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文檔簡介

1、第四章縱斷面設(shè)計(jì)第一節(jié)概述沿著道路中線豎直剖開,然后在展開即為路線縱斷面,見圖41。由于自然因素的影響以及經(jīng)濟(jì)性的要求,路線縱斷面總是一條有起伏的空間線。1、 縱斷面設(shè)計(jì)主要任務(wù)與目的縱斷面設(shè)計(jì)主要任務(wù)就是根據(jù)汽車的動力特性、道路等級、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件以及工程經(jīng)濟(jì)性等,研究起伏空間線的幾何構(gòu)成與要素,以便達(dá)到行車安全迅速、運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)合理及乘客舒適的目的。2、 地面線與設(shè)計(jì)線縱斷面圖是道路縱斷面設(shè)計(jì)的主要成果,也是道路設(shè)計(jì)的重要技術(shù)文件之一。把道路縱斷面圖與平面圖結(jié)合起來,就能準(zhǔn)確地定出道路的空間位置。在縱斷面圖上有兩條主要的線:一條是地面線,另一條是設(shè)計(jì)線。1 地面線它是根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程

2、而點(diǎn)繪的一條不規(guī)則的折線,反映了地面的起伏與變化情況。2 設(shè)計(jì)線它是綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和美學(xué)等諸因素之后,人為定出的一條具有規(guī)則形狀的幾何線,反映了道路的起伏變化情況??v斷面設(shè)計(jì)線是由直線和豎曲線組成的。3 1)直線(均勻坡度線)直線有上坡和下坡之分,是用高 差和水平長度表示的。( 2) 豎曲線在直線的坡度轉(zhuǎn)折處為平順過渡要設(shè)置豎曲線,按坡度轉(zhuǎn)折形式不同,豎曲線有凹有凸,其大小用半徑和水平長度表示。第二節(jié)縱坡及坡長設(shè)計(jì)1、 縱坡設(shè)計(jì)的一般要求為使縱坡設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)合理,必須在全面掌握勘測資料的基礎(chǔ)上,經(jīng)過綜合分析、反復(fù)比較定出設(shè)計(jì)縱坡??v坡設(shè)計(jì)的一般要求為:1 縱坡設(shè)計(jì)必須滿足標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)規(guī)定;2 應(yīng)

3、具有一定的平順性,起伏不宜過大和過于頻繁。為保證車輛能以一定速度安全、順適地行駛,縱坡應(yīng)具有一定的平順性,起伏不宜過大或過于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值,合理安排緩和坡段,不宜連續(xù)采用極限長度的陡坡夾最短長度的緩坡。連續(xù)上坡和下坡路段,應(yīng)避免設(shè)置反坡段。3 縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)對沿線的地形、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候、排水等方面綜合考慮,視具體情況妥善處理,以保證道路的穩(wěn)定與暢通。4 縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)考慮填挖平衡,減少借方和廢方,以降低工程造價(jià)和節(jié)省用地。5 平原微丘地區(qū)地下水埋藏較淺,池塘、湖泊分布較廣,縱坡除應(yīng)滿足最小坡度要求外,還應(yīng)滿足最小填土高度的要求,以保證路基穩(wěn)定。6 對連接段縱坡,如大、中橋引道

4、及隧道兩端引線等,縱坡應(yīng)小些,避免產(chǎn)生突變。路線交叉處前后的縱坡也應(yīng)平緩一些。7 在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上,充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。2、 最大縱坡最大縱坡是指在縱斷面設(shè)計(jì)中,各級道路容許采用的最大坡度值。它是路線設(shè)計(jì)中一項(xiàng)重要的控制指標(biāo)。在地形起伏較大的地區(qū),它直接影響路線的長短、使用質(zhì)量的好壞、行車的安全、運(yùn)輸?shù)某杀竞凸こ淘靸r(jià)。各級道路允許的最大縱坡是根據(jù)汽車的動力特性、道路等級、自然條件以及工程、運(yùn)營、經(jīng)濟(jì)等因素,通過綜合分析,全面考慮,合理確定的。汽車沿陡坡行駛時(shí),因克服升坡阻力及其它阻力需要增大牽引力,車速便會降低。若陡坡過長,將引起汽車水箱“開鍋”、氣阻等情況,嚴(yán)重時(shí)還可能引起

5、發(fā)動機(jī)熄火,使駕駛條件惡化;若沿陡坡下行,因制動次數(shù)多,制動器易發(fā)熱而失效,司機(jī)心理緊張,易引起交通事故。當(dāng)?shù)缆纺酀魰r(shí),情況更為嚴(yán)重。我國 標(biāo)準(zhǔn) 在規(guī)定最大縱坡時(shí),對汽車在坡道上的行駛情況作了大量的調(diào)查與研究工作,并廣泛征求了各方面特別是駕駛員的意見, 同時(shí)考慮了汽車帶一拖掛車及畜力車通行的狀況,結(jié)合交通組成、汽車性能、工程費(fèi)用和營運(yùn)經(jīng)濟(jì)等,經(jīng)綜合分析研究后確定了最大縱坡值,在線路設(shè)計(jì)時(shí),都必須遵守。1 各級公路最大縱坡的規(guī)定見表43。 (表下備注:( 1)高速公路受地形條件或其它情況限制時(shí), 經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理,最大縱坡可增加1%; (2)海拔2000m以上或嚴(yán)寒冰凍區(qū)的山嶺重丘區(qū)四級公路,

6、最大縱坡不應(yīng)大于8%)2 城市道路最大縱坡見下表計(jì)算車速(km/h)806050403020最大縱推薦值455.5678坡()限制值677189 19備注:海拔30004000m高原城市按表值減小1 %,積雪寒冷地區(qū)應(yīng)控制在 6%以內(nèi)3橋上及橋頭路線的最大坡度:(1) 小橋與涵洞處縱坡應(yīng)按路線規(guī)定采用;(2) 大、中橋上縱坡不宜大于4%;(3) 橋頭引線的縱坡不宜大于5%,且緊接橋頭不短于10m(山嶺、重丘區(qū)可減至5m)范圍內(nèi)的引道縱坡應(yīng)與橋上縱坡相同;4隧道部分路線的縱坡:(1) 隧道內(nèi)縱坡不應(yīng)大于3%,且不小于0.3%;(2) 緊接隧道洞口 30m范圍內(nèi)的縱坡應(yīng)與隧道內(nèi)的縱坡相同(明洞和長

7、度小于50m的隧道,可不受上述規(guī)定的限制)。5在非機(jī)動車交通比例較大的路段,可將縱坡適當(dāng)放緩:平原、 微丘區(qū)一般不大于2%3%;山嶺、重丘區(qū)一般不大于 4%5%。三、高原縱坡折減(自學(xué))四、理想的最大縱坡和不限長度的最大縱坡1理想的最大縱坡108理想的最大縱坡是指設(shè)計(jì)車型即載重汽車在油門全開的情況 下,持續(xù)等速行駛所能克服的坡度,可按下式計(jì)算,即ii Di f(4-1)式中:ii理想的最大縱坡;Di汽車行駛速度 Vi對應(yīng)的動力因數(shù),見圖2 4;Vi汽車行駛速度,對低速路取計(jì)算行車速度;對高速路取最高速度;f滾動阻力系數(shù),見表 2 4;入海拔荷載修正系數(shù)。因在具有ii的坡道上載重汽車能以最高速度

8、行駛,這樣,可以 指望載重汽車與小客車、重車與輕車之間的速差最小,因而相互干擾 也將最小,道路的總體通行能力將最大。2不限長度的最大縱坡理想的最大縱坡固然好,但這種坡度常因地形等條件的限制很難實(shí)現(xiàn)。為此,在某些路段應(yīng)允許汽車由最大車速 Vi降到V2 ,以獲得較大的坡度。V2稱為容許速度,不同等級的道路容許速度應(yīng)不同, 其值為V2工1V23式中:V計(jì)算行車速度(km/h),高速路取低限,低速路取高限,見表i i和表i 2。與容許速度V2相對應(yīng)的縱坡稱為不限長度的最大縱坡,可按下 式計(jì)算,即i09i2 D2 f(4-2)式中:i2不限長度的最大縱坡;D2與容許速度V2對應(yīng)的動力因數(shù),見圖24;當(dāng)汽

9、車在坡度小于或等于不限長度最大縱坡的坡道上行駛時(shí),只要初速度大于容許速度,汽車至多減速到容許速度,與坡長長短無關(guān);當(dāng)實(shí)際坡度大于不限長度的最大縱坡時(shí),為防止汽車行駛速度低于容許速度,應(yīng)對其坡長加以限制。表 4 6是東風(fēng)EQ 140載重汽車裝載75時(shí),各計(jì)算行車速度下理想的最大縱坡i1 和不限長度的最大縱坡i2。5、 最小縱坡為使道路上行車安全、快速、暢通,希望道路縱坡小一些為好,但在挖方路段、低填方路段和橫向排水不暢通的路段,為保證排水要求,防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定性,均應(yīng)設(shè)置不小于0.3%的最小縱坡,一般情況下以不小于0.5%為宜。當(dāng)必須設(shè)計(jì)平坡或縱坡小于0.3%時(shí),邊溝應(yīng)單獨(dú)作排水設(shè)計(jì)

10、。在彎道路段,為使行車道外側(cè)邊緣不出現(xiàn)反坡,設(shè)計(jì)最小縱坡不宜小于超高允許漸變率。6、 坡長限制坡長限制,主要是指對較陡縱坡的最大長度和一般縱坡的最小長度加以限制。1 最短坡長限制最小坡長是指縱斷面上兩個變坡點(diǎn)之間的最小長度。最短坡長的限制主要是從汽車行駛平順性的要求考慮的,如果坡長過短,使變坡點(diǎn)增多,汽車行駛在連續(xù)起伏的路段會產(chǎn)生增重與減重的頻繁變化,導(dǎo)致乘客感到極不舒適,車速越高越感突出。另外,坡長太短,變坡點(diǎn)之間不能設(shè)置相鄰兩豎曲線的切線長;此外, 對兩凸型變坡點(diǎn)間的距離還應(yīng)滿足行車視距的要求??紤]上述因素,應(yīng)對最小坡長加以限制。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級公路最短坡長見表4 7; 城規(guī)規(guī)定城市道路相對坡

11、長見表4 8。在平面交叉口、立體交叉口的匝道,以及過水路面地段,最短坡長不受此限。2 最大坡長限制道路縱坡的大小及其坡長對汽車正常行駛影響很大。縱坡越陡、坡長越長,對汽車影響也越大。主要表現(xiàn)在:上坡時(shí)使汽車行駛速度顯著下降,需換較低排擋以克服坡度阻力,同時(shí),坡長太長,易是水箱“開鍋”,導(dǎo)致汽車爬坡無力,甚至熄火;下坡時(shí)制動次數(shù)頻繁,易使制動器發(fā)熱而失效,甚至造成車禍。因此,為保證行車的正常與安全,應(yīng)對坡長加以限制。( 1) 各級公路縱坡長度限制,見表4 10;( 2) 城市道路縱坡長度限制,見表4 11;( 3) 當(dāng)計(jì)算行車速度VW80km/h的道路,當(dāng)連續(xù)縱坡大于長度限制時(shí),應(yīng)設(shè)緩和坡段;(

12、 4)當(dāng)公路上有大量獸力車通行時(shí),在可能的情況下,宜在不超過500m處設(shè)置一段不大于2%3%的緩坡。以利于獸力車通行;(5)城市道路的非機(jī)動車道縱坡宜小于 2.5%,否則應(yīng)限制其坡 長,見表411。七、緩和坡段當(dāng)陡坡的長度超過最大坡長的限制時(shí),應(yīng)在中間適當(dāng)位置設(shè)置 緩坡路段,用以恢復(fù)汽車上陡坡時(shí)已降低的車速。同時(shí),從下坡安全 考慮,緩坡也是需要的。根據(jù)實(shí)際觀測,標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于 3%,其 長度應(yīng)不小于最短坡長。緩和坡段的具體位置應(yīng)結(jié)合縱向地形的起伏情況, 盡量減少填挖 方工程數(shù)量來確定。一般情況下,緩和坡段宜設(shè)置在平面的直線或較 大半徑的平曲線上,以便充分發(fā)揮緩和坡段的作用,提高

13、道路的使用 質(zhì)量。在極特殊的情況下,可以將緩和坡段設(shè)于半徑比較小的平曲線 上,但應(yīng)適當(dāng)增加緩和坡段的長度。八、平均縱坡平均縱坡是指一定長度的路段縱向所能克服的高差與路線長度 之比,它是衡量線形設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,即Hi平均 丁(%)式中:H相對高度(m);l路段長度 (m) o通過對山區(qū)道路行車的實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn),有時(shí)雖然道路縱坡設(shè)計(jì)完 全符合最大縱坡、坡長限制和緩和坡長的規(guī)定,但也不一定能保證行 車的順利與安全。如對地形較為復(fù)雜的地段,設(shè)計(jì)者可能交替使用極限長度的最大縱坡及緩和坡長,從而形成“臺階式”縱斷面線形,這是一種合法但不合理的做法。在這種坡道上汽車會較長時(shí)間頻繁地使用低檔行駛,對機(jī)件

14、和安全都不利。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:二、三、四級公路越嶺路線的平均坡度,一般以接近5.5% (相對高差為200500m)和5.0% (相對高差大于500m)為宜,并注意相連3km 路段的平均縱坡不宜大于5.5。城市道路的平均縱坡按上述規(guī)定減少1.0%。對于海拔3000m以上的高原地區(qū),平均縱坡應(yīng)較規(guī)定值減少0.5%1.0%。第三節(jié)豎曲線縱斷面上兩個坡段的轉(zhuǎn)折處,為了便于行車用一段曲線來緩和,稱為豎曲線。豎曲線的形式可采用拋物線或園曲線,在使用范圍二者幾乎沒有差別,但在設(shè)計(jì)和計(jì)算上,拋物線比園曲線更為方便。所以,豎曲線一采用拋物線者居多。一、 豎曲線要素的計(jì)算公式如圖4 2 所示,建立XOY 坐標(biāo)系統(tǒng),設(shè)變

15、坡點(diǎn)相鄰兩縱坡坡度分別為ii和i2,它們的代數(shù)差用3表示,稱為坡度差,即3 = i2 i i式中:3坡度差();il,i2分別為相鄰縱坡線的坡度值,上坡為正,下坡為負(fù)。119當(dāng)3為“ + ”時(shí),表示凹型豎曲線,變坡點(diǎn)在曲線下方;當(dāng)3為”時(shí),表示凸型豎曲線,變坡點(diǎn)在曲線上方。1二次拋物線的基本方程式在圖示坐標(biāo)系下,二次拋物線一般方程為12y x i1x2k對豎曲線上任意一點(diǎn)巳其斜率為當(dāng) X = 0 時(shí),iP i1包上idx k 1;當(dāng) X = L 時(shí),ip : i1 kL Li 2ii拋物線上任意一點(diǎn)P的曲率半徑為2 3/21 5dx式中:dy ip,空 dxdx,代入上式,2 3/2R k1

16、ip因?yàn)閕p介于ii、i2之間,且ii、i2均很小,由此可見,拋物線各點(diǎn)的曲率半徑近乎為常數(shù)。式(1),得二次拋物線豎曲線的基本方程式為式中:3y 一x2 i1x或 y x2 i1x2L2R一坡度差();豎曲線長度(制在水平面上的投影)(1)i2,則(2)故ip可忽略不計(jì),(3)將式(2)代入(4 3)(m);R豎曲線半徑(m)2豎曲線諸要素計(jì)算公式(1) 豎曲線長度 L = R(o(4-4)(4-5)(2) 豎曲線半徑R=L/(o(3) 豎曲線切線長T Ti T2 -22(4) 豎曲線上任意一點(diǎn)P的豎距:h PQyp yQ2xi1x i1x 2R2R(4-6)(5)豎曲線外距-2_2-T R

17、 L T 2R 884(4-7)豎曲線最小半徑和最小長度(一) 豎曲線設(shè)計(jì)限制因素在縱斷面設(shè)計(jì)中,豎曲線設(shè)計(jì)要受眾多因素的限制,其中有三 個限制因素決定著豎曲線的最小半徑和最小長度。1緩和沖擊汽車行駛在豎曲線上時(shí),產(chǎn)生徑向離心力。這個力在凹形豎曲 線上是增重,在凸形豎曲線上是減重。這種增重和減重達(dá)到某種程度 時(shí),旅客就有不舒適的感覺,同時(shí)對汽車的懸掛系統(tǒng)也有不利的影響, 所以在確定豎曲線半徑時(shí),要對離心加速度加以限制。汽車在豎曲線 上行駛時(shí),其離心加速度為2a £(m/s2)將v(m/s)化為V(km/h)并整理,得V213a(m)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,離心加速度a=0.50.7 m/s2較

18、為合適。但考慮到視覺平順等的要求,我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定豎曲線最小半徑和最小長度可RminV23.6LminV23.6(4-8)按下式計(jì)算,相當(dāng)于a=0.278 m/口即2時(shí)間行程不過短汽車從直坡道行駛到豎曲線上時(shí),盡管豎曲線半徑較大,如其 長度過短,汽車悠忽而過,旅客會感到不舒適。因此,應(yīng)限制汽車在豎曲線上的行駛時(shí)間不過短。最短應(yīng)滿足3s的行程,即(4-9)L 匕乂 或 R 工3.61.21.23滿足視距的要求汽車行駛在凸形豎曲線上,如果半徑太小,會阻擋司機(jī)的視線。為了行車安全,對凸形豎曲線的最小半徑或最小長度應(yīng)加以限制。當(dāng)汽車行駛在凹形豎曲線上時(shí),若豎曲線半徑過小,在夜間行車 時(shí)前燈照射距離近,同樣

19、影響行車速度和安全??偠灾瑹o論是凸形豎曲線還是凹形豎曲線都要受到上述三種 因素的控制。需要指出的是,哪一種限制因素為最不利的情況,則該 種因素為有效控制因素。(2) 凸形豎曲線最小長度和最小半徑凸形豎曲線最小長度應(yīng)以滿足視距要求為主,按豎曲線長度L和停車視距St的關(guān)系,分為兩種情況1 當(dāng)L< St時(shí)(見圖43),有121hidi22Rti22Rdi 2Rhti2h2d2 22Rt222Rd22Rh2t22式中:R豎曲線半徑(m);hlh2由 tidi由 t2d2視距長度令也dl將 hi=1.2m司機(jī)視線高,即目高障礙物高,即物高.2Rhi-ti2tlRh1t2hi = 1.2m ;h

20、2=0.im 。,2Rh2 t22 L 1RhL 1STtiL t2StRLmin2StRh2L 10,解此得1L,代入上式,hi:/h2一 2Lhih2,h2=0.1m代入上式,得Lmin2St(4-i0)2當(dāng)L St時(shí)(見圖44),有hid:2Rdi . 2Rhh2d;2RSTd1.2 R . hi一 21,h2 , h1, h2LminSt212(4-11)124比較上述兩種情況,顯然式(4-11)計(jì)算結(jié)果大于(式4-10) 的計(jì)算結(jié)果,應(yīng)將使(411)作為有效控制。在標(biāo)準(zhǔn),中根據(jù)緩和沖擊、時(shí)間行程及視距要求三個限制因素,可計(jì)算出各設(shè)計(jì)速度時(shí)凸形豎曲線的最小半徑和最小長度,如表413所示

21、。表中“一般最小半徑”約為“極限最小半徑”的1.52.0倍,在條件允許時(shí),應(yīng)盡量采用大于“一般最小半徑”的豎曲線為宜。表中“豎曲線最小長度”相當(dāng)于各級道路在計(jì)算行車速度下的3s行程,即用式(4- 9)計(jì)算取整而得。(3) 凹形豎曲線最小半徑和最小長度凹形豎曲線的最小長度,應(yīng)滿足兩種視距要求:一是保證夜間行車安全,前燈照明應(yīng)有足夠的距離;二是保證跨線橋下行車有足夠 的視距。1夜間行車前燈照射距離要求(1)當(dāng)L< St時(shí)(見圖45),有因St =L+l即l= St七,則22hSrtgL ll22St L2R2R2解此得min2 Sth &tg式中:St停車視距(m);h 車前燈局度,

22、 h=0.75m ;S車前燈光束擴(kuò)散角,S= 1.5將已知數(shù)據(jù)代入,得0.75 0.026StLmin2 ST(4-12)h &tg2St2RLminSt22h&tg(2)當(dāng)L St時(shí)(見圖4 6),有2St2L將已知數(shù)據(jù)代入,得minSt21.5 0.0524St(4-13)顯然,式(4 13)個計(jì)算結(jié)果大于式(412),應(yīng)以式(413)作為有效控制2跨線橋下行車視距要求(1)當(dāng)L< St時(shí)(見圖4- 7),有hoLt2 2t222R2RABhih2hiStti BDhoti .L t2 22Rt222Rti STCDl22R因 St ti L t2 ,則h ABt2S

23、ttihihiBDCDh2 hi .ti Sr2t22R2t2ti l2R Stl22Rh2 hii tiStJ L l+ i2St 2ti L2RSrl22R由dh/dl=0可解出l,代入上式并整理,得hmax hii2R8t228rti R h2 hi - 28r22tiLR h2h1L 2ST 2ti L2由 dhmax/dti0可解出 ti,代入上式,得解此,得式中:hmaxhih2hmax hi2R h22hi 28T L8RL 28r LI 9Q4hmaxhi_h2Lmin28Ti 2hmax橋下設(shè)計(jì)凈空,hmax =4.5m司機(jī)視線高度 ,hi =i.5m ;障礙物高度 ,h2

24、=0.75m 。將已知數(shù)據(jù)代入,得hii h2hmax hmaxi20(4-14)i 9Q 26.92Lmin 2ST141St時(shí)(見圖48),有hoSt22RAB同理可得BDCDhoSSTl22R2l 2RAB BD CD_2hi3|+且l J_ST2R 2R由dh/dl=0可解出l,代入上式并整理,得hmaxh11 R h2%2RST2St2LminSt,2 hmaxh12,2 hmax h2將已知數(shù)據(jù)代入,得(4-15)L min 26.92(415)顯然,式(4 15)個計(jì)算結(jié)果大于式(414),應(yīng)以式作為有效控制。根據(jù)影響豎曲線最小半徑的三個限制因素, 可計(jì)算出凹形豎曲線 最小半徑,

25、如表414所示。表中“一般最小半徑”約為“極限最小半徑”的 1.52.0倍,在條件允許時(shí),應(yīng)盡量采用大于“一般最小半徑”的豎曲線為宜。豎曲線最小長度同凸形豎曲線。第四節(jié)爬坡車道所謂爬坡車道,是在陡坡路段正線行車道外側(cè)增設(shè)的供載重汽車或慢速車行駛的專用車道。在道路縱坡較大的路段上,載重汽車爬坡時(shí)需要克服較大的坡度阻力,使車速下降,大型車與小汽車的速差變大,超車頻率增加,對行車安全極為不利。為了在長陡的路段上將大型車、慢速車從主線車流中分離出去,宜在陡坡路段增加輔加的爬坡車道,這樣可提高小汽車行駛的自由度,確保行車安全,增加道路的通行能力。一般來講,最理想的縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)是坡度較緩,不設(shè)置爬坡車道。

26、但這樣設(shè)計(jì)有時(shí)會造成路線迂回或路基高填深挖,從而增加工程費(fèi)用。所以,在特殊情況下,采用較大的縱坡值而增設(shè)爬坡車道會產(chǎn)生既經(jīng)濟(jì)又安全的效果。但應(yīng)特別指出的是,設(shè)置爬坡車道并非是最好的措施, 解決問題的根本途徑還在于精選路線,定出縱坡值較小又經(jīng)濟(jì)適用的路線。1、 設(shè)置爬坡車道的條件我國規(guī)范規(guī)定:高速公路、一級公路縱坡長度受限制的路段, 應(yīng)對載重汽車上坡行駛速度和設(shè)計(jì)通行能力進(jìn)行驗(yàn)算,符合下列情況之一者,可在上坡方向行車道右側(cè)設(shè)置爬坡車道。1 沿上坡方向載重汽車的行駛速度降低到表4 15 的允許最低速度以下時(shí),可設(shè)置爬坡車道;2 上坡路段的通行能力小于設(shè)計(jì)小時(shí)交通量時(shí),應(yīng)設(shè)置爬坡車道。對于是否需要設(shè)

27、置爬坡車道,應(yīng)進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較;對隧道、大橋、高架橋及深挖路段,當(dāng)因設(shè)置爬坡車道而使工程費(fèi)用增加很大時(shí),經(jīng)充分論證爬坡車道可以縮短或不設(shè);對雙向六車道高速公路可不另設(shè)爬坡車道,將外側(cè)車道作為爬坡車道使用。總而言之,是否需要設(shè)置爬坡車道,應(yīng)進(jìn)行充分的論證與分析,不要盲目進(jìn)行決策。2、 爬坡車道的設(shè)計(jì)1 橫斷面組成如圖4 9所示,爬坡車道的寬度一般為 3.5m,包括設(shè)于其左側(cè)的路緣帶寬度0.5m。爬坡車道的路肩和正線一樣,仍然由硬路肩和土路肩組成。但由于爬坡車道上車輛行駛速度較低,其硬路肩寬度可以比正線小一些,一般為1.0m;而土路肩寬度以按正線要求設(shè)計(jì)為宜。窄路肩不能供停車使用,在長而連

28、續(xù)的爬坡車道上,其右側(cè)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置緊急停車帶。2 橫向超高坡度在彎道上,爬坡車道也應(yīng)設(shè)置橫向超高。但因爬坡車道的行車速度比正線小,其橫向超高坡度應(yīng)小些。高速公路正線超高坡度與爬坡車道的超高坡度之間的對于關(guān)系見表 4-16所示。超高坡度的旋轉(zhuǎn)軸為爬坡車道內(nèi)側(cè)邊緣線。若爬坡車道位于直線路段時(shí),其橫向坡度的大小與正線路拱坡度 相同,采用直線式橫坡,坡向向外。3平面布置與長度爬坡車道的平面布置見圖4-10。其總長度由起點(diǎn)處漸變長度Li、爬坡車道的長度L和終點(diǎn)處附加長度L2組成,即L 總=L i + L + L2式中:Li起點(diǎn)處漸變段長度(使車輛始離正線而進(jìn)入爬坡車道),取 Li =45m;L爬坡車道的

29、長度;L2終點(diǎn)處附加長度,見表 4 17。爬坡車道起點(diǎn)與終點(diǎn)的具體位置除按上述公式確定外, 還應(yīng)考慮 與線形的關(guān)系。通常應(yīng)設(shè)在通視條件良好,容易辨認(rèn)并與正線連接順 適的地點(diǎn)。第五節(jié)合成坡度一、合成坡度所謂合成坡度是指由路線縱坡與彎道超高橫坡或路拱橫坡組合而成的坡度,其方向即為流水線方向。合成坡度的計(jì)算公式為I1i2(4-16)式中:I合成坡度(%);ih超高橫坡度或路拱橫坡度()i路線縱坡度()。在有平曲線的坡道上,最大坡度既不是縱坡方向,也不是橫坡方 向,而是兩者組合成的流水線方向。將合成坡度I控制在一定范圍內(nèi), 目的是盡可能地避免急彎和陡坡的不利組合, 防止因合成坡度過大而 引起的汽車滑移

30、或傾覆,保證車輛在斜坡彎道上的安全運(yùn)行。二、最大允許合成坡度1各級公路最大允許合成坡度規(guī)定值見表 4-18。止匕外,應(yīng)注 意以下幾點(diǎn):當(dāng)陡坡與小比較平曲線重合時(shí),在條件允許的情況下, 以采用較小的坡度為宜;在積雪嚴(yán)寒地區(qū)、自然橫坡較陡的傍山路段 以及非汽車交通比率較高的路段,其合成坡度不大于8% ;2城市道路最大允許合成坡度見表 4-19。另外,對于積雪嚴(yán) 寒地區(qū)各級城市道路,其合成坡度不大于 6%。當(dāng)路線的平面設(shè)計(jì)和縱坡設(shè)計(jì)基本完成后,可由式(4-16)或 圖4-11驗(yàn)算合成坡度是否超過允許值。當(dāng)超過最大允許合成坡度 時(shí),可減少縱坡坡度或加大平曲線半徑以減少橫向坡度,或者兩方面同時(shí)減小。在進(jìn)

31、行平曲線設(shè)計(jì)時(shí),也可按下式計(jì)算平曲線上允許的最大縱坡,即iR "max i h"(4-17)式中:iR平曲線上的允許最大縱坡度();I max最大允許合成坡度(%);ih橫向超高坡度()3、 最小允許合成坡度各級道路最小合成坡度不宜小于0.5%。當(dāng)合成坡度小于0.5時(shí),應(yīng)采取綜合排水措施,以保證路面排水暢通。第六節(jié)視覺分析及道路平、縱線形組合設(shè)計(jì)一、 視覺分析1 視覺分析的意義道路設(shè)計(jì)除應(yīng)考慮自然條件、汽車行駛特性以外,還要駕駛?cè)藛T在心理和視覺上的反應(yīng)作為重要因素來考慮。汽車在道路上行駛時(shí),道路的線形、周圍的景觀、標(biāo)志以及其它有關(guān)信息,幾乎都是通過駕駛?cè)藛T的視覺感受到的。因

32、此, 視覺是連接道路與汽車駕駛的重要媒介。視覺分析具有如下意義:(1) 保證道路空間線形的順適性;(2) 保證道路與周圍自然景觀和沿線建筑、設(shè)施的協(xié)調(diào)性;(3) 保證視覺的連續(xù)性;(4) 保證行車的安全性。2 視覺與車速的動態(tài)規(guī)律研究結(jié)果表明,駕駛員的視覺及判斷能力與車速密切相關(guān),主要 表現(xiàn)在:(1) 駕駛員的注意力集中程度隨車速的增加而增加;(2) 駕駛員的心理緊張程度隨車速的增加而增加;(3) 駕駛員的注意力集中點(diǎn)和視距隨車速的增大而增大,對一些細(xì)節(jié)開始變得模糊不清;(4) 駕駛員的視角隨車速的增大而減小,高速駕駛時(shí)一無法顧及兩側(cè)景象了。3 視覺評價(jià)方法(自學(xué))二、 道路平、縱線形組合設(shè)計(jì)

33、道路線形是一條立體的、空間曲線,立體線形組合的優(yōu)劣最后集中反映在汽車的行駛速度上,如果只按平面線形和縱面線形的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì),而不將二者結(jié)合起來統(tǒng)籌考慮,最終的設(shè)計(jì)不一定是好設(shè)計(jì)。平、 縱線形組合設(shè)計(jì)是指在首先滿足汽車運(yùn)動學(xué)和力學(xué)要求的前提下,來研究如和滿足視覺、心理方面的連續(xù)和舒適,與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào),以及良好的排水條件。(1) 平、縱組合設(shè)計(jì)的原則1 保持視覺的連續(xù)性。應(yīng)在視覺上自然地引導(dǎo)駕駛員的視線,并保持視覺的連續(xù)性。任何使駕駛員感到茫然、迷惑或判斷失誤的線形都應(yīng)避免。在視覺上能否自然地引導(dǎo)視線,是衡量平、縱線形組合的最基本問題。2 保持平、縱線形的技術(shù)指標(biāo)大小應(yīng)均衡。對縱面線形不斷起伏,而

34、在平面上卻采用高標(biāo)準(zhǔn)的線形是無意義的。反之,在平面上線形迂回前進(jìn)、彎道較多,而在縱斷面設(shè)計(jì)上采用高標(biāo)準(zhǔn)也同樣沒有意義。3 選擇組合得當(dāng)?shù)暮铣善露龋岳诼访媾潘托熊嚢踩? 注意與周圍環(huán)境相配合。如配合得好,可以減輕駕駛員的疲勞和緊張程度,并可起到引導(dǎo)視線的作用。(2) 平曲線與豎曲線的組合1 平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合,且平曲線應(yīng)稍長于豎曲線這種組合是使平曲線與豎曲線對應(yīng),最好使豎曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別放在平曲線的兩個緩和曲線內(nèi),即所謂的“平包豎”。圖412 為平曲線與豎曲線相互重合的透視形狀。這種立體線形不僅能起引導(dǎo)視線的作用,而且可取得平順、流暢的效果。另外,在設(shè)計(jì)時(shí)平曲線與豎曲線的半徑選

35、擇大一些會更感協(xié)調(diào)。2 平曲線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡平曲線與豎曲線其中一方大而平緩,那么另一方就不要形成多而小。 一個長的平曲線內(nèi)有兩個以上的豎曲線,或一個大的豎曲線含有兩個以上的平曲線,看上去都非常別扭,如圖4 13 所示。根據(jù)德國的統(tǒng)計(jì)資料,當(dāng)平曲線半徑小于1000m 時(shí),豎曲線半徑大約為平曲線半徑的1020倍為好。3 暗、明彎與凸、凹豎曲線暗彎與凸形豎曲線組合,以及明彎與凹形豎曲線組合較為合理,且給人一種平順舒適的感覺。4 平、豎曲線應(yīng)避免的組合平曲線與豎曲線重合是一種理想的組合,但由于地形等條件限制, 這種組合并不是總能爭取得到的。如果平曲線的中點(diǎn)與豎曲線的頂(底)點(diǎn)位置錯開距離不超過

36、平曲線長度的四分之一時(shí),效果仍然令人滿意。但是,如果錯位過大或大小不均衡,就會出現(xiàn)視覺效果很差的線形。主要注意以下幾點(diǎn):( 1)要避免使凸形豎曲線的頂部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。否則,宜出現(xiàn)扭曲的外觀,會使駕駛員操縱失誤,產(chǎn)生交通事故;( 2)要避免使凹形豎曲線的底部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。否則,也宜出現(xiàn)扭曲的外觀,會使路面排水困難,產(chǎn)生積水;( 3)小半徑豎曲線不宜與緩和曲線相重合。對凸形豎曲線引導(dǎo)性差,事故率較高;對凹形豎曲線,路面排水不良;( 4) 計(jì)算行車速度在40km/h 以上的道路,應(yīng)避免在凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部插入小半徑的平曲線。前者引導(dǎo)性差,駕駛員在接近坡頂時(shí)才發(fā)現(xiàn)平

37、曲線,導(dǎo)致匆忙減速甚至交通事故;后者會出現(xiàn)汽車高速行駛時(shí)急轉(zhuǎn)彎,行車不安全。如圖4 14 所示, 將平曲線與豎曲線的組合形象地表示出來,以便于實(shí)際應(yīng)用。豎曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)最好分別放在平曲線的兩個緩和曲線段內(nèi),其中任一點(diǎn)都不要放在緩和曲線以外的直線上,也不要放在園曲線段內(nèi)。有時(shí),若做不到平、豎曲線較好的組合,可把二者拉開相當(dāng)距離,使平曲線位于直坡段或豎曲線位于直線上。(3) 直線與縱斷面的組合在平坦地區(qū),宜出現(xiàn)平面的長直線與縱面的直坡線相配合,這對雙車道道路超車較為方便。但距離過時(shí),行車單獨(dú)乏味,易疲勞,宜發(fā)生交通事故。這時(shí),可采用一次變坡的平、縱組合,其中以包括一條凸形豎曲線為最好,而包括一條

38、凹形豎曲線次之。直線中短距離內(nèi)兩次以上變坡是較差的組合,會形成反復(fù)凸凹的“駝峰”和“凹陷”,看上去既不美觀也不連貫,宜使駕駛員的視線中斷。因此,只要路線有起伏,就不要一味采用直線,最好使平面曲線隨縱坡的變化略加轉(zhuǎn)折,把平曲線與豎曲線合理地組合。(4) 平、縱線形組合與景觀的協(xié)調(diào)配合道路修建會對自然景觀產(chǎn)生影響,有時(shí)會產(chǎn)生一定的破壞作用。而道路兩側(cè)的自然景觀反過來又會影響道路上汽車的行駛,特別是對駕駛員的視覺、心理以及駕駛操作等都有很大的影響。平、 縱線形組合設(shè)計(jì)必須是在充分與自然景觀相配合的基礎(chǔ)上進(jìn)行。否則,即使線形組合滿足所有規(guī)定也不一定是良好設(shè)計(jì)。特別是高速公路、一級公路,其線形組合設(shè)計(jì)與

39、自然景觀相配合尤為重要。實(shí)踐表明,線形與景觀的配合應(yīng)遵循以下原則:1 應(yīng)在道路的規(guī)劃、選線、 設(shè)計(jì)、 施工全過程中重視景觀要求。如對風(fēng)景旅游區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、名勝古跡區(qū)、文物保護(hù)區(qū)和其它特殊地區(qū)等,一般以繞避為主。2 盡量少破壞自然景觀,避免深挖高填。比如, 對沿線的地貌、樹林、池塘、湖泊等要少破壞;對填挖路段,在橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)要使邊坡造型和綠化與現(xiàn)有景觀相適應(yīng),禰補(bǔ)由于填挖對自然景觀的破壞。3 應(yīng)能提供視覺的多樣性,力求與周圍的風(fēng)景自然地融為一體。充分利用湖泊、樹木、 水壩、 橋梁、 高煙窗、 或在路旁設(shè)置一些設(shè)施,以消除單調(diào)感,并使道路與自然密切配合。4 必要時(shí)可采用修整、植草皮、種樹等措施改

40、善景觀。5 有條件時(shí)進(jìn)行綜合綠化。第七節(jié)縱斷面設(shè)計(jì)方法及縱斷面圖一、 縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)縱斷面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是確定路線合適的標(biāo)高、各坡段的縱坡度和坡長,并設(shè)計(jì)豎曲線。其基本要求是縱坡均勻平順、起伏和緩、坡長和豎曲線長短適當(dāng)、平縱線形組合設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、以及填挖平衡等,主要注意以下問題。(1) 關(guān)于縱坡極限值的運(yùn)用縱坡坡度應(yīng)控制在最大縱坡與最小縱坡之間。最大縱坡在設(shè)計(jì)時(shí)不可輕易采用,并應(yīng)留有余地。在特殊情況下,如越嶺線為爭取高度、縮短路線長度或避開艱巨工程等,才可以有條件地采用。一般來講,縱坡緩些為好,但為了路面和邊溝排水,最小縱坡應(yīng)不低于0.3%0.5%。(2) 關(guān)于坡長坡長是指縱斷面兩變坡點(diǎn)之間的上坡

41、距離,坡長應(yīng)在最短坡長與最大坡長限制之間選取。坡長不宜過短,實(shí)踐證明,坡長以不小于計(jì)算行車速度9S 的行程為宜。對連續(xù)起伏的路段,坡度應(yīng)盡量小,坡長和豎曲線應(yīng)爭取到最小極限值的一倍或兩倍以上,避免鋸齒形的縱斷面。但不應(yīng)超過最大坡長限制。(3) 各種地形條件下的縱坡設(shè)計(jì)1 對于平原地形,注意保證最小填土高度和最小縱坡的要求。2 對于微丘地形,其縱坡應(yīng)均勻平緩,應(yīng)避免過分遷就地形而使路線連續(xù)起伏,并應(yīng)注意縱坡的順適性,不產(chǎn)生突變。3 山嶺、重丘地形的沿河線應(yīng)盡量采用平緩縱坡,坡長不應(yīng)超過最大坡長限制,坡度不宜大于6。4 越嶺線的縱坡應(yīng)力求均勻,盡量不采用極限或接近極限的坡度,更不宜在連續(xù)采用極限長

42、度的陡坡之間夾短的緩和線。5 山脊線和山腰線除結(jié)合地形在不得已時(shí)采用較大縱坡外,在可能條件下縱坡應(yīng)緩些。(4) 關(guān)于豎曲線半徑的選用豎曲線應(yīng)選用較大半徑為宜。當(dāng)受限制時(shí),可采用一般最小半徑;特殊情況下方可采用極限最小半徑。當(dāng)條件允許時(shí),宜按表420 的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。(5) 關(guān)于相鄰豎曲線的銜接如圖4 15 a 所示,相鄰兩個同向豎曲線,特別是同向凹曲線之間, 如直坡段不長應(yīng)合并為單曲線或復(fù)合曲線,這樣要求對行車是有利的。如圖4 15 b 所示, 相鄰反向豎曲線之間,中間最好插入一段直坡段, 以使增重與減重和緩過渡。若兩豎曲線半徑接近最小極限值時(shí),插入的直坡段至少應(yīng)為計(jì)算行車速度3S 的行程。但

43、當(dāng)兩豎曲線半徑較大時(shí),亦可直接連接。二 縱斷面設(shè)計(jì)方法與步驟1 準(zhǔn)備工作首先在繪圖紙上,按比例標(biāo)注樁號和標(biāo)高。然后點(diǎn)繪地面線,填寫有關(guān)內(nèi)容。同時(shí),應(yīng)收集和熟悉有關(guān)設(shè)計(jì)所需資料,并領(lǐng)會設(shè)計(jì)意圖和要求。2 標(biāo)注控制點(diǎn)所謂控制點(diǎn)是指影響縱坡設(shè)計(jì)的標(biāo)高控制點(diǎn)。如路線的起點(diǎn)、終點(diǎn)、越嶺啞口、重要橋涵、地質(zhì)不良地段的最小填土高度、最大挖深、沿溪線的洪水位、隧道進(jìn)出口、平面交叉點(diǎn)、立體交叉點(diǎn)、鐵路道口、 城鎮(zhèn)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)高以及受其它因素限制路線必須通過的標(biāo)高控制點(diǎn)等。 此外, 對于山區(qū)道路還有根據(jù)路基填挖平衡關(guān)系確定的標(biāo)高點(diǎn),稱為“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)”。平原地區(qū)道路一般無經(jīng)濟(jì)點(diǎn)的問題。3 試坡在已標(biāo)出“控制點(diǎn)”和“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)

44、”的縱斷面圖上,本著以“控制點(diǎn)”為依據(jù),照顧多數(shù)“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)”的原則,在這些點(diǎn)位之間進(jìn)行穿插與取直,大致勾畫出若干直坡線。對各種可能坡度線方案反復(fù)比較,最后定出既符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),又滿足控制點(diǎn)要求,且土石方較省的設(shè)計(jì)線作為初定坡度線,將前后坡度線延長交會出變坡點(diǎn)的初步位置。4 調(diào)整將初定坡度與選線時(shí)的坡度安排進(jìn)行比較,二者應(yīng)基本相符,若有較大差異時(shí)應(yīng)進(jìn)行全面分析,權(quán)衡利弊,決定取舍。然后對照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢查最大縱坡、最小縱坡、坡長限制等是否滿足要求,平、縱組合是否適當(dāng),以及路線交叉、橋梁、隧道和接線等處的縱坡是否合理,若有問題應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。5 核對選擇有控制意義的重點(diǎn)橫斷面,主要檢查是否填挖過大、坡腳落空或

45、過遠(yuǎn)、擋土墻工程過大、橋梁過高或過低、涵洞過長等情況,若有問題應(yīng)及時(shí)調(diào)整縱坡。6 定坡經(jīng)調(diào)整核對無誤后,逐段把直坡線的坡度值、變坡點(diǎn)樁號和標(biāo)高確定下來。7 設(shè)置豎曲線根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、平縱組合均衡等確定豎曲線半徑,并計(jì)算豎曲線要素。三、 縱斷面圖的繪制(見圖4 18 和 4 19)縱斷面設(shè)計(jì)圖是道路設(shè)計(jì)重要技術(shù)文件之一,也是縱斷面設(shè)計(jì)的最后成果??v斷面采用直角坐標(biāo),以橫坐標(biāo)表示里程樁號,縱坐標(biāo)表示高程。為了明顯地反映地面起伏情況,通常橫坐標(biāo)比例尺采用1 : 2000(城市道路采用1: 5001: 1000),縱坐標(biāo)采用1: 200 (城市道路為1: 501; 100)??v斷面圖是由上下兩部分組成的

46、。上部主要用來繪制地面線和縱坡設(shè)計(jì)線,另外,也可用于標(biāo)注豎曲線及其要素;坡度及坡長(有時(shí)標(biāo)在下部);沿線橋涵及人工構(gòu)造物的位置、結(jié)構(gòu)類型、孔數(shù)及孔徑;交叉的道路與鐵路的樁號與路名;沿線跨越的河流名稱、樁號、常水位和最高洪水位;水準(zhǔn)點(diǎn)位置、編號和標(biāo)高等。下部主要用來填寫有關(guān)內(nèi)容,主要有: 直線及平曲線;里程樁號;地面標(biāo)高;設(shè)計(jì)標(biāo)高;填挖高度;土壤地質(zhì)說明等。縱斷面設(shè)計(jì)圖應(yīng)按規(guī)定采用標(biāo)準(zhǔn)圖紙和統(tǒng)一格式,以便裝訂成冊。第八節(jié)城市道路縱斷面設(shè)計(jì)要求及鋸齒形街溝設(shè)計(jì)城市道路縱斷面設(shè)計(jì)與公路基本相同。只是由于城市道路所經(jīng)地區(qū)的地形、地物以及地上地下各種管線的影響,使得制約縱斷面設(shè)計(jì)的控制點(diǎn)較多,如城市橋梁

47、、鐵路路口、平面交叉點(diǎn)、沿街建筑物的地坪標(biāo)高等,設(shè)計(jì)時(shí)要妥善解決。另外,處于平坦地區(qū)的城市道路,當(dāng)設(shè)計(jì)縱坡小于最小縱坡時(shí),為便于排水,應(yīng)在道路兩側(cè)做鋸齒形街溝設(shè)計(jì)。一、 城市道路縱斷面設(shè)計(jì)要求城市道路縱斷面設(shè)計(jì)的要求,除了前面講述的最大縱坡、最小縱坡、 坡長限制、合成坡度、平均縱坡、豎曲線最小半徑和最短長度、平縱組合的要求以外,還應(yīng)滿足一些其它的特殊要求,主要表現(xiàn)在如下幾個方面:(一)在確定道路中線設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí),必須滿足下列各控制點(diǎn)標(biāo)高的要求1 城市橋梁橋面標(biāo)高H 橋H 橋=h 水 + h 浪 + h 凈 + h 橋 + h 面 (m)(418)式中: h 水 河道設(shè)計(jì)水位標(biāo)高 (m) ;h 浪 浪高 (m) ,一般取為0.5m ;h 凈 河道通航凈空高度(m) ,視通航等級而定;h 橋 橋梁上部建筑結(jié)構(gòu)高度 (m) ;h 面 橋上路面結(jié)構(gòu)厚度(m) ,應(yīng)包括預(yù)留的路面補(bǔ)強(qiáng)厚度在內(nèi)。2 立交橋橋面標(biāo)高H 橋( 1) 橋下為鐵路時(shí)H橋=卜軌+h凈+h橋+ h面+ h沉 (m)(4一 19)式中: h 軌 鐵路軌面標(biāo)高 (m) ;h 凈 鐵路凈空高度 (m) ,一般蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車為6m,電氣機(jī)車為6.55m;h 沉 橋梁預(yù)計(jì)沉降量 (m) 。( 2) 橋下為道路時(shí)H橋=八路+h凈+h橋+ h面(m)(

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