道路勘测设计指导书.docx
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道路勘测设计指导书
《道路勘测设计》
课程设计指导书
袁国林
土木工程学院交通工程系
二０一０年十二月
一、课程设计步骤……………………………………………1
二、课程设计要点……………………………………………1
三、课程设计进度安排……………………………………20
四、主要关键技术的分析、解决和方案比较………………21
《道路勘测设计》课程设计指导书
一、课程设计步骤
《道路勘测设计》课程设计，主要内容为公路的线形设计，包括平面设计、纵断面设计、土方计算及调配等内容。
其目的是让学生系统地巩固所学的理论知识，培养理论联系实际的观点，初步掌握公路设计工作的基本内容和设计方法，并通过设计过程，培养学生的计算、绘图、独立思考和独立工作能力。
具体的计算步骤为：
1、认真复习《道路勘测设计》等的有关知识内容，重点复习有关道路平、纵、横设计、选线、定线的知识。
2、认真审阅地形图纸及相关资料，拟定并比选路线方案。
3、平面设计。
4、纵断面设计。
5、横断面设计。
6、路基土石方工程数量计算及调配。
8、汇总设计成果。
二、课程设计要点
1、选线
①主要内容
按任务书规定的路线所在地区的地形与技术等级，在起、讫点间作纸上定线。
要求选定两个以上的路线方案。
由于课程设计时数所限，路线方案不作定量的比较，但需作定性的比较与叙述，也即在方案比较时工程数量不进行详细计算，仅作估计大小进行比较。
②选线原则与步骤
参阅附录二及《道路勘测设计》教材第六章。
③注意事项
选线时必须平、纵、横三方面统一考虑及安排；
选线时对填方的取土与挖方段的弃土需仔细考虑；
选线时需考虑路面的排水及桥、涵位置的选定。
2、平面设计
①主要内容
公路的平面线形在选线定线时已结合纵断面、横断面综合考虑基本确定，即转角点间的距离和圆曲线所采用的半径已基本确定。
平面设计是在此基础上进一步确定直线与曲线或曲线与曲线连接部分的几何要素，进行超高、加宽、缓和曲线、超高加宽缓和段等线形几何要素的详细设计与计算，以及平面视距的计算与保证。
必要时也可对线形位置及圆曲线半径作适当地移动及修改以至完善。
最后，绘制路线平面图。
②圆曲线半径的选定
为提高公路使用质量，各级公路的圆曲线应尽量采用较大的半径。
在一般情况下，宜选用大于《标准》（指《公路路线设计规范》（JTJ01４-9４），下同）所规定的不设超高的曲线半径；当受地形或其条件限制时，可采用该表列的一般最小半径；当地形受限制及其它特殊情况不得已时，方可采用规范表格中所列出的极限最小半径值。
圆曲线半之选定，除要与弯道本身所在位置的地形地物条件相配合，使曲线沿理想的位置通过外，还要考虑与弯道前后的线形标准相适应，如在长而陡的坡道下端和长直线中间不宜设置小半径弯道；当平曲线与竖曲线重叠时，要加大平面线半径，力求使竖曲线在平曲线长度的范围内；当平曲线偏角较小时，应采较大半径工以保证圆曲线具有一定的长度等。
圆曲线半径一般是根据适应地形地物的最好线位，按圆曲线几何关系来反算半径值，常用的有外矢距控制半径、切线长度控制半径、曲线长度控制半径。
③直线、曲线及转角表
内容详见图表示例集
④平面图的绘制
公路路线平面图，其比例一般为1:
2000，图面除应按图例规定表明路线两侧一定宽度范围内的带状地形、地物情况外，尚应根据：
路线在平面上的位置与走向，路线起点、终点里程桩号及百米桩与公里桩的位置（当地形图比例尺较小，路宽无法按比例绘出时，可绘以粗实线来表示路线）；
绘路线弯道，并在转角旁标明转角编号，另于图上空白处列表说明转角序号、偏角大小、平曲线半径、切线长、曲线长、外距以及曲线起、终点里程桩号等。
如果能在表上同时注明超高、加宽和缓和曲线长度，则更方便；
标出沿线水准点的位置、编号和高程；
标明公路排水、桥涵及其它人共构造物的位置、桩号、结构类型和主要尺寸；
与公路、铁路交叉的名称、桩号与处理方式；
地形图指北上方向、比例尺和单位；
3、纵断面设计
①主要内容
纵断面设计是对平面设计确定的路线所经地面的纵断面上在高程上定出设计线，其主要内容是正确地采用纵坡坡度，合理地拟定纵坡线的位置与坡长，在设计线的变坡点处设置竖曲线及绘制纵断面图等。
②纵坡设计
纵坡设计的一般原则及应注意的问题：
应符合《规范》中对最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、纵坡最小长度、缓和坡段、合成纵坡、平均纵坡及纵坡折减等规定。
纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大及过于频繁，尽量避免采用极限纵坡值。
在连续采用极限长度的陡坡之间，不宜夹用最短的缓和坡段。
越岭线垭口处的坡度应尽量放缓一些，以保证良好的视距。
连续升坡及降坡路段应避免设置倒坡。
尽量避免不必要的大填大挖，力求填挖平衡，从而降低工程造价（要全线或分段作通盘考虑，填控平衡在纵向需考虑远距料场及弃土堆）。
对沿溪线和桥头线，拉坡时应将坡线高出设计洪水位至少0.5米，对小桥、涵洞的边缘高度，应比上游设计雍水位高出至少0.5米。
在路堑地段应有0.5％的最小纵坡。
有困难时，亦不小于0.3％，以利排水。
坡线与桥涵标高的联接要协调和平顺，以免对行车产生颠簸与冲击，坡线要满足主要控制点的标高。
通过稻田或低湿地带的路段，必须保持最小填土高度。
以保证路基稳定。
长期冰冻地区，须避免采用大坡，以防止行车滑。
应照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的特殊要求。
在回头曲线地段设计纵坡时，应先确定曲线的坡度，然后向两端分定。
同时，注意在回头曲线地段不宜设置竖曲线。
竖曲线与平曲线重合应注意保持均衡，应尽量避免在竖曲线的顶部或底部插入平面急弯或设反向曲线接头。
大中桥上不宜设置竖曲线，桥头两端的竖曲线，其起、终点应设在桥头10米以外。
注意交叉口处的纵坡接线，公路与公路平面并叉，一般宜设在水平坡段，水平坡段最小长度应不小于《规范》规定，紧接水平坡段纵坡应不大于3％，山区工程艰巨地段应不大于5％。
拉坡时应受“控制点”或“经济点”制约，导致纵坡设计起伏过大，纵坡不够理想，或者土方工程量太大，经调整后仍难解决时，则可用纸上移线的方法改善纵断面线形。
纵坡设计的步骤和方法，参见《道路勘测设计》第四章。
③路线纵坡及竖曲线设计总表
纵坡设计后（即拉坡后）列出路线纵坡及竖曲线总表，具体内容参见《课程设计图表示例集》。
④纵断面图的绘制
路线纵断面图是公路设计重要技术文件之一，它反映路线所经地区中线地面与设计标高之间的关系，把路线的纵断面线形的平面线形结合起来，就能反映出公路路线的空间位置。
纵断面图采用直角坐标，以横坐标表示距离，纵坐标表示高程。
为了明显地表明地形起伏，通常横坐标的比例尺采用1:
2000，纵坐标采用1:
200，纵断面图上各栏格式自下而上分别为直线及平面曲线，桩号、地面高程、设计高程、填高、挖深、坡度及距离、土壤地质等。
（当用路线纵断面图和路基设计表来反映纵断面设计成果时，纵断面图上的设计高程、地面高程和施工高度填挖值等四栏可取消不要）。
根据《直线、曲线及转角表》，在直线及平曲线栏内给绘出平曲线位置及转向（左偏开口向上，右偏开口向下），并注明平曲线资料，一般只注转角号、偏角值和平曲线半径。
按水准记录（实地定线）或从平面图上路中线与等高线的相交点读数（纸上定线）将沿线桩号及对应的高程在图上点出地面点，连接各地面点即为地面线。
纵断面设计线通常是指路基边缘各点设计高的连接而言，它是由直接和竖曲线组成的。
设计线的斜率称为设计纵坡度，以百分数表示。
在设计线的变坡点处一般均设置圆形竖曲线予以平顺连接。
纵断面上任一点的设计高程与地面高程之差称为施工高度。
施工高度的正负即决定了路堤的填高或路堑的挖深。
当设计线在地面线以下时为路堑（挖方），设计线在地面线以上时为路堤（填方）。
纵断面设计的最后成果以纵断面图表示，一般在纵断面上应表示出以下内容：
地面高程与地面线，设计高程与设计线，以及施工高度（填高与挖深值）：
设计线的纵坡度与坡长；
竖曲线及其要素，平曲线及其要素；
设计排水边沟沟底线及其坡长、距离、高程、流水方向
沿线桥涵及人工构造的位置、类型、孔径和主要尺寸；
与公路、铁路交叉的桩号及路名；
沿线跨越的河流名称、桩号、现有水位及最高洪水位；
水准点位置、编号和高程；
沿线土壤地质分布情况以及地下水位线，必要时绘出土质柱状图或地质剖面图；
4、横断面设计
路线横断面设计的主要任务是确定各段路基的断面形式和尺寸，为路基土石方计算及路基施工提供资料。
路基横断面形式实际上选线时在现场就应对各段的路基处理问题做了考虑，在纵断面设计时又根据定线意图及地形条件逐段对路基的合理填挖，特别是对个别工程艰巨的路段作了分析研究，拟定了断面方案。
因此，横断面设计是在总结上述工作的基础上，进一步具体化，并绘制出有关横断面设计图纸，以指导施工。
横面设计必须从实际出发，本着节约用地的原则，根据使用要求，结合路线平、纵线形、地面自然横坡以及地质、水文、气候等条件，选用合理的断面形式，以达到适应于行车需要、工程经济、路基稳定、便于施工养护等要求。
（1）主要内容
横断面设计内容，概括起来有以下几方面：
①根据各桩横断面地面线图（实测或等高线地形图上量出），按已定纵断面设计的施工高度，用戴帽子的方法来判断与归纳可能出现的横断面形式和处理方式，其中有关路基路面宽度在批准的初步设计报告已按公路等级基本确定下来，非特殊需要，一般可不再验算。
②路基段面形式，对于一般路基可参照路基标准横段面图进行设计；对于特殊地段路基，如路线通过不良地质地区或经过深谷悬崖的高填深挖处，其路基需特殊处理的，应按具体情况单独进行设计。
③路基边坡设计是横断面设计的关键内容之一，路基设计边坡的陡缓，不仅直接影响土石方工程量大小，而且还关系到路基的稳定，因此必须审慎对待。
路基边坡度应根据当地的土壤类别、岩石构造和风化程度、水文条件、填方材料、施工方法及边坡高等因素分段确定。
另外，为防止路基边坡风蚀或被水冲刷，必要时应进行坡面防护。
路堤及路堑边坡坡度按《公路工程技术标准》（JTJ001-97）。
④为保证路基稳定，设计时应根据公路沿线地面水和地下水等具体情况，设置必要的排水设备，以形成良好的排水系统。
具体为：
路面及路肩应设置一定的横坡；
低填方格路段均须设置边沟。
边沟的断面形状在土质路段常采用梯形或三角形，在岩石路段多作成矩形；边沟深度及底宽一般不小于0.4米，沟底纵坡不小于0.5％特殊困难路段不得小于0.3％。
当沟底纵坡较大时，为防止冲刷应采用加固措施，边沟较长时应选择适当地点设置出水口，两出水口的间距不宜大于500米。
⑤在沿陡山坡修筑路基时，必要时可根据技术经济比较，设置挡土墙或其它支挡建筑物。
⑥在陡于1：
5的山坡上修筑路堤时，应先将原地面挖成台阶式以避免路堤沿原地面滑动，以保证路基的稳定。
⑦横断面设计应考虑超高、加宽及缓和段上逐渐变化的断面，尚须考虑为保证视距而将边坡切除的横断面。
⑧横断面设计除路基本身外，尚应包括对路堤坡脚以外的护坡道取土坑、排水沟以及路堑坡顶外侧截水沟等进行安排与布置。
（2）路基标准横断面图
示出路线中心线、行车道、拦水缘石、土路肩、路拱横坡、边坡、护坡道、边沟、碎落台、截水沟、用地界碑等个部分组成及其尺寸，路面宽度及概略厚度等，比例尺用1：
100～1：
200。
具体内容参见《课程设计图表示例集》。
（3）路基一般设计图
绘出一般路基、路堑、半填半挖路基、高填方路基、深挖路基、水田内路基及沿江河及水塘等不同形式的代表性路基设计图，并应分别示出路基、边沟、碎落台、截水沟、护坡道、排水沟、边坡坡率、护面墙、护肩、护坡、挡土墙等防护加固形式和标注主要尺寸。
比例尺用1：
200。
5、路基设计表
路基设计表是公路设计文件中施工图的组成内容之一，是路线平、纵、横三个面上设计结果资料的综合。
表中填列所有整桩、加桩的有关纵断面图内容的资料及填挖高度、路基宽度（包括加宽），超高等为绘制路基横断面图计算土石方数量的基本数据，也是施工的依据之一。
下面是路基设计表的填法：
（1）第1栏“桩号”和第12栏地面标高从路线平面图中读取（若是现场测量则是从有关测量记录薄上抄取）。
（2）第2栏“平曲线”中，列出转角号、左右偏角和半径，有缓和曲线的标出其位置及长度，供计算超高、加宽之用。
（3）第3栏“纵坡及坡长”和第4栏“竖曲线”起终点桩号和标高、转坡点桩号和标高，从表-2中抄取。
（4）第6栏“距切点距离”为竖曲线段内各桩至坚曲线起、终点的距离：
前半个曲线中，等于各点桩号减去起点桩号，后半个曲线中等于终点桩号减去各点桩号。
（5）第7、8栏“改正值”用公式Y=X2/2R计算，式中X见6栏，R见第4栏，凹形竖曲线改正值填在正号栏，凸形竖曲线改正值填在负号栏。
（6）第5栏“未计坚曲线之设计标高”和9栏“设计标高”是同时计算的，在有坚曲线时，算出的标高值填入第5栏，在直线坡段内，算出的标高值填入第9栏，而在竖曲线地段内，第9栏的设计标高是第5栏与第7栏或第8栏数值的代数和。
（7）第13、14栏“路基宽度”分别为左、右半个路基的宽度，在平曲线地段应增加路基加宽值。
第16、17、18栏为超高值，路基超高与加宽的设置与计算方法同于平面设计中超高与加宽的计算方法。
6、土石方工程数量计算
路基土石方是修建公路的一项主要工程，在公路修建费用中占相当大的比例。
由于路基的自然地面起伏多变，路基填控方体积不是简单的几何形体，若精确计算其体积往往很复杂，测量工作将很繁重，而结果实用意义不大，因此常采用近似计算方法，即路基两桩号的横断面之间的填方或挖方棱柱体的休积由平均断面积与棱柱体的高的乘积求得，即：
V=（A1+A2）*L/2
式中：
V——两相邻断面间的体积（立方米）
A1与A2——两相邻横断面面积（平方米）
L——两相邻断面间的中线长度（米）
（1）绘制横断面图
①绘制横断面地面线图，从地形图上每一桩号读取横断面上地形变化点的标高及距路中线的距离，其方法与绘制纵断面相同，比例尺一般采用1：
200，其宽度视路基宽度及地面横坡坡度确定，应大于路基设计线所需要的宽度，对于路基宽8.5米所需的地面横断面宽度在路中线两边各15～20米。
②绘制横断面设计线，绘制方法《道路勘测设计》第六章。
（2）计算横断面面积
计算横断面面积的方法很多，常用的为如下几种。
①积距法
即梯形法。
将填（挖）面积分成宽为b的各梯形，填挖交界处为三角形，梯形（三角形）的中心高度分别为h1、h2、h3……hn,然后用下式计算路基填（挖）方横断面面积：
A＝h1b+h2b+h3b……+hnb＝b（h1+h2+h3…hn）
b可取1米或2米，量取h可以用各种方法。
常用分规逐个累加量出，然后在尺子或米厘格子纸上量分规两脚尖的开度即为h的总和值，或用米厘纸剪成长条样，累加量取h总和。
②混合法
在面积较大用积距法不便时，可将横断面积分成若干个规则的几何图形，如正方形、矩形、三角形等分别计算其面积然后总加起来。
③求积仪法
当地面线检不规则或面积较大时可用求积仪求算面积。
（3）计算土石方体积
本次课程设计采用平均断面法计算路基土石方工程数量，即将前后两个相邻横断面填、挖土方与石方面积分别对应相加取平均值，乘以两横断面之间的距离，得出该路段的土石方工程数量，最后累加计算出土石方工程总量。
路段中若有大、中桥桥头引道土石方，一般应视实际情况全部或部分列入桥梁工程项目中即应扣除此部分数量，小桥亦应扣除桥位部分的土石方，涵洞一般不扣除其所占的土石方体积。
7、土石方调配
土石方调配就是挖方地段的土石方运至填方地段填筑路堤，尽量减少弃方和借方。
（1）调配时应考虑的因素
①经济运距一般情况下调运路堑挖方来填筑距离较近的路填是比较经济的。
若调运的距离过长，运费超过了在填方附近借方的费用，移挖作填就不如借方经济，当运输费用达到与借方费用相等这一限度时的距离称为经济运距，即：
经济运距S=Sp+Sg
式中：
Sp——免费运距（公里）
Sg——经济增运距离（公里）
Sg＝B/T
其中：
B——借方单价（元/立方米）
T——远运运费单价（元/立方米公里）
调配时根据不同的施工方法、运输工具、运输条件选用合理的经济运距。
按照交通部（73）交公路字709号通过公布的《公路工程预算定额》规定，可以计算出几咱施工方法和风种运输工具的经济运距，摘录几种单价如下：
人工挖运土方
普通土：
用手推车运输B＝0.40元/立方米，Sp＝20.00米，每增运10米单价为0.02元/立方米。
用轻轨运输，B＝0.48元/立方米，Sp＝50.00米，每增运50米单价为0.03元/立方米。
推土机挖填土方
推土机功率为70-75匹马力者，普通土B＝0.346元/立方米，Sp＝20.00米，每增运10米单价为0.167元/立方米。
铲运机铲运土方
铲运机运量为6-8立米者：
普通土B＝0.622元/立方米，Sp＝100.00米，每增运10米单价为0.098元/立方米。
土石方的运距在免费运距20.00米以外每增加10米为一计量单位，不满5米者不计，满5米按10米计；在免费运距50米及100米以外以每增加50米为一计量单位，不足50米按50米计。
一般情况下，由于施安排和运输便道等不能合符理想，采用的经济运距应较计算的小一些,在取土或弃土受限制的路段，可以超过经济运距用运距离调运。
②在横坡较陡的挖方路段，施工过程中有部分土石抛散掉，一般不应将全部挖方数量作为调用数量，在利用路基所挖石方作为筑路材材料时，应考虑堆放位置。
③废方要作妥善处理，废弃的土石不占或少占耕地，在可能条件下，应将弃方平整为可耕地。
废方不堵塞河流或引起河流改道冲刷农田。
④调配时结合桥梁和涵洞位置一起考虑，照顾施工方便，一般大沟位置不作跨沟调运还应考虑上坡运输困难的因素。
（2）调配方法
①路基土石方数量计算表的调配
较简便，即按填、挖方分段，以下以本路段K2+000至K2+465.23一段的土石方调配说明其方法如下：
在土石方数量计算，基核完毕后，即可进行调配，但须先将有关桥涵位置，纵坡与深沟等等注在备注栏，供调配时参考。
计算本桩利用，填缺与挖余，一般以石作填土时填入土栏中，应用符号区别之，如桩号K2+0.78至040间，需要填方78立方米，但本桩仅挖土45立方米，其余33立方米以石代土，用括号区分，总计数仍为78立方米。
然后按土石分别进行闭合核算，核算式为：
填方＝本桩利用+填缺
挖方＝本桩利用+挖余
根据填缺与挖余的分布情况，可以大致看出调运的方向及数量，调配前先确定一个最远调运距离，这个距离可根据前述不同的施工方法和各种运输方式的经济运距来确定，调配时的计价运距就是调运挖方重心的距离减去免费运距后的运距，调方重心可根据土石方分布情况估定。
调运后，填方如有不足部分可采用借方，未调用的挖余方按废方处理。
土方的挖运用推土机配合人工手推车运输，推土机的增运运费单价T＝0.167/0.01＝16.7元/立方米·公里，其经济运距为：
S＝Sp+Sg＝0.02+0.346/16.7＝0.040公里
手推车的增运运费单价为：
T＝0.02/0.01＝2.00元/立方米·公里
经济运距为：
S＝Sp+Sg＝0.02+0.40/2.00＝0.22公里
K2+002.78至K2+200的挖方大部分调至上公里在作填土，挖方重心约在K2+100，填方重心约在K1+850（可以纵断面图上估定）。
运距为0.250公里，是运距为0.23公里，略超过经济运距，由于上公里在低窄地带填土，借土困难。
0.23公里为23个计量单位，计为23。
K2+152.01至K2+200调方重心约在K2+180，K2+200至K2+275填方重心约在K2+235,运距为0.055公里，计价运距为0.035公里，为4个计量单位，计为4。
在计算符合要求后，将调运方用箭头标在调配栏中，同时将数量分别填入“远运利用”、“借方”或“废方”栏里。
调配完成后，应分页进行闭合核算，核算式如下：
远运利用+借方＝填缺
远运利用+废方＝挖余
每公里合计，总的闭合核算式除上述核算式外，还需按下式进行核算：
挖方+借方＝填方+废方
调配一般在本公里范围内进行，必要时亦可跨公里调配但须将数量及方向分别注明，以免混淆。
例如调至上公里的土方1479及石方1500不计本公里远运利用数量内。
按页及公里分别核算无误后，即可计算运量，并合计公里运量，运量的计算式为：
运量＝远运数量×运距（立方米·公里）
②路基土石方调配图的调配
参考有关资料。
三、课程设计进度安排
项目
时间
1、布置课程设计任务及有关准备工作
0.5
2、路线方案及比选
1.5
3、平面设计
2
4、纵断面设计
2
5、横断面设计
2
6、路基土石方工程数量计算及调配
1
7、撰写课程设计报告
1
总计
10
四、主要关键技术的分析、解决和方案比较
1、选线是该课程设计的第一步工作，选线时必须平、纵、横三方面统一考虑及安排；同时对填方的取土与挖方段的弃土需仔细考虑；选线时需考虑路面的排水及桥、涵位置的选定。
2、平、纵、横的设计要紧密结合所学知识进行。
3、要认真完成平面线位图、路线纵断面图、路基横断面的绘制。
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