第四章-纵断面设计.ppt

第四章第四章 纵断面设计纵断面设计1l路线纵断面图路线纵断面图：沿着公路中线竖直剖切然后展开即为公路的纵断面。l纵断面图是公路纵断面设计的主要成果，也是公路设计的重要技术文件之一。把公路的纵断面图与平面图结合起来，就能准确地定出公路的空间位置。2l纵断面设计纵断面设计：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。l纵断面设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题包括纵坡设计和竖曲线设计两项。3l纵断面设计的主要任务纵断面设计的主要任务：根据汽车的动力特性、公路等级、地形、地物、水文地质，综合考虑路基稳定、排水以及工程经济性等，研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径以及与平面线形的组合关系，设计出纵坡合理、线形平顺圆滑的理想线形，以达到行车安全、快速、舒适、工程费较省、运营费用较少的目的。4l纵断面设计线是由直线和竖曲线两种线形要素所组成。l直线（即均坡度线）有上坡和下坡，是用水平长度及纵坡度表示的。纵坡度表征匀坡路段坡度的大小，用高差与水平长度之比量度，即5l在具体设计纵坡时，需了解一些关于纵坡的基础知识。l第一，对路基设计标高的规定。对于新建公路，高速公路和一级公路采用中央分隔带外侧边缘标高，二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段则是指在设置超高加宽之前该处标高；对于改建公路，一般按新建公路的规定办理，也可以采用中央分隔带中线或行车道中线标高。对城市道路而言，路基设计标高一般是指车行道中心。6l第二，纵坡度的表示方式不用角度，而用百分数（），即每一百米的路线长度其两端高差几米，就是该路段的纵坡，其上坡为“”，下坡为“”。例如某段路线长度为米，高差为米，则纵坡度为2.5。l第三，一般认为道路上的纵坡对汽车行驶不造成困难，即上坡时不必换档，下坡时不必刹车。对于小于的纵坡，可以不作特殊考虑，只是为了排水的需要（公路边沟的沟底纵坡与路线纵坡一般是相同的），一般要有一个不小于最小纵坡的坡度。如果排水上无困难，可以用平坡。但是采用了大于的纵坡时，必须慎重考虑，因为纵坡太大，上坡时汽车的燃料消耗过大，而下坡时又必须用刹车，重车或有拖挂车的车辆都易出事故，对运输经济与安全极为不利。7l路线纵断面图的构成：路线纵断面图的构成：纵断面图上由两条主要的线和文字资料两部分构成；（1）地面线地面线：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，反映了沿着中线地面的起伏变化情况；（2）设计线设计线：路线上各点路基设计高程的连续线，是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了公路路线的起伏变化情况；8第一节 纵坡设计一、最大纵坡一、最大纵坡l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。1.确定最大纵坡应考虑的因素（1）汽车的动力性能汽车的动力性能：考虑公路上行驶的车辆，按汽车行驶的必要条件和充分条件来确定。（2）公路等级公路等级：不同的公路等级要求的行车速度不同；公路等级越高、行车速度越大，要求的纵坡越平缓。（3）自然因素自然因素：公路所经过的地形、海拔高度、气温、雨量、湿度和其它自然因素，均影响汽车的行驶条件和上坡能力。根据上述因素，我国根据上述因素，我国标准标准规定的公路最大纵坡规定的公路最大纵坡及城市道路最大纵坡值见下表；及城市道路最大纵坡值见下表；910二、纵坡折减（1）高原纵坡l在海拔3000米以上的高原地区，因为空气稀薄而使汽车输出功率降低，相应降低了汽车的爬坡的性能；此外，在高原地区行车，大气压强低水箱易开锅；所以，各级公路的最大纵坡应按下表的规定折减；最大纵坡折减后，如小于4%时，仍采用4%。海拔高度（m）30004000400050005000以上折减值（%）12311（2）桥梁隧道纵坡l大、中桥上的纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；位于市镇附近非汽车交通量较大的地段，桥上及桥头引道纵坡均不得大于3%；小桥涵纵坡随路线。l隧道内的纵坡不应大于3%，并不得小于0.3%；独立的明洞和长度小于50米的隧道可不受上述限制。（3）非汽车交通量较大的路段纵坡l非汽车交通量较大的路段纵坡，应根据具体情况将纵坡放缓；平原微丘区一般不大于2%3%，山岭重丘区一般不大于4%5%。12三、最小纵坡三、最小纵坡l为使公路上行车快速、安全和畅通，希望公路纵坡设计的小一些，但是，在长路堑低填方以及其它横向排水不畅通的地段，防止积水渗入路基而影响其稳定，规定各级公路的长路堑路段、以及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计水平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑，其边沟应作纵向排水设计。1314151617181920212223纵坡设计一般要求l1）纵坡设计必须符合标准、公路路线设计规范和城市道路设计规范关于纵坡的有关规定。各级公路的最大纵坡值及陡坡限制坡长，一般不轻易使用，而应当留有余地。只有在越岭线中为争取高度、缩短路线长度或避免工程艰巨地段等不得已时才采用最大值。l2）平原、微丘地形的纵坡应均匀、平缓；丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大；山岭、重丘地形的沿河线，应尽量采用平缓的纵坡，坡度不宜大于6；越岭线的纵坡应力求均匀，应尽量不采用极限或接近极限的坡度，更不宜连续采用极限长度的陡坡夹短距离缓坡的纵坡线形，越岭展线不应设置反坡。24l3）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。短距离内要避免线形起伏过于频繁，由于纵面线形连续起伏，使视线中断，视觉不良；避免能看得见近处和远处而看不见中间的凹陷路段，由于线形发生凹陷，出现隐蔽路段，使驾驶员视觉不适，产生莫测感，影响行车速度和安全；在较长的连续陡坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部的纵坡放缓些；应注意与平面线形的配合。25l4）纵坡设计应结合自然条件综合考虑。为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5为宜。在受洪水影响的沿河路段及平原区的低洼路段，应保证路线的最低标高，以免受洪水冲刷，确保路基稳定。l5）纵坡设计为保证路基稳定，应尽量减少深路堑和高填方，在设计中应重视纵、横向填挖的调配利用，争取填挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，降低工程造价。l6）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。26第二节第二节 竖曲线设计竖曲线设计l纵断面上相邻两条纵坡线相交的转折处，为了行车平顺用一段曲线来缓和，这条连接两纵坡线的曲线叫竖曲线。l竖曲线的形状，通常采用平曲线或二次抛物线两种。在设计和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。l纵断面上相邻两条纵坡线相交形成转坡点，其相交角用转坡角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线，反之为凹形竖曲线。27一、概述一、概述1坡度角坡度角l 在纵断面图上变坡点处，由于坡度的改在纵断面图上变坡点处，由于坡度的改变形成坡度角变形成坡度角 ，28l如图如图39。坡度角。坡度角 一般较小，可近似地用两一般较小，可近似地用两坡段坡度的代数差表示，即：坡段坡度的代数差表示，即：l式中：式中：，两相邻坡段的坡度值，上坡为两相邻坡段的坡度值，上坡为正，下坡为负。正，下坡为负。293031323334 1用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式35 3637383940三、竖曲线的最小半径三、竖曲线的最小半径l在纵断面设计中，竖曲线的设计要受众多在纵断面设计中，竖曲线的设计要受众多因素的限制，其中有三个限制因素决定着因素的限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线的最小半径或最小长度。竖曲线的最小半径或最小长度。41422.时间行程不过短时间行程不过短l 汽车从直坡道行驶到竖曲线上，尽管竖汽车从直坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，如其长度过短、汽车倏忽曲线半径较大，如其长度过短、汽车倏忽而过旅客会感到不舒适。因此，应限制汽而过旅客会感到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线上的行程时间不过短。最短应车在竖曲线上的行程时间不过短。最短应满足满足3s行程，即行程，即43 3满足视距的要求满足视距的要求l 汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会阻挡司机的视线。阻挡司机的视线。l 当汽车行驶在凹形竖曲线上，也同样存在视距当汽车行驶在凹形竖曲线上，也同样存在视距问题。对地形起伏较大地区的道路，在夜间行车问题。对地形起伏较大地区的道路，在夜间行车时，若竖曲线半径过小，前灯照射距离近，影响时，若竖曲线半径过小，前灯照射距离近，影响行车速度和安全；在高速公路及城市道路上有许行车速度和安全；在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等，如果多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员它们正好处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员的视线。的视线。441）凹形竖曲线极限最小半径确定考虑因素（1）缓和冲击：l在凹形竖曲线上行驶重量增大；半径越小，离心力越大；当重量变化程度达到一定时，就会影响到旅客的舒适性，同时也会影响到汽车的悬挂系统。（2）前灯照射距离要求l对地形起伏较大地区的路段，在夜间行车时，若半径过小，前灯照射距离过短，影响行车安全和速度；在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员的视线。45（3）跨线桥下视距要求l为保证汽车穿过跨线桥时有足够的视距，汽车行驶在凹形竖曲线上时，应对竖曲线最小半径加以限制。（4）经行时间不宜过短l汽车在凹形竖曲线上行驶的时间不能太短，通常控制汽车在凹形竖曲线上行驶时间不得小于3秒钟。462）凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素（1）缓和冲击l汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力，使汽车在凸形竖曲线上重量减小，所以确定竖曲线半径时，对离心力要加以控制。（2）满足视距的要求l汽车行驶在凸形竖曲线上，如果竖曲线半径太小，会阻挡司机的视线。为了行车安全，对凸形竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。47（3）经行时间不宜过短l当竖曲线两端直线坡段的坡度差很小时，即使竖曲线半径较大，竖曲线长度也有可能较短，此时汽车在竖曲线段倏忽而过，冲击增大，乘客不适；从视觉上考虑也会感到线形突然转折。因此，汽车在凸形竖曲线上行驶的时间不能太短，通常控制汽车在凸形竖曲线上行驶时间不得小于3秒钟。48la凸、凹形竖曲线都要受到上述缓和冲击、视距及行驶时间三种因素控制。lb竖曲线极限最小半径是缓和行车冲击和保证行车视距所必须的竖曲线半径的最小值，该值只有在地形受限制迫不得已时采用。lc通常为了使行车有较好的舒适条件，设计时多采用大于极限最小半径1.52.0倍，该值为竖曲线一般最小值。我国按照汽车在竖曲线上以设计速度行驶3s行程时间控制竖曲线最小长度。ld各级公路的竖曲线最小长度和半径规定见教材表4-11所列，在竖曲线设计时，不但保证竖曲线半径要求，还必须满足竖曲线最小长度规定。注意4950515253545556575859606162636465666768 竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。线上，也不要放在圆弧段之内。6970 注意：注意：若平、竖曲线半径都很大且坡率差较小时，若平、竖曲线半径都很大且坡率差较小时，则平、竖位置可不受上述限制。则平、竖位置可不受上述限制。若做不到平、竖曲线较好的组合，宁可把若做不到平、竖曲线较好的组合，宁可把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。或竖曲线位于直线上。71727374757677JD5 R=Ls=JD6 R=Ls=JD5 R=Ls=二、纵断面设计方法步骤及注意问题二、纵断面设计方法步骤及注意问题n（一）纵断面设计方法与步骤（一）纵断面设计方法与步骤n 1准准备备工工作作：（1）应应收收集集有有关关设设计计资资料料：里里程程桩桩号号和和地地面高程；面高程；平面设计成果；平面设计成果；沿线地质资料等。沿线地质资料等。n （2）点绘地面线，填写有关内容。）点绘地面线，填写有关内容。78JD5 R=Ls=JD6 R=Ls=JD5 R=Ls=n 2标注高程控制点：标注高程控制点：n 路线起、终点；路线起、终点；越岭哑口；越岭哑口；重要桥涵；重要桥涵；最小填土高最小填土高度；度；最大挖深；最大挖深；沿溪线的洪水位；沿溪线的洪水位；隧道进出口；隧道进出口；平面交平面交叉和立体交叉点；叉和立体交叉点；铁路道口；铁路道口；城镇规划控制标高以及受其它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。因素限制路线必须通过的标高控制点等。n 山区道路的山区道路的“经济点经济点”或或“挖方点挖方点”等。等。79JD5 R=Ls=JD6 R=Ls=JD5 R=Ls=3试坡：试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。80JD5 R=Ls=JD6 R=Ls=JD5 R=Ls=4调调整整：按按平平纵纵配配合合要要求求及及标标准准执执行行情情况况等等进进行行检检查查调调整。整。3试坡：试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。815核对：核对：典型横断面核对。典型横断面核对。6定坡：定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。l 精度要求：精度要求：l 变变坡坡点点桩桩号号：一一般般要要调调整整到到10m的的整整桩桩号号上上l 坡度值：精确到小数点两位，即坡度值：精确到小数点两位，即0.00%l 变坡点高程：精确到小数点三位，即变坡点高程：精确到小数点三位，即0.000l 中桩高程：精确到小数点两位，即中桩高程：精确到小数点两位，即0.00JD5 R=Ls=JD6 R=Ls=JD5 R=Ls=4调整：调整：按平纵配合要求及按平纵配合要求及标准标准执行情况等进行检查调整。执行情况等进行检查调整。3试坡：试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。82JD5 R=Ls=JD6 R=Ls=JD5 R=Ls=5核对：核对：典型横断面核对。典型横断面核对。6定坡：定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。4调整：调整：按平纵配合要求及按平纵配合要求及标准标准执行情况等进行检查调整。执行情况等进行检查调整。3试坡：试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。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：竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素确定半径、计算竖曲线要素835核对：核对：典型横断面核对。典型横断面核对。6定坡：定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。7.竖曲线设计：竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素确定半径、计算竖曲线要素4调整：调整：按平纵配合要求及按平纵配合要求及标准标准执行情况等进行检查调整。执行情况等进行检查调整。3试坡：试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。8.设设计计高高程程计计算算：从从起起点点由由纵纵坡坡度度连连续续推推算算变变坡坡点点设设计高程；计高程；逐桩计算设计高程。逐桩计算设计高程。84l1 1设设置置回回头头曲曲线线地地段段，拉拉坡坡时时应应按按回回头头曲曲线线技技术术标标准准先先定定出出该该地地段段的的纵纵坡坡，然然后后从从两两端端接接坡坡，应应注注意意在在回头曲线地段下宜设竖曲线。回头曲线地段下宜设竖曲线。（二）纵坡设计应注意的问题（二）纵坡设计应注意的问题85l2 2大大、中中桥桥上上不不宜宜设设置置竖竖曲曲线线（特特别别是是凹凹竖竖曲曲线线），桥桥头头两两端端竖竖曲曲线线的的起起、终终点点应应设设在在桥桥头头10m10m以以外外。但但特殊大桥为保证纵向排水，可在桥上设置凸竖曲线。特殊大桥为保证纵向排水，可在桥上设置凸竖曲线。86n3.3.小桥涵拉坡小桥涵拉坡 满足路线纵坡的要求，无特殊要求，只是应满足路线纵坡的要求，无特殊要求，只是应避免避免“驼峰驼峰”。n 4.4.交叉口处拉坡交叉口处拉坡 宜设在平坡上，不得已时，不应大于宜设在平坡上，不得已时，不应大于2 2，特，特殊困难时不大于殊困难时不大于3 3（考虑车辆在交叉口处的快（考虑车辆在交叉口处的快速行车）。速行车）。两端接线纵坡不大于两端接线纵坡不大于3 3，困难时不大于，困难时不大于5 5。8788n比例尺：比例尺：横坐标采用横坐标采用1:2000（城市道路采用（城市道路采用1:5001:1000）纵坐标采用纵坐标采用1:200（城市道路为（城市道路为1:501:100）。）。n纵断面图组成：纵断面图组成：l纵断面图是由上、下两部分内容组成的纵断面图是由上、下两部分内容组成的下部下部：主要用来填写有关内容，自下而上分别填写超高；主要用来填写有关内容，自下而上分别填写超高；直线及平曲线；里程桩号；地面高程；设计高程；直线及平曲线；里程桩号；地面高程；设计高程；填、挖高度；土壤地质说明。填、挖高度；土壤地质说明。89上部包括：上部包括：l主要用来绘制地面线和纵坡设计线；主要用来绘制地面线和纵坡设计线；l标注竖曲线及其要素；标注竖曲线及其要素；l沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数和孔径；孔数和孔径；l与道路、铁路交叉的桩号及路名；与道路、铁路交叉的桩号及路名；l沿线跨越的河流名称、桩号、常水位及最高沿线跨越的河流名称、桩号、常水位及最高洪水位；洪水位；l水准点位置、编号和标高；水准点位置、编号和标高；l断链桩位置、桩号及长短链关系等。断链桩位置、桩号及长短链关系等。90919293