道路纵断面PPT课件.ppt

第4章道路纵断面 1 沿着道路中心线竖直剖切开然后展开即为道路路线纵断面 主要反映路线的起伏 纵坡以及与原地面的填挖情况 纵断面设计就是要根据汽车的动力特性 道路等级和自然地形 研究道路起伏的坡度和长度 以便达到安全迅速 经济合理以及舒适的目的 2 3 纵断面图上表示原地面高程起伏变化的标高线 称为地面线 地面线上各点的高程 称为原地面标高 沿道路中心线所作的立面设计线 称为纵断面设计线 工程设计时中心线各点要求达到的高程称为设计高程 标高 设计线与地面线各对应桩号点的高程差称为填挖高度 凡设计线高于地面线的各桩点应填土 反之应挖土 4 通过道路中线的竖向剖面 称为纵断面 它反映路线竖向的走向 高程 纵坡大小 即道路的起伏情况 道路的纵断面线形是根据通路等级 性质 行车技术要求 排水 结合地形 地物 沿线构筑物或临街建筑物 布置的需要所确定的直线和曲线的组合 道路纵断面设计在于确定道路的纵坡 变坡点位置 竖曲线和高程设汁 并以平顺线形衔接 保证排水通畅 路基稳定 土石方填挖基本平衡 从而达到适应各级道路的交通要求 并体现工程的经济可行和技术合理 5 道路纵断面规划设计 6 第一节纵坡和坡长 一 最大纵坡 7 8 1 最大纵坡 最大爬坡能力 满载 9 D可以查动力特性图 是V的函数 或者按照公式计算 10 2 海拔对纵坡的影响 海拔大于3000米按照表格折减 不小于4 3 4 的最大纵坡适合于高速公路和一级公路以较高行车速度行驶当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可增加1 8 9 的最大纵坡适合于设计速度为30km h的三级公路以及设计速度为20km h的四级公路上低速行驶 5 6 7 的最大纵坡适合于80km h60km h40km h的设计速度 11 最大纵坡的总结 A 城市道路为公路按设计车速的最大纵坡 1 B 大 中桥 4 C 非机动车 2 5 2 5 时有坡长限制 表4 12 D 隧道 3 E 海拔 公路 2000m以上 i 8 3000m以上 比正常值减1 3 F 高寒冰冻 公路 i 8 城市道路 i 6 12 3 理想最大纵坡和不限坡长的最大纵坡 V2称容许速度 i2称为不限坡长纵坡 V1低速路为设计车速 高速路为载重车的最高速度 这是理想状态 i1称为理想最大纵坡 实际上情况并非如此 V1降低 i1可以增加 13 14 二 最小纵坡 15 三 纵坡坡长限制与坡段最小长度 16 坡长限制 大于i1为陡坡 汽车减速行驶 初速为V1 终速不低于V2 大于i2的纵坡要限制其长度 最小坡长的限制 行车平顺 避免台阶式起伏 方便司机换档 设置竖曲线要求 美观 17 最大坡长限制当汽车在坡道上行驶 车速下降到最低容许速度时所行驶的距离称为最大坡长限制 上坡时 汽车的动力性能 下坡的行车安全 大于5 有坡长限制 大于限制坡长应设 3 的缓坡 其长度应大于最小坡长 表4 2 2 18 P74 19 20 21 缓和坡段 大于限制坡长应设 3 的缓和坡段 其长度应大于最小坡长 平均纵坡 某段路线高差与水平距离之比 i平 H L 1 作用 衡量纵断面线型质量 可供放坡定线参考 2 规定 越岭线高差200 500m时 i平 5 5 为宜 越岭线高差 500m时 i平 5 0 为宜 任何连续3km内 i平 5 5 要考虑公路等级影响 22 四 合成坡度 路线在平曲线上的最大坡度纵坡与超高横坡组合后形成的最大坡度 其方向即流水方向 汽车行驶在道路弯道上 除受坡度阻力外 还受曲线阻力 如果纵坡大而曲线半径小时 由于离心力作用会给汽车行驶造成危险 为防止汽车沿合成坡度方向滑移 应将超高横坡与纵坡的合成坡度控制在一定的范围之内 目的就在于尽可能的避免急弯和陡坡的不利组合 防止因合成坡度过大而引起的横向滑移和行车危险 保证车辆在弯道安全而顺适的行驶 在陡坡与小半经平曲线相重叠时 在条件许可的情况下 以采用较小的合成坡度为宜 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以及非汽车交通比率高的路段 合成坡度必须小于8 表1 4 29和表1 4 30 23 在路线的平面和纵坡设计基本完成以后 检查合成坡度 如果超过最大容许合成坡度时 可减少纵坡或者加大平曲线半径以减小横坡 或者两方面同时减小 无论纵坡还是横坡采用最大值 允许另一方采用不大于2 的缓坡 同时最小合成坡度不宜小于0 5 在超高过渡的变化处 合成坡度不应设计为0 当合成坡度小于0 5 时 则应采取综合排水措施 保证路面排水通畅 用合成坡度临界图或者公式验算最大允许合成坡度 24 25 第二节竖曲线 26 一 凸形竖曲线 二 凹形竖曲线 27 三 竖曲线要素及其计算 28 四 竖曲线要素计算 29 30 1 竖曲线的要素计算 1 二次抛物线的基本公式 几个参数 前坡 后坡 坡差 2 竖曲线要素计算 31 设计高程计算 对于凸曲线 设计标高 未设竖曲线时的标高 y对于凹曲线 设计标高 未设竖曲线时的标高 y X X h 竖曲线可以采用二次抛物线或圆曲线 几乎没有差别 但在设计和计算上二次抛物线比圆曲线方便 但仍以竖曲线半径来表示 32 2 竖曲线的限制因素 竖曲线的设计受众多因素的限制 其中有三个限制因素决定着竖曲线的最小半径或最小长度 1 缓和冲击汽车行驶在竖曲线上时 产生径向离心力 这个力在凹形竖曲线上是增重 在凸形竖曲线上是减重 这种增重与减重达到某种程度时 旅客就会有不舒适的感觉 同时对汽车的悬挂系统也有不利影响 所以确定竖曲线半径时 对离心加速度要加以控制 33 凹形竖曲线上是增重 在凸形竖曲线上是减重 都适用此公式 34 2 时间行程不过短汽车从直坡道行驶到竖曲线上 尽管竖曲线半径较大 如其长度过短 汽车倏忽而过旅客会感到不舒适 因此 应限制汽车在竖曲线上的行程时间不过短 最短应满足3s行程 3 满足视距的要求汽车行驶在凸形竖曲线上 如果半径太小 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或最小长度应加以限制 当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道路 在夜间行车时 若竖曲线半径过小 前灯照射距离近 影响行车速度和安全 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 35 3 凸曲线最小半径 凸曲线最小长度应以满足视距为主 1 L St 竖曲线长度 视距 2 L St 竖曲线长度 视距 按视距 按冲击 作为控制 36 4 凹曲线最小半径 前灯 凹曲线最小长度应以满足两种视距要求 前灯和跨线桥的要求 1 L St 竖曲线长度 视距 2 L St 竖曲线长度 视距 作为控制 37 5 凹曲线最小半径 跨线桥 1 L St 竖曲线长度 视距 2 L St 竖曲线长度 视距 作为控制 38 竖曲线最小半径分为一般值和极限值 极限值是汽车在纵坡变更处行驶时为了缓和冲击和保证视距所需的最小半径的计算值 该值在受地形等特殊情况约束时方可采用竖曲线半径一般值是竖曲线最小半径极限值的1 5 2 0倍 39 6 最小竖曲线长度 最短应满足3s行程 40 41 五 例题 第二节竖曲线 42 五 例题 第二节竖曲线 43 五 例题 第二节竖曲线 44 五 例题 第二节竖曲线 45 五 例题 第二节竖曲线 46 第三节道路排水 47 一 公路排水系统 1 降水 2 路面排水 3 边沟 4 坡面排水 5 排水沟 6 坡脚排水沟 7 地下水位 8 地下排水渗沟 9 涌水 10 排水基层 11 挡土墙墙背排水 12 溪流 13 横断面排水 48 一 公路排水的类型1 路界表面排水 排除公路用地范围内的地表水 包括由落在路界范围内的降水形成的地表径流 可能进入路界的公路毗邻地带的地表水 以及由相交道路流入路界内的表面排水等 2 横向穿越路界排水 公路跨越溪沟 河流 渠道 洼地时 将公路上游侧的地表水流穿过路基引排到公路下游侧 3 地下排水 拦截 排除 降低 疏干可能危及路基稳定或影响路基路面结构强度和抗变形能力的含水层地下水 4 路面结构内部排水 排除通过裂缝 接缝 面层空隙下渗到路面结构 面层 基层和垫层 内部 或者由路基或路肩渗入并滞留在路面结构内部的自由水 5 公路构造物排水 排除公路构造物 桥梁 隧道 支挡结构物等 的表面径流 或者渗入其内部的自由水 49 二 公路排水系统1 挖方边沟2填方排水沟3 急流槽4 涵洞 50 二 城市道路排水系统 一 城市道路排水 51 二 城市道路排水系统 街沟 雨水口 集水井 支管 检查井 干管 52 53 54 三 锯齿形街沟设计 一 设置条件中线纵坡 3 时 二 设置方法保持侧石顶与路中心线纵坡不变 平行 交替改变侧石高度 形成雨水口和排水点 纵坡增加到0 3 目的就是布置分水点和雨水口 三 计算方法 分段a交叉口雨水口之间 b为纵坡变坡点 用i1 i2 i 3 估算l 合理选用i1和i2尽可能使l2 l x相同 定出i1 i2后计算x l x 55 56 一 平面直线和纵断面直线的组合有利于超车和城市道路管线的敷设力求避免两种直线均长二 平面直线和竖曲线的组合直线与凹曲线组合 视觉效果较好 但是凹曲线的长度不宜过短长直线末端要避免插入凹曲线直线与凸曲线组合 往往造成视觉条件差 当凸形竖帅线设在 s 形反向弯道的拐点附近或夹直线很短的直线段上时 被遮挡的平面线形与可见部分相反 应尽量避免 第四节纵断面线形和平面线形的协调 57 58 59 三 平曲线与直线段的组合在等级低的公路较为常见 一个直坡段经过几个平曲线 设比中要避免暗弯 该处视距较差 改善的办法是加大平曲线半径 或者减小暗弯边坡高度 如能改暗弯为明弯 则不致产生上述影响 四 平曲线和竖曲线的组合 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 五 用透视图来检查线形设计及组合情况 透视图法是根据道路的平面线形 纵断面线形及道路的横断面设计资料 绘制出驾驶人员在不同桩号处注视前方道路时映入眼帘的透视图 以此来判断路线平纵线形是否协调 道路与景观的配合是否适当 曲线之间的连接是否平顺 道路的走向是否清楚 通视条件是否良好等 如果检查中发现线形有缺点时 应对设计作某些修改 使施工后的道路空间线形达到较为完美的程度 透视图有一般有路线概略透视图 包含适当地形及地物的全景透视图和经过渲染处理的真实感的透视图 这些透视图的作用各不相同 绘制的难易程度也不相同 随着计算机技术的发展 原本是很困难的工作也可以很轻松地完成 70 1 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 71 72 2 全景透视图如果将道路两侧的地形绘制出来 就形成了全景透视图 不仅能反映道路线形的优劣 而且可以检查与周围景观的配合情况 随着数字地形模型的应用 道路全景透视图的绘制已经比较方便了 图为一公路的全景透视图 73 3 真实感的透视图这种透视图的制作难度较大 需要先建立模型 再进行渲染而成 主要应用于方案评价和汇报 图为一公路的具有真实感的透视图 74 75 第五节道路纵断面线形设计 76 一 纵断面设计的一般要求 1 满足设计标准2 尽量避免使用极限值3 纵断面和地形协调4 填挖平衡5 满足最小填土高度和排水要求6 桥头和交叉口处应该平缓7 考虑通道和农田的要求 77 二 纵断面设计方法及表达 1 纵断面设计的一般要求 纵断面的设计要求为 保证行车的平顺 安全及汽车运输的经济 使道路建筑费最低 路基和构造物具有足够的稳定性 纵断面设计的具体要求包括 1 应满足纵坡及竖曲线的各项规定 最大纵坡 坡长限制 坡段最小长度 竖曲线最小半径及竖曲线最小长度等 2 纵坡应均匀平顺 纵坡尽量平缓 起伏不宜过大和频繁 变坡点处尽量设置大半径竖曲线 尽量避免极限纵坡值 缓和段配合地形布设腴口处纵坡尽量放缓 越岭线应尽量避免设置反坡段 升坡段中的下坡损失 3 设计标高的确定应结合沿线自然条件如地形 土壤 水文 气候等因素综合考虑 4 纵断面的设计应与平面线形和周围的景观相协调 即应考虑人体视觉心理上的要求 按照平竖曲线相协调及半径的均衡 来确定纵断面的设计线 78 5 应争取填挖平衡 尽量移挖作填 以节省土石方量 降低工程造价 6 依路线的性质要求 适当照顾当地民间运输工具 农业机械 农田水利等方面的要求 7 城市道路的纵坡设计及设计标高的确定 还应考虑沿线两侧街坊地坪标高及保证地下管线最小覆土深度要求 一般应使侧石顶面标高低于两侧街坊或建筑物的地坪标高 79 2 纵断面设计要点 纵断面设计的主要内容是根据道路等级 沿线自然条件和构造物控制标高等 确定路线合适的标高 各坡段的纵坡度和坡长 并设计竖曲线 基本要求是纵坡均匀平顺 起伏和缓 坡长和竖曲线长短适当 平面与纵面组合设计协调 以及填挖经济 平衡 这些要求虽在选 定线阶段有所考虑 但要在纵面设计中具体加以实现 80 1 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 在受限制较严 如越岭线为争取高度 缩短路线长度或避开艰巨工程等 才有条件地采用 好的设计应尽量考虑人的视觉 心理上的要求 使驾驶员有足够的安全感 舒适感和视觉上的美感 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 2 关于最短坡长坡长是指纵断面两变坡点之间的水平距离 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 以使增重与减重变化不致太频繁 从路容美观方面也应以此设计为宜 81 3 各种地形条件下的纵坡设计平原 微丘地形的纵坡应均匀平缓 注意保证最小填土高度和最小纵坡的要求 丘陵地形应避免过分迁就地形而起伏过大 注意纵坡应顺适不产生突变 山岭 重丘地形的沿河线应尽量采用平缓纵坡 坡长不应超过限制长度 纵坡不宜大于6 注意路基控制标高的要求 越岭线的纵坡应力求均匀 尽量不采用极限或接近极限的坡度 更不宜在连续采用极限长度的陡坡之间夹短的缓和坡段 越岭路线一般不应设置反坡 山脊线和山腰线除结合地形不得已时采用较大纵坡外 在可能条件下纵坡应缓些 4 关于竖曲线半径的选用竖曲线应选用较大半径为宜 当受限制时可采用一般最小值 特殊困难方可用极限最小值 坡差小时应尽量采用大的竖曲线半径 有条件时 宜按视觉要求的最小竖曲线半径进行设计 82 5 关于相邻竖曲线的衔接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 这样要求对行车是有利的 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 若两竖曲线半径接近极限值时 这段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 83 3 纵断面设计步骤 1 准备工作 纵坡设计 俗称拉坡 之前在厘米绘图纸上 按比例标注里程桩号和标高 点绘地面线 填写有关内容 同时应收集和熟悉有关资料 并领会设计意图和要求 2 标注控制点 控制点是指影响纵坡设计的标高控制点 如路线起 终点 越岭哑口 重要桥涵 地质不良地段的最小填土高度 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 山区道路还有根据路基填挖平衡关系控制路中心填挖值的标高点 称为 经济点 3 试坡 在已标出 控制点 经济点 的纵断面图上 根据技术指标 选线意图 结合地面起伏变化 本着以 控制点 为依据 照顾多数 经济点 的原则 在这些 点位间进行穿插与取直 试走出若干直坡线 对各种可能坡度线方案反复比较 最后定出既符合技术标准 又满足控制点要求 且土石方较省的设计线作为初定坡度线 将前后坡度线延长交会出变坡