第一篇第四章断面设计

1、第一篇第四章断面设计第一页，共49页。教学要求 通过本章学习，学生应能达到： 1知道公路横断面的组成及各组成部分的功能和尺寸； 2描述横断面设计的原则、方法与步骤； 3会进行路基土石方数量的计算与调配、相关表格的填写，完成横断面设计成果。第二页，共49页。第一节 公路横断面的组成 公路中线的法线方向剖面图称为公路横断面图,它是由横断面设计线与横断面地面线所围成的图形。在横断面上的内容包括:行车道、中间带、路肩、边坡、边沟、截水沟、护坡道以及专门设计的取土坑、弃土堆、环境保护等设施,各部分的位置、名称如图1-0-4-1所示。 横断面设计主要内容是确定横断面的形式，各组成部分的位置和尺寸以及路基土

2、石方的计算和调配。第三页，共49页。一、路基标准横断面 高速公路和一级公路的路基横断面分为整体式和分离式两类。二、三、四级公路采用整体式断面，不设中间带，它的组成包括行车道、路肩、错车道等。如图1-0-4-2所示。 第四页，共49页。 1车道数及车道宽度 在公路上提供每一纵列车辆安全行驶的路面，称为一个车道。公路的车道数主要根据设计通行能力来确定。 标准根据公路等级和设计速度将车道数分为单车道、双车道、四车道、六车道和八车道。 各级公路的车道宽度见表1-0-4-1。车道宽度表 1-0-4-1第五页，共49页。 2.路面宽度 路面宽度应是在保证设计速度及道路通行能力的情况下，安全行车所必需的宽度

3、。 路面宽度取决于设计车辆的横向几何尺寸、行驶速度以及车辆间或车辆与路肩之间的安全距离。单车道的路面最小宽度为3.5m，最大宽度为3.75m；一条双车道的最小宽度为6.0m，最大宽度为7.5m。 一般来说，路面宽度=车道数车道宽度。第六页，共49页。4.路肩宽度路肩设于行车道外缘至路基边缘之间，是具有一定宽度的带状结构物，其功能为供行人通行，临时停放故障车辆，并作为路面的横向支承及侧向余宽的组成部分。按路肩上铺筑的材料性质可分为硬路肩和土路肩。 路肩宽度 表1-0-4-2第七页，共49页。 5.中间带 高速公路及一级公路用于分隔对向车辆的路幅组成部分，通常设于车道中间。中间带设在两个不同行驶方

4、向车道之间，由两条左侧路缘带及中央分隔带组成。如表1-0-4-4及下图所示。第八页，共49页。 6.路基宽度 路面宽度(b) =一条车道宽度 车道数 (n) 路基宽度(B)=路面宽度(b)+2路肩宽度(a)。 当设有中间带、紧急停车带、爬坡车道、变速车道、错车道时，应包括在路基宽度内。如表1-0-4-5所示。 当四级公路路基宽度采用4.5m时，路面只能设一个车道，此时应在可通视的一定距离内，供车辆交错避让用的一段加宽车道，即：错车道。 图1-0-4-3 错车道第九页，共49页。 7.加减速车道 在高速公路、一级公路的互通式立体交叉、服务区、停车区、公共汽车停靠站、管理与养护设施等与主线相衔接处

5、，供车辆驶入(离)高速车流之前(后)加速(减速)用的车道。加(减)速车道宽度应为3.50m。长度可经计算确定。 8紧急停车带 紧急停车带是车辆发生故障时紧急停车的区域。当硬路肩的宽度足以停车时就无须设置紧急停车的区域。高速公路、一级公路的右侧硬路肩宽度小于2.50m时，应设紧急停车带。紧急停车带的间距不宜大于2 km，紧急停车带的宽度一般为5.00m，有效长度一般为50m，并设置100m和150m左右的过渡段。第十页，共49页。 9路拱及路肩横坡度 常用路拱的基本形式有抛物线形、直线形和折线形三种。在设计时，路拱及路肩横坡度应根据车行道宽度、路面结构类型、排水和当地的自然条件等要求按表1-4-

6、6选择，但不应小于1.5 %。路拱横坡 表1-0-4-6注：路肩横坡度一般比路拱横坡度大1%2%。第十一页，共49页。二、公路建筑限界 为保证车辆、行人通行的安全，公路上一定宽度和一定高度范围内不允许有任何障碍物，这个空间限界称为公路建筑限界。如图图1-0-4-5 建筑限界（尺寸单位：m）第十二页，共49页。 三、公路用地范围 公路用地是为修建、养护公路及其设置沿线设施，依照国家规定所征用的地幅。它包括公路直接用地和公路辅助用地。在此范围内，不得修建非路用建筑物，如开挖渠道、埋设管道、电缆、电杆及其他设施；各种管线设施如与公路交叉或接近时，应符合规范中公路与管线交叉有关条文的规定。第十三页，共

7、49页。 1）公路直接用地 （1） 路堤：公路用地为两侧排水沟外边缘（无排水沟时为路堤或护道坡脚）外不小于1m的范围。 （2） 路堑：公路用地为边坡坡顶截水沟外边缘（无截水沟时为坡顶）以外不小于1m的范围。 （3）公路用地范围的变化范围：对于高速公路，一级公路，在有条件的情况下，上述“1m范围”改为“不小于3m”；二级公路则改为“不小于2m”。 2）公路辅助用地 为了公路安全、养护、管理等需要的用地范围，如安装防砂或防雪栅栏，公路沿线路用房屋、料场、苗圃、停车场等，应在节约用地的原则下，根据实际需要确定。第十四页，共49页。第二节 路基横断面设计一、横断面设计的基本要求 1稳定性：在荷载、自然

8、因素的共同作用下，不倾覆、滑动、沉陷、坍方。 2经济性：工程量小，节约资金。 3规范性：断面的某些尺寸（如路基宽）必须符合公路规范和设计标准的要求。 4兼顾性：要兼顾农田基本建设的需要，在取土和弃土以及挡土墙设置等方面应与农田改造、水利灌溉相配合。第十五页，共49页。二、路基横断面设计方法与步骤 横断面设计俗称“戴帽子”，在平面设计、纵断面设计完成后进行，其方法与步骤如下： 1逐桩绘制横断面地面线（一般在现场与外业同时进行），各桩号在图纸上从左到右，从下到上的顺序排列，比例一般为1：200。 2逐桩标注相应中桩的填（T）或挖（W）高度、路基宽度（B）、超高（hc）和加宽(Bj)的数值。 3根据

9、地质调查资料，确定各断面边坡坡度和边沟形状、尺寸。第十六页，共49页。 4用三角板逐桩按绘出路基横断面设计线。通常 用路基左右宽度绘出路面、路肩的横坡线，然后再按边坡坡度绘出边坡线，与地面线相交得坡脚点（路堤）或坡顶点（路堑）。 5有超高时，应按旋转方式绘出有超高横坡度的路肩边缘连线；有加宽时，按加宽后的路基宽度绘出左右路肩边缘的连线；两者都存在时，按上述方法同时考虑超高、加宽绘出横断面设计线。 6根据需要绘制护坡道、边沟、取土坑、截水沟、挡土墙等横断面设计内容。 第十七页，共49页。 7分别计算各桩号断面的填方面积（AT）和挖方面积（Aw）并标注于图上。 在以上横断面设计时，要在横断面图上按

10、比例绘出了边沟、护脚、挡土墙等设施，但一般不标注详细尺寸。此外，近年来一般可应用计算机辅助设计（CAD）进行路线设计。 第十八页，共49页。第三节 路基土石方计算与调配 土石方计算与调配的主要任务是计算每公里路段的土石数量和全线总土石方工程数量，设计挖方的利用和填方的来源及运距，为编制工程预（概）算、确定合理的施工方案以及计量支付提供依据。 在公路设计中，土石方的计算通常采用近似方法，一般情况下，横断面的面积以m2为单位，取小数后一位；土石方的体积以m3为单位，取至整数。第十九页，共49页。一、横断面面积计算 路基填挖的断面积是指断面图中地面线与路基设计线所围成的面积，一般常用的计算方法如下。

11、 1积距法 积距法的原理是：按单位宽度b，把断面积切割成若干梯形与三角形条块，则每一小块面积为其平均高度h与b的乘积，即 A=A1+ A2+ An = bh1 +bh2+bhn =b 第二十页，共49页。 2坐标法 如图，由解析几何公式很容易推出面积计算公式如下： A= （1-0-4-2） 式中：x、y分别为设计线和地面线围成面积的各折点的坐标（m）。图1-0-4-7 坐标法计算示意图第二十一页，共49页。 3几何图形法 当横断面的地面线较规则且横断面面积较大，可将路基横断面分为几个规则的几何图形，分别计算各图形面积后相加得到总面积。 4混合法 在一个较大的横断面中，几何图形法和积距法共用，以

12、加快计算速度。第二十二页，共49页。在横断面面积计算中应注意以下几个问题： （1）填方和挖方的面积应分别计算。 （2）填方或挖方中的土石也应分别计算，因为其工程造价不同。 （3）有些情况下横断面上的某一部分面积可能既是挖方面积，又要算作填方面积，例如，遇淤泥既要挖除，又要回填其他材料。 （4）横断面的面积以m2为单位，取小数后一位。 第二十三页，共49页。二、填挖方体积计算 路基土石方计算工作量较大，加之路基填挖变化的不规则性，为简化计算，一般采用平均断面法计算填挖方体积。其体积为：V= 计算土石方体积时，挖方和填方应分别进行计算；土石方的体积以m3为单位，取至整数。 图1-0-4-8 土石方

13、数量计算示意图第二十四页，共49页。三、路基土石方的调配 调配的意义：在路基的施工过程中，就某一小段的土石方而言，会发生三种情况。 一是本小段有填有挖：当本小段利用（本桩利用）了挖方后还不够，需要借土（填缺）；当本桩利用了本小段的挖方后还有多余，需要调走（挖余）。 二是本小段为全挖没有填方，需要调走（挖余）。 三是本小段为全填没有挖方，需要借土（填缺）。第二十五页，共49页。 针对这些情况，“挖余”有两种处理方法：调至其它断面利用或弃土废方。“填缺”也有两种解决办法：从其它断面调土或从路外借土。土方调配就是要解决这些问题。 通过土石调配，合理地解决各路段土石方平衡与利用问题，达到填方有所“取”

14、，挖方有所“用”，避免不必要的路外借土和弃土，尽量减少占用耕地和降低工程造价。 第二十六页，共49页。 调配原则 （1）先横向后纵向，填方首先考虑本桩利用，以减少借方和调运方数量。 （2）综合考虑不同的施工方法、运输条件、地形情况等因素，采用合理的经济用距。 （3）保护生态环境，避免或防止由于取土或弃土导致水土流失、河道堵塞、塌方等生态环境的恶化，要把保护生态环境放在重要的位置。第二十七页，共49页。 （4）土和石应分别调配。不同性质的土石应分别调配，以便分层填筑，分别计价。 （5）考虑到施工的因素，土石方一般不跨深沟或上坡调运；借土、废方要考虑借土还田，整地造田，排灌养殖，使公路建设和其它相

15、关方面形成良性循环。第二十八页，共49页。 调配计算中的几个问题 （1）免费运距 根据公路工程概算定额和预算定额，土方作业包括挖、装、运、卸等工序，这里的“运”是指在规定的距离范围内，只按土石方数计价，计价中包括了挖、装、运、卸的所有工作，而不再计算运费，这个不再计算运费所规定的距离就是免费运距。施工方法不同，免费运距也不同。 各种作业方法的免费运距可以在公路工程概算定额和公路工程预算定额中查到。第二十九页，共49页。 （2）经济运距 填方用土来源，一是路上纵向调土，二是路外就近借土。一般情况下，调运路堑挖方来填筑距离较近的路堤是比较经济的，但如果调运距离过长，以至运价超过了在填方附近借土所需

16、费用时，这种以挖作填就不如在附近借土经济，因此，采用“调”还是“借”，有个限度距离，这个限度距离称为“经济运距”，可按下式计算：L经=B/T+L免 （1-0-4-5） 第三十页，共49页。 (3)平均运距 调土一般是分段进行的,从挖方段体积重心到填方段体积重心之间的距离，称为平均运距。判断调土是免费运距还是经济运距，只需和平均运距比较即可。 为了简化计算，通常用挖方段的中心到填方段的中心，来表示平均运距。在纵向调运中，当其平均运距超过免费运距时，应按其超运运距计算土石方运量。 第三十一页，共49页。 （）运量 调配土石方的数量与调运距离的乘积称为运量。在这里调运距离是指超运运距，而不包括免费运

17、距，而且运距在计价中是按“级”来计算的，所以运量为： （1-0-4-6） 式中： 运量，m3； 调配土石方数量，m3； 平均超运距单位，m；第三十二页，共49页。 （5）计价土石方数量 在土石方计算与调配中，所有挖方均应计价，但填方则应按土的来源决定是否计价，如果是路外借土就应计价，如果是移“挖”作“填”的纵向调配利用方，则不应在计价，否则形成双重计价（即路堑挖方和路堤填方两次计价）。计价土石方数量为： V计=V挖+V借 （1-0-4-7） 式中 V计计价土石方数量，m3 ； V挖挖方数量，m3； V借借方数量，m3。第三十三页，共49页。 3.调配方法 路基土石方数量计算表调配法是土石方调配

18、常用的方法之一，它具有简捷、方便、清晰、精度符合要求的特点，如表1-0-4-6所示。调配的方法与步骤如下： （1）填表计算：在完成了路基土石方数量计算并复核无误后，计算并填写路基土石方计算表中的“本桩利用”、“填缺”、“挖余”各栏，其闭合式为：填方本桩利用填缺挖方本桩利用挖余第三十四页，共49页。 （2）分析判断：根据“填缺”、“挖余”的分布情况，分析调土的方向和大致的数量，然后按施工方法、运输方式，选定经济运距，并以此综合其它因素确定最大调运距离，确定调配方向和数量。 经纵向调运后如有填方不足，应考虑借方，本桩利用后又未调运的挖方按废方计。第三十五页，共49页。 （3）表格填写：在分析的基础

19、上进行计算，并把结果填入相应栏中。在“远运利用纵向调配示意”栏内，用箭线表示调配方向，并标注调运土石方数量及超运运距的级数（一级记为，二级记为，以此类推），在“借方数量及运距”和“废方数量及运距”栏内分别填入本桩路外借土的数量和本桩的废方，分母填入相应的级数。 最后计算总运量。总运量是本桩废方、借方、调运数量与级数乘积的总和。第三十六页，共49页。 （4）复核：调配完成后按下式分页核算 填缺远运利用借方 挖余远运利用废方 每公里核算： （跨公里调入方）挖方借方 （跨公里调 出方）填方废方 每公里土石方数量计算与调配完成后，填写路基每公里土石方数量表，并进行全线总计和复核。 第三十七页，共49页

20、。第四节 横断面设计成果 横断面设计成果主要是路基土石方数量计算表和横断面图。一、路基横断面设计图 比例尺一般用1：200，每页图纸的右上角应标明横断面图的总页数和本页图纸的编码数，在横断面图上要标注桩号、填（挖）高度、填（挖）面积、边坡坡度，在有超高、加宽的断面还要标明其相应数值。第三十八页，共49页。图1-0-4-9 路基标准横断面图第三十九页，共49页。图1-0-4-10 路基横断面设计图第四十页，共49页。二、路基设计表路基设计表是公路路线设计文件中的主要技术文件之一，它是综合路线平、纵、横设计资料汇编而成。 在表中列有平面线形及纵断面线形资料，如中桩桩号、平曲线情况、竖曲线情况、中桩

21、地面标高、设计标高、施工高度路基宽度、路拱坡度、小半径弯道上的超高及加宽等。 路基设计表包括平、纵两种设计图纸，它在施工现场使用极为方便，但不如平、纵面图直观。某公路路基设计表如表1-0-4-7所示。第四十一页，共49页。第四十二页，共49页。三、路基土石方数量计算表 路基土石方数量计算和调配是计算工程数量的主要环节，它直接影响工程数量正确与否，因此，在填表和计算中要注意每一栏的相互关系，做到填表、计算、复核三个环节统一。以保证数据的准确性。见表1-0-4-8。第四十三页，共49页。第四十四页，共49页。本 章 小 结（1）公路中线的法线方向剖面图称为公路横断面图。它是由横断面设计线与横断面地面线所围成的图形。其内容主要包括行车道、路肩、分隔带、加（减）速车道、爬坡车道、边沟、边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等设施。本章主要的学习内容是：确定横断面的形式,各组成部分的位置和尺寸以及路基土石方的填挖面积、路基土石方数量计算和调配。（2）公路用地是指为修建、养护公路及其沿线设施而依照国家规定所征用的地幅。公路用地的征