第三章纵断面设计

道路勘测设计

（第三章纵断面设计）

2014.2

本章主要内容：

纵断面的概念及组成要素

最大纵坡和最小纵坡坡长限制和缓和坡段

平均纵坡和合成坡度竖曲线要素与竖曲线最小半径纵断面设计方法、步骤及成果

§3.1概述定义：沿道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。纵断面设计：研究路线线位高度及坡度、坡长变化情况的过程。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。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线。路线纵断面图构成：地面高程（标高）

：中线上地面点高程。设计高程（标高）

：即路基设计高程（标高）

地面线：根据中桩点的高程绘的一条折线；设计线：路线上各点路基设计高程的连线。变坡导线：变坡点间的连线路线纵断面图构成：纵断面设计线

直坡段坡度＝两变坡高差/平距上坡为正下坡为负平坡为0坡长：水平距离竖曲线段凸型竖曲线凹型竖曲线半径R长度L（水平距离）竖距h地面线：根据中桩点的高程绘的一条折线；设计线：路线上各点设计高程的连线。变坡导线：变坡点间的连线路线纵断面图构成：地面高程：中线上地面点高程。设计高程：两种规定公路：城市道路：设计标高一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。设计标高设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。设计标高城市道路：行车道中线

中央分隔带中线路基高度：横断面上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：坡度及坡长竖曲线路堤路堑第二节汽车的动力特性与纵坡保证汽车在道路上行驶的稳定性尽可能提高车速保证道路上的行车畅通尽量满足行车舒适加速最快的汽车：Dauer962LeMans

产地：德国

出厂日期：1994年

0-100km/h耗时2.6秒

跑的最快的汽车：最高荣誉在1987年被奥斯莫比尔部夺得，他们研制的“航天技术1号”未来车在德克萨斯汽车测试场上创下了当今447km/h的世界最高纪录，享有“世界第一快车”的美称。§3.2汽车的动力特性与纵坡§3.2汽车的动力特性与纵坡一、驱动力2.汽车的行驶阻力3）坡度阻力1）空气阻力4）惯性阻力2）滚动阻力道路阻力(N)汽车的总行驶阻力为道路阻力空气阻力惯性阻力2.汽车的行驶阻力（三）汽车行驶条件①必要条件（即驱动条件）―驱动力必须能够克服各项行驶阻力，②充分条件（附着条件）―驱动力必须≤轮胎与路面间的附着力，。2汽车行驶的两个条件1汽车的运动方程式（四）汽车的动力因数表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能（五）汽车的行驶状态汽车的行驶状态有以下三种情况：加速行驶等速行驶减速行驶在动力特性图上，等速行驶的速度称为平衡速度。每一排档都存在各自的最大动力因数，与之对应的速度称作临界速度。（六）理想最大纵坡和不限长度的最大纵坡理想最大纵坡

指设计车型即载重汽车在油门全开的情况下，持续以理想速度V1等速行驶所能克服的坡度。不限长度的最大纵坡允许车速由V1降到V2，以获得较大坡度，在i2的坡道上，汽车将以V2的速度等速行驶。与容许速度V2相对应的纵坡i2称为不限长度的最大纵坡。（七）最大纵坡（maximumlongitudinalgradient）最大纵坡：纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。影响因素：

：汽车的动力特性；道路等级；自然条件；工程、运营经济注：城市道路相应降低1%。特殊情况：（1）地形困难，增加1%（2）冰冻地区，不超过8%（3）大、中桥≤4%，桥头引道≤5%（4）隧道内≤3%（≤100m的除外）（5）非机动车道：平原微丘区2~3%，山岭重丘≤4~5%各级公路最大纵坡的规定设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%）3456789综合考虑：交通组成、汽车性能、工程费用和营运经济二、坡长限制

坡长限制（gradelengthlimitation）

坡长－－指变坡点与变坡点之间的水平长度。（1）最大坡长限制1)限制理由：（2）缓和坡段－－当给车恢复速度的过程i≦3％，

l－符合最小坡长要求。线形：宜采用直线。困难路段可用曲线；注：宜设在直线段或大半径曲线上曲线半径较小时，缓和坡段长度应增加。

回头曲线段不能作为缓和坡段。坡长3最小坡长限制1）理由：

①过短，则变坡点个数增加，行车时颠簸频繁，影响行车平顺性；②过短，则不能满足设置最短竖曲线这一几何条件的要求。2）标准规定:各级公路最短坡长不应小于9－15s行程。

最小坡长限制：任何路段最大坡长：陡坡路段最小纵坡：

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：排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线等。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。干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。最小纵坡（minimumlongitudinalgradient）平均纵坡（averagegradient）

1）平均纵坡----指一定路线长度范围内，路线两端点的高差与路线长度的比值。二、三、四级公路越岭线的平均纵坡：2）相关规定①相对高差200～500m不应大于5.5％②相对高差>500m不应大于5％

台阶式HL注意：任何相连3km路段的平均纵不应大于5.5％。（1）合成坡度－－－道路在平曲线路段，若纵向有纵坡且横向又有超高时，则最大坡度在纵坡和超高横坡所合成的方向上，这时的最大坡度称为合成坡度。

（2）对合成坡度的限制

控制陡坡与急弯的重合；

平坡与设超高平曲线的配合问题。

合成坡度（resultantgradient）

§3.3竖曲线设计竖曲线：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。坡度差：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用ω表示

ω=i2-i1ω<0：凸形竖曲线：

ω>0：凹型竖曲线α1α2ωi1i2i3凹型竖曲线ω>0凸型竖曲线ω<0采用与地形条件吻合的指标，显得舒展自然1.竖曲线的计算HTHSyHnBPDnBPDn-1Hn-1inin-1in+1Lcz1Lcz2HT竖曲线上任意点设计标高的计算

[例]：某山岭区一般二级公路，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。试计算竖曲线要素以及桩号为k5+000.00和k5+100.00处的设计高程。二、竖曲线的最小半径

1.缓和冲击在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上是减重，确定竖曲线半径时，对离心加速度应加以控制。2.时间行程不过短3．满足视距的要求凸形竖曲线的最小半径和最小长度

凹形竖曲线最小半径和最小长度

②跨线桥下行车视距要求

§3.4高等级道路上的爬坡车道§3.4高等级道路上的爬坡车道

1.设置爬坡车道的条件

爬坡车道-----（climbinglane）是陡坡路段主线行车道外侧增设的供载重车行驶的专用车道。（1）公路1）沿上坡方向行驶载重汽车的行驶速度降低到表4-14的允许最低速度以下时，可设置爬坡车道。2）上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时，应设置爬坡车道。

2.爬坡车道的设计

（1）横断面组成

爬坡车道设于上坡方向主线行车道右侧，宽度一般为3.5m，包括设于其左侧路缘带的宽度0.5m。

（2）横坡度1）因为爬坡车道的V比主线小，超高坡度较小，超高坡度的旋转轴为爬坡车道内侧边缘线。2）位于直线路段时，其横坡度的大小同于主线路拱坡度，均采用直线式横坡。

2.爬坡车道的设计

（3）平面布置与长度总长度由起点处渐变段长度Ｌ1、爬坡车道的长度L和终点处附加长度Ｌ2（见表4.16）组成。

2.爬坡车道的设计

1、避险车道定义在长陡坡路段正线行车道下坡方向右侧为失控车辆增设的专用车道。2、设置目的为防止连续长、陡下坡车辆在行驶中速度失控而造成事故。3、设置要求避险车道的长度根据主线下坡行驶速度、避险车道纵坡和坡床集料而定。

§3.5避险车道的设计网索避险车道

JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=（1）准备工作：应收集有关设计资料：①里程桩号和地面高程；②平面设计成果；③沿线地质资料等。点绘地面线，填写有关内容。§3.6纵断面设计方法与纵断面设计图

1.纵断面设计（profiledesign）方法与步骤

（2）标注高程控制点：

①路线起、终点；②越岭哑口；③重要桥涵；④最小填土高度；⑤最大挖深；⑥沿溪线的洪水位；⑦隧道进出口；⑧平面交叉和立体交叉点；⑨铁路道口；⑩城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。山区道路的“经济点”或“挖方点”等。

1.纵断面设计方法与步骤

（1）准备工作：应收集有关设计资料：①里程桩号和地面高程；②平面设计成果；③沿线地质资料等。点绘地面线，填写有关内容。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=

(2)标注高程控制点：①路线起、终点；②越岭哑口；③重要桥涵；④最小填土高度；⑤最大挖深；⑥沿溪线的洪水位；⑦隧道进出口；⑧平面交叉和立体交叉点；⑨铁路道口；⑩城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。山区道路的“经济点”或“挖方点”等。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=(3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。

JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=(4)调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。

(3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。

(5)核对：典型横断面核对。(6)定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。精度要求：变坡点桩号：一般要调整到10m的整桩号上坡度值：精确到小数点两位，即0.00%变坡点高程：精确到小数点三位，即0.000中桩高程：精确到小数点两位，即0.00JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=(4)调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。

(3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。

JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=(5)核对：典型横断面核对。(6)定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。(4)调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。

(3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。

R=T=E=R=T=E=R=T=E=(7)竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素HR(5)核对：典型横断面核对。(6)定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。(7)竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素(4)调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。

(3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。

(8)设计高程计算：从起点由纵坡度连续推算变坡点设计高程；逐桩计算设计高程。变坡点桩号BPD变坡点设计高程H竖曲线半径R纵断面设计成果

§4.6纵断面设计方法与纵断面设计图

2.纵断面设计图（verticalprofilemap）

（1）公路纵断面设计图直角坐标

横坐标（里程及桩号）1：2000或

1：5000

纵坐标（水准高程）