南京工业大学交通工程毕业设计计算书

南京工业大学学士学位论文

内蒙古某二级公路工程设计（B标段）

摘要

本路段处于内蒙古，设计时速60km/h，l路基宽度10m，属于X501 线的一部分。本路段内没有河流、铁路，地形以高原为主，路线全长5.9公里。

本标段设计遵循规范主要有《公路路线设计规范》、《公路沥青路面设计规范》和《公路水泥混凝土路面设计规范》等。设计过程中主要使用了AutoCAD2010、AutoCAD2004、纬地道路设计系统、Microsoft office以及HPDS2006等软件。

本设计主要分为三个部分：第一部分别为路线设计，包括平面线性设计、纵断面线形设计及横断面标准和各断面设计；第二部分为路面结构设计，包括沥青路面结构设计、水泥混凝土路面设计；第三部分详细说明了排水部分的设置和依据。

关键词：毕业设计；公路；路面设计；线形设计；HPDS；纬地：CAD

Abstract

Abstract

This section of the road is located in Inner Mongolia,The lane design at 100 Km per hour, and the width of subgrade is 26 meters. The section is part of line X501.In this section there is no river and railway.The terrain is main of plateau. The length of the road is 5.9 kilometers.

The main specifications applied in this design include “Specification for Design of Highway Routes”，”Specification for design of highway asphalt pavement”and”Specification of concrete pavement for highway”ect. The main software used in the design include AutoCAD 2004、2010, Microsoft Excel and Word, HPDS2006 and so on.

This design was divided into three parts:the first part is Route Design,including the Horizontal Alignment,Vertical Alignment design and cross sectional standard and each part of cross section: the second part is the pavement structure design,including the structural design of asphalt pavement and concrete pavement;the third part details the Drainage facilities set and the foundations.

Key Words: graduation design, road, pavement design, HPDS, WEIDI,CAD

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摘要 ............................................................................................................................................................................ I Abstract ......................................................................................................................................................................II 工程项目概况 .. (1)

第一章路线设计 (2)

1.1 道路选线一般原则 (2)

1.2 选线的方法和步骤 (2)

1.3 平面线形设计要点 (3)

1.4平面线形要素组合设计 (5)

1.4.1平面要素组合类型 (6)

1.4.2平面线形要素组合计算 (8)

1.5 纵断面线形设计 (10)

1.5.1纵断面线形设计要点 (10)

1.5.2纵断面线形设计的一般原则 (12)

1.6平纵线形组合设计 (15)

1.6.1视觉分析 (16)

1.6.2组合设计原则 (17)

第二章路基路面设计 (22)

2.1路基设计的一般原则 (22)

2.2路基的类型与构造 (22)

2.2.1路堤 (23)

2.2.2路堑 (23)

2.3路基设计 (24)

2.3.1路基宽度 (24)

2.3.2路基高度 (25)

2.3.3路基边坡坡度 (26)

2.3.4路基压实 (26)

2.4路基稳定性分析计算 (26)

2.4.1概述 (26)

2.4.2直线滑动面的边坡稳定性分析 (27)

2.5路基防护与加固 (32)

2.5.1概述 (32)

2.5.2坡面防护 (33)

2.6 路面结构设计 (38)

2.6.1 路面结构组成 (38)

2.6.2路面类型 (39)

2.6.3 沥青路面设计 (39)

2.6.4 水泥路面设计 (43)

2.6.5路面比选 (48)

2.7 路基土石方数量计算及调配 (50)

2.7.1 横断面面积计算 (50)

2.7.2 土石方数量计算 (51)

2.7.3 路基土石方调配 (51)

第三章排水设计 (54)

目录

3.1 路面表面排水 (55)

3.2 路基地面排水 (55)

3.2.1 边沟 (55)

3.2.2 截水沟 (55)

3.2.3 排水沟 (56)

参考文献 (57)

致谢 (57)

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工程项目概况

本项目地理位置在地处东经111°30′—115°12′，北纬42°48′—45°05′之间,路线基本走向是由北向南，行政区划属苏尼特左旗和正镶白旗。路线起点位于苏尼特左旗的白日乌拉东，桩号为K0+000，接X501 线满都拉图至白日乌拉段（目前在建）终点，从起点引出后，向西南绕沙窝地转入既有的X21025 线，沿既有路向南，经芒和图、查干淖尔大队，绕行布朗查干淖尔下湿地，后沿既有路东侧沙地边缘南行，至巴彦淖尔镇，结合巴颜淖尔镇规划及地形条件，路线沿镇西侧南行，之后路线尽可能沿自然路南行，经前进大队、敦德特音乌苏、额勒图、乌兰乌苏、陶敦图、哈角至敖仓毛德大队，之后折向东，沿新建砂石路东行，结合乌兰察布苏木规划，向东南沿苏木新区西南侧到达终点，接入X501 线明安图至乌兰察布苏木段，路线全长5公里多。路线设计范围内沿线没有河流、没有铁路。

本项目位于内蒙古中部锡林郭勒盟苏尼特左旗境内及正镶白旗北部，地处内蒙古高原东南部。路线自北向南经过不同的地貌单元：北部高平原区，中部布朗查干淖尔高原地区，南部浑善达克高原区，以及浑善达克沙地以南的高平原丘区。沿线降水量少，地表水不发育，仅有少量季节性内陆河流及泽淖。

本线所经区域地广人稀，工程沿线范围内无自然保护区、风景名胜区、水源保护区、文物古迹、湿地、森林公园等特殊环境敏感区。路线两侧仅有少量在居民，沿线200m范围内无学校和医院分布。

工程永久性占地3647亩。本段占地类型为牧地；浑善达克沙地及其以南段植被覆盖率3%，土地利用为自状态。取弃土临时用地719 亩，均为植被稀缺的流动沙丘。工程设计在取土完后及时对取土场植草绿化，风沙段路堑边坡及堑外一定范围内设置植物沙障，其植草。本工程植草面积共2312亩。绿化措施在防护公路工程的同时，也利于沿线植被恢复和生态环境改善，将在很大程度上抵消占用植被带来的不良影响。

第一章路线设计

第一章路线设计

1.1 道路选线一般原则

（1）在路线设计的各个阶段，运用各种先进手段对路线方案做深入、细致的研究，在多方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案。

（2）路线设计应在保证行车安全、舒适、快捷的前提下，使工程量小、造价低、营运费用省、效益好，并有利于施工和养护。路线设计应注意立体线形设计中平、纵、横面的舒顺、合理配合。在工程量增加不大时，应尽量采用较高的技术指标，不应轻易采用最小和极限指标，也不应片面追求高指标。

（3）选线应同农田基本建设相配合，做到少占田地，并应尽量不占高产田、经济作物田和经济林园（如橡胶林、茶林、果园）等。对沿线必须占用的田地，应按国家有关法规，做好造地还田等规划和必要的设计。

（4）通过名胜、风景、古迹地区的道路，应与周围环境、景观相协调，并适当照顾美观，重视保护原有自然状态和重要的历史文物遗址。

（5）应对工程地质和水文地质进行深入勘测，查清其对道路工程的影响。对不良地质地段和特殊地区，如滑坡、崩坍、泥石流、岩溶、泥沼等地段和沙漠、多年冻土等特殊地区，一般情况下路段应设法绕避：必须穿过时，应选择合适位置，缩小穿越范围，并采取必要的工程措施。

（6）选线应重视环境保护，注意因修建道路及汽车运行所产生的影响和污染等。

（7）对高速公路和一级公路，因其路幅宽，可根据通过地区的地形、地物、自然环境等条件，利用其上下行车道分离的特点，本着因地制宜的原则，合理采用上下行车道分离的形式设线。

1.2 选线的方法和步骤

(1)路线方案选择

路线方案选择主要是解决起、终点间路线基本走向问题。此项工作通常是先

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在小比例尺（1：2.5万~1：10万）地形图上从较大范围面积内找出各种可能的方案，收集各可能方案的有关资料，进行初步评选，确定数条有进一步比较价值的方案；然后进行现场勘察，通过多方案的比选得出一个最佳方案。当没有地形图时，可采用调查或踏勘方法现场收集资料，进行方案评选。当地形复杂或范围很大时，可通过航空视察，或用遥感与航摄资料进行选线。

（2）路线带选择

在路线基本走向选定的基础上，按地形、地质、水文等自然条件选定出一些细部控制点，连接这些控制点，即构成路线带，也称路线布局。这些细部控制点的取舍，仍通过比选的方法确定。路线布局一般应在1：1000~1：5000比例尺的地形图上进行。只有地形简单、方案明确的路段，可现场直接选定。

（3）具体定线

定线是根据技术标准和路线方案，结合有关条件在有利的路线带内进行平、纵、横综合设计，具体定出道路中线的工作。

1.3 平面线形设计要点

平面线形应与地形、地物和环境相适应，保持线形的连续性和均衡性，并与纵断面设计相协调。

（一）平面线形应直捷、流畅，与地形、地物相适应，与周围环境相协调平面线形应直捷、流畅，并与地形、地物相适应，宜直则直，宜曲则曲，不平面追求直曲，这是美学、经济和环境保护的要求。

在地势平坦开阔的平原微丘区，路线直捷舒顺，平面线形三要素中直线所占比例较大；在地势起伏的山岭重丘区，路线弯曲多变，曲线在平面线形中所占的比例较大，平面线形以曲线为主。若在没有任何障碍物的开阔地区（如戈壁、草原）认为设置设置一些不必要的曲线，或咋高低起伏发山岭地区硬拉长直线，都将产生不协调发视觉。直线、圆曲线、缓和曲线的选用及其合理组合，取决于地形地物等具体条件。平面强调路线以直为主或以曲为主，或人为规定三者的比例都是不合适的。

（二）保持平面线形的均衡与连续

为使一条道路上的车辆尽量以均匀速度行驶，应注意各线形要素保持连续、

第一章路线设计

均衡，避免出现技术指标的突变。一下几点在设计时应充分注意：

1.直线与平曲线的组合

直线与平曲线变化应连续、均衡，圆曲线半径和长度与相邻直线长度相适应。设计时应避免以下组合：

（1）长直线尽头接小半径平曲线。长直线和长大半径平曲线会导致较高的速度，若突然出现小半径平曲线，会因减速不急而发生事故。特别是在下坡方向的尽头更要注意线形的连续性，若因地形所限小半径平曲线难免时，中间应插入中等曲率的过渡性平曲线，并使纵坡不要过大。

（2）短直线接大半径的平曲线。这种组合线形均衡性差，且线形不美观。

根据国外设计经验，从视觉及安全考虑，当直线与平曲线相接时，圆曲线半径R与其前后的直线长度L Z满足如下关系时，是比较好的直线与平曲线组合：

L Z≤500m时，R≥L Z

L Z>500m时，R≥500m

2.平曲线与平曲线的组合

相邻平曲线之间的设计指标应连续、均衡，避免突变。在条件允许时，相邻圆曲线大半径与小半径之比宜小于2.0，相邻回旋线参数之比宜小于2.0，这种要求对行车是有利的。

3.高、低标准之间要有过渡

同一等级道路因地形变化在指标的采用上会有变化，或同一条道路按不同设计速度的各设计路段之间也会形成技术标准的变化。遇有这种高、低标准的变化的路段，除满足有关设计路段在长度和梯度上的设计要求外，还应结合地形的变化，使路线的平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变。不同标准路段相互衔接的地点，应选在交通量发生变化处，或驾驶员能明显判断前方需改变速度的地方。（三）注意与纵断面设计相协调

在平面线形设计中，应考虑纵断面设计的要求，与纵断面线形相协调。特别是平原微丘区的道路，平曲线指标一般较高，平曲线较长，与铁路、主要道路及河流交叉的地方往往是纵断面线形发控制点。在设计平面线形时，应考虑平原区道路纵断面设计的特殊性，为纵断面设计留有活动余地，以利于平纵线形组合设计。

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（四）平曲线应有足够的长度

汽车在道路的曲线段上行驶，如平曲线长度过短，驾驶员需急转转向盘，在高速行驶时是不安全的，也会使离心加速度变化率过大，使乘客感到不舒适；当道路转角很小时，容易产生曲线半径很小才错觉。因此，平曲线应有一定长度。

最小平曲线长度一般应考虑按下述条件确定：

1.驾驶员操作从容、乘客感觉舒适要求的平曲线最小长度

平曲线一般由前后回旋线和中间圆曲线三段组成。根据经验，在每段曲线上驾驶员操作转向盘不感到困难至少需3s的行程，全长需9s；如中间圆曲线长度为零，也需6s的行程。因此，按6s行程时间确定最小平曲线长度是适宜的。

平曲线最小长度不应小于表中规定值。

表1-1 各级公路平曲线最小长度表

设计速度（km/h) 120 100 80 60 40 30 20 一般值（m）1000 850 700 500 350 250 200 最小值（m）200 170 140 100 70 50 40

2.转角α小于7o时的平曲线长度

从路线直捷要求，平曲线转角小一些为宜。但转角过小时，即使半径过大，驾驶员也会将平曲线长度看成比实际的短，给其造成急转弯的错觉。因此，当路线转角小于7o时，应设置较长的平曲线。小转角平曲线长度的确定，：当转角小于7o时，平曲线仍按由两段回旋线组成的平曲线长度，使α<7o的平曲线外据E 与α=7o时的E相等，此时其强度应大于表中规定值，表中的α为转角（o），当α<2o时，按α=2o计。

表1-2 转角等于活小于7o的平曲线长度

设计速度（km/h) 120 100 80 60 40 30 20

平曲线最小长度（m）1400/α1200/α1000/α700/α500/α350/α280/α1.4平面线形要素组合设计

由平面线形的三要素（直线、圆曲线和缓和曲线）可得到多种平面线形的组合形式。对道路平面线形设计，主要有基本型、S形、卵形、凸形、C形、复合

第一章 路线设计

型和回头形曲线等。

1.4.1平面要素组合类型

1.基本型曲线

平曲线按直线---回旋线（A 1）---圆曲线---回旋线（A 2）---直线顺序的组合形式称为基本型曲线。

当两回旋线的参数值相等，即A 1=A 2时，叫对称基本型；A 1≠A 2时，叫非对称基本型；等A 1=A 2=0（即不设缓和曲线）时，又称为简单型。

基本型中的回旋线参数、圆曲线最小长度都应符合有关规定。两回旋线参数可相等，也可根据地形条件设计成不相等的非对称形曲线。从线形的协调性，回旋线、圆曲线、回旋线的长度之比宜设计成1：1：1~1：2：1，并注意满足设置基本型曲线的几何条件：

2β≤α (1-1)

式中：α---路线转角（o ）

Β---回旋转角（o ）

2.S 形曲线

两个反向圆曲线用两个反向回旋线连接的组合形式称为S 形曲线。 从行驶力学与线形协调、超高过渡考虑，S 形曲线相邻回旋线参数A 1和A 2宜相等，当采用不等参数时，A 1与A 2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。

S 形曲线的两个反向回旋线宜径相连接为宜。当受地形或其他条件限制不得已插入短直线或两回旋线相互重合时，其短直线或重合段长度L 应符合下式规定：

L ≤40

)(21A A (m) (1-2) 两圆曲线半径之比不宜过大，以R 2/R 1=1~1/3为宜（R 1、R 2分别为大、小圆半径，A 1、A 2分别为大、小圆的回旋线参数。）

3.卵形曲线

用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合形式称为卵形曲线。

卵形曲线公用回旋线的参数A 宜在R 2/2≤A ≤R 2范围内（R 2为小圆半径），

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两圆曲线半径之比以满足R2/R1=0.2~0.8为宜，两圆曲线的间距以

D/R2=0.003~0.03为宜（D为两圆曲线间的最小间距）。

卵形曲线大圆应能完全包住小圆。若大圆半径无限大，即直线，其即属于基本型。卵形曲线的回旋线不是从原点开始的完整回旋线，而是使用曲率从

1/R1~1/R2这一段的不完整回旋线。

4.凸形曲线

两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相连接的组合形式称为凸形曲线。

凸形曲线的回旋线参数及其连接点的曲率半径，应分别符合最小回旋线参数和圆曲线最小半径的规定。连接点附近最小0.3v(以m计；其中v为设计速度，按km/h计）的长度范围内，应保持以连接点曲率半径确定是超高（或路拱）横坡度。凸形曲线尽管在连接点处曲率是连续的，但因中间圆曲线长度为零，对驾驶操作不利，所以只在路线严格受地形、地物限制处方可采用凸形曲线。

5.复合型曲线

将两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接的组合形式称为复合型曲线。

复合型曲线相邻回旋线参数之比以小于1：1.5为宜。复合型曲线的回旋线，其曲率半径和参数是变化的，驾驶员需变更速度和方向，以适应变化的回旋线，对驾驶操作不利。除互通式立体交叉匝道线形外，复合型曲线仅在受地形或其他特殊原因限制时使用。

6.C形曲线

两同向回旋线在曲率为零处径相连接的组合形式称为C形曲线。C形曲线两个回旋线参数可相等，也可不相等。C形曲线连接处的曲率为零，即R= ，相当于两基本型同向曲线间直线长度为零，对行车和视觉均不利，所以C形曲线仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限时方可采用。

7.回头形曲线

山区道路问克服高差，在同一坡面上转角接近和大于180o，由主曲线和辅曲线的组合形式称为回头形曲线，也称回头曲线。图中，R0、R1和R2表示圆曲线，A0、A1和A2表示回旋线。回头曲线的上线一般应设辅曲线，以免出现长直下坡接小半径平曲线的不安全组合；下线辅曲线视地形可设可不设。主曲线与辅曲线

第一章 路线设计

间可设直线段，也可不设。主、辅曲线可以是反向曲线或同向曲线，根据地形条件确定。上线辅曲线R 1与主曲线半径R 0比值不宜大于2.0。主曲线技术指标规定如表所示。两相邻回头曲线间应尽可能拉开距离。一个回头曲线（主曲线）的终点至下一个回头曲线起点的距离，当路线设计速度为40km/h 、30km/h 、20km/h 时，分别应不小于200m 、150m 、100m 。

表1-3 回头形曲线技术指标 项目 公路等级

三

四 回头曲线设计速度（km/h)

35 30 25 20 主曲线最小半径（m)

40 30 20 15 缓和曲线最小长度（m)

35 30 25 20 超高横坡度（%）

6 6 6 6 双车道路面加宽值（m)

2.5 2.5 2.5 3 最大纵坡（%）

3.5 3.5 4

4.5

三、四级公路在自然展线无法争取到需要的距离以克服高差，或因地形、地质条件所限不能采用自然展线时，可采用回头曲线。高差较大的山城道路也可采用回头曲线。

本设计有四个平曲线，都是选择的对称基本型。

1.4.2平面线形要素组合计算

1.基本型曲线设计与计算

计算图示如图所示。

曲线几何元素计算公式如下。

内移值：p=R L S 242

-342384R

L S (m) (1-3) 切线增长值：q=2S L -2

3

240R L S (m) (1-4)

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缓和曲线角：βo =R L S 2π

O 180(O ) (1-5) 切线长：T=(R+p)tan 2α

+q (m) (1-6)

平曲线长：L=R αo 180

π+L S (m) (1-7) 外距：E=(R+p)sec 2

α-R (m) (1-8) 切曲差：D=2T-L (m) (1-9)

式中：L S ---缓和曲线长度（m)

R---圆曲线半径（m)

α---转角（o ）

图1-1 对称基本型曲线计算图式

取本标段第一个交点JD 1为算列，计算如下：

取 圆曲线半径 R=300

第一章 路线设计

缓和曲线长 L S =100

转角 ɑ=49o 26’01’’

切线长： T=(R+p)tan 2α

+q=188.684 (m)

平曲线长：L=R αo 180

π+L S = 358.8338(m) 外距： E=(R+p)sec 2

α-R =31.784(m)

主点桩号如下：

JD 1桩号为K1+376.776

直缓点桩号：ZH=K1+188.092

缓圆点桩号：HY=K1+288.092

曲中点桩号：QZ=K1+367.509

圆缓点桩号：YH=K1+446.926

缓直点桩号：HZ=K1+546.926

以此方法计算JD 2、JD 3、JD 4，具体结果详见设计表格《直线、曲线及转角表》

1.5 纵断面线形设计

1.5.1纵断面线形设计要点

纵断面线形设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制高程等，确定路线合适的高程、各坡段的纵坡和坡长，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当、平面与纵面组合设计协调，以及填挖经济、平衡。这些要求虽在选、定线阶段有所考虑，但要在纵断面设计中具体实现。

（一）纵坡极限值的运用

根据汽车动力特性和考虑经济等因素制定的极限值，设计时不可轻易采用，应留有余地，只有在受限制较严，如越岭线为争取高度、缩短路线长度和避开艰巨工程等，才有条件采用。好的设计应尽量考虑人的视觉、心理要求，使驾驶员

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有足够的安全感、舒适感和视觉上的美感。一般纵坡缓些为宜，但考虑路面和边沟排水，最小纵坡不应小于0.3%~0.5%。

在山区道路的设计中，应避免过分追求平缓的纵坡，是工程量和工程投资增大，影响区域自然环境，或为节省工程量，采用较长的陡坡或采用不合理的陡坡与缓坡组合而影响行车安全。应从一下三方面分析：

（1）工程和环境。应定量分析采用陡坡设计对本路段及前后路段工程量的影响，及前后路段纵断面指标的变化情况。如局部路段采用陡坡，可避免高填深挖，减小防护工程或免设隧道工程；如斜坡上布线采用陡坡设计，能迅速提升高度，使路线设于相对较缓的坡面上，避免因线位过低造成对山体的大规模开挖，保护区域自然环境等。因此，采用陡坡设计不仅对工程有较大影响，而且一定路段的平面布线起控制作用，应以平、纵、横综合设计全面分析。

（2）道路通行能力。应根据不同纵坡和坡长、交通组成中重车比例及其他相关参数，分别计算路段通行能力，分析采用不同陡坡设计时通行能力是否满足设计交通量要求，合理选定纵坡及坡长。

（3）车辆行驶速度。采用陡坡设计会影响车辆的行驶速度，沿连续上坡方向载重汽车的运行速度降低到容许最低速度以下时，需增设爬坡车道；对下坡的车辆易产生高速行驶，导致频繁制动而使制动器失效，发生车辆失控的交通事故，此时需考虑设置紧急避免车道。

通行对工程和环境、道路通行能力、车辆行驶速度三方面的综合分析，当在工程经济和环境保护方面表现良好，且通行能力和车辆行驶速度均能满足要求时，采用陡坡设计方案是可行的；当工程经济和环境保护可行，而通行能力和车辆行驶速度不能满足要求时，应调整纵坡设计，或设置爬坡车道或紧急避险车道。（二）最短坡长

坡长不宜过短，以不小于设计速度9s的行程为宜。对连续起伏路段，纵坡应尽量小，坡长和竖曲线应争取到极限值的1倍或2倍以上，避免锯齿形的纵断面，以使增重与减重变化和缓；从路容美观方面也应以此设计为宜。

（三）竖曲线半径的选用

竖曲线应选用较大半径为宜。当受限制时可采用一般最小值，特殊原因方可采用极限最小半径；坡差小时应尽量采用大的竖曲线半径。有条件时，宜按下表

第一章路线设计

规定进行设计。

表1-4 视觉要求的最小竖曲线半径值

设计速度（km/h) 竖曲线半径（m）设计速度（km/h) 竖曲线半径（m)

凸形凹形凸形凹形120 20000 12000 60 9000 6000

100 16000 10000 40 3000 2000

80 12000 8000

（四）相邻竖曲线的衔接

相邻两个同向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复曲线，避免出现断背曲线，这样对行车是有利的。

相邻反向竖曲线之间，为使增重与减重和缓过渡，中间最好插入一段直坡段。若两竖曲线半径接近极限值时，这段直坡段至少应为设计速度的3s行程；当半径比较大时，亦可直接连接。

（五）各种地形条件下的纵坡设计

（1）平原、微丘地形的纵坡应均匀平缓，注意保证最小填土高度和最小纵坡的要求。丘陵地形应避免过分迁就地形而起伏过大，纵坡应顺适不产生突变。

（2）山区沿河线应尽量采用平缓纵坡，坡长不应超过限制长度，纵坡不宜大于6%，并注意路肩控制高程的要求。

（3）越岭线的纵坡力求均匀，尽量不采用极限或接近极限的纵坡，更不宜在连续采用极限长度的陡坡之间夹短的缓和坡段。越岭线一般不应设置反坡，垭口附近的纵坡应尽量缓一些，应满足平均纵坡的要求。

（4）山脊线和山腰线除结合地形不得已采用较大纵坡外，在可能条件下纵坡应缓些。

1.5.2纵断面线形设计的一般原则

（一）纵断面线形设计的原则如下：

（1）应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、最小坡长、竖曲线最小半径及竖曲线最小长度等），以及相关高程控制点和构造物设计对纵断面的要求。

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（2）纵断面线形设计应根据设计速度，在适应地形及环境的原则下，对纵坡大小、长短及前后坡段协调的情况，竖曲线半径及其与平面线形的组合等进行综合研究，反复调整，设计出平顺、连续的纵断面线形。

（3）平面上直线路段不宜在短距离内出现凹凸起伏频繁的纵断面线形，其凸起部分易遮挡视线，凹下部分易产生盲区，使驾驶员产生茫然感，导致视线中断，使线形失去连续性，影响行车安全。

（4）连续上坡（或下坡）路段，应符合平均纵坡的规定，并采用运行速度对通行能力与行车安全进行检验。

（5）长下坡的直线段端部不应设计小半径的凹形竖曲线或平曲线，以保证行车安全。当相邻坡段的坡差很小时，应设置较大半径的竖曲线，以保证竖曲线的最小长度要求。避免使用凹形竖曲线半径小、长度短的纵断面线形，汽车在这种线形上行驶时，只有到坡顶时方能看见前方路面，易使驾驶员产生茫然，不利于行车安全。

（6）纵断面设计应考虑路面排水的要求。一是纵坡不宜过小或采用平坡，特别在横向排水不畅的路段；二是在设计前坡为下坡（上坡），后坡为上坡（下坡）的竖曲线[分别称为全凹竖曲线和全凸竖曲线]，不宜采用过大半径竖曲线，避免竖曲线的顶部（底部）小于最小纵坡的路段长度过大，其长度可用下式表示：S V=2Ri min

式中：S V---纵坡小于最小纵坡的长度（m）

R---竖曲线半径（m)

i min---允许最小纵坡，一般取0.5%，特殊情况取0.3%。

从式可知，纵坡小于最小纵坡的长度与竖曲线半径成正比。因此在满足线形设计要求的前提下，不应追求过大竖曲线半径，以减少纵断面上排水不畅的路段长度。

（7）在回头曲线路段，路线纵坡有特殊规定，应先定出回头曲线部分的纵坡，再从两段接坡。在回头曲线的主曲线内不宜设竖曲线。

（8）应争取纵向填挖平衡，尽量移挖作填，以节省土石方数量，降低工程造价。

第一章 路线设计

（二）竖曲线

竖曲线是设在纵断面上的两个坡段的转折处，为了便于行车，起缓和作用的一段曲线。竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，在使用范围二者几乎没有差别。

竖曲线诸要素的计算：

(1)计算竖曲线要素

如图1-3所示，i1和i2分别为两相邻纵坡坡度，12i i -=ω，ω为“+”时，表示凹型曲线；ω为“-”时，表示凸形曲线。

图1-2 竖曲线要素示意图

竖曲线长度L 或半径R ：

L=R ω 或R=L/ω

（1-10） 竖曲线切线长T ： 22ω

R L

T ==

（

1-11） 竖曲线任意点竖距h ：

南京工业大学学士学位论文

h= R

x 22

（1-12）

竖曲线外距E ： R

T E 22=或44882ωωωωT T L R E ==== （1-13） 以变坡点一为例计算如下：

K1+380，高程为 1138.88m ，i 1=+0.92%,i 2=—0.92%，ω=i 2-i 1=—1.84%，为凸形。取R=15900。

曲线长 L=R ω=292.56

切线长 T=2

L =146.28 外距 E=R

T 22

=0.67 （2）计算设计高程

竖曲线起点桩号=K1+380-T=233.72

竖曲线起点高程=1138.88-T ?0.92%=1137.53m

其余变坡点计算方法同上，具体结果详见表格。

1.6平纵线形组合设计

平、纵线形组合设计是指在满足汽车运动学和力学要求前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适，与周围环境相协调，并有良好的排水条件。尽管平、纵线形均按前述标准进行了设计，但平、纵线形组合不良，会形成视觉不连续的立体线形，导致行车危险。

平、纵线形组合设计的总要求：对设计速度v ≥60km/h 的道路，必须重视平、纵的合理组合，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。设计速度俞高，线形设计考虑的因素应俞周全。对设计速度v ≤40km/h 的道路，应在保证行车安全的前提下，正确运用线形要素指标，在条件允许时力求做到各种线形要素的合理组合，并尽量避免和减轻不利的组合。

第一章路线设计

1.6.1视觉分析

（一）视觉分析的概念和意义

汽车在道路上快速行驶时，驾驶员是通过视觉、运动感觉和时间变化来判断线形的。道路线形、周围景观、标志以及其他有关信息，都是通过驾驶员的视觉感受到的。驾驶员观察外界事物，是在运动状态下进行的，所观察的一些物体按一定速度运动，驾驶员也是在车辆行驶中观察物体的。因此，动视觉是连接道路与汽车的重要媒介。

从视觉心理出发，对道路的空间线形及其与周围自然景观和沿线建筑的协调等进行研究分析，以保持视觉的连续性，使行车具有足够舒适感和安全感的综合设计称为视觉分析。

（二）驾驶员的动视觉特点

驾驶员的静态和动态视力不同。动视觉与运动速度、环境照度及驾驶员的年龄等因素有关。车速越高，物体的相对移动速度也越高，眼睛转动的角速度必将加快。根据运动视觉心理学分析，在运动状态下，驾驶员的视力比静止时低10%~20%，特殊情况下低30%~40%。研究表明：（1）驾驶员的注意力集中和心理紧张程度随车速的增加而增加。（2）注意力集中点和视野距离随车速而增大，高速行驶时，驾驶员对前景细节的视觉开始变的模糊不清。（3）视角随车速逐渐变窄，高速时驾驶员已不能顾及两侧景象。注视距离、视野与车速的关系见下表。

表1-5 行驶速度与视野、注视距离的关系

车速（km/h) 60 80 100 120

视野（o）86 60 40 22

注视距离（m) 335 377 564 710 在驾驶过程中，驾驶员的动视觉具有如下特点：

（1）驾驶过程中，驾驶员不易全面正确感觉车外的情况变化。一般驾驶员在视野中觉察一个目标约需0.4s，约1s的时间清晰辨认。在高速运动时，视野变小，外界景观的相对运动速度也增加，导致物体在视野内的作用时间变短。如在视野内的作用时间小于0.4s，驾驶员就无法发现目标，达不到1s，就无法分别目标的细节。

（2）驾驶过程中，驾驶员的空间分辨能力降低。随车速增加，驾驶员的视