第十一章道路橫斷面設(shè)計(jì)

1、第十一章 道路橫斷面設(shè)計(jì)橫斷面設(shè)計(jì)特點(diǎn)： 工作量大 重復(fù)性多 結(jié)構(gòu)物復(fù)雜：擋土墻、護(hù)面墻、護(hù)肩護(hù)腳等 數(shù)據(jù)龐大：約20米一個(gè)橫斷面，40公里就有2000個(gè)，共有2000/6=334張圖! 經(jīng)驗(yàn)性強(qiáng) 鑒于橫斷面設(shè)計(jì)的以上特點(diǎn)，目前開發(fā)的路線軟件系統(tǒng)都采用自動設(shè)計(jì)與人機(jī)交互修改相結(jié)合的方法來處理。設(shè)計(jì)時(shí)，首先讓系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)橫斷面自動進(jìn)行“戴帽子”，一些特殊橫斷面由用戶進(jìn)行逐個(gè)修改得到。關(guān)鍵是處理好自動化設(shè)計(jì)及人工修改的關(guān)系!11-1 橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)一、系統(tǒng)的功能需求和人機(jī)分工 主要任務(wù)：根據(jù)定義的標(biāo)準(zhǔn)橫斷面和縱斷面設(shè)計(jì)高程要求在原始地形上逐樁布置道路橫斷面，主要包括路幅設(shè)計(jì)、邊坡設(shè)計(jì)和邊

2、溝設(shè)計(jì)，最后計(jì)算橫斷面工程數(shù)量。1功能需求 具備完善的橫斷面設(shè)計(jì)策略：為系統(tǒng)的 自動設(shè)計(jì)模塊所調(diào)用，使程序自動設(shè)計(jì)的結(jié)果能最大程度上滿足自然條件和設(shè)計(jì)常規(guī)，從而減少人機(jī)交互修改的工作量。 具備高效的人機(jī)交互修改功能：包括友好的界面、便捷的操作。 修改應(yīng)該是基于對象屬性意義上的修改橫斷面形式及各部分參數(shù)確定檢查設(shè)計(jì)橫斷面修改設(shè)計(jì)橫斷面特殊橫斷面設(shè)計(jì)舊路結(jié)構(gòu)利用設(shè)計(jì)人2人機(jī)分工橫斷面自動設(shè)計(jì)土石方數(shù)量計(jì)算舊路結(jié)構(gòu)利用數(shù)量計(jì)算防護(hù)就夠標(biāo)準(zhǔn)圖檢索規(guī)范數(shù)據(jù)查詢橫斷面圖顯示與繪圖機(jī)二、橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的流程和總體結(jié)構(gòu)1 道路橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成 橫斷面定義模塊：定義路幅(分段、過渡)和定義邊坡(填方、挖

3、方) 自動設(shè)計(jì)模塊：設(shè)計(jì)策略判斷和邊坡處理 修改設(shè)計(jì)模塊：交互修改控制和邊坡設(shè)計(jì)處理 橫斷面設(shè)計(jì)及繪圖模塊：路槽設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)、邊溝設(shè)計(jì)、繪圖、排版 土石方計(jì)算及制表模塊：路基超高及加寬計(jì)算、土石成分分析、土石方量計(jì)算 正如大家所見：路線大師中包含路幅文件、邊坡文件、擋墻文件就是為橫斷面設(shè)計(jì)準(zhǔn)備的!2橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖 首先定義標(biāo)準(zhǔn)橫斷面和橫斷面的設(shè)計(jì)高程，然后根據(jù)原地面地形進(jìn)行路幅、邊坡(包括支擋結(jié)構(gòu)物)和邊溝的自動設(shè)計(jì)，再經(jīng)過交互式檢查修改，最后計(jì)算橫斷面面積供計(jì)算工程數(shù)量用。3橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖11-2 橫斷面定義模型一、橫斷面定義模型的一般形式橫斷面定義包括路幅定義和邊坡定義

4、。常用的路幅定義有兩種：固定模板模型和組合模板模型公路中常用的定義橫斷面路幅的固定模板上述模塊中，如BS=0時(shí),即無中央分隔帶；如BH0時(shí)，無硬路肩；HS為“”時(shí)，中央分隔帶為凸式分隔帶；HS為“”時(shí)，中央分隔帶為凹式分隔帶；BC=0時(shí)，中央分隔帶設(shè)直立式路緣石，否則中央分隔帶設(shè)斜式路緣石。城市道路的橫斷面路幅固定模板見P117圖115。定義成四塊板二、組合式橫斷面定義模型主要由于橫斷面的組合形式在實(shí)際工程中十分靈活，可有各種組合，如：在中間設(shè)機(jī)動車快速車道，兩邊設(shè)機(jī)動車輔道，快速車道與輔道間有分隔帶，輔道外再設(shè)非機(jī)動車道和人行道等，如成都三環(huán)路。但是無論何種形式，不外乎是機(jī)動車道、非機(jī)動車道

5、、人行道、分隔帶、路緣帶、硬路肩和土路肩等部件的不同組合。組合式橫斷面模型分兩級來定義一個(gè)斷面：第一級是對部件組合方式的定義；第二級是對每個(gè)部件的定義。11-3 橫斷面邊坡設(shè)計(jì)模型邊坡設(shè)計(jì)是橫斷面設(shè)計(jì)中最復(fù)雜、技術(shù)性和經(jīng)驗(yàn)性最強(qiáng)的一項(xiàng)工作，他涉及道邊坡穩(wěn)定、排水通暢和與原地面的銜接，還涉及道土石方數(shù)量與防護(hù)工程數(shù)量的大小。要求：首先能滿足處理各種類型邊坡；其次要盡可能減少分類。一、填方邊坡路基邊緣設(shè)計(jì)標(biāo)高大于地面標(biāo)高組成：邊坡、排水溝和支擋結(jié)構(gòu)物1邊坡：單級邊坡和多級邊坡常用形式：2排水溝形狀：三角形、矩形和梯形。三角形和矩形作為梯形斷面的特例，因此只需定義梯形形狀橫斷面。定義時(shí)常以兩條直線為

6、一組的折線段來定義?？v距、坡比、縱距、坡比3支擋結(jié)構(gòu)物常用類型：護(hù)肩墻、石砌腳、砌石路基和擋土墻。擋土墻又可分為：重力式(包括仰斜式、俯斜式和衡重式)和鋼筋混凝土L形。設(shè)計(jì)時(shí)，一般結(jié)構(gòu)物的幾何參數(shù)與結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及穩(wěn)定性有關(guān)。但通常采用標(biāo)準(zhǔn)圖或地方標(biāo)準(zhǔn)圖的尺寸。二、挖方邊坡路基邊緣設(shè)計(jì)標(biāo)高小于地面標(biāo)高組成：邊坡、邊溝和支擋結(jié)構(gòu)物1邊坡：單級邊坡和多級邊坡常用形式：2邊溝定義時(shí)與填方差不多形狀：三角形、矩形和梯形。三角形和矩形作為梯形斷面的特例，因此只需定義梯形形狀橫斷面。定義時(shí)常以兩條直線為一組的折線段來定義?？v距、坡比、縱距、坡比3支擋結(jié)構(gòu)物定義時(shí)與填方差不多常用類型：護(hù)面墻和擋土墻。11-4 橫

7、斷面自動設(shè)計(jì)橫斷面自動設(shè)計(jì)是橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的重要模塊，其性能直捷影響到整個(gè)橫斷面設(shè)計(jì)系統(tǒng)的效率。一、設(shè)計(jì)過程模型CAD開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)：工程問題的模型化CAD系統(tǒng)建模的組成：算法模型、設(shè)計(jì)對象模型、設(shè)計(jì)過程模型算法模型指數(shù)學(xué)問題在計(jì)算機(jī)中的求解處理方法，如：曲線的擬合、微積分?jǐn)?shù)值求解、方程的數(shù)值求解等。算法模型有：曲線的幾何樣條描述與求解，橫斷面面積的閉合曲面積分法，三角形數(shù)字地形模型的插值算法等。設(shè)計(jì)對象模型通暢是含尺寸標(biāo)注的幾何圖，在CAD系統(tǒng)中，他是用在一定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的參數(shù)及參數(shù)拓?fù)潢P(guān)系來描述的。設(shè)計(jì)過程模型是對工程設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)問題求解策略的描述、定義和控制。設(shè)計(jì)過程模型設(shè)計(jì)是通過流

8、程圖來實(shí)現(xiàn)的，控制機(jī)制采用順序、循環(huán)和選擇，在編程過程中將設(shè)計(jì)過程固化在程序中，因此，這種設(shè)計(jì)過程模型是固定的，靜態(tài)的，一旦編程結(jié)束，其設(shè)計(jì)過程即被確定，如果改變則需通過修改源程序來實(shí)現(xiàn)。動態(tài)的設(shè)計(jì)過程模型設(shè)計(jì)思路是：將某一些設(shè)計(jì)步驟從程序中分離出來，作為控制文件單獨(dú)管理，系統(tǒng)根據(jù)文件設(shè)定的步驟運(yùn)行，一旦需要改變設(shè)計(jì)步驟，只要修改控制文件，而不必修改源程序，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程模型的動態(tài)化。二、靜態(tài)橫斷面自動設(shè)計(jì)過程模型公路路基橫斷面設(shè)計(jì)的一般原則：1填方(參見圖11-9)(1)通常情況下，如路堤基底情況良好，路堤為普通一級邊坡(圖11-9a)，邊坡值按不同填料種類規(guī)格選定不同的值。(2)當(dāng)填土高

9、度超過單級邊坡限高時(shí)，改作兩級邊坡(圖11-9b)。(3)當(dāng)填土高度總高超出兩級邊坡限高時(shí)，改作高路堤處理，即為多級邊坡(圖11-9e)。(4)如果原地面橫坡陡于1：5，則需將原地面挖成臺階(圖11-9d)。(5)當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡，填方坡腳伸出很遠(yuǎn)甚至邊坡與地面線無法相交時(shí)，則可改變填方材料以加大邊坡坡度或設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)物，這時(shí)可按以下原則設(shè)計(jì)(圖11-9e)：路肩邊緣與原地面高差2Om，可設(shè)石砌護(hù)肩(直肩墻)。斷面附近有較多可利用石料，且基底承載力允許，可修筑砌石路基(疊砌邊坡)(圖119f)。當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡或有缺口，路基填方坡伸出較遠(yuǎn)且不穩(wěn)定，或坡腳占用耕地過多，且地基較穩(wěn)定時(shí)，采用石砌護(hù)腳(

10、圖11-9g)。當(dāng)?shù)孛鏅M坡太陡，或出現(xiàn)缺口及凹槽(山坳)，采用護(hù)肩、護(hù)腳等不能解決問題時(shí)可設(shè)置擋土墻(圖11-9h)；路堤擋土墻根據(jù)位置可分為路肩墻和路堤墻，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為石砌重力式、鋼筋混凝土懸臂式和扶臂式等。用戶可根據(jù)地形、地質(zhì)、當(dāng)?shù)夭牧系惹闆r選用。2挖方(參見圖1112)(1)當(dāng)水文地質(zhì)條件良好，土質(zhì)均勻或巖石無不利的層理時(shí)，路塹采用自然開挖，不設(shè)防護(hù)或支擋結(jié)構(gòu)物；邊坡按不同地質(zhì)、水文情況取用：當(dāng)開挖邊坡為均質(zhì)巖(土)且高度不大，則按一坡到頂?shù)闹本€邊坡設(shè)計(jì)(圖1112a)。當(dāng)邊坡較高或由多層巖(土)組成，且上部巖(土)層的穩(wěn)定性較下部差或上部為覆蓋層時(shí)，采用上緩下陡的折線形邊坡(圖1112b)。 ，當(dāng)上部巖(土)層的穩(wěn)定性較下部好時(shí)，可采用上陡下緩的折線形邊坡(圖1112e)。當(dāng)邊坡為多層巖(土)組成且很高，或在降水量大、坡面較易被沖刷時(shí)，在邊坡中部或巖(土)層分界處設(shè)置寬度不小于1Om的碎落臺(圖1112d)。(2)當(dāng)山坡坡面巖層容易風(fēng)化剝落或風(fēng)化破碎嚴(yán)重，應(yīng)采用坡面防護(hù)措施，設(shè)置護(hù)面墻(圖1112e、f)。(3)當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件不良，山體有可能坍滑，或自然坡面太陡，使邊坡延伸過遠(yuǎn)，邊坡高度過高，或開挖量太大時(shí)應(yīng)設(shè)置路塹擋土墻(圖1112g)。(4)當(dāng)覆蓋層土體或碎