第四章道路勘测设计纵断面设计4-1、4-2、4-3

1、第四章道路勘测设计纵断面设计4-1、4-2、4-3第一页，共43页。定义：沿着道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。纵断面设计：在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。依据：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。第一节 概 述第二页，共43页。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设计线：路线上各点路基设计高程的连续。路线纵断面图构成：第三页，共43页。地面高程：中线上地面点高程。设计高程：一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。 设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。路基高度：横断面上

2、设计高程与地面高程之高差。路 堤：设计高程大于地面高程。路 堑：设计高程小于地面高程。纵断面设计内容：坡度及坡长 竖曲线 第四页，共43页。路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，规范规定如下: 1新建公路的路基设计标高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、加宽前该处边缘标高。2改建公路的路基设计标高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。对于城市道路，设计标高指建成后的行车道中线路面标高或中央分隔带中线标高。第五页，共43页。第二节 纵坡设计一、纵坡设计的一般要求 1纵坡设计必须满足标准的各

3、项规定。 2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，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。越岭线哑口附近的纵坡应尽量缓一些。 3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，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅 第六页，共43页。 4一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，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。即纵向填挖平衡设计。 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

4、，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。即包线设计。 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。交叉处前后的纵坡应平缓一些， 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。第七页，共43页。二、最大纵坡最大纵坡：是指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。制定依据：车辆的类型：汽车的动力特性，汽车在规定速度下的爬坡能力。设计速度：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。自然条件：海拔高程、气候（积雪寒冷等）。 纵坡度大小的优劣： 坡度大：行车困难：上坡速度低，下坡较危险。 山区公路可缩短里程，降低造价。第八页，共43页。特殊情况：1. 设计速度为1

5、20kmh、l00kmh、80kmh的高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。2. 公路改建中，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。各级公路最大纵坡的规定：设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%）3456789第九页，共43页。城市道路最大纵坡的规定（表4-7）第十页，共43页。1高原为什么纵坡要折减？在高海拔地区，困空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。2.规范规定：位于海

6、拔3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按表的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。三、高原纵坡折减海拔高度(m)30004000400050005000折减值(%)123第十一页，共43页。最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。最小纵坡值：0.3%，一般情况下0.5%为宜。适用条件：横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、路肩设截水墙等。当必须设计平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。四、最小纵坡第十二

7、页，共43页。内容：最短坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段 1最短坡长限制标准规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。 城市道路最小坡长按表选用。 五、坡长限制第十三页，共43页。标准规定各级公路最大坡长限制。 2最大坡长限制第十四页，共43页。 城市道路最大坡长按表选用。 2最大坡长限制第十五页，共43页。六、缓和坡段标准规定，连续上坡(或下坡)时，应在不大于表（最大坡长）所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3，其长度应符合纵坡长度的规定。缓和坡段： 纵坡值：不应大于3% 长 度： 不小于最小坡长要求 线 形： 宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线；注：曲线半径较

8、小时，缓和坡段长度应增加。 回头曲线段不能作为缓和坡段。第十六页，共43页。七、平均纵坡平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差H与路线长度L之比（连续升坡或降坡路段）。标准规定：越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于5.5；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5。任意连续3km路段平均纵坡不应大于5.5。城市道路的平均纵坡按上述规定减少1.0%。对于海拔3000m以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少0.5%1.0%。第十七页，共43页。1.定义：合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其方向即流水线方向。合成坡度的计算公式为

9、：八、合成坡度式中：I合成坡度（%）； ih超高横坡度或路拱横坡度（%）； iz路线设计纵坡坡度（%）。第十八页，共43页。 （1）最大允许合成坡度值： 2合成坡度指标 （2）最小合成坡度：最小合成坡度不宜小于0.5%。当合成坡度小于0.5%时，应采取综合排水措施，以保证路面排水畅通。第十九页，共43页。当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情况下，以采用较小的合成坡度为宜。特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%。 在冬季路面有积雪结冰的地区； 自然横坡较陡峻的傍山路段； 非汽车交通比率高的路段。例如：某二级公路，有一平曲线半径为250m，超高横坡为8%，该路段纵坡度为4.8%，则合成坡度为

10、3. 合成坡度指标的控制作用 ： 控制陡坡与急弯的重合； 平坡与设超高平曲线的配合问题。 第二十页，共43页。第三节 竖曲线 1定义： 纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，称为竖曲线。变坡点：相邻两条坡度线的交点。变坡角：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用表示，即 =2-1tg2- tg1=i2-i112i1i2i3凹型竖曲线 0凸型竖曲线 s时的结果作为控制方程。L s 时：式中： 凹曲线的坡度角第二十六页，共43页。规范规定的竖曲线最小半径和长度：第二十七页，共43页。二、凸曲线的极小半径1离心力，同凹曲线：2视距要求：综合分析可以得到： 第二个式子的结果

11、要比第一个式子的值大，所以Ls时的结果作为控制方程。L s 时：式中： 凸曲线的坡度角第二十八页，共43页。规范规定的竖曲线最小半径和长度：第二十九页，共43页。三、竖曲线的一般最小半径通常选取：极限最小半径的1.5 - 2.0倍。四、竖曲线的最小长度同平曲线一样，太短的竖曲线容易使司机产生急促的变坡感觉。规范规定：按汽车3s的行程来控制竖曲线的最小长度。第三十页，共43页。五 竖曲线诸要素计算公式（1）竖曲线长度L或竖曲线半径R： （2）竖曲线切线长T： 因为T = T1 = T2，则 LT1T2RT2E第三十一页，共43页。 上半支曲线x = T1时：故 T1 = T2 = T 由于外距是

12、边坡点处的竖距，则E1 = E2 = E，下半支曲线x = T2时：（3）竖曲线外距E：第三十二页，共43页。（4）竖曲线上任一点竖距h： 式中：x竖曲线上任意点与竖曲线始点或终点的水平距离 y竖曲线上任意点到切线的纵距，即竖曲线上任意点与坡线的高差。第三十三页，共43页。六 桩设计高程计算 变坡点桩号BPD变坡点设计高程H竖曲线半径R1纵断面设计成果：HR第三十四页，共43页。2竖曲线要素的计算公式： 变坡角: = i2- i1 曲线长：L=R 切线长：T=L/2= R/2 外 距： x 竖曲线起点桩号: QD=BPD - T 竖曲线终点桩号: ZD=BPD + Tyx纵 距：第三十五页，共

13、43页。3. 逐桩设计高程计算 切线高程：HTHSyHnBPDnBPDn-1Hn-1inin-1in+1Lcz1Lcz-BPDn-1Lcz2HT第三十六页，共43页。 直坡段上，y=0。 x竖曲线上任一点离开起（终）点距离； 其中： y竖曲线上任一点竖距；设计高程： HS = HT y （凸竖曲线取“-”，凹竖曲线取“+”） 以变坡点为分界计算： 上半支曲线 x = Lcz - QD 下半支曲线 x = ZD - Lcz以竖曲线终点为分界计算： 全部曲线 x = Lcz - QD切线高程：第三十七页，共43页。例：某山岭区一般二级公路，变坡点桩号为k5+030.00，高程H1=427.68m，

14、i1=+5%，i2=-4%，竖曲线半径R=2000m。试计算竖曲线诸要素以及桩号为k5+000.00和k5+100.00处的设计高程。解：1计算竖曲线要素 =i2- i1= - 0.04-0.05= - 0.090，为凸形。曲线长 L = R=20000.09=180m 切线长 外 距 竖曲线起点QD（K5+030.00）- 90 = K4+940.00 竖曲线终点ZD（K5+030.00）+ 90 = K5+120.00第三十八页，共43页。2计算设计高程 K5+000.00：位于上半支横距 x1= Lcz QD = 5000.00 4940.0060m竖距 切线高程 HT = H1 + i

15、1（ Lcz - BPD） = 427.68 + 0.05(5000.00 - 5030.00) = 426.18m 设计高程 HS = HT - y1 = 426.18 - 0.90=425.18m （凸竖曲线应减去改正值） 第三十九页，共43页。K5+100.00：位于下半支按竖曲线终点分界计算： 横距x2= Lcz QD = 5100.00 4940.00160m 竖距 切线高程 HT = H1 + i1（ Lcz - BPD） = 427.68 + 0.05(5100.00 - 5030.00) = 431.18m 设计高程 HS = HT y2 = 431.18 6.40 = 424.78m 第四十页，共43页。K5+100.00：位于下半支按变坡点分界计算： 横距 x2= ZD Lcz = 5120.00 5100.00 20m 竖距 切线高程 HT = H1 + i2（ Lcz - BPD） = 427.68