第3章道路縱斷面設(shè)計(jì)

1、定義：沿著道路中線豎向剖面的展開圖即為路線縱斷面。縱斷面設(shè)計(jì)：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。任務(wù)：研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成及其大小與長(zhǎng)度。依據(jù)：汽車的動(dòng)力特性、道路等級(jí)、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件以及工程經(jīng)濟(jì)性等。概 述設(shè)計(jì)線：路線上各點(diǎn)路基設(shè)計(jì)高程的連線。變坡點(diǎn)坡度坡長(zhǎng)地面線：它是根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程而點(diǎn)繪的一條不規(guī)則的折線；路線縱斷面圖構(gòu)成：地面線：它是根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程而點(diǎn)繪的一條不規(guī)則的折線；設(shè)計(jì)線：路線上各點(diǎn)路基設(shè)計(jì)高程的連續(xù)。路線縱斷面圖構(gòu)成：地面高程：中線上地面點(diǎn)高程。設(shè)計(jì)高程：一般公路，路基未設(shè)加寬超高前的路肩邊緣的高程。設(shè)分隔帶公路，一般為分隔帶外邊緣。

2、路基高度：橫斷面上設(shè)計(jì)高程與地面高程之高差。路堤：設(shè)計(jì)高程大于地面高程。路塹：設(shè)計(jì)高程小于地面高程?？v斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容：坡度及坡長(zhǎng)豎曲線iHLHiL縱坡縱坡(坡度坡度)道路中線兩點(diǎn)間的高差與水平距離的比值（以 %計(jì)） 稱為縱坡或坡度。從路線起點(diǎn)至止點(diǎn)的方向看，路線升高為上坡，降低為下坡。 規(guī)定：縱坡上坡為“+”，下坡為“”。 例如：5.3%為上坡， 2.8%為下坡。3.1.1 最大縱坡 是指在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)各級(jí)道路允許使用的最大坡度值。1.影響因素：影響因素：（1）汽車的動(dòng)力特性：汽車在規(guī)定速度下的爬坡能力。（3）道路等級(jí)：等級(jí)高，行駛速度大，要求坡度阻力盡量小。（4）自然條件：海拔高程、氣候（積雪寒

3、冷等）、氣溫、雨量、溫度。（2）行車安全、經(jīng)濟(jì)：坡陡，行車易滑溜。下坡沖力大，易出事故；油耗大，輪胎磨損。 縱坡度大小的優(yōu)劣：坡度大：行車?yán)щy：上坡速度低，下坡較危險(xiǎn)。山區(qū)公路可縮短里程，降低造價(jià)。城市道路縱坡設(shè)計(jì)時(shí)除應(yīng)考慮上述因系外，尚應(yīng)結(jié)合其自身特點(diǎn)，確定最大縱坡城市道路車行道線、人行道線均與路中心線縱坡相同，如道路縱坡過大，將使臨街建筑物地坪標(biāo)卨難與人行道縱坡協(xié)調(diào)而影響街珙；道路縱坡過大還不利于地下管線的敷設(shè)；考慮到汽行乍的爬坡能力，最大縱坡應(yīng)不大于3%。2. 橋梁橋梁、隧道路線最大縱坡、隧道路線最大縱坡：小橋涵處的縱坡可按表3-1的限值設(shè)計(jì)，但大、中橋上的縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡

4、不宜大于5% ；位于城鎮(zhèn)附近混合交通繁忙的地段，橋上及橋頭引道縱坡均不得大于3% ；緊接大、中橋橋頭兩端不短于10m范圍內(nèi)的引道縱坡應(yīng)與橋上縱坡相同。隧道內(nèi)縱坡不應(yīng) 大于3%，明洞和短于50m的隧道其縱坡不受此限；緊接隧道洞口的30m范圍內(nèi)路線縱坡與隧道內(nèi)縱坡相同。 1高原為什么縱坡要折減？在高海拔地區(qū)，困空氣密度下降而使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、汽車的驅(qū)動(dòng)力以及空氣阻力降低，導(dǎo)致汽車的爬坡能力下降。另外，汽車水箱中的水易于沸騰而破壞冷卻系統(tǒng)。 2規(guī)范規(guī)定：位于海拔3000m以上的高原地區(qū)，各級(jí)公路的最大縱坡值應(yīng)按表3-3的規(guī)定予以折減。折減后若小于4%，則仍采用4%。3.高原縱坡折減最小縱坡：各級(jí)公

5、路在特殊情況下容許使用的最小坡度值。最小縱坡值：0.3%，一般情況下0.5%為宜。適用條件：橫向排水不暢路段：長(zhǎng)路塹、橋梁、隧道、設(shè)超高的平曲線、路肩設(shè)截水墻等。當(dāng)必須設(shè)計(jì)平坡（0%）或小于0.3%的縱坡時(shí)，邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計(jì)。在彎道超高橫坡漸變段上，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。干旱少雨地區(qū)最小縱坡可不受上述限制。3.1.2 最小縱坡與平均縱坡(3) 平均縱坡 由多個(gè)坡段組成的一段路線，其起止點(diǎn)高差與路線總長(zhǎng)的比值。HLi L H式中 i 平均縱坡； L各坡段長(zhǎng)度(m)； H各坡段高差(m)。ihiz 1.定義：合成坡度是指由路線縱坡與彎道超高橫坡或路拱

6、橫坡組合而成的坡度，其方向即流水線方向。 合成坡度的計(jì)算公式為：3.1.3 合成坡度22I 式中：I合成坡度（%）；ih超高橫坡度或路拱橫坡度（%）；iz路線設(shè)計(jì)縱坡坡度（%）。（1）最大允許合成坡度值：2合成坡度指標(biāo)汽車在有合成坡度的地段行駛，若合成坡度過大，當(dāng)車速較慢或汽車停在合成坡度上，汽車可能沿合成坡度方向產(chǎn)生滑移。同時(shí)若遇到急彎陡坡，對(duì)行車來說，可能會(huì)在短時(shí)間在合成坡度方向下坡，因合成坡度比縱坡和橫坡均大，所以速度會(huì)突然加快，使汽車沿合成坡度方向沖出彎道而產(chǎn)生事故。當(dāng)陡坡與小半徑平曲線重合時(shí)，在條件許可的情況下，以采用較小的合成坡度為宜。特別是下述情況，其合成坡度必須小于8%。在冬季

7、路面有積雪結(jié)冰的地區(qū)；自然橫坡較陡峻的傍山路段；非汽車交通比率高的路段。 例如：某二級(jí)公路，有一平曲線半徑為250m，超高橫坡為8%，該路段縱坡度為4.8%，則合成坡度為3. 合成坡度指標(biāo)的控制作用 ：控制陡坡與急彎的重合。I ih 2 i2 0.082 0.482 9.33% 9%標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級(jí)公路最大坡長(zhǎng)限制。1最大坡長(zhǎng)限制3.1.4 坡長(zhǎng)限制最小坡長(zhǎng)限制：任何路段最大坡長(zhǎng)限制：陡坡路段城市道路最大坡長(zhǎng)按下表：理由：長(zhǎng)距離大坡對(duì)行車不利。持續(xù)上坡易使發(fā)動(dòng)機(jī)過熱影響機(jī)械效率；持續(xù)下坡剎車頻繁危及安全。2.最小坡長(zhǎng)限制 理由：坡長(zhǎng)過短，行車頻繁顛簸；坡差較大時(shí)易造成視線中斷；不易設(shè)置豎曲線。3.

8、1.5縱坡設(shè)計(jì)的一般要求1縱坡設(shè)計(jì)必須滿足標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)規(guī)定。2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，起伏不宜過大和過于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值。合理安排緩和坡段，連續(xù)采用極限長(zhǎng)度的陡坡不宜夾最短長(zhǎng)度的緩坡。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡段，以免浪費(fèi)高程。越嶺線啞口附近的縱坡應(yīng)盡量緩一些。3縱坡設(shè)計(jì)為保證路基穩(wěn)定，應(yīng)盡量減少深路塹和高路堤，在設(shè)計(jì)中應(yīng)重視縱、橫向填挖的調(diào)配利用，力爭(zhēng)填挖平衡，盡量減少借方和棄方，節(jié)省土石方工程量，降低工程造價(jià)。4在非機(jī)動(dòng)車輛較多的路段，應(yīng)根據(jù)具體條件，將縱坡適當(dāng)設(shè)緩。考慮到自行車的爬坡能力，最大縱坡應(yīng)不大于3%，最小縱坡應(yīng)滿足排水要求

9、。5. 確定城市道路縱坡設(shè)計(jì)線，必須滿足城市各種地下管線最小覆土深度的要求。對(duì)于舊路改建，如必須降低原標(biāo)高，則設(shè)計(jì)標(biāo)高不宜定的太低，以防損壞路線的各種管線。6從汽車行駛方便和安全出發(fā)，應(yīng)控制平均縱坡。平均縱坡是指某一路段的起終點(diǎn)高差與水平距離之比(%)3.2 豎曲線設(shè)計(jì)i11i22縱斷面上兩個(gè)坡段的轉(zhuǎn)折處，為了便于行車用一段曲線來緩和，這條連接兩相鄰坡度線的曲線,為。變坡點(diǎn)：相鄰兩條坡度線的交點(diǎn)。變坡角：相鄰兩條坡度線的坡角差，通常用坡度值之差代替，用表示，即:=2-1tg2-tg1=i2-i10凸型豎曲線0i3凹型豎曲線凹型豎曲線凸型豎曲線變坡點(diǎn)變坡點(diǎn)坡度線設(shè)計(jì)線2豎曲線的作用：（1）緩沖作

10、用：以平緩曲線取代折線可消除汽車在變坡點(diǎn)的突變，減小顛簸，增大舒適感。（2）保證公路縱向的行車視距：凸形：縱坡變化大時(shí)，盲區(qū)較大。凹形：下穿式立體交叉的下線。3. 豎曲線的線形規(guī)范規(guī)定采用二次拋物線作為豎曲線的線形。拋物線的縱軸保持直立，且與兩相鄰縱坡線相切。3.2.1 豎曲線要素的計(jì)算公式1豎曲線的基本方程式：設(shè)變坡點(diǎn)相鄰兩縱坡坡度分別為i1和i2。拋物線豎曲線有兩種可能的形式：（1）包含拋物線底（頂）部；x212Ry 式中：R拋物線頂點(diǎn)處的曲率半徑AB2豎曲線諸要素計(jì)算公式（1）坡度差（2）豎曲線長(zhǎng)度L或豎曲線半徑R：L = xA xB（3）豎曲線切線長(zhǎng)T：（4）豎曲線外距E：（5）豎曲線

11、上任一點(diǎn)豎距h：LTTyExyxi1i2R21ii 因?yàn)門 = T1 = T2，則：1當(dāng)LST:2a 2. 凹形豎曲線的極小半徑（1）限制離心加速度設(shè)置凹豎曲線的主要目的是緩和行車時(shí)的離心力，確定凹豎曲線半徑時(shí)，應(yīng)以離心加速度為控制指標(biāo)。v2 V2R 13RV213a, R （2）確保夜間行車視距）確保夜間行車視距凹形曲線半徑較小時(shí)候，夜間行車前燈照射角受限，只能照到一定范圍。(3) 確保確保凈空有障礙時(shí)的視距凈空有障礙時(shí)的視距當(dāng)公路與公路/鐵路作立體交叉時(shí)，若公路于橋下經(jīng)過，司機(jī)視線可能會(huì)受到橋跨上部構(gòu)造的阻擋，按拋物線設(shè)置，則有：凸形豎曲線極限最小半徑與凹形豎曲線極限最小半徑確定后，即可根

12、據(jù) 求出豎曲線最小長(zhǎng)度。凸形豎曲線最小半徑和最小長(zhǎng)度:相當(dāng)于各級(jí)道路計(jì)算行車速度的。3.豎曲線設(shè)計(jì)豎曲線設(shè)計(jì)豎曲線半徑的選擇（1）符合規(guī)范要求，豎曲線最小半徑和最小長(zhǎng)度；（2）考慮土石方工程量，采用較大半徑；（3）考慮平縱線形組合，豎曲線和縱坡設(shè)計(jì)，滿足排水要求；（4）視覺效果較好，也應(yīng)選較大半徑，一般為最小半徑的1.5-4.0倍 。適用條件：（1）當(dāng)設(shè)計(jì)速度時(shí)，注重平、縱的合理組合；（2）當(dāng)設(shè)計(jì)速度時(shí)，在條件允許情況下各種線于要素的合理組合，并盡量避免和減輕不利組合。3.2.3 平縱線形組合設(shè)計(jì)是指道路平面的形狀、縱面的形狀或者平、縱組成的立體形狀；道路線形設(shè)計(jì)的順序一般是從選線開始，首先確

13、定平面線形，其次確定縱曲線形，再到平、縱線形的組合設(shè)計(jì)。平、縱線形的組合設(shè)計(jì)，是線形設(shè)計(jì)的最后階段，把平、縱線形合理地組合起來，使之成為連續(xù)、圓滑、順適、美觀的空間曲線從而達(dá)到行車安全、快速、舒適、經(jīng)濟(jì)的要求：1. 平、縱組合的設(shè)計(jì)原則1應(yīng)在視覺上能自然地，并保持視覺的連續(xù)性。2注意保持平、縱線形的,使線形在視覺上、心理上保持協(xié)調(diào)。3選擇組合，以利于路面排水和行車安全。4應(yīng)注意線形。2. 平縱線形組合2. 直線與縱斷面的組合（1）平面直線與縱面直線組合（縱坡不變的直線）該空間線形由與組合而成。p 平面直線與縱斷面直線的組合和。p 當(dāng)兩者長(zhǎng)度均較大時(shí)，則公路線型的單調(diào)易使，一旦過多超速行駛會(huì)。所

14、以應(yīng)力求避免兩種直線均長(zhǎng)的情況，較長(zhǎng)的平面直線上也不宜設(shè)大坡，并應(yīng)選擇能夠得到適當(dāng)合成坡度的線形組合。p 為調(diào)節(jié)單調(diào)的感覺，增進(jìn)視線誘導(dǎo)，設(shè)計(jì)時(shí)可用、與、等方法來彌補(bǔ)。（2）平面直線與凹形豎曲線組合p 直線與凹形豎曲線的配合具有。p 由于縱面上插入了凹形豎曲線，不僅改善了A要素的生硬、呆板的，而且還給駕駛員以動(dòng)的視覺印象，。p 運(yùn)用時(shí)，注意凹曲線的長(zhǎng)度，以免產(chǎn)生；p 如長(zhǎng)直線內(nèi)需設(shè)置兩個(gè)凹曲線時(shí)，則兩曲線之間的，以免產(chǎn)冷的錯(cuò)覺；p 長(zhǎng)直線的末端避免設(shè)置。（3）平面直線與凸豎曲線組合p 為直線與凸形豎曲線的配合。該組合線形往往導(dǎo)致及，設(shè)計(jì)采用這種線型。p 如果難于避免時(shí)，應(yīng)力求采用以保證有較好的

15、。（4）平面曲線與直坡線組合p 平曲線與直線段的組合，在等級(jí)低的公路上較為常見，設(shè)計(jì)中要，無論是上坡或是下坡，在暗彎處的的。為此在條件允許范圍內(nèi)盡可能。p 當(dāng)平曲線半徑難以變動(dòng)時(shí)，應(yīng)盡可能設(shè)法。力求。p 當(dāng)平曲線半徑選擇適當(dāng)，平面的直線與圓曲線組合恰當(dāng)，具。汽車行駛在這種路段上，可獲得較好的路旁景觀，且景觀逐步變化，使駕駛員感覺新鮮，方向盤操縱舒適。p 組合時(shí)，應(yīng)避免與相重合。(5) 平曲線與豎曲線的組合p 平曲線與豎曲線兩者組合時(shí)，如果平縱斷幾何要素的大小，均衡協(xié)調(diào)，位置適宜，則可獲得。所以平曲線與豎曲線應(yīng)相重合，并使，把豎曲線包起來(俗稱“”)。p 但當(dāng)平曲線與豎曲線時(shí)，兩者，應(yīng)設(shè)法將。3

16、. 平曲線與縱斷面的組合 （1）平曲線與縱面直線組合組合時(shí)要注意平曲線半徑與縱坡度協(xié)調(diào)，要避免急彎與陡坡相重合。 （2）平曲線與豎曲線的組合 平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長(zhǎng)于豎曲線。平豎曲線頂點(diǎn)重合，且平包豎。豎曲線的起終點(diǎn)最好分別放在平曲線的兩個(gè)緩和曲線內(nèi)，其中任一點(diǎn)都不要放在緩和曲線以外的直線上，也不要放在圓弧段之內(nèi)。平曲線與豎曲線配合得好的線形是豎曲線的起、訖點(diǎn)最好分別放在，而不要放在緩和曲線以外的直線上，也不要放存圓弧段之內(nèi)。 平平、豎曲線組合時(shí)，、豎曲線組合時(shí)，還應(yīng)注意還應(yīng)注意避免以下不良情況避免以下不良情況：（1）豎曲線頂點(diǎn)小宜位于、及反向平曲線的；（2）設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免

17、避免個(gè)較長(zhǎng)的，或一個(gè)較長(zhǎng)的；（3）平、豎曲線的結(jié)合應(yīng)考慮，實(shí)踐證明平曲線是明彎時(shí)配凹曲線，暗彎時(shí)配凸曲線，即，能給人以合理、悅?cè)盏母杏X，是一種較好的組合；（4）凸形堅(jiān)曲線的或凹形豎曲線的應(yīng)避免插入避免插入。當(dāng)凸形豎曲線頂部如果有小半徑的平曲線，不僅不能引導(dǎo)視線而且要；凹形豎曲線的底部如果有小半徑的平曲線就會(huì)引起汽車在（這兩種情況，行車是危險(xiǎn)的）（5）在保證足夠視距的前提下，駕駛員所能看到，一般駕駛員在任點(diǎn)所看到的不不應(yīng)超過應(yīng)超過，起伏不應(yīng)超過不應(yīng)超過。德國(guó)高速公路獨(dú)特設(shè)計(jì)適應(yīng)汽車高速行駛3.1 在在設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)縱斷面時(shí)，應(yīng)綜合考慮哪幾方面的時(shí)，應(yīng)綜合考慮哪幾方面的要求？這些要求？這些要求要求

18、你認(rèn)為應(yīng)如何得到你認(rèn)為應(yīng)如何得到解決。解決。3.2 縱坡縱坡過過大有哪些大有哪些害處？害處？3.3 在在設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)縱斷面時(shí)為什么縱斷面時(shí)為什么要要設(shè)置凸形設(shè)置凸形和凹形豎曲線和凹形豎曲線?如何確定如何確定它們的最小半徑它們的最小半徑?3.4 某某二級(jí)公路上二級(jí)公路上變坡點(diǎn)樁號(hào)變坡點(diǎn)樁號(hào)K10+520，高程為，高程為58.32m，兩，兩個(gè)相個(gè)相鄰坡段的鄰坡段的坡度坡度i 15和和i 2+2，計(jì)算行車速度，計(jì)算行車速度v=80km/h，試試確定該確定該處所處所設(shè)設(shè)置置的凹形豎曲線半徑，并進(jìn)行豎曲線的凹形豎曲線半徑，并進(jìn)行豎曲線設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)。3.5 凸形豎曲線凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部的頂部或凹

19、形豎曲線的底部能否與能否與反向平曲線反向平曲線拐點(diǎn)重合，為什么拐點(diǎn)重合，為什么?補(bǔ)充：縱斷面補(bǔ)充：縱斷面設(shè)計(jì)方法與縱斷面設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)方法與縱斷面設(shè)計(jì)圖1. 縱斷面縱斷面設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟(1)繪制縱、橫斷面圖 在A3圖幅的坐標(biāo)紙上繪制中線并，形成縱斷面；繪制示意圖，以利進(jìn)行平縱組合；寫出及對(duì)應(yīng)的。 在A3圖幅的坐標(biāo)紙上繪制各樁號(hào)橫斷面地面線，形成橫斷面圖。高程 米 地質(zhì)情況坡度/坡長(zhǎng)填 挖地面高程設(shè)計(jì)高程里程樁號(hào)平 曲 線云南省公路設(shè)計(jì)院三角田猛龍二級(jí)公路路線縱斷面設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)復(fù)核審核圖號(hào)SIII-2-1JD1 R=200JD2 R=150K0+0001632745546.60550 548546

20、544 542 540 灰?guī)r及亞粘土 葉巖及亞砂土 545.55552 554 K0+000K0+700 第 1 頁(yè) 共 56 頁(yè) (2)標(biāo)注控制點(diǎn)1）. 高程控制點(diǎn)指路線過此。根據(jù)調(diào)查資料確定該控制點(diǎn)的和，將其標(biāo)注在縱斷面圖上。2）. 經(jīng)濟(jì)點(diǎn)指將使。逐一分析每個(gè)樁號(hào)的橫斷面圖，將其標(biāo)注在縱斷面圖上。找經(jīng)濟(jì)點(diǎn)的方法：用透明模板對(duì)齊橫斷面中線，沿橫斷面上下移動(dòng)，找到填挖面積大致相等處，此時(shí)模板橫線距橫斷面中樁地面線的距離即是經(jīng)濟(jì)點(diǎn)位置。路基橫斷面透明模板(3)試坡用通過，穿過一系列。進(jìn)行此步驟，對(duì)各種可能的，以確定。這些坡度線得到位置。變坡點(diǎn)的位置應(yīng)滿足原則。高程 米 地質(zhì)情況坡度/坡長(zhǎng)填 挖地面高程設(shè)計(jì)高程里程樁號(hào)平 曲 線云南省公路設(shè)計(jì)院三角田猛龍二級(jí)公路路線縱斷面設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)