第五章纵断面设计2013

1、第五章第五章 高速公路纵高速公路纵断面设计断面设计n 纵断面、地面高程、设计高程、填挖高度、纵断面几何线形n 沿道路中线竖向剖切然后展开的剖面称为道路的纵断面图，它反映了道路中线原地面的起伏情况以及路线设计的纵坡情况。路线纵断面图是一条有起伏的空间线。n 在纵断面图上有两条主要的线：n 条是地面线，它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线；n 一条是设计线，它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后设计人员定出一条具有规则形状的几何线。n 纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。直线（即均匀坡度线）有上坡和下坡，是用坡度和水平长度表示的。坡长为直线段的水平投影长。两直坡的变坡点处为平

2、顺行车及必要的视距设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，用半径大小和水平投影长度表示。公路路线最大纵坡是公路线形设计控制的一项重要指标，它直接影响公路路线的长短、使用质量、行车安全以及运输成本和工程造价。纵坡过陡，需克服升坡阻力和其它行车阻力而增大牵引力，车速会降低。下坡时为克服下滑加速度又需频繁刹车，制动器容易发热失灵引起车祸。纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计小客车的爬坡性能和行驶速度很少受纵坡过大的影响，而载重汽车则随坡度的加大，行驶速度则会显著下降，这样就会妨碍公路上其他高速车辆的正常运行，直接影响公路通行能力。高速公路上行驶的车型较多，车速和动力性能各不相同。因此，最大

3、纵坡的制定，必须考虑统一的车型和计算车速。我国的情况（P93）纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 纵坡设计的一般要求纵坡设计的一般要求n 1. 纵坡设计必须满足标准的各项规定。n 2. 为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。越岭线垭口附近的纵坡应尽量缓一些。n 3. 纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证路基的稳定和道路通畅。n 4. 一般情况下纵坡设计应考虑填挖平衡，

4、尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 5. 平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。n 6. 对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓，避免产生突变。n 7. 在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。一、纵坡度一、纵坡度路线纵坡度包括最大纵坡度和最小纵坡度之间的各路线纵坡度包括最大纵坡度和最小纵坡度之间的各种坡度种坡度最大纵坡度最大纵坡度:高速公路控制设计的一项重要指标,直接影响到路线的长度、使用品质、行车安全、运输成本和

5、工程造价.最大纵坡度确定方法最大纵坡度确定方法:最大纵坡依汽车的动力特性汽车的动力特性、自然条件自然条件及工程运营工程运营经济的分析经济的分析加以确定.高速公路最大纵坡确定方法高速公路最大纵坡确定方法:按照公路工程技术标准规定取用，见表5-2一、纵坡度一、纵坡度 注意事项：注意事项： 高速公路上车速快、密度大、安全性要求高，为此，设计时应高速公路上车速快、密度大、安全性要求高，为此，设计时应尽可能选用小于最大纵坡的数值。尽可能选用小于最大纵坡的数值。 当受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证后，最当受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证后，最大纵坡可增加大纵坡可增加1%。 小桥

6、涵处的纵坡应随路线纵坡设计，但大桥的纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不大于5%，引道紧接桥头部分的线形应与桥上线形相配合。 对隧道内纵坡，考虑到安全规定一律不应大于对隧道内纵坡，考虑到安全规定一律不应大于3。1) 并不小于0.3%，但短于100m的隧道其纵坡不受此限；紧接隧道洞口的路线纵坡应与隧道内纵坡相同。高速公路的中、短隧道，当条件受到限制时，经技术论证后，其最大纵坡可适当加大，但不宜大于4%一、纵坡度一、纵坡度 注意事项：注意事项：4）高原公路上，海拔对汽车的动力性能影响较大，最大纵坡应根据海拔高程进行折减，适当采用较缓的纵坡。5）越岭路线连续上下坡路段，相对高差200500m时，平均纵坡

7、不应大于5.5%，相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%；任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 最小纵坡最小纵坡n 一般来说，为使高速公路上汽车行驶快速和安全，纵坡设计小一些总是有利的。但在挖方路段、设置边沟的低填方路段和横向排水不畅路段，为保证排水的要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，一般在这些路段应采用不小于0.3%的纵坡（一般情况下以采用不小于0.5%的纵坡为宜）；n 当必须采用平坡或小于0.3的纵坡时，其边沟应作纵向排水设计；n 对于干旱地区，以及横向排水良好、不产生路面积水的路段，也可不受此最小纵坡的限制。纵断面设计纵断面设计纵

8、坡设计纵坡设计n 坡长限制坡长限制n 公路纵断面坡长是指相邻两变坡点间的水平直线距离，又称设计间距。坡长限制包括最小坡长限制和最大坡长限制两个方面的内容。n 1. 1. 最小坡长限制最小坡长限制n 在纵坡设计中，如果坡长过短，变坡点过多，使纵坡线形呈锯齿形状，车辆行驶颠簸，频繁变化在增重和失重当中，导致乘客感觉不舒适，对路容也不美观；纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 我国综合考虑计算行车速度和地形条件等情况，坡长最短以不小于设计速度行驶9s的行程为宜，即：n 高速公路的最小坡长规定设计速度/（km/h）12010080最小坡长/m300250200纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n

9、2. 2. 最大坡长限制最大坡长限制n 道路纵坡的大小和坡长对汽车的正常行驶影响很大，特别是长距离的陡坡对汽车的安全行驶非常不利。n 坡长控制在汽车车速下降到不低于最低限速时所能行驶的距离内。n 所以我国标准规定，各级公路不同纵坡时的最大坡长。纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 最大纵坡最大纵坡长度长度n 高速公路不同纵坡最大坡长高速公路不同纵坡最大坡长纵坡坡度/%设计速度/（km/h）12010080390010001100470080090056007006500 高速公路当连续陡坡由几个不同坡度值的坡段高速公路当连续陡坡由几个不同坡度值的坡段组合而成时，应对纵坡长度受限制的路段采用平

10、均组合而成时，应对纵坡长度受限制的路段采用平均坡度法进行验算。坡度法进行验算。纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 缓和坡段缓和坡段n 缓和坡段的作用主要是为了改善汽车在连续陡坡上行驶的紧张状况，避免汽车长时间低速行驶或汽车下坡产生不安全因素。因此，当陡坡的长度达到限制坡长时，应安排一段缓坡，用以恢复在陡坡上行驶所降低的速度。n 我国规定，连续上坡或下坡时，应在不大于规范规定的纵坡长度之间设置缓和坡段，缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合规范最小坡长的规定。纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 例如，高速公路的设计速度为100km/h，一段已经设计好的5%上坡段300m，拟在按4%设置

11、上坡段，其长度应为多少？n 第一坡段纵坡为5%，长度为300m，即占坡长限制值的1/2，第二坡段纵坡为4，则其坡长不应超过800（11/2）400m。也就是说5的纵坡设计了长度300m以后，还可接着设计坡度为4的400m坡长，然后应设置一段坡长不小于250m、纵坡小于3%的缓和坡段。设计速度/（km/h）12010080最小坡长/m300250200二、坡长限制二、坡长限制 高速公路坡长不受限制的最大纵坡高速公路坡长不受限制的最大纵坡纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 合成坡度合成坡度（？）（？）n 合成坡度是指在设有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡组合而成的斜向坡度。其方向为流水方向，

12、又称流水线坡度。合成坡度的计算公式为22横纵合iii纵断面设计纵断面设计纵坡设计纵坡设计n 汽车在有合成坡度的路段行驶时，如果合成坡度过大，由于离心力的作用，可能引起汽车向合成坡度方向的倾斜和侧向滑移，给汽车行驶带来危险。n 规范规定高速公路的最大容许合成坡度值如表所示。设计速度/（km/h）12010080合成坡度值/%10.010.010.5合成坡度临界线图合成坡度临界线图已知道路纵已知道路纵坡和超高横坡和超高横坡，可查坡，可查 表表5-6确定，确定，P96三、合成坡度三、合成坡度 注意事项：注意事项： 当陡坡处于小半径曲线段上时，在条件许可情况下，采用较小的合成坡度为宜； 在下述情况下必

13、须小于8: 冬季路面有积雪、结冰地区； 自然横坡较陡峻的傍山路段。3）合成坡度不宜过小，规范规定最小不宜小于0.5%，超高过度段尤其应注意；不得已小于0.5%时，应采用综合排水设施，保证路面排水。纵断面设计纵断面设计竖曲线设计竖曲线设计n 纵断面上两个坡段的转折处，纵断面上两个坡段的转折处，为减缓汽车行驶在为减缓汽车行驶在纵坡变坡处所产生的冲击，以及保证行车视距纵坡变坡处所产生的冲击，以及保证行车视距必须插入的纵向曲线，必须插入的纵向曲线，我们把这一曲线称为竖曲竖曲线线。竖曲线的线形有圆曲线、抛物线形的形式。通常在公路设计上使用抛物线比圆曲线方便得多，因此一般采用二次抛物线作为竖曲线。n 竖曲

14、线要素计算公式竖曲线要素计算公式n 纵断面上两纵坡线交点处称为变坡点。在变坡点设置的竖曲线有凹形竖曲线和凸形竖曲线两种。纵断面设计纵断面设计竖曲线设计竖曲线设计ixxky221推导得竖曲线要素推导得竖曲线要素 竖曲线上任一点竖距竖曲线上任一点竖距 Rxh22RL竖曲线外距：竖曲线外距： 488222TLRERTE或2.凸形竖曲线半径限值凸形竖曲线半径限值 当坚曲线长度当坚曲线长度L大于视距大于视距S时时 当按不产生不舒适感的冲击变当按不产生不舒适感的冲击变化为控制条件时化为控制条件时2.凸形竖曲线半径限值凸形竖曲线半径限值 我国规定值确定方法：考虑上述两项因素且我国规定值确定方法：考虑上述两项

15、因素且LS。3.凹形竖曲线半径限值凹形竖曲线半径限值 确定方法：确定方法： 在确定竖曲线的半径时，考虑缓冲要求，可按式5-8计算，同时应保证夜间灯光照射及跨线桥下的视距要求。 前灯照射要求前灯照射要求 图图57 当 时3.凹形竖曲线半径限值凹形竖曲线半径限值 跨线桥下的视距要求图跨线桥下的视距要求图5-8 当 时 当C4.5m，h11.5m时高速公路竖曲线半径高速公路竖曲线半径P84纵断面设计纵断面设计竖曲线设计竖曲线设计n 竖曲线极限最小半径只有在地形受到限制或其他特殊困难，不得已时才采用，当条件许可时，竖曲线半径应尽量大于竖曲线的一般最小值，它是通常情况下所采用的最小半径，其值均为极限最小

16、半径的1.52.0倍。对行车速度较高的公路，为了使公路的线形获得理想的视觉效果，还须从视觉观点确定最小半径值，在有条件的情况下，为获得连续而平顺的纵断面线形，可参照表来选取。纵断面设计纵断面设计竖曲线设计竖曲线设计设计车速/（km/h）竖曲线半径/m凸形凹形1202000012000100160001000080120008000视觉要求的最小竖曲线半径值视觉要求的最小竖曲线半径值4.竖曲线最小长度竖曲线最小长度 竖曲线最小长度按计算车速运行竖曲线最小长度按计算车速运行3s的距离计算：表的距离计算：表5-10 注意事项：注意事项： 实际应用应采用最小值的1.52倍或更大， 对于v120km/h

17、时，最小竖曲线长不小于400m。五、爬坡车道五、爬坡车道 爬坡车道是在陡坡路段于正线行车道一侧增设的爬坡车道是在陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载重汽车行驶的专用车道，载重汽车爬坡时须克服供载重汽车行驶的专用车道，载重汽车爬坡时须克服较大的坡度阻力，致使单位车重的马力数降低，车速较大的坡度阻力，致使单位车重的马力数降低，车速也随之下降，结果造成路上压车，直接影响车流的正也随之下降，结果造成路上压车，直接影响车流的正常运行，使小汽车行驶的自由度得不到保证，不仅增常运行，使小汽车行驶的自由度得不到保证，不仅增加了行车的不安全性，也使公路的通行能力降低。加了行车的不安全性，也使公路的通行能力降低。五

18、、爬坡车道五、爬坡车道 定义：定义： 在纵坡大于在纵坡大于4的陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载的陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载重汽车行驶的专用车道。重汽车行驶的专用车道。 设置条件：设置条件： 当上坡方向载重汽车的行驶速度降低到表511的容许最低速度以下时； 上坡路段的设计小时交通量超过设计通行能力时；1) 对六车道及六车道以上高速公路可不设爬坡车道。五、爬坡车道五、爬坡车道 爬坡车道的构造爬坡车道的构造 横断面构成图横断面构成图5-9 设置在路右侧，一般 宽3.5m 超高与加宽表超高与加宽表5-12五、爬坡车道五、爬坡车道 平面布置与长度平面布置与长度P85 L1LL2 其中： L14

19、5m L2根据表5-13确定五、爬坡车道五、爬坡车道 L确定方法确定方法P86 通过图解法，步骤如下： 绘制纵断面图； 绘制分段换算坡度图； 绘制速度曲线图； 确定爬坡车道范围与长度；1) 检验其它条件是否符合。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 高速公路线形标准高，车道多，路幅宽，在与其他道路相交时必须全部采用立体交叉，因而，在纵断面设计时，有其独特之处。在平原地区，跨越的河流、道路和其他通道很多，在纵断面布局上会产生很多矛盾。在山岭和重丘陵地区，由于地形切割，地面起伏大，如何安排宽幅的多个车道，如何设置隧道，在纵断面设计上也有不少困难。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 平

20、原地区高速公路填土高度平原地区高速公路填土高度n 高速公路路堤高度直接影响其造价和经济效益，由于地方经济快速增长，地方路网不断加密，平原地区高速公路设置大量的通道、立交桥，导致路基填土高度日趋增高。一般采用平均填土高度 34m以上，其实这种做法既不科学也不尽合理，无形中在抬高高速公路路基填土高度的同时，也提高了高速公路的建设费用，造成了对大自然生态环境的巨大破坏。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 1. 1. 高填路基与低填路基的分析比较高填路基与低填路基的分析比较n 高填路基高速公路与低填路基高速公路相比，存在以下几个方面的缺点和不足：n 土方量大；n 占地多；n 噪声波及远；n 破

21、坏景观和环境中的生态平衡；n 土基施工压实难度大，遇到软土基时易出现过大及不均匀沉降。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局国外在平原地区修国外在平原地区修筑高速公路时，大筑高速公路时，大多采用浅路堑或低多采用浅路堑或低路堤方案。采用如路堤方案。采用如图所示的图所示的浅路堑或浅路堑或低路堤方案的突出低路堤方案的突出优点是：优点是：纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n （1）可使土石方横向平衡，不需远距离取土或弃土；n （2）将挖出的土在两侧修筑成缓坡土堤，可将噪声阻隔在道路通道之中；n （3）方便上跨跨线桥的修筑；n （4）侧面缓坡土堤外侧修成1：10的缓坡，可归还农村种植庄稼；n （

22、5）土坡上也可种植绿化，美化环境。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 2. 2. 上跨与下穿的比较上跨与下穿的比较n 分离式立交究竟是采用上跨还是下穿，主要取决于高速公路的线位。目前国外高速公路在线位方案比选时，一般推荐低线位方案。n 跨线桥由于上部一般都不复杂，其基础不受冲刷影响，埋深较浅，因而施工方便、快捷。与下穿相比有一定的优越性，而且还可以为高速公路增加景观，消除行车的单调感。一、平原地区高速公路的填土高度一、平原地区高速公路的填土高度 中国采用高路堤原因：中国采用高路堤原因： 满足大量地方交通的要求，特别是农用拖拉机和非机动车； 沿海平原地区地下水位较高。 存在问题：存在问题

23、： 造价高，路基、土地征用和通道修筑达总造价50%，甚至路基造价大于路面造价，较反常。例：把一条100km的高速公路的路提高度降低1m，可以节省造价几个亿。一、平原地区高速公路的填土高度一、平原地区高速公路的填土高度 建议：建议：P88 多做宣传； 加速地方交通的现代化； 积极探索减少下穿式通道的方法； 过多的小河航道也可挖掘侧向人工渠道适当归并；1) 积极采用降低通道底标高的措施。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 山区高速公路纵断面设计的特点山区高速公路纵断面设计的特点n 在山区和丘陵地区修筑高速公路时，选定路线后，在纵断面布局中可能遇到以下两个问题两个问题：n 一是由于高速公路占

24、用路幅较宽；为节省土石方，不得不采用分离式路堤方案；n 二是由于高速公路的技术标准高，在越岭区段及沿溪切山嘴区段隧道较多。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 山区高速公路纵断面设计的山区高速公路纵断面设计的注意事项注意事项n 对于采用分离式路基的区段，上行线和下行线应分别绘制纵断面地面线进行拉坡。n 在路基尚未分岔地段图a，按常规以道路中央分隔带中线的地面标高当做地面标高，以中央分隔带外侧边缘（左侧路缘带的左边缘）的标高作为设计标高。纵断面设计纵断面设计纵断面布局纵断面布局n 在分设上下行路基后图b），则分别采用车道中心处的地面标高以及采用车道中心处路面标高作为设计标高。纵断面设计纵断

25、面设计纵断面布局纵断面布局n 对于设置隧道的路段一般应设计为上下行两座独立隧道，也就是应分上下行道绘制纵断面图，分别进行拉坡。注意隧道内的纵坡不应大于3%，并不小于0.3%，但短于100m的隧道其纵坡不受此限。长隧道内的纵坡宜更缓些，纵坡最大宜为2%（特殊的为3%）。隧道内的纵坡宜设置成单向坡或人字坡；对地下水发育的隧道及特长、长隧道宜采用双向出水的人字坡。隧道内纵坡变化处均应设置竖曲线。三、纵断面设计的一般原则三、纵断面设计的一般原则 总要求：总要求： 在纵断面设计中，主要是选定纵坡度纵坡度确定纵坡线纵坡线以及设置坚曲线坚曲线两项。目的要求是将纵面线形诸要素组合成汽车行驶平顺舒适、视觉连续、路表圆滑的线形。 一般原则一般原则 在选取纵坡时，除考虑地形条件控制外，在给定设计车速范围内，应尽量选取缓坡。对陡坡的选用，不仅能满足规范要求，应从多方面综合考虑。 纵断面线形设计要求在整条路线上紧密配合平曲线，使路线能适应各种不同车辆的要求，力求采用缓和的纵坡度维持均衡的营运速度，尽量使载重汽车能经常保持较高的速度行驶。 设置竖曲线时，应特别注意行车时的视觉要求，保持视觉舒畅。三、纵断面设计的一般原则三、纵断面设计的一般原则 一般原则一般原则 使线形适应地形和环境，保证行车安全