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当前位置:首页 > 建筑/环境 > 设计及方案 > 道路工程第四章道路线形设计3
本次授课的目的、重点、难点目的要求:通过该次课的学习,学生应重点掌握:道路纵断面的相关概念、最大纵坡和最小纵坡、缓和坡的概念、竖曲线设计步骤。熟悉纵坡设计的一般要求。了解竖曲线的最小长度和最小半径的相关规定。重点、难点:重点:道路纵断的相关概念、最大纵坡和最小纵坡、缓和坡的概念、竖曲线设计步骤。纵坡设计的一般要求。难点:竖曲线设计步骤。§4-4道路纵断线形一基本概念:1纵断面:用曲面沿道路中心线竖向剖切,展成直面,称纵断面。2地面标高:道路中线各桩号的地面高程。高程:点到水准面的垂直距离。3地面线:各点地面标高的连线,是一条不规则的空间折线。4设计标高:未设加宽、超高以前路基顶面边缘点的高程,改建公路为原路中线的标高。5设计线:各桩点设计标高的连线。它是经过技术上、经济上、美学上的比较后确定的,由纵坡线和竖曲线组成。6施工标高:同一桩号的设计标高与地面标高之差。H施工=H设计-H地面施工标高大于零为填方,小于零为挖方。7纵坡:纵坡线的坡度,等于同一坡段上两点间高差与水平距离的比值。i=(H2-H1)/L18变坡点:相临两坡线的交点。9变坡角:变坡点前后两坡度差。ω=i1-i2(ω大于零设凸型竖曲线,ω小于零设凹型竖曲线)10竖曲线:平顺连接相临两坡段的竖向曲线。二、纵坡设计的任务行车要求:纵坡小,行车阻力小,耗油少。修建费用:(尤其山岭重丘区)纵坡如果小,会造成高填和深挖,造价高。纵坡设计的任务:根据公路的技术等级和地区的自然条件,经过技术经济比较,确定合理的坡度和坡长。三纵坡设计的一般要求:1满足:“标准”中有关纵坡的规定。2纵坡应尽量平缓,起伏不宜过大和频繁,并应尽量避免使用极限值。同时还应考虑农业建设等。3应综合考虑地形、地质、气候等自然条件,采用适当的措施,以保证公路的稳定和畅通。4尽量减少土石方及其它工程量,以降低工程造价。四最大纵坡和最小纵坡:1最大纵坡:根据公路技术等级和自然条件所规定的纵坡最大值。见表1-4-21、1-4-22。四最大纵坡和最小纵坡:影响最大纵坡的主要因素有:汽车的动力特性,即爬坡能力。公路技术等级:等级高,车速高,纵坡小。自然条件,海拔高地区应进行纵坡折减。2最小纵坡:挖方路段以及其它横向排水不良地段所规定的纵坡最小值。imin≥0.5%(0.3%)五坡长限制与缓和坡段:1最大坡长:限制最大坡长的目的:按动力因素要求,i≥5%时:①上坡时,道路阻力较大,Dmax<f+i应换抵挡行车,若采用最低挡,仍未驶出坡段,说明坡段太长。②下坡时为保证行车安全,要多次制动。因此,i≥5%时要限制坡长,见100页。最大坡长:11maxniiiLLi≥5%的连续陡坡,坡长要折算第一段:L1=200m,i1=6%,已占坡长的200/700=0.29第二段:i2=7%,L2=(1-0.29)×500=355mi1i2i3若L2=200m,则已占用的坡长限制为0.29+200/500=0.69,此后可接:i3≤8%,L3=(1-0.69)×300=93mi1i2i32最小坡长:限制最小坡长的目的:布设竖曲线:Lmin≥T1+T2满足行车平顺性的要求,坡道行程t=9~15s,Lmin≥Vt/3.6。3缓和坡:当纵坡>5%的坡道达限制坡长后,按规定设置的较小纵坡的坡段。i缓≤3%,L>Lmin。设置缓和坡的目的:通过对动力因素的分析知,当汽车通过一段陡坡后,车速一般都比较低,需要在一个纵坡较缓的坡段上提高车速,以便去爬越下一个陡坡。因此需设置缓和坡段。六平均纵坡与合成坡度:1平均纵坡:由若干坡段组成的路段,其两端点的高程差与路段长度之比。二级公路、三级公路、四级公路越岭线连续上坡(或下坡)路段,相对高差200~500m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%,且任意连续3km,i均≤5.5%。iiliil均2合成坡度:公路在平曲线路段,如果纵向有纵坡并且横向有超高,则最大坡度既不在纵坡上,也不在超高上,而是在纵坡和超高合成的方向上,这是的最大坡度称为合成坡度(i合),如图2-27所示。合成坡度计算公式如下:式中:i纵——纵坡坡度,%;i横——超高横坡度或路面横坡,%。22横纵合iii本次授课的目的、重点、难点目的要求:通过该次课的学习,学生应重点掌握:竖曲线设计步骤。熟悉纵断面设计方法。了解纵断面图绘制的内容。重点、难点:重点:竖曲线设计步骤。纵断面设计方法。难点:竖曲线设计步骤。(一)竖曲线要素计算:竖曲线有抛物线和圆曲线两种。这两种线形计算的结果在应用范围内是完全相同的。由于在纵断面上只计水平距离和垂直高度。斜线不计角度而计坡度,故竖曲线的切线长和弧长均以其水平投影的长度计算。七竖曲线1、用二次抛物线作竖曲线的基本方程取xoy坐标系,设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1,i2它们的代数差用ω表示,即ω=i2-i1在图示坐标系下,二次抛物线一般方程为ixxky221对竖曲线上任一点P,其斜率为当x=0,i=i1,x=L时,将上式代入,得二次抛物线竖曲线的基本方程式为ikxdxdyiP21iikLiLiiLk12xixLy122xixLy122切线支距=y-i1x竖曲线要素TRxxLy2222RL22RLTRTE22x:竖曲线任意点到竖曲线起、终点的水平距离;y:竖曲线任意点到切线的纵距。对于曲线前半部分,x=计算点桩号-起点的桩号;对于曲线后半部分,x=终点的桩号-计算点桩号。Rxy22(二)竖曲线的最小长度和最小半径:1凸型竖曲线:考虑视距S2凹型竖曲线:主要考虑离心力、视距。)/(127127222GFVRRGVgRGvF依实验知F/G≤0.025时可满足行车要求,即R=V2/3.2,L=V2ω/3.2。3汽车行程时间:t=3s行程:Lmin=Vt/3.6=V/1.2。各级公路的竖曲线的最小长度及最小半径P102。公路竖曲线的最小长度和最小半径:城市道路竖曲线的最小半径:28ER(三)竖曲线的设计及其计算:1竖曲线半径的确定:1)应遵守的一般原则:①在不过分增加工程量的前提下,尽量选用大于或等于一般最小半径。②结合纵断面起伏情况和标高要求,确定合适的外距值,按外距控制半径。RTE22RR2)21(282R1)应遵守的一般原则:③考虑相邻竖曲线的连接,保证最小直坡段长度,用切线长控制半径。22RLT④从夜间照明考虑,应选择大半径竖曲线,以加大照射距离。⑤从施工和排水考虑竖曲线半径不能选择过大。⑥条件受限制时,尽量选用大于极限最小半径。⑦迫不得已时,才采用极限最小半径。TR22)考虑相邻竖曲线的衔接:①同向竖曲线:特别是两个凹型,若两曲线间直线段不长时,应设成单(或复)曲线。②反向竖曲线:若两曲线间最好有3S的直线段。2竖曲线要素计算:21iiRL2RTRTE22Rxy223竖曲线起终点桩号计算:起点桩号=变坡点桩号-T终点桩号=变坡点桩号+T例如:变坡点桩号K1+400,T=59.50m,则:起点桩号=变坡点桩号—T=K1+400—59.50=K1+340.5终点桩号=变坡点桩号+T=K1+400+59.50=K1+459.54计算竖曲线范围内各桩号的x、y值:取整桩号,间距20米。桩号xyK1+36019.5y=x2/2RK1+38039.5y=x2/2RK1+40059.5y=x2/2R5计算各桩号的切线高程=变坡点高程—i1•(转坡点桩号-计算点桩号)6计算各桩号的设计高程凹型竖曲线设计高程=切线高程+y凸型竖曲线设计高程=切线高程—y竖曲线的设计及其计算步骤1竖曲线半径的确定。2竖曲线要素计算。3竖曲线起终点桩号计算。4计算竖曲线范围内各桩号的x、y值。5计算各桩号的切线高程=变坡点高程-i1•(变坡点桩号-计算点桩号)6计算各桩号的设计高程凹型竖曲线设计高程=切线高程+y凸型竖曲线设计高程=切线高程—y例1:平原区四级公路,某转坡点桩号为K4+200,高程为500.00m,i1=0.05,i2=-0.04,R=1500m,设计该竖曲线。解:1竖曲线要素计算:)(009.004.005.021凸曲线iimRL13509.01500mRT5.6721352mRTE52.1150025.672222曲线起终点桩号计算:起点桩号=变坡点桩号-T=K4+200-67.50=K4+132.5终点桩号=变坡点桩号+T=K4+200+67.50=K4+267.53计算竖曲线范围内各桩号的x、y值:取整桩号,间距20m。桩号xy=x2/2RK4+132.500K4+1407.50.02K4+16027.50.25K4+18047.50.75K4+20067.51.52K4+22047.50.75K4+24027.50.25K4+2607.50.02K4+267.5004计算各桩号的切线高程=变坡点高程—i1•(变坡点桩号—计算点桩号)起点K4+132.5:500—67.5×0.05=496.63K4+140:500-(200-140)×0.05=497K4+160:500-(200-160)×0.05=498K4+180:500-(200-180)×0.05=499K4+200:500K4+220:500-(220-200)×0.04=499.2K4+240:500-(240-200)×0.04=498.4K4+260:500-(260-200)×0.04=497.6终点K4+267.5:500-(267.5-200)×0.04=497.35计算各桩号的设计高程凸型竖曲线设计高程=切线高程—y桩号xy切线高程设计高程K4+132.500496.63496.63K4+1407.50.02497.00496.98K4+16027.50.25498.00497.75K4+18047.50.75499.00498.25K4+20067.51.52500.00498.48K4+22047.50.75499.20498.43K4+24027.50.25498.40498.15K4+2607.50.02497.60497.58K4+267.500497.30497.30填土例2:某山岭区二级公路,变坡点高程140.28m,桩号K10+240,i1=-0.04,i2=0.03,在K10+240处有一石拱涵,涵顶标高为140.60m,要求涵顶填土至少0.5m,设计该竖曲线。解:1选定竖曲线半径:依外距确定:E≥140.60-140.28+0.5=0.82mmER78.1338)03.004.0(82.0882282)21(2222RRRRTE又依规范知凹型竖曲线最小半径是450m,因此取R=1500m。可满足填土要求。2其余计算同上例。mRT105207.015002mmRTE82.068.315002105222八纵断面设计纵断面设计包括纵坡和竖曲线设计,采用选线、定线和室内设计的方法。(一)纵断面设计方法:1准备工作:熟悉《标准》及设计任务书中有关纵坡的规定。根据外业资料,填注纵断面图中的土壤地质、里程桩号、地面高程、直线与平曲线、绘制地面线、标注桥涵位置、结构类型、孔径、水准点位置、高程等内容。2标注控制点:(1)设计高程:①沿河及受水淹没的路段。②大中桥桥头引道的路基设计标高:应高出设计洪水位0.5m以上。③平面交叉处,路基设计标高:铁路以轨顶高程为设计标高。④小桥涵附近的路基,高出桥涵前雍水水位0.5m以上。⑤立体交叉:与铁路交叉执行铁路有关规定,与公路交叉净空要求,与管线应大于6m。⑵其它高程控制点:①路线起终点。②大中桥位。③越岭垭口。④河流水位。⑤不良地质段的最小填土高度,最大挖深。⑥隧道进出口。⑦城镇、居民点等的必须和不必须通过点。⑶不同地形:①平原微丘区:保证路基稳定的最小填土高度。②丘陵区:土石方平衡。③山岭区:考虑纵坡、坡长、土石方平衡。④经济点:当路线通过该点时,
本文标题:道路工程第四章道路线形设计3
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