道路勘测设计计算说明.doc

道路勘测课程设计计算说明书
道路勘测课程设计课程设计

计算说明书

学 院 （系）： 建筑工程与力学学院
专 业： 道路桥梁工程10-1
学 生 姓 名： 李伟超
学 号： 100107010106
指 导 教 师： 茹洪忠
完 成 日 期： 2013年6月22日

目录
1、设计资料 3
1.1 设计概况 3
1.2 设计目的 3
1.3 平纵横线形要素标准 3
1.4注意事项 4
2道路选线 5
2.1纸上定线 5
2.2选线原则 5
3平面设计 6
3.1平面线形设计要求 6
3.2直线的设计 6
3.3直线的运用 6
3.4圆曲线 6
3.5缓和曲线 8
3.6平面曲线组合设计 9
4 纵断面设计 11
4.1纵坡及坡长设计 11
4.2竖曲线 12
4.3道路的平、纵线形组合设计 14
4.4纵断面设计要点和方法 14
5横断面设计 15
5.1横断面的组成 15
5.2行车道宽度 15
5.3曲线的超高、加宽于视距保证 15
5.4路基土石方数量计算及调配 16
参考文献 18

1、设计资料
1.1 设计概况
（1）课题名称：三级公路路设线计。
（2）路线主点桩号：
JD0 桩号：K0+000
JD1 桩号：K0+376.651
JD2 桩号：K0+727.991
JD3 桩号：K0+945.658
（3）工程设计依据
[1]中华人民共和国行业标准.公路工程技术标准（JTG B01-2003).北京：人 民交通出版社，2004
[2]中华人民共和国行业标准.公路路线设计标准（JTG D20-2006).北京：人民交通出版社，2006
[3]杨少伟.道路勘测设计（第三版）人民交通出版社，2009
1.2 设计目的
（1）掌握路线线型设计的一半过程及设计内容；
（2）掌握路线平面线型的纸上定线方法及线型计算方法；
（3）掌握路线纵断面设计及计算方法；
（4）提高综合运用所学知识分析、解决问题的能力；
（5）掌握道路平面、纵断面、横断面的绘图方法及土石方数量计算方法。
1.3 平纵横线形要素标准
(1) 控制要素:
①服务水平：三级服务水平
②设计时速：40km/h
(2)平面设计技术指标
①直线的最大长度20v（800m）；
同向曲线间直线的最小长度为6v（240m）；
反向曲线间的直线的最小长度为2v（80m）；
②圆曲线最小半径
一般最小半径100m；
极限最小半径：60m；
不设超高的最小半径：路拱大于2%时为800m，路拱小于2%时为600m；
③缓和曲线的最小长度一般为50m，最小为40m；
④平曲线最小长度一般为350m，极限值为70m；
⑤圆曲线的最大超高为8%；
⑥S形曲线的两个回旋线的半径宜相等。
（3）纵断面设计技术指标
①最大纵坡度为7%，最小坡长为（一般值为160m，最小值为120m），最大坡长为（坡度为4%时为1100m，坡度为5%时为900m，坡度为6%时为700m，），且当纵坡坡度小于或等于3%时，最大坡长没有限制。最大合成坡度为10.0%
②凸型竖曲线最小半径（一般值为700m，极小值为450m），最小长度（一般值为90m，极限值为35m）。
③停车视距为40m，会车视距为80m，超车视距为200m
（4）路基横断面技术指标
行车道宽度：2×3.5m
硬路肩宽度：2×0.75m
路基总宽度：8.5m，
视距保证：停车视距为75m
路拱及土路肩横坡度：路拱横坡度取2%。
1.4注意事项
（1）路基施工应严格按规范进行，对能作为填方用土的挖方应尽量移挖作填，尽量减少取、弃土场地。
（2）取、弃土场地应选择荒山、山地处，不得随意乱弃，堵塞河道，且要做好防护，绿化工作，以免造成水土流失。
（3）土基填筑前应进行清表、清淤，耕地填前夯实工作，做好填前排水。
（4）排水：挖方路段路面雨水通过路肩进入边沟，填方路段路面雨水经坡面散排至排水沟。
（5）山岭区选线，不是顺山沿水，就是横越山岭，选线时尽量不要穿过等高线密集的地方，这样可以降低挖(填)方量，选择适当的地方转弯。

2道路选线
道路选线，就是个根据道路的使用任务、性质、公路的等级和技术标准，从规划的起、终点之间结合地形、地质、水文及其他沿线条件，综合考虑平、纵、横三方面因素，在实地或纸上选定道路中线的确切位置，然后进行有关的测量和设计工作。我们本次选线为纸上定线.
2.1纸上定线
在纸上定线中，因使所设计路线尽量与等高线平行，绕开等高线密集的陡坡地区。在定线时，直线距离不能太长，一般以20V（V是设计车速）为最大长度。
2.2选线原则
路线设计受到地形、水文、气候等自然因素的影响，还受到到很多社会、经济等上的因素。本次为丘陵区选线，等级为三级公路，我们要注意以下几点:
(1).填、挖方平衡。
(2).路线的坡度做好控制，在0.3%~7%为宜
(3).多种方案，从中选择最优方案。
(4).做到少占耕地，与农田基本建设相协调。
(5).根据设计标准合理布局线路，路线设计要保证行车安全、舒适。
(6).选择坡度较缓的地形，有利于施工。
(7).对水文地质差的地方尽量绕行。
(8).在地形图要设计两个弯道，在弯道设计时，除考虑曲线要素外，还要注意弯道内侧是否有物体阻碍司机的视线，为满足视距要求，要对其横净距进行计算，具体方法在横断面设计时在详细说明。

3平面设计
路线的平面线形是由指直线、圆曲线和缓和曲线组成的平面线形，平面设计就是将直线、圆曲线和缓和曲线等合理的组合起来，确定路线平面位置和各部分的几何尺寸的工作。
3.1平面线形设计要求
在路线的平面设计中，我们主要考察的是汽车的行的行驶轨迹，所以轨迹在几何性质上有以下特征：
(1).曲线是连续和平滑的，轨迹上任何一点不出现破折。
(2).曲率的变化是连续的，轨迹上任何一点不出现两个曲率的值
(3).曲率的变化率是连续的，轨迹上任何一点不出现两个曲率变化率的值。
3.2直线的设计
直线是平面曲线的要素之一，也是运用最为广泛的，能给人以短捷、直达的印象。但是在直线上高速行驶，容易使驾驶员产生疲劳，造成交通事故，因此，在运用直线时，必须慎重，不宜过长。
3.3直线的运用
(1)在长直线上要注意下列几个问题：
①.长直线上纵坡不宜过大，易导致高速度。
②.长直线与大半径结合最好。
③.长直线两测加标志物，改善单调景观。
(2)直线的长度规定
直线的长度不宜过长，也不能太短，根据《公路路线设计规范》（JTJ011-94）推荐行驶的最短距离为行驶速度V的6倍，最长距离一般规定为行驶速度V的20倍。
有反向曲线时，根据《公路路线设计规范》(JTJ011-94)规定反向曲线间最小的直线长度以不小于行驶是速度的2倍为宜。
3.4圆曲线
各级公路不论转角大小均应该设平曲线，而圆曲线是平曲线中主要的组成成分。路线平面设计线形中常用的单曲线、复曲线及回头曲线等，一般都包含了圆曲线。圆曲线具有易与地形相适应、可循行好、行线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。
(1)圆曲线的几何要素
T=Rtanα/2
L=παR/180
E=R(secα/2−1)
D=2T−L
T─切线长（m）
L─曲线长（m）
E─外距（m）
D─校正数或称超距（m）
R─圆曲线半径（m）
α─转角（۫）
(2) 汽车在圆曲线上的行驶特性
行驶在曲线上的汽车由于受到离心力的作用其稳定性手到影响，而离心力的大小有与曲线的半径有密切的关系，半径越小越不利，所以在选择平曲线上时应尽量采用较大的值，只有在地形或者其他条件受影响时才可用较小的半径。为了行车的安全与舒适，《公路工程技术标准.》（JTGB01-2003）规定了圆曲线半径在不同的情况下的最小值。
R=V2/127(µ±i)
V=行驶车速（km/h）
i=超高横坡度
在指定车速V下，最小Rmin决定于容许的最大横坡度μmax和该曲线的最大超高icmax。
(3) 圆曲线的半径和长度
在半径的选用中，尽量选用较大的半径，极限最小半径尽可能不用，但是半径不是越大越好，还要视所设的路线而定，根据《公路路线设计规范》(JTJ011-94)规定圆曲线的半径最大不宜超过10000m。
在三级公路中，设计速度V=40km/h,在一般最小半径中R≥100m,在极限最小半径中R≥50m，在设计中根据地形的情况自行选择合适的半径,所以在设计的三级公路中JD1的R1取200m，JD2的R2取60m，都符合要求。
3.5缓和曲线
缓和曲线是道路平面设计的要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线,《公路工程技术标准》规定，除四级公路不要求设缓和曲线，其余的等级的公路都应该设置缓和曲线。
(1)缓和曲线的线性特征
回旋线是公路路线设计中最常用的的一种缓和曲线。
回旋线的基本公式
R∙LS=A2
R=回旋线所连续的圆曲线半径
LS=回旋线型的缓和曲线长度
(2)缓和曲线的长度及其标准
缓和曲线的最小长度公式：LS(min)=0.036V3/R
在三级公路中，R1=200,V=40km/h,代入得: LS(min)=0.036*403÷200 =11.52m
R2=60,V=40km/h,代入公式得LS(min)=0.036*403÷60=38.4m
表3.1 各级公路缓和曲线最小值
设计速度(km/h)
120
100
80
60
40
30
20
缓和曲线最小长度/m
100
85
70
60
40
30
20
所以在三级公路设计中，缓和曲线了LS都取40m满足要求。
(3)有缓和曲线的道路平曲线几何要素
道路平面曲线的几何元素公式如下：
T=(R+p)tanα/2 + q
L=Rπα/180 + LS=Rπ(α─2β)/180 + 2LS
E=(R+p)/cosα/2 ─ R
β=90LS/Rπ
q=LS/2 ─ L3S/(240*R2 )
p=L2S/24^R ─ LS^4/(2384R^3)
(4)缓和曲线的道路平曲线几何要素手算部分
在所设计的三级公路中
计算：JD1: 72°57′49.9″(Z) R=70 LS =50时为对称曲线计算
β= 20.47316°
q= 24.89371
p= 1.480452
T= 77.752
L= 139.1422
E= 12.5266

JD2 30°39′26.8″(Y) R=250 LS =70 时为对称曲线计算
β= 8.025478°
q=3497713
p= 0.816022
T= 103.73
L= 203.7686
E= 8.10679

计算结果和软件计算结果相差不大，在允许范围之内，

3.6平面曲线组合设计
平面线形应值捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。长直线的尽头不能和小半径的曲线相接，在公路弯道一般情况下，由两端曲线和一段圆曲线组成。缓和曲线的长度不能小于所设计等级公路的最小长度的规定；中间圆曲线的长度也宜大于3s的行程。

表3-2各级公路平曲线的最小长度
设计速度 km/h
120
100
80
60
40
30
20
一般值
1000
850
700
500
350
250
200
最小值
200
170
140
100
70
50
40

所求的弯道的平曲线长度均能都满足要求最小值70。

4 纵断面设计
纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究空间的线形几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
纵断面是由两条主要的线，一是地面线，根据中线个点的高程而绘出的不规则的折线；一条是设计线，是反映道路线的起伏情况，器标高为设计标高。三级公路的标高采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。
纵断面设计线是由直线和竖曲线组成，直线的坡度和长度会影响行车的速度和安全，竖曲线有凹有凸，主要解决公路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题。
4.1纵坡及坡长设计
(1)坡度设计
是纵坡设计经济合理，结合选线的纵坡安排意图，经过综合分析、反复比较定出纵坡。纵坡设计要满足以下要求：
1.纵坡要有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。
2.纵坡要考虑地质、水文、气候、排水等因素。
3.纵坡要考虑填挖平衡，就近填方。
4.考虑交通枢纽、农田水利等因素。
(2)最大纵坡
是道路所允许的最大坡度值，是纵断面设计的重要指标。
表4-1 各级公路最大纵坡
设计速度km/h
120
100
80
60
40
30
20
最大纵坡%
3
4
5
6
7
8
9
在设计速度为40km/h的三级公路上，最大纵坡为7%。软件设计时最大纵坡为3.298%，满足要求
(3)最小纵坡
纵坡小能有利于汽车的行驶，但是同时还要考虑到路面排水的功效，说以纵坡不宜太小，要满足排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，所以纵坡的设计以不小于0.3%为最小纵坡，一般要大于0.5%为宜。在特殊地形上纵坡小于0.3%是，边沟要做纵向的排水设计在超高横坡度渐变段上，为使行车外侧边缘不出现反坡，设计最小的纵坡不宜小于超高的允许渐变率。
设计时最小纵坡为0838%，满足最小纵坡要求
(4)合成坡度
是由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的。
根据《公路工程技术标准》三级公路在V=40km/h时的最大合成坡度为10%，最小合成坡度不宜小于0.5%。
(5)坡长设计
三级公路在40km/h的最短坡长为120米。设计时最短坡长为153.47米
根据《公路工程及技术标准》在三级公路越岭路线的平均纵坡一般接近5.5%和5%为宜。
4.2竖曲线
在汽车行驶过程中，为了缓和因车辆动力变化而引起的冲击和视距保证，必须插入竖曲线。竖曲线一般是由圆曲线和二次抛物线两种。
(1)竖曲线的最小半径和长度
在纵断面设计中，有三个因素决定最小半径。
1.缓和冲击
汽车在行驶过程中，产生了加速度，从而产生了离心力，让乘客感觉不舒服R=V2/13a,加速度a一般在0.5~0.7m/s2.
2.时间行程不过短
在竖曲线上行驶，行驶路程太短，会让乘客感觉不舒服，所以最短距离要满足。Lmin=V/1.2，设计速度为40km/h的最小长度为35m.
3.满足视距要求
汽车在凸曲线上行驶，半径太小，会阻挡司机视线。在凸曲线上设计车速为40km/h最小半径为700m。
(2)竖曲线设计
在纵断面的变坡点上，由于坡度的改变形成了坡度角ω
ω=i2─i1
当ω为“+”时表示凹曲线，当ω为“─”时为凸曲线。
在总多面设计中，有3个变坡点，所以有4个坡度，i1=4.84% i2=0.60%
i3=─2.84% i4=-3.80%所以经过计算ω1=i2─i1=-4.24% ω2=i3─i2=─3.44% ω3=i4─i3=-0.96%;所以第一个为凸曲线，第二个为凸曲线，第三个为凸曲线，分别选择半径R1=2300m,R2=1900m,R3=3000m,都满足竖曲线半径的要求。
三个变坡点的桩号分别为K0+230 、K0+400 、K0+660.
三个变坡点的高程：H1=46.59，H2=47.61，H3=40.22
在进行竖曲线要素计算
竖曲线长度： L=Rω
竖曲线切线长： T= L/2=Rω/2
竖曲线上任一点竖距; h=x2/2R x为计算点桩号与竖曲线起终点桩号差
竖曲线外距： E=T2/2R
竖曲线起终点桩号=变坡点桩号 ─ T
竖曲线起点高程H起=H0 ± Ti
竖曲线终点桩号=变坡点桩号 + T
竖曲线终点高程H终=H0 ± Ti
以上两式中的凸竖曲线用“─”，凹竖曲线用“+”。
(3)竖曲线设计手算部分

以半径R1=2300m R2=1900m , R3=3000m
ω1=--4.24% ω2=-3.44% ω3=-0.96%;
L1=R1ω1=3800*0.97%=97.52 L2=65.36 L2=28.80
T1=L1/2=36.86/2=48.76 T2=32.68 T2=14.40
E1=T1^2/2R=0.517 E2=0.281 E2=0.035
算的竖曲线要素如下：
表4-2 竖曲线要素
变坡点
变坡点桩号
凹凸性
R
T
E
变坡点高程
1
K0+230
凸
2300
48.76
0.517
46.59
2
K0+400
凸
1900
32.68
0.281
47.61
3
K0+660
凸
3000
14.40
0.035
40.22
竖曲线上的任何一点的竖距h，竖曲线上的一点里程桩号K0+200
该竖曲线的起点桩号为K0+230─T=K0+181.24
竖曲线起点高程=46.59-48.76*0.484%=46.83（m）
竖曲线的终点桩号=K0+230 + T=K0+278.76
竖曲线终点高程=46.59-48.76*0.60%=46.29（m）
竖曲线上的任何一点的竖距h，竖曲线上的一点里程桩号K0+200
x=200─181.24=18.76m h=x2/2R=18.762÷4600=0.0765m
切线高程=46.59-(230-200)*0.484%=.46.44m
设计高程=46.44-0.0765=46.36m
在桩号为K0+250处：
横距x=278.76-250=28.76m h=x2/2R=28.762÷4600=0.17981m

切线高程=46.59-（250-230)*0.60%=.46.47 m
设计高程=46.47-0.17981=46.30m
4.3道路的平、纵线形组合设计
(1)平、纵组合的设计原则
1）平曲线与竖曲线应该相互重合，且平曲线要长于竖曲线，就是所说的“平包纵”。
2）平曲线与竖曲线大小应保持平衡。
3）暗弯与凸形曲线结合，明弯和凹形曲线组合才合理。
4）要避免使凸曲线 的顶部或者凹曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。
5）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。
4.4纵断面设计要点和方法
(1)纵断面设计要点
要求从断面均匀平顺、起伏缓和、坡长和竖曲线长短适当、平面组合设计协调以及填挖经济、平衡。
考虑到排水的因素，所以为了路面和边沟的排水，最下纵坡不应低于0.3%~0.5%.
在关于纵坡的长度上，纵坡的长度不宜过短，以不小于设计速度9s的行程为宜。
竖曲线的半径选用较大的为宜，在受限制时可用最小值。
(2)纵坡设计应注意的问题
在纵坡的设计小于0.3%时，对道路的排水不利，所以在道路的两侧可以设
置锯齿形的沟进行排水。

5横断面设计
道路的横断面是指中线上各个点的法相切面，是由横断面设计和地面线组成。
5.1横断面的组成
1）路幅是指公路路基顶面的两路肩外侧之间的部分。三级公路在设计速度为40km/h时的路基宽度为8.5m。
2）路拱是为了有利于路面的横向排水，将路得中央做成相亮泽倾斜的拱形。路拱对排水有利但是路拱对于行车不利，在设计时不能太大。在水泥混凝土路面、沥青混凝土路面一般取1.0~2.0%，为了有利排水，在这里去路拱ig=2.0%。
路肩是为了保护车道的主要稳定，供车辆紧急停止，在道路的两侧。在三级公路设计中只有土路肩，宽度为0.75m。
在路肩上也有为了有利于排水而设置的路肩横坡度，在这里选用3%.
5.2行车道宽度
行车道宽度是根据车辆宽度、设计交通量、交通组成和汽车行驶速度分别来确定。
参考数据：在设计速度为40km/m的时候，车道宽度取3.5m.
5.3曲线的超高、加宽于视距保证
(1)曲线超高
为了抵消在曲线段上的离心力，将路面设计成为外侧高内侧低的单向横坡度，就是超高
1）超高的过度
一般绕内线旋转由于内侧的不降低，有利于纵向排水，所以在新建的公路中一般都以绕内线旋转的方法。
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：

中线

内缘

过
度
段
上
外缘
或（）
中线

内缘

(2)曲线加宽
为了适应汽车在平曲线上行驶时候的后轮轨迹偏向曲线内测的需要，在平曲线的内侧增加路面、路基的宽度。但是对于R>250m的圆曲线不用设计加宽。在圆曲线上为全加宽。
参考数据：在JD1 R=70， 在JD2 R=250
表5-2 主点桩号加宽值
交 点

平曲线
加 宽
圆曲线
缓和曲线长
总加宽

度或超高缓

号

半 径
宽 度
长 度
和长度、加
长 度

桩 号

宽缓和长度

数

(米)
(米)
(米)
(米)
(米)
1
K0+376.651
70
2.0
39.142187
100
139.143
2
K0+727.991
250
0.8
63.768354
60
123.769
(3)视距保证
在弯道部分，可能有建筑物挡住司机的视线，所以在设计路线时候要考虑到在弯道内侧的建筑物和障碍是否遮挡了视线，即考虑横净距h。
在设计时候用横净距对弯道进行限制。
5.4路基土石方数量计算及调配
在公路工程中，有挖方有填方，所以对其要进行计算和合理的调配。
(1)横断面的计算
用积距法，把需要填挖的地方划分成若干个规则图形进行计算在相加。
(2)土石方的计算
平均断面法，用相邻两个断面的填方或者是挖方的平均面积与距离的乘积。
参考公式：V=（F1+F2）L/2

(3)土石方手算部分
有横断面设计可计算出各桩号横断面面积，根据相邻两个断面的填方或者是挖方的平均面积与其距离的乘积即可求得的填挖方量。
K0+000 Fw1 =16.99 FT1 =0
K0+020 Fw2 =1.96 FT2 =2.55
Vw=( Fw1+ Fw2)*( K0+020- K0+000)/2=189.42
V T =( FT1+ FT2)*( K0+020- K0+000)/2=25.46
K0+040 Fw1 =1.47 FT1 =10.31
Vw=( Fw1+ Fw2)*( K0+040-K0+020)/2=34.23
V T =( FT1+ FT2)*( K0+040- K0+020)/2=128.56
K0+060 Fw2 =1.48 FT2 =15.77
Vw=( Fw1+ Fw2)*( K0+060 -K0+040)/2=29.44
V T =( FT1+ FT2)*( K0+060 - K0+040)/2=260.76
据此方法重复计算可得出所有的填挖方量，下表为前200米的填挖量表
表5-3 路基填挖方量
桩 号
横 断 面
距离(m)
挖方量
填方量
面 积
(m2)
挖方
填方
1
2
3
5

K0+000
16.99

K0+020
1.96
2.55
20.00
189.42
25.46
K0+040
1.47
10.31
20.00
34.23
128.56
K0+060
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15.98
25.72
73.65

参考文献
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