公路运输的功能特点地位及作用.docx
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公路运输的功能特点地位及作用
第1章绪论
1.1课题背景
1.1.1公路运输的功能，特点，地位及作用
公路运输分为直达运输、干线运输和短距离集散运输三种形式。
因此，公路运输有“通过”运输和“送达”或“集散”的功能，尤其是“送达”或“集散”功能作为其它几种运输方式（管道除外）的终端运输方式是交通运输中不可缺少的组成部分，在综合交通运输体系中发挥着非常重要的作用。
随着高速公路向网络规模的发展，利用高速公路的干线运输功能，公路运输作为一种具有功能齐全（“通过”和“送达”或“集散”齐备）的运输体系发挥越来越重要。
与其它运输方式比较，公路运输的特点是灵活性，尤其是高速公路建设，信息网络、通信技术以及计算机技术等的发展，又实现着快速性“门到门”运输和被称为零库存（justintime）的运输特点，促使着公路运输的快速发展。
公路运输的灵活性和快速性主要表现在批量、运输条件、时间和服务上的灵活性以及时间上的快速性。
由于公路运输的批量小和要求的运输条件相对宽松，所以在运输时间和服务水平上容易得到保障。
也正因为如此，公路运输具有生产点多、面广的特点。
1.1.2我国公路现状
改革开放以来，我国公路运输业快速发展。
从完成的运量和周转量看，公路客运已成为主要的客运方式，公路货运量远远超过其他运输方式，周转量也快速增长，这充分说明公路运输方式在国民经济及社会发展过程中发挥着愈来愈重要的作用。
我国公路运输服务方式和经营主体日益呈现多样化的趋势。
目前公路运输存在的主要问题为：
（1）公路交通的基础设施水平还较差。
截止到2001年底，我国修建各种级别的公路近140万公里，其中高速公路1.9万公里，居世界第二位。
然而，路网密度仍然较低，只相当于巴西的1/2，印度的1/5，美国的1/6，日本的1/30。
公路质量与发达国家相比差距仍很大，还不能满足国民经济及社会发展的需求公路数量少、等级低、质量差。
（2）运输车辆的车型结构不合理，技术性能还较差
（3）运输生产的效率，效益较低；
（4）运输经营组织与管理的手段还比较落后，经营主体结构不合理，建立高效、有序的运输市场缺乏基础。
1.2我国公路发展规划
随着科学技术的发展，尤其是IT（intelligenttechnology）产业和智能交通系统的发展，公路运输的发展呈如下趋势：
（1）随着高速公路由单线向跨区域和全国网络的发展，开展公路快速客、货运业务；
（2）随着全国高速公路网的形成和WTO的加入，促使公路运输企业按规模化要求建立集约化经营的运输企业；
（3）公路货运业将纳入物流服务业发展的系统中，更强调在专业化原则上的合作，包括不同运输方式之间的合作，与服务对象的合作；
（4）在经营管理方面，现在许多运输企业都建立并运用了运输信息管理系统；
（5）运输组织方式按生产力水平分层发展。
（6）逐步加强运输规划，使公路建设及运输站场设施的配置与客货流规律更好地协调起来，同时还根据效率与效益原则，把运输服务向纵深推进。
1.3设计背景
本次设计中的平面设计，纵断面设计，横断面设计，土方调配等内容主要采用了纬地道路设计系统软件，该软件是一套具有领先技术的工程规划计算机辅助设计系统，主要应用于测绘，道路设计，铁路设计和管道工程领域。
纬地道路设计系统将道路设计所需的各种平面线形，纵断面坡度组合，横断面形式，超高方式等设计要素归纳为符合设计者设计习惯和思维的”设计目标”概念，进行目标化设计，而不是单纯的绘制线，点等几何图素。
设计者是在三维数据模型中进行平面，纵断面及横断面设计的，其中各种地形信息，中线线位，超高控制，数模数据可互相传递，参考，辅助设计者设计出合理的平，纵，横断面组合。
设计完成后，纬地道路设计系统能够自动绘出所需任意比例的平面图，纵断面图，横断面图。
第2章道路类型、等级的确定和技术标准论证
2.1道路类型及等级论证
根据本路段OD调查和各交通观测站历年观测资料分析，2012年平均日交通量组成如表1.1所示。
由资料可知，年平均增长率为4.0%，本路段设计年限按n=15年计算。
表1.1交通量组成
车型
相当型号
交通量
（单位：
辆/日）
折算系数
小汽车
跃进NJ131
1284
1.0
载重汽车
东风EQ140
249
1.5
解放CA10B
291
1.5
黄河JN150
291
2.0
据相关交通量计算规定：
畜力车、人力车、自行车等非机动车，在设计交通量换算中按路侧干扰因素计；一、二级公路上行驶的拖拉机按路侧干扰因素计，三、四级公路上行驶的拖拉机每辆折算为4辆小客车。
所以，本路段2011年平均日交通量为
ADT=1284×1.0+540×1.5+291×2
=2676（pcu/d）
故设计交通量
AADT=ADT×（1+r）n-1=2676×（1+0.04）10-1
=3809（pcu/d）
所以根据《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）,双车道三级公路能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量为2000～6000辆，所以本公路应选双车道三级公路。
2.2道路技术标准论证
2.2.1设计速度论证
按照《公路路线设计规范》，由于本路段处于丘陵地区，而且其在路网中主要起集散作用，混合交通量特征明显，且设计为三级公路，故采用的设计行车速度40km/h。
2.2.2平面线形标准论证
按照《公路路线设计规范》（JTGD20—2006）确定平曲线线形标准，主要包括各种曲线线形、半径、长度和直线长度、超高等规定的取值范围。
二级公路的平曲线要素有直线、圆曲线、回旋线三种。
2.2.2.1直线长度论证
直线长度的最大值应有限制，当采用长的直线线形时，为弥补景观的单调之缺陷，应结合具体的情况采用相对应的技术措施，直线线形不宜过短。
《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）规定当设计速度不小于40km/h的公路，最大直线长度为以汽车按设计速度行驶70s左右的距离控制；同向曲线的最小直线长度以不小于行车速度（km/h）的6倍为宜，反向曲线的最小直线长度以不小于行车速度（km/h）的2倍为宜。
该二级公路的设计车速度为40km/h，所以最大直线长度为830m，同向曲线的最小值为240m，反向曲线的最小值为80m。
2.2.2.2曲线线形论证
曲线要素的组合类型主要有基本形，S形，卵形，凸形，复合形，C形。
其中，基本形曲线组合按直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线顺序组合，回旋线，圆曲线，回旋线的长度之比为1:
1:
1～1:
2:
1，同时还应满足基本形曲线的几何条件：
。
S型曲线是将两个反向曲线以回旋线连接组合，在S型的两个反向回旋线以径相连接为宜，两个反向回旋线之间不设直线，在不得已插入直线时，必须尽量短，其短直线的长度或重合段的长度应符合下式：
（m）
L——反向回旋线间的短直线或重合段的长度（m）
A1,A2——回旋线参数，并且S型两曲线的半径之比不宜过大，宜为R1/R2=1～1/3（式中：
R1为小圆的半径，R2为大圆的半径）。
卵型曲线组合是同一个回旋线连接两个同向曲线的组合，且必须满足以下的条件：
R1/2=A=R2
0.2=R1/R2=0.8
0.003=D/R1=0.03
式中：
R1为小圆半径，R2为大圆半径，A为回旋线参数，D为两曲线之间的最小距离（m）。
凸型曲线为两个同向回旋线间不插入圆曲线而设的衔接。
复合型曲线为两个以上的同向回旋线在曲率相等处互相连接的形式，两回旋线参数之比为A1:
A2=1:
1.5。
C型曲线指同向曲线的两回旋线在曲率为零处径向连接的组合形式。
2.2.2.3曲线的半径和长度论证
《标准》规定当设计速度为40km/h时，圆曲线的一般最小半径为100m，极限最小半径为60m，不设超高的最小半径为350m（路拱≤2％）和450m（路拱>2％）；当直线与半径小于350m的圆曲线相连接时，应设置缓和曲线，缓和曲线长度的一般最小值为35m，选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下，应尽可能的采用大的半径，但曲线的最大半径不宜超过10000m。
2.2.2.4超高和加宽的规定取值范围论证
根据《公路路线设计规范》的规定，在设计速度为40km/h时，当曲线半径小于不设超高圆曲线的最小半径350m（路拱≤2％）和450m（路拱>2％）时，应在圆曲线上设超高。
规范规定当圆曲线的半径小于250m时，需要设置加宽。
由于本设计的曲线半径均大于250m，所以在本设计中不需要加宽。
2.2.3竖曲线要素标准论证
2.2.3.1坡长论证
我国《标准》规定，设计速度40km/h的公路坡长的最小值为120，不同纵坡的最大坡长也有限制。
如表1.2：
表1.2纵坡的最大坡长
坡度（%）
3
4
5
6
7
8
9
最大坡长
－
1100
900
700
500
300
－
2.2.3.2纵坡论证
纵坡论证包括最大纵坡和最小纵坡论证。
确定最大纵坡时，要综合考虑汽车的动力特性、道路等级和自然条件等各方面的因素，《标准》规定在设计速度为40km/h时，最大纵坡为7％。
最小纵坡为纵向排水需要也有一定的限制，在挖方路段、设置边沟的低填方路段和其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3％的纵坡（一般情况以不小于0.5％为宜）。
2.2.3.3竖曲线最小半径及最小长度论证
由缓和冲击、行驶时间以及视距要求三个限制因素，可计算出各设计速度
时的凸形竖曲线最小半径和最小长度。
我国《标准》规定，当设计速度为40km/h时，凸形竖曲线最小半径的一般值为700m，极限值为450m，且凸形竖曲线最小长度一般值为90m，极限值为35m；凹形竖曲线最小半径的一般值为700m，极限值为450m，凹形竖曲线最小长度同凸形竖曲线。
竖曲线半径一般情况下取大于一般最小半径为宜。
2.2.3.4视距长度论证
汽车在行驶时，驾驶员自看到前方有障碍物时起至到达障碍物前安全停止所需的最短距离叫停车视距。
设计速度为40km/h时的停车视距为40m。
2.2.4横断面的技术标准论证
2.2.4.1行车道数目及宽度论证
三级公路为供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路。
根据交通量的调查和服务水平的确定，此路确定为双向两车道。
三级公路的行车道宽度为7.0m，每个车道宽为3.5m。
2.2.4.2净空高度论证
我国载重汽车的装载高度限制为4.0m，外加0.5m的安全高度，一般采用不小于4.5m的净高。
考虑大型设备运输的发展、路面积雪和路面铺装在养护中的加厚等因素，规定二级公路的净高为5.0m。
一条公路应采用同一净高。
2.2.4.3路基路面的宽度论证
路基路面的宽度主要取决于车道数和每个车道的宽度。
公路路基的宽度为行车道与路肩宽度之和。
当设有中间带、变速车道、爬坡车道和紧急停车带时，尚应包括这部分的宽度。
设计速度为40km/h的二级公路路基宽度的一般值为8.5m。
行车道宽度外设置土路肩，其宽度为0.75m。
2.2.4.4路拱横坡和路肩横坡度论证
为了排除路面的积水，将路面做成中间高两边低的拱起形状，即路拱。
路拱横坡度的大小与当地自然条件有关，《标准》规定沥青混凝土路面路拱横坡度取为1％～2％，本次设计所取的路拱坡度为2％。
路肩应设置一定的横坡度以有利于排水，一般情况下，硬路肩的横坡可与路坡相同，土路肩横披比路拱横披大1％～2％。
对设有超高的平曲线路段，其土路肩横披应按设置超高的要求而定。
本设计取土路肩的横披为3％。
2.2.4.5车辆荷载论证
我国《标准》规定，根据二级公路在公路网中的地位和功能，规定二级公路的桥涵结构采用公路－Ⅱ级汽车荷载。
汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。
车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。
桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙压力等的计算采用车辆荷载。
车道荷载和车辆荷载的作用不能叠加。
公路—
级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值为公路—
级车道荷的0.75倍。
车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个影响线峰值处。
车辆荷载为550KN的标准车的布置图如图1.1所示，其主要技术指标规定见表1.3。
a立面（单位：
m）
b平面（单位：
m）
图1.1公路—Ⅱ级车辆荷载布置
第3章路线技术设计
3.1纸上定线和平面线形设计
3.1.1纸上定线
公路选线是公路的骨架，它的优劣关系到公路本身功能的发挥和在路网中能否起到应有的作用，因此定线需综合考虑多种因素。
微丘区由于地势较平坦，路线受地形限制不大，但往往地物较多，因此应注意:
表1.3公路—Ⅱ级车辆荷载主要技术标准
项目
单位
技术指标
车辆重力标准值
kN
550
前轴重力标准值
kN
30
中轴重力标准值
kN
2×120
后轴重力标准值
kN
2×140
轴距
m
3+1.4+7+1.4
轮距
m
1.8
前轮着地宽度及长度
m
0.3×0.2
中、后轮着地宽度及长度
m
0.6×0.2
车辆外形尺寸（长×宽）
m
15×2.5
①符合路线总方向前提下，在各必须避让的障碍物中穿行；
②尽可能的采用较高技术指标（平面线形）；
③纵断面线形应综合考虑桥涵、通道、交叉和排水等构造物，合理确定路基设计高度，以避免起伏频繁，也不能过缓；
④路线尽可能选择高地或微丘地形通过并与桥涵、通道等配合建立有效地面排水系统；
⑤土石方量、填挖方尽量少些，且将路线靠近筑路原料产地；
⑥正确处理好新、旧路的关系。
因为是三级公路，遇到高速公路或火车轨道等则要考虑设高架桥。
根据要求定导向线，然后修正导向线，作平面试线定出二次导向线，最后选定线位，路线。
3.1.2平面线形设计
平面各几何要素计算公式如下：
内移值
（m）
切线增长值
缓和曲线角
切线长
平曲线长
外距
切曲差
式中：
Ls——缓和曲线长度
R——圆曲线半径
——转角
结合相关知识，通过纬地软件进行道路平面线型设计。
3.2路线纵断面设计
纵断面设计的主要内容是根据道路等级，沿线的自然条件和构造物的控制标高，确定路线的标高，各坡段的纵坡和坡长，并设计竖曲线。
基本要求纵坡均匀、平顺、起伏和缓，坡长和竖曲线长度适当，平面与纵断面组合设计协调，以及填挖经济、平衡。
3.2.1纵断面设计步骤
①准备工作：
先在纵断面图上点绘出每个中桩的位置、平曲线示意图（起讫点位和半径等），写出每个中桩的地面高程并绘出地面线。
②标注控制点：
如路线的起、终点，不良地段的最小填土高度，最大挖深等纵坡设计的标高控制点。
③试坡：
在已标出控制点的纵面图上，根据技术指标、选线意图并结合地面起伏的变化，在这些点位之间进行穿插取值。
当同一个方向的两个坡度值较大时，应在两坡之间插入一段缓和坡，缓和坡的坡度应不大于3%，最小坡长为100m。
某一坡度的坡长应不超过该坡度的限制坡长。
变坡点宜落在平面线相应的圆曲线或是长直线上。
④调整：
对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、坡长限制是否满足标准，平纵组合是否得当，如有问题进行调整。
调整的方法是对初定的坡度线平抬、平降、延伸、缩短或更改坡度值。
⑤定坡：
经调整后，逐段把直线段的坡度值、边坡桩号和标高确定下来，坡度值取到0.01%变坡点调整到10m的整号桩。
⑥设置竖曲线：
根据技术标准，平纵的组合等确定竖曲线的半径，计算竖曲线要素。
3.2.2设计计算公式
竖曲线的长度L：
竖曲线切线长T：
竖曲线上任一点的竖距h：
竖曲线外距E：
结合相关知识，通过纬地软件进行道路平面线型设计。
3.3平纵组合设计
从获得良好行车条件的目的出发，协调平、纵、横三方面的线形使之成为连续圆滑顺适美观的空间曲线，满足驾驶员和乘客视觉和心理上的要求，并有良好的排水条件。
《公路路线设计规范》中关于平面线形配合规定：
设计速度超过40km/h的公路，必须注意平纵面的合理组合，尽量做到线形连续。
指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。
平纵组合设计的原则：
①平曲线和竖曲线的技术指标应大小均衡，使得线形顺滑优美，行车安全舒适。
②平、竖重合时，应满足平包竖的。
③最理想的平、竖顶点对应关系是顶点重合，若错开不能超过平曲线长度的四分之一。
④选择组合得当的合成坡度，以利于行车安全和路面排水。
⑤注意与道路周围环境的配合。
3.4方案比选
路线方案是路线设计中最根本的问题。
方案是否合理，不但直接关系到公路本身的工程投资和运输效率，更重要的是影响到路线的路线在公路网中是否起到应有作用，即是否满足国家的政治、经济、国防的要求和长远利益。
（1）方案应综合考虑以下主要因素：
路线在政治、经济、国防上的意义，国家或地方建设对路线使用的任务、性质的
的要求，改革开放、综合利用等重要方针的体现；
②路线在铁路、公路、水运、航空等综合交通运输系统中的作用，与沿线工矿、城镇等规划的关系，以及与沿线农田水利等建设的配合及用地情况。
③沿线地形、地质、水文、气象、地震等自然条件的影响，决定了工程难易和运营质量，对选择路线走向有直接的影响。
④设计道路主要技术标准和施工条件的影响。
⑤其他如与沿线旅游景点、历史文物、风景名胜的联系等。
（2）各方案主要指标
方案一：
路线全长3273.318m，全线设有12个交点（不包括起点和终点），平均每公里3.67个，竖曲线交点10个，平均每公里3.06个，平曲线最小半径60m，平曲线总长1462.363m，占线路总长的44.68%，竖曲线最小半径1600m（凹型），2000m（凸形）。
竖曲线全长1046.70m，占线路总长的31.98%，最大纵坡6.924%。
比较线：
由于本项目位于丘陵地区，道路线型受地形限制严重，为充分节约造价和避免道路建设对沿线环境的破坏，在满足规范的前提下尽量沿用老路线型，所以不设置比较线。
第4章路基设计
4.1横断面设计及路基土石方计算
4.1.1横断面设计
横断面的组成应根据公路等级，交通组成和当地的地形等自然条件而定，在保证行车安全的同时，应做到组成合理，节约用地，工程经济。
路基路面的宽度主要取决于车道数和每个车道的宽度。
公路路基的宽度为行车道与路肩宽度之和。
当设有中间带、变速车道、爬坡车道和紧急停车带时，尚应包括这部分的宽度。
三级公路丘陵地区的路基宽度一般为8.5m；行车道宽3.5m，土路肩的宽度一般值为0.75m。
（1）基横断面：
路基采用8.5m，路面宽7.0m，单副行车道宽为3.5m，
土路肩的宽度为0.75m，路拱横坡度2%，，土路肩横坡度为3％。
这里取K1+000～K2+000的路段进行设计，详见“路基标准横断面图”和“路基横断面图”。
（2）超高及加宽：
此二级公路半径都大于250m，不需要加宽，这里只需要进行超高计算。
为了抵消车辆在曲线路段行使时产生的离心力，将路面做成外侧高于内侧的单向横坡的形式。
当汽车等速行使时圆曲线上所产生的离心力是常数，而在回旋线上行使时则因回旋线的曲率的变化，离心力也是在变化。
因此，超高横坡在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高，在缓和段上应是逐渐变化的超高。
为了行车的舒适，道路的美观和排水的流畅，必须设置一定长度的超高缓和段，超高的过渡则是在超高缓和段上进行的。
双车道公路超高缓和段长度的计算公式为
，超高缓和段一般与缓和曲线长度相等。
本设计绕内边线旋转，超高缓和段长度为
。
本次设计的曲线半径均小于不设超高的圆曲线半径1000m，所以弯道上均需进行超高计算。
对于无中央分隔带的公路，超高常采用方式有绕中线旋转、绕内边线旋转。
本设计采用绕中线旋转，路基超高按规定取值，取平均为2%。
计算结果详见《路基设计表》。
4.1.2路基土石方量计算
路基土石方是公路的一项主要的工程量，路基土石方数量的多少是评价公路测设质量的主要技术经济指标之一。
地面形状是复杂的，填挖方不是简单的几何体，所以其计算只能是近似的，计算的精确度取决于中桩间距、测绘横断面时采点的密度和计算公式与实际情况的接近程度等。
①横断面面积的计算
本设计的横断面的面积计算采用几何图形法，将横断面分成若干个规则的几何图形，如三角形、梯形或矩形，然后分别计算其面积，既可得出总面积。
计算横断面面积时，除应将填方面积和挖方面积分别计算外，应区分其类别，如土石成分及施工难易分级等，分别估算数量，以利于土石方的调配，并编制工程概预算。
计算挖方面积时，边沟在一定条件下是个定值，故边沟面积可单独算出直接加在挖方面积内，不必连同挖方面积一并卡积距。
横断面面积取值到0.1㎡计算后填写在横断面图上，作为计算土石方数量的依据。
②土石方数量的计算我们假定两横断面之间为一棱柱体，其计算公式为：
其中：
V为体积，即土石方数量（m3）；F1、F2分别为相邻两断面的面积（㎡）；L为相邻断面之间的距离（m）。
土石方数量计算详见《路基土石方数量计算表》。
4.2路基设计
4.2.1一般路基的压实
路基压实宜采用分层填筑，分层碾压，最大松铺厚度不宜超过30cm。
老路填土应在边坡控制不小于1m内向内倾斜2%-4%的水平台阶。
碾压时，应控制在最佳含水量的±2%以内。
路基的压实度采用重型压实度为准，路基压实度应符合表3.1要求。
为了充分保证路堤边部的压实，设计路堤两侧各加宽40m，加宽填筑部分应与路堤同步施工、分层压实，路基竣工后再休整边坡。
当路堤基底为耕地或土质松散时，应先清除有机土，种植土，平整后进行压实。
表3.1路基压实度
填挖类别
路床顶面以下深度（m）
压实度（%）
二级公路
零填及挖方
0~0.30
—
0.30~0.80
≥95
填方
0~0.80
≥95
0.80~1.50
≥94
>1.50
≥92
第5章路面设计
5.1排水设计
路基路面的排水系统主要有路基排水和路面排水组成的综合排水系统。
（1）路基排水
路基排水的目的是在于确保路基能始终处于干燥、坚实和稳定状态。
为此，应可能将停滞在路基范围内的地表水迅速排除，并防止用地范围内的地面水对路基的侵蚀和冲刷，同时也要降低地下水位，防止地下水危害路基。
因此，路基排水可分为地表排水和地下排水两大类。
地表排水的设施由边沟、截水沟、排水沟、跌水井与急流槽、拦水带、蒸发池等组成。
各类地表排水设施的沟槽顶面应高出设计水位0.1～0.2m。
地表排水设施在本设计中主要由边沟、截水沟，排水沟组成。
边沟主要设置在挖方路基及填土高度低于路基设计要求的临界高度的路堤，主要用来排泄路基用地范围内的地面水，其型式一般采用梯形横断面，内侧边坡为1:
1.5，外侧边坡为1:
0.5，底宽为0.8m，深1m。
截水沟设置在路堑坡顶5m或路堤坡脚2m以外，截水沟的长度以200～500m为宜，超过500m时，可在中间适宜位置增设泄水口，由急流槽或急流管分流排引。
截水沟的位置应尽量与地表水方向垂直，以提高截水效能和缩短沟的长度。
其型式一般采用梯形横断面，内侧边坡为1:
1，外侧边坡为1:
0.5，底宽0.8m，深1m。
排水沟主要用来排泄来自边沟、截水沟或其他水源的水流，以形成整个排水系统。
排水沟的布置必须结合地形等自然条件，平面上立求短捷平顺，以直线为宜，必须转向时，尽量采用
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