《道路工程设计A》课件

道路工程设计A道路工程设计是现代交通基础设施建设的核心技术领域，涉及道路线形设计、路基路面工程、排水防护等多个专业方向本课程将系统介绍道路工程设计的基本理论、技术标准、设计方法和实践应用，培养学生掌握道路工程设计的专业技能通过理论学习与实践训练相结合，使学生能够独立完成各等级道路的设计工作，为我国交通基础设施建设培养高素质的专业技术人才课程概述1课程目标与学习成果掌握道路工程设计的基本理论和方法，具备独立完成道路设计项目的能力，培养工程实践能力和创新思维2教学内容与课时安排包括道路工程概述、勘测基础、线形设计、路基路面工程等十个部分，总计64学时，理论与实践并重3考核方式与参考资料采用平时作业、课程设计、期末考试相结合的综合评价方式，参考最新国家标准和行业规范4实践环节与设计要求包括道路勘测实习、CAD设计训练、综合设计项目等实践环节，注重理论与实际工程的结合第一部分道路工程概述道路工程的定义与范围在国民经济中的地位发展历程与趋势道路工程是指为车辆和行人提供通行服道路交通是国民经济的重要组成部分，从新中国成立初期的简易道路到现代化务的线性基础设施工程，包括道路规是连接城乡、促进区域发展的重要纽的高速公路网络，中国道路建设经历了划、设计、施工、养护等全过程涵盖带完善的道路网络对经济社会发展具快速发展未来将更加注重智能化、绿各等级公路、城市道路、桥梁隧道等工有重要的支撑和引领作用色化、可持续发展程项目道路等级分类高速公路1设计速度80-120km/h，全封闭全立交一级公路2设计速度60-100km/h，部分控制出入二级公路3设计速度40-80km/h，一般为双车道

三、四级公路4设计速度20-60km/h，技术标准较低道路建设基本流程前期阶段项目建议书、可行性研究设计阶段初步设计、施工图设计施工阶段工程施工与质量控制验收养护竣工验收与运营养护道路工程设计规范体系国家标准体系行业规范特点国际比较借鉴《公路工程技术标准》JTGB01是我我国道路工程规范体系完整，涵盖设在制定我国道路工程标准时，充分借国公路工程建设的基础性技术标准，计、施工、验收等各环节规范制定鉴了美国、欧洲等发达国家的先进经规定了各等级公路的主要技术指标充分考虑了我国地域辽阔、地形复验，结合我国实际情况，形成了具有《城市道路设计规范》CJJ37则针杂、气候多样的特点，具有较强的适中国特色的技术标准体系对城市道路的特点制定相应标准用性和指导性第二部分道路勘测基础技术手段内容范围现代测量技术综合应用地形地质水文等要素调查勘测目的成果应用获取设计所需基础资料为道路设计提供依据道路测量技术GPS测量技术激光扫描技术无人机航测全球定位系统在道路工三维激光扫描技术能够无人机搭载高分辨率相程中广泛应用，具有精快速获取地形的三维坐机或激光雷达，能够快度高、效率高、不受地标信息，生成高精度的速获取大范围地形数形限制等优点RTK技数字地形模型该技术据航测技术在道路勘术可实现厘米级定位精特别适用于复杂地形的测中具有成本低、效率度，大大提高了测量工测量，能够大幅提高作高、安全性好等优势，作效率现代GPS设备业效率和数据精度已成为现代道路勘测的集成了多种功能，能够重要手段同时完成平面和高程测量工程地质勘察勘察准备收集已有地质资料，制定勘察方案现场勘探钻探、坑探、物探等综合勘探手段试验分析土工试验确定岩土工程参数报告编制编制地质勘察报告指导设计水文勘测降雨量观测收集多年降雨资料分析规律径流计算计算设计洪峰流量和洪水位地下水调查查明地下水位变化规律第三部分道路线形设计线形设计基本要素道路线形由平面线形、纵断面线形和横断面组成，三者相互协调形成三维空间线形线形设计需要满足行车安全、舒适、经济的要求，同时兼顾景观效果和环境保护与行车安全的关系合理的线形设计是保证行车安全的基础线形指标过小容易导致交通事故，而过大的指标虽然有利于行车安全，但会增加工程投资因此需要在安全与经济之间找到平衡点协调性设计原则线形设计应遵循连续性、均衡性、协调性原则避免线形突变，保证驾驶员有足够的反应时间同时要考虑与周围环境的协调，体现道路的景观功能平面线形设计基础直线段圆曲线连接曲线的基本线形，长度适中半径恒定的圆弧，满足离心力平衡超高过渡缓和曲线路面横坡渐变，消除侧向力半径渐变的过渡曲线，保证舒适性平面线形设计方法

3.5%

0.035125R最大超高侧力系数缓和曲线一般道路超高限值轮胎与路面摩擦系数缓和曲线长度计算参数纵断面设计基础纵坡设计原则竖曲线设计纵坡设计需要考虑车辆爬坡能竖曲线用于连接不同坡度的路力、制动距离、排水要求等因段，分为凸形和凹形两种竖素最大纵坡应根据道路等级曲线半径的确定主要考虑行车和地形条件确定，平原区一般视距、乘坐舒适性和排水要不超过3%，山区可适当增求，需要满足最小半径的限加制坡长限制长大纵坡对车辆行驶影响较大，应限制连续上坡或下坡的长度当坡长超过限值时，应设置缓坡段供车辆调整速度，或考虑设置爬坡车道纵断面设计方法设计线拟定根据地形条件和控制点要求，在纵断面图上拟定设计线，确定各转坡点的位置和标高竖曲线计算计算竖曲线要素，包括切线长、外距、切线差等参数，确保满足视距和舒适性要求方案优化综合考虑填挖平衡、工程量最小、环境影响等因素，对纵断面设计方案进行优化调整横断面设计道路等级车道宽度中央分隔带硬路肩高速公路

3.75m

2.0-

4.5m

3.0-

3.5m一级公路

3.75m

1.5-

3.0m

2.5-

3.0m二级公路

3.5m-

1.5-

2.5m三级公路

3.5m-

0.75-

1.5m线形设计协调性视觉连续性线形设计应保证驾驶员视觉的连续性和预见性避免出现视觉盲区或突然的线形变化，确保驾驶员能够及时感知前方道路状况，做出正确的驾驶决策合理的线形组合能够引导驾驶员视线，提高行车安全性平纵横协调平面线形、纵断面线形和横断面应协调统一，避免出现平面急弯与陡坡重合、视距不足等不良组合在山区道路设计中，更要注重三维线形的协调，确保行车的安全性和舒适性景观效果线形设计不仅要满足功能要求，还应考虑景观效果通过合理的线形设计，能够展现道路沿线的自然风光，为驾乘人员提供良好的视觉体验，体现道路的美学价值第四部分路基工程设计路基的作用与类型设计基本原则环境保护要求路基是道路的基础结构，承受并传递路路基设计应满足强度、稳定性、耐久性现代路基设计越来越重视环境保护，要面荷载至天然地基路基按填挖形式分要求设计时需要考虑当地气候条件、求最大限度地保护自然生态环境通过为填方路基、挖方路基和半填半挖路水文地质条件、材料来源等因素，确保优化设计方案、采用生态工程技术等措基不同类型路基的设计方法和技术要路基在设计期内保持良好的使用性能施，实现路基工程与环境的和谐发展求有所差异路基土质分类路基横断面设计行车道承受车辆荷载的主要部分路肩保护行车道并提供应急停车空间排水设施边沟、截水沟等排水构造物边坡防护保证边坡稳定的防护措施特殊地段路基设计软土地基处理高填方路基设计软土地基承载力低、压缩性大，高填方路基填料选择、压实控需要采用换填、预压、桩基等处制、稳定性分析是设计重点需理方法设计时应根据软土性要进行详细的稳定性验算，必要质、工程要求选择合适的处理方时设置挡土墙等支挡结构施工案，确保路基稳定性和沉降控制中应分层填筑，严格控制压实在允许范围内度深挖方路基设计深挖方路基容易产生边坡失稳问题，设计时需要进行边坡稳定性分析根据地质条件确定合理的边坡坡率，必要时设置支护结构同时要处理好排水问题，防止地下水对边坡稳定的影响路基排水系统设计地表排水设置边沟、截水沟引排地表径流地下排水设置渗沟、盲沟降低地下水位排水构造涵洞、通道等过水构造物设计路基防护工程植物防护支挡结构种草、植树等生态防护措施，成本低、效果好重力式、悬臂式挡土墙等支挡工程工程防护浆砌片石、混凝土预制块等圬工防护第五部分路面工程设计设计寿命性能要求15-20年设计使用期强度、耐久性、平整度结构组成荷载分析面层、基层、垫层的组合轴载谱与疲劳设计沥青路面结构设计交通量分析沥青路面设计首先要进行交通量调查和预测，确定设计交通量将各种车型的轴载换算为标准轴载，计算累计当量轴次，这是确定路面结构厚度的基础参数材料选择根据当地气候条件、交通特点选择合适的沥青材料和集料面层沥青混合料应具有良好的高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性基层材料应有足够的强度和模量厚度计算采用多层弹性体系理论进行路面结构计算，控制路面底面拉应力和路基顶面压应力不超过材料的容许值通过调整各结构层厚度，得到经济合理的路面结构方案水泥混凝土路面设计板厚设计根据交通荷载、基础支承条件确定混凝土板厚度，考虑温度应力和荷载应力的共同作用接缝设计纵缝、横缝的设置和构造设计，包括胀缝、缩缝、施工缝的间距和传力杆配置配筋设计连续配筋混凝土路面的钢筋配置，控制裂缝宽度和板块长度，提高路面使用性能路面材料选择基层材料性能沥青混合料指标基层材料应具备足够的强度和沥青混合料的关键性能指标包刚度，常用材料包括水泥稳定括马歇尔稳定度、流值、空隙碎石、石灰粉煤灰稳定碎石、率、沥青饱和度等不同气候级配碎石等材料选择需考虑区域和交通条件下，对沥青混当地资源条件、经济性和环境合料的技术要求有所差异影响新型材料应用推广使用再生材料、工业废料等环保材料，如再生沥青混合料、钢渣沥青混凝土等新材料的应用有助于节约资源、保护环境，是路面工程的发展方向特殊路段路面设计桥面路面设计隧道路面设计立交匝道设计桥面路面承受车辆荷载同时还要适应桥隧道内路面设计需要特别考虑防火、排立交匝道曲线半径小、纵坡大，对路面梁结构的变形设计时需要考虑桥面防水、照明等要求路面材料应具有良好抗滑性能要求高设计时应选择高品质水、排水系统，选择柔性较好的路面材的防滑性能和低烟雾特性，路面坡度设的路面材料，加强路面结构设计，确保料，确保与桥梁结构协调工作计要保证良好的排水效果行车安全第六部分交叉口设计类型选择安全设计根据交通量、地形条件选择保证各方向车流安全通行视距保证通行能力确保足够的停车视距满足设计年限交通需求平面交叉口设计渠化设计通过标线、导流岛等设施引导车流按规定路径行驶，减少交通冲突点，提高交叉口通行效率渠化设计应结合交叉口几何条件和交通组织方案，确保各转向车流有足够的转弯空间转弯半径确定转弯半径是影响交叉口设计的关键参数，需要根据设计车辆类型确定半径过小会影响大型车辆通行，过大则会增加用地和工程投资设计时应兼顾各种车型的通行需求视距三角形在交叉口范围内应保证良好的通视条件，清除视距三角形内的视线障碍物视距三角形的大小与道路等级、设计速度相关，是保证交叉口行车安全的重要措施信号控制交叉口设计相位设计根据交通流向确定信号相位方案配时计算计算各相位绿灯时间和周期长度进口道设计确定车道数量和展宽长度人行设施设置人行横道和安全岛立体交叉设计基础型式选择根据交通量和地形选择匝道设计连接主线的过渡道路竖向布置各层道路标高协调线形协调主线与匝道线形配合互通式立体交叉设计第七部分道路附属设施设计安全设施系统服务设施配套包括防护栏、隔离设施、防眩板高速公路服务区、停车区、观景等安全防护设施，以及交通标台等服务设施为驾乘人员提供休志、标线、信号灯等交通管理设息、加油、维修等服务设施规施这些设施共同构成道路安全模和功能配置应根据交通量预测保障体系，确保车辆和行人的通和服务水平要求确定行安全管理设施建设监控设施、通信设施、收费设施等智能化管理设施是现代道路不可缺少的组成部分通过先进的信息技术提高道路管理水平和服务质量安全设施设计防护栏设计根据道路等级和安全需求选择防护栏型式隔离设施设置中央分隔带和机非隔离设施防眩设施消除对向车辆灯光眩目影响交通标志与标线设计150m15cm预告距离标线宽度高速公路出口预告标志设置距离车道分界线标准宽度年5使用寿命反光材料标准使用年限照明工程设计照明标准灯具布置节能技术根据道路等级和功能确定照明标准，包灯具布置方式有单侧布置、双侧交错、采用LED灯具、智能控制系统等节能技括照度、均匀度、眩光限制等指标城双侧对称等形式布置方式的选择应考术，降低照明能耗通过光控、时控等市道路照明标准一般高于公路，交叉虑道路宽度、灯杆高度、灯具功率等因自动控制方式，实现按需照明，提高照口、人行横道等重点区域需要加强照素，确保照明效果均匀明系统的经济性和环保性明服务设施设计服务区提供加油、餐饮、住宿等综合服务停车区简单的停车休息设施观景台风景优美路段的观景设施紧急设施紧急电话和救援设备第八部分排水与防洪设计设计标准收集系统根据重现期确定设计流量路面径流收集与引导排放系统输送系统向天然水体安全排放管道涵洞等输水构造物路面排水设计横坡设计原理路面横坡是路面排水的基础，通过设置适当的横坡使雨水快速流向路侧直线段路面横坡一般为

1.5%-

2.5%，弯道段需要设置超高横坡过小排水不畅，过大影响行车舒适性和安全性雨水口布设雨水口设置应考虑汇水面积、降雨强度、路面坡度等因素在低洼点、平曲线内侧、桥头等易积水部位应加密设置雨水口间距一般为25-50米，具体间距需要通过水力计算确定管网系统设计雨水管网设计需要考虑管径、坡度、埋深等参数管道坡度应保证自流排水，最小流速不小于

0.75m/s以防淤积在地势平坦地区可能需要设置提升泵站强制排水桥涵设计基础选址原则孔径确定桥涵位置选择应综合考虑水文根据设计洪水流量、河床地条件、地质条件、线形要求和形、水位计算确定桥涵孔径工程投资尽量选择河床稳孔径不足会抬高水位影响泄定、地质条件良好的河段，避洪，孔径过大增加工程投资开不良地质和环境敏感区域需要通过水力计算找到最优方案3防洪标准桥梁设计洪水频率根据道路等级确定，高速公路和一级公路一般采用1/100，二级公路采用1/50涵洞防洪标准可适当降低，但应保证结构安全涵洞设计涵洞类型适用条件主要优点设计要点钢筋混凝土盖板涵小流量、浅覆土构造简单、造价低盖板厚度计算钢筋混凝土箱涵中等流量、任意覆土受力明确、适应性强框架结构计算钢筋混凝土拱涵大流量、高覆土承载力高、经济性好拱轴线设计第九部分道路景观设计生态理念道路景观设计应遵循生态优先原则，最大限度保护自然环境，恢复被破坏的生态系统通过科学的植物配置和生态工程技术，实现道路建设与环境保护的协调发展，营造人与自然和谐的交通环境美学价值景观设计要体现地域文化特色，创造优美的视觉效果通过合理的色彩搭配、层次变化、季相更替等手法，为驾乘人员提供良好的视觉体验，减轻长途行车的疲劳感人性化设计景观设计应考虑使用者的心理需求和行为特点，创造舒适宜人的交通环境在服务区、观景台等节点设置人性化的休憩设施，提供人车分离的安全空间道路绿化设计乔木配置骨干树种构建绿化框架灌木搭配丰富植物层次增加色彩地被覆盖草坪花卉形成绿色基底养护管理浇灌修剪病虫害防治特色景观设计山区道路景观滨水道路景观城市道路景观山区道路景观设计要充分利用自然山水滨水道路具有独特的景观优势，设计时城市道路景观设计要体现城市特色和文资源，通过合理的线形设计展现山区风应保护和利用水体景观资源通过合理化内涵，与城市整体风貌协调通过特光在保证行车安全的前提下，设置观的绿化配置和景观小品设置，创造水陆色铺装、艺术雕塑、主题绿化等手法，景点让驾乘人员欣赏自然美景边坡防交融的景观效果注意防洪要求，确保塑造城市形象，提升城市品质护与景观美化相结合，采用生态护坡技道路安全术第十部分道路工程应用CAD软件平台设计建模AutoCAD、Civil3D等专业软件三维道路模型构建图纸输出计算分析标准工程图纸生成工程量统计和优化道路工程图纸表达平面图设计平面图是道路工程的基础图纸，包括道路中线、边线、构造物位置等信息图纸比例一般为1:1000或1:2000，需要准确表达线形几何要素和工程设施布置纵断面图设计纵断面图反映道路沿线的地形变化和竖向设计情况包括地面线、设计线、竖曲线要素等内容纵向比例尺一般与平面图相同，高程比例尺为1:100或1:200横断面图设计横断面图显示道路横向构造和土石方情况图纸应清楚表达路基宽度、边坡坡率、排水设施等信息典型横断面图比例为1:100或1:200节点详图设计对于复杂的工程节点，需要绘制详细的构造图包括交叉口展宽图、特殊构造物详图等详图比例一般为1:50或1:100，要求构造清晰、尺寸完整案例分析城市主干道设计现状调研深入调研现状道路交通、用地、管线等条件，为设计提供基础资料2方案设计制定多个设计方案，从技术、经济、环境等方面进行比较分析技术攻关重点解决交叉口设计、管线综合、交通组织等关键技术问题效果评价建成后运营情况良好，有效缓解了城市交通压力，改善了出行条件案例分析山区公路设计地形制约因素线形设计难点山区地形复杂，高差变化大，地山区公路线形设计受地形约束较质条件复杂多变设计中需要克大，需要在满足技术标准的前提服地形限制，合理选择路线走下尽量减少工程量合理运用回向通过深入的地质勘察，查明头曲线、螺旋展线等特殊线形，不良地质分布，制定针对性的工解决高程问题注重平纵横三维程措施线形的协调防灾减灾措施山区公路面临滑坡、落石、泥石流等地质灾害威胁设计时需要进行风险评估，制定综合防治措施包括边坡防护、排水工程、监测预警等系统性工程措施。