路线横断面设计实例及土石方调配

路线横断面设计实例及土石方调配路线横断面设计路基设计1.1路基宽度的确定路基宽度是指公路路幅顶面的宽度，即两路肩外缘之间的宽度，公路路基宽度为行车到与路肩宽度之和。根据规范，二级公路采用单幅路形式，行车道宽 2×3.5m，硬路肩宽度：2×0.25m，土路肩宽度：2×0.5m。路基宽：7+1.5=8.5m。布置如下图 5-1所示： 路基宽度（8.5）路肩（0.75）行车道（3.50）行车道（3.50）土路肩0.5硬路肩0.25硬路肩0.25土路肩0.5图5-1路基设计标准横断面图1.2路拱坡度路拱是为了利于路面横向排水，将路面做成由中央向两侧倾斜的拱形。路拱坡度需要考虑路面类型和当地的自然条件。查《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)，沥青路面横坡宜取 1.0～2.0%。高速公路、一级公路路基采用双向路拱，中等强度降雨地区采用 2％坡度，降雨强度较大地区可适当加大；二、三、四级公路路基采用双向路拱，采用不小于 1.5％坡度；硬路肩的横坡应与行车道横坡一致。考虑到该地区降雨量，路面排水状况和施工行车安全舒适，本设计拟采用2.0%的路拱横坡。公路的硬路肩，采用与行车道相同的横坡。 土路肩的横坡采用 3%，路拱形式拟采用直线形式。1.3边坡坡度路堤的边坡坡度，应根据填料的物理力学性质、气候条件、边坡高度以及基底的工程地质与水文地质条件进行合理的选定。拟建公路地处地势崎岖的山岭地区，根据沿线的工程地质及水文状况，本设计采用的路堤边坡为：边坡高度小于8m采用1:1.5；边坡高度大于8m的，距地面8m以上采用1:1.5，距地面8m以下采用1:1.75并在该处修建1m的碎落台。路堑边坡的稳定性主要与当地的地质地貌、水文条件和排水条件有关。为了防止边坡不稳定而发生塌方等病害，在设计之前，首先用对山坡的自然稳定性做正确的判断。本设计采用的路堑边坡为： 1:0.5，当路堑高度小于10m时，在该处修建1m的碎落台，从而增加边坡的稳定性减少坡面冲刷，起到一定的拦挡上边坡剥落下坠的小石（土）块，平台表面也作浆砌片石防护。1.4边沟坡度边沟是路基两侧布置的纵向排水沟。设置于挖方和低填路段，路面和边坡水汇集到边沟后，通过跌水井或急流槽引到桥涵进出口处或通过排水沟引到路堤坡脚以外，排出路基。设计路线的边沟的断面形式依据《公路路线设计规范》（ JTGD20—2006）采用梯形。边沟底宽与深度设置为 0.6m，内侧边坡设计为 1：1。超高设计为迅速排除路面水，一般把公路路面修筑成具有一定横向坡度的路拱形式，将外侧车道升高，构成与内侧车道倾斜方向相同具有一定横向坡度的单坡横断面，这样的设置称为超高，其单坡横断面的横方向坡度叫做超高横坡度，简称超高度 ih。2.1超高横坡度v2?? （5-1）超高度的计算公式： ih=127R式中：ih—超高横坡度； ?—横向力系数； v—行车速度（km/h）； R—圆曲线半径（

m）。设计速度为

60km/h

时，?与

R

的关系式为：?=2395.10497.8030??0.039142RR

（5-2）速度

v是根据路况和环境变化实际采用的行驶速度。

计算

ih

时，速度应采用实际行驶速度，约为设计速度的 70%~90%，高速路取低值，低速路取高值。将由式（5-2）计算出的μ值代入式（5-1）中计算，当计算出的超高度小于路拱横坡 iG时，取ih?iG；当计算出的超高值大于 ihmax时，取ih?ihmax《公路路线设计规范》（ JTGD20-2006）规定：超高横坡度按计算行车速度、半径大小，结合路面类型、自然条件和车厢组成情况确定。高速公路、一级公路的最大超高为 8%～10%，其他各级公路不超过 8%。当设计时速60Km/h，路线设计中平曲线的半径 R<1500m时，必须设置超高段。设计中 JD1、JD2、JD3处半径均小于 1500m，所以均要设置超高。本设计为山岭区二级公路，查《规范》知，对于 JD1、JD2，圆曲线半径530?R?780，超高横坡度 ih=3%；对于JD3，圆曲线半径 390?R?530，超高横坡度 ih=4%。2.2超高缓和段从直线上的路拱双坡断面到圆曲线上具有超高横坡度的单坡断面，由一个逐渐变化的过渡路段，这一逐渐变化的过渡路段称为超高缓和段，一般公路的超高缓和段原则上利用缓和曲线段。（1）超高过渡方式绕内边缘旋转过度方式因行车道内侧不降低，利于路基纵向排水，一般新建公路多用此法。因此本设计的超高横坡的过渡方式采用绕内边缘旋转，先将外侧车道绕路中线旋转，当达到与内侧车道同样的单向横坡度后，整个断面绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至超高横坡度。如图 5-2：图5-2绕内边线旋转的超高过度方式（2）超高过渡段长度为了行车的舒适性和排水的需求，对超高过渡段必须加以控制，双车道公路最小超高过渡段长度按下式进行计算：LC?LcB??ip （5-3）式中：—最小超高过渡长度（m）；B'—旋转轴至行车道（设路缘带为路缘带）外侧边缘的宽度（m），'当绕内边线旋转时， B?B，B为行车道宽度；??i ?i—超高坡度与路拱坡度代数差（ %），当绕内边线旋转时，ih；ih为超高值；p—超高渐变率，即旋转轴与行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘线之间相对坡度，其最大值查表可得所示，取 1/125。确定缓和段长度 Lc时应考虑一下几点：①一般情况下，取 Lc=Ls(缓和曲线长度），即超高过渡段在缓和曲线全长范围内进行。②若Ls＞Lc，但只要横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时， 超高渐变率P≥1/330,仍取Lc=Ls。本设计的超高缓和段均与缓和曲线长度相等， JD1的前后超高缓和段均为70m；JD2的前超高缓和段为 90m，后超高缓和段为 80m；JD3的前超高缓和段为 70m，后超高缓和段为 80m。2.3超高值的计算绕内边缘旋转的超高值计算公式表如下：表5-1绕内边线旋转超高值计算公式图5-3绕内边线旋转超高过渡方式图在表5-1，图5-3中:B—路面宽度；bJ—路肩宽度；iG—路拱横坡度；iJ—路肩坡度；ih—超高横坡度；Lc—超高过渡段长度（或缓和曲线长度）；l0—路肩横坡度由 iJ变为iG所需的距离，一般可取1.0m；xo—与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离； x—超高缓和段中任一点至起点的距离； hc—路肩外缘最大抬高值； ?—路中线最大抬高值； hc??—路基内缘最大降低值； hchcx—x距离处路基外缘抬高值； ?—x距离处路中线抬高值； hcx??—x距离处路基内缘降低值； hcxb—圆曲线加宽值； bx—x距离处路基加宽值。以上长度单位均为 m。现将超高值计算指标汇总如下：计算全超高段（从HY—QZ—YH）的全超高值JD1处：?0.03=0.225m外缘hc=bJiJ?(bJ?B)ih=0.75?0.03+（0.75+7）中线hc'=bJiJ?B7ih=0.75?0.03+?0.03=0.1275m220.75?0）?0.03=0内缘hc''=bJiJ?(bJ?b)ih=0.75?0.03?JD2处：?0.03=0.225m外缘hc=bJiJ?(bJ?B)ih=0.75?0.03+（0.75+7）中线hc'=bJiJ?B7ih=0.75?0.03+?0.03=0.1275m220.75?0）?0.03=0内缘hc''=bJiJ?(bJ?b)ih=0.75?0.03?JD3处：?0.04=0.3325m外缘hc=bJiJ?(bJ?B)ih=0.75?0.03+（0.75+7）中线hc'=bJiJ?B7ih=0.75?0.03+?0.04=0.1625m220.75?0）?0.04=-0.0075m内缘hc''=bJiJ?(bJ?b)ih=0.75?0.03?超高过渡段（ZH—HY及YH—HZ）内各桩点左、中、右超高值计算对JD1：x0?iG0.02Lc=?70=46.67mih0.031）计算ZH点K0+247.303和HZ点K0+745.640的超高值x?0?x0?46.67mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc0=0.0075m70=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）]?hcx'=bJiJ?B7iG=0.75?0.03+?0.02=0.0925m22hcx''=bJiJ?(bJ?bx)iG=0.75?0.03?（0.75?0）?0.02=0.0075m2）计算K0+277.303和K0+715.640的超高值x?277.303-247.303=745.640-715.640=30?x0?46.67mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc30=0.1136m70=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.03]?hcx'=bJiJ?B7iG=0.75?0.03+?0.02=0.0925m22hcx''=bJiJ?(bJ?bx)iG=0.75?0.03?（0.75?0）?0.02=0.0075m3）计算K0+307.303和K0+685.640的超高值x?307.303?247.303?745.640?658.640=60?x0?46.67mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc60=0.2196m70=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.03]?hcx'=bJiJ?Bx760?ih=0.75?0.03+??0.03=0.1125m2Lc270x60ih=0.75?0.03?（0.75?0）??0.03=0.0032mLc70hcx''=bJiJ?(bJ?bx)对JD2：Lc=90m因前后的缓和曲线长度不相等，在此仅对前缓和曲线中的桩做计算。x0?iG0.02Lc=?90=60mih0.031）计算ZH点K1+136.240的超高值x?0?x0?60mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc0=0.0075m90=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.03]?hcx'=bJiJ?B7iG=0.75?0.03+?0.02=0.0925m22hcx''=bJiJ?(bJ?bx)iG=0.75?0.03?（0.75?0）?0.02=0.0075m2）计算K1+176.240的超高值x?1176.240-1136.240=40?x0?60mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc40=0.1175m90=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.03]?hcx'=bJiJ?B7iG=0.75?0.03+?0.02=0.0925m22hcx''=bJiJ?(bJ?bx)iG=0.75?0.03?（0.75?0）?0.02=0.0075m3）计算K1+216.240的超高值x?1216.240-1136.240=80?x0?60mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc80=0.2275m90=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.03]?hcx'=bJiJ?Bx780?ih=0.75?0.03+??0.03=0.1158m2Lc290x80ih=0.75?0.03?（0.75?0）??0.03=0.0025mLc90hcx''=bJiJ?(bJ?bx)对JD3：Lc=70m因前后的缓和曲线长度不相等，在此仅对前缓和曲线中的桩做计算。x0?iG0.02Lc=?70=46.67mih0.031）计算ZH点K1+1682.334的超高值x?0?x0?46.67mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc0=0.0075m70=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.04]?hcx'=bJiJ?B7iG=0.75?0.03+?0.02=0.0925m22hcx''=bJiJ?(bJ?bx)iG=0.75?0.03?（0.75?0）?0.02=0.0075m2）计算K1+712.334的超高值x?1712.334-1682.334=30?x0?46.67mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc30=0.1468m70=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.04]?hcx'=bJiJ?B7iG=0.75?0.03+?0.02=0.0925m22hcx''=bJiJ?(bJ?bx)iG=0.75?0.03?（0.75?0）?0.02=0.0075m3）计算K1+742.334的超高值x?1742.334-1682.334=60?x0?46.67mhcx=bJ(iJ?iG)?[bJiG?(bJ?B)ih]xLc60=0.2861m70=0.75?(0.03?0.02)+[0.75?0.02?(0.75+7）?0.04]?hcx'=bJiJ?Bx760?ih=0.75?0.03+??0.04=0.1425m2Lc270x60ih=0.75?0.03?（0.75?0）??0.04=-0.0032mLc70hcx''=bJiJ?(bJ?bx)各桩详细超高值见表 5-3：续表5-3续表5-3土石方计算与调配3.1土石方计算首先是根据横断面图计算横断面面积然后计算体积，即获得土石方数量，填入土石方计算表。当地面不规则时，常采用的方法有积距法和几何图形法。本设计采用积距法。如图4-5将断面按单位横宽划分为若干个梯形和三角形，每个小条块的面积近似按每个小条块中心高度与单位宽度的乘积： Ai?bhi则横断面面积： A?b?hi （5-4）图5-4积距法示意图本设计对填方面积和挖方面积进行了分开计算。且填方面积中填石、加固边坡、填土等的计算也予以分开。如基底是淤泥需换土时，先算出挖出淤泥的面积，再计算换土填方面积，即统一面积计算两次。同理，挖方台阶的面积也应计算两次。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，要精确计算土石方体积是十分困难的。在工程上通常采用近似计算。即平均断面法，如图5-5所示，假定相邻断面间为一棱柱体，则其体积为：V??A1?A2?L（5-5）2式中：V——体积，即土石方数量（ m3）A1、A2——分别为相邻两断面面积（㎡）L——相邻两断面间距离（ m）图5-5平均断面示意图3.2土石方调配土石方调配方法，目前生产上采用土石方计算表调配法，直接在土石方表上进行