第十一章道路横断面设计1

重庆交通大学教案-40-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计第十一章道路横断面设计横断面设计特点：工作量大重复性多结构物复杂：挡土墙、护面墙、护肩护脚等数据庞大：约20米一个横断面，40公里就有2000个，共有2000/6=334张图!经验性强鉴于横断面设计的以上特点，目前开发的路线软件系统都采用自动设计与人机交互修改相结合的方法来处理。设计时，首先让系统根据标准横断面自动进行“戴帽子”，一些特殊横断面由用户进行逐个修改得到。关键是处理好自动化设计及人工修改的关系!11-1横断面设计系统的总体设计一、系统的功能需求和人机分工主要任务：根据定义的标准横断面和纵断面设计高程要求在原始地形上逐桩布置道路横断面，主要包括路幅设计、边坡设计和边沟设计，最后计算横断面工程数量。1．功能需求具备完善的横断面设计策略：为系统的自动设计模块所调用，使程序自动设计的结果能最大程度上满足自然条件和设计常规，从而减少人机交互修改的工作量。具备高效的人机交互修改功能：包括友好的界面、便捷的操作。修改应该是基于对象属性意义上的修改2．人机分工横断面形式及各部分参数确定检查设计横断面修改设计横断面特殊横断面设计旧路结构利用设计人机横断面自动设计土石方数量计算旧路结构利用数量计算防护就够标准图检索规范数据查询横断面图显示与绘图重庆交通大学教案-41-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计二、横断面设计系统的流程和总体结构1．道路横断面设计系统的结构组成横断面定义模块：定义路幅(分段、过渡)和定义边坡(填方、挖方)自动设计模块：设计策略判断和边坡处理修改设计模块：交互修改控制和边坡设计处理横断面设计及绘图模块：路槽设计、结构物设计、边沟设计、绘图、排版土石方计算及制表模块：路基超高及加宽计算、土石成分分析、土石方量计算正如大家所见：路线大师中包含路幅文件、边坡文件、挡墙文件就是为横断面设计准备的!2．横断面设计系统流程图首先定义标准横断面和横断面的设计高程，然后根据原地面地形进行路幅、边坡(包括支挡结构物)和边沟的自动设计，再经过交互式检查修改，最后计算横断面面积供计算工程数量用。重庆交通大学教案-42-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计3．横断面设计系统总体结构图11-2横断面定义模型一、横断面定义模型的一般形式横断面定义包括路幅定义和边坡定义。常用的路幅定义有两种：固定模板模型和组合模板模型公路中常用的定义横断面路幅的固定模板上述模块中，如BS=0时,即无中央分隔带；如BH＝0时，无硬路肩；HS为“＋”时，中央分隔带为凸式分隔带；HS为“－”时，中央分隔带为凹式分隔带；BC=0时，中央分隔带设直立式路缘石，否则中央分隔带设斜式路缘石。城市道路的横断面路幅固定模板见P117图11－5。定义成四块板二、组合式横断面定义模型主要由于横断面的组合形式在实际工程中十分灵活，可有各种组合，如：在中间设机动车快速车道，两边设机动车辅道，快速车道与辅道间有分隔带，辅道外再设非重庆交通大学教案-43-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计机动车道和人行道等，如成都三环路。但是无论何种形式，不外乎是机动车道、非机动车道、人行道、分隔带、路缘带、硬路肩和土路肩等部件的不同组合。组合式横断面模型分两级来定义一个断面：第一级是对部件组合方式的定义；第二级是对每个部件的定义。11-3横断面边坡设计模型边坡设计是横断面设计中最复杂、技术性和经验性最强的一项工作，他涉及道边坡稳定、排水通畅和与原地面的衔接，还涉及道土石方数量与防护工程数量的大小。要求：首先能满足处理各种类型边坡；其次要尽可能减少分类。一、填方边坡路基边缘设计标高大于地面标高组成：边坡、排水沟和支挡结构物1．边坡：单级边坡和多级边坡常用形式：重庆交通大学教案-44-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计2．排水沟形状：三角形、矩形和梯形。三角形和矩形作为梯形断面的特例，因此只需定义梯形形状横断面。定义时常以两条直线为一组的折线段来定义。纵距、坡比、纵距、坡比3．支挡结构物常用类型：护肩墙、石砌脚、砌石路基和挡土墙。挡土墙又可分为：重力式(包括仰斜式、俯斜式和衡重式)和钢筋混凝土L形。设计时，一般结构物的几何参数与结构强度及稳定性有关。但通常采用标准图或地方标准图的尺寸。二、挖方边坡路基边缘设计标高小于地面标高组成：边坡、边沟和支挡结构物1．边坡：单级边坡和多级边坡常用形式：2．边沟——定义时与填方差不多形状：三角形、矩形和梯形。三角形和矩形作为梯形断面的特例，因此只需定义梯形形状横断面。定义时常以两条直线为一组的折线段来定义。纵距、坡比、纵距、坡比3．支挡结构物——定义时与填方差不多常用类型：护面墙和挡土墙。11-4横断面自动设计横断面自动设计是横断面设计系统中的重要模块，其性能直捷影响到整个横断面设计系统的效率。重庆交通大学教案-45-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计一、设计过程模型CAD开发应用的基础：工程问题的模型化CAD系统建模的组成：算法模型、设计对象模型、设计过程模型算法模型——指数学问题在计算机中的求解处理方法，如：曲线的拟合、微积分数值求解、方程的数值求解等。算法模型有：曲线的几何样条描述与求解，横断面面积的闭合曲面积分法，三角形数字地形模型的插值算法等。设计对象模型——通畅是含尺寸标注的几何图，在CAD系统中，他是用在一定的数据结构中的参数及参数拓扑关系来描述的。设计过程模型——是对工程设计步骤和设计问题求解策略的描述、定义和控制。设计过程模型设计是通过流程图来实现的，控制机制采用顺序、循环和选择，在编程过程中将设计过程固化在程序中，因此，这种设计过程模型是固定的，静态的，一旦编程结束，其设计过程即被确定，如果改变则需通过修改源程序来实现。动态的设计过程模型设计思路是：将某一些设计步骤从程序中分离出来，作为控制文件单独管理，系统根据文件设定的步骤运行，一旦需要改变设计步骤，只要修改控制文件，而不必修改源程序，从而实现设计过程模型的动态化。二、静态横断面自动设计过程模型公路路基横断面设计的一般原则：1．填方(参见图11-9)(1)通常情况下，如路堤基底情况良好，路堤为普通一级边坡(图11-9a)，边坡值按不同填料种类规格选定不同的值。(2)当填土高度超过单级边坡限高时，改作两级边坡(图11-9b)。(3)当填土高度总高超出两级边坡限高时，改作高路堤处理，即为多级边坡(图11-9e)。(4)如果原地面横坡陡于1：5，则需将原地面挖成台阶(图11-9d)。(5)当地面横坡较陡，填方坡脚伸出很远甚至边坡与地面线无法相交时，则可改变填方材料以加大边坡坡度或设置支挡结构物，这时可按以下原则设计(图11-9e)：①路肩边缘与原地面高差≤2．Om，可设石砌护肩(直肩墙)。②断面附近有较多可利用石料，且基底承载力允许，可修筑砌石路基(叠砌边坡)(图11－9f)。③当地面横坡较陡或有缺口，路基填方坡伸出较远且不稳定，或坡脚占用耕地过多，且地基较稳定时，采用石砌护脚(图11-9g)。④当地面横坡太陡，或出现缺口及凹槽(山坳)，采用护肩、护脚等不能解决问题时可设置挡土墙(图11-9h)；路堤挡土墙根据位置可分为路肩墙和路堤墙，根据结构特点可分为石砌重力式、钢筋混凝土悬臂式和扶臂式等。用户可根据地形、地质、当地材料等情况选用。2．挖方(参见图11—12)(1)当水文地质条件良好，土质均匀或岩石无不利的层理时，路堑采用自然开挖，不设防护或支挡结构物；边坡按不同地质、水文情况取用：①当开挖边坡为均质岩(土)且高度不大，则按一坡到顶的直线边坡设计(图11—12a)。②当边坡较高或由多层岩(土)组成，且上部岩(土)层的稳定性较下部差或上部为覆盖层时，采用上缓下陡的折线形边坡(图11—12b)。，③当上部岩(土)层的稳定性较下部好时，可采用上陡下缓的折线形边坡(图11—12e)。重庆交通大学教案-46-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计④当边坡为多层岩(土)组成且很高，或在降水量大、坡面较易被冲刷时，在边坡中部或岩(土)层分界处设置宽度不小于1．Om的碎落台(图11—12d)。(2)当山坡坡面岩层容易风化剥落或风化破碎严重，应采用坡面防护措施，设置护面墙(图11—12e、f)。(3)当地质条件不良，山体有可能坍滑，或自然坡面太陡，使边坡延伸过远，边坡高度过高，或开挖量太大时应设置路堑挡土墙(图11—12g)。(4)当覆盖层土体或碎岩层有可能坍滑时，可用山坡挡土墙(图11—12h)。横断面填方自动设计程序流程图：重庆交通大学教案-47-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计横断面挖方自动设计程序流程图：二、动态横断面自动设计过程模型核心：将原来固化在程序中的哪些经常需要修改的设计过程控制策略从系统中分离出来，单独管理。实现方法：推理系统基本机构组成：1．用户截面2．知识库操作模块3．系统运行控制模块重庆交通大学教案-48-公路计算机辅助工程第十二章道路横断面设计4．知识库5．基本功能模块