道路勘测设计6.ppt

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P R 加速P R 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i576869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 200Mi平均近5 5 为宜 任何相连5KM 5 5 困难地段任何相连3KM 6 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5 i 66 i 77 i 88 i 9坡长限制800m500m300m200m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20012015010012080 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 R152025304050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 200M6 8 交三级重丘 困难地带200M7 5 R 30R 20R 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 i 2 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 24 曲线长 L R i 2T5 外距 E T2 2R6 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 41ME 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 车速1201008060403020平R10007004002001005050竖R150001000050002500200015001000 2 避免将小半径平曲线起 终 点 放在竖曲线顶部或底部 不宜竖曲线顶部设在反向曲线拐点处 3 平 竖曲线大小应保持均衡 1 10 20 一个长平曲线包含二个竖曲线 或一个长竖曲线包含二个平曲线都不是理想的组合 视觉上别扭 平 竖曲线重合时半径之比为1 10 20 4 若组合无法得当 且二者半径都小于界限值 则将平 竖曲线拉开距离 竖曲线设在直线段上 平曲线设在直坡上 5 暗弯 凸曲线明弯 凹曲线合理