平原微丘区公路设计Word下载.docx
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转向相同的两相邻曲线连同其间的直线段所组成的曲线称为同向曲线；
转向相反的两相邻曲线连同其间的直线段所组成的曲线称为反向曲线。
圆曲线最小半径需要满足汽车行驶的安全性和舒适性，由二者共同控制。
规定圆曲线最小半径的实际上就是确保轮胎与路面的摩阻力能客服车辆在弯道上产生的离心力等，之所以对圆曲线的最小半径做出一定的限制就是为了保证车辆过弯时的安全不至于脱离弯道，也就是平常说的圆滑过渡。
圆曲线的最小半径和公路的设计时速、公路的横坡度及横向力系数有关。
由公式
（u为设计速度单位km/h，
为横向力系数，
为路面横坡，无超高时是路拱横坡，有超高时是超高横坡）。
圆曲线最小半径计算中所用的数据和限制，详见下表：
表格1–1公路圆曲线最小半径
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
一般值（m）
1000
700
400
200
65
极限值（m）
650
250
125
15
不设超高的最小半径（m）
路拱≤2.0%
5500
4000
2500
1500
600
350
150
路拱＞2.0%
7500
5250
3350
1900
800
450
表格1–2公路圆曲线的横向力系数及超高值
设计速度
横向力系数
0.10
0.12
0.13
0.15
0.16
0.17
超高值（%）
6
8
10
1.1.2.3缓和曲线
缓和曲线指的是平面线形中，设置在直线与圆曲线，圆曲线与圆曲线中间的曲率连续变化的曲线。
缓和曲线也是道路平面线形要素之一，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》（JTGB01-2003）规定，除了四级路可以不设缓和曲线外，其余各级公路都应设置。
在现代高速公路上，有时候为了满足需要缓和曲线所占的比例甚至比直线或者圆曲线还要多，它充当了平面线性的主要部分。
缓和曲线设置的目的：
由于曲率的逐渐变化，汽车方向也逐渐变化回降低过弯难度保证车辆安全形势同时路线也更顺畅，缓和行车方向的突变和离心力的突然产生；
使离心加速度逐渐变化，避免突然产生侧向的冲力，使乘客更舒适；
并缓和超高，作为超高变化的过渡段，减少行车来回摆动，使其平稳行驶。
为了保证圆曲线与直线段的缓和过渡，也为了驾驶的安全性和操作的简便性，我们也需要对缓和曲线的最小长度加以限制。
查看资料可知缓和曲线最小长度
（u为设计速度km/h，v为设计速度m/s，t为汽车在缓和曲线上最短行驶时间s，一般t=3s）
表格1–3缓和曲线最小长度
最小长度（m）
85
70
50
35
25
1.1.2.4平曲线要求
平曲线是指道路转弯处的曲线，因此它由圆曲线和缓和曲线共同组成。
平曲线负责连接两直线，使车辆能够从一根直线安全、平稳地行驶到另一根直线。
也就是说平曲线就是平面线形设计中圆曲线和缓和曲线的组合。
同样为了车辆更容易控制，提高行车的舒适性和满足行车视距的要求，必须对平曲线的最小长度加以控制。
表格1–4平曲线的最小长度
平曲线最小长度（m）
一般值
500
300
极限值
170
140
1.2平面线形设计的设计步骤
1.2.1平面线形设计的资料
根据任务书所给的设计资料，本次设计为平原微丘区一级公路设计，公路的平面路线图共七段QD~JD1,JD1~JD2,JD2~JD3,JD3~JD4,JD4~JD5,JD5~JD6,JD6~ZD,分别长为839.5m，965.2m，977.2m，955.1m，764.1m，724.1m，752.1m。
六条线路的夹角分别为151°
，159°
，156°
，139°
，125°
，136°
。
任务书所给资料中一级公路的设计时速为80km/h，由规范可知，设计年限是20年。
因为是在平原微丘区，所以地质环境、水文环境和气候环境都不会恶劣，在设计中除特殊段需要特殊考虑，大多都是普通处理措施。
1.2.2平面线形的数据确定
上文所述，平面线形设计中就是直线、圆曲线和缓和曲线三个要素。
在设计前先确定它们的相关数据，有利于设计的完成。
圆曲线半径大小由
计算做参考。
查表资料知u=80km/h，
=0.13，i=0.02（路面采用2%横坡），计算得最小半径R=458m满足公路圆曲线最小半径一般值要求400m。
我在实际设计中情况允许下适当的增大了，这样更加有利行车安全，下文有详细介绍。
对于缓和曲线的长度计算用到了公式
根据设计资料u=80，t=3
=66.67不满足缓和曲线最小长度要求，故取
最小为80m。
和圆曲线一样，在实际设计中情况允许下可以适当的增大。
1.3平面线性设计成果
1.3.1公路逐桩坐标确定
根据任务书所给设计的线形图，我用纬地软件首先确定公路的走向和逐桩坐标，坐标从K0+000到K5+886.469。
详见附图1－1一级公路路线图。
1.3.2公路平曲线设计
公路的逐桩坐标确定后，根据上述的数据在纬地软件上进行平曲线设计，设计过程中要注意数据的限制和相关处理。
Ⅰ.在JD1处综合考虑后选用直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线的形式
设计取R为600m前后缓和曲线半径为90m得到JD1处的平曲线，长度为394.0m满足平曲线最小长度140m的要求。
Ⅱ.J
同J
一样，设计取R为550m取前后缓和曲线半径为90m，得到JD2处的平曲线，长度为297.9m符合平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为614.4m，符合反向曲线间直线最小长度2u即160m的要求。
.JD3设计取R为550m取前后缓和曲线半径为90m，得到JD3处的平曲线，长度为312.9m符合平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为668.7m满足同向曲线间直线最小长度6u的要求。
.JD4设计取R为600m取前后缓和曲线半径为100m，得到JD4处的平曲线，长度为526.4m符合平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为524.1m满足反向曲线间最小直线长度2u的要求。
.JD5处拐角大圆曲线半径过大会导致相邻拐点间直线长度过短，试取R为450m，取前后缓和曲线长度为80m得到JD5处的平曲线，长度为513.8m满足平曲线最小长度要求，两拐点间直线长度为215.4m满足反向曲线间最小直线长度2u的要求。
.JD6同JD5情况类似，取R为500m，取前后缓和曲线长度为90m得到JD6处的平曲线，长度为475.0m满足平曲线最小长度要求，两拐点间的直线长度为200.5m满足反向曲线间最小长度要求。
1.3.3平面线形设计的表格及图纸
平面线形设计完成后，绘制出了设计公路的路线图，路线图包括了里程桩号、圆曲线半径及长度、缓和曲线长度及公路的布局。
详见附图1一级公路路线图。
路线图是直观表现公路情况，详细的数据是用表格记录。
平面线形设计后，制出公路线性的直线、曲线及转角表和逐桩坐标表。
详见附表1直曲表和附表2逐桩坐标表。
第二章纵断面设计
沿着公路中线竖直方向剖切然后再展开得到的图形即为路线纵断面。
由于受到周边环境、地形地物的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条连绵起伏的空间线。
纵断面线形设计主要任务是确定纵断面中线形的尺寸、几何位子等等，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。
纵断面设计应根据道路的等级、修建道路的目的并且要充分结合周边环境、地形地物等特点，考虑路基排水等的要求，对纵坡的大小、长短、前后纵坡情况、竖曲线半径大小以及与平曲线线形组合关系进行设计。
2.1纵断面设计约束条件
与平面线形设计一样，纵断面设计主要也是公路的线形设计，纵断面设计是公路在不同高程上定点定线，纵断面设计主要注意的是公路的纵坡，在考虑纵坡之后还要考虑施工的填挖方工程量，具体设计原则如下。
2.1.1纵断面设计的原则
1．纵面线形应与地形相适应，线形不能有断开的现象而且是一条圆顺的线从而保
证行驶安全。
2．在尽可能使挖填平衡的基础上做到纵坡圆滑、平顺，有起有伏，变化和缓同时坡长和竖曲线的长度也要做到合理。
3．平面与纵断面组合设计应满足：
4．视觉要连续，道路能自然而然的引导视线。
5．平曲线与竖曲线应相互重合，最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。
6．平、纵线形的技术指标大小应均衡，避免产生不必要的浪费。
7．合成坡度要合理，为的是有利于路面的排水以及行车的安全。
8．与道路两旁的自然景色相互协调相互配合，这样不会使驾驶员在长时间驾车时感到太累，同时也能自然的引导驾驶员的视线。
2.1.2公路纵坡
纵坡指的是路线纵断面上同一坡段两点间的高差与其水平距离之比，以百分率表示。
2.1.2.1公路纵坡的限制
道路纵断面上的坡度线，一般由许多折线组成，当车辆遇到折线的时候，因为高差自然会产生颠簸，当线形凸起的时候，会影响驾驶员的视野，满足不了行车视距的要求，危害车辆行驶安全；
当线形凹下去的时候，车辆行驶方向突然改变，不仅降低了行车的舒适性，严重时会产生失重或超重现象，由于猛然增加的向下的离心力作用，很容易破坏车架下的弹簧而发生车毁人亡等交通事故。
汽车在陡坡上行驶，行驶速度严重降低如果此时坡长又很长的情况下必然引起汽车水箱中的水温度过高，汽车可能发生熄火等情况，还有在过陡的坡度上汽车很容易打滑影响行车安全。
由于公路纵坡的大小对公路的通行能力及驾驶的安全性影响很大，所以国家规定了公路的最大纵坡。
制定最大纵坡的依据有车辆类型、设计速度和自然条件，《标准》规定的最大纵坡如下表：
表格2–1公路最大纵坡
120
100
80
60
40
30
20
最大纵坡（%）
3
4
5
6
7
8
9
最大纵坡有限制，最小纵坡也是有限制的，之所以考虑最小纵坡是为了有利于公路的纵向排水。
若是公路太过平坦，容易造成路面雨水排水不畅，从而伤害公路，规定，一般公路的最小纵坡为0.3%。
2.1.2.2纵坡的设计原则
1纵坡设计必须满足《标准》的有关规定。
2纵坡应当圆缓，避免陡坡、反坡的情况。
3纵面线形应连续、平顺并重视纵面线形的组合，纵面线形组合应注意以下几点：
4在短距离内避免线形连续多次起伏，因为这样会造成颠簸并且影响视距。
5避免“凹陷”路段，使驾驶员视觉不适，影响行车速度和安全。
6在较长的连续上坡路段，纵坡应至下往上越来越缓。
7纵坡变化小时，最好采用较大的竖曲线半径。
8纵面设计时应注意与平面线形相协调，尽量作到“平包竖”。
9纵坡设计应争取填挖平衡，这样可以降低工程成本，避免照成劳动力的浪费。
2.1.2.3最大坡长
过长的陡坡对于车辆的行驶不利，连续的上坡会使发动机过热影响汽车的行驶性能，过长的下坡必然需要频繁的制动从而威胁车辆的行车安全，所以必须对最大坡长加以限制。
《标准》规定的最大坡长如
表格2–2公路纵坡最大坡长
纵坡坡度
3
900
1100
1200
4
5
7
9
2.1.3竖曲线
竖曲线是指在线路纵断面上，以变坡点为交点，连接两相邻坡段的曲线称为竖曲线。
公路纵断面线形常采用直线（又叫直坡段）和竖曲线两种线形，二者是纵断面线形的基本要素。
竖曲线有凸形和凹形两种。
在道路纵断面上两个相邻纵坡线的交点，被称为变坡点。
为了保证行车安全、舒适以及视距的需要，在变坡处设置竖曲线。
竖曲线的主要作用是：
缓和行车动量变化而产生的冲击作用，使车辆平稳行驶，确保道路纵向行车视距；
将竖曲线与平曲线恰当地组合，有利于路面排水并且能自然而然的引导视线。
竖曲线技术指标主要有竖曲线半径和竖曲线长度。
凸形的竖曲线一般情况下很难满足对视距的要求，所以必须选择足够大的竖曲线半径来保证行车安全。
凹形的竖曲线有利于驾驶员获得足够的视距，但此时车辆会因为离心力产生附加重量，所以我们需要对该情况下的竖曲线半径加以控制以保证行车的平顺和舒适。
表格3–3公路竖曲线半径及最小长度
凸形竖曲线
半径（m）
17000
10000
4500
2000
11000
65000
3000
1400
凹形竖曲线
6000
竖曲线最小
长度（m）
210
90
2.2纵断面设计步骤
2.2.1纵断面设计的资料
任务书所给的地面高程图及图中的相关高程数据最低高程65.7m，最高处为桩号K3+450处，高程是95.3m。
高程的详细数据已知。
2.2.2纵断面设计的数据要求
首先要确定道路的纵坡要符合国家规定，纵坡最大不能超过5%，最小也不能低于0.3%。
我在设计时需要控制纵坡在这一范围内。
其次是竖曲线的半径需要满足要求，不能低于极限值，本人设计时都超过了一般值，满足要求，最后是竖曲线的长度要求，也要满足要求，
2.3纵断面设计成果
根据高程数据，本人在纬地道路软件中输入高程数据，生成高程图，之后用纬地软件在高程图上选线，选线时确定坡长不能超过设计要求，纵坡坡度要控制在0.3%—5%之间。
选线时候除了要考虑纵坡坡度的影响，还要考虑沿路施工时候填挖方的工程量，我们选线尽量做到填挖平衡。
选线完成后，在边坡点处加竖曲线，本设计共有六个边坡点，其中四个凸型竖曲线，两个凹形竖曲线。
凸型竖曲线中半径最小为7500m，满足最小4500m的要求，凹形竖曲线中最小半径为10000m，满足最小3000m的要求。
竖曲线长度最小的是143m，也超过了极限值，接近一般值170m。
同样满足要求。
纵断面设计完成后，绘制出公路的纵断面图，包括了纵断面的路线、高程及竖曲线等信息。
得到纵坡、竖曲线表，里面的数据详细介绍了公路纵断面设计的成果。
详见附表3。
第三章横断面设计
公路的横断面是指中线上各点的法向切面，包括横断面设计线和地面线。
横断面设计线由路肩，分隔带，边沟边坡，行车道，截水沟，护坡道，以及取土坑等组成。
高速公路和一级公路上还有变速车道，爬坡车道等。
而地面线是表现地面起伏和变化的线，一般通过现场实测等途径获得。
路线设计中所讨论的横断面设计只限于与行车直接相关的那一部分，即各组成部分的宽度，横向坡度等问题。
3.1横断面设计的原则
1从经济性和实用性两方面出发，结合公路的等级和周边自然环境等条件，充分考虑施工、养护等各方面情况，从实际出发，严格按照要求进行设计。
2设计路基时不仅要做好路基本身的设计包括路基横断面形式和边坡坡度，还要充分考虑到排水及边坡加固，二者相结合确保路基的稳定。
3应结合路线和路面进行设计。
当实地情况不适合修筑公路时，例如地下土质松散，强度低或者有高填深挖的边坡应该改线或者设置防护工程，具体情况具体分析，在保证工程质量的前提下这可能选择节约成本的方案。
4当公路含有河流冲击的路段时，必须做好防护措施。
5当路基设计标高不得已受限时，路基可能会受到水的侵害，这种情况下就必须采取一些措施避免水都路基造成破坏。
例如可以采用水稳定性好的材料进行填筑或者做好完善排水设施增加隔水层等。
6路基设计尽最大可能不破坏原有的自然环境及农田，防止打破其生态平衡。
3.2横断面设计要素
3.2.1路拱坡度
根据规范，一级公路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2%；
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3%，路拱坡度采用双向坡面，由路中央向两侧倾斜。
3.2.2路基边坡坡度
本设计路段属平原微丘区，路堑边坡多为土质边坡，根据《公路路基设计规范》路堑边坡采用1：
0.5，在某些路段挖方较高，所以路堑边坡做成了二级台阶式，并采用了1：
0.75的变坡。
本设计路段路基填土为粘性土，根据《公路路基设计规范》路堤边坡，当H<
8m（H—路基填土高度）时，路基边坡按1：
1.5设计。
在某些路段填方较高，所以设置了挡土墙，保证路基稳定。
3.2.3边沟设计
查《公路路基设计规范》得边沟横断面形式一般采用梯形，梯形边沟内侧边坡坡度为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。
本设计路段采用梯形边沟，且底宽为0.6m，深0.6m，内侧边坡坡度为1：
1。
3.2.4加宽设计
在玩道上行驶的汽车由于惯性车体多多少少会向外侧漂移，所以我们在弯道外侧要适当的加宽道路。
同样道理，汽车在弯道行驶当中其后内轮的半径永远最小，为了防止车辆滑出轨道我们也需要在弯道内测设置加宽。
我国《规范》规定，平曲线半径等于或小于250m时，应在平曲线内侧加宽。
双车道路面的加宽值查表可得。
一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。
为了使路面和路基均匀变化，设置一段从加宽值为零逐渐加宽到全加宽的过度段，称之为加宽缓和段。
加宽的设置也要求平和不能太突兀，例如直线到曲线的加宽过渡时宽度要缓缓过渡及加入加宽缓和短。
设置回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段的长度应采用与回旋线或超高缓和段长度相同的数值，布设在加宽缓和段上，路面具有逐渐变化的宽度。
不设回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率为1：
1.5且不小于10米的设置要求。
3.2.5超高设计
当车辆行驶在弯道上时会产生离心力将汽车往外侧拉，此时我们将公路路面做成外侧高于内测的形式，这样可以依靠汽车自重产生的分力抵消离心力从而保证车辆的安全以及平稳。
如果一辆汽车匀速行驶在圆曲线上那么它的离心力是一定的而当其行驶在曲率逐渐变化的缓和曲线上时它的离心力是渐变的所以我们能得到以下结论：
超高横坡设置在圆曲线路段上时应该是与圆曲线半径相关联的固定值，为一全程高，当在缓和曲线上设置超高时超高横坡是逐渐变化的。
在通常的公路实际施工中，路面的超高横坡以及路拱横坡很难用具体的坡度来衡量，我们采用道路中线和路基，路面边缘相对于路基设计高程的相对高差来控制的。
因此，在设计中为便于施工，应计算出路线上任意位置的路基设计高程与路肩及路中线的高差。
所谓超高值就是指设置超高后路中线，路面边缘及路肩边缘等计算点与路基设计高程的高差。
超高《规范》规定：
设计车速为80km/h的一级公路的最大超高值为10％。
本设计选用超高为8%。
超高的过渡方式应根据地形、车道数、中间带宽度、超高横坡度大小，从有利于路面排水、路面同地面或构造物的协调，以及路容
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