道路勘测设计(第三版) 第3章 纵断面设计

1、n 本章主要内容：本章主要内容：n纵断面的概念及组成要素纵断面的概念及组成要素n最大纵坡和最小纵坡最大纵坡和最小纵坡n坡长限制和缓和坡段坡长限制和缓和坡段n平均纵坡和合成坡度平均纵坡和合成坡度n竖曲线要素与竖曲线最小半径竖曲线要素与竖曲线最小半径n视觉分析与平、纵配合视觉分析与平、纵配合n纵断面设计方法、步骤及成果纵断面设计方法、步骤及成果n 第一节第一节 概概 述述n定义：定义：沿道路中线竖向剖面的沿道路中线竖向剖面的展开图展开图即为路线纵断面。即为路线纵断面。n纵断面设计纵断面设计：研究路线线位研究路线线位高度高度及及坡度坡度、坡长坡长变化情况变化情况的过程。的过程。n任务：任务：研究纵断

2、面线形的研究纵断面线形的几何构成几何构成及其及其大小大小与与长度长度。n依据：依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等。件以及工程经济性等。n地面线：地面线：根据中桩点的根据中桩点的高程高程绘的一条折线；绘的一条折线；n设计线：设计线：路线上各点路基路线上各点路基设计高程设计高程的连线。的连线。n变坡导线变坡导线：变坡点变坡点间的连线间的连线地面线：地面线：根据中桩点的根据中桩点的高程高程绘的一条折线；绘的一条折线；设计线：设计线：路线上各点路基路线上各点路基设计高程设计高程的连线。的连线。变坡导线变坡导线：变坡点变坡点间的连

3、线间的连线n地面高程：地面高程：中线上地面点高程。中线上地面点高程。n设计高程：两种规定设计高程：两种规定n公路：公路：n城市道路：城市道路：路基设计标高n一般公路，路基一般公路，路基未设未设加宽超高加宽超高前前的的路肩边缘路肩边缘的的高程高程。设计标高n设分隔带公路，一般为设分隔带公路，一般为分隔带外边缘分隔带外边缘。设计标高城市道路：城市道路：行车道中线行车道中线 中央分隔带中线中央分隔带中线路堤路堤路堑路堑n一、汽车的驱动力n汽车的动力来源：汽车的动力来源：n汽车行驶的驱动力来自它的汽车行驶的驱动力来自它的内燃发动机内燃发动机。n汽油燃烧热能机械能汽油燃烧热能机械能P曲轴扭矩曲轴扭矩M驱

4、动轮驱动轮Mk驱动车轮驱动车轮 n1发动机功率发动机功率N曲轴扭矩曲轴扭矩M 及发动机转速及发动机转速n的关系的关系)m(n9549NNM)k 95491000260WnMrnrMN（TrMN有效功率n发动机转速特性曲线：发动机转速特性曲线：2驱动轮扭矩驱动轮扭矩Mkniinnk0k6020.377(/)1000nnrVrkmhn 车速车速V V与发动机转速关系：与发动机转速关系：变速的目的：增加扭矩3汽车的驱动力汽车的驱动力 )N(VN3600MVn377. 0rMrMTTTTk大驱动力与高速不可兼得)kW(9549nMN二、汽车的行驶阻力二、汽车的行驶阻力 2wvKA21Rn式中：式中：K

5、空气阻力系数，它与汽车的流线型有关；空气阻力系数，它与汽车的流线型有关； n 空气密度，一般空气密度，一般=1.2258（Ns2m4）；）；n A汽车迎风面积（或称正投影面积）（汽车迎风面积（或称正投影面积）（m2）；）；n v汽车与空气的相对速度（汽车与空气的相对速度（ms），可近似地取汽车的行驶速度。），可近似地取汽车的行驶速度。 (N) 15.21KAVR2wn 对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引车的气阻力为其牵引车的20%折算。折算。V=100km/h时，一半的功率用来克服空气阻力n 2道路阻力道路阻力n道路阻力：由弹性道

6、路阻力：由弹性轮胎变形和轮胎变形和道路的不同路面类型及道路的不同路面类型及纵坡纵坡度度而产生的阻力，主要包括而产生的阻力，主要包括滚动阻力滚动阻力和和坡度阻力坡度阻力。n（1）滚动阻力）滚动阻力n产生功率消耗原因：产生功率消耗原因：n轮胎变形时，材料内部摩擦；轮胎变形时，材料内部摩擦；n柔性路面变形，产生摩擦；柔性路面变形，产生摩擦；n路面不平整造成震动和撞击。路面不平整造成震动和撞击。n 滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为时，其时，其值可用下式计算。值可用下式计算。n RfGfcosn一般较小，认为一般较小，认为cos1，则，则n Rf=Gf

7、 （N）n式中：式中：Rf滚动阻力（滚动阻力（N）；）；n G车辆总重力（车辆总重力（N）；）；n f滚动阻力系数，滚动阻力系数，n 与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，如水泥沥青与路面类型、轮胎结构和行驶速度等有关，如水泥沥青路面路面f0.010.02，土路，土路f0.070.15。n（2）坡度阻力）坡度阻力n滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的汽车的总重力总重力成正比，将它们统称为成正比，将它们统称为道路阻力道路阻力，以，以RR表示表示式中：式中：f+i统称道路阻力系数。统称道路阻力系数。n3惯性阻力惯性阻力n平移质量的惯性力平移质量

8、的惯性力 n旋转质量的惯性力矩旋转质量的惯性力矩 agGmaR1 IdtdIR2I惯性阻力计算：惯性阻力计算：)N(agGRIn式中：惯性力系数（或旋转质量换算系数）。n l12ik2 n式中：1表示汽车车轮惯性力的影响系数，1=0.030.05；n 2表示发动机飞轮惯性力的影响系数，n 小客车2=0.050.07，载重汽车2=0.040.05；n ik变速箱的速比。n汽车的总行驶阻力汽车的总行驶阻力R为：为： R=Rw十十RR十十RIn三、汽车的运动方程式与行驶条件三、汽车的运动方程式与行驶条件agG) if (G15.21KAVrMU2TU负荷率（节流阀部分开启），一般U8090汽车行驶的

9、充分条件：汽车行驶的充分条件：agifGRTDw)(agifD)(IRwRRRTGRTDwfDi)(Dgaif n 一、纵坡设计的一般要求一、纵坡设计的一般要求n 1必须必须满足满足标准标准的各项的各项规定规定。n n 2纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑。文、气候和排水等综合考虑。忽上忽下n3满足满足行驶要求行驶要求，纵坡应平顺，起伏不宜过大和频繁。，纵坡应平顺，起伏不宜过大和频繁。n 5 5平原微丘区：纵坡满足平原微丘区：纵坡满足最小纵坡最小纵坡要求，要求，n 满足最小填土高度要求满足最小填土高度要求。n 6 6对对连接

10、段连接段纵坡、交叉处前后的纵坡应平缓，纵坡、交叉处前后的纵坡应平缓，（如大、中桥引道及隧道两端接线等）（如大、中桥引道及隧道两端接线等）n 7 7充分考虑通道、农田水利等方面的要求。充分考虑通道、农田水利等方面的要求。二、理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡二、理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡n1. 理想的最大纵坡理想的最大纵坡i1：n 设计车型设计车型（载重车）（载重车）在油门全开情况下，持续以在油门全开情况下，持续以理想速度理想速度V1等速行驶等速行驶所能克服的坡度。所能克服的坡度。V1取值：取值：n低速路：低速路： V1=设计速度，设计速度，n高速路高速路: V1=载重车的最高速度。载重

11、车的最高速度。 n n i i1 1=D=D1 1-f-fn2.2.容许速度容许速度V V2 2：其值一般应不小于设计速度的其值一般应不小于设计速度的1/21/22/32/3。 n不限长最大纵坡不限长最大纵坡i i2 2： i i2 2=D=D2 2-f-f11Dif难以争取，V1降到V2高速取低，低速取高n各级公路最大纵坡的规定各级公路最大纵坡的规定设计速度设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%） 3 4 5 6 7 8 9综合考虑：交通组成、汽车性能、工程费用和营运经济四、高原纵坡折减四、高原纵坡折减高原纵坡折减值n最小纵坡：最小纵坡：n 各级公路在特殊情况下各级

12、公路在特殊情况下容许使用容许使用的最小坡度值。的最小坡度值。n最小纵坡值最小纵坡值：0.3%0.3%，一般情况下一般情况下0.5%0.5%为宜。为宜。n适用条件适用条件：排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的：排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线等。平曲线等。n 当必须设计平坡（当必须设计平坡（0%0%）或小于）或小于0.3%0.3%的纵坡时，边沟应作纵的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。向排水设计。n干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。五、最小纵坡五、最小纵坡n坡长：相邻坡长：相邻变坡点间变坡点间的长度的长度 n内容：最小坡长限制：任何路段内容

13、：最小坡长限制：任何路段n 最大坡长：陡坡路段最大坡长：陡坡路段n 1最短坡长限制最短坡长限制n标准标准规定，各级公路最短坡长不应小于规定，各级公路最短坡长不应小于915s行程行程。120*9/3.6300mn标准规定各级公路最大坡长限制。 最大坡长最大坡长：汽车在坡道上行驶，当车速降低到某一：汽车在坡道上行驶，当车速降低到某一最低允许最低允许速度速度时所行驶的距离时所行驶的距离 n 城市道路最大坡长按表城市道路最大坡长按表4.2.5选用。选用。 比公路苛刻n标准标准规定，规定，连续上坡连续上坡(或下坡或下坡)时，应在时，应在不大于不大于限制坡长限制坡长内内设置缓和坡段。设置缓和坡段。n 缓和

14、坡段：缓和坡段：给车恢复速度的过程给车恢复速度的过程n i i3，n l l符合最小坡长要求。符合最小坡长要求。n 线线 形：宜采用直线。困难路段可用曲线；形：宜采用直线。困难路段可用曲线；n注：宜设在注：宜设在直线直线段或段或大半径大半径曲线上曲线上n 曲线曲线半径较小半径较小时，缓和坡段时，缓和坡段长度长度应应增加增加。n 回头曲线回头曲线段不能作为缓和坡段。段不能作为缓和坡段。实际设计很难采用n平均纵坡平均纵坡：一定：一定长度的路段长度的路段所克服的所克服的高差高差H与路线长与路线长度度L之比（连续升坡或降坡路段）。之比（连续升坡或降坡路段）。LHi平标准标准规定：规定：二、三、四级公路：二、三、四级公路：越岭路线连续上坡越岭路线连续上坡(或下坡或下坡)路段：路段：相对相对H：200500m时，时，i平平5.5；相对相对H：500m时，时， i平平5。任意连续任意连续3km路段路段: i平平5.5。城市道路城市道路:减少减少1.0%。H3000m以上以上地区地区:减少减少0.5%1.0%。台阶式HL九 、 合 成 坡九 、 合 成 坡度度22zhiiIn式中：式中：I I合成坡度（合成坡度（% %）；）；n i ih h超高横坡度或路拱横坡度（超高横坡度或路拱横坡度（% %）；）；n i iz z路线设计纵坡坡度（路线设计纵坡坡度（% %）。）