公路工程施工放样坐标计算.doc

公路工程施工放样坐标计算一：前言由于我们都是搞公路工程施工的，一般情况下都是按图纸施工，路线的各种要素和参数在设计中已经给定，在施工放样中按照设计要求从图纸中搬到工地实际而已但是由于公路的等级不同，设计的完善程度和路线的复杂程度也不一样通常情况下，公路的等级越高，路线的线形组合越简单，设计越完善，施工放样越方便，特别是高速公路，它主要满足规范要求，一般都是采用大半径，坐标的计算和放样都相对简单得多；公路的等级越低，受到经济指标的控制，选择路线时不得不利用地形优势而设置很多种线形组合，特别是贵州的山岭重丘区，曲线又受个别地形地质原因而设置一些复杂的曲线，并且设计的完善程度也相对较低，甚至有可能连逐桩坐标都不一定有，给复测中恢复中桩和施工放样带来一定的困难所以我们有必要进行路线的各种放样坐标的计算和复核二：直线的中桩和边桩的坐标计算图中所有平面交点坐标已知，JD1坐标为x1,y1；JD2坐标为X2,Y2；则平面逐桩坐标及切线方位角的计算过程为：1、路线方位角计算：β（1—2）=arctg 式中β（1—2）方位角其中由该式直接求解的为JD1到JD2的方位角β（1—2）为0~90°之间的角值，根据(Y2-Y1)和(X2-X1)的符号把β（1—2）换算为0~360°内。

2、中桩坐标计算： X中=X1+comβ×L Y中= Y1+sinβ×L 式中L为所求桩号到JD1的距离3、边桩坐标计算： X边=X中+com（β+90°）×L边 　Y边= Y中+sin（β+90°）×L边 式中L边为所求桩号中桩到放样边桩点的距离；+90°为路线前进方向的右边桩取加号，+90°为路线前进方向的左边桩取减号直线段的中桩和边桩放样坐标计算是很简单的，只要注意方位角和起算点坐标就行了三：曲线的介绍和曲线坐标计算 1：简单曲线，就是只有圆曲线部分，并且只有一个半径R的曲线 切线长：T=R×tg; 曲线长:L=R×p×;外距:E=-R; 切曲差:D=2T-L; 2：圆曲线的中桩和边桩坐标的计算圆曲线的中桩坐标的计算方法很多，如切线支距法，但是在边桩坐标的计算时每次都要计算切线方位角和加减90°来实现，相对要麻烦一些根据我本人的经验，还是圆心坐标法较为简单些，好处在于可以复核中桩坐标而又同时可以计算各桩号的边桩坐标带有缓和曲线的圆曲线部分仍然可以按照简单圆曲线来计算圆心坐标：X圆=Xj+com〔β+p±(90°－)〕×（R+E）Y圆=Yj+sin〔β+p±(90°－)〕×（R+E） 中桩坐标：X中=X圆+com(β圆±)×RY中=Y圆+sin(β圆+)×R 边桩坐标 ：X边=X圆+com(β圆±)×（R±d）Y边=Y圆+sin(β圆+)×（R±d）式中：β；为路线后一交点到计算交点的方位角； P；为计算交点处的转角，左转角取负号，右转角取正号。

β圆；为圆心到计算交点的方位角，β圆=β+p±(90°－)±180° L；为计算点桩号与曲中点桩号之间的距离，位于曲中点桩号左边取负号，位于曲中点桩号右边取正号 ±d；为所求桩号中桩点到放样边桩点的距离，位于圆外侧的取正号，位于圆内侧的取负号 四：缓和曲线的介绍和带缓和曲线的线型组合 1：设置缓和曲线的目的 1）：有利于驾驶员的操作，汽车从直线驶入圆曲线，即从无限大的半径到一个定值的半径，或从大半径圆曲线驶入小半径圆曲线时，从汽车前轮转向角逐渐变化的必要性来看，才能保持汽车前轮的转向角从0至α逐渐变化，从而有利于驾驶员操纵方向盘 2）：当从直线驶入圆曲线时，由力学知识可知车辆将产生离心力，由于离心力的作用，车辆有向曲线外侧倾倒的趋势；或从离心力小的大半径圆曲线逐渐增加离心力大的小半径圆曲线，为了消除离心力的突变，并使离心加速度的变化率控制在一定数值内 3）：完成超高和加宽的过渡 2：为什么用回旋线来作为缓和曲线的形式 1）汽车转弯行驶时的理论轨迹方程：假定汽车从半径为∞的直线上过渡到半径为R的圆曲线上时，其转弯半径是均匀变化的（∞→R）,在这过渡的过程中，汽车以等速度u(m/s)通过距离Lh(m)的所需时间t(s),驾驶员以等角速度ω（定值）顺适地转动方向盘，汽车的前轮的转向角由直线上的0逐渐均匀的增加到圆曲线上的α（定值）。

如果汽车的方向盘仅转动φ，一般前轮只变化φ, φ和φ的关系为φ=φ.κ; κ为系数根据汽车的实际情况，一般方向盘可以转动2周左右，但汽车的前轮不可能转动1周，故κ为小于1的系数由假定可以知道，方向盘以ω的等角速度旋转经t(s)后，则方向盘的旋转角度φ为φ=ω. t；所以汽车前轮转向角为φ=φ.κ=ω. T设汽车前后轮的距离为d,当前轮只转φ时汽车行驶的轨迹曲线的半径ρ，即ρ=d/tgφ, tgφ为正比例函数，φ≈0，所以tgφ≈φ，则ρ= d/φ= d/κωt由于汽车以等速度前进，转动方向盘t(s)后汽车所行驶的距离l=u. tρ==＝＞t==.将t=.代入l=u. t得l=u..因为；ω、u、d均为常数，令u.=A2,则得l=L:汽车自直线开始转弯，经t(s)后所行驶的距离，m;ρ:汽车从开始转弯经t秒后行驶距离L时位置的曲率半径，m;A:常数，考虑到s与ρ的积是一个二次因式，设为A2值所谓回旋曲线，按数学定义知道就是曲率（曲率半径的倒数）随着曲线长度L成正比例增大的曲线（即曲率半径ρ随曲线长度L成反比例减少的曲线）即=c L＝＞=s.p；c:曲率与曲线长度的比例常数，因c为常数，故也为常数。

由于s.p的单位是二次因式（m2），所以的单位也是二次因式，令A2= ；这样单位就是（m）c=；即Lh=回旋线基本方程式、与汽车转弯时的理论轨迹方程完全一样，故我国的公路设计采用回旋线作为缓和曲线，A就是回旋线参数 3；带缓和曲线的圆曲线的基本形式上图是带缓和曲线的圆曲线的基本形式带缓和曲线的圆曲线与无缓和曲线的圆曲线的区别； （1）：内移值P 为了在直线和圆曲线之间设置缓和曲线，必须将原来的圆曲线向内移动，才能使缓和曲线的起点切于直线上；而缓和曲线的终点又与曲线上某一点相切圆曲线向内移动有两种方式：一种是采用圆曲线半径不变而圆心沿内角的分角线向内移动一定的距离，使其达到缓和曲线既与直线相切又与圆曲线相切的目的；另一种是采用圆曲线的圆心不动，把圆曲线半径减少使圆曲线是平行移动不平行移动圆曲线上各点的内移值不相等），其差异随着圆曲线半径的增大而减少，测设工作麻烦；平行移动，圆曲线上各点的内移值相等，测设工作方便所以一般采用圆心不动的平行移动方式增设缓和曲线的圆曲线可以看作是原来半径为R+P的圆曲线向内移动了P的距离 （2）：曲线起点后退的距离Q(称为相切线增长值)。

由于回旋线的存在、在圆曲线原起点处产生一个内移值P，圆曲线起点后退了一个距离Q×；当时：×＝；（根据级数展开得）；；由于：所以；，可以推出；可以得出回旋线一个重要特性： 凡是中心对称的回旋曲线，回旋曲线长度与圆曲线内移值互相平分这个特性不但适用于直线与圆曲线之间的完整的回旋线（半径），也适用于连接圆曲线之间不完整的中间回旋线（半径从）4：带缓和曲线的基本型曲线把直线→回旋线→圆曲线→回旋线→直线的顺序组合起来的形式叫基本型曲线切线长;曲线长；其中圆曲线长；外距；切曲差；基本型曲线又分为对称型和非对称型曲线，设交点桩号为JD,转角为α，半径R，前后回旋线长分别为和（或给出回旋线参数A1,A2两者可互换）P1、P2分别为第一回旋线与第二回旋线的内移值；Q1、Q2分别为第一回旋线与第二回旋线的切线增长值；T1、T2分别为第一切线与第二切线长由于圆曲线两端的回旋线长度不等，因此线型要素P1、P2、Q1、Q２、T1、T2都不相等即； ；；； 非对称基本型曲线计算的关键在于求解出两个不相等的切线长T1和T2，为此作辅助线，将四边形分为两个直角三角形，设∠，则∠如上图： 在中、有 亦即在中、有上两式相除： 又因：；于是 在中、有 从而同理曲线长：其中圆曲线长：从而可得曲线主点桩号： 其中是指角平分线与曲线的交点，对于对称型曲线才是曲线的实际中点。

基本型曲线，其半径R、回旋线曲线长Ls可根据不同情况由外距E、切线长T、曲线长L等控制条件计算得出对于我们施工来说，所有参数设计中已经给出，就没有必要深入去推算，只是了解就行了五：复曲线的介绍复曲线是指两圆曲线（半径不等）直接相连或缓和曲线相连的组合线形，一般多用于地形复杂的地区复曲线包括同向复曲线和反向复曲线转向相同的两相邻圆曲线称为同向曲线，转向不同的两相邻圆曲线称为反向曲线同向曲线有一段短直线时，称为断背曲线如下图：复曲线的特点：如果两同向圆都无回旋线时，GQ点就是相切的那一点，如下图： 当两圆都设回旋线时，和为使两圆曲线在GQ点相接，两回旋曲线的内移值必须相等，P1=P2=P;复曲线设置时，小圆半径不能太小，且大圆半径R1一般控制在小圆半径R2的两倍以内即R1≤2R2)；同时不可能出现一个圆设缓和曲线而另一个圆不设缓和曲线保证两端回旋线内移值相等是选择适当的回旋曲线长度（或回旋线参数）来实现的1，S型曲线：将两个反向圆曲线用回旋线连接起来的线形叫S型曲线S型曲线是高等级公路线形设计中采用较多的一种组合线型，可作为两独立的基本型曲线进行计算《公路路线设计规范》对S型相邻两个回旋线参数A1、A2及两圆曲线半径R1、R2有一定要求：一般A1与A2宜相等，当采用不同的参数时，A1与A2之比应小于2，有条件时以小于1.5为宜，两圆曲线半径之比不宜过大，其中大圆半径R1与小圆半径R2之比以—为宜。

2，凸型曲线：两个回旋曲线都在曲率小的点上相互连接的线型，可以认为凸型曲线是在两个同向回旋线间不插入圆曲线由两回旋线径相衔接的曲线形式，如图凸型曲线可以看成非对称基本型曲线中圆曲线长度为零的特例，所以只须求得图中所示的平曲线半径，就可以按基本型曲线设计计算凸曲线设回旋线A1、A2已知τ1、τ2已知、从上图可知； 而 从而3，C型曲线；C型曲线是同向曲线的回旋线在曲率为零处径相衔接（即连接处曲率为零，R=∞）的形式如下图： C型曲线与径相衔接的S型曲线计算过程完全类似，不同之处只是相邻平曲线的偏向不一致，第一曲线的HZ与第二曲线ZH相同（重合）, C型曲线可以分解为两个独立的基本型曲线来计算，这里就不再重复 4，回头曲线：目前就要上的新线在考察时发现有几段回头曲线，就在这里简单介绍一下顾名思义，就是人一回头的意思，是受到地形等原因特别限制才不得不设的曲线很多回头曲线是连接山坡上下两条路线的一种特殊平面曲线，一般是山区低等级公路、当路线跨越山岭时为了克服距离短、高差大的展线困难、或跨越深沟，绕过山嘴时路线方向需要作较大转折，往往需要设置回头曲线其特点是半径小、偏角大多接近180°，其交点多为虚交，因此回头曲线实际上属于虚交曲线。

回头曲线一般由主曲线和两个副。