高速公路概论课件：线路几何设计-横断面设计

目

录4.3

高速公路立体交叉设计1、公路横断面图即：公路中线的法线方向剖面图。它是由横断面设计线和横断面地面线所围成的图形。公路横断面设计线一般包括行车道、路肩、分隔带、

边沟、边坡、截水沟、护坡道、取土坑、弃土堆和环境保护等设施。4.2.3

高速公路横断面设计—设计概述2、公路横断面设计根据行车对公路的要求，结合当地的地形、地质、气候、水文等自然因素，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计算与调配。3、公路横断面设计的目的保证足够的断面尺寸、强度和稳定性，使之经济合理，同时为路基土石方工程数量计算、公路的施工和养护提供依据。4.2.3

高速公路横断面设计—设计概述(2)高速公路和一级公路的路基标准横断面高速公路和一级公路的路基横断面上下行用中央分隔带分开，其横断面由行车道、中间带、路肩以及紧急停

车带、爬坡车道、变速车道等组成。4.2.3

高速公路横断面设计—路基横断面组成a)高速公路、一级公路一般整体式断面形式1、标准横断面(1)路基标准横断面的含义交通部根据设计交通量、交通组成、设计车速、

通行能力和满足交通安全的要求，按公路等级、断面的类型、路线所处地形规定的路基横断面各组成部分横向尺寸的行业标准。4.2.3

高速公路横断面设计—路基横断面组成b)高速公路、一级公路一般分离式断面形式(右幅断面)4.2.3

高速公路横断面设计—路基横断面组成c)高速公路分离复合式断面形式(右幅断面)4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成d)高速公路整体复合式断面形式(右幅断面)(3)二、三、四级公路的路基标准横断面4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成高速公路横断面设计—路基横断面组成4.2.34.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成高速公路、一级公路分离式路基的左侧路肩表4-3左侧路缘带宽度表4-52、典型横断面典型横断面是指在公路设计中经常被采用的路堤、路堑、半填半挖等基本断面形式及其派生的一系列类似的断面形式。具体如下：(1)路堤：高于原地面的填方路基。(2)路堑：低于原地面的挖方路基。(3)半填半挖：在一个断面内，一部分要填、另一部分要挖的路基。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成(1)一般路堤主要有两种形式：Ø一般路堤：路基填土高度小于20m大于0.5m(1m)

的路堤；Ø矮路堤：路基填土高度小于0.5m(1m)的路堤，矮路堤必须在边坡坡脚处设计边沟。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成(2)一般路堑Ø形式：路基挖方深度小于20m一般地质条件下路堑。Ø路堑路段均应设置边沟，边沟断面可根据土质情况采用梯形、矩形或三角形等。Ø为拦截上侧地面迳流以保证边坡的稳定，应在坡顶外至少5m处设置截水沟。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成(3)半填半挖路基该断面是路堤和路堑的结合形式，填方部分应按路堤的要求填筑，挖方部分应按路堑的要求设计。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成(4)陡坡路基在山区地面横坡较陡时，通常采用的形式。◆护肩路基；◆砌石路基或挡土墙路基；◆护脚路基；◆矮墙路基；◆沿河路基；◆利用挖渠土填筑路堤。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成挡土墙路基砌石路基1:n4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成护肩填石护脚路基护肩路基1:m

护脚4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成吹

(填)

砂

(粉煤灰)

路基1

:m

矮墙路堤粘质土包边1:m常水位1:m

≥

3、附属设施(1)取土坑取土坑分路外集中取土和路侧取土两种。①路外集中取土应尽量设在荒山、荒地和地势较高的山地上。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成②路侧取土◆取土坑的位置：当地面横坡不大于1∶10的平坦的地区，可在路基两侧设置取土坑；当地面横坡大于1∶10的平坦的地区，取土坑最好设置在地势较高的一侧。◆取土坑的深度和宽度：应根据所取土的数量、施工方法和排水的要求而定。◆取土坑的边坡坡度：一般内侧边坡可采用1∶1.5

，外侧边坡不陡于1∶1。◆取土坑的纵坡：取土坑的底面纵坡应不小于

0.3%以利排水，同时取土坑的出水口处的坑底标高应不低于所流入的桥涵进口的标高。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成(2)弃土堆①位置的选择：弃土堆通常选择路堑下方荒地或低洼处；当地面横坡小于1∶5时，可在路堑两侧设置。②外形：弃土堆的形状应规则整齐，顶宽视弃土数量而定，顶面有2%的向外横坡，高度一般不超过3m，边坡

不陡于1∶1.5。4.2.3高速公路横断面设计—路基横断面组成1、建筑限界(1)公路建筑限界(净空)：4.2.3高速公路横断面设计—公路建筑限界与用地(2)建筑限界的组成建筑限界由净高和净宽两部分组成。建筑限界的上缘边界线为水平线(超高路段与超高横坡平

行)，两侧边界线与水平线垂直(超高路段与路面垂直)

。4.2.3高速公路横断面设计—公路建筑限界与用地4.2.3高速公路横断面设计—公路建筑限界与用地(3)建筑限界的其他规定2、公路用地(1)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土地。(2)公路用地范围是指：填方地段为公路路堤两侧排水沟外边缘(无排水沟时为路堤或护坡道坡脚)以外，挖方地段为路堑坡顶截水沟外边缘(无截水沟为坡顶)以外，不小于1m的土地范围。在有条件的地段，高速公路、

一级公路不小于3m，二级公路不小于2m的土地范围。4.2.3高速公路横断面设计—公路建筑限界与用地(3)桥梁、隧道、互通式立体交叉、分离式立体交叉、平面交叉、交通安全设施、服务设施、管理设施、绿化以及料场、苗圃等应根据实际需要确定用地范围。(4)风砂、雪害等特殊地质地带，设置防护设施时，应根据实际需要确定用地范围。4.2.3高速公路横断面设计—公路建筑限界与用地(一)横断面设计定义

横断面设计方法俗称“戴帽子”，即在横断面测量所得各桩号的横断面地面线上，按纵断面设计确定的填挖高度和平面设计确定的路基宽度、超高、加宽值，结合当地的地形、

地质等自然条件，参考典型横断面图式，逐桩号绘出横断面图；对采用挡土墙、护坡等结构物的路段，所采用结构物应绘于相应的横断面图上，并注明其起讫桩号、圬工种类和断面的尺寸，结构物的尺寸要根据土压力的大小、经稳定性验算确定。4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计

绘制横断面地面线

路基高度和宽度数据输入

绘制路基标准横断面图

绘制防护工程位置及端面示意图

排水工程位置及断面示意图

计算各桩号端面的填(挖)方面积并

标注图上4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计(二)横断面设计步骤

设计步骤(四)路基横断面设计所需要的设计资料1．平曲线资料：半径、缓和曲线、偏角、曲线位置(交点桩号)等；2．每个中桩的填挖高度；3．路基宽度，路面宽度(分别确定左右侧宽度)；4．各中桩的超高值；5．路基标准横断面图式(典型横断面)；6．路基边坡坡度值；7．边沟、截水沟的形式及尺寸；8．弯道上视距的是否得到保证(视距台设计)。4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计(三)公路横断面设计内容1．确定路幅横断面尺寸(宽度及横坡度)；2．确定路基高度：纵断面设计完成；3．路基横断面形状设计：如梯形(直线式边坡)、折线式边坡、台阶形边坡；4．边坡坡度确定；路堤及路堑边坡，土质与岩石边坡5．横断面面积计算及土石方数量计算与调配4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计(五)横断面图绘制方法1．在计算纸上绘制横断面的地面线。地面线是在现场测绘的，若是纸上定线，可从大比例尺的地形图上内插获得。横断面图的比例尺一般是1：200。2．绘出设计线：“戴帽子”4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计3.绘出防护及加固设施的断面图。4．根据综合排水设计，画出路基边沟、截水沟、排灌渠等的位置和断面形式。K5+300.00K5+300.00

T

=2.52

右：3.7,-.17,12.7,-1.07,25,-2.31左：6.4,0.82,8.7,1.3,13.58,1.79,25,2.874.2.3高速公路横断面设计—横断面设计 桩号设计标高(m)地面标

高(m)填挖高度(m)路

基宽

度(m)路基外边缘点J、行车道外边缘点M、路中线C与设计高(路中线处)之差(m)左路幅中右路

幅填挖左右JMCMJK0+000.002952.062952.060.002.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+005.002952.042950.271.772.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+025.002951.992948.893.102.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+050.002951.912949.612.302.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07(六)编制路基设计表——应在绘制横断面图之前完成路基设计表4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计桩号设计标高(m)地面标

高(m)填挖高度(m)路

基宽

度(m)路基外边缘点J、行车道外边缘点M、路中线C与设计高(路中线处)之差(m)左路幅中右路

幅填挖左右JMCMJK0+075.002951.832950.431.402.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+100.002951.762950.451.312.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+125.002951.822950.651.172.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+150.002952.212951.370.842.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07(六)编制路基设计表——应在绘制横断面图之前完成路基设计表4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计桩号设计标高(m)地面标

高(m)填挖高度(m)路

基宽

度(m)路基外边缘点J、行车道外边缘点M、路中线C与设计高(路中线处)之差(m)左路幅中右路

幅填挖左右JMCMJK0+175.002952.642951.820.822.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+200.002953.062952.420.642.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07K0+225.002953.492952.530.962.252.25-0.07-0.050-0.05-0.07ZY+239.362953.732952.651.082.852.25-0.11-0.0900.070.09(六)编制路基设计表——应在绘制横断面图之前完成路基设计表4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计桩号设计标高(m)地面标

高(m)填挖高度(m)路

基宽

度(m)路基外边缘点J、行车道外边缘点M、路中线C与设计高(路中线处)之差(m)左路幅中右路

幅填挖左右JMCMJQZ+259.812954.082953.190.892.852.25-0.11-0.0900.070.09YZ+280.262954.422953.850.572.852.25-0.11-0.0900.070.09(六)编制路基设计表——应在绘制横断面图之前完成路基设计表4.2.3高速公路横断面设计—横断面设计(一)横断面面积计算1.积距法：(条分法)§适用于不规则图形面积计算。§把横断面图划分成若干条等宽的小条，累加每一小条中心处的高度，再乘以条宽即为该图形的面积。§每个小条块的近似面积为：nF

=bh1

+bh2

+bh1

…+bhn

=b

令hi=14.2.3高速公路横断面设计—计算n

横断面面积：

Fi

=

bhi

iF

=

xi

yi+1

xi+1yi

)2、坐标法已知断面图上各转折点坐标(xi

，yi

)，则断面面积为：4.2.3高速公路横断面设计—计算V=(A1+A2)

/2

A

222LL(二)土石方数量计算假定相邻断面间为一棱柱体，则其体积为：

式中：V—体积，即土石方数量(m3

)；A1、A2—分别为相邻两断面的面积(m2

)；L—相邻断面之间的距离(m)

。

A1

1、平均端面法

4.2.3高速公路横断面设计—计算L13V

=

(A1

+A2

)L(1+

)

式中：m=A1/A2，其中A1＜A2。2、精确计算(实用于计算机计算)4.2.3高速公路横断面设计—计算3.土石方数量计算应注意的问题：n

(1)填挖方数量分别计算，(填挖方面积分别计算)；n

(2)土石方应分别计算，(土石面积分别计算)；n

(3)路基填、挖方数量中应考虑路面所占的体积，(填方扣除、挖方增加)；n

(4)大中桥位处所占的路基土石方应扣除。4.2.3高速公路横断面设计—计算4.2.3高速公路横断面设计—计算

某路段两两相邻桩号分别为K1+250(1点)、K1+276(2点)和K1+300(3点)，计算出横断面面积分别为：AT1=38.2m2

AT2=15.2m2

AW2=16.1m2

AW3=47.5m2

计算K1+250——K1+300路段的填方数量、挖方数量、利用n桩号n挖方

面积n填方n面积n挖方平

均面积n填方平

均面积n距离n挖方n体积n填方n体积n本桩n利用n+250n0n38.2n/n/n/nnnn8.05n

26.7n

26n

209.3n694.2n

209.3n+276n16.1n15.2n31.8n

7.6n

24n763.2n182.4n182.4n+300n47.5n0n合计n/n/n/n/n

50n972.5n876.6n391.7方数量。4.2.3高速公路横断面设计—计算4.2.3高速公路横断面设计—计算(三)路基土石方调配§土石方调配的目的：确定填方用土的来源、挖方弃土的去向；以及计价土石方的数量和运量等。§填方土源：附近挖方利用§挖方去向：调往附近填方4.2.3高速公路横断面设计—计算借土弃土土石方调配的几个概念1、平均运距按挖方断面间距中心至填方断面间距中心的距离计算，称平均距离。2、免费运距土、石方作业包括挖、装、运、卸等工序，在某一特定距离内，只按土、石方数量计价而不计运费的距离称为免费运距。4.2.3高速公路横断面设计—计算3、经济运距经济运距：L经

=

+L免式中：B—借土单价(元/m3)；T—远运运费单价(元/m3·km)；L—免费运距(km)

。经济运距是确定借土或调运的界限，当调运距离小于经济运距时，采取纵向调运是经济的，反之，则可考虑就近借土。4.2.3高速公路横断面设计—计算4、运量为平均超运运距单位与土石方调配数量的乘积。总运量=调配(土石方)数量×nn=(L-L免

)/A式中：n—平均超运运距单位，(四舍五入取整数)L—土石方调配平均运距(m)L免—免费运距(m)A—超远运距单位(m)(例如人工运输A=10m，铲运机运输A=50m；)4.2.3高速公路横断面设计—计算5、计价土石方数量计价土石方数量为：V计=V挖+V借式中：V计—计价土石方数量(m3)V挖—挖方数量(m3)V借—借方数量(m3)n如某工程土石方数量：填方500m3

挖方200m3n

借方400m3

弃方100m3n则计价土石方数量=600m34.2.3高速公路横断面设计—计算n

一般工程的土石方总量，实际上是指计价土石方数量。一条公路的土石方总量，一般包括路基工程、排水工程、临时工程、小桥涵工程等项目的土石方数量。n

对于独立大、中桥梁、长