河北保定地区一级公路第八标段综合设计说明书

河北保定地区一级公路第八标段综合设计说明书 河北保定地区某一级路第八标段综合设计说明 书 摘 要 本设计是河北保定地区某一级公路第六标段综合设计,其主要经过的是 平原经济林区。其通过讨论研究分为初步设计和详细设计两个步骤,初步设计中, 首先根据交通量及其使用任务和性质确定道路等级,然后在1:2000地形图上确 定两条备选路线,进行路线论证与比选,推荐最佳方案。其次进行详细设计, 内容包括:平面设计,纵断面设计,横断面设计,路基设计和排水设计,涵洞设计。 设计是从工程建设的经济性和合理性的出发,尽量采取少填挖,减少工程量。同时 也要考虑路线要与周围的自然景观相协调。 本路线的设计速度为100Km/h,路线全长4512.661米,路基宽26米。全 线有3个平曲线,3个竖曲线,1个通道,4座桥梁,3个圆管涵。路面为沥青混凝土 路面,其厚度为80厘米。 关键字:一级公路;交通量;平曲线;竖曲线;路面 ABSTRACT This design is a region level road integrated design, its main after is plain economic forest region. Its through discuss research into preliminary design and detailed design of two steps, preliminary design, first of all, according to the traffic and the use of task and nature, and then to determine highway grade in 1:2000 topographic map, two alternative route to determine the demonstration and alignment than choose, recommend the best solutions. Second on the detailed design, contents include: graphic design, alignment design, cross-sectional design, roadbed design and drainage design, culvert design. Design of engineering construction economy and from the start, try to take reasonable fill &excavation, reduce the quantity of less. Also want to consider the route to natural landscape with coordinated around.This route design speed for 100Km/h, route 4125.048 meters wide stretches, roadbed 26 meters. 2 all plane curve, four vertical curve, 3 culverts, 4Bridges. Road as the thickness of asphalt concrete pavement for 80 centimeters,. The design drawing aspects in strict accordance with the national standards of the People's Republic of China "road engineering drawing standards GB 50162-92, using AutoCAD drawings. Key words:First class road ; traffic; smooth curve;vertical curve;the road surface ABSTRACT II 1 绪 论 1 1.1 公路建设的背景及意义 1 1.1.1 公路建设的背景 1 1.1.2 公路建设的意义 1 1.2 水文气候、自然环境 2 1.2.1 水文气候 2 1.2.2? 自然条件 2 2 公路的等级及技术标准的论证 5 2.1 设计参数 5 2.1.1 地形图: 5 2.1.2 交通量 5 2.1.3 初定设计年限: 5 2.2 公路技术等级确定 7 2.2.1 交通量计算 7 2.2.2 车道数和车速的确定 8 2.3 各项技术标准 8 3 路线方案比选 10 3.1确定路线所处地形条件 10 3.2 路线方案选择 10 3.2.1 概述 10 3.2.2 路线选线的过程 10 3.3 方案对比 10 3.3.1 方案比选考虑的主要因素 10 3.3.2 方案对比 11 4 平面设计 13 4.1 平面线形设计 13 4.1.1 直线 13 4.1.2 圆曲线 13 4.1.3 缓和曲线 14 4.2 行车视距 15 4.3 平面视距的保证 15 4.4 平曲线设计示例 16 4.1.1. 平曲线要素的计算公式: 16 4.2.2 曲线几何元素的计算示例 17 5 纵断面线形设计 19 5.1 概述 19 5.2 公路最大纵坡与最小纵坡 19 5.3 坡长限制 20 5.4 竖曲线 20 5.5 竖曲线要素计算 21 5.6 平、纵线形组合设计 23 6 路基设计 24 6.1 横断面设计概述 24 6.2 路基宽度及组成 24 6.3 路拱的确定 24 6.4 弯道的超高与加宽 24 6.4.1 弯道的超高 24 6.4.2 弯道的加宽 25 6.5路基设计标高 25 6.6路基填土选择与压实 25 6.7 超高 26 6.7.1 超高的过渡方式 26 6.7.2 超高过渡段长度的确定 26 6.7.3 超高值的计算 27 6.8路基边坡 28 6.10 路基防护 29 6.10.1 路堤边坡防护 29 6.10.2 路堑边坡防护 30 7 路面结构设计 31 7.1 路面结构组成 31 7.2 路面建筑材料与路面结构设计 31 7.2.1 路面建筑材料设计 31 7.2.2 路面结构设计 31 7.3 路面设计步骤 32 7.4 路面设计 32 7.4.1 设计资料 32 7.4.2 轴载分析 32 7.5 结构组合与材料选取 36 7.6 各层材料的抗压模量与劈裂强度 37 7.7 土基回弹模量的确定 37 7.8 设计指标的确定 38 7.8.1 设计弯沉值 38 7.8.2 各层材料的容许层底拉应力 39 7.9 设计资料总结 40 7.10 确定水泥稳定碎石层的厚度 40 7.11 拉应力验算 41 7.11.1 细粒式沥青混凝土层底拉应力验算 41 7.11.2 中粒式沥青混凝土层底拉应力验算 42 7.11.3 粗粒式沥青混凝土层层底拉应力验算 42 7.11.4 水泥稳定碎石层层底拉应力验算 43 7.11.5 二灰土层层底拉力验算 43 7.11.6 验算防冻厚度 44 8 公路排水设施设计 45 8.1 路基排水设施 45 8.2 路基地下排水 46 8.3 路面排水 46 8.3.1 路面表面排水方式 46 8.3.2 表面排水设施 46 9 桥涵设计 47 10 路基坡面防护工程 48 10.1 概 述 48 10.2 设计原则 49 10.2.1 坡面防护设计的一般要求 49 10.3 坡面防护设计 50 10.3.1 植物防护 50 10.3.2 土工合成材料与植草复合防护 53 结 论 54 致 谢 55 参考文献 56 1 绪 论 1.1 公路建设的背景及意义 1.1.1 公路建设的背景 多年来河北保定地区公路交通基础设施建设与经济发展的不相适应,交通设施严重滞后,对该地区的经济发展带来一定程度的影响和制约。随着城市化进程的加快,国民经济的发展,特别是沿线乡镇经济的发展,在本设计地区原有的等级公路,已经不能适应该地区交通量增长的需要。因此有必要在本区域修建一条等级较高的公路。 1.1.2 公路建设的意义 1. 发展交通运输,完善公路网的需要 本项目的实施,提高通行能力,缓解附近道路的交通压力,大大缩短了沿线各地区到保定地区的距离,减少交通事故,节约运输费用,从而满足交通运输发展的需要,完善地区公路网结构。使公路运输快速灵活,加快货物的周转速度,利于农产品的运输。 2. 加快经济的发展 本公路建成以后,随着投资环境的改善,将吸引不少外商来此地区投资办厂,同时,为深藏在山区的各类丰富资源建立方便通道,带动地区经济的发展。 3. 促进旅游事业的发展 本公路的建设,将加速实现地区间旅游资源从线到面的整合,在促进本地旅游资源开发的同时,促进旅游事业的发展。本公路的建设,使之到各名胜景点变得便利,简捷,更加吸引了不少国内外的旅游者,也使保定地区的旅游业融入更广阔的市场。 总之,本新建公路对于促进河北保定地区经济加速发展,综合立体运输网的形成,对改善区域公路网状况,缓解区域交通紧张现象,发挥本地区的资源优势,改善投资环境,促进经济发展及促进旅游事业发展等诸多方面产生巨大推动作用。 1.2 水文气候、自然环境 1.2.1 水文气候 1. 气候特征 河北保定气候属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候,四季分明。冬季寒冷干燥、雨雪稀少;春季冷暖多变,干旱多风;夏季炎热潮湿、雨量集中;秋季风和日丽,凉爽少雨。河北省光照资源丰富,年总辐射量为4854~5981兆焦/平方米,年日照时数2319~3077小时;南北热量差异较大,年平均气温为1.8~14.2?,极端最高气温43.3?(保定,1955年7月23~24日),极端最低气温-42.9?(围场县御道口,1957年1月12日),年无霜冻期81~204天。降水分布不均,年降水量为215~745毫米,总的趋势是东南部多于西北部。 2. 水文特征 保定地区降水分布不均,年降水量为215~745毫米,总的趋势是东南部多于西北部。其中一半集中在夏季的七、八月份。受地形影响,降水量的地区分布差异较大,有自南向北递减的趋势。春秋两季降水量均为120~130毫米,各占全年降水量的14~16%,夏季为全年降水最多季节,降水量为480~580毫米,占全年降水量的61~65%;冬季为全年降水最少季节,降水量为50~60毫米,仅占全年降水量的6~7%。 1.2.2? 自然条件 1.地理位置 保定市,位于太行山北部东麓,冀中平原西部。北纬38?10′-40?00′,东经113?40′-116?20′之间。北邻北京市和张家口市,东接廊坊市和沧州市,南与石家庄市和衡水市相连,西部与山西省接壤。地处京、津、石三角腹地,市中心北距北京140公里,东距天津145公里,西南距河北省会石家庄125公里,直接可达首都机场、正定机场及天津、秦皇岛、黄骅等海港。京广铁路、京昆高速公路、107国道、京港澳高速公路、保津高速公路、保沧高速公路、张石高速公路使保定拥有四通八达的交通网络,由京港澳高速、荣乌高速、京昆高速、保沧-保阜高速在保定周边互通连接,形成高速外环。 2. 地形地貌 河北省地处中纬度沿海与内陆交接地带,地形地貌复杂多样,高原,山地,丘陵,盆地,平原等地貌类型齐全。大的地貌单元在分布上排列井然有序,从东北到西南依次为高原、山地和平原。地势西北高,东南低,从西北向东南呈半环形逐级下降。地势高低相差悬殊,西北部的山地,高原,海拔多超过1000米,不少山峰 在2000米以上,如小五台山,灵山,坨梁,雾灵山,白石山等。其中,小五台山是河北省最高峰,海拔2882米。东南部平原地带,海拔大部分不足50米,渤海沿岸平原多在10米左右,部分海滨平原海拔在5米以上。 3. 土壤植被 河北土壤类型多样,分布较广、面积较大的主要有7个土类,即:褐土、潮土、棕壤、栗钙土、灰色森林土、粗骨土、栗褐土、石质土。褐土主要分布在太行山麓的京广铁路两侧,燕山南麓的通县至唐山一线以北,海拔700??1000米以下的低山、丘陵及山麓平原、冲积扇上中部地带,是河北省分布面积最大的一个土类,约占全省总面积的34.64%;潮土主要分布在京广铁路以东、津浦铁路以西,通县至唐山一线以南的平原地区;棕壤主要分布在太行山、燕山的中山和部分低山及冀东滨海丘陵上;粗骨土主要分布于石质山丘,土层浅薄,颗粒粗糙,砾石含量大于30%;栗钙土主要分布在张家口地区的坝上高原和坝下张宣、怀来、阳原、蔚县盆地的部分地区,栗褐土在冀西北坝下地区广泛分布,处于褐土区和栗钙土区的过度区;灰色森林土主要分布在坝上高原东北部的低山丘至围场一带;石质土主要分布于石质山丘,在极薄的A层土下直接与基岩接触,常与粗骨土镶嵌分布。其他土壤如盐土、黑土、水稻土、沼泽土、亚高山草甸土等也有分布。另外:风沙土主要分布在各大河流的下游沿岸、古河道附近及沙化严重的农田附近;草甸土主要分布在坝上高原湖滨下湿滩地以及山区地势平坦、地下水位1-3米的河谷地带。 4. 河流水系 河北省境内河流,多发源于山西高原和太行山、燕山山地,流经河北平原,注入渤海。河北省多年平均水资源总量为203亿立方米,其中地表水资源量为125 亿立方米,地下水资源量为130亿立方米,地下水可开采量为105亿立方米。河北省主要有海河、滦河两大水系。 1.海河水系 海河水系是河北省最大的水系,多年平均径流量76亿立方米,流域面积达26万平方公里,其中在河北省14万平方公里。海河水系中还有华北地区最大的内陆淡水湖--白洋淀。 2.滦河水系 滦河水系是流经河北省的第二大水系,滦河是河北省国家级旅游城市承德和全省重要工业基地唐山的母亲河。水系多年平均年径流量50.3亿立方米,流域面积达5万多平方公里,其中在河北省4.58万平方公里。 2 公路的等级及技术标准的论证 2.1 设计参数 2.1.1 地形图: 河北保定地区, 比例尺:1:2000 2.1.2 交通量如表2.1 表2.1 路面竣工后第一年交通组成及数量 车 型 小汽车 解放CA10B 东风EQ140 黄河JN162 长征XD160 交通量(辆/日) 3400 700 650 350 300 预测年平均增长率γ:7.4 % 2.1.3 初定设计年限: 20年,根据我国常用汽车路面设计参数查得以上汽车路面设计参数表2.2 高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按 20年预测具集散功能的一级公路以及二三级公路的设计交通量应按 15年预测四级公路可根据实际情况确定 设计交通量预测的起算年应为该项目可行性研究报告中的计划通车年。 设计交通量的预测应充分考虑走廊带范围内远期社会 经济的发展和综合运输体系的影响。 公路等级的选用应根据公路功能路网规划交通量并充分考虑项目所在地区的综合运输体系远期发展等经论证后确定 一条公路可分段选用不同的公路等级或同一公路等级不同的设计速度路基宽度但不同公路等级设计速度路基宽度间的衔接应协调过渡应顺适。 表2.2 我国常用汽车路面设计参数 汽车型号 总重KN 载重KN 前轴重KN 后轴重(KN) 后轴数 轮组数 轴距(cm) 解放CA10B 80.25 40.00 19.40 60.85 1 双 - 东风EQ140 92.90 50.00 23.70 69.20 1 双 - 黄河JN162 174.50 100.00 59.5 115.00 1 双 - 长征XD250 189.00 100.00 37.80 2×72.60 2 双 - 《公路工程技术》中规定:交通量换算采用小客车为标准车型,各汽车 代表车型和车辆折算系数规定见表2.3 表2.3 各汽车代表车型与车辆折算系数 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~?7t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 以小客车为标准折算见表2.4 表2.4 折算后交通量表 车 型 交通量(辆/日) 折算系数 折算后交通量 小汽车 3400 1.0 3400 解放CA10B 700 1.5 1050 东风EQ140 650 1.5 975 黄河JN162 350 2.0 700 长征XD250 300 2.0 600 2.2 公路技术等级确定 2.2.1 交通量计算 根据远景设计年平均日交通量 NdN0×(1+γ)n-1 式中:Nd?远景设计年平均日交通量(辆/ 日) N0?起始年平均日交通量(辆/日),包括现在交通量和道路建成后从 其他道路吸引过来的交通量 r?年平均增长率(%) n?远景设计年限 由3中表格可得: N03400+1050+975+700+6006725(辆/日) N20N0×(1+r)n-16380×1+7.6%20-126108(辆/日) 2.2.2 车道数和车速的确定 1. 四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆25000~55000; 2. 六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆45000~80000; 3. 八车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通辆60000~100000。[1] 由计算出来的年平均日交通辆为26108(辆/日),所以车道数为双向四车道。由于保定地区主要是平原,路线经过的地区的地形比较复杂,结合公路的功能、性质并从全局出发综合确定保定地区某一级公路AB段初步采用设计速度100km/h。 2.3 各项技术标准 公路建设必须贯彻国家环境保护的政策并符合以下规定 1 公路环境保护应贯彻以防为主以治为辅综合治理的原则 2 公路建设应根据自然条件进行绿化美化路容保护环境 3 高速公路一级公路和有特殊要求的公路建设项目应作环境影响评价 4 生态环境脆弱的地区 或因可能造成环境近期难以恢复的地带 应作环境保护设计。 5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 。 6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 。 7. 高速公路一级公路的互通式立体交叉服务区停车区公共汽车停靠站 管理与养护设施等的出入口处应设置加减速车道。 8. 高速公路 一级公路的右侧硬路肩宽度小于 2.50m 时 应设置紧急停 车带 紧急停车带宽度应为 3.50m有效长度不应小于 30m间距不宜大于 500m。 本设计所选用的各项主要技术标准见表2.5 表2.5 各项技术标准 公路等级 高速公路 设计速度(?/h) 100 车道数 4 路基宽度(m) 26 圆曲线一般最小半径(m) 1000 缓和曲线最小长度(m) 130 最大纵坡(%) 4 最小坡长(m) 496.35 凹曲线半径(m) 20000 凸曲线半径(m) 20000 竖曲线最小长度(m) 382.73 直线段最小长度(m) 同向曲线 6V600 反向曲线 2V200 平曲线最大超高值(%) 6 3 路线方案比选 3.1确定路线所处地形条件 根据设计资料可知该公路所在地区,地面起伏不大,因此确定地形为平原区。 3.2 路线方案选择 3.2.1 概述 路线方案是路线设计最根本的问。公路选线和定线,是根据公路的性质、等级、任务和标准,在路线起终点间综合地形,地质,地物及其他沿线条件,综合平、纵、横三方面因素在实地或纸上选定公路中线位置,然后进行测量和有关设计工作。路线的选定与公路线形设计有密切的关系。 3.2.2 路线选线的过程 本设计选线过程: 1. 首先确定起终点的位置A,B,根据地形图上的地形地貌及相关的设计 资料确定两点间路线的基本走向。 2. 按地形、地质、水文等自然条件选定一些细部点,本设计路线将沿线房屋、乡道、铁路、水渠等地点作为重点控制,然后连接控制点,初步完成路线布局。 3. 本初步设计路线必经之地有比较多的温室,必须考虑该地的拆迁问题。在满足技术标准的前提下,进行平纵横综合设计,最终以定出道路的中线。 3.3 方案对比 3.3.1 方案比选考虑的主要因素 本设计主要考虑的因素有: 1. 本一级路路线在铁路、公路等综合交通运输系统中的作用,与沿线工矿、城镇等规划的关系,以及与沿线农田水利建设的配合及用地情况。 2. 本道路的建设对沿线自然条件的影响。 3. 设计道路主要技术标准和施工条件的影响。 3.3.2 方案对比 本设计拟定两个比选方案。 方案一:路线起点A 366026,454167,终点B365283, 458436,全线总长4512.661m,其间设置JD1366194, 455202,JD2365892, 456333和JD3366027, 457337。 方案二:路线起点在A366026,454167,终点在B365283, 458436,全线总长4574.241m,其间设置JD1366438, 456326 两方案均符合平、竖曲线设计要求,比选内容见表3.1 表3.1 方案比选表 对比要素 方案一 方案二 路线总长 4512.661 4584.36 平面交点 3个 2个 竖曲线 3个 2个 桥梁 1座小桥 2座小桥 隧道 无 无 通道 涵洞 3个涵洞 4个涵洞 拆迁数 2间 4间 说明: 两个方案均采用直线,缓和曲线,圆曲线相结合的办法,均符合平曲线设计要求,都是可行方案,两个方案平竖曲线均满足规范,满足平纵组合“平”包“纵”,与乡道,水渠多次相交,均采用通道、涵洞形式。由表3.1也可以看出很多方面因素差别不大,关键在线形、施工和造价上,方案一拆迁数较少,占用耕地以及蔬菜温室少于方案二,填挖较大,方案一线形也较好,无隧道,低,对于一级公路来说,综合考虑选方案一。 4 平面设计 4.1 平面线形设计 本设计根据地形图上路线的起讫点,定出了两个中间控制点(即两条导向 线)JD1,JD2,公路平面线形由直线,平曲线组合而成,平曲线又分为圆曲线和回旋线两种。因此,直线,圆曲线,缓和曲线是平面线形的主要组成要素。 4.1.1 直线 1. 直线的最大长度 当采用长的直线线形时,为弥补景观单调之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的措施。在景色有变化的地点其直线的最大长度(以km计)可以大于20V(V为设计车速,以km/h计),在景色单调的地点最好控制在20V以内。 本设计最大直线长度1328.933m,小于20V2000m,满足要求。 2. 直线的最小长度 本设计公路有两个交点,两个交点之间的曲线为反向曲线,反向曲线间直线最小长度(以km计)以不小于设计速度的两倍为宜。[2] 计算JD1,JD2间直线长度 LJD2-JD1-(T1-T2)(K2+210.000)-(K1+49.108)-257.0886+191.3565 712.4469m 因为 2V200m < L,满足规范要求。 4.1.2 圆曲线 1. 圆曲线的最小半径 本设计圆曲线最小半径考虑一般最小半径、极限最小半径、不设超高最小半径 查规范可知,公路圆曲线最小半径如表4.1所示: 表4.1 圆曲线半径 m 技术指标 山区高速公路 一般最小半径 700 极限最小半径 400 不设超高 最小半径 路拱 4000 路拱 5250 本设计路段的最小圆曲线半径为1000m,符合规范规定。 2. 圆曲线的最大半径 圆曲线半径不可大于10000米。本设计路段的最大圆曲线半径为1600m,符合规范规定。[2] 3. 平曲线的最小长度本设计平曲线长度分别为1400m,1200m,1100m,平曲线最小长度一般值为500m,极限值为170m ,满足规范要求。[2] 4.1.3 缓和曲线 缓和曲线的最小长度一般应满足以下几方面: 1.旅客感觉舒适 若考虑旅客感觉舒适度,由经验得:以Vkm/h表示设计速度,则最小缓和曲线长度Lsmin的计算公式为: 式中为离心加速度变化率,我国在制定缓和曲线设计标准时,将离心加速度的变化率取值控制在0.5~0.6范围内。 本设计中V100km/h,半径最小值为1000m,取0.55,得Lsmin为43.23m,设计缓和曲线最小长度为130m,符合按旅客舒适度考虑的最小缓和曲线长度。 2. 超高渐变率适中《规范》规定了适中的超高渐变率,由以下公式计算 B-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(%) P-超高渐变率 3. 行驶时间不过短 汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s,于是 设计车速100km/h的3秒行程为83.33m,本设计路段的所有缓和曲线长度均符合要求。 结合河北保定地区的地理环境、地质情况等,本设计路线选用基本型:直线-缓和曲线-圆曲线-缓和曲线-直线的顺序组合。为使线形协调,缓和曲线-圆曲线-缓和曲线的长度之比宜为1?1?1~1?2?1。 4.2 行车视距 行车视距是否充分,直接关系着行车的安全与速度,它是公路使用质量的重要指标之一。行车视距可分为:停车视距、会车视距、超车视距。《规范》规定,一级公路设计视距应满足停车视距的要求,对向行驶的双车道公路要有一定比例的路段保证超车视距。 4.3 平面视距的保证 汽车在弯道上行驶时,弯道内侧行车视线可能被树木、建筑物、路堑边坡或其他障碍物所遮挡,因此,在路线设计时必须检查平曲线上的视线是否能得到 保证,对平曲线内侧高路堑地段应进行视距的检查与计算,如有遮挡时,则必须清除视距区段内侧适当横净距内的障碍物。当视野内有稀疏的成行树木,单棵树木或灌木,对视线的妨碍不大并可引导行车或能构成行车空间时,则可予以保留。 4.4 平曲线设计示例 图4.1 按回旋线敷设缓和曲线 对于实地定线来说,平曲线设计的主要工作是曲线要素的计算,平曲线要素的计算范例,如图4.1所示: 4.1.1. 平曲线要素的计算公式: m m m m m m m 式中:q-----缓和曲线切线增值m; -----缓和曲线长度m; -----设缓和曲线后圆曲线内移值m ------缓和曲线终点缓和曲线角; ------切线长m; ------圆曲线半径m; -----曲线长m; -------转角; -------外距m; -------超距m。 主点里程: ZHJD-HYZH+ YHHY+-2HZYH+ QZHZ- JDQZ+ 4.2.2 曲线几何元素的计算示例 (1)平曲线计算要素 (m) (m) (m) (m)(m) (2)曲线主点桩号 JD1K1+049.108 ZH1 JD1-1 K1+049.108-191.3565 K0+857.7515 HY1ZH1+ Ls1 K0+857.7515+130K0+987.7515 YH1HY1+L1-2 Ls1 K0+987.7515+550.07-2130 K1+277.8215 HZ1YH1+ Ls1 K1+277.8215+130 K1+407.8215 QZ1HZ1-L1/2 K1+407.821-550.07/2 K1+132.784 5 纵断面线形设计 5.1 概述 纵断面设计主要包括纵坡和竖曲线的设计。在纵断面设计中,首先绘制路线经由地带的纵断面地面线,依据平面选线确定的控制点及其高程、填挖平衡经济点及与周围景观的协调,综合考虑平、纵、横三方面试定坡度线,在用横断面图检查、调整,确定纵坡值,确定竖曲线半径,计算设计高程及填挖高度。 5.2 公路最大纵坡与最小纵坡 1. 最大纵坡 各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特征、道路等级、自然条件以及工程、运营经济等因素,通过综合分析,全面考虑,合理确定的。最大纵坡见5.1表如下: 表5.1最大纵坡 设计速度(Km/h) 最大纵坡(%) 120 100 80 60 40 30 3 4 5 6 7 8 设计速度为120 (Km/h)、100(Km/h)、 80(Km/h)的一级公路,受地形条件或其他特殊情况限制时,经技术经济论证,最大纵坡可增加1%。 根据我国《公路工程技术标准》规定,本设计中最大纵坡值为4%,符合标准规定。[1] 2. 最小纵坡 本设计路在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段,为保证排水要求,防止积水渗入路基而影响其稳定性,均设置不小于0.3%的最小纵坡。本设计中最 小纵坡值0.736%,符合规范要求。在必须设计平坡或纵坡小于0.3%时,边沟做了纵向排水设计。 5.3 坡长限制 1.最小坡长 《公路工程技术标准》规定公路最短坡长应按表5.2选用。 表5.2最小坡长 设 计 速 度km/h 120 100 80 60 40 30 20 最 小 坡 长m 一般值 400 350 250 200 160 130 80 最小值 300 250 200 150 120 100 60 本设计最小坡长496.3519m.满足规范要求。 2. 最大坡长 最大坡长规定如表5.3:[2] 表5.3 最大坡长 设计车速100km/h 坡度% 最大坡长m 3 1000 4 800 5 600 本设计路段共2个变坡点,3个坡的坡度分别为0.7363%,-1.1773%,1.3936 %,-0.7821%,对应的坡长分别为 857m ,712m,496m,1111m,由于本路线纵坡坡度均小于3%,对最大坡长不做严格要求,所以均满足要求。 5.4 竖曲线 1. 竖曲线最小半径 在纵断面设计中,竖曲线的设计受众多因素的影响和限制,其中有三个限制因素决定着竖曲线最小半径或最小长度: 1 缓和冲击 2 时间行程不过短 3 满足视距要求 另外本设计还考虑到竖曲线要满足视距要求。《规范》中规定了一级公路满足视距要求的最小竖曲线半径如表5.4 表5.4 一级公路满足视距要求的最小竖曲线半径 设计速度km/h 120 100 80 竖曲线半径m 12000 10000 8000 本设计综合考虑各种因素,根据规范初步确定了三条纵坡,两个变坡点。第一个为凹曲线,第二个为凸曲线。凸曲线半径R120000m、凹曲线半径R220000m。 2. 竖曲线最小长度 《公路工程技术标准》规定了一级公路不同设计速度下的竖曲线最小长度,见表5.5[1] 表5.5 竖曲线最小长度 m 设计速度km/h 120 100 80 竖曲线长度m 一般值 250 210 170 最小值 100 85 70 本次设计的竖曲线长度分别为382.713m, 514.1772m,435.133m满足规范要求。 5.5 竖曲线要素计算 1. 设计标高计算公式 坡线标高变坡点标高+或坡线标高变坡点标高- 式中:??计算点到变坡点的距离,m; i??坡线的纵坡,%;升坡段取正,降坡段取负。 2. 竖曲线要素的计算公式: 5.1 5.2 5.3 5.4 式中:R??竖曲线半径m L??竖曲线的曲线长m T??竖曲线的切线长m E??竖曲线的外距m ω??两相邻纵坡的代数差,以小数计 h??竖曲线上任意点到切线的纵距 x??竖曲线上任意点与竖曲线始点的水平距离m 以变坡点1为例: 图5.1 竖曲线要素示意图 变坡点1桩号为K1+049.108,高程为21.8003m, i10.7363%, i2-1.1773% R120000m 1. 变坡点竖曲线要素计算 ω i2 -i1 -1.1773%-0.7363%-1.9136% , 因为ω1<0 ,所以为凸曲线 故:竖曲线长度 L1R1×ω120000×1.9136% 382.72m210m 切线长度 T1L/2382.72/2191.36m 外距 E1T12/2R1191.362/(2×20000)0.9155m 曲线顶点设计高程21.8003-0.915520.8848m 2. 设计高程的计算 竖曲线起点桩号变坡点桩号-T1(K1+049.108)-191.36 K0+857.748 竖曲线起点高程=21.8003-191.36×0.6673%=20.5233(m) 竖曲线终点桩号变坡点桩号+ T1(K1+049.108)+191.36 k1+191.85108 竖曲线终点高程=21.8003-191.36×1.6673%=18.6097(m) 下面以桩号K2+000.00处为例: 横距:x (K2+000.00)-(K1+049.108)950.892 m 竖距:hx 2/2R950.8922/2×2000022.604m 切线上高程21.8003+950.892×0.6673%5.541(m) 设计高程28.145-22.6045.54 m 5.6 平、纵线形组合设计 平纵线形组合设计的总要求:对于设计速度?60km/h的道路,竖曲线的 起终点都分别放在平曲线的两个缓和曲线内,即所谓的“平”包“竖”。如图5.2 所示: 图5.2 平、竖曲线的组合原则 本设计中平曲线共设三个交点,竖曲线两个变坡点。竖曲线1和2分别在平 曲线1和3内,做到了“平”包“竖”。保定地区位于平原区,路线经过地区有乡 道、水渠等,以它们作为纵面设计的控制点来进行拉坡。 6 路基设计 6.1 横断面设计概述 横断面设计应符合公路建设的基本原则和现行《公路工程技术标准》规定的具体要求。路基穿过耕地时,为了节约用地,如当地石料方便,可修建石砌边坡,或修筑挡墙。地面水和地下水严重影响路基的强度和稳定性,须采取拦截或迅速排至路基外的措施。设计排水设施时,应保证水流排泄畅通,并结合附近农田灌溉,综合考虑进行设计。[1] 6.2 路基宽度及组成 1.本设计采用整体式,横断面组成主要包括行车道、中间带、路肩、边坡、排水设施包括边沟、排水沟等,根据需要,在边坡上设置碎落台等。 2. 按照《公路工程技术标准》,本设计设计车速100km/h,双向4车道的一级公路。行车道宽4×3.75m,硬路肩宽度:2×3.0m,土路肩宽度:2×0.75m,中间带宽度3.5m。路基宽:15+6+1.5+3.526m。 6.3 路拱的确定 1. 根据路面类型和当地自然条件,本设计路拱坡度采用2.0%。[2] 2. 路肩的设置:本设计硬路肩采用了与路面坡度相同德2.0%,为了能迅速排出路面上的降水,土路肩路拱坡度取3.0%。 6.4 弯道的超高与加宽 6.4.1 弯道的超高 本设计路拱为2.0%,圆曲线半径分别为1000m、1000m、1000m,由表4.1可知半径均小于不设超高最小半径4000m,所以均设置超高。 《公路工程技术标准》规定:各级公路圆曲线最大超高值见表6.1 表6.1 各级公路圆曲线最大超高值 公路等级 高速公路、一级公路 二、三、四级公路 一般地区(%) 8或10 8 积雪冰冻地区(%) 6 根据表6.1规定,本设计曲线上超高横坡度均取5% 。 6.4.2 弯道的加宽 《公路工程技术标准》规定:平曲线半径小于250m时,应在曲线内侧加宽,当半径大于250m时,由于加宽值较小,且行车道已具有一定富余宽度,故可不设加宽。 本设计中平曲线的半径均大于250m,所以不设加宽。[1] 6.5路基设计标高 新建公路的路基设计标高为路基边缘标高,在设置超高地段为设置超高前的路基边缘标高。设有中央分隔带的一级公路,其路基设计标高为中央分隔带的外侧边缘标高。 6.6路基填土选择与压实 1. 填土的选择 路基的强度与稳定性,取决于土的性质和当地的自然因素。并与填土的高度和施工技术有关。在填土时应考虑用级配较好的砾类土,砂类土等粗粒土作为填料,填料最大粒径小于150mm。根据《路基设计规范》本设计采用粗粒土作为填料。 2. 路基压实 一级公路选择重型击实方法,下表为重型击实试验求得的最大干密度的压实度。特殊干旱或特殊潮湿地区,表内压实数值可减少2%-3%。 表7.1 路基压实表 填挖类别 路床底面以下深度(m) 路基压实度(%) 零填方及路堑路床 0-0.30 ?95 填方路基 0-0.3 ?95 0.3-0.8 ?95 0.80-1.50 ?93 1.50 ?90 6.7 超高 6.7.1 超高的过渡方式 由于本设计的道路等级为一级公路,所以超高的过渡为有中间带道路的超高过渡。本设计采用的是绕中央分隔带边缘旋转。 6.7.2 超高过渡段长度的确定 超高缓和段的长度按下式计算: (7.1) 式中: ??超高缓和段长度(m); B??旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度(m); ??旋转轴外侧的超高与路拱坡度的代数差; P ??超高渐变率,其值根据设计速度和超高过渡方式确定; 表7.2 最大超高渐变率 设计速度 (km/h) 超高旋转轴位置 中线 边线 100 1/225 1/175 为了行车的舒适,超高过渡段应不小于按上式计算的长度。本设计中,圆曲线半径均不大,因此都设置了超高过渡段,又因为是绕中央分隔带边缘旋转,查《规范》超高渐变率取,本设计采用2.0%的路拱横坡,以JD1为例计算超高过渡段长度。 JD1处:圆曲线半径R11300,超高坡度5%,由超高公式: Lc'm 此平曲线LS 200m ,《标准》给定若LS >计算出的Lc ,但只要超高渐变P?1/330, 仍取LcLS , 故先令Lc LS 200m,则 ? 故符合条件,该处超高缓和段与缓和曲线长度相等,即在缓和曲线 全长范围内连续超高。 6.7.3 超高值的计算 有中间带的公路的超高方式有三种:绕中央分隔带边缘旋转;绕各自行车道中心旋转;绕中间带中心旋转。 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算公式如表7.3。 表7.3 绕中央分隔带边缘旋转超高值计算式 超高位置 计算公式 行车道横坡值 外侧 C D 0 内侧 D 0C 式中: B??行车道宽度; ??内侧路缘带; ??外侧路缘带; ??路基加宽值,因为本公路无加宽所以为0; ??路拱横坡度; ??圆曲线超高横坡度。 超高计算点位置见图6.1 图7.1超高计算点位置图 以平曲线1距离超高缓和段起点距离为90m的点为例,计算外侧,内侧超 高位置处,点C的超高值: 外侧:0.0115 则外侧C点处的超高值为: =(0.75+7.5+0.75)×0.01150.1035 内侧: 则内侧C点处的超高值为: -(0.75+7.5+0+0.75)×0.0335 -0.3015 6.8路基边坡路基防护应根据公路功能结合当地气候水文地质等情况采取 相应防护措施保证路基稳定 1路基防护应采取工程防护与植物防护相结合的防护措施并与景观相协 调 2深挖高填路基边坡路段必须查明工程地质情况针对其工程特性进行路 基防护设计对存在稳定性隐患的边坡应进行稳定性分析采用加固防护措施3沿 河路段必须查明河流特性及其演变规律采取防止冲刷路基的防护措施 凡侵占 改移河道的地段必须做出专门防护设计 路堤边坡形式和坡率可参照表7.4采用。 表7.4 路堤边坡坡度 填料类型 边坡最大高度(m) 坡度 全部高度 上部高度 下部高度 全部高度 上部坡度 下部坡 度 粘性土、砂性土、粉性土 20 8 12 - 1:1.5 1:1.75 砾石土、粗砂、中砂 12 - - 1:1.5 - - 碎石、卵石 20 8 8 - 1:1.5 1:1.75 不易风化的石块 20 12 12 - 1:1.3 1:1.5 根据沿线的工程地质及水文状况,本设计地区又属粘性土,采用1:1.5的 路堤边坡。 6.9 路堑边坡 本设计路堑低于6m处,采用坡度1:0.5。路堑高度大于6m,且地质情况较 好的时候,其6m以下,坡度为1:0.5,6m以上坡度为1:0.75,考虑到坡度变化较大,所以在该处修建1.5m的碎落台,而在边沟与坡度为1:0.5的坡之间,也修建1.5m 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。 6.10 路基防护 路基的防护的