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日期:2020-07-28 10:45

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  高速公路 总 要 求 考试成绩占70%,作业成绩占20%,考勤占10%; 学习方法:课前预习、课堂记笔记、课后复习; 作业要求:诚信自信、严禁抄袭,多思考,多查阅; 尊重知识:上课不准随意讲话、接手机; 尊重时间:上课准时,作业按时交,过期不受理; 尊重劳动:自己的劳动、父母的劳动,师长的劳动; 尊重身体:积极锻炼自己的身体,好好爱护。 课程讲解结构 第一讲 绪论 第二讲 高速公路的设计依据 第三讲 高速公路的规划与勘测设计 第四讲 高速公路平面线形设计 第五讲 高速公路纵断面设计 第六讲 高速公路横断面设计 第七讲 高速公路立体线形组合设计 第八讲 高速公路立体交叉设计 第九讲 高速公路路基路面设计 第十讲 高速公路的安全 第十一讲 高速公路的沿线设施 课程参考资料 教材:方守恩 主编 2002年 第一版 公路工程技术设计标准(JTJ 001-97),北京,人民交通出版社,1998 公路路线),北京,人民交通出版社,1995 高速公路规划与设计,北京,人民交通出版社,1998 中国高速公路网:/ 中华人民共和国交通部网:/ 习题一 题目: 你所在省份:高速公路发展历史及其发展特点?高速公路近期及远期发展规划?你对你省公路发展的看法?今后你是否愿意回省工作,为什么?(8分) 资料参考:各省交通厅网站,相关书籍 中国高速公路网:/ 要求:条理清楚,重点突出,独立完成。 习题二 题目: 高速公路与普通公路在设计过程中的异同?(从设计依据,选线,平、纵、横线形设计及其组合,路基路面结构设计,交通安全设计等方面进行对比分析)(8分) 资料参考:教材:方守恩 主编 《公路工程技术标准》JTGB01—2003 《公路路线 要求:分析全面,引用资料正确,条理清楚,独立完成。 习题三 题目: 论述中国高速公路发展特点、存在问题与发展战略。(8分) 资料参考: 教材:方守恩 主编 中国高速公路网:/ 中华人民共和国交通部网:/ 要求:与时具进,条理清楚,重点突出,独立完成。 第一讲 绪论 第一节 国内外高速公路发展概况 第二节 高速公路的特点 第三节 高速公路的效益和意义 第一节 国内外高速公路发展概况 1.高速公路定义 2.近代公路运输发展的特点 3.高速公路的产生与发展 4.我国高速公路的发展 1.高速公路定义 《公路工程技术标准》(JTJ 001-97)定义:专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。 《公路工程名词术语》(JTJ 002-87)定义:具有四个或四个以上车道,并设有中央分隔带,全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施,全部控制出入,专供汽车高速行驶的公路。 《中国大百科全书》土木工程定义:中央设置有一定宽度的分隔带,两侧各配备两条或两条以上的车道,分别供大量上下行汽车高速、连续、安全、舒适的运行,并全部设置立体交叉和控制出入的公路。 1.高速公路定义 国外:英国“Motorway”;法国“Autoroute”;德国“Autobahn”;意大利“Autostrata”;瑞典等“Expressway”;美国“Superhighway”,收费公路“Turnpike”。 1968年统一:部分控制出入“Expressway”,全部控制出入“Freeway”。 共同点:汽车专用、各行其道、控制出入。 2.近代公路运输发展的特点 交通运输的五种形式: 公路、铁路、水运、航空和管道 公路运输特点: 机动、迅速、直达、方便、投资少、周转速度快、便于分期修建、技术改造比较容易。 在各种运输方式中占主导地位。 现代公路运输发展特点: ⑴汽车工业发展迅速(见表1-1、1-2图1-2P2) 生产量和保有量大幅度增长; 汽车载重量向两极分化; ⑵发展速度快 ⑶行车事故剧增 汽车拥有量世界前八位国家 3.高速公路的产生与发展 一般公路存在的问题: 1)混合交通车流内部干扰大 2)对向车辆无分隔行驶 3)侧向干扰大 高速公路产生的必要性: 1)公路运输连续、大量、安全、快速以及舒适的要求 2)汽车工业和汽车运输发展需要 各国高速公路发展情况:(表1-5 1-6 P7) 德国:世界上第一条高速公路;表1-3 P5。 美国:“The country on wheels”,高速公路最发达的国家;表1-4 P6。 3.高速公路的产生与发展 高速公路发展特征: 1)城市高速公路发展异常迅速 2)国际高速公路网正在逐步形成 如: 欧洲高速公路网 欧亚大陆公路网 泛美公路网 亚洲公路网等。(P9) 公路总里程居前10位的国家 高速公路总里程居前10位的国家 4.我国高速公路的发展 中国高速公路大事记 我国整个公路发展特点: 1) 高速公路发展迅速 2) 路网整体水平和公路通行能力有明显提高 3) 桥隧建设水平上了一个新台阶 4) 筹资力度进一步加大 5) 公路勘测设计水平和施工水平迅速提高 我国高速公路网规划: 30年左右时间,建成“五纵七横”共十二条路线万公里的国道主干线.我国高速公路的发展 五纵: 同江-三亚,约5700km 北京-福州,约2600km 北京-珠海,约2400km; 二连浩特-河口,约3700km 重庆-湛江,约1500km 七横: 绥芬河-满州里,约1300km 丹东-拉萨,约4600km 青岛-银川,约1700km 上海-成都,约3000km 上海-瑞丽,约4100km 衡阳-昆明,约2000km 连云港-霍尔果斯,约400km 4.我国高速公路的发展 西部大开发战略: ①用5~10年时间,使西部地区交通基础设施有明显改善, ②再用10年左右的时间,即到2020年初步建成西部地区公路骨架网络, ③再用30年左右时间,即到21世纪中叶,建成现代化公路运输网络。 其前10年重点任务: 1)加快西部地区国道主干线)加快西部地区区域路网的改造; 3)加快西部地区实施乡村公路通达工程,建设长度约15万公路。 中国高速公路大记事 国家高速公路规划图 第二节 高速公路的特点 高速公路与普通公路的区别:如图片 (1)汽车专用 (2)分道行驶 (3)控制出入 (4)完善的设施 高速公路具有突出的优点: (1)行车速度高、通行能力大 (2)交通事故降低,安全性较好 (3)运输效益提高 第二节 高速公路的特点 高速公路缺点: (1)投资大,造价高 (2)对环境影响大 第三节 高速公路的效益和意义 高速公路的效益和意义 1.良好的投资效益(见图1-5,图1-6) 投资回收有了根本保证 2.对国民经济发展的促进作用 消耗许多原材料,如钢铁、水泥、木材、石料、沥青等,带动相关产业和劳动力市场等。 3.带动沿线地方社会和经济发展 日本、法国 4.有利于城市人口的分散和卫星城镇的开发 5.有利于国防 日本 我国公路运输量增长图 我国公路运输周转量增长图 第二讲 高速公路的设计依据 第一节 设计车速 第二节 设计车型 第三节 公路用地与建筑限界 第四节 交通量、通行能力与服务水平 第一节 设计车速 一、设计车速 二、高速公路设计车速 三、运行车速 一、设计车速 1.定义 设计车速(计算行车速度)是公路设计最基本的设计依据 中国:在天气良好、交通量小、路面干净的条件下,中等技术水平的驾驶员在道路受限制部分能够保持安全而舒适行驶的最大速度。 美国:当道路条件良好,行车只受公路的设计特征控制时,公路的特定路段上能保持的最高安全速度。 德国:设计速度是根据道路的交通要求,从经济的观点出发选择的标难设计值,相当于85%的小客车不会超过的速度。 设计车速的确定考虑了汽车行驶的实际需要和经济性,是汽车行驶要求与经济性平衡的结果 一、设计车速 2.最高时速 汽车的机械性能所能达到的最高速度 3.经济时速 汽车的机械损耗和燃油消耗为最小的车速 设计车速确定方法 (1)设计车速应该是最高时速与经济时速之间的一个速度 (2)考虑因素:公路性质、等级和地形等。 1)远离城市,设计车速相对较高; 2)市郊公路,设计车速则相对较低; 3)公路等级高,多考虑行车要求,反之,多考虑经济要求; 4)平原区,设计车速可定高,山岭区,设计车速可定低。 一、设计车速 确定设计车速的统计法 车速分布是正态分布,分布曲线 二、高速公路设计车速 《公路工程技术标准》(TJT 001-97)规定: 高速公路一般选用120km/h的计算行车速度,当受条件限制时,可选用100km/h或80km/h的计算行车速度,对个别特殊困难路段,允许采用仍60km/h的计算行车速度,但应经过技术经济论证。 特点:不与地形直接相关,直接制定。 设计车型:小客车 若途经路段复杂,可分段确定设计车速,方法如下: 二、高速公路设计车速 (1)分段之间的设计速度差一般按20km/h为一级,并应设置相应的限速标志; (2)不同设计车速分段不宜过短,通常高速公路分段长度不宜小于20km; (3)需要改变计算行车速度时,应设置过波段,过渡段长度可根据具体地形条件结合各方面的使用效果灵活确定; (4)计算行车速度变更点的位置,应选择在驾驶人员能够明显判断路况发生变化而需要改变行车速度的地点,如村镇、车站、交叉口或地形明显变化等处,并应设置相应的标志。 三、运行车速 1.运行车速的定义 运行车速是指在一定的道路几何条件下,某种车辆的实际行驶速度。实际应用中常取某个代表性的速度,如实测的85%位车速为运行车速。 2.运行车速与设计车速关系 运行车速与设计车速既是不同的,又是有联系的。 区别:运行车速是实际车速,设计车速是理论车速; 运行车速是变化的,设计车速是固定的。 联系:设计车速是最大的安全运行车速,运行车速是几何设计实现设计车速程度的反映。 应用:运行车速在—定程度上综合反映了设计的质量。 第二节 设计车型 定义: 设计车型是道路几何设计时选择的有代表件的车型,它是根据当前本国行驶车辆的状况、汽车发展的趋势和国民经济发展水平等因素所确定的。 设计车型实际上并不一定是某一种具体牌号的汽车,其外型尺寸往往是虚构的,但能代表某一类的汽车。 第二节 设计车型 第三节 公路用地与建筑限界 一、公路用地 通常,公路两侧排水沟外边缘(无排水沟时为路堤式护坡道坡脚),或路堑坡顶截水沟外边缘(无截水沟时为挖方坡的坡顶),加上一定的附加宽度后的土地为公路的用地。附加宽度通常不小于1m。 二、高速公路用地 对高速公路,除公路用地包括的范围外,附加宽度宜大于等于3m. 高速公路用地还应包括:立体交叉、服务设施、安全设施、交通管理设施、停车设施、公路养护管理、公路绿化和苗圃等工程用地。 第三节 公路用地与建筑限界 其它还包括: 设置绿化带设置防护林,种植固沙植物、安牧固沙网、防沙或防空栅栏等设施,也应属于高速公路用地。 在高速公路用地范围内,不得修建非路用构筑物 三、高速公路的建筑限界 高速公路的建筑限界,是在保证路上汽午交通正常运行的安全条件下所规定的空间限界。空间限界包括宽度和高度,在此中间限界内不得有任何部件侵入。例如:在净主范围内不得设置桥墩、照明灯杆、交通标志防护栏等。高速公路的建筑限界见图2-2 高速公路的建筑限界图 第四节 交通量、通行能力与服务水平 一、交通量 二、设计交通量 三、车辆换算 四、通行能力 一、交通量 定义: 指道路上某一断面在单位时间内通过的车辆数量,如小时交通量、月交通量。 根据观测方法和观测时间的不同.最常用的交通量有: AADT 年平均的交通量 PHT 高峰小时交通 ADT 平均日交通量 DAHV 平均小时交通屋 30th HAHV第30值高峰小时交通量 二、设计交通量 定义: 为远景设计年限(高速公路为20年)的预测交通量,世界上大部分国家在高速公路设计中均以小时交通量为设计交通量,而且大多采用第30位高峰小时交通量。 确定方法: (1)对一条公路的交通量观测调查基础上,将一年8760(24x365)h的交通量按大小次序排列通常可得如图2-5所示的曲线位高峰小时交通量作为设计交通量。 二、设计交通量 二、设计交通量 原因: 如采用第30位高峰小时交通量作为设计交通量,则全年只有29个小时的实际交通里超过设计值,有可能造成交通拥阻,拥阻时间仅占全年的0.33%; 如采用小于30位高峰小时的交通量作为设计交通量,则每减少一个小时档,设计交通量值就将急剧增加; 反之,采用大于30位高峰小时的交通量作为设计交通量.每减小少量的交通量值,可能的拥阻时间就会大大增加。 因此,选择第30仿高峰小时交通量作为设计交通量,无论从满足技术要求还是考虑经济合理性均是合适的。 三、车辆换算 为使交通量具有可比性,通常将实际的混合交通换算成标准车型交通量。 高速公路采用小客车作为标准车型,考虑车辆的外廓尺寸、行驶速度等因素,我国公路上采用的换算成小客车的当量系数如表2-2。 四、通行能力 定义: 通行能力是指在一定的通路、交通、控制和环境条件下,对应于一定的行驶质量即服务水平,在某—道路断面上单位时间(常用1h)所能通过的最大车辆数。通行能力反映了道路所能承受的交通负荷能力。 分析条件: (1)高速公路、一级公路的路段; (2)高速公路和一级公路的互通式立体交叉匝道; (3)高速公路和一级公路的交织区段; (4)一般公路的路段设计时也宜对通行能力和服务水平进行分析计算。 四、通行能力 分类: 1.基本通行能力 2.可能通行能力 3.设计通行能力 1.基本通行能力 定义: 机动车的基本通行能力也称理论通行能力,即:在道路、交通、环境和气候均处于理想条件下,不考虑服务水平,标准车辆在单位时间通过一条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数,它是道路所能承受的交通负荷极限。 确定方法: 车头时距法、 车头间距法 2.可能通行能力 定义: 在实际外境或预计的道路、交通条件和良好的气候条件下,不考虑服务水平,标准车辆在单位时间内通过一条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数。 区别于基本通行能力: 根本不同在于道路、交通和环境条件。它是考虑了诸如车道宽度、侧向净宽、大型车混入、交通安全设施等修正后的实际通行能力。 3.设计通行能力 定义: 在良好的气候条件下,交通运行状态保持在一定的服务水平上,标准车辆在单位时间里通过有代表性的、均匀路面上的—条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数。 区别于基本、可能通行能力: 考虑了公路运行质量要求、技术可能性、经济合理性和行驶安全等因素后,能符合现划设计要求的通行能力,是公路线形设计的依据,设计通行能力是相对一定的服务水平而言的。 3.设计通行能力 服务水平: 是对车辆在交通流中的运行条件和驾驶员与乘客所感受的行车质量的量度。 我国公路服务水平分为一级、二级、三级和四级。参考美国规范。 3.设计通行能力 我国《标准》规定单车道设计通行能力可按下式计算: 高速公路的适应交通量 定义: 我国公路设计一直沿用适应交通量作为设计依据。 其值可按下式计算: 值范围如表2-9。 第三讲 高速公路的规划与勘测设计 第一节 高速公路网的规划 第二节 项目可行性研究 第三节 高速公路的选线 第四节 现代化测设技术 第一节 高速公路网的规划 P29 目的: 通过系统分析公路现状.科学预测交通需求,合理做好路线布局,恰当安排建设序列,使高速公路的建设能适合并促进国民经济的发展。 任务: 通过调查研究、分析与评价现有公路交通现状,根据区域社会经济发展与公路交通客货流分布特点,项测交通量发展,提出高速公路发展的目标,合理确定路线建设序列(包括分期实施).并提出实现规划日际的政策与措施。 讲解内容: 一、规划的原理和方法 二、规划评价的内容和过程 一、规划的原理和方法 P30 原理: 理论基础--系统分析原理 通过定量分析系统诺元素之间、系统与环境因素的相互关系,以系统功能及综合效益为目标、运用多种数学分析方法对公路网分析并予优化。 方法: 四阶段模式法 总量控制法 四阶段模式法 P30 四阶段: 出行生成?出行分布?交通方式划分?交通量分配 分析方法: 定量分析、OD调查法、模型预测、建立目标函数 总量控制法 P31 定义: 把与公路交通运输密切有关的一些总量变化趋势,将预测的交通量分解到公路网上,并以此安排路网建设序列的方法。 解决问题: 对现状公路网的分析和评价; 现状路网对区域未来经济发展的适应件; 公路网与其他运 输方式的有机结合; 公路网建设的合理规模; 公路网的合理布局; 公路网的建设序列; 公路网规划方案的综合评价; 公路网建设资金的筹措。 二、规划评价的内容和过程P32 第二节 项目可行性研究P33 定义: 论证工程项目的技术上的可能性和经济上的合理性,建设条件是否具备,效益是否最佳,以提供决策依据,保证工程的经济效果。 目的: (1)确定拟建项目是否为最佳方案; (2)确定上核的固有价值,预见共效益; (3)确定拟建项目实施的必要性和最佳时机。 讲解内容: 一、可行性报告研究内容 二、可行性报告研究程序 三、经济效益分析与评估 一、可行性报告研究内容P33 (一)现状评价 (二)发展预测 (三)建设条件 (四)协作条件 (五)施工工艺 (六)投资和效益 二、可行性报告研究程序P34 提出问题?调查情况?拟出方案?技术经济论证 三、经济效益分析与评估P34 第三节 高速公路的选线 选线特点: 线形标准高 立体交义和交通工程设施多 进出口地点的选择 通道的设置 讲解内容: 路线方案与总体设计 高速公路选线的原则与步骡 平原微丘区选线 山岭区选线.路线 路线方案定义: 根据指定的路线总方向、道路的性质任务、结合自然因素、经济条件拟定路线的走向。 确定方法: 路线的起讫点及中间必须经过的城镇和控制点,通常是公路网规划或国家建设需要而指定的“据点”,把“据点’’连接成线,就是路线的总方向。 布线时应注意以下问题: 起讫点的确定 高速公路的立体交叉 路提高度与通道设量 高速公路集散道路(辅道)布置 2.高速公路选线的原则与步骤 基本原则见书:P39-P40 共八条 主要步骤:全面布局?逐段安排?具体定线 全面布局:确定路线方案?主要控制点?定大体路线 逐段安排: 段落划分?加密控制点?确定路线雏形 具体定线:确定系列控制点?定位转向点?拟定曲线.平原微丘区选线 地形特点: 地面高度变化微小、地势比较平坦; 一般多为耕地、分布有各种建筑设施,居民点较密; 在湖区具有湖泊、水塘、河叉多等特点。 选线方法: 路线的基本线形应是短捷顺直; 保证排水同时尽量降低路堤高度,与景观协调; 注意少占农田,并与农田水利建设相结合。 微丘区: 地形略有起伏,地面有一定的自然坡度,选线条件与平原区基本相同,从布线角度看,较平原应有较大的自由度。 4.山岭区选线 地形特点: 山高谷深,坡陡流急,地形复杂; 地质、气候条件变化多端; 山脉水系清晰,路线方向明确,不是顺山沿水,就是穿越山岭或沟谷。 选线方法: 沿河线 山腰(坡)线 越岭线 山脊线 沿河线 河岸选择 路线应选在地形宽坦,有阶地可利用,支沟较少、较小,水文及地质条件良好的一岸;积雪冰冻地区,官选在阳坡和迎风的一岸;距村镇一定距离.以减少干扰的岸侧为宜。 跨河换岸桥位 跨河桥位原则上应服从路线走向,结合桥位条件,路桥综合考虑,可采用弯、坡、斜肩架等桥型,以适应线形设计的需要。 线位高低 路线应在规定频率设计水位高度之上,一般以低线为主,但应有防洪措施,以保证路基稳定与安全。 越岭线 哑口选择 —般都是选择较低的哑门,而且能够与山下的控制点很好地衔接。对哑口虽高,但山体薄窄的分水岭,采用过岭隧道方案有可能成为合适的越岭方案。 过岭标高 过岭标高是越岭线纵向布局的重要控制因素一般讲,过岭标高越低,路线就越短。为使路线短捷,纵坡乎缓.高速公路除山脊宽厚者外,一般采用隧道穿越。 哑口两侧展线方案 越岭线的高差主要通过哑口侧坡展线来克服,高速公路因技术指标高,—般以自然展线为主,在横坡陡峻的山坡宜选用分离式断面布线.重丘陵区选线 地形特点: 重丘陵区山丘连绵,岗坳交错,地面起伏较大,一般自然坡度较陡,具有低山区的特征; 路线平、纵面大部分受地形限制.路线走向不如山岭区明显,平面多曲折,纵面多起伏,采用技术指标的活动范围较大。 选线方法: 应注意横向填挖的平衡; 平、纵、横三面应综合考虑; 冲沟比较发育地段,应考虑采用高路堤或高架桥的直穿方案,当必须绕避时,要注意线形的舒顺; 要注意支援农业,和当地的整田造林及水利规划相结合。 第四节 现代化测设技术 一、全站仪 二、全球卫星定位系统(GPS) 三、摄影测量新技术 四、计算机辅助设计(CAD) 一、全站仪P42 定义: 全站仪在功能上将电子经纬仪、红外测距仪合为一体,使用户能在一个测站上完成全部的测角量距工作。 全站仪的技术核心包括:光电测距和测角。 光电测距在本质上来说是测定光在待测距离上往返所需要的时间,从而求算出两点之间的距离。 光电测角采用光电扫描动态测角系统完成。 二、全球卫星定位系统(GPS) 定义: Global Positioning System 理论上,通过设在地球上任何地方的接收机。接收人造卫星发出的电波并进行解析,均可以测量出该地方位置的系统。 组成部分: (1)GPS卫星 (2)控制局 (3)接收机 特点:测量速度快、直接测量。 三、摄影测量新技术 航空摄影测量 1.航测成图 (1)利用航测像片制作各种像片图 (2)制作影像地图 2.工程调查 3.航测选线.建立数字地形模型 地面摄影测量 补测地形比较困难的区域的地形图。 四、计算机辅助设计(CAD) 定义: 指利用计算机及外围设备帮助工程师进行工程和产品的原始数据采集、设计、绘图等工作。 功能: 1.接受纸上定线.建立和使用数字地形模型(DTM)技术; 3.进行平面线形的人机交互设计.井计算平曲线要素超高、加宽和桩号计算 4.对己设计平面线形进行人机交互修改; 5.对实地定线方案进行纸上移线.产生并输出地面线.对纵断面方案进行人机交互检查、修改,并可同步提供任意横断面示意图和工程量累计积曲线供修改参考. 第四讲 高速公路平面线形设计 第一节 平面线形诸要素 第二节 平面线形的组合 第三节 平面中线定线 第四节 平面图的绘制 第一节 平面线形诸要素 基本要素: 直线、圆曲线、缓和曲线、超高、加宽 一、直线 二、圆曲线 三、缓和曲线 四、平曲线最小长度 五、超高与加宽 一、直线 高速公路设计原则:满足技术标准;安全;美观。 直线优缺点: 优点: 直线距离短、方向明确、视野宽广、节省行车时间、降低道路造价 缺点: 宜引起驾驶员疲劳麻痹,或容易超速;目测出现误差;增加夜间眩光危险;景色单调,线形呆板,灵活性差。 对于高速公路的线形: 宜尽量避免采用长直线,甚至倾向于全部设在曲线)同向曲线间最小直线长度(以m汁)以不小于行车速度(以km/h计)的6倍为宜; (2)反问曲线间最小直线长度(以m计)以不小于行车速度(以km/h计)的2倍为宜。 二、圆曲线 在高速公路平面定线中,大半径的圆曲线是首选要素。 圆曲线优缺点: 优点: 柔和的几何线形、较好地适应地形、匀顺圆滑的线形、灵活变换方向、自然地诱导视线、景色多样有趣。 缺点: 会增长距离、受力比较复杂,会增加轮胎的磨损和路面的破坏。 应尽量选用较大的半径,以改善车辆在曲线上的行驶条件。 圆曲线 确定方法: 根据汽车行驶横向稳定性(滑移、倾覆)而定,并以滑移稳定控制。 横向力系数μ 计算公式:图4-1 横向力系数μ P51 取决于行驶稳定性、乘客舒适程度以及运营经济。 最小半径P51 极限最小半径:指圆曲线半径采用的最小极限值。 不设超高的最小半径:指道路曲线半径较大、离心力较小时,汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面摩擦力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。 一般最小半径:指在通常情况下汽车依设计车速能安全、舒适行驶的最小半径。 三、缓和曲线 缓和曲线的作用: 曲率的逐渐变化,便于驾驶与路线顺杨,以构成最佳的线形; 离心加速度的逐渐变化,使汽车不致产生侧向滑移; 作为行车道横坡变化的过渡段,以减少行车震荡。 缓和曲线常用形式:回旋线。 不设缓和曲线的场合: 《公路上程技术标准》规定: 三、缓和曲线 省略:当内移值与已包括在车道中的富裕宽度相比为很小时,则可将中间的缓和曲线省略。 缓和曲线)按照离心加速度变化率确定缓和曲线)依驾驶员操作反应时间确定缓和曲线 四、平曲线 高速公路平曲线包括:圆曲线和两端的回旋线(或超高、加宽缓和段)。 平曲线最小长度: 四、平曲线°时,平曲线最小长度: 五、超高与加宽P58 超高: 曲线段超高(单向横坡)的设置,在于防止车轮在路面上的横向滑移,并使路面在利于排水的前提下,把行车引起的横向力影响减少到最低的程度。 超高设置条件: 圆曲线所列不设超高的最小半径 超高计算式: 五、超高与加宽 超高横坡变化方式: (1)绕中间带的中心线)绕中央分隔带边缘旋转(图4-7b) (3)绕各自行车道中线c) 五、超高与加宽 加宽 在曲线上行驶的汽车占有较大的宽度.必须将车道宽度加宽。 五、超高与加宽 曲线上双车道路面的加宽值计算式: 五、超高与加宽 《公路路线设计规范》规定: 高速公路一般采用第3类加宽值; 高速公路主线km/h的山区,当R250m曲线段时予以考虑加宽。 高速公路曲线加宽缓和段的加宽 第二节 平面线 一、基本型 二、S型 三、卵型 四、凸型 五、复合型 六、C型 一、基本型 线形组合: 直线一回旋线一圆曲线一回旋线 形式: 对称 圆曲线两侧的回旋线 长度相等 不对称 两侧采用不相等的凹旋线 二、S型 线形组合: 两个回旋线连接两个反向圆曲线 注意事项: 两个回旋线宜相等 若不相等时, A1/A21.5 or 2 当圆曲线上设有超高时: S型的两个反向回旋线 以径相衔接为宜 两圆曲线半径之比不宜过大 见图4-15 图4-15 相邻两圆曲线的配合 三、卵型 线形组合: —个回旋线连接两个同向圆曲线 回旋线--小圆半径 四、凸型 线形组合: 两同向回旅线间不插人圆曲线而直接径相衔接 一般情况不采用:存在曲率突变 若采用应注意: 凸型的回旋线参数及其 连接点的曲率半径,应 分别符合容许最小回旋 线参数和圆曲线一般最 小半径规定. 五、复合型 线形组合: 两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互衔接 注意事项: 复合型的两回旋线为宜 受地形或其他特殊原因限制时(互通式立体交叉除外)使用 六、C型 线形组合: 同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接 注意事项: 两个回旋线的参数可相等,也可以不相等 在特殊地形条件下方采用 第三节 平面中线定线 低等级公路的平面定线 高速公路平面定线的原则 高速公路平面定线中的安全、环境与美学 基于曲线.低等级公路的平面定线 低等级公路的特点: 设计车速低,交通量小,曲率半径大,线形标准低. 导线定线法: 确定导线转点?设置圆曲线?设置缓和曲线?计算圆曲线内移值和缓和曲线.高速公路平面定线 如何审定接近城镇的控制点 如何审定互通式立体交叉的控制点 如何审定大型结构物的控制点 确定平面线形各要素时的一般原则 确定平面线形各要素时的一般原则P66 平面线形各要素:控制点,圆曲线,缓和曲线,直线等等. 一般原则: 力求线形直捷、圆滑平顺.曲线半径尽可能地大; 线形连续,避免线形突变,各项技术指标的变化过渡应尽量平缓匀顺; 公路转角一般情况下以不小于7为宜,不得己采用时,要注意必须有足够的曲线长度; 两同向曲线间不得以短直线相连,可调整为单曲线或复曲线或C型曲线; 两反向曲线间夹有直线段时,应设置不小于最小直线V)的直线.高速公路平面定线中的安全、环境与美学 1).安全视距及其保证 2).视觉分析 3).线).安全视距及其保证 定义: 为保证行车安全.驾驶者应看到前面相当距离的道路,以便遇到汽车或障碍物时能及时刹车或绕道的距离。 要求: 会车视距、停车视距满足要求 停车视距组成: 驾驶员反应时间所行驶的距离 开始制动到刹车停止所行驶的距离-制动距离 计算公式: 当t=2.5s时 计算见表4-17 1).安全视距及其保证 平面弯道内视距受阻时应清除 ZZ0 需将阴影部分去除,ZZ0 视距可保证 Z0计算式见表4-18 P68和图20-22 P69 视距计算用包络线).视觉分析 分析的必要性: 视距会随车速增加而降低,影响行车安全。如图4-23 《公路上程技术标准》规定: 对高速公路的必要路段,应采用透视图法进行检验 《公路路线): 有条件时可运用动态连续透视图进行检验 2).视觉分析 视觉分析注意事项: 在高速公路进出隧道段时,要注意视觉上的明和暗; 高速公路遇到桥梁时,也应从视觉的角度考察,桥上线形与桥头两端引道线形是否能很好配合; 驾驶员与乘客感到通视良好,线形流畅、景观自然、舒适和安全; 应使驾驶员在视觉系统上能预知公路方向和路况的变化,并能有效地采取安全行驶的措施。 3).线形的协调 考虑因素:保证安全和具备良好景观 协调原则:既要防止线形的急剧变化,又要防止长距离的线形呆板与单调 协调要求: 上一个曲线 缓和曲线).环境与景观设计 对环境的影响: 噪声影响、空气和水资源污染影响、生态环境影响等 注意事项: 应注意消除对环境的有害影响,改善和美化景观; 应全面考虑沿线社会环境与自然环境; 合理确定公路与被保护区域的相对位置,尽可能地防止或减轻对环境的不利影晌。 景观设计:P71 自然景观:天然形成的地形、地貌和地物; 人文景观:人类为满足各种物质扣生活需要而建立的各种建筑物、设施和文化艺术景物。 4.基于曲线的平面定线方法 高速公路应用曲线定线法的原因: 高速公路往往以曲线为主,路线的大部分其至近于全部是圆曲线和回旋线之间的相互衔接; 计算机技术的广泛应用,使得曲线法计算复杂的矛盾得到了解决; 采用航测手段或全站仪地面速测手段获得较大比例尺带状等高线地形图具备条件,可以用来作为进行纸上定线的底图。 曲线定线法原则:首先在需要设置弯道的地方根据地形、地物的要求布设一系列圆曲线(包括直线),然后在这些圆曲线之间用回旋线或直线连接,形成平面线.基于曲线的平面定线方法 曲线法定线过程: 布设控制导线?测绘带状地形图?进行纸上定线(或计算机定线)。 定线时采用以曲线 直线与圆弧间的连接 两同向圆弧间的连接 两反向圆弧间的连接 导线法与曲线法定线图 直线与圆弧间的连接 圆和直线位置定,求连接圆和直线的回旋线长Ls(或回旋线参数A) 两同向圆弧间的连接 两种情况: 一圆在另一圆内: 两同向圆弧间的连接 两圆相离:两段完整的回旋线相连 两反向圆弧间的连接 只能用两段完整的回旋线相连 第四节 平面图的绘制 作用: 反映了路线的平面位置、线形和尺寸、沿线人工构造物和工程设施的布置以及道路与周围环境、地形、地物的关系。 平面图包含内容:P76 《公路上程基本建设项目设计文件编制办法》要求 应绘出地形、地物,示出路线(标出里程桩号、断链、平曲线要素及主要桩位)、水准点、大中桥、路线交叉(注明形式及结构类型)、隧道、主要沿线设施的位置以及县以上分界线等。 高速公路还包括:示出坐标格网、导线点、列出导线点及交点坐标表 比例尺用1:2000,平原微丘区可用1:5000 高速公路平面图 比例尺 1:10 000 两侧给出了不小于500m宽度的地形和地物 1:2 000 路中线mm 第五讲 高速公路纵断面设计 第一节 纵断面诸要素 第二节 高速公路纵断面的布局 第三节 纵断面图的设计和绘制 第一节 纵断面诸要素 P77 一、纵坡度 二、坡长限制 三、合成坡度 四、竖曲线 五、爬坡车道 一、纵坡度 路线纵坡度包括最大纵坡度和最小纵坡度之间的各种坡度 最大纵坡度: 高速公路控制设计的一项重要指标,直接影响到路线的长度、使用品质、行车安全、运输成本和工程造价. 最大纵坡度确定方法: 最大纵坡依汽车的动力特性、自然条件及工程运营经济的分析加以确定. 高速公路最大纵坡确定方法: 按照《公路工程技术标准》规定取用,见表5-2 一、纵坡度 注意事项: 设计时应尽可能选用小于最大纵坡的坡值; 当受地形条件或其它情况限制时,经技术经济论证合理.最大纵坡也可按上表增加1%; 对隧道内纵坡,考虑到安全.规定一律不应大于3%; 高原上公路的最大纵坡应根据海拔高程进行折减,适当采用较缓的纵坡。 最小纵坡度 为满足排水要求,应采用不小于0.3%的最小纵坡; 当必须采用平坡或小于0.3%的纵坡时,其边沟应作纵向诽水设计; 在于旱少雨地区.最小纵坡可不受上述限制。 二、坡长限制 最小坡长限制: 不小于计算车速行驶9s的行程为宜,高速公路采用的坡段最小长度表5-3 设计间距:纵断面每一坡段的长度也即相应于纵坡两转折点的间距。 最大坡长限制: 坡长控制在汽车车速下降到不低于最低限速时所能行驶的距离内。见表5-4。 二、坡长限制 不同纵坡连接的坡长限制换算: 例:V=100km/h,纵坡5%,坡长250m,后接纵坡4%,坡长300m,问总坡长是否满足设计要求? 5% 设计限制500m,已占250/500 4% 设计限制700m,可设坡长=700×(1-250/500) =350m 因: 300m 350m,符合设计要求。 二、坡长限制 高速公路坡长不受限制的最大纵坡 三、合成坡度 定义: 在设有超高的平曲线坡段上,由路线纵坡与曲线超高横坡所组成的斜向坡度。 计算公式: 确定方法: 根据《公路路线设计规范》确定 设计车速为:120km/h,100km/h 合成坡度小于10% 设计车速为:80km/h,60km/h 合成坡度小于10.5% 已知道路纵坡和超高横坡,可查 表5-6确定,P80 合成坡度临界线图 三、合成坡度 注意事项: 当陡坡处于小半径曲线段上时,在条件许可情况下,采用较小的合成坡度为宜; 在下述情况下必须小于8%: ①冬季路面有积雪、结冰地区; ②自然横坡较陡峻的傍山路段。 四、竖曲线 定义: 为减缓汽车行驶在纵坡变坡处所产生的冲击,以及保证行车视距.必须插入的纵向曲线.竖曲线.凸形竖曲线.凹形竖曲线.竖曲线.竖曲线 圆曲线和抛物线形两种 抛物线.竖曲线 圆曲线形计算: 在实际应用中: 不论用抛物线型还是圆曲线型的竖曲线,所得计算结果是一样的。 2.凸形竖曲线半径限值 当坚曲线.凸形竖曲线半径限值 我国规定值确定方法:考虑上述两项因素且LS。 3.凹形竖曲线半径限值 确定方法: 在确定竖曲线的半径时,考虑缓冲要求,可按式5-8计算,同时应保证夜间灯光照射及跨线桥下的视距要求。 前灯照射要求 图5-7 当 时 3.凹形竖曲线m时 高速公路竖曲线.竖曲线最小长度 竖曲线最小长度按计算车速运行3s的距离计算:表5-10 注意事项: 实际应用应采用最小值的1.5~2倍或更大, 对于v=120km/h时,最小竖曲线m。 五、爬坡车道 定义: 在纵坡大于4%的陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载重汽车行驶的专用车道。 设置条件: 当上坡方向载重汽车的行驶速度降低到表5-11的容许最低速度以下时; 上坡路段的设计小时交通量超过设计通行能力时; 对六车道及六车道以上高速公路可不没爬被车道。 五、爬坡车道 爬坡车道的构造 横断面构成图5-9 设置在路右侧,一般 长3.5m 超高与加宽表5-12 五、爬坡车道 平面布置与长度 L1+L+L2 其中: L1=45m L2根据表5-13确定 五、爬坡车道 L确定方法P86 通过图解法,步骤如下: 绘制纵断面图; 绘制分段换算坡度图; 绘制速度曲线图; 确定爬坡车道范围与长度; 检验其它条件是否符合。 第二节 高速公路纵断面的布局 一、平原地区高速公路的填土高度 二、山区高速公路纵断面设计的特点 三、纵断面设计的一般原则 一、平原地区高速公路的填土高度 高路堤缺点: 土方量大; 占地多; 噪声波及远; 破坏景观和环境中的生态平衡; 土基施工压实难度大。 低路堤优点: 土石方填挖可平衡; 阻隔噪声; 方便上跨跨线桥修筑; 可归地还农; 可植树绿化,美化环境。 一、平原地区高速公路的填土高度 中国采用高路堤原因: 满足大量地方交通的要求,特别是农用拖拉机和非机动车; 沿海平原地区地下水位较高。 存在问题: 造价高,路基、土地征用和通道修筑达总造价50%,甚至路基造价大于路面造价,较反常。 例:把一条100km的高速公路的路提高度降低1m,可以节省造价几个亿。 一、平原地区高速公路的填土高度 建议:P88 多做宣传; 加速地方交通的现代化; 积极探索减少下穿式通道的方法; 过多的小河航道也可挖掘侧向人工渠道适当归并; 积极采用降低通道底标高的措施。 二、山区高速公路纵断面设计的特点 特点难点: 为节省土石方,不得不采用分离式路堤方案; 路途隧道较多。 设计注意事项: 对于采用分离式路基的区段,上行线和下行线应分别绘制纵断面地面线进行拉坡; 对设置隧道的路段一般应设计为上下行两座独立隧道; 长隧道内的纵坡宜更缓些,纵坡最大宜为2%(特殊为3%); 隧道内的纵坡,—般可设置成单面坡成人字坡。 三、纵断面设计的一般原则 总原则: 在纵断面设计小,主要是选定纵坡度确定纵坡线以及设置坚曲线两项。目的要求是将纵面线形诸要素组合成汽车行驶平顺舒适、视觉连续、路表圆滑的线形。 一般原则: 使线形适应地形和环境,保证行车安全,全线运营车速均衡; 在较长的直线路段,应避免在短距离内出现凹凸反复起伏或中间暗凹的线形; 在较长段连续上坡路段,宜将较陡的坡段放在底部,接近坡顶的纵坡宜适当放缓一些; 两相邻路段纵坡变化小时,竖曲线半径要尽可能大些,避免竖曲线长度过短; 避免在同向竖曲线间插入短的直线坡段,特别是凹形竖曲线; 加、减速道进出口处前后的纵坡宜平缓些。 第三节 纵断面图的设计和绘制 设计方法:P91 绘制纵断地面线(中桩和高程)?标明平曲线位置和半径?确定控制点位置和高程?初试拉坡?调整纵坡线(填挖平衡)?确定竖曲线及其半径?确定设计标高。 纵断面图绘制: 内容:地面线和设计线的高程,注明竖曲线的位置、半径及其要素,注出桥梁、隧道、路线交叉、涵洞等的位置,列出桥涵结构类型、孔数及跨径,写明水准点编号、位置和高程,如有断链、设计洪水位、影响路基设计的地下水位等也应注明。 比例尺:垂直:1:100 水平:1:1 000 垂直:1:200 水平:1:2 000 二、纵断面图的绘制 第六讲 高速公路横断面设计 第一节 高速公路横断面的一般图式 一、横断面的基本组成 二、高速公路的路基横断面设计 第二节 各组成部分的细部构造 一、行车道与车道 二、中间带 三、路肩 四、路拱坡度 五、植树带 第一节 高速公路横断面的一般图式 一、横断面的基本组成 第一节 高速公路横断面的一般图式 高速公路横断面特点: 一般设置中央分隔带,除分离式路面外; 规定最低车速,且设置紧急停车带; 在双向每幅行车道的两边都须设置宽为0.5m的路缘带; 在中央分照带两侧和两边路肩上,一般需设置安全护拦; 路基两边都必须设置防止进人的防护栅或其它隔断设施。 二、高速公路的路基横断面设计 路基横断面设计作用: 为计算路基土石方提供资料; 确定用地范围; 为路基施工提供依据。 第一节 高速公路横断面的一般图式 设计注意事项: 路基宽度确定,见图6-2,P94; 在原地面横坡较大的山区和重丘陵区,亦可做成分离式路基; 在横断面设计中应绘出标准横断面图和逐桩的路基横断面图; 制标准横断面图时,应在整条高速公路全线范围内选择有代表性的典型横断面; 对特殊情况下的路基,如高填深挖路基、不良地质地段路基等,应单独设计,并绘出特殊路基设计图。 第二节 各组成部分的细部构造 一、行车道与车道 宽度确定方法: 单一车道的宽度则依设计车速及大型车混入率而定; 一般为3.5~3.75m宽; 由于车道过宽容易形成一个车道中两列小车并行行驶,因此,不推荐采用大于4m的车道。 《公路路线)规定: 高速公路每一车道除山岭区(v=60km/h)采用3.5m外,其余均采用3.75m。 第二节 各组成部分的细部构造 二、乐投体育平台中间带 由中央分隔带和两侧路缘带组成(见图6-4) 中间带的宽度根据设计车速、周围环境及用地条件等因素确定 中间带的功能: 分隔对向车流,防止对内车辆碰撞; 减少干扰,保证车速; 减轻夜问对向车灯的眩光; 清晰显示内侧边缘、引导驾驶员视线; 防止车任意转弯调头,并可作为设置 安全护拦、标志、绿化从其他交通设施 之用 路缘带则起着诱导视线及增加侧向余宽的作用。 中间带设置宽度:表6-4 凹形用于宽度大于4.5m的中间带,凸形用于宽度小于等于4.5m的中间带; 缘石形状平齐式用于宽度大于5m的中间带,栏式用于宽度小于等于4.5m的中间带; 一般情况下,宽度大于4.5m的中间带植草皮,栽灌木,宽度小于等于4.5m的中间带采用铺面封闭。 三、路肩 从行车迈外缘至路基边缘 的地带 由外侧路缘带、硬路肩和 保护性土路肩组成(图6-6) 高速公路路肩功能: 保护和支撑路面; 临时停放产生故障或发生事故的车辆; 养护和维修工作人员和应急车辆的临时通行; 显示行车道外侧边缘,引导视线,增加行车的安全性; 为设置路上设施或埋置地下设施及养护作业提供场地。 高速公路路肩宽度:表6-5 当路肩宽度不足以作为应急停车带时,应单独设置港湾式应急停车带,见图6-7。P99 在正常路段设置,设置间距500m,宽度见图; 在特大桥,长、中型隧道设置,间距750m左右 其宽度可减少至2.5m,长度减少到25m。 四、路拱坡度 横坡度为2%(沥青混凝土)—1.5%(水泥混凝土) 五、植树带 植树带宽度 一般可为1.5m, 或依情况而定。 第七讲 高速公路立体线形组合设计 第一节 三维立体线形组合设计的方法 第二节 三继立体线形组合设计的原则 第三节 线形与环境、景观的协调要求 第一节 三维立体线形组合设计的方法 线形组合检查修正方法: 绘制透视图(采用计算机辅助设计技术)见图7-1 工程师使用最多的是: 驾驶员视点处透视图 见图7-2 也可采用: 动态透视图获得四维 (平、纵、横和时间)的 虚拟实境 条件限制时可采用: 绘制对应的平面曲率图和纵坡线图,靠工程师经验进行。 图7-2 采用线形透视法检查和修正线形 第二节 三继立体线形组合设计的原则 高速公路线形组合设计要求: 满足汽车行驶动力学上的要求; 满足驾驶员和乘客在心理和生理上的要求,特别反映在视觉、舒适和愉快感上。 高速公路线形组合设计原则: 应使线形连续,在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线; 应一一对应,平包纵,如图7-5,7-6 保持平、纵线形大小的均衡; 驾驶员的动态视野应当宽阔清晰,不能出现扭曲、突变、隔断等不良的线形; 平、纵断面组合时尚应注意避免下列情况:P104 图7-5 7-6 平纵线形对应关系及其透视图 第二节 三继立体线形组合设计的原则 凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部,应避免插入小半径的平曲线; 凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线的底部,应避免设置反向曲线的拐点; 在一个平曲线内避免存在竖曲线反复凹凸情况; 应避免在长的直线段插入小半径的竖曲线; 应避免使用短的平曲线、竖曲线和直线,

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