《道路工程》讲义1102T4

道路纵断面设计

通过本次课的学习，掌握纵坡设计的一般原则和要求，熟悉纵坡设计方法、竖曲线设计、平纵组合，了解纵断面设计方法和成果。重点：

（1）纵坡设计的一般原则

（2）平纵组合的原则难点：纵坡设计的一般原则目的要求重点与难点道路纵断面设计

3一、概述

二、纵坡设计

三、竖曲线

四、道路平纵线形组合设计

五、道路纵断面设计主要内容4

基本概念

1）纵断面-----用一曲面沿道路中线竖直剖切，展开成平面。2）路线纵断面图-----反映路线在纵断面上的形状、位置及尺寸的图形叫路线纵断面图

3）地面线：根据各中桩地面高程而点绘成的一条不规则的折线。它反映了原地面的起伏情况；

4）设计线：它是根据设计计算后确定出来的一条形状规则的几何线形。它反映了道路的起伏和高程，由直线和竖曲线构成。一、概述5一、概述地面线设计线6

5）纵坡（坡度）道路中线两点间的高差与水平距离的比值称为纵坡或坡度。从路线起点至终点的方向看，路线升高为上坡，降低为下坡。规定：纵坡上坡为“+”，下坡为“-”。例如：5.3%为上坡，-2.8%为下坡。iHLα一、概述7纵坡度表示方法：纵坡度的表示方式不用角度，而用百分数（％）道路上３％的纵坡对汽车行驶不造成困难。路线前进水平距离520米，克服高差13米，则纵坡为？%2.5%二、纵坡设计

8（1）公路纵坡设计一般要求1）符合《标准》的有关规定（主要是纵坡和竖曲线的规定）。2）保持行驶的安全性，纵坡具有一定的平顺性，起伏不宜过大和频繁。尽量避免采用极限坡值。山区道路的垭口处的纵坡应尽量放缓一些。连续升坡或降坡，应尽量避免设置反坡。3）纵坡设计应对沿线的自然条件，如地形、土壤性质、水文、气候、等做综合考虑、具体情况具体处理，最大限度地保证路基的稳定和道路交通的畅通。二、纵坡设计

94）纵面线形应与地形相适应，设计成视觉连续、平顺而圆滑的线形，并重视平纵面线形的组合。5）填挖平衡是纵坡设计的重要控制因素，尽量就近以填作挖以减少借方，节省土石方数量和其它工程量，降低工程造价。

6）纵坡设计应结合道路沿线的实际情况和具体条件进行设计，并适当照顾农业机械、农田水利等方面的要求。7）尽量减少对生态环境的影响。二、纵坡设计10（2）城市道路纵坡设计一般要求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。二、纵坡设计11纵坡设计的基基本规定（1）最大纵坡（（maximumlongitudinalgradient）1）概念－－道道路纵坡设计计的极限值，，重要指标。。其大小将直直接影响路线线的长短、使使用质量、行行车安全以及及运营成本和和工程的经济济性。2）制定依据：：汽车的动力特特性；道路等级；自然条件（地地形、气候））；车辆行驶安全全；工程、运营经经济等因素。。12各级公路最大大纵坡（JTG-D20-2006）设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡3456789设计速度为120km/h，100km/h，80km/h的高速公路，，受地形条件件或其他特殊殊情况限制时时，经技术经经济论证，最最大纵坡可增增加1%。设计速度为40km/h，30km/h，20km/h的公路，改建建工程利用原原有公路的路路段，经技术术经济论证，，最大纵坡可可增加1%四级公路位于于海拔2000m以上或积雪冰冰冻路段，最最大纵坡不应应大于8%纵坡设计的基基本规定13（2）最小纵坡（（minimumlongitudinalgradient）长路堑地段以以及其它横向向排水不畅的的路段，为了了保证排水，，均应设置不不小于0.3％的纵坡。（否则，采取措措施。边沟应应作纵向排水水设计，设置置锯齿形街沟沟（城市道路路）或采取其其它排水措施施来处理）纵坡设计的基基本规定14平均纵坡（averagegradient）：一定长度的路路段连续上坡坡或下坡路段段纵向所克服服的高差与路路线长度之比比，(考虑的主要是是连续下坡的的汽车可控制制能力)平均坡度是在在山区设计道道路需要控制制坡度，一般般在越岭路段段需要计算，，二、三、四四级公路越岭岭线的平均纵纵坡的相关规规定①相对高差差200～500m不应大于5.5％②相对高差差>500m不应大于5％注意：任何相连3km路段的平均纵纵不应大于5.5％。纵坡设计的基基本规定15（1）合成坡度－－－－道路在平曲线线路段，若纵纵向有纵坡且且横向又有超超高时，则最最大坡度在纵纵坡和超高横横坡所合成的的方向上，这这时的最大坡坡度称为合成坡度。（2）对合成坡度度的限制为了保证路面面排水，合成成坡度的最小小值不宜小于于0.5％。纵坡设计的基基本规定16公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路设计速度（km/h）1201008010080608060403020合成坡度值（%）10.010.010.510.010.010.59.09.510.010.010.0公路最大合成成坡度注：为保证路面排排水，合成坡坡度的最小值不宜小小于0.5％。纵坡设计的基基本规定17（3）特殊路段的的纵坡当陡坡与小半半径圆曲线相相重叠时，宜宜采用较小的的合成坡度。。特别是下述述情况，其合合成坡度必须须小于8%。冬季路面有积积雪、结冰的的地区；自然横坡度较较陡峻的傍山山路段；非机动车交通通量较大的路路段。纵坡设计的基基本规定18桥上及桥头路路线的纵坡小桥与涵洞处处的纵坡应随随路线纵坡设设计。大桥的纵坡不不宜大于4%，桥头头引道道纵坡坡不宜宜大于于5%，引道道接桥桥头部部分的的线形形应与与桥上上线形形配合合位于市市镇附附近非非机动动车交交通量量大的的路段段，桥桥上及及桥头头引道道纵坡坡均不不应大大于3%。纵坡设设计的的基本本规定定19隧道及及其洞洞口两两端路路线的的纵坡坡隧道内内的纵纵坡应应大于于0.3%并小于于3%，但短短于100m的隧道道不受受此限限制。。注：前前者是是为排排水需需要所所设的的最小小坡度度，后后者是是避免汽汽车因因上陡陡坡而而产生生过量量的有有害气气体和和烟雾雾，并并为重重车下下坡时时能安安全制制动。。高速公公路、、一级级公路路的中中、短短隧道道，当当条件件受限限制时时，经经技术术经济济论证证后最最大纵纵坡可可适当当加大大，但但不宜宜大于于4%。隧道的的纵坡坡宜设设置成成单向坡坡（短短隧道道）；地下下水发发育的的隧道道及特特长、、长隧隧道宜宜采用用人字坡坡（排排水））。纵坡设设计的的基本本规定定20坡长：：指变坡坡点与与变坡坡点之之间的的水平平长度度。缓和坡坡段：当纵坡坡长度度达到到限制制坡长长时，，应在在纵坡坡之间间设置置的较较小纵纵坡路路段。。缓和和坡段段的纵纵坡不不大于于3%，其长长度不不小于于最小小坡长长规定定。H=3mL2L13%纵坡设设计的的基本本规定定21最大坡坡长限限制：：控制汽车车在坡道道上行驶驶，当车车速下降降到容许许速度时时所行驶驶的距离离。各级公路路纵坡长长度限制制（m）设计速度（km/h）1201008060403020纵坡坡度（%）3900100011001200

470080090010001100110012005

60070080090090011006

5006007007009007

5005007008

3003005009

20030010

200纵坡设计计的基本本规定22最小坡长长限制1）理由①过短，，则变坡坡点个数数增加，，行车时时颠簸频频繁，影影响行车车平顺性性；②过长，，则不能能满足设设置最短短竖曲线线这一几几何条件件的要求求。2）标准规规定:以计算行行车速度度行驶9～15s的行程作作为规定定值。纵坡设计计的基本本规定23最小坡长长限制设计速度（km/h）1201008060403020最小纵坡（m）一般值40035025020016013080最小值30025020015012010060设计速度（km/h）806050403020最小纵坡（m）2901701401108560城市道路路最小坡坡长各级公路路最小坡坡长纵坡设计计的基本本规定24（4）组合坡坡长当连续陡陡坡是由由几个不不同受限限坡度值值的坡段段组合而而成时，，应按不不同坡度度的坡长长限制折折算确定定。如三级公公路8%----300m6%----700m8%（120）+6%（？m）？=（1-120/300）*700=420纵坡设计计的基本本规定25三、竖曲曲线竖曲线（verticalcurve)：为保证证行车安安全、舒舒适以及及视距的的需要，，而在变变坡处设设置一段段缓和的的曲线。。设计上上一般采采用二次次抛物线线或圆曲曲线作为为竖曲线线。ω=i2-i1ω为“+”，凹形竖竖曲线；；ω为“-”，凸形形竖曲线线26竖曲线公公式推导导二次抛物物线一般般方程竖曲线上上任一点点P当x=0时又抛物线线任一点点曲率半半径竖曲线要要素示意意图当x=L时i1i2三、竖曲曲线27竖曲线要要素计算算竖曲线要要素示意意图故竖曲线线切线T:竖曲线任任一点竖竖距h:竖曲线设设计标高高:竖曲线外外距E:三、竖曲曲线28竖曲线最最小半径径离心力加加速度（（失重与与超重））不至于于过大满足视距距的要求求凸形竖曲曲线的最最小半径径凹形竖曲曲线的最最小半径径a限制在0.5～0.7m/s2,取a=0.278停车视距距ST:汽车行驶驶时，自自驾驶人人员看到到前方障障碍物起起，至到到达障碍碍物前停停止所需需要的最最短距离离三、竖曲曲线29凸形竖曲曲线的最最小半径径：应以满足足停车视视距的要要求，如如果半径径太小，，会阻挡挡驾驶员员视线。。STLh1h2视线视线L<STL≥ST比较两种种情况，，显然后后式大于于前式，，将作为为Lmin=ST2ω/4,Rmin=ST2/4三、竖曲曲线30凸形竖曲曲线最小小半径和和最小长长度计算行车速度（km/h)停车视距S缓和冲击Lmin=V12ω/3.6视距要求Lmin=SI2ω/4《标准》规定（m）竖曲线半径竖曲线最小长度一般值极限值极限值1202104000ω11025ω17000110001001001602778ω6400ω10000650085801101778ω3025ω450030007060751000ω1406ω20001400504040444ω400ω700450353030250ω225ω400250252020111ω100ω20010020《标准》规定一般般最小半半径为极极限最小小半径的的1.5～2.0倍竖曲线最最小长度度相当于于各级道道路设计计速度的的3s行程31凹形竖曲曲线的最最小半径径保证夜间间行车安安全，前前灯照明明应有足足够的距距离。跨线桥下下行车视视距的要要求。三、竖曲曲线32凹形竖曲曲线最小小半径计算行车速度（km/h)停车视距S缓和冲击Lmin=V12ω/3.6夜间行车照明Lmin=SI2ω/(1.5+0.0524ST)桥下视距SI2ω/26.92《标准》规定（m）竖曲线半径极限值一般值1202104000ω3527ω1683ω400060001001602778ω2590ω951ω30004500801101778ω1666ω449ω2000300060751000ω1036ω209ω100015004040444ω445ω59ω4507003030250ω293ω33ω2504002020111ω157ω15ω100200《标准》规定一般般最小半半径为极极限最小小半径的的1.5～2.0倍竖曲线最最小长度度相当于于各级道道路设计计速度的的3S行程33竖曲线最最小半径径与竖曲曲线长度度设计速度（km/h）1201008060403020凸形竖曲线最小半径（m）一般值170001000045002000700400200极限值11000650030001400450250100凹形竖曲线最小半径（m）一般值6000450030001500400400200极限值4000300020001000250250100竖曲线长度一般值250210170120606050极限值100857050252520注：“一一般值””为正常常情况下下的采用用值，““极限值值”和““最小值值”为条条件受限限时可采采用的值值34适用条件件：1)当设计速速度大于于或等于于60km/h时，必须须注重平平、纵的的合理组组合；2）当设计计速度小小于或等等于40km/h时，在条条件允许许情况下下力求做做到各种种线形要要素的合合理组合合，并尽尽量避免免和减轻轻不利组组合。（一）平平、纵组组合的设设计原则则1．应在视视觉上能能自然地地引导驾驾驶员的的视线，，并保持持视觉的的连续性性。2．注意保保持平、、纵线形形的技术术指标大大小应均均衡,使线形在在视觉上上、心理理上保持持协调。。3．选择组组合得当当的合成成坡度，，以利于于路面排排水和行行车安全全。4．应注意意线形与与自然环环境和景景观的配配合与协协调。四、道路路平、纵纵线形组组合设计计35（二）平平、纵线线形组合合设计形形式：36372.直线与纵纵断面的的组合（1）平面直线线与纵面直直线组合合（纵坡不不变的直直线）（2）平面直线线与竖曲曲线组合合要素（凸凹型型直线、、凹型直直线）直线上一一次变坡坡是很好好的平、、纵组合合，从美美学观点点讲以包包括一个个凸型竖竖曲线为为好，而而包括一一个凹型型线次之之；直线中短短距离内内二次以以上变坡坡会形成成反复凸凸凹的“驼峰”和“凹陷”。⑶应避免的的问题38

断背曲线的改善

断背曲线

----直线与纵纵断面应应避免的的组合39----直线与纵纵断面应应避免的的组合暗凹

40纵断面上上：避免免能看到到纵坡起起伏三次次以上。。-----直线与纵纵断面应应避免的的组合41（4）平曲线线与竖曲曲线组合合应避免免的问题题①避免竖竖曲线顶顶、底部部插入小小半径平平曲线②避免将将小半径径的平曲曲线起讫讫点设在在或接近近竖曲线线的顶、、底部③避免使使竖曲线线顶、底底部与反反向平曲曲线的拐点重合合④避免出出现驼峰峰、暗凹、跳跃、断背、折曲等等视线中中断线形形⑤避免在在长直线上上设置陡陡坡或曲线长长度短、、半径小的凹形形竖曲线线⑥避免急急弯陡坡坡的不利利组合⑦避免小小半径竖竖曲线与与缓和曲曲线重合合3.平曲线与与纵断面面的组合合42断背曲线线（破坏了了线形的的连续性性，且容容易造成成驾驶操操作的失失误）----直线与纵纵断面应应避免的的组合43暗凹----直线与纵纵断面应应避免的的组合44跳跃-----平、竖曲曲线应避避免的组合45-----平、竖曲曲线应避避免的组合要避免使使凸形竖竖曲线的的顶部或或凹形竖竖曲线的的底部与与反向平平曲线的的拐点重重合。凸形竖曲线与反向平曲线拐点重合

46（5）平曲线线与竖曲曲线大小小应保持持均衡平曲线和和竖曲线线其中一一方大而而平缓，，那么另另一方就就不要形形成多而而小。一一个长的的平曲线线内有两两个以上上竖曲线线，或一一个大的的竖曲线线含有两两个以上上平曲线线，看上上去非常常别扭。。半径：竖曲线线半径大大约为平平曲线半半径的10～20倍长度：平曲线线应稍长长于竖曲曲线3.平曲线与与纵断面面的组合合473.平曲线与与纵断面面的组合合（5）平曲线线与竖曲曲线大小小应保持持均衡483.平曲线与与纵断面面的组合合（6）平曲线线与纵面面直线组组合——较好组合时要要注意平平曲线半半径与纵纵坡度协协调，要要避免急急弯与陡陡坡相重重合。（7）平曲线线与竖曲曲线的组组合——可获得较较好的组组合①平曲线线与竖曲曲线应相相互重合合，且平平曲线应应稍长于于竖曲线线—’平包竖’。②要保持持平曲线线与竖曲曲线大小均衡衡③平曲线线缓而长长，纵坡坡坡差小小可不受受‘平竖要求求’限制（缓缓和曲线线）④选择适适当的合合成坡度度493.平曲线与与纵断面面的组合合50五、纵断断面设计计不同设计计阶段对对纵断面面设计的的要求可行性研研究的路路线纵断断面（1）作用配合小比比例尺路路线平面面图对坡坡度和高高程进行行概略设设计，提提供方案案比选和和主要技技术标准准，初步步选择和和投资估估算需要要的工程程数量及及方案评评价资料料。（2）坐标与与比例尺尺要求纵断面采采用直角角坐标，，以横坐坐标表示示里程桩桩号，纵纵坐标表表示高程程。横坐标比比例尺采采用1∶10000，纵坐标标采用1∶1000。（3）纵断面面要求不需要标标注地面面高程、、设计高高程，竖竖曲线参参数等，，只需要标标注地质质概况、、坡度坡坡长、里里程桩号号，高等等级公路路可标注注直线、、平曲线线。51初步设计计、施工工图阶段段的路线线纵断面面（1）作用初步设计计的路线线纵断面面：配合大大比例尺尺路线平平面图和和地质、、水文等等资料进进行设计计的，是是主要的的设计文文件之一一，是比比选确定定方案、、选定主主要技术术标准、、编制初初步设计计和概算算的主要要依据。。施工图阶阶段的路路线纵断断面图：根据定测测中桩的的坐标和和高程，，有关地地质、水水文、工工程要求求等资料料设计，，是交付付施工的的主要文文件之一一，也是是纵断面面设计的的最后成成果。（2）坐标与与比例尺尺要求横坐标比比例尺采采用1∶2000，纵坐标标采用1∶200。六、纵断断面设计计52（3）纵断面面组成上部包括括：主要用来来绘制地地面线和和纵坡设计线；标注竖曲线及及其要素素；沿线桥涵涵及人工工构造物物的位置置、结构构类型、、孔数和和孔径；；与道路、、铁路交交叉的桩桩号及路路名；沿线跨越越的河流流名称、、桩号、、常水位位及最高高洪水位位；水准点位位置、编编号和标标高；断链桩位位置、桩桩号及长长短链关关系等。。下部包括括：超高；直直线与平平曲线；；里程桩桩号；地地面标高高；设计计标高；；填、挖挖高度；；土壤地地质说明明。六、纵断断面设计计53设计的主主要内容容设计要点点：根据据道路等等级、沿沿线自然然条件和和构造物物控制标标高等，，确定路线线合适的的标高、、各坡段段的纵坡坡度和坡坡长，并并设计竖竖曲线。。基本要求求：纵坡坡均匀平平顺、起起伏和缓缓、坡长长和竖曲曲线长短短适当、、平面与与纵面组组合设计计协调、、以及填填挖经济济、平衡衡。六、纵断断面设计计54关于纵坡极极限值的运运用设计时极限限值不可轻轻易采用，，应留有余余地。纵坡缓些为为好，但为为了路面和和边沟排水水，最小纵纵坡不应低低于0.3％～0.5%。关于最短坡坡长坡长不宜过过短，以不不小于设计计速度9秒的行程为为宜。对连续起伏伏的路段，，坡度应尽尽量小。六、纵断面面设计55各种地形条条件下的纵纵坡设计平原微丘区区：主要是如何何保证最小小填土高度度和最小纵纵坡的问题题。丘陵区区应注意平平纵配合，，不要过分分迁就地形形，纵坡应应顺适不产产生突变。。山岭重丘区区沿河线（尽尽量采用平平缓纵坡，，并注意路路基控制标标高的要求求）越岭线（平平均纵坡控控制，避免免极限纵坡坡、台阶式式和反坡））山脊线、山山腰线（除除结合地形形不得已采采用较大纵纵坡外，尽尽量采用较较缓纵坡。。）六、纵断面面设计56关于竖曲线线半径的选选用竖曲线应选选用较大半半径为宜。。当受限制制时可采用用一般最小小值，特殊殊困难方可可用极限最最小值。关于相邻竖竖曲线的衔衔接六、纵断面面设计JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=（一）纵断断面设计方方法与步骤骤1．准备工作作：（1）应收集有关关设计资料料：①里程桩号号和地面高高程；②平平面设计成成果；③沿沿线地质资资料等。（2）点绘地面面线，填写写有关内容容。572．标注高程程控制点：：①路线起、终终点；②越越岭哑口；；③重要桥桥涵；④最最小填土高高度；⑤最最大挖深；；⑥沿溪线线的洪水位位；⑦隧道道进出口；；⑧平面交交叉和立体体交叉点；；⑨铁路道道口；⑩城城镇规划控控制标高以以及受其它它因素限制制路线必须须通过的标标高控制点点等。山区道路的的“经济点点”或“挖挖方点”等等。（一）纵断断面设计方方法与步骤骤1．准备工作作：（1）应收集有关关设计资料料：①里程桩号号和地面高高程；②平平面设计成成果；③沿沿线地质资资料等。（2）点绘地面面线，填写写有关内容容。58JD5R=Ls=JD6R