【文章內容簡介】 由于本次設計中未采用非對稱型基本曲線，所以非對稱型基本曲線的計算圖式及公式不再贅述。2 S型曲線設計計算S型曲線計算時，先根據(jù)前交點的T長以及交點間距算出本交點的T長，通過導線轉角 以、根據(jù)緩和曲線要求試定的 以及T長來反算半徑。對于反算出的半徑R根據(jù)控制切線長T取整，當T為最大控制時，R向小取整；T為最小控制時，R向大取整。取整后再由基本型曲線設計與計算公式來計算各曲線要素以及主點樁號。切線T反算半徑R的計算公式如下：3 計算實例以本設計中交點2為例計算平曲線要素，計算過程如下：交點1（1）平曲線要素計算= (m)= (m)== (o)= (m)= (m)= (m) = (m)（2）計算主點樁里程JD1 K1+T ZH K1++Ls 250HY K1++L2Ls YH K1++Ls 250 HZ K1+L/2 QZ K1++J/2 JD1 K1+交點2由于交點2設置成了S型反向曲線，所以交點2的半徑應該由切線來反算。（1）計算T長反算R。交點2切線長T2=交點間距（1,2）交點1的切線長T1.==利用切線反算半徑公式計算得到R=1100。然后利用平曲線計算公式進行曲線要素計算，和交點1類似。在此不再贅述。4 本設計中平面設計方法本次設計主要是利用計算機輔助定線。將選定的路線的起點、終點和四個交點輸入緯地三維道路CAD系統(tǒng)后，利用緯地三維道路CAD軟件和人工進行平面線的動態(tài)交互設計，最后由緯地系統(tǒng)進行曲線要素、主點樁里程的計算和相關成果圖表的生成。相關成果詳見圖表文件部分。第四章 縱斷面設計1一般原則縱斷面設計的主要內容是根據(jù)道路等級、沿線的自然地理條件和構造物控制標高等，確定路線合適的標高、各坡段的縱坡度和坡長，并設計豎曲線。基本要求是縱坡均勻平順、起伏和緩、坡長和豎曲線長短適當、平面與縱斷面組合設計協(xié)調、以及填挖經(jīng)濟、平衡。（1）一般要求為：1．設計必須滿足《公路工程技術標準》（JTG B01－2003）的各項規(guī)定。2．為保證車輛能以一定速度安全順適地行駛，縱坡應具有一定的平順性。起伏不宜過大和過于頻繁。3．盡量避免采用極限縱坡值，合理安排緩和坡段，不宜連續(xù)采用極限長度的陡坡夾最短長度的緩坡。連續(xù)上坡或下坡路段，應避免設置反坡段。4．一般情況下縱坡設計應考慮填挖平衡，盡量使挖方運作就近路段填方，以減少借方和廢方，降低造價和節(jié)省用地。5．縱坡除應滿足最小縱坡要求外，還應滿足最小填土高度要求，保證路基穩(wěn)定。6．對連接段縱坡，如大、中橋引道等，縱坡應和緩、避免產(chǎn)生突變。7．在實地調查基礎上，充分考慮通道、水利等方面的要求。（2）組合設計原則1)應在視覺上能自然的引導駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性。2)注意保持平、縱線形的技術指標大小應均衡。3)選擇組合得當?shù)暮铣善露?，以利于路面排水和行車安全?)注意與道路周圍環(huán)境的配合，它可以減輕駕駛員的疲勞和緊張程度，并可起到引導視線的作用。（3）平縱線形組合的要求1)平曲線與豎曲線應相互重合，且平曲線應稍長于豎曲線。2)平曲線與豎曲線大小應保持平衡。3)要選擇合適的合成坡度。2 本次設計縱斷面設計難點本設計標段處于平原區(qū)，由于平原區(qū)地勢平坦，溝渠縱橫，河道及地方道路眾多，同時平原地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達，路網(wǎng)也相應發(fā)達，故需要修建的構造物較多。而且平原區(qū)往往雨量充沛，對土基最小填土高度也要求較高。所以，平原區(qū)高速公路在縱斷面設計時十分復雜，困難也比較多。國內近年來很多高速公路在縱斷設計上采用了高填路堤方案，特別是在平原地區(qū)為了滿足農(nóng)村和地方上大量頻繁的地方交通，通道和小河航航道下穿凈高的要求，縱坡始終降不下來，將路堤填土高度大大高于地面，平原、微丘區(qū)的高速公路就宛如一條土堆的“長龍”，在自然地形中顯著凸出，阻隔著人們的視線，破壞地形地物，嚴重影響自然景觀，不能不說是一大遺憾，而且這種遺憾恐怕是永久性的?？v坡變換頻繁，坡長過短，則汽車加速、減速時換檔頻繁，不僅增加了駕駛員的精神負擔，誘發(fā)交通事故，而且還會造成環(huán)境污染。另外由于高填方路堤自身荷載很大，而且其作用在地基上的時間持久，可能會導致地基(尤其是軟土地基)的變形和沉降，使路基失穩(wěn)；路基的變形和沉降會導致路面出現(xiàn)反射裂縫，使路面喪失一定的使用性能，降低其服務水平。3本次縱斷面設計要點本次縱斷面設計的關鍵技術是有效降低填土高度。因為平原區(qū)高速公路沿線的溝壑、路網(wǎng)、地方道路以及農(nóng)耕道路分布眾多，所以平原區(qū)高速公路的控制高程由路堤最小臨界填土高度和結構物(通道、涵洞、橋梁等)標高兩部分進行控制。所以如何合理的確定有關構造物的類型、控制標高和數(shù)量是有效降低填土高度的關鍵技術。本次設計中在下面三個方面進行探討了和論證。第一，構造物類型的選擇。關于被交路上跨或下穿的選擇，不僅對縱斷面線形設計的工程造價有著舉足輕重的作用，還對線形設計效果及其使用質量的優(yōu)劣有著重要影響。分離式立體交叉設置時, 必須充分利用地形有利條件結合高速公路的填土高度, 合理確定被交路上跨或下穿方案。上跨主線的分離式立交橋, 往往存在縱坡較大、接線處理難等缺點，所以一般宜采用主線上跨方案。高速與地方道路及農(nóng)耕道路相交時可以考慮設置天橋和通道兩種情況，選擇天橋縱斷上不必設置豎曲線，同時可以降低路基填筑高度，節(jié)約占地；選擇設置通道時，該處需要設置豎曲線，路基填筑高度相對的將要提高。僅就天橋與通道相比，天橋造價為通道造價的1．32倍，但是天橋可以使路基填高由4 m降至2 m，則每公里可以節(jié)約土方近7．4萬m 。通道雖然比天橋造價低，但是由于通道標高低，在降水量大的季節(jié)可能會積水影響交通，需要相應的排水設施，從而增加使用費用。通道和天橋的選擇需作經(jīng)濟、技術比較。如果節(jié)約的土方費用能滿足其他工程處理的費用，則應選擇設置天橋或主線下穿方案，這種方案的選擇在降低路基高度的同時，增加了視覺舒適性，也就增加了線形的安全性，而且少占用農(nóng)田，減少由于取土而增加的環(huán)保費用，具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。當選擇通道時，為了在設置大半徑豎曲線提高線形視覺舒適性的同時，降低路基填筑高度，可以降低通道標高，采用鋼筋混凝土通道，必要時輔以配套的排水設施；由于降低了構造物標高，該區(qū)段縱斷起伏不大，也可以適當減少土方量。第二，天橋和通道的數(shù)量確定。天橋和通道的數(shù)目是確定適當坡度的關鍵，數(shù)目越多則填筑工程量越大，數(shù)目太少則影響高速公路兩側的居民出行、生物的分布。高速公路作為地區(qū)交通大動脈, 首先應該服務于區(qū)中心城市, 促進大范圍的經(jīng)濟發(fā)展。在此前提下, 應充分考慮沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)群眾的生產(chǎn)和生活, 保持群眾間的生活交往, 更好地促進當?shù)亟?jīng)濟進一步發(fā)展。若高速公路與地方道路相交就設置通道, 那么有的通道會利用率很低而失去了它應有的意義, 因而應根據(jù)地方道路的性質適當取舍或歸并。對于因設某一通道而影響整個縱斷面, 造成填土高度大幅度提高時。要研究改移道路使其從較高路堤下通過的可能性, 另外還應充分利用跨河橋邊孔及排水箱涵作通道, 這是綜合利用橋涵設施, 減少單建通道、降低填土高度的有效措施。通道的設置間距, 要掌握因地制宜的原則, 一般來說在經(jīng)濟發(fā)達、人口稠密地區(qū)以每公里設置23座通道是適宜的。第三，通道的凈空標準。對于通道凈空的確定, 設計時一定要實事求是, 堅持設計的科學性和公證性, 不遷就地方政過高的要求, 以免增加填土高度、增加工程造價。通道路面標高應結合排水考慮, 一般應高于原地面, 原則上不下挖, 便于雨水自排；少數(shù)通道根據(jù)地勢, 若能有效地解決自排水問題,也可適當下挖, 不能只為了追求降低填土高度, 而盲目下挖, 尤其在南方多雨和地基潮濕地區(qū)更應提起注意, 否則通道內易積水, 影響使用功能。在確定跨越形式的基礎上，采用建筑高度低、輕巧的跨線橋結構型式，并精細設計縱斷面，使交叉凈空既滿足使用要求又不浪費。第四，平縱面線形的組合設計時候平曲線與豎曲線一一對應, 變坡點對應于平曲線中點, 這是最理想的組合。設計中,必須充分考慮縱面線形與平面線形的對應關系。但是實際上平原微丘區(qū)高速公路往往平曲線半徑很大, 平曲線長一般在12KM，有的達34KM。要想做到l:l的對應關系, 不但增加大量的土石方數(shù)量, 而且也難以滿足各種構造物標高要求。實踐證明, 在縱坡很緩時, 縱面多次起伏并不影響駕駛員行駛中視覺上的連續(xù)性。實際應用時, 應靈活掌握, 有條件時應盡力做到一一對應, 確有困難時, 一般以一個長平曲線包3個豎曲線為宜, 最多不能超過5個，設計過程中盡量作到一個長平曲線包住幾個豎曲線，由于縱坡平緩坡差不大, 并采用大半徑豎曲線, 線形仍然舒順流暢,視覺良好。但是應注意平縱面線形的技術指標應大小均衡, 平曲線內的豎曲線半徑一般取平曲線半徑的1020倍；同時,若一個平曲線內包了幾個豎曲線, 則幾個豎曲線的半徑、及豎曲線長度也應保持均衡。4本次設計縱斷面設計優(yōu)化方法第一，在構造物類型的選擇上進行了充分的論證比選，在與地方道路相交的地方，主要機耕道路設置成了涵洞，而行人道路和小路則設置為天橋。比如在K2+345 KM和K5+470 KM里程處，這兩條道路只有行人通行，所以設置成了天橋。第二，天橋和通道的數(shù)量確定的時候進行了充分的優(yōu)化，在盡量考慮了當?shù)厝罕娡ㄐ械那闆r下能少用則少用，在布置通道的時候一般沒有輕易增加通道。第三，在通道凈空的確定時候完全實事求是的進行設計,不追求過高的要求, 以免增加填土高度、增加工程造價。在縱斷面設計過程中，沒有一味把通道的高程作物必須的控制標高，在縱斷面設計特殊困難地區(qū)，為了避免個別通道的高程而影響局部路線的縱斷面設計，經(jīng)過充分的論證考慮后對原有路面適當下挖，降低路面高程來設置通道。在K1+514KM、 K1+968 KM、 K3+67 KM K6+892 KM 這四個通道處，采取了降低路面高程的做法。第四，在平面和縱斷面組合設計過程中力爭平曲線與豎曲線一一對應,但是沒有拘泥于規(guī)范，而是根據(jù)實際情況靈活處理，在滿足視覺的連續(xù)性的情況下在一個平曲線內設置了多個豎曲線，同時盡量采用半徑大的豎曲線。使得線形仍然舒順流暢,視覺良好。比如在交點2和交點3的平曲線內分布設置了兩個豎曲線。 各項設計參數(shù)確定1 坡度(1) 最大坡度最大縱坡是公路縱斷面設計中的重要控制指標。在地形起伏較大的地區(qū)，直接影響路線的長短、使用質量、運輸成本及造價。確定最大縱坡時，不僅考慮汽車的動力特性、道路等級、自然條件，還要考慮工程和運營的安全與經(jīng)濟等。我國《公路工程技術標準》對各級公路最大縱坡值給出了具體的規(guī)定。本次設計速度為100KM/小時，查照《公路工程技術標準》%。（2）最小縱坡我國《公路工程技術標準》規(guī)定在長路塹、低填設邊溝路段以及其他橫向排水不通暢的路段，為保證排水通暢，防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定性，%的縱坡。在干旱地區(qū)，以及橫向排水良好不產(chǎn)生路面積水的路段如直坡段的路堤填段，可不受最小縱坡限制。由于高速公路的路面排水一般采用集中排水的方式，%。%。2 坡長（1）最小坡長最短坡長的限制主要是從汽車行駛平順性的要求考慮的。最小坡長規(guī)定汽車以設計速度915s的行程為宜，高速公路以設計速度9s的行程即可。我國《公路工程技術標準》中對各級公路的最小坡長作了具體的規(guī)定。本次設計速度為100KM/小時，查照《公路工程技術標準》。（2）最大坡長查照《公路工程技術標準》?？v坡坡度（%）345最大坡長（m）1000800600注，坡度小于3%的坡不限制坡長。3豎曲線半徑和長度在縱斷面設計中，豎曲線的設計受眾多因素的影響和限制，其中有三個限制因素決定著豎曲線最小半徑或最小長度：(1) 緩和沖擊；(2) 行駛時間不過短；(3) 滿足視距要求。根據(jù)以上因素，我國《公路工程技術標準》。本次設計速度為100KM/小時，查照《公路工程技術標準》。凸型曲線凹形曲線最小半徑一般值110004500極限值65003000最小長度一般值210210極限值85854 本設計中各項參數(shù)規(guī)定綜上敘述，本次設計中縱斷面設計各項參數(shù)規(guī)定匯總如下表：設計時速（km/h）最大縱坡（%）最小縱坡（%）最小坡長（m）凸形豎曲線凹形豎曲線豎曲線 一般最小長度(m)極限最 小半徑 （m）一般最 小半徑（m）極限最小半徑（m）一般最 小半徑(m)100425065001100030004500210 豎曲線計算1 豎曲線要素計算豎曲線要素的計算公式：　　　　　　　　 T= 　　　　　　　　　 　　　 式中：R——豎曲線半徑(m) L——豎曲線的曲線長(m) T——豎曲線的切線長(m)E——豎曲線的外距(m)ω——兩相鄰縱坡的代數(shù)差，以小數(shù)計, 當ω﹥0時為凹型豎曲線；ω﹤0時為凸型豎曲線。豎曲線計算示意圖2設計標高計算設計標高計算公式 豎曲線起點高程=變坡點高程177。T切線高程=豎曲線起點高程+設計高程=切線高程177。h　式中：— 前段坡線坡度；—后段坡線坡度；x—豎曲線上任意點與豎曲線始點的水平距離(m)；h— 豎距。3 計算實例下面以變坡點1為例進行豎曲線計算。變坡點1樁號為K0+755， i1=%，i2=% ，R=11000m。則： 豎曲線要素：　　 ω=% ，為凸形。曲線長　=切線長 T= = 外距