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道路勘测设计,苏 彬 彬,福建林业职业技术学院,第三章 纵断面设计,第三章 纵断面设计 第一节 概述 一、线路纵断面 名词解释： 1、线路纵断面：公路中线在竖向切面的投影。 反映（上坡、下坡、平坡、竖曲线） 2、纵断面图：体现线路的起伏，纵坡的大小、填高挖深。 3、地面线：通过路中线的原地面标高的连线。 4、设计线：路肩边缘标高的连线。 5、地面标高：地面线上各点标高。 6、设计标高：设计线上各点标高。 7、施工高度：设计高-地面高 8、填高挖深：设计高地面高填（路堤） 设计高地面高挖（路堑） 9、坡度/坡长 10、竖曲线：变坡点用圆曲线插入连接。,二、对纵断面设计的基本要求 1、符合规程的规定，满足生产的要求。 2、平顺性：起伏变化不宜过大、太频繁、变坡不宜太多。 纵坡均衡：避免采用极限坡度值，缓和坡配合地形设置，不宜长陡坡夹短缓坡。 三面协调：平、纵、横 长陡坡尽头不设小半径曲线。 陡坡不与急弯重叠。 平竖曲线不重叠（平包竖可以）。 3、地形、地质、水文、气候综合考虑。 如：满足设计洪水位常水位以上0.5m，满足最小填土高度的要求。 4、力求填挖平衡，减小工程量，降低造价。 5、照顾当地运输的要求。如人力车、休息坡的设置。,第二节、汽车的牵引力和行驶阻力,一、汽车的牵引力 内燃机燃烧内能 机械能 有效功率 曲轴产生扭矩m 传动机构（离合器 变速箱 传动轴 驱动桥） 驱动轮产生驱动扭矩mk 车轮与路面接触点产生周缘力pk 使路面产生一个大小相等方向相反的推力p,二、汽车的行驶阻力,1、滚动阻力pf：与汽车重量、滚动阻力系数（路面的平整度、刚度、胎压、车速）有关。 2、空气阻力pw：与空气阻力系数（空气密度、车辆形状、表面光滑度）、汽车正面投影面积、汽车行驶速度有关。 3、坡度阻力pi：与坡度大小、汽车重量有关。 4、慣性阻力pj：与汽车旋转部分的影响系数（车型、变速箱速比）、汽车重量、加速度有关。 总阻力：r= pf +pw +pi + pj,三、汽车的牵引平衡和动力特性（自学） 要点：平衡方程式、动力因素、动力特性图及其作用。 p15 图2.2.1汽车的动力特性图,四、汽车在公路上的行驶条件 （一）、牵引力足以克服全部的行车阻力第一个必要条件 pr加速 pr减速 p=r等速 （二）、牵引力小于等于车辆与路面的附着力第二个条件 根据二个必要条件，要求路面：1、平整（降低滚动阻力系数） 2、粗糙（增加附着系数） 注意：粗糙与光滑对立，但是不等同与不平整和坑洼。 问题：1、汽车在公路上行驶的条件。 2、何为动力因素，何为动力特性图，动力特性图有何用。 3、行驶阻力由哪几部分组成，各部分由何决定。 4、何为地面线、地面标高、设计线、设计标高。,第三节 纵坡设计的一般规定,一、最大纵坡 1、依据：（1）车型：不同车有不同动力性能，制动性能，爬坡能力，制动效能。因此对最大i要求不同。 （2）设计车速：由动力特性图知，v越大，d越小，i越小，爬坡能力越小。因此制定最大i要保证一定的v。 （3）自然条件：地形，海拔，气候影响汽车的行驶条件和爬坡能力。 2、最大i制定时应考虑以下三个因素 （1）汽车上下坡安全行驶。上坡应考虑汽车性能，纵坡大于8%，刹车急增，不安全，因此控制在8%。 （2）拖挂车的要求。据调查，拖挂车爬大于8%的坡需用一档7-8%用二档，因此控制在8%以内。 （3）人力车，积雪地带，汽车上下坡行驶要求。 3、规定： 二 三 四 平 重 平 重 平 重 最大i 5 7 6 8 6 9 另：特殊困难地带可增加1%，海拔2000m以上时不可增加。,二、最小纵坡 1、理由：挖方地段为保证排水而避免用水平坡，使边沟适当配合。 2、规定：纵坡不宜小于0.3%,三、平均纵坡：二控制点间的纵坡平均值。,1、理由：公路纵坡的设置，即使符合最大纵坡的规定也不能保证使用质量，不少地段虽单一陡坡并不长，但是由于平均纵坡较大，上坡用低档时间长，水箱易沸腾，下坡频繁制动，易出事。 2、规定：高差200m i平均近5.5%为宜；任何相连5km5.5%；困难地段任何相连3km6%。,四、坡长限制（最大坡长）,“缓坡宜长，陡坡宜短”、“三里坡，一里平”是对较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制。 1、理由：根据汽车的性能，过长陡坡对行车不利，上坡难，下坡更难，刹车多，易出事，对非机动车辆也不利。 2、规定：当纵坡5%时 纵坡 5i6 6i7 7i8 8i9 坡长限制 800m 500m 300m 200m 另：由几个连续大坡组合时，应按平均坡度验算最大坡长。 例：若6.5%用200m,接7.5%可用多少米?,五、最短坡长,1、理由：坡长太短，起伏大，易震荡，不舒适，来不及换档。 2、规定： 二 三 四 最小坡长 平 重 平 重 平 重 200 120 150 100 120 80,六、缓和坡段（休息坡）,1、理由：为换档方便 便于在此长度内加速和减速 便于停车检修 2、规定：当纵坡在5%时，接缓和坡断，其i不大于3%，一般不小于100m，困难地不小于80m。,七、纵坡折减（半径小于50m的曲线上的纵坡）,1、理由：设超高后，增加了附加坡度。 增加了弯道的阻力，车转弯时将消耗牵引力， 使爬坡能力受影响。 海拔大于3000m时，空气稀薄，汽车牵引力下降，影响爬坡能力。 2、规定： r 15 20 25 30 40 50 纵坡折减 4% 3% 2.5% 2% 1.5% 1% 折减后若小于4%,仍用4%.,八、爬坡车道：只在高速公路和一级公路有，为解决通过能力而设置，在其它公路一般不设置。 公路工程技术标准规定，高速公路和一级公路，当纵坡大于4%时，可设置爬坡车道其宽度一般为3.5m。 问题:1、最大纵坡制定时应考虑哪几个因素。 2、何为平均纵坡，有何规定。 3、为什么要纵坡折减。,第四节 纵坡设计的原则和方法,一、纵断面设计的原则 （一）满足规程的各项规定：最大纵坡；最小纵坡；平均纵坡；最大最小坡长；缓和坡段；纵坡折减。 （二）路基最小填土高度 1、洪水位以上0.5m。 2、潮湿地带，地下水位较高，最小填土0.5m。 3、（暗涵）最小填土高度0.5m （三）大中桥尽量设计为平坡（当必须用纵坡时不宜超过4%，位于村镇附近不超过3%）。 （四）平面交叉 1、公路与公路：尽量在水平段相交，紧接水平段的纵坡一般3%，困难地段5%。 2、铁路与公路：交叉两端应设有13m的水平段的纵坡上。 （五）在纵向移挖作填时，争取填挖平衡，减少借方和弃方。 1、当山坡坦于1：2.5时,半挖半填。 2、当山坡陡于1：1.5时，全挖。 3、当地质不良（滑坡），全填。,二、纵坡设计（拉坡）方法,注意三点： 1、拉坡由选线人员担任，因其更明了地形情况，可根据选线时预先布置的纵坡来拉。 2、陡坡地段要核对横断面，要把控制断面可能填或最少需要挖的尺寸标在纵断图上。 3、地质、桥涵人员提供设计资料和意见 。,（一）标出高程控制点（直接影响纵坡设计标高的点）,据选线记录和野外调查资料，在纵断图上标出沿线各控制点的位置及所需要的标高。 1、控制性控制点公路起终点；垭口；桥梁；地质不良地段最小填土标高；灌溉涵洞；沿河线的洪水位；路线交叉点作为控制坡度的依据。 2、经济性控制点横断面上各断面的经济中心填挖值，作为拉坡参考。 o填挖平衡点（经济点） x控制点 只能上 只能下 挡土墙 点位保留，以便查考，整图上墨时去掉。,（二）试定纵坡,1、据定线意图（如大坡抢占有利地形，平直段可陡，弯曲段应缓） 技术指标 行车要求（线型平顺，纵坡均衡，三面协调） 控制点的要求（技术点，经济点） 地面线的情况（纵向填挖平衡，减少工程量） 2、以控制点为控制，又要满足大多数的经济点的要求。若二者的矛盾较大，进一步研究控制点能否有所改动的余地，并估计到改动后引起的结果，最后再定坡。 3、不能仅从一头向前定坡，要前后照顾，交出变坡点。先画能符合几个控制点的某一段线，再画能符合其它控制点的某一段线，二段线相交得出变坡点。（尽量落在10m的桩上）,（三）调整纵坡,比较：所定坡度与野外定线坡度比较，二者基本相符。 检查：检查纵坡度；坡长；纵坡折减及与平曲线配合是否适宜。 注意：坡长不能太碎，变坡点在10m桩上。 1、调整的方法： 抬高坡线 降低坡线 延长坡线 缩短坡线 6% 加大坡度 5% 7.5% 减少坡度 6.5%,2、调整原则：调整时应以少脱离控制点，少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定的纵坡相符合。,例： 200m 68% 交三级重丘，困难地带 200m 75% r=30 r=20 r=40,（四）根据横断面重点核对,1、从纵断面图上直接读出填挖高度 检查：重要控制点；填挖较大处；挡土墙 2、检查结果，若：填挖过多（图3）；坡角交不上地面线（图4）；挡土墙工程过大（图5）；避免超高加宽后出现挡土墙（图6） 则：再调整 （五）确定纵坡 用三角板推出纵坡度（取小数点后一位），计算出变坡点标高。,三、注意事项：,1、回头曲线地段先确定此段坡度，然后向二端分定。大中桥 （平坡） 2、桥头设竖曲线时（图7）： 3、避免驾驶只能看到近处或远处，而看不到凹出。（图8） 4、避免竖曲线顶点设在平曲线起点处，易出事。（图9） 5、避免竖曲线顶点设在急弯上。 凸形：视力线得不到引导，看不到平曲线的变化，尤其夜间灯射空，造成急弯方向盘。 凹形：a；汽车在加速时，急转弯。 b：错觉（把上坡看成过大）（图10） c：车身觉察不出下坡，而认为是上坡，过分加速。 6、避免将竖曲线顶部设在反向曲线转向处。（图11） 因：视线得不到引导，到竖曲线顶部才开始转弯。 问题：1、纵坡拉坡设计的步骤。 2、高程控制点。 3、拉坡设计应注意的事项。,桥二端点到竖曲线的起终点的距离大于10m。 曲线 大于10m 桥 大于10m 曲线,（高速时开始转弯）,顶点,平曲线,竖曲线,起点,反向转弯处,顶点,竖曲线,平曲线,第五节 竖曲线,在纵坡变坡点处，考虑视距要求和行车的平稳，设置竖曲线予以缓和。 一、竖曲线的基本要素 i1 i i2 i 1、变坡角：i= i1- i2 i1，i2带符号，上坡时为“+”，小坡为“-” i为“+”时凸形曲线 i为“-”时凹形曲线 当 i2%时应设竖曲线 2、半径r 尽量采用大半径 采用50m的倍数 r最小=500m,3、切线长：t=t1=t2=l/2=r*i/2 4、曲线长：l= r*i=2t 5、外距： e=t2 /2r 6、距起点x处的标高 y=x2 /2r 设计时 凸形：设计高=切线高-y 凹形：设计高=切线高+y,二、计算实例 例1、已知i1=+0.075, i2=-0.09,变坡点桩号0+280，高程215，r=500m,求曲线内0+240，0+260，0+280，0+300，0+320的设计标高。 解：i= i1- i2=+0.165 为凸竖曲线 t=r*i/2=500*0.165/2=41m e=t2/2r=412/2*500=1.68 起点桩号：k0+028-41=k0+239;终点桩号：k0+028+41=k0+321 公式：设计高=切线高-y,竖曲线最小半径及最小长度,作业： 1、已知i1=+0.06, i2=-0.045，变坡点的桩号2+600，高程185，r=700求曲线内每隔10m的设计高。 2、已知i1=-0.09, i2=-0.015，变坡点的桩号5+450，高程503.84，r=1500,求曲线内每隔20m的设计高。 3、已知i1=-0.09, i2=0.03，变坡点的桩号0+360，高程207.80，r=500 求曲线内每隔10m的设计高。,第六节 纵断面线形及其与平面线形的组合,纵断面线形设计要素：是从汽车动力学出发的最低要素，只宜在工程受限情况下采用。条件允许时应选用比前几节讲的最小值大得多的指标。 在技术经济适宜的情况下，还应顾及驾驶员视觉和心理上的要求（保证行车有足够的安全感；舒适感和视觉美感。 一、纵断面线形组合 1、纵断面线形应适应地形并使其平顺，避免起伏坡。 2、纵坡起伏不宜过大或过于频繁，尽力避免采用极限纵坡。 缓坡宜长，陡坡宜短 对坡度、坡长、缓和坡段的规定 越岭线将最陡的坡放在山脚，近垭口处纵坡放缓（保视距） 连续升、降坡时要避免反坡。 3、避免只能看到近处和远处，而看不到中凹处 引起视觉中断和不安。 4、避免断背竖曲线（直线太短）,宁可改为一个单曲线或复曲线 视线不顺畅，直线好像浮在上面,二、纵断面线形与平面线形的组合,基本原则： 1、视觉要自然诱导驾驶员的视线，保证视觉连续性。 2、平纵指标应大小均衡，使线形在视觉、心理上保持协调。 3、选择组合得当的合成坡度，以利排水和安全。 最大合成坡度不宜大于8% 最小合成坡度不宜小于0.5%,（一）竖曲线与平曲线的组合,(1)平、竖曲线大半径时，使平、竖曲线重合，并平大于竖。 优点：有利于视线诱导；有利于行车的安全；线性舒美。 平曲线比凸形竖曲线长度（一端）大20-100m。 当平、竖r较小时，不得重叠组合。 车