项目4 路线纵断面

1、项目4 路线纵断面 任务一 纵断面线形基本知识认知 任务二 纵断面线形设计与成果认知 任务一任务一 纵断面线形基本知识认知纵断面线形基本知识认知 城市道路的纵断面是指沿道路中线的竖向剖面。它 是城市道路设计的重要技术图表之一，它主要反映 路线起伏、纵坡与原地面的填挖情况，把道路的纵 断面图与平面图、横断面图结合起来，就能完整地 将道路的空间位置和立体线形充分表达出来。 道路的纵断面线形应根据道路的性质、任务、等级 和地形、地物、地质、水文等因素，考虑路基稳定、 排水及工程量等的要求，对纵坡的大小、坡长、竖 曲线半径大小以及平面线形的组合关系等进行设计。 任务一任务一 纵断面线形基本知识认知纵断

2、面线形基本知识认知 任务一任务一 纵断面线形基本知识认知纵断面线形基本知识认知 1、沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断 面。 2、坡度以路线升降高度h与水平距离之比的百分数 来量度的。 3、纵断面图上有两条主要的线： 地面线（根据中线上各桩号的高程而点绘的一条 不规则的折线） 设计线（它是经过经济、技术上及美学上等多方 面比较后定出的一条具有规则形状的几何线） 一、基本定义一、基本定义 4、设计标高 城市道路：建成后行车道中线路面标高或中央分隔带中 线的标高。 新建公路 高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、 三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段 为设超高、加

3、宽前该处边缘标高。 改建公路 一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车 道中线处的标高。 对于双向分离式路基，可采用分向路基的中线。 5、地面高程：中线上地面点高程。 6、路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。 一、设计原则一、设计原则 （1）纵断面设计应参照城市规划控制标高并适应临街建筑 立面布置及沿路范围内地面水的排除； （2）为保证行车安全、舒适、纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁； （3）山城道路及新辟道路的纵断面设计应综合考虑土石方 平衡，汽车运营经济效益等因素，合理确定路面设计标高； （4）机动车与非机动车混合行驶的车行道，宜按非机动车 爬坡能力设计纵坡度； （5）纵断面设计

4、应对沿线地形、地下管线、地质、水文、 气候和排水要求综合考虑； 路线经过水文地质条件不良地段时，应提高路基标高以 保证路基稳定。当受规划控制标高限制不能提高时，应采 取稳定路基措施； 二、设计原则二、设计原则 旧路改建在旧路面上加铺结构层时，不得影响沿路范围 的排水； 沿河道路应根据路线位置确定路基标高。位于河堤顶的 路基边缘应高于河道防洪水位0.5m。当岸边设置挡水设施 时，不受此限。位于河岸外侧道路的标高应按一般道路考 虑，符合规划控制标高要求，并应根据情况解决地面水及 河堤渗水对路基稳定的影响； 道路纵断面设计要妥善处理地下管线覆土的要求； 道路最小纵坡度应大于或等于0.5%，困难时可大

5、于或等 于0.3%，遇特殊困难纵坡度小于0.3%时，应设置锯齿形偏 沟或采取其他排水措施。 （6）山城道路应控制平均纵坡度。越岭路段的相对高差为 200500m时，平均纵坡度宜采用4.5%；相对高差大于 500m时，宜采用4%，任意连续3000m长度范围内的平均 纵坡度不宜大于4.5%。 二、道路纵坡二、道路纵坡 1、最大纵坡 最大纵坡是指在各级道路中允许采用的最大坡度值，是道 路纵断面设计的重要控制指标。在地形起伏较大的地区， 直接影响道路的使用质量、运输成本和造价。 各级道路的最大纵坡值是根据汽车的动力特性、道路等级、 设计车速、自然条件以及工程、运营经济等因素，通过综 合分析、全面考虑，

6、合理确定的。 城市道路纵坡约相当于公路设计速度计算的最大纵坡减小 1%。城市道路的非机动车车道的纵坡宜小于2.5%。 2、最小纵坡 城市道路通常低于两侧街坊，两侧的街坊雨水排向 车道的街沟，然后顺街沟的纵坡流入沿街沟布置的 雨水口，再由地下的管线通到雨水管道，因此道路 的最小纵坡应该能够保证排水和管道不淤塞所必需 的最小纵坡，其值为0.3%。如果遇到特殊困难情 况，纵坡必须小于0.3%时，应该设置锯齿型街沟 或者排水设施。 3. 最小坡长 最小坡长的限制是从汽车行驶平顺度、乘客的舒适 性、纵断视距和相邻两竖曲线的布设等方面考虑的。 如果纵坡太短，转坡太多，纵向线形呈锯齿状，不 仅路容不美观，影

7、响临街建筑的布置，而且车辆行 驶时驾驶员变换排档会过于频繁而影响行车安全， 同时导致乘客感觉不舒适。所以，纵坡坡长应保持 一定的最小长度。 4.最大坡长 道路纵坡大小对汽车的正常行驶影响很大。纵坡越 陡，坡长越长，对行车的影响越大，主要表现在： 上坡行驶时行车速度下降，甚至要换较低排挡以克 服坡度阻力，易使水箱“开锅”，导致汽车爬坡无 力，甚至熄火；下坡行驶时汽车制动频繁，易使制 动片发热而失效，甚至造成车祸。 影响最大坡长的因素有很多，例如海拔高度、装载、 滚动阻力系数、油门开启程度及档位等。要从理论 上确切计算由希望车速到允许车速的最大坡长是困 难的，必须结合试验和调查资料综合研究后确定。

8、 道路连续上坡或下坡，应在不大于规定的纵坡长度之间设置 纵坡缓和段。缓和段的纵坡应不大于3%，其长度应符合最 小坡长的规定。 城市中非机动车主要是指自行车，其爬坡能力低，车道应考 虑恰当的纵坡度与坡长，机动车和非机动车混行的车行道应 按自行车的爬坡能力控制道路纵坡。非机动车道纵坡宜小于 2.5%；当大于或等于2.5%时，纵坡最大坡长应符合规定。 5.平均坡度 平均坡度是指一定长度的路段纵向所克服的高差和 路线长度之比，是为了合理运用最大纵坡、坡长和 缓和坡段的规定，保证车辆安全顺利行驶的限制性 条件。 根据对山区道路行车的实际调查发现，有时虽然道 路纵坡设计完全符合最大纵坡、坡长限制以及缓和

9、坡段的规定，但也不一定能保证行车顺利安全。 6.合成坡度 合成坡度是指由道路纵坡和弯道超高横坡或路拱横 坡组合而成的坡度，其方向为水流线的方向。 任务二纵断面线形设计与成果认知任务二纵断面线形设计与成果认知 一、竖曲线一、竖曲线 竖曲线（vertical curve）：纵断面上相邻两条纵坡线相交的 转折处，为了行车平顺用一段曲线来缓和，这条连接两纵 坡线的曲线就叫竖曲线。 竖曲线的形状，通常采用圆曲线或二次抛物线两种。在设计 和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。纵断面上相邻 两条纵坡线相交形成转坡点（变坡点），其相交角用转坡 角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线 （convex v

10、ertical curve），反之为凹形竖曲线（concave widening）。 纵断面只计水平距离和竖直高度，斜线不计角度而计坡度， 因此，竖曲线的切线长与曲线长是其在水平面上的投影， 切线支距是竖直的高程差，相邻两坡度的交角用坡度差表 示。 一、竖曲线一、竖曲线 1. 竖曲线要素的计算 变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2，它们的代数差用表示， 即，当为“+”时，为凹形竖曲线，当为“-”时，为凸形 竖曲线。 1）用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式，k为切线i1的斜 率 二次抛物线竖曲线基本方程式为： xix L2 y 1 2 或 xix R2 1 y 1 2 坡度差(%) L竖曲线长度

11、 R竖曲线半径 T1T2 L i2 x h E P Q x y i1 一、竖曲线一、竖曲线 2）竖曲线要素计算公式 竖曲线长度L、竖曲线半径R 切线长 竖曲线上任一点竖距 则 竖曲线外距 21 TTT 2 R 2 L T xixi R2 x yyPQh 11 2 Qp L R RL或 R2 x h 2 R2 T E 2 或 4 T 8 L 8 R E 2 T1T2 L i2 x h E P Q x y i1 一、竖曲线一、竖曲线 3）算例：某城市主干路，变坡点桩号为k5+030.00，高程 为427.68m，i1=+5%，i2=4% ，竖曲线半径R=2000m， 试计算竖曲线诸要素及桩号为k5

12、+000.00和k5+100.00处的 高程。 （1）计算竖曲线要素 为凸形竖曲线09. 0%9%5%4ii 12 m18009. 02000RL m90 2 L T m03. 2 20002 90 R2 T E 22 k5+030.00 i1i2 R=2000m 一、竖曲线一、竖曲线 （2）计算设计高程 竖曲线起点 竖曲线起点高程 桩号k5+000.00 横距 竖距 切线高程 设计高程 桩号k5+100.00 切线高程 设计高程 k5+030.00 i1i2 R=2000m 940k490030.00k5 m18.42305. 09068.427 m60)00.9404k()00.0005k

13、(x1 m9 . 0 20002 60 R2 x h 2 2 1 1 m18.42605. 06018.423 m28.4259 . 018.426 m160)9404k()1005k(x 2 m4 . 6 R2 x h 2 2 2 m18.43105. 016018.423 m78.4244 . 618.431 一、竖曲线一、竖曲线 （2）计算设计高程（另解） 竖曲线起点 竖曲线起点高程 桩号k5+100.00 终点桩号 终点高程 k5+100.00切线高程 k5+100.00设计高程 940k490030.00k5 m18.42305. 09068.427 )1005k(x终点 00.12

14、05k90)00.0305k( m20 x m1 . 0 20002 400 R2 x h 2 m08.42490%468.427 m88.42420%408.424 m78.424h88.424 2.竖曲线的最小半径与最小长度竖曲线的最小半径与最小长度 )/( 2 2 sm R v a 缓和冲击 汽车在竖曲线上行驶时，其离心加速度为 竖曲线最小半径考虑了三方面的要求 缓和冲击 时间行程不过短 满足视距的要求 )( 13 2 m a V R 将v(m/s)化成V(km/h)并整理，得 根据实验，a 限制在0.5m/s20.7m/s2比较合适。但考虑到不因冲击而造成的不 舒适感，以及视觉平顺等的

15、要求，我国标准规定的凹形竖曲线最小半径值相当 于a=0.278m/s2。 2.竖曲线的最小半径竖曲线的最小半径与最小长度与最小长度 竖曲线最小半径考虑了三方面的要求 缓和冲击 时间行程不过短 满足视距的要求 2 . 16 . 3 min V t V L L R min 时间行程不过短 汽车从直线坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，如其长过短，汽车 倏然而过旅客会感到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线上的行程时间不过短。 最短应满足3s行程，即 2.竖曲线的最小半径竖曲线的最小半径与最小长度与最小长度 竖曲线最小半径考虑了三方面的要求 缓和冲击 时间行程不过短 满足视距的要求 满足视距的要求

16、汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会阻挡司机的视线。为了行车安全 对凸形竖曲线的最小半径或最小长度应加以限制。 竖曲线最小半径考虑了三方面的要求 二、道路平、纵线形组合二、道路平、纵线形组合 1. 平、纵组合的原则平、纵组合的原则 .应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的 连续性。任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断事物的线形， 必须尽力避免。在视觉上能否自然地诱导视线，是衡量平 纵组合的最基本问题。 注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。它不仅 影响线形的平顺性，而且与工程费用相关。对纵面线形反 复起伏，在平面上却采用高标准的线形事无意义的。反之 亦然。 选择组合得当的合成坡度，

17、以利于路面排水和行车安 全。 注意与道路周围环境的配合。它是可以减轻驾驶员的 疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。 2. 平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线的组合 平曲线与竖曲线应互相重 合，且平曲线应稍长于竖曲线 当竖曲线与平曲线组合时，竖 曲线宜包含在平曲线之内，且 平曲线应稍长于竖曲线。这种 布置通常称为平曲线与竖曲线 的对应，其优点是，当车辆驶 入凸形竖曲线的顶点之前，即 能清楚地看到平曲线的始端， 辩明弯道的走向，不致因判断 错误而发生事故。右图是平曲 线与竖曲线相互对应。 下图是按此要求设计的线形，既顺适又美观 平曲线与竖曲线大小应保持均衡平曲线与竖曲线大小应保持均衡 平曲线与

18、竖曲线的大小如果不平衡，会给人不愉快的感觉，失去了视觉 上的均衡性。根据经验，平曲线半径如果不大于1000m，竖曲线的半径大约为 平曲线的1020倍，便可达到平衡。 下图为平曲线与竖曲线的组合对比。其中图a）布置得当，而b）欠妥。 .凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，应避 免插入小半径平曲线”。 因为在凸形竖曲线的顶部如果有小半径的平曲线，不 仅不能引导视线而且要急转方向盘，行车是危险的， 见图。凸形竖曲线顶部前面的平曲线部分以虚线表示 ，这一部分驾驶人员是看不到的，易发生危险。凹形 竖曲线的底部如果有小半径的平曲线就会引起汽车在 加速时急转弯，行车是危险的 在长的平曲线内如 必须设置几个起

19、伏的纵 坡时，需用透视图法检 验。实际上是要避免出 现多个凹凸竖曲线。这 种线形多在平曲线半径 很大并接近直线时出现 ，其缺点是将整个线形 切断，只能看到眼前与 远处，而看不见中间凹 下的部分，导致驾驶人 员产生踌躇和不安全感 ，见下图。 为了便于实际应用，把平曲线与竖曲线的组合形象地表示为图所示（平包 竖）。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点 都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。如平、竖曲线 半径都很大，则平、竖位置可不受上述限制；若做不到平竖曲线较好的组合 ，宁可把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。 平面的长直线与纵面得直坡

20、线 配合，对双车道道路超车方便， 在平坦地区易与地形相适应，但 行车单调乏味易疲劳。直线上一 次变坡是很好的平纵结和，从美 学观点将以包括一个凸形竖曲线 为好，而包括一个凹形线次之； 直线中短距离内二次以上变坡会 形成反复凹凸的“驼峰”和“凹 陷”，看上去线形既不美观也不 连贯，使驾驶员的视线中断。因 此，只要路线有起有伏，就不要 采用长直线，最好使平面路线随 纵坡的变化略加转折，并把平、 竖曲线合理的组合。但要避免驾 驶员一眼能看到路线方向转折两 次以上或纵坡起伏三次以上。 3.直线与纵断面的组合 4.平、纵线形组合与景观的协调配合 应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求。尤其

21、在 规划和选线阶段，比如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区 等景点和其他特殊地区，一般以绕避为主。 尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。比如沿线周围的地貌、地 形、天然树林、池塘湖泊等。纵面尽量减少填挖；横面设计要使边坡造型和绿 化与现有景观相适应，弥补必要填挖对自然景观的破坏。 应能提供视野的多项性，力求与周围的风景自然地融为一体。 不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。 条件允许时，以适当放缓边坡或将其变坡点修整圆滑，以使边坡接近 于自然地面形状，增进路容美观。 应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导 视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措

22、施进行专门设计 三、纵断面图三、纵断面图 1、设计要点、设计要点 1）纵坡极限值的运用）纵坡极限值的运用 在受限制较严，如越岭线为争取高度、缩短路线长度或避开艰巨工程等， 才有条件的采用。一般将，纵坡缓些为好，但为了路面和边沟排水，最 小纵坡不应低于0.3%0.5%。 2）最短坡长）最短坡长 坡长是指纵断面两变坡点之间的水平距离。坡长不宜过短 ，以不小于 计算行车速度9秒的行程为宜。 3）竖曲线半径的选用）竖曲线半径的选用 竖曲线应选用较大半径为好。当受限制时可采用一般最小值，特殊困难 方可用极限最小值。坡差小时应尽量采用较大的竖曲线半径。当有条件 时，宜按下表的规定进行设计。 4）相邻竖曲线

23、的衔接）相邻竖曲线的衔接 相邻两个向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，如直坡段 不长应合并为单曲线或复曲线，避免出现断背曲线，这样要求对行车是 有利的，相邻反向竖曲线之间，为使增重与减重间和缓过渡，中间最好 插入一段直坡线。若两竖曲线半径接近极限值时，这段直坡段至少应为 计算行车速度的3s行程。当半径比较大时，亦可直接连接， 三、纵断面设计步骤与要求认知三、纵断面设计步骤与要求认知 希望达到的半希望达到的半 径径 极限与一般值极限与一般值 2纵断面设计步骤 纵坡设计前，在路线位置拟定后，应先根据中桩的桩号和 地面标高绘出纵断面图的地面线及平面线一栏，然后按选 线意图决定控制点以及高程

24、，考虑工程经济及周围地形景 观的协调，综合考虑平、纵、横三个方面试定坡度线，再 对照横断面检查核对，确定纵坡值，定出竖曲线半径，计 算设计标高，完成纵断面图。 1）绘出原有地面线（或待改建道路的纵坡线） 2）标出沿线各控制点标高 3）试定坡度（拉坡） 4）确定纵坡设计线 5）设计竖曲线 6）计算设计标高和填挖高度 7）绘制纵断面图 1）绘出原有地面线（或待改建道路的纵坡线） 首先根据道路中线水准测量资料，按照一定比例尺 （一般水平方向用1 5001 1000，垂直方向用 1 201 100，根据实际情况定）在坐标计算纸 上点出各点里程桩的标高，各点标高的连线即为原 地面线。为使纵断面设计线定得

25、更合理，在图的下 方应绘出沿线土壤地质剖面图和简明的路线平面线 形，并标出交叉口范围、平曲线位置及要素。 2）标出沿线各控制点标高 在进行纵坡设计时，应先将全线各控制点的标高在图上用 铅笔标出。控制点标高在城市道路上通常指路线起终点标 高、相交道路中线交叉点的标高、相交铁路的轨顶标高、 桥梁顶部标高、立交桥桥面、重要建筑物前的地坪标高、 以及依据横断面选定的填挖平衡经济点标高等。 为满足两边街坊的排水和建筑物出入口标高的要素，在设 计纵坡、确定设计标高时，必须考虑建筑物前的地坪标高， 使设计标高基本满足以下两点要求： 建筑物前的地坪标高应比道路中心线设计标高高0.3 0.5m。 控制建筑物前的

26、地坪坡度（包括人行道在内）。 3）试定坡度（拉坡） 在标定全线的各控制点标高后，即可根据全线意图，综合考 虑行车要求，与平面线形的组合，有关技术标准规定（如最 大纵坡、最小纵坡），以及纵、横向土石方大致平衡的要求， 初试设计坡，即为“拉坡”。 试定设计线时，不一定从起点开始向前试坡，也可从中间开 始先画出能连接几个控制点标高的设计线，依次画出的设计 线，即能得出若干个设计线的变坡点。如按前后控制点标高 定出的设计线不符合要求，则应调整有关控制点标高，再试 定纵坡，以求得纵坡的平顺和合理；同时在试坡时要前后照 顾，得出变坡点，变坡点应定在整桩号处，确有困难时也应 定在整10m桩号处。 调整纵坡的

27、方法，可以抬高或降低设计标高，延长或缩短坡 长或减小纵坡等。调整时以尽量不动控制点标高，少用最大 纵坡和尽可能保证填挖平衡为原则，保证全线符合行车安全、 平顺、舒适和经济等要求。 4）确定纵坡设计线 经多次试坡，反复调整纵坡，基本能满足设计要求 后，还要进行全面检查，检查内容主要为最大纵坡、 坡长、桥头线形、控制点标高、某些断面的纵、横 向平衡以及纵断面和平面线形的协调与配合等，如 发现不合理，则还需要调整，最后定出一条认为技 术上、经济上较合理的纵坡设计线。 5）设计竖曲线 纵坡设计线确定后，即可根据道路的等级和纵坡转折角的 大小，考虑选定竖曲线半径，并进行各项要素计算。在选 定竖曲线半径时

28、，应综合考虑行车要求和地形状况，在不 过分增加土石方工程量的情况下，宜尽量选用较大的竖曲 线半径，尤其是凹形竖曲线（可能会因离心力过大而引起 超载），应避免选用极限最小半径。 应当指出，当夜间汽车在小半径竖曲线上行驶时，视距往 往不能保证。汽车在小半径的凸形竖曲线上行驶，汽车前 灯灯光高出路面，很难照到高度较低的路面障碍物；而在 小半径的凹形竖曲线上，前灯照距甚短，影响司机视距。 所以，对于道路照明不良、夜间仍有一定交通量的城市干 道，宜选用较大的竖曲线半径。 6）计算设计标高和填挖高度 当路线控制点标高和设计线确定后，即可计算全线各里程 桩的设计标高，计算方法如下： 升坡 H某里程桩的设计标

29、高 降坡 H0控制点的已知标高 l计算桩号与控制点之间的水平距离 i路线的纵坡度 设计标高确定后，根据原地面标高。即可求出各里程桩的填挖高度（又 称施工高度），并标在纵断面图上。 填方高度设计标高原地面标高 （m） 挖方深度原地面标高设计标高 （m） ilHH 0 ilHH 0 7）绘制纵断面图 纵断面设计图是道路设计的重要技术文件之一，也是纵断 面设计的最后成果。为了能够清楚地反映沿着道路中线地 面的起伏情况，在城市道路纵断面设计图中横坐标的比例 一般采用1：5001：1000，纵坐标比例采用1：201： 100。（根据实际情况定） 纵断面图由上、下两部分组成。上部分主要用来绘制地面 线和纵坡设计线，同时也用以标注竖曲线及其要位置、桩 号；沿线桥涵及人工构造物位置、结构类型、孔数和孔径； 与道路、铁路交叉的桩号及路名；沿线跨越的河流名称、 桩号、常水位和最高洪水位；水准点位置、编号和标高； 断链桩以及短链关系等。 下部主要用来填写有关内容，需填写的内容有：直线和平 曲线； 里程桩号；地面标高；设计标高；填挖高度；土壤 地质说明；设计排水沟沟底线及其坡度、距离、标高、流 水方向等。 四、锯齿形街沟设计四