《公路纵断面设计》PPT课件.ppt

2.陡坡组合坡长 n当连续陡坡是由几个不同受限坡度值的坡段组合而成时， 应按不同坡度的坡长限制折算确定；其连续陡坡最短坡长 应大于规范规定最小坡长。 n公路纵坡设计时，当连续陡坡有几个不同坡度值的坡段组 合而成时，相邻坡段长度应按限制的规定进行坡长折算， 例如：某山岭区三级公路，第一坡段纵坡度为7%，长度为 200m，即占坡长限制的2/5；第二坡段纵坡度为6%，长度 为200m，即占坡长限制的2/7；第一坡段、第二坡段设计 完后还剩 ：1-2/5-2/7=31.43/100,若第三坡段采用4%的 坡度，第三段坡长最长采用(31.43/100)1100=345.71m, 这时就把100%的坡长值全用完了，在使用坡长限制的纵坡 度时，坡长只能小于或等于100%的坡长限制，一般情况下 ，应留有一定的余地。 3.最小坡长限制 n最小坡长限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑。如果 坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生 增重与减重的频繁变化，导致感觉不舒适，车速越高感觉 越突出，而且路容美观、相邻两竖曲线的设置和纵断面的 视距等也要求坡长不能太短。为使纵断面线形不至于因起 伏频繁而呈锯齿形的状况，并便于平面线形的合理布设， 应对纵坡的最小长度做出限制。最小坡长通常以设计速度 行驶915s的行程作为规定值。 设计设计 速度（ km/h） 1201008060403020 最小坡长长（ m） 30025020015012010060 二、缓和坡段 n在纵断面设计中，当陡坡长度达到限制坡长时，应安排一 段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度。同时从下坡安全 考虑，设计一段缓坡也是非常必要的。缓和坡段的具体位 置应结合纵向地形考虑路线的平面线形要素。不同等级的 公路其缓和坡度不同，对于越岭公路标准规定缓和坡 段的纵坡应不大于3%，其长度应不得小于最小坡长要求。 三、平均纵坡 n平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与该路段长度 的比。平均纵坡是衡量路线线形设计质量的重要指标之一。 n根据对山区公路行车的实际调查发现，有时虽然公路纵坡设计 完全符合最大纵坡、坡长限制及缓和坡长的规定，但也不能保 证行车顺利安全。如果在长距离内，平均纵坡较大，汽车上坡 用二挡时间较长，发动机长时间发热，易导致汽车水箱沸腾、 气阻；同样，汽车下坡时，频繁刹车，易引起制动器发热，甚 至烧毁制动片，加之驾驶员心理过分紧张，极易发生事故。因 此，从汽车行驶方便和安全出发，合理运用最大纵坡、坡长限 制及缓和坡段的规定，还应控制平均纵坡。 n平均纵坡与坡道长度有关，还与相对高差有关。标准规定 二、三、四级公路越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高 差为200m500m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%。并注意任意连续3km 路段的平 均纵坡不宜大于5.5% 。 四、合成坡度 n公路在平曲线地段，若纵向有纵坡并横向有超高时，则最 大坡度既不在纵坡上，也不在横向超高上，而是在纵坡和 超高的合成方向上，这个最大的坡度称之为合成坡度，又 叫作流水线坡度。 合成坡度考虑的因素 n汽车在有合成坡度的地段行驶，若合成坡度过大，当车速 过慢或汽车停在弯道上时，汽车可能沿合成坡度的方向产 生侧滑；同时若遇急弯陡坡，汽车可能沿合成坡度方向冲 出弯道之外而造成事故；此外，当合成坡度较大时，还会 造成汽车倾斜、货物偏重，致使汽车倾倒。 n当陡坡与小半径平曲线相重叠时，在条件许可的情况下， 以采用较小的合成坡度为宜。特别是在下述情况时合成坡 度必须小于 8% 。 n1.冬季路面有积雪、结冰地区； n2.自然横坡较陡峻的傍山路段； n3.非汽车交通量比率高的路段。 公路最大合成坡度 公路 等级级 高速公路一二三四 设计设计 速度 1201008010080608060403020 合成 坡度 (%) 101010101010.59109.51010 各级公路的最小合成坡度不宜小于 0.5% 。在超高过渡的变 化处，合成坡度不应设计成 0% 。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。 第二节 竖曲线 n当纵断面上两条坡度不同的相邻纵坡线相交时，就出现了 转坡点（变坡点）。汽车在转坡点上行驶不顺适，故在转 坡点处都必须用曲线将前后两条相邻纵坡线顺适连接起来 以适应行车的需要，这条连接两纵坡线的曲线（二次抛物 线）叫竖曲线。竖曲线分凸形竖曲线和凹形竖曲线两种形 式。所以纵断面设计线是由直坡段和竖曲线组成。 =|i1-i2| i1 =|i2-i3| 凸形竖曲线 凹形竖曲线 为为坡差；O为变为变 坡点。 i上坡为为正，下坡为负为负 。 i1-i20为为凸形竖竖曲线线，i1-i20为为凹形竖竖曲线线。 我国采用二次抛物线线形作为竖为竖 曲线线。 i2 O1 i3 O2 一、竖曲线 L TA tl M xB E h 0 P xA X Y i1 i2 A B TB Q O 4.3 竖曲线设计 1.竖曲线的计算 nL = R nT=TA=TBL/2 nE = L TA tl M xB E h 0 P xA X Y i1 i2 A B TB Q O l为竖曲任意点至竖曲线起点（终点）的距离, m. 二、竖曲线的最小半径 n (一)竖曲线最小半径的确定 n1.凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素 n1）缓和冲击 n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）经行时间不宜过短 n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。 n3）满足视距的要求 n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。 2.凹形竖曲线极限最小半径确定考虑因素 n1)缓和冲击： n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。 n2)前灯照射距离要求 n汽车行驶在凹形竖曲线上时，也同样存在视距问题。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。 n3)跨线桥下视距要求 n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。 n4)经行时间不宜过短 n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。 n无论是凸形竖曲线还是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。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。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。与平曲线相似， 当坡度角较小时即使采用较大的竖曲线半径，竖曲线的长 度也很短，这样容易使驾驶员产生急促的变坡感觉，同时 ，竖曲线长度过短，易对行车造成冲击。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 。各级公路的竖曲线最小长度和半径规定如表3-6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。 公路竖曲线最小半径和竖曲线最小长度 设计设计 速度(Km/h)1201008060403020 凸形 竖竖曲线线 半径(m) 极限最小值值11000650030001400450250100 一般最小值值170001000045002000700400200 凹形 竖竖曲线线 半径(m) 极限最小值值4000300020001000450250100 一般最小值值6000450030001500700400200 竖竖曲线线最小长长度(m)100857050352520 三、竖曲线的设计和计算 n(一)竖曲线设计 n选用竖曲线半径时，为获得更好的视觉效果，还应将竖曲 线半径选择大一些，使视觉上感到舒适畅顺。从视觉观点 考虑的竖曲线半径为表3-6所列一般最小值的1.54.0倍 。常用的视觉观点考虑的竖曲线最小半径见表3-7。 从视觉观点所需的竖曲线最小半径 设计设计 速度 （km/h） 竖竖曲线线半径（m） 凸形凹形 1202000012000 1001600010000 80120008000 6090006000 4030002000 相邻竖曲线衔接时应注意 n1.同向竖曲线：特别是两同向凹形竖曲线间如果直线坡段 不长，应合并为单曲线或复曲线形式的竖曲线，避免出现 断背曲线。 n2.反向竖曲线：反向竖曲线间应设置一段直线坡段，直线 坡段的长度一般不小于设计速度的3秒行程。以使汽车从 失重（或增重）过渡到增重（失重）有一个缓和段。 n3.竖曲线设置应满足排水需要。若邻纵坡之代数差很小时 ，采用大半径竖曲线可能导致竖曲线上的纵坡小于0.3%， 不利于排水，应重新进行设计。 (二)竖曲线计算 n1.计算竖曲线的基本要素： n竖曲线长：L、切线长：T、外距：E n2.计算竖曲线的起、终点的桩号 n竖曲线的起点的桩号=变坡点的桩号-T n竖曲线的终点的桩号=变坡点的桩号+T n3.计算竖曲线上任意点切线标高及改正值 n切线标高=变坡点的标高Si；改正值： n4.计算竖曲线上任意点设计标高 n某桩号在凸形竖曲线的设计标高=该桩号在切线上的设计标高-h n某桩号在凹形竖曲线的设计标高=该桩号在切线上的设计标高+h 竖曲线计算示例 n某山岭区二级公路，变坡点桩号为 K3+030.00，高程为 427.68，前坡为上坡，i1=+5%，后坡为下坡，i2 =4%， 竖曲线半径 R=2000m。试计算竖曲线诸要素以及桩号为 K3+000.00 和K3+100.00处的设计标高。 n1)计算竖曲线要素 n=i1-i2=5%(4%)=0.09所以该竖曲线为凸形竖曲线 n曲线长：L=R=20000.09=180m n切线长：T=L/2=180/2=90m n外距： 2)竖曲线起、终点桩号 n竖曲线起点桩号=(K3+030.00)-90=K2+940.00 n竖曲线终点桩号=(K3+030.00)+90=K3+120.00 n3)K3+000.00、K3+100.00的切线标高和改正值 n K3+000.00的切线标高 n=427.68-(K3+030.00-K3+000.00)5%= 426.18m nK3+000.00的改正值 = m nK3+100.00的切线标高 n=427.68-(K3+100.00-K3+030.00)4%= 424.88m nK3+100.00的改正值= m n4)K3+000.00和K3+100.00的设计标高 nK3+000.00的设计标高=426.18-0.9=425.28m nK3+100.00的设计标高=424.88-0.1=424.78 m 思考题与习题： n1某公路变坡点的桩号为 K2+260，高程为387.62m ，前 一坡段 i1=5% ,后一坡i2=1%；竖曲线的半径R=5000m ； 试确定： n1）判别竖曲线的凹凸性，计算竖曲线的要素； n2）计算竖曲线起终点的桩号； n3）计算 K2+200.00 、K2+240.00 、K2+380.00 、 K2+500.00各点的设计标高。 n2山岭重丘区某三级公路，时速30KM/h,某坡段为 6% 坡 长采用 300m；紧接设坡度为5%的坡，坡长采用 2