道路勘测设计 教案.docx

1、道路勘测设计 教案道路勘测设计教案 任课教师： 上课班级： 课程介绍：主要内容包括绪论、平面设计、纵断面设计、横断面设计、选线定线、新建公路勘测设计步骤、交叉的基础知识等。重点：道路平纵横设计计算引出内容： 绪 论（2课时）一、了解公路的特点 1、公路运输特点； 2、公路工程的特点 二、熟悉公路主要组成部分 路基、路面、桥梁与涵洞、隧道、公路排水系统、防护工程、交通服务设施、交通安全设施等。 三、了解公路的发展我国将用30年的时间，建设形成8.5万公里的国家高速公路网“7918网”： 7条首都放射线、9条南北纵向线、18条东西横向线 充分体现了：“以人为本”、“服务经济”、“建设资金”。四、公

2、路的分级与技术标准（掌握) （一）公路的分级公路工程技术标准（JTG B01-2003）的规定： 根据公路的使用任务、功能和适应的交通量分为五个等级： 1.高速公路 (1)交通量: 各种汽车折合成小客车:年平均日交通量25000辆(20年使用年限) 是指专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的多车道公路。（解释） 四车道：2500055000辆；六车道：4500080000辆；八车道：60000100000辆 (2)具有特别重要的政治、经济意义、干线公路。2.一级公路 (1)交通量:各种汽车折合成小客车:年平均日交通量15000辆(20年使用年限) 是指专供汽车分向、分车道行驶,并可根据需要控

3、制出入的多车道公路。 四车道：1500030000辆；六车道：2500055000辆 (2)连接重要政治.经济中心和通往重要矿区.港口等。 3.二级公路 交通量:各种汽车(摩托车)折合成小客车: 年平均日交通量5000-15000辆(15年使用年限) 是指为供汽车行驶的双车道公路。 4.三级公路 交通量:各种汽车(摩托车)折合成小客车: 年平均日交通量2000-6000辆(15年使用年限) 是指为供汽车行驶的双车道公路。5.四级公路交通量:各种汽车(摩托车)折合成小客车:年平均日交通量2000辆以下(10年使用年限) 供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道公路：2000辆以下 单车道公路：40

4、0辆以下以上五个等级的公路构成我国的交通公路网，以高速公路与一级公路为公路网干线(一般为国道)，二级与三级为公路网的基本路线(一般为省道)，四级为公路网的支线。（二）公路等级的选用1、根据公路网的规划:高速、一级国道二级、三级省道 全局出发.综合考虑三级、四级县.乡道2、交通量各级公路设计交通量的预测：高速公路.具有干线功能的一级公路：20年具有集散功能的一级公路、二级、三级公路：15年四级公路按照需要：10年各级公路设计交通量预测的起算年为该项目可行性研究报告中的计划通车年。3、公路的使用功能、公路网规划、交通量、任务和性质确定。（三）技术标准1、是公路分级的技术具体化；2、反映了公路建设的

5、方针.政策和技术要求；3、是公路设计、修建与养护的依据；4、必须严格遵守公路的技术标准。五、设计依据 1、设计车辆 1）小客车 公路分级的依据。2）载重汽车 作为设计各级公路的几何因素。3）鞍式列车 2.设计速度 1）定义：是指在气候和交通量正常的情况下，汽车行驶只受到公路自身条件（几何要素、路面、附属设施等）影响时，一般驾驶员保持安全和舒适行驶的最大行驶速度。 2）意义是决定公路路线几何线形的基本要素。行车速度: 实际行驶速度,受气候,地形,交通密度及公路本身条件区别 设计速度:指正常气候,交通及公路自身条件一般驾驶员能保证安全和舒适行驶的最大速度 3.交通量 1）定义指在单位时间内(小时,

6、昼夜)通过公路上某一个断面的车辆总数(往、返)。 2）意义它是划分公路分级和确定公路等级的主要依据 3）交通量有各种不同的调查方法: 1.统计法 2.仪器测定4）交通量预测分析：我国采用:（1）年平均日交通量（AADT）：一年内365天交通量观测结果的平均值。单位：辆/日（2）设计交通量：是指修建公路到达交通量预测年的年平均日交通量。确定公路等级的主要依据。计算公式： 单位：辆/日（3）设计小时交通量（DDHV）：是以小时为时段的交通量是确定公路等级、车道数和车道宽度或评价公路运行状态和服务水平的重要依据。取一年中365天的测量得的8760个小时交通量中的第30位小时交通量为设计小时交通量5）

7、交通量换算：交通量折算采用小客车为标准车型。 系数六、设计程序和内容 1、工程可行性研究 2、设计任务书 3、勘测设计阶段 1)一阶段设计: 设计任务书(测设合同)定测编制施工图设计文件(施工图预算)： 作为施工依据。(适用：工程较小,技术不高,时间紧迫) 2)两阶段设计: 规划计划任务书(测设合同)初测编制初步设计文件(设计概算)定测编制施工图设计文件(施工图预算)：作为施工依据。（一般情况采用） 3)三阶段设计: 规划计划任务书(测设合同)初测编制初步设计文件(设计概算) 技术修正测量编制技术修正设计文件(修正概算)定测编制施工图设计文件(施工图预算)： 作为施工依据。 （技术复杂、缺乏经

8、验的建设项目） 平 面 设 计（6课时）一、直线线形指标 1、了解直线的特点 2、直线的线形指标： （1）最大长度：建议考虑（因为长直线的安全性差） （2）最小长度：规范：V60km/h时，同向曲线，L（m）6V（以km/h计），下同；反向曲线L2V；V40km/h时，可参照上述规定执行。规范：在回头曲线之间，前一回头曲线的终点至后一回头曲线起点的距离宜满足规范要求，见教材表格。回头曲线定义：指山区公路为克服高差在同一坡面上回头展线时所采用的曲线。3、适宜采用直线的路段：理解4、采用直线的注意事项：理解二、圆曲线线形指标1、圆曲线的几何要素及计算式（略）复习2、圆曲线半径的计算公式与影响因素根

9、据汽车行驶在曲线上的力的平衡式得到：R= 在指定车速V下，最小决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。1）关于横向力系数横向力系数可近似为单位车重上受到的横向力。 横向力的存在对行车产生不利影响，而且越大越不利2）超高横坡度引入“超高”概念（1）最大超高横坡度（指标表） 考虑汽车在公路上的各种状况特别是兼顾快、慢车的行驶安全等必须满足：（：年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数）（2）最小超高横坡度=（路拱横坡度）3、三种圆曲线最小半径：极限最小半径、一般最小半径和不设超高最小半径。 （指标表）举例说明4、圆曲线半径的选用：1）在地形、地物等条件许可时，优先选用大于或等于不设超高的最小半径。

10、2）一般情况下宜采用极限最小曲线半径的4 8倍或超高为 2% 4%的圆曲线半径；3）当地形条件受限制时，应采用大于或接近一般最小半径的圆曲线半径；4）在自然条件特殊困难或受其他条件严格限制而不得已时，方可采用极限最小半径；5）规范：圆曲线最大半径不宜超过10000m。三、缓和曲线线形指标定义：设置在直线与圆曲线之间或大圆曲线与小圆曲线之间，由较大圆曲线向较小圆曲线过渡的线形，是道路平面线形要素之一。主要特征：曲率均匀变化。 设置缓和曲线的目的和条件（一）设置缓和曲线的条件1、高速、一级、二级、三级公路2、半径小于不设超高最小半径注：四级公路可不设；半径大于等于不设超高最小半径也不设（二）设置缓

11、和曲线的目的1有利于驾驶员操纵方向盘2消除离心力的突变，提高舒适性3完成超高和加宽的过渡4与圆曲线配合得当，增加线形美观 缓和曲线的性质（一）汽车转弯时行驶的理论轨迹方程 与数学中“回旋线”方程一致（二）标准规定：缓和曲线采用回旋线。回旋线的数学定义：其曲率半径随曲线上某一点至该曲线起点之距离成反比。=A2 回旋线参数 A 的确定：R LS = A2 A=缓和曲线最小长度应满足：（1）使汽车平顺地由直线段过渡到到圆曲线段，并对离心力的增长有一定的限制；（2）驾驶员操纵方向盘所需的必要时间以利驾驶员顺适地操纵放向盘；（3）满足道路设置超高与加宽过渡的要求。（4）从视觉上应有平顺感的要求考虑标准规

12、定：按设计速度来确定缓和曲线最小长度，同时考虑了行车时间和附加纵坡的要求。 直角坐标与缓和曲线常数（一）切线角（二）缓和曲线直角坐标（三）缓和曲线常数（四）有缓和曲线的公路平曲线缓和曲线的应用（一）缓和曲线的省略条件（1）四级公路，不设缓和曲线。（2）当圆曲线半径大于或等于 “不设超高最小半径”时，缓和曲线无条件省略。（3）半径不同的圆曲线径相连接处，应设置缓和曲线，但符合下述条件时可以省略不设缓和曲线。小圆半径大于所列“不设超高最小半径”时。小圆半径大于“小圆临界半径”，且符合下列条件之一时：小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线长的回旋线时，其小圆与大圆的内移值之差不超过 0.1m V80 K

13、m/h 时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于1.5。 V80 Km/h 时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于 2 。（二）缓和曲线的运用设置缓和曲线的作用是缓和人体感到的离心加速度的急剧变化，且使驾驶员容易做到匀顺地操纵方向盘，提高视觉的平顺度，保持线形的连续性。在运用回旋线时应注意：1.当R 较大或接近于100m 时，A应取等于R；当 R小于100m时，则取 A 等于或大于R。2.当 R 较大或接近于3000m 时， A 应取等于；当R 大于3000m 时，则取 A 小于中桩坐标计算方法一、测量坐标系统 （一）大地坐标系统在大地坐标系中，地面点在地球表面上的投影位置用大地

14、经度和大地纬度来表示；地面点的大地坐标是根据大地测量数据由大地坐标原点推算而得；我国大地坐标原点位于陕西泾阳县永乐镇境内，在西安市以北约40Km 处。 （二）高斯3平面直角坐标系统我国从1952年开始采用高斯投影系统，以高斯投影的方法建立了高斯直角坐标系统。地面点的高斯平面坐标与大地坐标可以相互转换。高速公路的勘测设计和施工放样都采用高斯平面直角坐标系统进行的。 （三）平面直角坐标系统在测量范围较小、三级和三级以下公路、独立桥梁隧道及其它构造物，可以把该测区的球面当作平面看待进行直接投影，采用平面直角坐标系统。二、中桩坐标计算 （一）计算导线点的坐标 1方位角的确定： tg=方位角 : Ai

15、= （第一象限）Ai =180 （第二象限）Ai =180 + （第三象限）Ai =360 （第四象限）2坐标计算： Xi+1 = Xi + D CosAi Yi+1 = Yi + D SinAi (D：两导线点间的水平距离)（二）计算中桩坐标 .未设缓和曲线的单圆曲线坐标计算（1）圆曲线起、终点坐标计算JDi的坐标为（XJDi、YJDi ），交点前后直线边的方位角分别为Ai -1、Ai，圆曲线的半径为R，平曲线切线长为Ti.,曲线起、终点的坐标可用下式计算： ZY的坐标： XZYi = XJDiTi CosAi -1 YZYi = YJDiTi SinAi -1 YZ的坐标： XYZi =

16、XJdi+ Ti CosAi YYZi = YJdi+ Ti SinAi （2）圆曲线任意点坐标计算ZY QZ段（YZ QZ段）： 局部坐标：X= R Sin()； Y= RR Cos () YZ为坐标原点 统一坐标： X = XZYi - X CosAi -1 Ysin Ai -1 Y = YZYi + X SinAi -1 +Ycos Ai -1 YZ QZ段的各点的坐标：计算YZ为坐标原点圆曲线段内各加桩X、Y 的值，转化为统一坐标为：X= XYZi - X CosAi YSin Ai Y= YYZi - X SinAi +YCos Ai 式中： 路线转向，右转角时=1，左转角时= -1

17、。2. 设缓和曲线的单圆曲线坐标计算（1）曲线起、终点坐标计算 JDi的坐标为（XJDi、YJDi ），交点前后直线边的方位角分别为Ai -1、Ai，圆曲线的半径为R，缓和曲线长度LS，平曲线切线长为THi.,曲线起、终点的坐标可用下式计算：XZHi = XJDiTHi CosAi -1 YZHi = YJDiTHi SinAi -1 XHZi = XJdi+ THi CosAi YHZi = YJdi+ THi SinAi （2）曲线任意点坐标计算ZHQZ段：以曲线起点ZH为坐标原点,切线为X、轴法线为Y轴建立直角坐标系；缓和曲线段 X、Y： X= ； Y=圆曲线段 X、Y： X= R Si

18、n(+) + q ；Y= RR Cos (+ ) + p 转化为统一坐标为： X= XZHi + X CosAi -1 - YSin Ai -1 Y= YZHi + XSinAi -1 +YCos Ai -1 式中： 路线转向，右转，=1；左转，= -1，以下各式同。QZHZ 段的坐标计算：以曲线终点HZ为坐标原点,切线为X、法线为Y建立直角坐标系，计算X、Y，转化为统一坐标为： X= XHZi - XCosAi - YSin Ai Y= YHZi - XSinAi +YCos Ai 3.直线段中桩坐标的计算位于ZH之前或HZ 点之后的直线段可利用 JD 点的坐标或ZH、HZ点的坐标与该点的距

19、离计算出该点的坐标。 平曲线超高与加宽设计一、平曲线设超高与加宽的原因1、平曲线超高：为了抵消汽车在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将路面做成外侧高内侧低的单向横坡的形式。设置原因：单向横坡形式，利用重力向内侧分力抵消一部分离心力，改善汽车行驶条件。设置目的：让汽车在平曲线上行驶时能获得一个向圆曲线内侧的横向分力，用以克服离心力，减少横向力，从而保证汽车弯道能安全、稳定、满足速度、舒适地通过圆曲线。 设置条件：R小于不设超高的最小半径2、平曲线加宽：汽车在曲线上行驶时需要比在直线上行车更宽的路面以利安全，这种适当拓宽的路面形式即称为平曲线加宽。圆曲线上的全加宽值：汽车进入圆曲线后，其行驶的车轮

20、转角保持不变时，其圆曲线起点至圆曲线终点的路面加宽值也保持一个定值，这个定值称为圆曲线上的全加宽值。 设置条件：R小于等于250m,内侧设加宽二、圆曲线全超高与全加宽取值1、圆曲线全超高横坡度：应按公路等级、计算行车速度、圆曲线半径、路面类型、自然条件和车辆组成等情况确定。超高横坡度值的计算：由 得 应用：直接查表2、确定全加宽值的因素：会车时两辆汽车之间的距离；汽车与路面边缘之间的间距；圆曲线的半径、车型、行车速度。应用：直接查表注意：1）三类加宽的应用：四级公路和山岭重丘区的三级公路用第一类加宽，其余各级公路用第三类加宽值；对于不经常通行集装箱运输半挂车的公路，用第二类加宽值；3）路面加宽

21、时路基一般也同时加宽；4）由三条以上车道构成的行车道，其加宽值应另行计算。5）四级公路路基采用6.5m 以上宽度时，当路面加宽后剩余的路肩宽度不小于0.5m 时则路基可不予加宽；6）小于0.5m 时则应加宽路基以保证路肩宽度不小于0.5m 。三、超高缓和段设计及超高值计算 （一）超高缓和段设置原因： 可以完成从直线双向横坡逐渐过渡到圆曲线上的单向超高横坡，使汽车顺势地从直线驶入圆曲线。（二）超高缓和段形式1无中间分隔带公路的超高过渡（1）超高横坡度等于路拱坡度时，将外侧车道绕中线旋转，直至路拱坡度值。（2）超高横坡度大于路拱坡度时，可分别采用以下三种方式： a.绕内边缘线旋转；b.绕中线旋转；

22、c.绕外边缘线旋转 无中间分隔带公路的超高过渡应用：一般新建公路多用绕内边缘线旋转方式；旧路改建工程多用绕中心线旋转方式；绕外侧边缘线旋转是一种比较特殊的设计，仅用于某些为改善路容的地点。2有中间分隔带公路的超高过渡（1）绕中央分隔带的中心线旋转（2）绕中央分隔带两侧边缘线旋转（3）绕各自行车道中线旋转应用：三种超高过渡方式各有优缺点，中间带宽度较窄时可采用绕中央分隔带的中心线旋转；各种中间带宽度的都可以采用绕中央分隔带的两侧边缘旋转；对于车道数大于4条的公路可采用绕各自行车道中心线旋转。 （三）超高缓和段长度双车道公路超高缓和段长度按下式计算： （四）横断面超高值计算解释超高值的概念：强调路

23、基设计标高的位置（画图说明）计算公式见教材表格强调设计标高位置及每个符号含义四、加宽缓和段设计与加宽值的计算 （一）加宽缓和段设置原因为了使路面由直线段正常宽度断面过渡到圆曲线段全加宽断面。(二)加宽缓和段形式1.直线比例过渡对于二、三、四级公路，采用在加宽缓和段全长范围内按其长度成正比例增加的方法,即： 2.高次抛物线过渡对于高等级公路，采用高次抛物线过渡形式,即： （三）加宽缓和段长度1对于设有缓和曲线的平曲线，加宽缓和段长=缓和曲线长。2对于不设缓和曲线的平曲线，但设有超高缓和段的平曲线，加宽缓和段长=超高缓和段长。3对于不设缓和曲线的平曲线，又不设置超高缓和段的平曲线时，其加宽和段长度

24、应按渐变率为1：15 且长度不小于10 m 的要求设置。 行车视距的保证一、视距的概念1行车视距的概念为了行车安全，驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的一段路程，一旦发现前方路面上有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免相撞，这一必需的最短距离称为行车视距。2公路上容易发生视距不足的地方道路平面上的暗弯（处于挖方路段的曲线和内侧有障碍物的曲线）；纵断面上的凸形竖曲线；下穿式立体交叉的凹形竖曲线上。 3视距的类型驾驶员发现障碍物或迎面来车，根据其采取措施的不同，行车视距可分为以下几种类型：（1）停车视距（2）会车视距（3）错车视距（4）超车视距二视距计算1“目高”和“物高”的确定“目高”：以车体

25、较低的小客车为标准，采用1.2m。“物高”考虑道路上可能出现的各种障碍物，规定物高为0.10m。2停车视距的计算停车视距可分解为反应距离和制动距离两部分来研究，并考虑必要的安全距离。3超车视距的计算理想的超车视距全程可分为四个阶段：1）加速行驶距离S1 2）超车汽车在对向车道上行驶的距离S23）超车完了时，超车汽车与对向汽车之间的安全距离S3。4）超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离S4 但距离较长，在地形比较复杂的地点很难实现。 最小必要超车视距三、行车视距的保证1视距曲线从汽车行驶轨迹线上的不同位置（教材图中的1、2、3、各点）引出一系列视线（图中的1-1、1-2、3-3），它

26、们的弧长都等于视距S，与这些线相切的曲线（包络线）称为视距曲线。2视距台在视距曲线与轨迹线之间的空间范围，是应保证通视的区域，在这个区域内如有障碍物则要予以清除。如果是因挖方边坡防碍了视线，则应按所需净距绘制包络线（或称“视距曲线”）开挖视距台。3横净距的概念在弯道各点的横断面上，汽车轨迹线与视距曲线之间的距离叫横净距，用表示。4横净距的计算（1）按公式计算之h值，与弯道内侧的障碍物与行车线之间的距离h0加以比较，则可知道该弯道是否能保证视距并进而确定清除范围，但h是曲线上须清除的最大横净距。（2）对于需要清除的是贵重建筑物或岩石边坡，则可用图解法或解析法求出弯道上不同断面的清除界线，并要增绘

27、一些横断面以作为计算土石方和施工时的根据。四、各级公路对视距的要求（1）标准规定：各级公路都应保证停车视距。（2）二、三、四级公路的视距不得小于停车视距的两倍，对向行驶的双车道公路要求有一定比例的路段保证超车视距。（3）交通量不大的低等级公路上，对不能保证会车视距的路段，也可采取其它的措施以防止碰车事故的发生。如：在路中心划线或设置高出路面的明显标志带，强调“各行其道”、“靠右行”、“转弯鸣号”等。平面线形设计及成果编制一、平面线形要素的组合类型基本形、S形、卵形、凸形、C形和复合形等六种。1基本形（重点）直线回旋线（）圆曲线回旋线（）直线的顺序组合而成；当=时，叫对称基本形；当时，叫非对称基

28、本形，2.0；三段长度比，即回旋线：圆曲线：回旋线接近1:1:1为宜2S形（重点）两个反向圆曲线用两段反向回旋线连接的组合形式。S形相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等。达不到时，与之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。当时，与之比应小于1.5。S形的两个反向回旋线以径相连接为宜。当受地形或其它条件限制而不得不插入短直线或两圆曲线的回旋线相互重合时，其短直线的长度应符合： （m）两圆曲线半径之比也不宜过大，以2为宜。3卵形两同向的平曲线，按直线缓和曲线（）圆曲线（）缓和曲线（A）圆曲线（）缓和曲线（）直线的顺序组合而成的线形 大圆能完全包住小圆而且不是同心圆。卵形曲线用一个回旋线连接两个圆

29、曲线，其公用缓和曲线的参数A最好在/2A范围内（为小圆半径）；圆曲线半径之比以满足/=0.20.8为宜；两圆曲线的间距，以D/R2=0.0030.03为宜，（D为两圆曲线间的最小间距）。4凸形 两段同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接的组合形式（圆曲线长度为零）。只有在路线严格受地形、地物限制处方可采用凸形。凸形的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线最小半径的规定。连接点附近最小0.3V的长度范围内，应保持以连接点的曲率半径确定的横坡度。5复合形将两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。相邻两个回旋线参数之比以小于1：1.5为宜。受地形条件限制，或互通式立体交叉的匝道设计中可采用。6C形两同向回旋线在曲率为零处径相连接（即连接处曲率为0，半径为）的组合线形。仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时方可采用。二、平面设计成果的编制1、平面设计图（图中信息）2、直线曲线及转角一览表（表中数据间的关系及填表顺序）3、逐桩坐标表（方向角的含义）纵断面设计（4课时）概