第4章 纵断面设计.pdf

本章要求 1 掌握纵坡的基本概念 2 了解现行技术标准对纵坡的各项规定 3 掌握平面及纵面线形组合原则 4 掌握纵断面设计 计算方法 5 掌握纵断面图绘制方法 第4章 道路纵断面设计 用一曲面将道路中线竖直剖切 再展开 为竖直平面 即为道路的纵断面 它反映自然地形和设计路线在竖直断面 上的几何形状 位置 尺寸 4 1 概述概述 基本规定基本规定 1 路基设计标高规定路基设计标高规定 1 新建公路 高速和一级公路采用中央分隔带边缘标高 二 三 四级公路采用路基边缘标高 在设置超高和加宽段则 是指在设置超高加宽之前该处标高 2 改建公路 可按 1 办理 亦可采用中央分隔带中线 或行车道中线标高 对于城市道路而言 路基设计标高一般是指车行道中心 2 纵断面图用纵断面图用A3图幅绘制图幅绘制 i H L H i L 4 2 纵坡设计纵坡设计 1 纵坡纵坡 坡度坡度 道路中线两点间的高差与水平距离的比值 以 计 称为纵坡或坡度 i 从路线起点至止点的方向看 路线升高为上坡 降低 为下坡 规定 纵坡上坡为 下坡为 例如 5 3 为上坡 2 8 为下坡 1 最大纵坡 根据汽车行驶理论 考虑自然条件 在保证安全的前提 下充分发挥汽车的机械效率 标准 规定如下表 2 最小纵坡 为保证路堑排水顺畅 一般应考虑设置不小 于0 3 的纵坡 3 平均纵坡 由多个坡段组成的一段路线 其起止点高差与路线总 长的比值 H L i L H 式中i 平均纵坡 L 各坡段长度 m H 各坡段高差 m 2 坡长限制坡长限制 坡段起止点间的水平距离称为坡长 1 最大坡长限制 理由 长距离大坡对行车不利 持续上坡易使发 动机过热影响机械效率 持续下坡刹车频繁危及 安全 2 最小坡长限制 理由 坡长过短 行车频繁颠簸 坡差较大时 易造成视线中断 不易设置竖曲线 3 组合坡长 连续较大纵坡组合在一起时 应限制组合坡长 计算方法 折算法 例 某三级公路 设计速度30公里 小时 先设纵 坡8 长120米 接着可设纵坡7 长多少米 解 8 的坡长限制为300米 已设120米 占限制长度的 2 5 余3 5 则7 坡段可设长度为 500 3 5 300米 L 500 1 120 300 300米 问 上题中若把7 纵坡改为5 可设坡长多少米 解 查表4 4 知5 的限制值为900米 故可设坡长 最多为 900 3 5 540米 作业 习题5 1分 某公路设计速度60公里 小时 先设纵坡 5 长180米 接着设纵坡4 长350米 再接 着设纵坡6 可长多少米 4 缓和坡度 对于大于有坡长最大限制的坡度 如二 三 四级公 路 i 5 的坡度称为陡坡 一般在陡坡之间要设置缓和 坡度 缓坡没有坡长最大限制 缓坡以后 坡长限制又另 计 i 3 的坡度 称为缓坡 连续较大纵坡组合在一 起时 应限制组合坡长 3 合成坡度合成坡度 在平曲线路段在平曲线路段 由路线纵坡和超高横坡合成的由路线纵坡和超高横坡合成的 路面实际流水坡路面实际流水坡 该坡度过大时该坡度过大时 易产生附加阻力易产生附加阻力 上坡时上坡时 或使或使 汽车重心偏移汽车重心偏移 沿合成坡方向滑移沿合成坡方向滑移 故应加以限制故应加以限制 4 纵坡设计一般要求纵坡设计一般要求 1 必须符合现行 标准 规范 的规定 2 纵坡力求均衡 尽量不采用极限值 3 应与地形相适应 重视与平面线形的组合 4 结合自然条件综合考虑 有利于路面和边沟 排水 避免洪水危害 减小低温冰滑安全隐患 5 减少高填深挖 争取填挖平衡 6 考虑农田水利要求 7 考虑非机动车的爬坡能力 4 3 竖曲线设计竖曲线设计 纵断面上相邻两段不同坡度线的交点称为变坡点 变坡点处需设置竖曲线 竖曲线采用二次抛物线 凹型竖曲线凸型竖曲线 变坡点 变坡点 坡度线 设计线 凸型竖曲线 凹型竖曲线 凸曲线凸曲线 凹曲线凹曲线 抛物线一般方程 Y x2 2k ix 竖曲线上任一点斜率 ip dy dx x k i 当x 0时 i i1 x L时 i L k i1 i2 则 k L i2 i1 L y x2 2L i1x 0 x L 抛物线上任一点的曲率半径 有 R 1 dy dx 2 3 2 d2y d2x 又有 dy dx i d2y d2x 1 k 故上式为 R k 1 i2 3 2 由于i介于i1和i2之间 i1和i2均很小 i2可省去 则 R k 故抛物线方程为 y x2 2R i1x 0 x L 所以 L 1 R L R 曲线上某点的曲率圆半径 是在曲线上 取包含该点在内的一段弧 当这段弧极 小时 把它看做是某个 圆 的弧 则此 圆的半径就是曲线在该点的曲率半径 21 ii 外距 LR 2 L T 2 2 T E R 2 2 x y R 切线长 曲线长 1 竖曲线计算竖曲线计算 几何要素 坡度差 竖曲线上任意点纵距 L TT y E x y x i1 i2 代数差 改正值 竖曲线半径 m R x 计算点桩号与竖曲线起点 或竖曲线终点 的桩号差 0 x T 竖曲线上任意点设计高程的计算 1 计算切线高程 1 HHy 2 计算设计高程 H1 计算点切线高程 H0 变坡点高程 i 计算点处的纵坡度 x 计算点至变坡点的平距 当为凹形竖曲线时取 当为凸形竖曲线时取 当切线高于变坡点时取 反之取 10 HHx i 例 某道路一变坡点桩号K1 256 387 高程 1854 236米 前坡i1 5 4 后坡i2 3 5 设置的 竖曲线半径R 5000米 求K1 240 K1 260处的 设计标高 解1 计算切线高程 5000 0 0350 054 22 500 22 R T 切线长 竖曲线起点桩号 K1 256 387 22 5 K1 233 887 竖曲线止点桩号K1 256 387 22 5 K1 278 887 待求桩号至竖曲线起止点的桩号差 K1 240 x K1 240 K1 233 887 6 113 K1 260 x K1 278 887 K1 260 18 887 待求桩号处的切线高程 K1 240 H1 1854 236 22 5 6 113 0 054 1853 351 K1 260 H1 1854 236 22 5 18 887 0 035 1854 362 2 计算设计高程 待求桩号处纵距 改正值 22 6 113 0 004 225000 x y R 22 18 887 0 036 225000 x y R K1 240 K1 260 待求桩号处的设计高程 K1 240 H 1853 351 0 004 1853 347 米 K1 260 H 1854 362 0 036 1854 326 米 在实际工作中 上述计算过程用表格形式来完成 表头如下 桩号坡度 坡长竖曲线要素未设竖曲线的设计高改正值改正后的设计高 桩 号 依 次 向 下 排 列 坡 度 坡 长 变 坡 点 桩 号 高 程 R T E 对 应 各 桩 号 切 线 高 程 竖 曲 线 范 围 内 桩 号 的 纵 距 对 应 各 桩 号 的 设 计 高 习题6 2分 某二级公路部分纵坡设计为 i1 5 i2 3 变坡点桩号K3 565 高程1658 452 设 竖曲线R 1500米 求下列桩号的设计高程 5 0 320 3 0 285 620 620 600 600 E E 565 565 580 580 T T 1658 4521658 452 560 560 R 1500R 1500 540 540 520 520 K3 500K3 500 改正后的设计高改正后的设计高 改正改正 值值 未设竖曲线的设计高未设竖曲线的设计高竖曲线要素竖曲线要素坡度坡度 坡长坡长桩号桩号 2 竖曲线设计标准竖曲线设计标准 1 竖曲线最小半径 这是对竖曲线半径作出的限制 限制理由 1 汽车在竖曲线部分行驶时受离心力作用 2 驾驶员视线受到限制 限制方法 分别对凸型和凹型竖曲线规定最小 值 设计时不得违反 通常采用不小于一般最小值的竖曲线半径 仅在地形等条件十分受限而不得已时才被迫采用 极限最小值 2 竖曲线最小长度 限制理由 1 竖曲线过短易产生急促变坡感觉 2 竖曲线过短易对行车造成冲击 限制方法 规定最小长度 设计时不得违反 规定值列于下表 3 竖曲线设计竖曲线设计 1 竖曲线设计的一般要求 1 宜选用较大半径 2 同向曲线间应避免直线段过短而形成 断臂 曲线 3 需满足排水要求 4 相邻竖曲线不得重叠 2 半径的选择 1 符合 规范 要求 2 考虑土石方工程量 3 考虑平纵线形组合 4 考虑相邻竖曲线的连 接 4 5 道路平道路平 纵面线形组合设计纵面线形组合设计 1 组合设计的原则组合设计的原则 1 自然地诱导驾驶员视线 保持视觉 连续性 2 平 纵线形技术指标大小均衡 保 持视觉和心理协调 3 合成坡度组合得当 有利于行车和 排水 4 注重与道路周围景观的配合 2 线形组合设计要点线形组合设计要点 1 平曲线与竖曲线的组合 平包竖平包竖 原则原则 2 直线与纵断面的组合直线与纵断面的组合 平面直线段不宜设置多次变坡 避免出现 驼峰 凹陷 跳跃等使视觉中断的线形 3 平平 纵线形组合与景观的协调配合纵线形组合与景观的协调配合 应使路线融入自然 不要硬性隔断景观 减少高填深挖 重视环境保护 综合绿 化 讲究结构物的造型和色彩 4 6 道路纵断面设计方法与纵断面设计图道路纵断面设计方法与纵断面设计图 1 纵断面设计步骤纵断面设计步骤 1 绘制纵 横断面图 在A3图幅的坐标纸上绘制中线地面高程点 并连线 形成纵断面地面线 绘制平面线形示 意图 以利进行平纵组合 写出桩号及对应的 地面原始高程 在A3图幅的坐标纸上绘制各桩号横断面地 面线 形成横断面图 高程 米 地质情况 坡度 坡长 填挖 地面高程 设计高程 里程桩号 平 曲 线 云南省公路设计院三角田 猛龙二级公路路线纵断面设计图设计复核审核图号SIII 2 1 JD1 R 200 JD2 R 150 K0 000 1632745 546 60 550 548 546 544 542 540 灰岩及亚粘土叶岩及亚砂土 545 55 552 554 K0 000 K0 700 第 1 页 共 56 页 2 标注控制点 1 高程控制点 指路线必须通过此高程点 根据调查资料 确定该控制点的桩号和高程 将其标注在纵断 面图上 2 经济点 指路线通过此点将使造价最低 逐一分析 每个桩号的横断面图 找到经济点 将其标注 在纵断面图上 找经济点的方法 用透明模板对齐横断面 中线 沿横断面上下移动 找到填挖面积大致 相等处 此时模板横线距横断面中桩地面线的 距离即是经济点位置 路基横断面透明模板 3 试坡 用直线 坡度线 通过高程控制点 穿 过一系列经济点重心位置 反复进行此步骤 对各种可能的坡度线 方案作比较 以确定最佳坡度线 这些坡度 线延长相交得到变坡点位置 变坡点的位置应满足平包竖原则 高程 米 地质情况 坡度 坡长 填挖 地面高程 设计高程 里程桩号 平 曲 线 云南省公路设计院三角田 猛龙二级公路路线纵断面设计图设计复核审核图号SIII 2 1 JD1 R 200 JD2 R 150 K0 000 1632745 546 60 546 600 3 5 210 2 0 210 1 5 280 550 548 546 544 542 540 灰岩及亚粘土叶岩及亚砂土 553 95 549 75 545 55 210 420 552 554 K0 000 K0 700 第 1 页 共 56 页 553 95 210 549 75 420 R 2000 T 55 0 E 0 756 R 20000 T 50 0 E 0 063 4 调坡 根据技术规范和选线意图对初定纵坡进行细 微调整 注意平纵组合 5 核对 对高程控制点处的横断面进行核对 是否达 到控制要求 6 定坡 上述工作完成 认为合理后 即可确定变坡 点桩号 高程 坡度值 坡长值 坡度值宜尽量取整 必要时最多取两位小数 坡长值应取整为5米的倍数 7 设计竖曲线 确定竖曲线半径 计算竖曲线要素 注意 平纵组合 8 高程计算 计算各桩号设计标高及填挖值并填入纵断 面图 填挖值 设计高 地面高 填挖值 为填方 为挖方 2 纵断面设计图纵断面设计图 1 公路纵断面设计图 常用比例 横向1 2000 竖向1 200 纵断面设计图由上下两部分组成 上部上部为图形部分 包括 1 高程 地面线 设计线 竖曲线及其要素 2 桥涵及重要构筑物 3 隧道 4 与其它道路交叉时的桩号及路名 5 水准点编号 桩号 位置 高程 6 断链位置及长短链关系 7 跨河大中桥的现有水位及设计水位 下部下部为数据栏部分 从上至下依次为 1 土壤地质情况 2 坡度 坡长 3 填挖值 4 设计高程 5 地面高程 6 里程桩号 7 直线及平曲线 2 城市道路纵断面图 参见108页 习题7 6分 根据资料 自行设计纵断面 完 成纵断面图和路基设计表 4 4 高等级道路上的爬坡车道高等级道路上的爬坡车道 1 设置爬坡车道的条件设置爬坡车道的条件 1 公路 2 城市道路 设计速度80KM h而行驶速度降至50KM h时 设计速度60KM h而行驶速度降至40KM h时 2 爬坡车道的设计爬坡车道的设计 1 横断面组成 爬坡车道 设置于上 坡方向主 行车道右侧 2 横坡度 3 平面布置与长度 4 5 4 5 道路线形质量的评价道路线形质量的评价 安全性 舒适性 迅捷 性 经济性 使用者的观点 景观 公害 灾害与地 域社会的联系 环境的观点 建设技术 建设费用 用地的取得 维修管 理 对企业是否有利 对国民经济是否合算 建设者的观点 或项目主要立场 线形评价的要素与观点线形评价的要素与观点 根据透视图的分析研究得出如下的结论 平 竖曲线顶点重合 为理想及满意情况 平竖曲线 顶点错开1 4 为较满意情况 平竖曲线顶点错 开1 2 为很差情况 为了得到圆滑舒顺的视图 司机能在路上任 一点所看到的空间线形 以平曲线两个 竖曲线 三个为限 从行车事故分析得知 纵坡与平面线形要素组合 时 事故率按直线 圆曲线 缓和曲线顺序而上 在平 竖曲线长度的均衡上 一般要求平曲线长 度比竖曲线长些 即平曲线包住竖曲线 为判别平 纵线形组合的优劣 可利用曲率图及 坡度图 其判定点就是比较曲率图上的零点和坡度图 上的零点 1 1 路线概略透视图路线概略透视图 这种透视图只绘出道路中心线和路基路面的边 线 一般有五根线 这种透视图绘制简单迅速 目 前一般CAD系统均应具备此功能 主要是在进行平 纵 横设计时实时检查使用 虽然简单但可以有效 解决平纵组合方面的问题 所以线位透视图也成为 高等级公路初步设计中的重要的文件之一 不良的道路透视图示例不良的道路透视图示例1 1 直线段竖曲线半径偏小的情况直线段竖曲线半径偏小的情况 不良的道路透视图示例不良的道路透视