第三章 縱斷面設(shè)計 第一節(jié) 縱坡及坡長設(shè)計

1、云 南 交 通 技 術(shù) 學(xué) 院教 案 首 頁no：11 授課時間授課班級課 題：第三章 縱斷面設(shè)計 第一節(jié) 縱坡及坡長設(shè)計 課 型：講授 教學(xué)內(nèi)容摘要：1.初步了解縱斷面圖的內(nèi)容； 2.理解公路最大、最小縱坡和最大、最小坡長確定所考慮的因素，在縱斷面設(shè)計中能正確運用最大（小）縱坡、最大（小）坡長、平均縱坡、合成縱坡及緩和坡段、縱坡折減等重 點：標準對公路最大、最小縱坡和最大、最小坡長的確定及考慮的因素。 難 點：最大（?。┛v坡、最大（?。┢麻L、平均縱坡、合成縱坡、緩和坡段 。 課外作業(yè)：復(fù)習本次課程內(nèi)容；課后分析： 注：一次（2學(xué)時）為一個教案，要求每個教案附首頁。路線縱斷面圖：沿著公路中線豎

2、直剖切然后展開即為公路的縱斷面。縱斷面圖是公路縱斷面設(shè)計的主要成果，也是公路設(shè)計的重要技術(shù)文件之一。把公路的縱斷面圖與平面圖結(jié)合起來，就能準確地定出公路的空間位置?？v斷面設(shè)計：在路線縱斷面圖上研究路線線位高度及坡度變化情況的過程?？v斷面設(shè)計的主要任務(wù)：根據(jù)汽車的動力特性、公路等級、地形、地物、水文地質(zhì)，綜合考慮路基穩(wěn)定、排水以及工程經(jīng)濟性等，研究縱坡的大小、長短、豎曲線半徑以及與平面線形的組合關(guān)系，以便達到行車安全迅速、運輸經(jīng)濟合理及乘客感覺舒適的目的。路線縱斷面圖的構(gòu)成：縱斷面圖上由兩條主要的線和文字資料兩部分構(gòu)成；（1）地面線：它是根據(jù)中線上各樁點的高程而點繪的一條不規(guī)則的折線，反映了沿著

3、中線地面的起伏變化情況；（2）設(shè)計線：路線上各點路基設(shè)計高程的連續(xù)線，是經(jīng)過技術(shù)上、經(jīng)濟上以及美學(xué)上等多方面比較后定出的一條具有規(guī)則形狀的幾何線，反映了公路路線的起伏變化情況；縱斷面設(shè)計線是由直線和豎曲線兩種線形要素所組成。直線（即均坡度線）有上坡和下坡，是用水平長度及縱坡度表示的?？v坡度表征勻坡路段坡度的大小，用高差與水平長度之比量度，即路線縱斷面圖上的標高：（1）設(shè)計標高，即路基設(shè)計標高，規(guī)范規(guī)定如下：1、新建公路的路基設(shè)計標高：高速公路和一級公路采用中央分隔帶的外側(cè)邊緣標高；二、三、四級公路采用路基邊緣標高，在設(shè)置超高、加寬地段為設(shè)超高、加寬前該處邊緣標高。2、改建公路的路基設(shè)計標高：一

4、般按新建公路的規(guī)定辦理，也可視具體情況而采用行車道中線處的標高。（2）地面高程：中線上地面點高程。（3）路基高度：橫斷面上設(shè)計高程與地面高程之高差?？v斷面設(shè)計內(nèi)容：確定公路縱坡坡度及坡長，設(shè)置豎曲線。 第一節(jié)縱坡及坡長設(shè)計一、汽車行駛與公路縱坡的關(guān)系(一)汽車行駛要求1、汽車在公路上行駛的阻力：空氣阻力：汽車在空氣介質(zhì)中行駛，由于迎面風壓力、車前后的空氣壓力差以及空氣質(zhì)點與車身表面的摩擦等阻礙汽車前進。滾動阻力：汽車在路面上行駛時，汽車輪胎、路面等發(fā)生變形及汽車與路面發(fā)生碰撞，會引起汽車功率的損耗。坡度阻力：汽車在有坡度的公路上行駛時，其分力會同汽車行駛方向相同或相反而產(chǎn)生坡度阻力。慣性阻力：

5、汽車變速行駛時，需要克服其質(zhì)量變速運動時產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩。2、汽車行駛的條件必要條件：牽引力必須大于或等于各項阻力之和。充分條件：牽引力必須小于或等于輪胎與路面之間的附著力。充要條件：各阻力之和牽引力輪胎與路面之間的附著力 (二)汽車在坡道上的行駛要求 1.縱坡度力求平緩；2.陡坡宜短，長坡道的縱坡度應(yīng)加以嚴格限制；3.縱坡度的變化不宜太多，尤其應(yīng)避免急劇起伏變化，力求縱坡均勻。二、最大縱坡、最小縱坡和坡長限制（一）最大縱坡最大縱坡是指在縱坡設(shè)計時各級道路允許使用的最大坡度值?？v坡大小的取值必須要通過全面分析，綜合考慮后合理確定。1.確定最大縱坡應(yīng)考慮的因素（1）汽車的動力性能：考慮公路

6、上行駛的車輛，按汽車行駛的必要條件和充分條件來確定。（2）公路等級：不同的公路等級要求的行車速度不同；公路等級越高、行車速度越大，要求的縱坡越平緩。（3）自然因素：公路所經(jīng)過的地形、海拔高度、氣溫、雨量、濕度和其它自然因素，均影響汽車的行駛條件和上坡能力。2.最大縱坡的確定最大縱坡是公路縱斷面設(shè)計的重要控制指標，特別是在山嶺區(qū)，縱坡的大小直接影響到路線的長短、使用質(zhì)量、運輸成本和工程造價。最大縱坡是各級公路縱坡限制值，只有在山嶺區(qū)路線特別困難時采用。我國公路工程技術(shù)標準規(guī)定的各級公路最大縱坡值如下： 設(shè)計行車速度(km/h)1201008060403020最大縱坡（%）34567893.縱坡折

7、減（1）高原縱坡在海拔3000米以上的高原地區(qū)，因為空氣稀薄而使汽車輸出功率降低，相應(yīng)降低了汽車的爬坡的性能；此外，在高原地區(qū)行車，大氣壓強低水箱易開鍋；所以，各級公路的最大縱坡應(yīng)按下表的規(guī)定折減；最大縱坡折減后，如小于4%時，仍采用4%。 海拔高度（m）30004000400050005000以上折減值（%）123（2）橋梁隧道縱坡大、中橋上的縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡不宜大于5%；位于市鎮(zhèn)附近非汽車交通量較大的地段，橋上及橋頭引道縱坡均不得大于3%；小橋涵縱坡隨路線。隧道內(nèi)的縱坡不應(yīng)大于3%，并不得小于0.3%；獨立的明洞和長度小于50米的隧道可不受上述限制。（3）非汽車交通量較大的路

8、段縱坡非汽車交通量較大的路段縱坡，應(yīng)根據(jù)具體情況將縱坡放緩；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%。(二)最小縱坡為使公路上行車快速、安全和暢通，希望公路縱坡設(shè)計的小一些，但是，在長路塹低填方以及其它橫向排水不暢通的地段，防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定，規(guī)定各級公路的長路塹路段、以及其他橫向排水不暢的路段，均應(yīng)采用不小于0.3%的縱坡。當必須設(shè)計水平坡（0%）或小于0.3%的縱坡時，邊溝排水設(shè)計應(yīng)與縱坡設(shè)計一起綜合考慮，其邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計。(三)坡長限制坡長限制包括最小坡長和最大坡長兩個方面的內(nèi)容。1.最大坡長的限制最大坡長限制是指控制汽車在坡道上行駛，當車速下降到最低容

9、許速度時所行駛的距離?？v坡越陡，坡長越長，對行車的影響越大。標準對各級公路不同陡坡的最大坡長均進行了限制，如下表。各級公路縱坡長度限制值表2.陡坡組合坡長當連續(xù)陡坡是由幾個不同受限坡度值的坡段組合而成時，應(yīng)按不同坡度的坡長限制折算確定；其連續(xù)陡坡最短坡長應(yīng)大于規(guī)范規(guī)定最小坡長。例：某三級公路，第一坡段縱坡度為7%，長度為200m，第二坡段縱坡度為6%，長度為200m，若第三坡段采用4%的坡度，其坡長最多可設(shè)多長？解；第一坡段占坡長限制的2/5（200/500）；第二坡段占坡長限制的2/7（200/700）；則第三坡段可設(shè)置：（12/52/7）1100 = (31.43/ 100)1100=34

10、5.71m。3.最小坡長限制最小坡長的限制主要是從汽車行駛的平順性的要求考慮。最小坡長通常以設(shè)計行車速度行駛915s的行程作為規(guī)定值。標準規(guī)定，各級公路最短坡長如表所示。設(shè)計行車速度（km/h）1201008060403020最小坡長（m）30025020015012010060二、緩和坡段當陡坡長度達到限制坡長時，應(yīng)安排一段緩坡，用以恢復(fù)在陡坡上降低的速度。緩和坡段的作用主要是為了改善汽車在連續(xù)陡坡上行駛的緊張狀況，避免汽車長時間低速行駛或汽車下坡產(chǎn)生不安全因素。不同等級的公路其緩和坡度不同，對于越嶺公路標準規(guī)定緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于3%，其長度應(yīng)不得小于最小坡長要求。三、平均縱坡平均縱坡是

11、指一定長度的路段縱向所克服的高差與該路段長度的比。平均縱坡是衡量路線線形設(shè)計質(zhì)量的重要指標之一。平均縱坡與坡道長度有關(guān)，還與相對高差有關(guān)。標準規(guī)定二、三、四級公路越嶺路線連續(xù)上坡（或下坡）路段，相對高差為200m500m時，平均縱坡不應(yīng)大于5.5%；相對高差大于500m時，平均縱坡不應(yīng)大于5%。并注意任意連續(xù)3km 路段的平均縱坡不宜大于5.5% 。四、合成坡度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，其方向即流水線方向。合成坡度可按矢量關(guān)系或勾股定理關(guān)系導(dǎo)出：i合 =式中： i合合成坡度%；i 公路平曲線處的縱坡%；ib 公路平曲線處的超高橫坡度% 。 我國標準規(guī)定了各級公路的最大容許合成坡度見教材表3-5。當陡坡與小半