路线横断面设计实例及土石方调配.doc

路线横断面设计
1路基设计
1.1路基宽度的确定
路基宽度是指公路路幅顶面的宽度，即两路肩外缘之间的宽度，公路路基宽度为行车到与路肩宽度之和。
根据规范，二级公路采用单幅路形式，行车道宽2×3.5m，硬路肩宽度：2×0.25m，土路肩宽度：2×0.5m。路基宽：7+1.5=8.5m。
布置如下图5-1所示：
图 5-1 路基设计标准横断面图
1.2路拱坡度
路拱是为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形。路拱坡度需要考虑路面类型和当地的自然条件。查《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)，沥青路面横坡宜取1.0～2.0%。高速公路、一级公路路基采用双向路拱，中等强度降雨地区采用2％坡度，降雨强度较大地区可适当加大；二、三、四级公路路基采用双向路拱，采用不小于1.5％坡度；硬路肩的横坡应与行车道横坡一致。
考虑到该地区降雨量，路面排水状况和施工行车安全舒适，本设计拟采用2.0%的路拱横坡。公路的硬路肩，采用与行车道相同的横坡。土路肩的横坡采用3%，路拱形式拟采用直线形式。
1.3边坡坡度
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与水文地质条件进行合理的选定。拟建公路地处地势崎岖的山岭地区，根据沿线的工程地质及水文状况，本设计采用的路堤边坡为：边坡高度小于8m采用1:1.5；边坡高度大于8m的，距地面8m以上采用1:1.5，距地面8m以下采用1:1.75并在该处修建1m的碎落台。
路堑边坡的稳定性主要与当地的地质地貌、水文条件和排水条件有关。为了防止边坡不稳定而发生塌方等病害，在设计之前，首先用对山坡的自然稳定性做正确的判断。本设计采用的路堑边坡为：1:0.5，当路堑高度小于10m时，在该处修建1m的碎落台，从而增加边坡的稳定性减少坡面冲刷，起到一定的拦挡上边坡剥落下坠的小石（土）块，平台表面也作浆砌片石防护。
1.4边沟坡度
边沟是路基两侧布置的纵向排水沟。设置于挖方和低填路段，路面和边坡水汇集到边沟后，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，排出路基。
设计路线的边沟的断面形式依据《公路路线设计规范》（JTG D20—2006）采用梯形。边沟底宽与深度设置为0.6m，内侧边坡设计为1：1。
2超高设计
为迅速排除路面水，一般把公路路面修筑成具有一定横向坡度的路拱形式，将外侧车道升高，构成与内侧车道倾斜方向相同具有一定横向坡度的单坡横断面，这样的设置称为超高，其单坡横断面的横方向坡度叫做超高横坡度，简称超高度。
2.1超高横坡度
超高度的计算公式： （5-1）
式中： h — 超高横坡度；
— 横向力系数；
— 行车速度（km/h）；
— 圆曲线半径（m）。
设计速度为60km/h时，与R的关系式为：
（5-2）
速度是根据路况和环境变化实际采用的行驶速度。计算时，速度应采用实际行驶速度，约为设计速度的，高速路取低值，低速路取高值。
将由式（5-2）计算出的μ值代入式（5-1）中计算，当计算出的超高度小于路拱横坡时，取；当计算出的超高值大于时，取
《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）规定：超高横坡度按计算行车速度、半径大小，结合路面类型、自然条件和车厢组成情况确定。高速公路、一级公路的最大超高为8%～10%，其他各级公路不超过8%。当设计时速60Km/h，路线设计中平曲线的半径R<1500m时，必须设置超高段。设计中JD1、JD2、JD3处半径均小于1500m，所以均要设置超高。
本设计为山岭区二级公路，查《规范》知，对于JD1、JD2，圆曲线半径530R780，超高横坡度；对于JD3，圆曲线半径390R530，超高横坡度。
2.2超高缓和段
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，由一个逐渐变化的过渡路段，这一逐渐变化的过渡路段称为超高缓和段，一般公路的超高缓和段原则上利用缓和曲线段。
（1）超高过渡方式
绕内边缘旋转过度方式因行车道内侧不降低，利于路基纵向排水，一般新建公路多用此法。
因此本设计的超高横坡的过渡方式采用绕内边缘旋转，先将外侧车道绕路中线旋转，当达到与内侧车道同样的单向横坡度后，整个断面绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至超高横坡度。如图5-2：

图 5 - 2 绕内边线旋转的超高过度方式

（2）超高过渡段长度
为了行车的舒适性和排水的需求，对超高过渡段必须加以控制，双车道公路最小超高过渡段长度按下式进行计算：
（5-3）
式中：—最小超高过渡长度（m）；
—旋转轴至行车道（设路缘带为路缘带）外侧边缘的宽度（m），当绕内边线旋转时，，为行车道宽度；
—超高坡度与路拱坡度代数差（%），当绕内边线旋转时，； 为超高值；
—超高渐变率，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间相对坡度，其最大值查表可得所示，取1/125。
确定缓和段长度Lc时应考虑一下几点：
①一般情况下，取Lc=Ls(缓和曲线长度），即超高过渡段在缓和曲线全长范围内进行。
②若Ls＞Lc，但只要横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时，超高渐变率P≥1/330,仍取Lc=Ls。
本设计的超高缓和段均与缓和曲线长度相等，JD1的前后超高缓和段均为70m；JD2的前超高缓和段为90m，后超高缓和段为80m；JD3的前超高缓和段为70m，后超高缓和段为80m。
2.3超高值的计算
绕内边缘旋转的超高值计算公式表如下：
表 5-1 绕内边线旋转超高值计算公式

超高
位置
计 算 公 式

注

圆曲
线上
外缘

1、计算结果均为与设计高之高差
2、临界断面距缓和段起点：
3、x距离处的加宽值：
中缘

内缘

过渡
段上
外缘

中缘

内缘

图 5-3 绕内边线旋转超高过渡方式图
在表5-1，图5-3中:
—路面宽度；
—路肩宽度；
—路拱横坡度；
—路肩坡度；
—超高横坡度；
—超高过渡段长度（或缓和曲线长度）；
—路肩横坡度由变为所需的距离，一般可取1.0m；
—与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离；
—超高缓和段中任一点至起点的距离；
—路肩外缘最大抬高值；
—路中线最大抬高值；
—路基内缘最大降低值；
—距离处路基外缘抬高值；
—距离处路中线抬高值；
—距离处路基内缘降低值；
—圆曲线加宽值；
—距离处路基加宽值。以上长度单位均为m。
现将超高值计算指标汇总如下：
表 5-1 超高值计算指标汇总
交点
超高过渡段长度（Lc）
超高横坡度
（ih）
路面宽度
（m）
路肩宽度（m）
路拱横坡度
（iG）
路肩横坡度
（iJ）
JD1
70m
3%
7m
0.75m
2%
3%
JD2
90m
3%
80m
JD3
70m
4%
80m
1. 计算全超高段（从HY—QZ—YH）的全超高值
JD1处：
外缘
中线
内缘
JD2处：
外缘
中线
内缘
JD3处：
外缘
中线
内缘
2. 超高过渡段（ZH—HY及YH—HZ）内各桩点左、中、右超高值计算
对JD1：

（1）计算ZH点K0+247.303和HZ点K0+745.640的超高值

（2）计算K0+277.303和K0+715.640的超高值

（3）计算K0+307.303和K0+685.640的超高值

对JD2：
因前后的缓和曲线长度不相等，在此仅对前缓和曲线中的桩做计算。=90m

（1）计算ZH点K1+136.240的超高值

（2）计算K1+176.240的超高值

（3）计算K1+216.240的超高值

对JD3：
因前后的缓和曲线长度不相等，在此仅对前缓和曲线中的桩做计算。=70m

（1）计算ZH点K1+1682.334的超高值

（2）计算K1+712.334的超高值

（3）计算K1+742.334的超高值

各桩详细超高值见表5-3：
表5-3 各桩超高表
桩 号
路 基 左 侧
路 基 右 侧
路基宽(m)
路面宽(m)
超高横坡(%)
路基宽(m)
路面宽(m)
超高横坡(%)
K0+000
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+050
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+100
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+150
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+200
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000

续表5-3
桩 号
路 基 左 侧
路 基 右 侧
路基宽(m)
路面宽(m)
超高横坡(%)
路基宽(m)
路面宽(m)
超高横坡(%)
K0+247.303
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+250
5.000
3.500
-1.769
5.000
3.500
-2.000
K0+300
5.000
3.500
2.258
5.000
3.500
-2.258
K0+317.303
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+350
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+400
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+450
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+496.471
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+500
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+550
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+600
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+650
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+675.640
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K0+700
5.000
3.500
1.912
5.000
3.500
-2.000
K0+745.640
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+750
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+800
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+850
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+900
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K0+950
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+000
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+050
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+100
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+136.239
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
续表5-3
桩 号
路 基 左 侧
路 基 右 侧
路基宽(m)
路面宽(m)
超高横坡(%)
路基宽(m)
路面宽(m)
超高横坡(%)
K1+150
5.000
3.500
-1.083
5.000
3.500
-2.000
K1+200
5.000
3.500
2.125
5.000
3.500
-2.125
K1+226.239
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+250
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+300
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+332.299
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+350
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+400
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+438.359
5.000
3.500
3.000
5.000
3.500
-3.000
K1+450
5.000
3.500
2.563
5.000
3.500
-2.563
K1+500
5.000
3.500
-0.623
5.000
3.500
-2.000
K1+518.359
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+550
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+600
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+650
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+682.335
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
-2.000
K1+700
5.000
3.500
-2.000
5.000
3.500
0.019

3土石方计算与调配
3.1土石方计算
首先是根据横断面图计算横断面面积然后计算体积，即获得土石方数量，填入土石方计算表。当地面不规则时，常采用的方法有积距法和几何图形法。本设计采用积距法。
如图4-5将断面按单位横宽划分为若干个梯形和三角形，每个小条块的面积近似按每个小条块中心高度与单位宽度的乘积：
则横断面面积： （5-4）

图 5- 4积距法示意图
本设计对填方面积和挖方面积进行了分开计算。且填方面积中填石、加固边坡、填土等的计算也予以分开。如基底是淤泥需换土时，先算出挖出淤泥的面积，再计算换土填方面积，即统一面积计算两次。同理，挖方台阶的面积也应计算两次。
路基土石方计算工作量较大，加之路基填挖变化的不规则性，要精确计算土石方体积是十分困难的。在工程上通常采用近似计算。即平均断面法，如图5-5所示，假定相邻断面间为一棱柱体，则其体积为：
（5-5）
式中：——体积，即土石方数量（m³）
、——分别为相邻两断面面积（㎡）
——相邻两断面间距离（m）
图 5-5 平均断面示意图

3.2土石方调配
土石方调配方法，目前生产上采用土石方计算表调配法，直接在土石方表上进行调配，其优点是方法简单，调配清晰，精度符合要求。该表也可由计算机自动完成。具体调配步骤是：
1. 土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的，调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡大沟等注明在表旁，供调配时参考。
2. 计算并填写表中“本桩利用”、“填缺”、“挖余”各栏。当以石作填土时，石方数应填入“本桩利用”的“土”一栏，并以符号区别。然后按填挖方分别进行闭合核算，其核算式为：
填方= 本桩利用 + 填缺
挖方= 本桩利用 + 挖余
3. 在作纵向调配前，根据“填缺”、“挖余”的分布情况，选择适当施工方法及可采用的运输方式定出合理的经济运距，供土方调配时参考。
4. 根据填缺、挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济少占用农田的原则，具体拟定调配方案。将相邻路段的挖余就近纵向调配到填缺内加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头表明在纵向调配栏中。
5. 经过纵向调配，如果仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏内。
6. 调配完成后，应分页进行闭合核算，核算式为：
填缺=远运利用+借方
挖余=远运利用+废方
7. 本公里调配完毕，应进行本公里合计，总闭合核算除上述外，尚有：
(跨公里调入方)+挖方+借方=(跨公里调出方)+填方+废方
8. 土石方调配一般在本公里内进行，必要时也可跨公里调配，但需将调配的方向及数量分别注明，以免混淆。
9. 每公里土石方数量计算与调配完成后，须汇总列入“路基每公里土石方表”，并进行全线总计与核算。至此完成全部土石方计算与调配工作。
土石方量详见表5-5：
表5-4 土石方量计算表
桩 号
横断面面积（㎡）
距离(m)
挖方量（m³）
填方量（m³）
挖方
填方
K0+000
5.674
2.520

K0+050
1.496
14.270
50.000
179.250
419.750
K0+100
1.416
60.428
50.000
72.800
1867.450
K0+150
2.034
24.438
50.000
86.250
2121.650
K0+200
101.352

50.000
2584.650
610.950
K0+247.303
401.392

47.303
11890.650

K0+250
446.638

2.697
1143.568

K0+300
526.170

50.000
24320.200

K0+317.303
578.160

17.303
9554.111

K0+350
572.090

32.697
18804.862

K0+400
495.947

50.000
26700.925

K0+450
418.762

50.000
22867.725

K0+496.471
302.658

46.471
16762.554

K0+500
279.258

3.529
1026.791

K0+550
239.135

50.000
12959.825

K0+600
219.009

50.000
11453.600

K0+650
99.800

50.000
7970.225

K0+675.640
56.621

25.640
2005.317

续表5-4
桩 号
横断面面积（㎡）
距离(m)
挖方量（m³）
填方量（m³）
挖方
填方
K0+700
47.261

24.360
1265.283

K0+745.640
6.798
1.756
45.640
1233.626
40.072
K0+750
3.802
5.120
4.360
23.108
14.990
K0+800
1.547
15.397
50.000
133.725
512.925
K0+850
2.197
5.452
50.000
93.600
521.225
K0+900
14.420
0.932
50.000
415.425
159.600
K0+950
11.414

50.000
645.850
23.300
K1+000
13.206
2.180
50.000
615.500
54.500
K1+050
21.308

50.000
862.850
54.500
K1+050
21.308

K1+100
24.046

50.000
1133.850

K1+136.239
21.293

36.239
821.520

K1+150
22.729

13.761
302.893

K1+200
10.513
2.087
50.000
831.050
52.175
K1+226.239
3.971
1.967
26.239
190.023
53.186
K1+250
2.056
13.163
23.761
71.604
179.752
K1+300
3.106
9.023
50.000
129.050
554.650
K1+332.299
1.496
14.850
32.299
74.320
385.537
K1+350
1.490
7.351
17.701
26.428
196.490
K1+400
5.726
1.515
50.000
180.400
221.650
K1+438.359
10.042
0.410
38.359
302.422
36.921
K1+450
11.064
0.729
11.641
122.847
6.630
K1+500
22.893

50.000
848.925
18.225
K1+518.359
50.756

18.359
676.061

K1+550
67.384

31.641
1869.034

K1+600
54.166

50.000
3038.750

K1+650
41.208

50.000
2384.350

K1+682.335
1.457
4.865
32.335
689.786
78.655
K1+700
1.984
13.047
17.665
30.393
158.208
K1+750
15.817
0.202
50.000
445.025
331.225
K1+752.335
17.366

2.335
38.741
0.236
K1+800
82.045

47.665
2369.213

K1+850
134.099

50.000
5403.600

K1+900
111.525

50.000
6140.600

K1+905.625
100.966

5.625
597.631

K1+950
85.703

44.375
4141.718

K1+950
85.703

续表5-4 土石方量计算表
桩 号
横断面面积（㎡）
距离(m)
挖方量（m³）
填方量（m³）
挖方
填方
K2+000
63.698

50.000
3735.025

K2+050
48.488

50.000
2804.650

K2+058.916
40.762

8.916
397.877

K2+100
3.387
2.461
41.084
906.909
50.554
K2+138.916
1.443
83.450
38.916
93.982
1671.656
K2+150
1.471
134.794
11.084
16.149
1209.508
K2+200
0.706
391.310
50.000
54.425
13152.600
K2+250
1.462
311.886
50.000
54.200
17579.900
K2+300
1.477
116.685
50.000
73.475
10714.275
K2+350
1.495
31.989
50.000
74.300
3716.850
K2+371.191
1.344
1.086
21.191
30.081
350.446