浅谈道路工程设计.docx
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浅谈道路工程设计
浅谈道路工程设计
摘要：
文章简述了道路工程相关的一些基础知识，并从道路平面设计，道路纵断面设计、道路横断面设计、道路选线与定线四个方面叙述了道路设计的一些知识。
关键词：
道路工程道路勘测设计
随着国家经济的迅猛发展，一起腾飞发展的还有我国四通八达的交通。
现代交通组成分航空运输，铁路运输，道路运输，水路运输，管道运输五大类。
这里我主要简述道路工程的基础知识并浅谈道路设计。
1、道路工程基础知识
道路工程是以道路为对象而进行规划，勘测，设计，施工等技术活动的全过程及其所从事的工程实体。
1·1道路的分类
道路是供各种车辆和行人等通行的工程设施。
按其使用范围分为公路、城市道路、厂矿道路、林区道路及乡村道路。
1·2公路的分类、分级与技术标准
公路根据重要性和使用性质，分为：
国道、省道、县道、乡道。
公路是线性结构物，包括线性和结构两个组成部分。
公路根据交通量及其使用任务、性质分为五个等级：
高速公路、一、二、三、四级公路。
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。
公路的技术标准是交通部颁布的法定技术准则。
它是根据一定数量的车辆在道路上以一定的设计速度行驶时，对路线和构筑物的设计要求。
1·3城市道路分类、分级与技术标准
城市道路按其在城市道路系统中的地位、交通功能和对沿线建筑物的服务功能分为快速路、主干路、次干路和支路四类。
城市道路除快速路外，每类道路按照所在城市的规模、设计交通量、地形分为
、
、
级。
等级越高，技术指标越高，行车速度越快。
大城市采用
级标准，中等城市采用
级标准，小城市采用
级标准。
快速路技术要求：
①至少四个车道，中间设中央分车带，有自行车通过时应在两侧加设自行车道。
②进出口采用全控制或部分控制。
③部分交叉口采用立体交叉，与次干道可采用平面交叉，与支路不能直接相交。
过路行人集中点要设置过街人行天桥或地道。
1·4路面的分类
路面按力学特性课分为柔性路面、半刚性路面和刚性路面三类。
柔性路面：
全部由柔性材料铺筑而成的路面结构。
主要靠抗压强度和抗剪强度承受行车荷载的作用。
（各种粒料类，沥青类材料）。
刚性路面：
水泥混凝土作为基层或面层的路面结构。
抗压、抗弯拉能力强。
半刚性基层：
用水泥、石灰、粉煤灰等无机结合料稳定土或碎（砾）石而修筑的基层。
1·5公路的线形组成和用地指标
所谓线形，是指道路中心线在空间的形状。
道路中线是一条平面有曲线、纵面有起伏的立体空间曲线，其平面线形由直线和平面线组成，平面线包括圆曲线和缓和曲线；纵面线形由纵坡线和竖曲线组成。
这条立体空间曲线由平面图、纵断面图和横断面图来表示。
公路用地范围：
①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，或路堑坡顶截水沟外边缘（无截水沟为坡顶）以外不小于Ⅱm范围内的土地，在有条件的地段，高速公路和一级公路不小于3m、二级公路不小于2m范围内的土地为公路路基用地范围。
②在风沙、雪害等特殊地质地带，需设置防护林，种植固沙植物，安装防沙或防雪栅栏以及设置反压护道等设施时，应根据实际需要确定其用地范围。
③桥梁、隧道、互通式立体交叉、分离式立体交叉、平面交叉、交通安全设施、服务设施、管理设施、绿化以及料场、苗圃等，应根据实际需要确定其用地范围。
④有条件或环境保护要求种植多行林带的路段，应根据实际情况确定用地范围。
⑤改建公路可参照新建公路用地范围的规定执行。
1·6道路交通条件
设计车辆：
小客车、载重汽车、鞍式汽车。
设计速度：
公路等级
高速公路
一级公路
二级公路
三级公路
四级公路
设计车速（km/h）
120
100
80
100
80
60
80
60
40
30
20
设计小时交通量：
公路设计小时交通量宜采用年第30位小时交通量，也可根据当地公路小时交通量的变化特征，采用年第20-40位小时之间最为经济合理时位的交通量。
通行能力：
指在一定的道路、交通和管制条件下，单位时间内，一条车道或道路的某一断面所能通过的最大车辆数。
公路服务水平：
我国按车流的运行状态，将道路的服务水平分为四级。
高速公路，一级公路按2级服务水平来设计，在不得已情况下（如匝道，交织区）可降低为三级服务水平。
二级，三级公路按3级服务水平来设计。
四级公路根据需要而定。
1·7公路工程设计
工程设计分三个阶段①一阶段设计即一阶段施工图设计。
②二阶段设计即初步设计和施工图设计两个阶段。
③三阶段设计即在初步设计和施工图设计之间，增加一个设计阶段，称为技术设计。
目前，公路基本建设项目一般采用两阶段设计。
对于技术简单、方案明确的小项目，可采用一阶段设计。
对于技术复杂、基础资料缺乏或不足的建设项目，或建设项目中的特殊大型桥梁、隧道、互通式立体交叉等部分工程，必要时可采用三阶段设计。
2、道路勘测设计
道路勘测设计主要分为道路平面设计，道路纵断面设计、道路横断面设计、道路选线与定线等。
2·1道路平面几何设计
2·1·1平面线性要素
汽车导向轮旋转面与车身纵轴之间关系分为角度为零、角度为常数、角度为变数三种情况。
对应的平面线形要素分别为曲率为零的线形—直线、曲率为常数的线形—圆曲线、曲率为变数的线形—缓和曲线。
高速公路，一、二、三级公路平面线形由上述三种线形—直线、圆曲线和缓和曲线构成，称为“平面线形三要素”。
四级公路为简化设计，可以指使用直线和圆曲线。
2·1·2直线
直线的最小长度：
同向曲线间直线的最小长度为设计速度（以km/h计）的6倍；反向曲线间直线的最小长度为设计速度（以km/h计）的2倍。
2·1·3圆曲线
圆曲线极限最小半径的确定：
①行车的横向倾覆稳定性②行车的滑动稳定性③乘客舒适性④营运经济性。
圆曲线一般最小半径：
一般情况下采用的平曲线最小半径值。
不设超高的最小半径：
指曲线半径较大，离心力较小，靠轮胎与路面间的摩擦力就足以保证汽车安全稳定行驶所采用的最小半径。
圆曲线要素的计算：
圆曲线长：
L=R×π×α/180切线长：
T=Rtan（α/2）
外距：
E=R（sec（α/2）-1）校正数：
J=2T-L
主点桩里程桩号计算：
直圆点：
ZY=JD-T
圆直点：
YZ=ZY+L
曲中点：
QZ=YZ-L/2
JD=QZ+J/2
2·1·4缓和曲线
缓和曲线定义：
缓和曲线是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大两个同向曲线间的一种曲率连续变化的曲线。
作用：
曲率变化缓和、横向坡度变化缓和、加宽缓和。
缓和曲线长度计算依据：
离心加速度变化率、驾驶员操作反应时间、超高渐变率不过大。
圆曲线半径超过不设超高圆曲线最小半径时可不设缓和曲线。
四级公路不设缓和曲线。
2·1·5曲线组合
基本型：
直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线
S型：
两个反向圆曲线用回旋线连接起来的组合线形为S型
卵型：
用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合形式，称为卵型。
复曲线、凸型、复合型等
2·2纵断面设计
纵断面设计指的是确定道路的纵坡、变坡点位置、竖曲线与高程的设计。
2·2·1纵坡
道路纵坡的大小，直接影响到行车速度和性能，道路建设投资和运输成本等一系列的问题。
最大纵坡的确定，必须保证车辆能以一定的车速在道路上安全行驶，上坡时顺利，下坡时不致发生危险。
坡长限制：
汽车上坡时如坡道过长，必须用低排挡行驶，燃料消耗增加，机件也容易损坏；下坡时易使制动器发热失效而发生交通事故。
因此，当道路纵坡度大于5％时，为了行车安全和便利,其坡段长度需要加以限制，并相应设置坡度不大于2～3％的缓和坡段。
2·2·2竖曲线
纵断面上两相邻纵坡的焦点称为变破点。
为保证行车安全、舒适以及视距要求，在变坡点处，用一段曲线来缓和，称为竖曲线。
竖曲线的作用：
缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的离心力；确保公路纵向行车视距；将竖曲线与平曲线恰当组合，有利于路面排水和改善行车的视距诱导和舒适感。
竖曲线测设元素计算如下：
变坡角a=i2-i1
竖曲线长L=Ra
切线长T=L∕2
竖距E=T*2∕2R
2·2·3纵断面设计原则
①纵坡设计必须符合《公路工程技术标准》中有关纵坡的各项规定，如各级公路的最大纵坡，按排水要求的最小纵坡等；②为保证汽车以一定的车速安全顺利地通过，纵坡应具有一定的平顺性；③对沿线的自然条件，应作通盘研究，依据不同的具体情况分别处理，使公路畅通和稳定；④按路线起伏综合考虑农田水利方面的特殊要求；⑤在水文条件不良或地下水位很高的路段，应考虑适当的路基高度；⑥在保证路基的强度和稳定的前提下，争取填挖平衡，节省土石方及其他工程量，降低工程造价；⑦考虑到今后公路改建时，尽量利用原有路面作为新路面的基层或面层的下层；⑧纵坡设计应与平面设计密切配合协调。
2·3道路横断面设计
道路横断面是由横断面设计线和地面线所构成的。
垂直于道路中心线方向的断面。
公路与城市道路横断面的组成有所不同。
公路横断面的主要组成有：
车行道（路面）、路肩、边沟、边坡、绿化带、分隔带、挡土墙等；城市道路横断面的组成有：
车行道（路面）、人行道、路缘石、绿化带、分隔带等。
在高路堤和深路堑的路段，还包括挡土墙。
2·3·1城市道路横断面组成
根据道路的设计标高（公路为路基边缘线；城市道路为道路中心线）和横断面土石方的不同填挖情况,横断面有三种基本形式:
路堤式、路堑式、半填半挖式（见路基）。
在地形平坦的城市道路，其横断面一般均贴近地面布置，地面的雨、雪水用地下管道排除。
根据不同的交通组织设计，车行道在横断面上的布置有四种方式：
①单幅式。
所有车辆都在同一个车行道平面上混合行驶；用地较省，但对向行驶车辆的干扰多，多用于交通量不大的次要道路。
②双幅式。
由中间一条分隔带（或绿化带），将车行道分为单向行驶的两条车行道，可避免对向行驶车辆的干扰，但机动车和非机动车仍为混合行驶。
对单幅式、双幅式道路，如车行道较宽，可划出分道线，将机动车和非机动车分道行驶。
③三幅式。
由两条分隔带（或绿化带）将车行道分为三部分：
中间为机动车道，双向行驶，路中间最好能划出分道线；两边为非机动车道，单向行驶；是一种使用效果较好的布置形式，也有利于绿化、地上杆线和地下管线的设置。
④四幅式。
由三条分隔带（或绿化带）将车行道分为四部分：
靠近中间分隔带的两条为机动车道；靠近路边的两条为非机动车道；是渠化交通，完全分道行驶的最理想的布置形式，但用地较多。
横断面的布置形式，根据地形、地物和交通组织的具体情况，可以对称布置，也可以不对称布置。
2·3·2横断面设计方法
①一般在计算纸上绘制横断面的地面线。
②从“路基设计表”中抄入路基中心填挖高度，对于有超高和加宽的曲线路段，还应抄入“左高”、“右高”、“左宽”、“右宽”等数据。
③根据现场调查所得来的“土壤、地质、水文资料”，参照“标准横断面图”，画出路幅宽度、填或挖的边坡坡线，在需要设置各种支挡工程和防护工程的地方画出该工程结构的断面示意图。
④根据综合排水设计，画出路基边沟、截水沟、排水沟等位置和断面形式，必要时须注明各部分尺寸。
此外，对于取土坑、弃土堆、绿化带等也应尽可能画出。
⑤对于分离式断面的公路和具有变速车到、爬坡车到、避险车到、紧急停车道。
2·4道路选线与定线
选线应包括确定路线基本走向、路线走廊带、路线方案至选定线位的全过程。
2·4·1路线控制点
①路线起、终点，必须连接的城镇、工矿企业，以及特定的特大桥、特长隧道等的位置，应为路线基本走向的控制点。
②大桥、长隧道、互通式立体交叉、铁路交叉等的位置，应为路线走向控制点，原则上应服从路线基本走向。
③中、小桥涵，中、短隧道，以及一般构造物的位置应服从路线走向。
2·4·2选线方法
①选线可采用纸上定线或现场定线。
高速公路、一级公路应采用纸上定线并现场核定的方法。
二级公路、三级公路、四级公路可采用现场定线，有条件或地形条件受限制时，可采用纸上定线或纸上移线并现场核定的方法。
②选线应在广泛搜集与路线方案有关的规划、计划、统计资料，相关部门的各种地形图、地质、气象等资料的基础上，深入调查、勘察，并运用遥感、航测、GPS、数字技术等新技术，确保其勘察工作的广度、深度和质量，以免遗漏有价值的比较方案。
参考文献：
《道路工程》，武汉理工大学出版社，秦建平主编，
《公路路线设计规范》（JTBD20——2006）
《城市道路设计规范》（JTGB01——2003）
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