路线横断面设计实例及土石方调配

路线横断面设计1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23.5m，硬路肩宽度：20.25m，土路肩宽度：20.5m。路基宽：7+1.5=8.5m。布置如下图5-1所示： 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1.02.0%。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（JTG D202006）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。2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。2.1超高横坡度超高度的计算公式： （5-1） 式中： h 超高横坡度； 横向力系数； 行车速度（km/h）； 圆曲线半径（m）。设计速度为60km/h时，与R的关系式为：（5-2）速度是根据路况和环境变化实际采用的行驶速度。计算时，速度应采用实际行驶速度，约为设计速度的，高速路取低值，低速路取高值。将由式（5-2）计算出的值代入式（5-1）中计算，当计算出的超高度小于路拱横坡时，取；当计算出的超高值大于时，取公路路线设计规范（JTG D20-2006）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R1500m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530R780，超高横坡度；对于JD3，圆曲线半径390R530，超高横坡度。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： （5-3）式中：最小超高过渡长度（m）；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，为行车道宽度； 超高坡度与路拱坡度代数差（%），当绕内边线旋转时，； 为超高值；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：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。若LsLc，但只要横坡从路拱坡度过渡到超高横坡时，超高渐变率P1/330,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超高位置计 算 公 式注圆曲线上外缘1、计算结果均为与设计高之高差2、临界断面距缓和段起点：3、x距离处的加宽值：中缘 内缘过渡段上外缘中缘内缘图 5-3 绕内边线旋转超高过渡方式图在表5-1，图5-3中: 路面宽度； 路肩宽度； 路拱横坡度； 路肩坡度；超高横坡度；超高过渡段长度（或缓和曲线长度）；路肩横坡度由变为所需的距离，一般可取1.0m；与路拱同坡度的单向超高点至超高缓和段起点的距离；超高缓和段中任一点至起点的距离；路肩外缘最大抬高值； 路中线最大抬高值；路基内缘最大降低值；距离处路基外缘抬高值；距离处路中线抬高值；距离处路基内缘降低值；圆曲线加宽值； 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： 表 5-1 超高值计算指标汇总交点超高过渡段长度（Lc）超高横坡度（ih）路面宽度（m）路肩宽度（m）路拱横坡度（iG）路肩横坡度（iJ）JD170m 3%7m 0.75m 2%3%JD290m 3%80m JD370m 4%80m 1. 计算全超高段（从HYQZYH）的全超高值JD1处：外缘中线内缘JD2处：外缘中线内缘JD3处：外缘中线内缘2. 超高过渡段（ZHHY及YHHZ）内各桩点左、中、右超高值计算对JD1：（1）计算ZH点K0+247.303和HZ点K0+745.640的超高值（2）计算K0+277.303和K0+715.640的超高值（3）计算K0+307.303和K0+685.640的超高值对JD2：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。=90m（1）计算ZH点K1+136.240的超高值（2）计算K1+176.240的超高值（3）计算K1+216.240的超高值对JD3：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。=70m（1）计算ZH点K1+1682.334的超高值（2）计算K1+712.334的超高值（3）计算K1+742.334的超高值各桩详细超高值见表5-3：表5-3 各桩超高表桩 号路 基 左 侧路 基 右 侧路基宽(m)路面宽(m)超高横坡(%)路基宽(m)路面宽(m)超高横坡(%)K0+0005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+0505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+1005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+1505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+2005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 续表5-3 桩 号路 基 左 侧路 基 右 侧路基宽(m)路面宽(m)超高横坡(%)路基宽(m)路面宽(m)超高横坡(%)K0+247.3035.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+2505.000 3.500 -1.769 5.000 3.500 -2.000 K0+3005.000 3.500 2.258 5.000 3.500 -2.258 K0+317.3035.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+3505.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+4005.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+4505.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+496.4715.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+5005.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+5505.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+6005.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+6505.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+675.6405.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K0+7005.000 3.500 1.912 5.000 3.500 -2.000 K0+745.6405.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+7505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+8005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+8505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+9005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K0+9505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+0005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+0505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+1005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+136.2395.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 续表5-3 桩 号路 基 左 侧路 基 右 侧路基宽(m)路面宽(m)超高横坡(%)路基宽(m)路面宽(m)超高横坡(%)K1+1505.000 3.500 -1.083 5.000 3.500 -2.000 K1+2005.000 3.500 2.125 5.000 3.500 -2.125 K1+226.2395.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+2505.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+3005.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+332.2995.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+3505.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+4005.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+438.3595.000 3.500 3.000 5.000 3.500 -3.000 K1+4505.000 3.500 2.563 5.000 3.500 -2.563 K1+5005.000 3.500 -0.623 5.000 3.500 -2.000 K1+518.3595.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+5505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+6005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+6505.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+682.3355.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 -2.000 K1+7005.000 3.500 -2.000 5.000 3.500 0.019 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：则横断面面积： （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： （5-5）式中：体积，即土石方数量（m） 、分别为相邻两断面面积（）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调配，其优点是方法简单，调配清晰，精度符合要求。该表也可由计算机自动完成。具体调配步骤是： 1. 土石方调配是在土石方数量计算与复核完毕的基础上进行的，调配前应将可能影响运输调配的桥涵位置、陡坡大沟等注明在表旁，供调配时参考。 2. 计算并填写表中“本桩利用”、“填缺”、“挖余”各栏。当以石作填土时，石方数应填入“本桩利用”的“土”一栏，并以符号区别。然后按填挖方分别进行闭合核算，其核算式为： 填方=本桩利用+填缺 挖方=本桩利用 +挖余 3. 在作纵向调配前，根据“填缺”、“挖余”的分布情况，选择适当施工方法及可采用的运输方式定出合理的经济运距，供土方调配时参考。 4. 根据填缺、挖余分布情况，结合路线纵坡和自然条件，本着技术经济少占用农田的原则，具体拟定调配方案。将相邻路段的挖余就近纵向调配到填缺内加以利用，并把具体调运方向和数量用箭头表明在纵向调配栏中。 5. 经过纵向调配，如果仍有填缺或挖余，则应会同当地政府协商确定借土或弃土地点，然后将借土或弃土的数量和运距分别填注到借方或废方栏内。 6. 调配完成后，应分页进行闭合核算，核算式为： 填缺=远运利用+借方 挖余=远运利用+废方 7. 本公里调配完毕，应进行本公里合计，总闭合核算除上述外，尚有：(跨公里调入方)+挖方+借方=(跨公里调出方)+填方+废方 8. 土石方调配一般在本公里内进行，必要时也可跨公里调配，但需将调配的方向及数量分别注明，以免混淆。 9. 每公里土石方数量计算与调配完成后，须汇总列入“路基每公里土石方表”，并进行全线总计与核算。至此完成全部土石方计算与调配工作。土石方量详见表5-5：表5-4 土石方量计算表桩 号横断面面积（）距离(m)挖方量（m）填方量（m）挖方填方K0+0005.674 2.520 K0+0501.496 14.270 50.000 179.250 419.750 K0+1001.416 60.428 50.000 72.800 1867.450 K0+1502.034 24.438 50.000 86.250 2121.650 K0+200101.352 50.000 2584.650 610.950 K0+247.303401.392 47.303 11890.650 K0+250446.638 2.697 1143.568 K0+300526.170 50.000 24320.200 K0+317.303578.160 17.303 9554.111 K0+350572.090 32.697 18804.862 K0+400495.947 50.000 26700.925 K0+450418.762 50.000 22867.725 K0+496.471302.658 46.471 16762.554 K0+500279.258 3.529 1026.791 K0+550239.135 50.000 12959.825 K0+600219.009 50.000 11453.600 K0+65099.800 50.000 7970.225 K0+675.64056.621 25.640 2005.317 续表5-4桩 号横断面面积（）距离(m)挖方量（m）填方量（m）挖方填方K0+70047.261 24.360 1265.283 K0+745.6406.798 1.756 45.640 1233.626 40.072 K0+7503.802 5.120 4.360 23.108 14.990 K0+8001.547 15.397 50.000 133.725 512.925 K0+8502.197 5.452 50.000 93.600 521.225 K0+90014.420 0.932 50.000 415.425 159.600 K0+95011.414 50.000 645.850 23.300 K1+00013.206 2.180 50.000 615.500 54.500 K1+05021.308 50.000 862.850 54.500 K1+05021.308 K1+10024.046 50.000 1133.850 K1+136.23921.293 36.239 821.520 K1+15022.729 13.761 302.893 K1+20010.513 2.087 50.000 831.050 52.175 K1+226.2393.971 1.967 26.239 190.023 53.186 K1+2502.056 13.163 23.761 71.604 179.752 K1+3003.106 9.023 50.000 129.050 554.650 K1+332.2991.496 14.850 32.299 74.320 385.537 K1+3501.490 7.351 17.701 26.428 196.490 K1+4005.726 1.515 50.000 180.400 221.650 K1+438.35910.042 0.410 38.359 302.422 36.921 K1+45011.064 0.729 11.641 122.847 6.630 K1+50022.893 50.000 848.925 18.225 K1+518.35950.756 18.359 676.061 K1+55067.384 31.641 1869.034 K1+60054.166 50.000 3038.750 K1+65041.208 50.000 2384.350 K1+682.3351.457 4.865 32.335 689.786 78.655 K1+7001.984 13.047 17.665 30.393 158.208 K1+75015.817 0.202 50.000 445.025 331.225 K1+752.33517.366 2.335 38.741 0.236 K1+80082.045 47.665 2369.213 K1+850134.099 50.000 5403.600 K1+900111.525 50.000 6140.600 K1+905.625100.966 5.625 597.631 K1+95085.703 44.375 4141.718 K1+95085.703 续表5-4 土石方量计算表桩 号横断面面积（）距离(m)挖方量（m）填方量（m）挖方填方K2+00063.698 50.000 3735.025 K2+05048.488 50.000 2804.650 K2+058.91640.762 8.916 397.877 K2+1003.387 2.461 41.084 906.909 50.554 K2+138.9161.443 83.450 38.916 93.982 1671.656 K2+1501.471 134.794 11.084 16.149 1209.508 K2+2000.706 391.310 50.000 54.425 13152.600 K2+2501.462 311.886 50.000 54.200 17579.900 K2+3001.477 116.685 50.000 73.475 10714.275 K2+3501.495 31.989 50.000 74.300 3716.850 K2+371.1911.344 1.086 21.191 30.081 350.446