方边沟可做成三角形，其内侧边坡可用1:21:3，外侧边坡一般为1:11:2。,（1）边沟,路堤的边坡坡度，应根据填料的物理力学性质、气候条件、边坡高度以及基底的工程地质和水文地质条件进行合理的选定。,（2）路堤边坡,6.边沟与边坡,路堤边坡坡度表,填石路堤边坡表,路堑边坡的稳定性与工程地质、水文地质、地面排水条件有关、地貌、气候等因素有关。设计时应参考当地稳定的自然山坡和人工坡的坡度，并结合施工方法等综合考虑。,（3）路堑边坡,6.边沟与边坡,土质路堑边坡,岩石路堑边坡表,7.路基横断面设计及成果,原地面线 施工高度 路基宽度 边坡坡度 边沟形式与尺寸 路拱坡度 平曲线起终点桩号、超高坡度、加宽值及转向 视距要求切除范围,（1）横断面设计所需资料,7.路基横断面设计及成果,点绘横断面地面线。根据路线和路基资料，将横断面的填挖值及有关资料(如路基宽度、加宽值、超高坡度、缓和段长度、平曲线半径等)抄于相应桩号的断面上。根据现场调查的土壤地质资料，示出土石界线，确定边坡坡度以及边沟的形状与尺寸。绘横断面的设计线，俗称“戴帽子”。设计线应包括路基、边沟、截水沟、加固及防护工程、护坡道、碎落台、视距台等。在弯道上的断面还应示出超高、加宽。一般直线段的断面可不示出路拱坡度。计算横断面的填挖面积，完成全图。,（2）横断面设计步骤,7.路基横断面设计及成果,（3）横断面设计成果,路基横断面设计图 路基标准横断面图 路基设计表 路基土石方计算表 特殊路基设计图 超高方式图 中间带设计图,施工标准横断面图 规划横断面图 路面结构与道牙大样图 逐桩横断面图 土石方工程数量计算表,公路,城市道路,7.路基横断面设计及成果,一般采用1：200的比例。是路基每一个中桩的法向剖面图，它反映每个桩位处横断面的尺寸及结构，是路基施工及横断面面积计算的依据。应给出地面线与设计线，并标注桩号、施工高度与断面面积。相同的边坡坡度可只在一个断面上标注，挡墙等圬工构造物可只绘出形状不标注尺寸，边沟也只需绘出形状。按从下到上，从左到右的方式进行布置。,（4）横断面图的绘制,8.路基土石方计算及调配,积距法原理：按单位宽度，把断面面积分成若干等份，若足够小时，每一小块的面积为其平均高度与的乘积，则总面积等于各小块面积之和。通常将横断面图绘在厘米方格纸上，可以直接用米厘格子5mm(等于1m宽)来划分横断面。平均高度总和用“卡规法”或“纸条法”来求积距。其中纸条法多适用于求较大面积的积距。,（1）横断面面积的计算,8.路基土石方计算及调配,几何图形法当横断面地面线较规则时，可将横断面当成几个规则的几何图形看待。下图可划分为两三角形和一个矩形，或者看成一个规则的梯形，然后分别从图上量出有关数据后就可算出面积。,（1）横断面面积的计算,8.路基土石方计算及调配,坐标法如右图，由解析几何公式可推出面积计算公式：精度较高，计算复杂，只适用于计算机计算。,（1）横断面面积的计算,8.路基土石方计算及调配,应注意的问题填、挖分开计算。填方面积中填石、填土应分开计算；砌石、护坡要单计；挡土墙、护脚也要单计。挖方中挖土、挖石分开计算。大、中桥起、终点之间的土石方数量不计。基底换土，先算出挖出的面积,再计算换土填方面积，即同一面积计算了两次。同理，挖方台阶的面积也应计算两次。路堤面积中，应去掉路槽的面积。路堑面积中，应加上路槽的面积。,（1）横断面面积的计算,8.路基土石方计算及调配,（2）路基土石方数量的计算,假定相邻断面间为一棱柱体，则任意两个桩号之间的土石方数量：,注意：填方和挖方应分别进行计算！“用表计算”,8.路基土石方计算及调配,调配原则先考虑本桩利用(横向调配)，在进行纵向调运。一般不跨沟调运，不上坡调运。确定合理的经济运距。土、石分别调运。回头曲线处，优先考虑上、下线土石方调运。借土、弃土要妥善处理，要考虑对农业、环境等方面的影响。,（3）土石方调配,8.路基土石方计算及调配,调配步骤多用“土石方计算表”调配法。将桥涵位置、陡坡、大沟等标注于表旁。计算经济运距。先计算“本桩利用”，再计算“填缺”、“挖余”。纵向调运，计算纵向调运方数量及运距。确定借土、弃土地点。复核：本桩利用+纵向调运+弃土挖方 本桩利用+纵向调运+借方填方 挖方+借方填方+废方,（3）土石方调配,8.路基土石方计算及调配,土石方调配中的几个问题免费运距、平均运距和经济运距,（3）土石方调配,2）运量土石方运量为平均运距与土石方调配数量的乘积。土石方调配时，超运运距的运土才另加计运费，故运量应按平均超运运距计。3）计价土石方数量 计价土石方数量挖方数量十借方数量,土方作业包括挖、装、运、卸等工序，在某一特定距离内，只按土石方数计价而不另计算运费，这一特定距离称免费运距。施工作业方法不同，其免费运距也不同，各种作业方法的免费运距，可由概算定额和预算定额中查得。,土方调配时，从挖方体积重心到填方体积重心的距离，称平均运距。在路线工程中为简化计算，平均运距通常按挖方断面间距的中心至填方断面间距的中心的距离计。,按费用经济计算的决定采取“调”或“借”的纵向调运的最大限度距离，称经济运距，可按下式计算,借方单价(元立方米)；超运运费单价(元米米)。,