【導(dǎo)讀】東部的交通要道。它的建成對(duì)全國(guó)公路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的完善，加快中西部經(jīng)濟(jì)社會(huì)。發(fā)展具有極其重要的意義。擬建汝陽至洛陽一級(jí)公路第六標(biāo)段，地處河南西部。根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，全線采用雙向四車道一級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，SMA路面，設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬度。本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容包括：首先，根據(jù)交通量確定車道數(shù)，并在地形圖上選線、定線，然后進(jìn)行道路平面設(shè)計(jì)，縱斷面設(shè)計(jì)，橫斷面設(shè)計(jì)，橋涵設(shè)置等。此外還對(duì)該路段的路基、路面、排水、邊坡防護(hù)、涵洞及擋土墻進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

　　

【正文】 滿足的一般要求： 1) 縱坡設(shè)計(jì)必須滿足《標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，一般不輕易使用極限值。 2) 縱坡應(yīng)力求平緩，避免連續(xù)陡坡，過長(zhǎng)陡坡和反坡。 3) 縱斷面線形應(yīng)連續(xù)，平順，均衡，并重視平縱面線形的組合。 4) 在較大的連續(xù)上坡路段，宜將最陡的縱坡放在底部，接近頂部的縱坡宜放緩些。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 (2) 平均縱坡 平均縱坡是指一定長(zhǎng)度的路堤連續(xù)上坡或下坡路段縱線所克服的高差與路線長(zhǎng)度之比。是為了合理運(yùn)用 最大縱坡坡長(zhǎng)及緩和坡長(zhǎng)的規(guī)定，以保證車輛安全順利地行駛地限制性指標(biāo)。 (3) 坡長(zhǎng)限制 1) 最短坡長(zhǎng)的限制主要是從汽車行駛平順性的要求考慮的。如果坡長(zhǎng)過短，使變坡點(diǎn)增多，汽車行駛在連續(xù)起伏地段產(chǎn)生的增重與減重的變化頻率，導(dǎo)致乘客感覺不舒服。從路容美觀、視覺效果、相鄰兩豎曲線的設(shè)置和縱面視距等也要求坡長(zhǎng)應(yīng)有一定最短長(zhǎng)度。最短坡長(zhǎng)以不小于計(jì)算行車速度 9s的行程為宜，根據(jù) 《標(biāo)準(zhǔn)》 ，設(shè)計(jì)時(shí)速為 80Km/h 時(shí)， 公路最 小 坡長(zhǎng) 極限值 為 200m， 最 小 坡長(zhǎng)一般值 為 250m。 2) 最長(zhǎng)坡長(zhǎng)限制 公路縱坡的大小及其坡長(zhǎng)對(duì)汽車 正常行駛影響很大?？v坡越陡，坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，對(duì)行車影響也越大。主要表現(xiàn)在使行車速度顯著漸低，長(zhǎng)時(shí)間使用低速檔會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱過 高 而使效率減低，水箱沸騰，行駛乏力。而下坡時(shí)，則因坡度過陡，坡段過長(zhǎng)而使剎車頻繁，影響行車安全。因此，為保證行駛質(zhì)量和行車安全，對(duì)陡坡的坡長(zhǎng)應(yīng)加以限制。 根據(jù) 《標(biāo)準(zhǔn)》 ，設(shè)計(jì)時(shí)速為 80Km/h 時(shí)，最大坡長(zhǎng)為： 3%— 1100m、 4%— 900m、 5%— 700m。 (4) 合成坡度 合成坡度是指路面上的縱向坡度與橫線坡度組合而成的坡度，其方向即流水線方向。將合成坡度控制在一定范圍內(nèi)，目的是控制急彎和陡 坡的組合，防止車輛在彎道上行駛時(shí)由于合成坡度過大而引起的不適 和 危險(xiǎn)。 合成坡度的計(jì)算公式為 22hiiI ?? 式中 I ― 平面上允許的最大縱坡度，％； hi ― 最大允許合成坡度，％； i ― 超高橫坡度或路拱橫坡度，％。 當(dāng)路線的平面和縱坡設(shè) 計(jì)基本完成后，可用上式檢查合成坡度。如果超過最大允許合成坡度時(shí)，可減少縱坡或加大平曲線半徑以減小橫坡，或兩者同時(shí)減小。合成坡度不能過大，但也不能過小。合成坡度過小，會(huì)導(dǎo)致路面排水不暢，影響行車安全。各級(jí)公路最小合成坡度不宜小于 ％；當(dāng)合成坡度小于 ％，應(yīng)采用綜合路面排水措施，以保證路面排水。 (5) 拉坡 首先是試坡，試坡以“控制點(diǎn)”為依據(jù)，考慮平縱結(jié)合、挖方、填方以及排水溝設(shè)置等眾多因素初步擬訂坡度線。然后進(jìn)行計(jì)算，看拉的坡滿不滿足控制點(diǎn)的高程，滿不滿足規(guī)范要求，如不滿足就進(jìn)行調(diào)坡。調(diào)坡時(shí)應(yīng)結(jié)合選 線意圖，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的最大縱坡、坡長(zhǎng)限制以及考慮平縱線形組合是否得當(dāng)進(jìn)行調(diào)坡。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 豎曲線設(shè)計(jì) 及要 素計(jì)算 (1)豎曲線設(shè)計(jì) 各級(jí)公路在縱坡變更處均應(yīng)設(shè)置豎曲線，豎曲線半徑應(yīng)大于 《標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的豎曲線的最小半徑和最小長(zhǎng)度。 當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)速為 80Km/h 時(shí)， 凸 豎曲線一般最小半徑 為 4500m， 極限最小半徑為 3000m； 凹型 豎曲線一般最小半徑 為 3000m，極限最小半徑凸型為 2021m；豎曲線最小長(zhǎng)度為 70m。在本設(shè)計(jì)中，為獲得平順而連續(xù)的線形及滿足視覺上的需要， 凸 豎曲線半徑 取 12021m， 凹型 豎曲線 半徑取10000m，本設(shè)計(jì)共兩個(gè)豎曲線，凸形、凹形各 一個(gè)。 (2) 豎曲線 幾何要素 計(jì)算 1) 計(jì)算公式 豎曲線的形式為二次拋物線，其要素主要包括豎曲線長(zhǎng)度 L、切線長(zhǎng)度 T和外距 E。由于在縱斷面上只計(jì)水平距離和豎直高度，斜線不計(jì)角度而記坡度，因此，豎曲線的切線長(zhǎng)與曲線長(zhǎng)是其在水平面上的投影，切線支距是豎直的高程差，相鄰兩坡度線的交角用坡度差來表示。 設(shè)變坡點(diǎn)相鄰兩縱坡坡度分別為 1i 和 2i ，它們的代數(shù)差用 ? 表示，即 ，21ii??? ， ? 為 “ ＋ ” 時(shí)，表示為凹形豎曲線； ? 為 “ － ” 時(shí)，表示為凸形豎曲線。 豎曲線諸要素的計(jì)算公式為： 豎曲線長(zhǎng) 度 LR?? 豎曲線切 線長(zhǎng) 22LRT ??? 豎曲線外 距 22 4 8T T LE R ??? ? ? 豎曲 線上任一點(diǎn)豎距 22xh R? 式 中 x—豎曲線上任一點(diǎn)至豎曲線起點(diǎn)的距離 ，即，橫距 切線高程 ? ?1 0 1H H T x i? ? ? ? 式 中 0H — 變坡點(diǎn)高程 i— 縱坡坡度 對(duì)于凸形豎曲線 ， 設(shè)計(jì)高程 H＝ 1H － h； 對(duì)于凹形豎曲線， 設(shè)計(jì)高程 H＝ 1H ＋ h。 2) 豎曲線 幾何元素計(jì)算 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 變坡點(diǎn)樁號(hào)為 K1+，高程為 ，兩相鄰路段的縱坡為 1i = % ， 2i = %， 豎曲線半徑 R=12021m ① 計(jì)算豎曲線要素 21ii???= ? ? ? ? ?= － ，為 凸 形。 曲線長(zhǎng) ： 1 2 0 0 0 0 .0 1 5 6 5 5LR ?? ? ?= 切線長(zhǎng) ： 6222LT ? ? ? 外距 ： 229 3 .9 3 12 2 1 2 0 0 0TE R? ? ?? ② 求豎曲線起點(diǎn)和終點(diǎn)樁號(hào) 豎曲線起點(diǎn)樁號(hào)： K1+－ T＝ K0+ 豎曲線終點(diǎn)樁號(hào)： K1+＋ T＝ K1+ ③ 豎曲線上各樁號(hào)設(shè)計(jì) 高 程計(jì)算 對(duì) K1+ 有： 橫距 x = K1+ K0+ = 豎距 22xh R? = 切線高程 ? ?1 0 1H H T x i? ? ? ? = – ( –)? (–%) = 設(shè)計(jì)高 程 H＝ 1H － h = – = 豎曲線上各樁號(hào)設(shè)計(jì) 高 程 見下表 表 程 （ 豎曲線一 ） 樁號(hào) 切線高程（ m） 標(biāo)高改正值 h（ m） 豎曲線設(shè)計(jì)高 程 （ m） 備注 K0+ 0 豎曲線起點(diǎn) K0+ K0+ K0+ K0+ 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 K1+ K1+ 豎曲線 中 點(diǎn) K1+ K2+ K1+ K1+ K1+ K1+ 豎曲線 終 點(diǎn) 變坡點(diǎn)樁號(hào)為 K1+，高程為 ，兩相鄰路段的縱坡為 1i = %， 2i = %， 豎曲線半徑 R=10000m ① 計(jì)算豎曲線要素 21ii???= ? ?0. 01 92 55 0. 03 08 39? ? ? ?，為凹形。 曲線長(zhǎng) ： 1 0 0 0 0 0 .0 1 1 5 8 4LR ?? ? ?= 切線長(zhǎng) ： 4022LT ? ? ? 外距 ： 225 7 .9 2 02 2 1 0 0 0 0TE R? ? ?? ② 求豎曲線起點(diǎn)和終點(diǎn)樁號(hào) 豎曲線 起點(diǎn)樁號(hào)： K1+－ T＝ K1+ 豎曲線終點(diǎn)樁號(hào)： K1+＋ T＝ K1+ ③ 豎曲線上各樁號(hào)設(shè)計(jì) 高 程計(jì)算 對(duì) K1+ 有： 橫距 x = K1+－ K1+ = 豎距 22xh R? = 切線高程 ? ?1 0 1H H T x i? ? ? ? = – ( –)? (–%) = 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 設(shè)計(jì)高程 H＝ 1H ＋ h = ＋ = 豎曲線上各樁號(hào)設(shè)計(jì) 高 程 見下表 表 程 （ 豎曲線二 ） 樁號(hào) 切線高程（ m） 標(biāo)高改正值 h（ m） 豎曲線設(shè)計(jì)高程（ m） 備注 K1+ 0 豎曲線起點(diǎn) K1+ K1+ K1+ K1+ 豎曲線 中 點(diǎn) K1+ K1+ K1+ K1+ 豎曲線 終 點(diǎn) 道路平 、 縱線形組合設(shè)計(jì) 對(duì)于設(shè)計(jì)時(shí)速大于或等于 60Km/h 的道路，必須注意平、縱的合理組合，盡量做到線性連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適 。 (1) 平、縱線形組合的基本要求 1) 當(dāng)豎曲線與 平曲線 組合時(shí) ， 豎曲線 宜包含在平曲線之內(nèi)，且平曲線應(yīng)稍長(zhǎng)與豎曲線。其優(yōu)點(diǎn)是 ： 當(dāng)車輛駛?cè)胪剐呜Q曲線的頂點(diǎn)之前，即能清楚地看到平曲線的始端，辨明轉(zhuǎn)彎的方向。 若平、 豎曲線的半徑都很大，則平、豎曲線的位置不受上述限制。 若做不到豎曲線與平曲線較好的配合，且兩者的半徑 都小于某限度時(shí)，寧可把平、豎曲線拉開相當(dāng)距離，是平曲線位于直坡段上或豎曲線位于直線上。 2) 要保持平曲線與豎曲線大小的均衡 3) 當(dāng)平曲線緩而長(zhǎng)，縱斷面坡差較小時(shí)可不要求平、豎曲線一一對(duì)應(yīng)，平曲線中可包含多個(gè)豎曲線或豎曲線略長(zhǎng)與平曲線。 4) 要選擇合適的合成坡度。 (2) 平 、縱線形設(shè)計(jì)中應(yīng)注意避免的組合 1) 避免豎曲線的頂、底部插入小半徑的平曲 線。 2) 避免將小半徑的平曲線 起、訖點(diǎn)設(shè)在或接近豎曲線的頂部或底部。 3) 避免使豎曲線頂?shù)撞颗c反向平曲線的拐點(diǎn)重合。 4) 避免在長(zhǎng)直線上設(shè)置陡坡獲取線長(zhǎng)度短、半小的凹形豎曲線。 5) 避免急彎與陡坡的不利組合。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 此外，在 平、縱、橫組合設(shè)計(jì) 時(shí) 不應(yīng)只顧縱坡平緩，而使路線彎曲，平面標(biāo)準(zhǔn)過低；或者只顧平面直捷，縱面平緩，而造成高填深挖，工程過大；或者只顧經(jīng)濟(jì)，過分遷就地形，而使平、縱面過多地采用極限或接近極限的指標(biāo)。 4 道路橫斷面設(shè)計(jì)和路基結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24 4 道路 橫斷面設(shè)計(jì) 和路基 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 橫斷面 組成 一級(jí)公路的 橫斷面組成主要包括：行車道、中間帶（分離式?jīng)]有）、路肩、邊坡、排水設(shè)施（邊溝、排水溝、截水溝）等。 圖 一級(jí) 公路 橫斷面示意圖 （單位： cm） 路基寬度 的確定 根據(jù)道路等級(jí)、設(shè)計(jì)時(shí)速、車道數(shù)查《標(biāo)準(zhǔn)》得，一級(jí)公路設(shè)計(jì)時(shí)速為 80Km/h的四車道的路基寬度一般值為 ,最小值為 ， 本設(shè)計(jì)取 。 其中：行車道寬 2，內(nèi)側(cè)路緣帶寬 2，中央分隔帶寬 m，硬路肩寬 2，外側(cè)路緣帶寬 2，土路肩寬 2。 橫斷面其他組成 元素 的設(shè)計(jì) (1) 路拱 及路肩設(shè)計(jì) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 查標(biāo)《標(biāo)準(zhǔn)》得瀝青混凝土及水泥混凝土路拱坡度， 1~2%，取路拱坡度為2%, 取路肩橫向坡度為 3%， 土路肩橫坡度 為 4%。 路拱坡度采用雙向坡面，由路中央向兩側(cè)傾斜。 (2) 邊坡設(shè)計(jì) 路基邊坡設(shè)計(jì)一般分路堤邊坡和路塹邊坡，當(dāng)填挖高度較高或填方用不同土質(zhì)分層填筑時(shí)可采用折線邊坡。當(dāng)邊坡高度超過 20m 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析或驗(yàn)算。查《規(guī)范》得知，當(dāng)路基填土高度小于 6m時(shí)，路基邊坡按 1： 設(shè)計(jì)。某些路段，為了保證路 基的穩(wěn)定，防止路基邊坡被水沖刷，需要設(shè)置擋土墻和坡面防護(hù)。 路基邊坡設(shè)計(jì)一般分路堤邊坡和路塹邊坡，當(dāng)填挖高度較高或填方用不同土質(zhì)分層填筑時(shí)可采用折線邊坡。當(dāng)邊坡高度超過 20m 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析或驗(yàn)算。查《規(guī)范》得知，當(dāng)路基填土高度小于 6m時(shí)，路基邊坡按 1： 設(shè)計(jì)。某些路段，為了保證路基的穩(wěn)定，防止路基邊坡被水沖刷，需要設(shè)置擋土墻和坡面防護(hù)。 (3) 邊溝、排水溝設(shè)計(jì) 邊溝設(shè)置在挖方路基路肩的外側(cè)，或低路堤坡腳外側(cè)，用以匯集和排除路基范圍內(nèi)和流向路基的少量地面水。排水溝是用來引出路基附近低洼處積水的人工溝渠。 查《規(guī)范》得知，邊溝、排水溝橫斷面一般采用梯形，梯形溝內(nèi)側(cè)坡度為 1：~，外側(cè)邊坡與挖方邊坡坡度相同。本設(shè)計(jì)路段采用梯形邊溝、排水溝，底寬、溝深均為 ，內(nèi)側(cè)坡度為 1： 。 邊溝 、排水溝 的長(zhǎng)度，一般地區(qū)不宜超過 500m，多雨地區(qū)不超過 300m。 (4) 中間 帶的表面形式有凹形和凸形兩種，前者用于寬度﹥ ,后者用于寬度 ≤ 。該 一級(jí) 公路的中間分隔帶為 ，因此采用凸形表面形式。 超高設(shè)計(jì)與計(jì)算 (1) 超高及其作用 為了抵消車輛在曲線路段 上行駛時(shí)所產(chǎn) 生的離心力，將路面做成外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的單向橫坡的形式 ，稱為平曲線超高。 合理設(shè)置超高，可以全部或部分抵消離心力，提高汽車行駛在曲線上的穩(wěn)定性與舒適性。 (2) 超高設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)采用的最大超高為 6%，旋轉(zhuǎn)方式為繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)，線性漸變，外側(cè)土路肩不設(shè)超高。 繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)：將兩側(cè)行車道分別繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)，使之各自成為獨(dú)立的單向超高斷面，此時(shí)中央分隔帶邊緣維持水平狀態(tài)，內(nèi)外側(cè)都是從超高緩和段起點(diǎn)開始超高。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 (3) 超高 計(jì)算 ( 1JD 處平曲線 ) 1) 確定超高緩和段長(zhǎng)度 ① 根據(jù)公路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度和平曲線半徑查得超高橫坡度值yi= 6%，超高