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1、第二章 平、纵、横三维断面设计2.1 道路等级的确定2.1.1交通量换算已知预算十年末交通量（年平均增长率Y=10）为2500辆/日“公路工程技术标准2.0.2”各种车型的折算系数为小客车1.0中型车1.5大型车2.0拖挂车3.0。依据“国内外汽车参数”得知：东风EQ140载重5.21t黄河,JN150载重8.06t,解放CA10B载重4.00t,跃进NJ130载重2.5t。 十年末小客车标准车型交通量 表2-1车型交通组成量实际交通量折算系数换成小客车交通量解放CA10B65250065=16251.52437.5进NJ13015250015=3751.5562.5黄河JN150102500
2、10=2502.0500东风EQ14010250010=2501.5375=3875辆/日依据“道路勘察设计”（见参考文献），交通辆换算公式为 式中：规划交通量（辆/日）；起始年平均日交通量（辆/日）；年平均增长率（%）； n预测年限（年）换算十五年初平均日交通量：用式（21）计算辆/日据服务对象，假设本条公路为三级公路。“公路沥青路面设计规范JTG D502006”选三级公路路面为沥青表面处治时设计年限为八年。2.1.2道路等级确定地区的地形为重丘山岭区，公路使用性质任务是为沿线工农业服务，是沟通县乡村的支线公路，并小客车标准车型交通量为“公路工程技术标准JTG B012003”规定的三级公
3、路小客车年平均日交通量20006000辆中间。该公路为三级公路。假设成立。2.1.3道路技术标准的确定（重丘区三级公路）依据“公路工程技术标准JTG B012003”该公路的各项设计值取如下：设计速度30（/h）单车道宽度3.25m土路肩宽度0.5m路基宽度7.5m停车视距30m会车视距60m超车视距150m“公路工程技术标准JTG B012003”规定半径坡度调整的范围如下：圆曲线最小半径（m）：一般值：65 极限值：30 不设超高最小半径：350 最大纵坡：8%当路拱2.00%时为350；当路拱2%时为45同向曲线曲线间最短直线长度满足 反向曲线间最短线长度满足越岭路线连续上坡（或下坡）路
4、段，相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%，任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%，最小坡长：100m。不同纵坡最大坡长 表2-2 纵坡坡度（%）45678最大坡长（m）1100900700500300连续上坡（或下坡）时，应在不大于上面所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。竖曲线最小半径400m（凹凸形一般值），250m（凹凸极限值）。竖曲线最小长度25m。2.2 选线1选线目的选线是在规划道路的起终点之间选定一条技术上可行，经济上合理，又能符合使用要求的道路中心线的工作。
5、任务就是在这众多的方案中选出一条符合设计要求,经济合理的最优方案。选线的方法有实地选线，纸上选线和自动化选线。本次设计选用有地形图的纸上选线方法。2山岭区选线特点山岭地区山高谷深，坡陡流急，地形复杂，但山脉水系清晰，这就给山区选线指明了方向，不是顺山沿水，就是横越山岭。路线布局时应考虑地形地质和水文条件，对区域性地质构造滑坡岩堆崩塌泥石流岩溶等严重不良地质地段，应认真调查清楚其特征范围及对路线的影响。考虑积雪和冰冻地区并结合居民点分布城乡建设工农业发展其交通水利设备相配合。越岭线的展线方式主要有自然展线回头展线螺旋展线三种。对控制点间的高差大，靠自然展现无法取得需要的距离以克服高差，或因地形地
6、质限制，不宜采用自然展现时，路线可利用有利地形设置回头曲线进行展现。其优点是便于利用有利地形，避让不良地形地质和困难工程。在两固定控制点间布线，应力求距离短捷，坡度缓和的路线，故应试坡布线。2.3道路平面设计2.3.1技术指标的选定路线是指道路中心的空间位置,路线在平面上的投影称路线的平面，沿中心竖直剖切再进行展开则是路线的纵断面，中心上任一点的法向切面是道路在该点的横断面。路线中心的平面位置是考虑社会经济自然条件和技术条件等因素以后，经过平纵横综合考虑，反复修正才定下来的；沿中线的桩志进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质水文及其他必要资料以后再设计纵断面和横断面。现代道路平面线是有直线
7、圆曲线和缓和曲线构成的，称为平面线形三要素，道路平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合等问题。地形较大起伏的地区，直线线形大多难于与地形相协调，易产生高填高挖路基，破坏自然景观，不易采用过长的直线。采用短线形时均应视地形地物情况而慎重选用。“公路路线设计规范JTJ 01184”规定，当计算行车速度60km/h的公路：1同向曲线间的最小直线长（以m计）以不小于计算行车速度的6倍为宜。在受条件限制时，宜将同向曲线该为大半径曲线或将两曲线作成复曲线卵形曲线或C形曲线。2反向曲线间的最小直线长（以m计）以不小于计算行车速度的2倍为宜。当直线两端设置缓和曲线时，也可以直接相连，构
8、成S形曲线。计算行车速度40km/h的公路，一般情况下可参考以上规定；但位于山岭重区的特殊困难地段，同向曲线间的最小长度应不小于计算行车速度的2.5倍。2.3.2平曲线交点计算依据“道路勘测设计”得知曲线要素计算公式切点内移量q=圆曲线偏移量P=半径移偏量角切距T=曲线长L=外距E=m 超距D=2T-L（1） 基本线形曲线计算 例如JD1的计算如下：已知资料：半径R=350m 不设缓和曲线,右偏角。 交点桩号 KO+196.60，套用上公式得：T=Rtan=350xtan=53.24L=aR=0.01745x17.3x350=105.66mD=2T-L=253.24-105.66=0.82m主
9、点桩号的推算：JD KO+196.60- T 53.24ZY 143.36+ L 105.66YZ 249.02- L/2 105.66/2 QZ 196.19+ D/2 0.82/2 JD K0+196.60图21 基本型曲线JD1和JD3的计方法算同上。交点要素计算表 表2-3JDJD1曲线要素圆曲线半径R (m)350前切线长 (m)53.24后切线长 (m)53.24圆曲线长 (m)105.66平曲线总长 (m)105.66主点桩号JDK0+196.60直圆点ZYK0+143.06曲中点QZK0+195.89圆直点YZK0+248.72（2） 基本型带有缓和曲线线形计算例如 JD2的计
10、算已知R=30m,缓和曲线Ls=30m,右偏角a=。q=14.88m=T=mL=mE=(R+mD=2T-L=289.56-100.46=78.66m主点桩号的推算：JD KO+526.12- T 89.56ZH 436.56+ L 100.46 HZ 537.02- L/2 100.46/2 QZ 486.79+ D/2 78.66/2 JD K0+526.12JD2，JD8，JD9，JD10，JD11和JD13的计方法算同上。交点要素计算表 表2-4JDJD2JD8JD9JD10JD11JD13曲线要素圆曲线半径R (m)30100303030100前缓和曲线 (m)305030303030
11、后缓和曲线 (m)305030303030前切线长 (m)89.5658.9558.0487.4286.9442.91后切线长 (m)89.5658.9558.0487.4286.9442.91中间圆曲线长 (m)40.4614.8926.6439.8254.5724.25平曲线总长 (m)100.46114.8986.6499.82114.5784.25主点桩号JD (m)K0+526.12K2+926.92K3+161.66K3+341.46K3+592.66K4+206.58直缓点ZH(m)K0+436.56K2+867.97K3+103.62K3+254.04K3+505.72K4+1
12、63.67缓圆点HY（m)K0+466.56K2+917.97K3+133.62K3+284.04K3+535.72K4+193.67曲中点QZ(m)K0+486.79K2+925.42K3+146.94K3+303.95K3+563.01K4+205.80圆缓点YH(m)K0+507.02K2+932.86K3+160.26K3+323.86K3+590.29K4+217.92缓直点HZ(m)K0+537.02K2+982.86K3+190.26K3+353.86K3+620.29K4+247.92（3） 回头曲线计算已知资料：主曲线圆曲线半径R=20m，辅助曲线曲线半径r=40m，主曲线与
13、辅助曲线半径之间的距离m=20m,交点偏角a=23.1。求辅助曲线的中心角 辅助曲线切线长辅助曲线长 m 辅助曲线外矢距 求角 自主曲线起点至辅助曲线顶点的距离 b=回头曲线圆心至辅助曲线顶点的距离D=d+=37.40+11.60=49.00m主曲线的中心角回头曲线主曲线的长度 L=回头曲线全长S=2(+m)+L=2(22.57+20)+77.31=162.45m校正值=S-2D=162.45-2x49=64.45回头曲线控制桩里程计算：回头曲线圆心点桩号 K0+790.22 - D 49.00回头曲线起点及第一辅助曲线起点 ZY K0+741.22 + L1 22.57 辅助曲线终点及第一缓
14、和曲线起点 YH K0+763.79 + m 20缓和曲线终点及主曲线起点 HY K0+783.79 + L/2 77.31/2曲线中点 QZ K0+822.45 + L/2 77.31/2主曲线终点及第二缓和曲线起点 YH K0+861.10 + m 20第二缓和曲线终点及第二辅助曲线起点 HY K0+881.10 + L1 22.57辅助曲线终点及终点桩号 YZ K0+903.67 回头曲线起点及终点桩之差等于回头曲线全长（K0+903.67）-（K0+741.22）= 162.45，校核无误。其中JD4,JD5，JD6,JD7和JD12的计方法算同上。回头曲线要素计算表 表2-5回头曲线
15、回头曲线1回头曲线2回头曲线3回头曲线4回头曲线5回头曲线6a23.121.821.811.622.219.2R20m20m20m20m20m20mr20m30m40m50m50m50mL77.31m74.78m73.92m74.05m70.35m71.40mT11.60m7.5m9.54m9.69m9.69m9.69mL122.57m14.69m18.72m19.12m19.12m19.12mE1.65m0.92m1.12m0.930.930.93S162.45m164.16m171.36m192.29m188.59m189.64mD064.4564.1663.6665.7962.0963.
16、14主点桩号JDK0+790.22K1+321.87K1+642.23K2+155.94K2+498.78K3+875.39ZYK0+741.22K1+271.87K1+588.38K2+92.69K2+435.53K3+812.14YHK0+763.79K1+286.56K1+607.10K2+111.81K2+454.65K3+831.26HYK0+783.79K1+316.56K1+637.10K2+151.81K2+494.65K3+871.26QZK0+822.45K1+353.95K1+674.06K2+188.84K2+529.83K3+906.96YHK0+861.10K1+3
17、91.04K1+711.02K2+225.86K2+565.00K3+942.66HYK0+881.10K1+421.04K1+741.02K2+265.86K2+605.00K3+982.66YZK0+903.67K1+435.73K1+759.74K2+284.98K2+624.12K4+001.782.4道路纵断面设计2.4.1竖曲线规范要求1纵断面线形设计纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定，排水及工程量等的要求对纵坡的大小，长短，前后的纵
18、坡情况，竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计，从而设计出纵坡合理，线形平顺圆滑的最优线形，以达到行车安全、快速、舒适，工程造价省，运营费用较少的目的。2山岭区线性设计该路地处山岭区，设计采用大纵坡，起伏与该区域地形相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按25年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，另外，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。3纵坡设计纵坡设计的一般要求“规范” 要求 纵坡设计必须满
19、足标准的有关规定，一般不轻易使用极限值 纵坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡 纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，节省土石方量，降低工程造价；纵坡设计时，还应结合我过情况，适当照顾当地民间运输工具，农业机械、农田水利等方面的要求。设计纵坡时还应注意以下几点：在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头
20、曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当，尽量避免不良组合情况。大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不宜突变。小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不够理想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移线的办法修改平面线形，从而改善纵面线形。4. 竖曲线设计要求：宜选用较大的竖曲
21、线半径。竖曲线设计，首先确定合适的半径。在不过分增加工程数量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径，一般都应采用大于竖曲线一般最小半径的数值，特别是前后两相邻纵坡的代数差小时，竖曲线更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其他特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。同向曲线间应避免“断背曲线”。同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线间如直线坡段不长，应合并为单曲线后复曲线。反向曲线间，一般由直坡段连续，亦可以相互直接连接。反向竖曲线间设置一段直坡段，直坡段长度一般不小于计算行车速度行驶3s的行程长度。如受条件限制也可相互直接连接，后插入短直线。应满足排水要求。2.4.2竖曲线交点计算依据“道
22、路勘测设计”竖曲线计算公式计算如下：图22 竖曲线要素示意图（1）根据设计得知: i1=0.0712 i2=0.036 拟定R=1400变坡桩号k0+486.79 高程1298.74 w=i2-i1=-0.0352 (凸型)竖曲线长度: L=R*w=49.28 切线长:T=L/2=24.64 竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)=0.22 计算公式为：右半部分： 左半部分：其中：曲线上任意点到曲线起点（左半曲线）或终点（右半曲线）的水平距离。直线上点到相邻变坡点的距离。以上公式计算竖曲线设计高程：起点桩号k0+462.15 终点桩号k0+511.43起点高程1296.99 终点高程1299.
23、63竖曲线设计高程表 表2-6桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程k0+462.150.000.001296.991296.99k0+466.564.410.011297.011297.00k0+470.007.850.021297.321297.30k0+480.0017.850.111298.211298.10k0+486.7924.640.221298.641298.42k0+490.0021.430.161298.841298.68k0+500.0011.430.051299.071299.02k0+507.024.410.011299.411299.40k0+510.001.43
24、0.00071299.501299.50k0+511.430.000.001299.631299.63（2）根据设计得知: i1=0.036 i2=0.0667 拟定R=2500变坡桩号k0+980.00 高程1316.00 w=i2-i1=0.031 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=76.75切线长:T=L/2=38.38竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)=0.29起点桩号k0+941.26 终点桩号k1+018.38起点高程1314.62 终点高程1318.56竖曲线设计高程表 表2-7桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程k0+941.260.000.001314.621314.
25、62k0+960.0018.740.071315.241315.31k0+980.0038.740.291316.011316.30K1+000.0018.380.071317.341317.41k0+018.380.000.001318.561318.56（3）根据设计得知: i1=0.0667 i2=0.0327 拟定R=1500变坡桩号k1+160.00 高程1328.00 w=i2-i1=-0.034 (凸型)竖曲线长度: L=R*w=51.00切线长:T=L/2=25.50竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.22起点桩号k1+134.50 终点桩号k1+139.50起点高程
26、1326.30 终点高程1328.83竖曲线设计高程表 表2-8桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程k1+134.500.000.001326.301326.30k1+140.005.500.011326.651326.64k1+160.0025.500.221328.021327.80k1+180.005.500.011328.641328.63k1+185.500.000.001328.831328.83（4）根据设计得知: i1=0.0369 i2=0.0738 拟定R=2000变坡桩号k1+850.00 高程1353.50w=i2-i1=0.0369 (凹型)竖曲线长度: L=R*
27、w=73.80切线长:T=L/2=36.90竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.34起点桩号k1+813.10 终点桩号k1+886.90起点高程1352.14 终点高程1356.22竖曲线设计高程表 表2-9桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程k1+813.100.000.001352.141352.14k1+820.006.900.011352.391352.40k1+840.0026.900.181353.221353.40k1+860.0026.900.181354.321354.50k1+880.006.900.011355.801355.81k1+886.900.00
28、0.001356.221356.22（5）根据设计得知: i1=0.0738 i2=0.040 拟定R=1500变坡桩号k2+060.00 高程1369.00 w=i2-i1=-0.034 (凸型)竖曲线长度: L=R*w=50.70切线长:T=L/2=25.35竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.21起点桩号k2+034.65 终点桩号k2+085.35起点高程1367.13 终点高程1370.01竖曲线设计高程表 表2-10桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K2+034.650.000.001367.131367.13K2+040.005.350.011367.521367
29、.51K2+060.0025.350.211369.001368.79K2+080.005.350.011369.731369.72K2+085.3536.000.001370.011370.01（6）根据设计得知: i1=0.040 i2=0.0667 拟定R=2000变坡桩号k2+830.00 高程1400.00 w=i2-i1=0.0267 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=53.40切线长:T=L/2=26.70竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.18起点桩号k2+803.30 终点桩号k2+856.70起点高程1398.93 终点高程1401.78竖曲线设计高程表 表2-1
30、1桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K2+803.300.000.001398.931398.93K2+820.0016.700.071399.631399.70K2+840.0016.700.071400.711400.78K2+856.700.000.001401.781401.78（7）根据设计得知: i1=0.0667 i2=0.0728 拟定R=8000变坡桩号k3+145.00 高程1421.00w=i2-i1=0.0061 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=48.80切线长:T=L/2=24.40竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.037起点桩号k3+120.60
31、 终点桩号k3+169.40起点高程1419.37 终点高程1422.78竖曲线设计高程表 表2-12桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K3+120.600.000.001419.371419.37K3+130.009.400.011420.091420.10K3+133.6213.020.021420.281420.30K3+150.009.400.011421.471421.48K3+160.269.140.011422.191422.20K3+169.400.000.001422.781422.78（8）根据设计得知: i1=0.0728 i2=0.0227 拟定R=1000变坡桩
32、号k3+480.00 高程1445.40 w=i2-i1=-0.0501 (凸型)竖曲线长度: L=R*w=50.10切线长:T=L/2=25.05竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.31起点桩号k3+454.95 终点桩号k2+505.05起点高程1443.58 终点高程1445.97竖曲线设计高程表 表2-13桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K3+454.950.000.001443.581443.58K3+460.005.050.011444.161444.15K3+480.0025.050.311345.411445.10K3+500.005.050.011345.8
33、21345.81K3+505.050.000.001345.971345.97（9）根据设计得知: i1=0.0227 i2=0.0593 拟定R=1000变坡桩号k3+810.00 高程1452.82 w=i2-i1=0.03666 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=36.60切线长:T=L/2=18.30竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.17起点桩号k3+791.70 终点桩号k3+828.30起点高程1452.40 终点高程1453.91竖曲线设计高程表 表2-14桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K3+791.700.000.001452.401452.40K3+80
34、0.008.300.031452.671452.70K3+812.1416.160.131452.871453.00K3+820.008.300.031453.351453.38K3+828.300.000.001453.911353.91（10）根据设计得知: i1=0.0593 i2=0.065 拟定R=2000变坡桩号k4+100.00 高程1470.00 w=i2-i1=0.0057 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=11.40切线长:T=L/2=15.70竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.008起点桩号k4+094.30 终点桩号k4+105.70起点高程1469.66
35、终点高程1470.37竖曲线设计高程表 表2-15桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K4+094.300.000.001469.661469.66K4+100.008.000.0081470.001469.98K4+105.700.00 0.00 1470.371470.37（11）根据设计得知: i1=0.065 i2=0.0787 拟定R=3000变坡桩号k4+205.00 高程1476.32 w=i2-i1=0.0137 (凹型)竖曲线长度: L=R*w=41.10切线长:T=L/2=20.55竖曲线变坡点纵距:E=T2/(2*R)= 0.07起点桩号k4+184.45 终点桩号k
36、4+225.55起点高程1474.98 终点高程1477.93竖曲线设计高程表 表2-16桩号横距(x)竖距(h)切线高程设计高程K4+184.450.000.001474.981474.98K4+190.005.550.0051475.391475.40K4+193.679.220.011475.611475.62K4+200.0015.550.041476.061476.10K4+205.8019.750.071476.401476.47K4+210.0015.550.041476.761476.80K4+217.927.630.011477.311477.32K4+220.005.550.0051477.471477.48K4+225.550.000.001477.931477.93设计路段起点地面高程为1264.00m，终点地面高程为1495.12m，路线总克服的高差为231.12m，路线总长为4448.92m，平均纵坡为231.12/4448.92=5.195%。竖曲线设计高程汇总表 表2-17坡段坡度（%）坡长（m）高程（m）总高程（m）坡段16.56486.0034.74=231.12坡段23.60494
