《道路勘察设计》PPT课件.ppt

第三章 纵断面设计 n 第一节 概 述 n 第二节 纵坡及坡长设计 n 第三节 竖曲线设计 n 第四节 纵断面设计方法及纵断面图 n 第五节 道路平、纵线形组合设计 第三章 纵断面设计 第一节 概 述 n定义： 沿着道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。 n内容： 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。 n依据： 汽车的动力特性; 道路等级; 当地的自然地理条件; 工程经济性等。 n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； n设计线：路线上各点路基设计高程的连续坡度线。 路线纵断面图构成： n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； n设计线：路线上各点路基设计高程的连续。 路线纵断面图构成： n地面高程：中线上地面点高程。 n设计高程： 一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程； 设分隔带公路，一般为分隔带外边缘的高程。 n路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。 n路 堤：设计高程大于地面高程。 n路 堑：设计高程小于地面高程。 n纵断面设计内容： 坡度、坡长及竖曲线 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。 l 影响因素： 汽车的动力特性 道路等级 自然条件 l 纵坡度较大时的优劣： 缺点：行车困难，上坡速度低，下坡较危险； 优点：山区公路可缩短里程，降低造价。 第二节 纵坡及坡长设计 1. 设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh的高速公路受 地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵 坡值可增加1。 2.改建公路，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利 用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1 。 l 各级公路最大纵坡的规定： 设计速度 （km/h） 1201008060403020 最大纵坡（%） 3 4 5 6 7 8 9 l 高原为什么纵坡要折减？ 在高海拔地区，困空气密度下降，而使汽车发动机的 功率、汽车的驱动力以及空气阻力降低，导致汽车的爬 坡能力下降。 l 规范规定： 位于海拔3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵 坡值应按表的规定予以折减。 一、最大纵坡 二、高原纵坡折减 海拔高度（m）30004000400050005000以上 折减值（%）123折减后若小于4%，则仍采用4%。 l 最小纵坡： 各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。 l 最小纵坡值： 0.3%，一般情况下0.5%为宜。 l 适用条件： 横向排水不畅路段： 如：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、路肩设截 水墙等。 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。 一、最大纵坡 二、高原纵坡折减 三、最小纵坡 四、坡长限制 1最短坡长限制 标准规定： 各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。 城市道路最小坡长按下表选用。 一、最大纵坡 二、高原纵坡折减 三、最小纵坡 适用于 任何路段 标准规定：各级公路最大坡长限制如表所示； 四、坡长限制 1最短坡长限制 2最大坡长限制 适用于 陡坡路段 标准规定：各级公路最大坡长限制如表所示； 四、坡长限制 1最短坡长限制 2最大坡长限制 城市道路最大坡长按下表选用。 五、缓和坡段 l标准规定： 当连续陡坡长度大于最大坡长限制的规定值时，应设置缓 和坡段。 缓和坡段的纵坡应不大于3，其长度应符合纵坡长度的 规定。 城市道路缓和坡段的坡度亦为3。 六、平均纵坡 l 定义： 是指一定长度的路段纵向所克服的高差H与路线长度L之比 （连续升坡或降坡路段）。 l 标准规定： 越岭路线连续上坡(或下坡)路段， 相对高差为200500m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。 任意连续3km路段平均纵坡不应大于5.5。 对于海拔3000m以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减 少0.5%1.0%。 1.定义： 是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡 度，其方向即流水线方向。 l 合成坡度的计算公式为： 七、合成坡度 式中：I合成坡度（%）； ih超高横坡度或路拱横坡度（%）； iz路线设计纵坡坡度（%）。 七、合成坡度 1. 定义 （2）最小合成坡度： 最小合成坡度不宜小于0.5%。 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。 2合成坡度指标 （1）最大允许合成坡度： l 当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情况下，以 采用较小的合成坡度为宜。 l 特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%。 在冬季路面有积雪结冰的地区； 自然横坡较陡峻的傍山路段； 非汽车交通比例高的路段。 p 例如：某二级公路，有一平曲线半径为250m，超高横坡为 8%，该路段纵坡度为4.8%，则合成坡度为 3. 合成坡度指标的控制作用 ： 控制陡坡与急弯的重合； 平坡与设超高平曲线的配合。 七、合成坡度 1. 定义 2合成坡度指标 八、纵坡设计的一般要求 1纵坡设计必须满足标准的各项规定。 2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵向应具有一 定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。 尽量避免采用极限纵坡值。 合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短 长度的缓坡。 越岭线哑口附近的纵坡应尽量缓一些。 3纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和 排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与 通畅 。 4一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使 挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节 省用地。即纵向填挖平衡设计。 5平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵 坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保 证路基稳定。即包线设计。 6对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线，纵坡应 和缓、避免产生突变。交叉口处前后的纵坡应平缓一些。 7在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要 求。 第三节 竖曲线 一、竖曲线要素的计算 二、竖曲线的最小半径 三、逐桩设计高程计算 第三节 竖曲线 1定义 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。 1 2 i1 i2 i3 l变坡点：相邻两条坡度线的交点。 l变坡角：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替 ，用表示，即 =2-1tg2- tg1=i2-i1 凹型竖曲线 0 凸型竖曲线 ST: 二、竖曲线的最小半径 （二）凸形竖曲线最小半径和最小长度 凸形竖曲线最小半径和最小长度 n竖曲线最小长度相当于各级道路计算行车速度的3秒行程 。 1、以离心加速度为控制指标 设置凹形竖曲线的主要目的是缓和行车时的离心力 。 二、竖曲线的最小半径 （一）竖曲线设计要求 （二）凸形竖曲线最小半径和最小长度 （三）凹形竖曲线最小半径和最小长度 l 2、考虑两种视距的要求： 保证夜间行车安全，前灯照明应有足够的距离； 保证跨线桥下行车有足够的视距。 l 3、标准规定竖曲线的最小长度应满足3s行程要求 。 凹形竖曲线最小半径和最小长度 三、逐桩设计高程计算 变坡点桩号BPD 变坡点设计高程H 竖曲线半径R 竖曲线起点、终点 桩号，设计高程 竖曲线任意点设计 高程 1纵断面设计成果 H R 1纵断面设计成果 2竖曲线要素的计算公式 变坡角:= i2- i1 曲线长：L=R 切线长：T=L/2= R/2 外 距： l 竖曲线起点桩号: QD=BPD - T l 竖曲线终点桩号: ZD=BPD + T 三、逐桩设计高程计算 l 纵 距 ： HT HS y Hn BPDn BPDn-1 Hn-1 in in-1 in+1Lcz1 Lcz-BPDn-1 三、逐桩设计高程计算 1纵断面设计成果 2竖曲线要素的计算公式 切线高程： Lcz2 HT 3. 逐桩设计高程计算 x竖曲线上任一点离开起（终）点距离； 其中： y竖曲线上任一点竖距； 设计高程： HS = HT y （凸竖曲线取“-”，凹竖曲线取 “+”） 3. 逐桩设计高程计算 切线高程： n例：某山岭区一般二级公路，变坡点桩号为k5+030.00 ，高程H1=427.68m，i1=+5%，i2=-4%，竖曲线半径R=2000m。 n试计算竖曲线诸要素以及桩号为k5+000.00和k5+100.00处 的设计高程。 n解：1计算竖曲线要素 n =i2- i1= - 0.04-0.05= - 0.090，为凸形。 n 曲线长 L = R=20000.09=180m n 切线长 n 外 距 n 竖曲线起点QD（K5+030.00）- 90 = K4+940.00 n 竖曲线终点ZD（K5+030.00）+ 90 = K5+120.00 2计算设计高程 K5+000.00：位于上半支 横距x1= Lcz QD = 5000.00 4940.0060m 竖距 n切线高程 HT = H1 + i1（ Lcz - BPD） n = 427.68 + 0.05(5000.00 - 5030.00) n = 426.18m n设计高程 HS = HT - y1 = 426.18 - 0.90=425.18m n （凸竖曲线应减去改正值） K5+100.00：位于下半支 横距x2= ZD Lcz = 5120.00 5100.00 20m 竖距 n 切线高程 HT = H1 + i2（ Lcz - BPD） n = 427.68 - 0.04(5100.00 - 5030.00) n = 424.88m n 设计高程 HS = HT y2 = 424.88 0.10 = 424.78m 作业： 某二级公路一路段有三个变坡点，详细资料如下： 变坡点桩号 设计高程 竖曲线半径 K12+450 172.513 5000 K12 +950 190.013 4000 K13+550 173.513 3000 试计算K12+700K13+300段50m间隔的整桩号的 设计高程值。 1视觉分析的含义 l 从视觉心理出发，对道路的空间线形及其与周 围自然景观和沿线建筑的协调等进行研究分析， 以保持视觉的连续性，使行车具有足够的舒适感 和安全感的综合设计称为视觉分析。 一、视觉分析 第四节 视觉分析及道路平、纵线形组合设计 2视觉与车速的动态规律 (1)驾驶员的注意力集中和心理紧张的程度随着车速的增加而增 加。 (2)驾驶员的注意力集中点随着车速增加而向远方移动。 当车速达到97kmh时，他的注意力集中点在前方600m以外 的某一点; 当车速超过97kmh时，对前景细节的视觉开始模糊起来。 (3)驾驶者的周界感随车速的增加而减少。 当车速达到72km/h时，驾驶者可以看到公路两侧视角30 40的范围; 当车速增加到97km/h时，视角减至20以下; 一、视觉分析 二、道路平、纵线形组合设计 （一）平、纵线形组合的设计原则 （二）平、纵线形组合设计要点 （三）平、纵线形组合与景观的协调配合 一、视觉分析 （一）平、纵组合的设计原则 1在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的 连续性。 2注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡,使线形在 视觉上、心理上保持协调。 3选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安 全。 4应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。 二、道路平、纵线形组合设计 （二）平、纵线形组合设计要点 1、各种直线和曲线组合的立体线形要素 （二）平、纵线形组合设计要点： 1、各种直线和曲线组合的立体线形要素 （1）平面直线与纵面直线组合 直线上一次变坡是很好的平、纵组合； 从美学观点讲，以包括一个凸型竖曲线为好，而包括一个凹型 竖曲线次之。 2、直线与纵断面的组合 （1）平面直线与纵面直线组合 （2）平面直线与纵面竖曲线组合 断背曲线的改善 断背曲线 2、直线与纵断面的组合 （1）平面直线与纵面直线组合 （2）平面直线与竖曲线组合 （3）平面直线与纵断面应避免的组合 暗 凹 n 纵断面上：避免能看到纵坡起伏三次以上。 (3)直线与纵断面应避免的组合 3. 平曲线与纵断面的组合 （1）平曲线与纵面直线组合 组合时要注意平曲线半径与纵坡度协调，要避免急弯与陡坡 相重合。 （2）平曲线与竖曲线的组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 平竖曲线顶点重合，且平包竖； 竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内。 （2）平曲线与竖曲线的组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 （2）平曲线与竖曲线的组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 n 平、竖曲线重合，如果平曲线的中点与竖曲线的顶（底） 点位置错开不超过平曲线长度的四分之一时，仍然可以获得比 较满意的外观。 3. 平曲线与纵断面的组合 （1）平曲线与纵面直线组合要素 （2）平曲线与竖曲线的组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。 若做不到平、竖曲线较好的组合（顶点的重合），则宁 可把平竖曲线分开相当距离（不小于3s行程），使平曲线 位于直坡段或竖曲线位于直线上。 若平、竖曲线半径都很大，则平、竖位置可不受上述限 制。 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 n半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍时； n长度：平曲线应稍长于竖曲线。 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 n半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍时 n长度：平曲线应稍长于竖曲线 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 n半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍时 n长度：平曲线应稍长于竖曲线 n平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成 多而小。 一个长的平曲线内有两个以上竖曲线看上去非常别扭。 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 n半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍时 n长度：平曲线应稍长于竖曲线 n平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成 多而小。 一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭。 平曲线与竖曲线大小应保持均衡 n半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍时 n长度：平曲线应稍长于竖曲线 暗、明弯与凸、凹竖曲线 n暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的。 n注意避免“暗凹”组合。 暗、明弯与凸、凹竖曲线 n暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的。 n注意避免“暗凹”组合。 平、竖曲线应避免的组合 n 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平 曲线的拐点重合。 凸形竖曲线与反向平曲线拐点重合 平、竖曲线应避免的组合 n 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平 曲线的拐点重合。 跳 跃 平、竖曲线应避免的组合 n 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。 n 计算行车速度40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部 或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。 n 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平 曲线的拐点重合。 平、竖曲线应避免的组合 n 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。 n 计算行车速度40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部 或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。 n 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平 曲线的拐点重合。 在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的、半径 小的竖曲线。避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线 。 平、竖曲线应避免的组合 n 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。 n 计算行车速度40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部 或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。 n 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平 曲线的拐点重合。 在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的、半径 小的竖曲线。避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线 。 平、竖曲线半径都很小时不宜重合；此时应将两者分开，把 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 。 （三）平、纵线形组合与景观的协调配合 l 充分利用自然景观,合理设计人造景观。 l 线形与景观的配合应遵循以下原则： 1应在道路规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求， 尤其在规划和选线阶段。 2尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。 3应能提供视野的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体 。 4不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。 5条件允许时，以适当放缓边坡或将其变坡点修整圆滑，以使 边坡接近于自然地面形状，增进路容美观。 6应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化 视作引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门 设计。 第五节 纵断面设计方法及纵断 面图 n一、纵断面设计要点 n二、纵断面设计方法与步骤 n三、纵断面图的绘制 第五节 纵断面设计方法及纵断 面图 （一）关于纵坡极限值的运用 根据汽车动力特性和考虑经济等因素制定的极限值，设 计时不可轻易采用，应留有余地。 一般讲，纵坡缓些为好，但为了路面和边沟排水，最小 纵坡不应低于0.3%0.5%。 （二）关于最短坡长 坡长不宜过短，以不小于计算行车速度9秒的行程为宜 。 对连续起伏的路段，坡度应尽量小，坡长和竖曲线应争 取到极限值的一倍或二倍以上，避免锯齿形的纵断面。 一、纵断面设计要点 （三）各种地形条件下的纵坡设计 平原、微丘区 保证最小填土高度，作包线设计。 山岭、重丘区 按纵向填挖平衡设计。 一般情况下：竖曲线应选用较大半径为宜； 坡差小时：应尽量采用大的竖曲线半径； 条件受限制时：可采用一般最小值； 特殊困难情况下：方可用极限最小值； 有条件时：宜采用表4-20规定的满足视觉要求的最小半径 。 （四）关于竖曲线半径的选用 （五）关于相邻竖曲线的衔接 n同向曲线：相邻两个同向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹 形竖曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复曲线，避 免出现断背曲线。 （五）关于相邻竖曲线的衔接 n同向曲线：相邻两个同向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹 形竖曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复曲线，避 免出现断背曲线。 n反向曲线：相邻反向竖曲线之间，为使增重与减重间和缓过 渡，中间最好插入一段直坡段。 当半径接近极限值时，直坡段至少应为计算行车速度的3s行程。 当半径比较大时，亦可直接连接。 JD5 R= Ls= JD6 R= Ls=JD5 R= Ls= 二、纵断面设计方法与步骤 （一）纵断面设计方法与步骤 1准备工作（1）应收集有关设计资料： 里程桩号和地面高程；平面设计成果；沿线地质资料等。 （2）点绘地面线，填写有关内容。 JD5 R= Ls= JD6 R= Ls=JD5 R= Ls= 2标注高程控制点 路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；最小填土高 度；最大挖深；沿溪线的洪水位；隧道进出口；平面 交叉和立体交叉点；铁路道口；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。 JD5 R= Ls= JD6 R= Ls=JD5 R= Ls= 3试坡： 根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 JD5 R= Ls= JD6 R= Ls=JD5 R= 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0.00 JD5 R= Ls= JD6 R= Ls=JD5 R= 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。 JD5 R= Ls= JD6 R= Ls=JD5 R= 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 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。 1设置回头曲线地段，拉坡时应按回头曲线技术标 准先定出该地段的纵坡，然后从两端接坡，应注意在 回头曲线地段下宜设竖曲线。 2大、中桥上不宜设置竖曲线（特别是凹竖曲线） ，桥头两端竖曲线的起、终点应设在桥头10m以外。 但特殊大桥为保证纵向排水，可在桥上设置凸竖曲线 。 （二）纵坡设计应注意的问题 3小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上，为保证行 车平顺，应尽量避免在小桥涵处出现“陀峰式”纵坡。 n1设置回头曲线地段，拉坡时应按回头曲线技术标准先定出 该地