道路工程纵断面设计

道路工程主讲老师xxxx工业大学土水学院2023/3/23道路工程2第三章道路纵断面设计§3-1概述§3-2纵坡设计§3-3竖曲线设计§3-4平纵面线性组合设计§3-5爬坡车道2023/3/23道路工程3

沿道路中线垂直剖切，然后展开即为道路纵断面，且道路纵断面总是一条有起伏的空间线。示意图见下图

纵断面图上主要有两条线：地面线和设计线。

纵断面设计线由直线和竖曲线组成；

在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。§3-1概述2023/3/23道路工程4§3-2纵坡设计一.纵坡度1.最大纵坡最大纵坡是指纵坡设计时，各级道路允许采用的最大坡度值。考虑因素:

汽车的动力性能道路等级自然条件2023/3/23道路工程5

纵坡度公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘最大纵坡(%)345546575768692023/3/23道路工程6

纵坡度城市道路最大纵坡：公路最大纵坡-1%；高速公路：最大纵坡可上调1%（特殊情况）；海拔2000m以上，四级公路最大纵坡8%；大中桥上最大纵坡4%；桥头引道最大纵坡5%桥头引道最大纵坡5%；隧道内最大纵坡3%；非机动车交通量较大时：平原微丘2~3%，山岭重丘4~5%

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纵坡度2.最小纵坡

保证排水要求，最小纵坡为0.3%；一般情况下不小于0.5%为宜。2023/3/23道路工程8

纵坡度3.平均纵坡指一定长度范围内，线路两端点的高差与线路长度的比值。

ip=H/LH:相对高差

L:路线长度

ip:平均纵坡二、三、四级公路越岭线的平均纵坡5.5%（相对高差为200~500M）和5%(相对高差大于500M)任何连续3公里产度范围的平均纵坡不宜大于4.5%2023/3/23道路工程9

纵坡度4.高原纵坡折减高海拔地区，汽车爬坡能力下降。《规范》规定的高原纵坡折减值见表4-3。折减后小于4%时，采用4%。5.理想最大纵坡和不限长度的最大纵坡理想纵坡i1为设计车辆在油门全开的情况下,持续以速度V1等速行驶能克服的坡度.

由计算行车速度V1查动力特性图得到动力因数D1。V1取值：低速道路—

计算行车速度高速道路—载重汽车的最高速度理想纵坡为以速度V1均匀行驶的纵坡。若允许速度由V1降至V2速度等速行驶，V2称为容许速度。则

i2称为不限长度的最大纵坡。V2=(1/2~1/3)V12023/3/23道路工程10§3-2纵坡设计二.坡长限制1.最大坡长限制

坡度大于i1，称为陡坡；在陡坡上行驶，速度将由V1减速,终速不得低于V2。大于i2的纵坡应限制坡长；小于i1的纵坡属于缓坡，汽车在缓坡上加速行驶。

2023/3/16道路工程11坡长限制2.最短坡长的限制：：行驶平顺性的要求求，见表3-7、3-8三.组合坡长：合成坡度指路线纵纵坡与超高横坡（（或路拱横坡）组组合而成的坡度，，其方向即流水线线方向。计算公式：I—合成坡度（%）；ih—超高横坡度或路拱拱横坡度（%）；i—路线设计纵坡度（（%）。纵坡与横向超高所所组成的坡度。合成坡度应控制在在一定的范围，见见表4-10。积雪冰冻地区最大大8%。排水最小坡度0.5%。2023/3/16道路工程12§3-2纵坡设计四.纵坡设计一一般要求1.公路纵坡设设计一般要要求1)满足《标准》的要求；2)一定的平顺顺性，起伏伏不宜过大大；3)对各种条件件的综合考考虑；4)填挖平衡,经济性的考考虑;5)最小填土高高度、路基基稳定性要要求；6)交叉处前后后应平缓；；7)与其他产业业的关系（（通道、农农田水利等等）2023/3/16道路工程13纵坡设计一般般要求2.城市道路纵坡坡设计一般要要求p412023/3/16道路工程14§3-2纵坡设计五.纵断面设计方方法与步骤1.准备工作2.标注控制点3.试坡4.调坡5.核对6.定坡2023/3/16道路工程15§3-2纵坡设计六.纵断面设计1.公路纵断面设设计图2.城市道路纵断断面图2023/3/16道路工程16§3-3竖曲线设计一.竖曲线计算相邻坡段的坡坡度为i1和i2,代数差为ω=i2-i1ω为正时，是凹凹曲线；ω为负，是凸曲曲线。1.用二次抛物线线作为竖曲线线的基本方程程式2023/3/16道路工程17竖曲线计算抛物线上任一一点的曲率半半径为：式中：代代入上式，，有：或：2023/3/16道路工程18竖曲线计算2..竖曲线诸要素计计算公式竖曲线长度或竖竖曲线半径R:（前提：ω很小）L=Rω竖曲线切线长：：T=L/2=Rω/23.竖曲线上任一点点竖距h：竖曲线外距：2023/3/16道路工程19竖曲线计算4.竖曲线上任一点点设计标高的计计算（1）计算切线高程程H1H1=H0-（T-x）iH0---变坡点标高i---纵坡度（2）计算设计标高高H=H1+-y凹曲线取+，凸曲线取-2023/3/16道路工程程20§3-3竖曲线设设计二.竖曲线设设计标准准（一）竖竖曲线最最小半径径1.凹曲线极极限最小小半径（1）缓和冲冲击对对离心加加速度加加以控制制。根据经验验，a=0.5~0.7m/s2比较合适适。我国国取a=0.278,则：Rmin=V2/3.6或Lmin=V2ω/3.62023/3/16道路工程21竖曲线最小半径（2）夜间行车前灯照射射距离要求1）L<ST2)L≥STL<STLmin=2ST-26.92/ω(4-14)L≥STω/26.92(4-15)

3s时间行程为有效控控制。ST---停车视距2023/3/16道路工程22竖曲线最小半径2.凸曲线极限最小半半径（1）失重不致过大考考虑计算同凹曲线（2）视距要求1）当L<ST时，Lmin=2ST-4/ω2）当L≥ST时，ST为停车视距。以上两个公式，第第二个公式计算值值大，作为有效控控制。按缓和冲击、时间间行程和视距要求求（视距为最不利利情况）计算各行行车速度时的最小小半径和最小长度度，见表4-13。2023/3/16道路工程23竖曲线设计计标准3.竖曲线一般般最小半径径缓和行车冲冲击和保证证视距（二）竖曲曲线最小长长度与平曲线相相似3s控制2023/3/16道路工程24§3-3竖曲线设设计三.竖曲线设设计纵断面设设计要点点纵断面设设计的主主要内容容是根据据道路等等级、沿沿线自然然条件和和构造物物控制标标高等，，确定路路线合适适的标高高、各坡坡段的纵纵坡度和和坡长，，并设计计竖曲线线。基本要求求：纵坡均匀匀平顺、、起伏和和缓、坡坡长和竖竖曲线长长短适当当、平面面与纵面面组合设设计协调调，填挖挖经济、、平衡。。2023/3/16道路工程25竖曲线设计（一）关于纵纵坡极限值的的运用在设计时不可可轻易采用。。一般讲，纵纵坡缓些为好好，但为了路路面和边沟排排水，最小纵纵坡不应低于于0.3~0.5%。（二）关于最最短坡长坡长是指纵断断面两变坡点点之间的水平平距离。坡长长不宜过短，，以不小于计计算行车速度度9秒的行程为宜宜。对连续起起伏的路段，，坡度应尽量量小，坡长和和竖曲线应争争取到极限值值的一倍或两两倍以上。2023/3/16道路工程26竖曲线设计（三）各种地地形下的纵坡坡设计1.平原、微丘地地形的纵坡应应均匀平缓，，注意保证最最小填土高度度和最小纵坡坡的要求。2.山岭、重丘地地形的沿河线线应尽量采用用平缓纵坡，，坡长不应超超过限制长度度，纵坡不宜宜大于6%，注意路基控控制标高的要要求。3.越岭线的纵坡坡应力求均匀匀，尽量不采采用极限或接接近极限的坡坡度，不宜在在连续采用极极限长度的陡陡坡之间夹短短的缓和坡段段，一般不应应设置反坡。。4.山脊线和山腰腰线在可能条条件先，纵坡坡应缓些。2023/3/16道路工程27竖曲线设计四）关于竖曲线半半径的选用竖曲线应选用较大大半径为宜，当有有条件时，应按表表4-20的规定进行设计。。（五）关于相邻竖竖曲线的衔接相邻两个同向曲线线，特别是同向凹凹形竖曲线之间，，如直坡段不长应应合并为单曲线或或复曲线，避免出出现断背曲线，如如图4-15a。相邻反向竖曲线之之间，为使增重、、减重间和缓过渡渡，中间最好插入入一段直坡段，如如图4-15b。2023/3/16道路工程28竖曲线设计2023/3/16道路工程29§3-4平纵面线性组合合设计视觉分析1.视觉分析的意义义道路设计除应考考虑自然条件、、汽车行驶力学学的要求外，还还要考虑驾驶人人员的心理和视视觉上的反应。。视觉是连接道道路与汽车的重重要媒介。从视觉心理出发发，对道路的空空间线形及其与与周围自然景观观和沿线建筑的的协调等进行研研究分析，以保保持视觉的连续续性，使行车具具有足够的舒适适感和安全感的的综合设计称为为视觉分析。2023/3/16道路工程程30§3-4平纵面线线性组合合设计2.视觉与车车速的动动态规律律驾驶员的的视觉判判断能力力与车速速密切相相关，车车速越高高，其关关注前方方越远，，视野越越窄。3.视觉评价价方法所谓线形形状况是是指道路路平面和和纵面线线形所组组成的立立体形状状，在汽汽车快速速行驶中中给驾驶驶员提供供的连续续不断的的视觉印印象。评评价方法法主要有有三位动动态模拟拟技术和和透视图图法。透视图是是按照汽汽车在道道路上的的行驶位位置，根根据线形形的几何何状况确确定视轴轴方向以以及由车车速确定定的视轴轴长度，，利用坐坐标透视视的原理理绘制的的。通过过透视图图，可以以看出立立体线形形是否顺顺适，是是否有易易产生判判断错误误或茫然然的地方方，路旁旁障碍是是否妨碍碍视线等等。2023/3/16道路工程程31§3-4平纵面线线性组合合设计一.组合设计计原则1.视觉上自自然引导导驾驶员员视线，，保持连连续性；；2.平、纵线线形技术术指标大、小均均衡；3.得当的合合成坡度度；4.与环境的的配合、、协调。。2023/3/16道路工程32§3-4平纵面线性性组合设计计二.线性组合设设计要点1.平曲线与竖竖曲线组合合（1）平曲线与与竖曲应相互重合合，且平曲线应稍长长于竖曲线（“平包竖”）2023/3/16道路工程33§3-4平纵面线性组合合设计2023/3/16道路工程34线性组合设计要要点（2）平曲线与竖曲曲线大小应保持持均衡；平曲线和竖曲线线其中一方大而而平缓，另一方方就不要形成多多而小。一个平平曲线内有两个个以上竖曲线，，或一个大的竖竖曲线含有两个个以上的平曲线线，看上去非常常别扭，如左图图所示。2023/3/16道路工程35线性组合设计计要点（3）暗、明弯与与凸、凹竖曲曲线暗弯与凸形竖竖曲线及明弯弯与凹形竖曲曲线的组合是是合理的，悦悦目的。（4）平、竖曲线线应避免的组组合平、竖曲线重重合是一种理理想的组合，，但由于地形形等条件的限限制，这种组组合往往不是是总能争取到到的。如果平平曲线的中点点与竖曲线的的顶（底）点点位置错开不不超过平曲线线长度的四分分之一，仍然然可以获得比比较满意的外外观。设计时时应注意以下下几点：2023/3/16道路工程36线性组合设计要点点（1）要避免凸形竖曲曲线的顶部或凹形形竖曲线的底部与与反向平曲线的拐拐点重合。（2）小半径竖曲线不不宜与缓和曲线相相重叠。（3）计算行车速度≥≥40km/h的道路，应避免在在凸形竖曲线顶部部或凹形竖曲线底底部插入小半径的的平曲线。2023/3/16道路工程37线性组合设计要点点2.直线与纵断面的组组合直线上一次变坡时时很好的平、纵组组合，从美学观点点讲以包括一个凸凸形竖曲线为好，，而包括一个凹形形竖曲线次之；直直线中短距离内二二次以上变坡会形形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去线形既不不美观也不连贯，，使驾驶员的视线线中断。2023/3/16道路工程程38线性组合合设计要要点3.平、纵线线形组合合与景观观的协调调配合1.在道路的的规划、、选线、、设计、、施工全全过程中中重视景景观要求求。2.尽量少破破坏沿线线自然景景观，避避免深挖挖高填。。3.应能提供供视野的的多样性性，力求求与周围围的风景景自然的的融为一一体。4.不得已时时，可采采用修整整、植草草皮、种种树等措措施加以以补救。。5.条件允许许时，以以适当放放缓边坡坡或将其其变坡点点修整圆圆滑，以以使边坡坡接近于于自然地地面形状状，增加加路容美美观。6.应进行综综合绿化化处理，，避免形形式和内内容上的的单一化化。2023/3/16道路工程程39§3-5爬坡车道道一.设置爬坡坡车道的的条件1.公路设置条件件1.沿上坡方方向载重重汽车速速度降低低到允许许最低速速度（表表4-15）以下时时，可设设置爬坡坡车道；；2.上坡路段段的设计计通行能能力小于于设计小小时交通通量时，，应设置置爬坡车车道。爬坡车道道通行能能力的计计算方