第一部分-平纵横设计.doc

第一章 平、纵、横设计
1.1 平面选线
1.1.1 平原地区公路路线特点：
平原地区地形平坦，坡度平缓，除草原、戈壁外，一般人烟稠密，农业发达。村镇、农田、河流、湖泊、水塘、沼泽、盐渍土等为平原地区较常遇到的自然障碍。因此平原地区选线一方面由于地势较平坦，路线纵坡及曲线半径等几何要素比较容易达到较高的技术标准；另一方面往往由于受当地自然条件和地物的障碍以及支援农村建设需要的限制选线要考虑各方面的因素。
1.1.2 平原四级公路设计要求及特点
平原地区四级公路工程技术标准应为农村专用公路，工程技术标准要求较低，要求设计行车速度达到20km/h；平曲线不设超高最小半径150m,一般最小半径30m，极限最小半径15m；竖曲线最大纵坡不大于9%，坡段最小长度不小于60m，凸形竖曲线极限最小半径100m，一般最小半径200m，凹形竖曲线极限最小半径100，一般最小半径200m；设计时不但需要考虑地形、地质、水文、气象、地震等自然因素的影响，同时还要受到当地经济、土地资源，筑路材料来源、施工条件、劳动力状况诸多因素的限制，这要求我们在路线设计时要做到规范与实际相结合，在学习规范的同时，灵活应用规范，努力做到实用与经济相结合。
1.1.3 平原四级公路选线原则及依据
选线是在符合国家建设发展的需要下，结合自然条件选定合理路线，使筑路费用与使用质量得到正确的统一，达到行车迅速安全，经济舒适及构造物稳定耐久，易于养护的目的，选线人员必须认真观贯彻国家规定的方针政策，深入实际，综合考虑路线、路基、路面、桥涵等，最后选出合适的路线。
1.1.4 平原地区公路选线应符合以下原则
(1) 根据道路使用任务和性质，综合考虑路线区域国民经济发展情况与远
景规划，正确处理好近期与远景的关系，在总体规划的知道下，合理选择方案。
(2) 认真领会任务书的精神，深入现场，多跑、多看、多问、多比较，深入调查当地的地形、气候、土壤、水文等自然情况，以利于选择有价值的方案进行比较。
(3) 充分利用有利地形、地势，尽量回避不利地带，正确运用技术标准，从性车的安全、畅通和施工养护的经济、方便着眼，对路线与地形的配合加以研究，做好路线平、纵、横三方面的结合，力求平面短捷舒顺，纵断面平缓、均匀，横断面稳定、经济。
(4) 充分利用土地资源，减少拆迁，就地取材，带动沿线城镇及地方经济的发展。平原地区多数是鱼米之乡，土地肥沃，水资源丰富，但是人口密集，特别是耕地尤为紧张能，人均耕地0.5-1.0亩，修一条公路要占用许多土地，在选线时，要考虑到尽可能少占耕地，不破坏农田水系，常用的方法是利用河堤，利用河堤好处较多，除了节省耕地，不破坏水系外，还有以下一些好处：①利用老路，这个地区以前的低等级公路大多数在河堤上建筑的，长期的自重作用和车辆荷载作用使路基沉陷趋于稳定，在路基处理时可以节省费用；②可以减少拆迁，由于有老路的存在，沿线的拆迁量减少；③由于河堤较高，可以节约土地用量，减少耕地的开挖，接生了耕地；④可以带动沿线经济的发展，河网地区城镇、乡村多倚河而建，各乡镇间距距离较小，大多不超过10km，多为一些低等级砂石路相连且人口较多，每个乡镇达到4-8万人，当道路等级提高后，可以带动沿线许多行业的发展，特别是旅游业，由于交通的便利，经济发展大为加快；⑤有利于公路网路建设，利用老的低等级公路网进行技术改建，提高技术标准，改造成新型的高等级网络，可以加快路网建设的速度。
1.1.5 平原四级公路选线的依据
(1) 平原四级公路选线的依据主要有交通部颁发的规范，实测和预测交通量，地形图，地方政府以及建设单位下发的文件，会议纪要，设计任务书等，它们是路线设计不可缺少的资料。
(2) 实测和预测交通量

(3) 地方政府建设单位的下发的文件，会议纪要，设计任务书是对道路设计的要求，在路线设计时要能充分满足这些要求
1.1.6 平原四级公路选线方法和步骤
平原四级公路选线方法有多种，主要有视察，初测与初步设计。实测与施工图设计等
步骤：1.全面布局 2.逐段安排 3.具体定线
1.2 平面线形设计
1.2.1 平曲线形设计
为了保证汽车行使的安全与舒适，根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，将圆曲线设置了缓和曲线，保证了线形的连续性和均衡性，同时线性设计还考虑了汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。
1.2.1.1 直线的最小长度
（1） 同向曲线间的直线最小长度基本长满足设计速度的6倍。
（2） 反向曲线间的直线最小长度满足设计速度的2倍。
1.2.1.2 圆曲线设计
根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，将圆曲线设置了缓和曲线，保证了线形的连续性和均衡性，缓和曲线和圆曲线长度比值在Ls：Ly：Ls=1：1：1或1：2：1范围内。
1.2.1.3 设计的线形如下图

图1-1 平面线形
由图计算出起点、交点、终点的坐标如下：
QD：（4074874.297, 508234.313） JD1：(4075120.183, 508168.565)
JD2：(4075420.337, 508163.249) JD3：(4075647.968, 508137.002)
JD4：(4075775.280, 508168.831) JD5：(-4075908.671, 508242.585)
JD6：(4076217.011, 508284.456) JD7： (4076372.282, 508374.845)
ZD：（4076342.734，508695.197）
1.2.1.4 路线设计用的是计算机模拟设计，现就路线取QD至JD1为例计算路线长、方位角
QD-JD1段
DAB=

1.3 纵断面设计
1.3.1 纵断面线形设计
主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。
1.3.2 纵断面线形要求
该路地处平原区，土地资源宝贵，本项纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按百年一遇设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高，线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.543%以保证排水要求。
1.3.3 纵坡设计
（1）纵坡设计的一般要求
① 纵坡设计必须满足《标准》的有关规定，一般不轻易使用极限值
② 纵坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡
③ 纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合
从行车安全，舒适和视觉良好的要求来看，要求纵断面线形注意有以下几点：
在短距离内应避免线形起伏，易使纵断面线形发生中断，视觉不良；
避免“凹陷”路段，若线形发生凹陷出现隐蔽路段，使驾驶员视觉不适，产生莫测感，影响行车速度和安全；
在较大的连续上坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部的纵坡宜放缓些；

纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径；
纵断面线形设计应注意与平面线形的关系；
纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；
纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，接生土石方量，降低工程造价；
纵坡设计时，还应结合我国情况，适当照顾当地民间运输工具，农业机械、农田水利等方面的要求。

图1-2 路线纵断面
（2）纵坡设计的方法和步骤：
① 准备工作
纵坡设计前，应先根据中桩和水准记录点，绘出路线纵断面图的地面线绘出平面直线，曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料。
② 标注纵断面控制点
纵面控制点主要有路线起终点，路线交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。
③ 试坡
试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术和标准，选线意
图，考虑各经济点和控制点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”。
前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线，然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线，将其延长交出变坡点初步位置。
④ 调坡
调坡主要根据以下两方面进行：⑴结合选线意图。将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍；⑵对照技术标准。详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。
调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。
⑤ 根据横断面图核对纵坡线
核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。
⑥ 确定纵坡线
经调整核对后，即可确定纵坡线。所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确定下来。坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一。变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整10桩位上。变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。

1.3.4 竖曲线设计要求：
① 宜选用较大的竖曲线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。
② 同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。
③ 反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。
④ 应满足排水要求。
1.3.5 纵段面设计步骤
(1) 根据地形图上的高程，以50m一点算出道路上各点的原地面高程，将各点高程对应地标于纵断面米格纸上，然后用直线连接各点，画出道路纵向的原地面图。
(2) 确定最小填土高度
由于路基要保证处于干燥或中湿状态以上，所以查表得粉性土时路槽底至地下水的临界高度为1.7-1.9m时为干燥状态，由于地下水平均埋深为1.0m，路面厚度一般为60-80cm,所以算出最小填土高度为1.6m.。
(3) 拉坡
首先是试坡，试坡以“控制点”为依据，考虑平纵结合、挖方、填方以及边沟设置等众多因素初步拟订坡度线。然后进行计算，看拉的坡满不满足控制点的高程，满不满足规范要求，如不满足就进行调坡。调坡时应结合选线意图，对照标准所规定的最大纵坡、坡长限制以及考虑平纵线形组合是否得当进行调坡。在纵断面设计时，由于平面设计时没有注意平纵组合，所以在拉坡时要做到“平包竖”，其他方面都满足标准。竖曲线各项指标：
表1-1 竖曲线指标
设计车速（km/h）
20
最大纵坡（％）
9%
最小纵坡（％）
0.5
凸形竖曲线半径（m）
一般值
200
极限值
100
凹形竖曲线半径（m）
一般值
200
极限值
100
竖曲线最小长度（m）
70
(4) 竖曲线计算
根据设计得知：
拟定R=5000，则：

图1-3 竖曲线计算示意图
竖曲线内桩号的高程计算
已知k1+480的高程为130.62m
计算公式为：
右半部分：
左半部分：
其中：曲线上任意点到曲线起点（左半曲线）或终点（右半曲线）的水平距离。
直线上点到相邻变坡点的距离
1.4 横断面设计
1.4.1 已知资料
根据最新交通网规划，预测使用初期2008年年平均日交通量见下表，年平均增长率为6.0%。
表1-2 交通量组成
车型
解放CA10B
黄河JN150
斯柯达706R
依士兹TD50
长征XD980
小汽车
辆/d
400
110
60
20
50
400
1.4.2 确定折算标准
由《公路工程技术标准》规定：高速、一级公路以小客车为折算标准。
表1-3 各汽车代表车型与换算系数
汽车代表车型
车辆折算系数
说 明
小客车
1.0
≤19座的客车和载质量≤2t的货车
中型车
1.5
＞19座的客车和载质量＞2t的货车
大型车
2.0
载质量＞7t~≤14t的货车
拖挂车
3.0
载质量＞14t的货车
1.4.3 交通量计算
初始年交通量：
N0=400+1.5×400+420×2.0
=1840辆/日
1.4.4 确定主要技术标准
1.4.4.1 服务水平
四级公路：三级服务水平
1.4.4.2 建筑限界
W—行车道宽度 H—净空高度
1.4.4.3 路线
(1) 车道宽度
当设计车速为20km/h时，车道宽度为3.00m
(2) 路肩宽度
表1-4 土路肩宽度

一般值（m）
最小值（m）
土路肩宽度
0.5
0.5
(3) 路基宽度
路基宽度（m）：一般值：6.5 最小值：4.5
Ⅰ：各级公路路基宽度为车道宽度与路肩宽度之和，当设有中间带、加（减）速车道、爬坡车道、紧急停车带、错车道等时，应计入这些部分的宽度。
Ⅱ：确定路基宽度时，中央分隔带宽度、左侧路缘带宽度、右侧硬路肩宽度、土路肩宽度等的“一般值”和“最小值”应同类项相加。
据任务书知道设计年限2010年，各种车辆折合成小客车的交通量合计为， 查（JTGB01—2003）《公路工程技术标准》P1 1.0.3得公路等级为四级，车道数拟定两车道。再查《公路工程技术标准》P12 3.0.11得四级公路车速为，取设计车道宽度为3.00m，得总车道宽度为3.00×2＝6.0m，由P11 表3.0.5-1知一级公路车速为的土路肩的宽度为0.5×2=1.0m.
(4) 停车视距：20m
(5) 圆曲线最小半径（m）：
一般值：30 极限值：15
(6) 最大纵坡：9%
(7) 最小坡长：60m
表1-5 竖曲线坡度指标
纵坡坡度（%）
4
5
6
最大坡长（m）
1200
1000
700
连续上坡（或下坡）时，应在不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。
(8) 竖曲线最小半径和最小长度
表1-6 竖曲线半径指标
凸形竖曲线半径（m）
一般值
200
极限值
100
凹形竖曲线半径（m）
一般值
200
极限值
100
竖曲线最小长度（m）
20
1.4.4.4 路拱坡度
查（JTJ001—97）《公路工程技术标准》P25 5.0.5得沥青混凝土及水泥混凝土路拱坡度均为1%-2%，故取路拱坡度为1.5%；路肩横向坡度一般应较路面横向坡度大1%-2%，故取路肩横向坡度为2.5%，路拱坡度采用双向坡面。
1.4.4.5 路基边坡坡度
由《公路路基设计规范》得知，当H<6m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1：1.5设计。

1.4.4.6 边沟设计
查（JTJ013—95）《公路路基设计规范》P20 4.2.3得边沟横断面一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡为1：1.0-1：1.5，外侧边坡与挖方边坡坡度相同。少雨浅挖地段的土质边沟可采用三角形横断面，其内侧边坡宜采用1：2-1：3，外侧边坡坡度与挖方边坡坡度相同。本设计路段地处平原微丘区，故宜采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，内侧边坡坡度为1：1。
1.4.5 横断面设计步骤
(1) 根据外业横断面测量资料点绘横断地面线。
(2) 根据路线及路基资料，将横断面的填挖值及有关资料（如路基宽度、加宽值、超高横坡、缓和段长度、平曲线半径等）抄于相应桩号的断面上。
(3) 根据地质调查资料，示出土石界限、设计边坡度，并确定边沟形状和尺寸。
(4) 绘横断面设计线，又叫“戴帽子”。设计线应包括路基边沟、边坡、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、加宽等。一般直线上的断面可不示出路拱坡度。
(5) 计算横断面面积（含填、挖方面积），并填于图上。
1.5 视觉分析
1.5.1 平纵线形的协调
为了保证汽车行使的安全与舒适，应把道路平、纵、横三面结合作为主体线形来分析研究，平面与纵面线形的协调组合将能在视觉上自然地诱导司机的视线，并保持视觉的连续性，该条道路地势起伏较平坦，纵断面以平坡为主，竖曲线半径要适当，既要符合四级公路技术指标要求，又不宜使竖曲线长度太长而使路线填土过高而增加造价，而平曲线在选线时一般要考虑少占农田，尽量贴原地面线走，以减少构造物的工程量及设计施工难度，节约经费，减少造价。

图1-4 道路全线透视图
(1) 平曲线与竖曲线的配合，设计时采用较大的竖曲线半径方法，以获得较好的视觉和行车效果。

图1-5 路线平纵组合
(2) 透视图的运用，平纵线形配合受到各种因素的制约和影响，同时要避免一些不良的组合，运用透视图进行检验是很好的方法，设计时对有疑问的路段进行透视图的检验，效果较好。

图1-6 K0+000点透视图

从K0+000点可以看到K0+500米处，能很好的诱导司机视线。

图1-7 K0+500点透视图
从K0+500点可以看到K0+800米处，能很好的诱导司机视线。同时路线的曲线变化能更好的引导司机注意力。

图1-8 K0+800点透视图
从K0+800点可以看到K1+100米处，能很好的诱导司机视线。此时司机可以清晰的前方K1+000处的反向曲线。应注意减速行驶。
(3) 平面与横断面的综合协调主要是超高的设计
1.5.2 线形与环境的协调

图1-9 路线平面图
(1) 定线时尽量避开村镇等居民区，减少噪音对居民生活带来的影响，同时采用柔性，沥青混凝土路面以减少噪音。
(2) 路基用土由地方政府同意安排，利用开挖鱼塘或沟渠，避免乱开挖，同时又利于农田、水利建设。
(3) 注意绿化，对路基边坡加强绿化和防护，在护坡道上和交叉口用地范围内的空地上均考虑绿化。
1.6 土石方的计算和调配
1.6.1 调配要求
(1) 土石方调配应按先横向后纵向的次序进行。
(2) 纵向调运的最远距离一般应小于经济运距(按费用经济计算的纵向调运的最大限度距离叫经济运距)。
(3) 土石方调运的方向应考虑桥涵位置和路线纵坡对施工运输的影响，一般情况下，不跨越深沟和少做上坡调运。
(4) 借方、弃土方应与借土还田，整地建田相结合，尽量少占田地，减少对农业的影响，对于取土和弃土地点应事先同地方商量。
(5).不同性质的土石应分别调配。

1.6.2 调配方法
土石方调配方法有多种，如累积曲线法、调配图法、表格调配法等，由于表格调配法不需单独绘图，直接在土石方表上调配，具有方法简单，调配清晰的优点，是目前生产上广泛采用的方法。
表格调配法又可有逐桩调运和分段调运两种方式。一般采用分段调用。
表格调配法的方法步骤如下：
(1) 准备工作
调配前先要对土石方计算复核，确认无误后方可进行。调配前应将可能影响调配的桥涵位置、陡坡、深沟、借土位置、弃土位置等条件表于表旁，借调配时考虑。
(2) 横向调运
即计算本桩利用、填缺、挖余，以石代土时填入土方栏，并用符号区分。
(3) 纵向调运
确定经济运距
根据填缺、挖余情况结合调运条件拟定调配方案，确定调运方向和调运起讫点，并用箭头表示。
计算调运数量和运距
调配的运距是指计价运距，就是调运挖方中心到填方中心的距离见区免费运距
(4) 计算借方数量、废方数量和总运量
借方数量=填缺—纵向调入本桩的数量
废方数量=挖余—纵向调出本桩的数量
总运量=纵向调运量+废方调运量+借方调运量

(5) 复核
横向调运复核
填方=本桩利用+填缺
挖方=本桩利用+挖余
纵向调运复核
填缺=纵向调运方+借方
挖余+纵向调运方+废方
总调运量复核
挖方+借方=填方+借方
以上复核一般是按逐页小计进行的，最后应按每公里合计复核。
(6) 计算计价土石方
计价土石方=挖方数量+借方数量。

表1-7 工程量汇总表
指标名称
单位
数量
路线总长
km
1.859
平均每公里交点个数
个
4.500
平曲线最小半径
m
100.000
平曲线总长
m
1035.000
平曲线占线路总长
%
55.680
最短坡长
m
260.000
竖曲线总长
m
534.240
竖曲线占路线总长
%
28.700
平均每公里纵坡变坡次数
次
2.220
竖曲线最小半径
m

凸型
m/个
5000.000/1
凹型
m/个
20000.000/1