第六章 城市道路纵断面设计PPT课件

12.05.2020,.,1,第六章城市道路纵断面设计,概述纵断面设计的基本要求纵断面设计的步骤与方法锯齿形街沟设计纵断面图的绘制,12.05.2020,.,2,概述,概念：纵断面、地面线、地面标高、设计线、设计标高、填挖高度、锯齿形街沟。沿道路中线所作的竖向剖面称为道路纵断面。反映路线在纵断面上的形状、位置及尺寸的图形叫道路纵断面图，它反映路线所经地区中线的地面起伏情况，以及原地面标高与设计标高之间的关系。道路纵断面图与平面图、横断面图结合起来，就能够完整地表达道路的空间位置和立体线形。纵断面线形设计应根据道路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定、排水、工程量等要求，对纵坡的大小、长短、竖曲线半径大小以及与平面线形的组合关系等进行综合设计，以取得纵坡合理、线形圆顺的理想线形，以达到行车安全、快速、舒适、工程费用较少的目的。,12.05.2020,.,3,设计原则：行车快速安全、排水通畅、线形平顺、路基稳定、填挖平衡。设计内容：确定各控制点高程、设计纵坡大小及长度、设计竖曲线、计算填挖高度、锯齿形街沟设计。道路纵断面设计与选线有密切的关系，实际上在平面选线过程中已做了纵坡大小、坡长分配、纵面与平面配合等的考虑，纵断面设计是将选线的预想具体化，因此，可以认为纵断面设计是选线工作的继续和深化。在纵断面设计过程中还将对选线的预想做些适当的修正，如果在选线过程中对纵坡值考虑不够，就可能改线。,12.05.2020,.,4,对路线设计标高的规定：对城市道路而言，设计标高一般是指车行道中心。对于新建公路，高速公路和一级公路采用中央分隔带外侧边缘标高，二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段则是指在设置超高加宽之前该处标高；对于改建公路，一般按新建公路的规定办理，也可以采用中央分隔带中线或行车道中线标高。纵坡度的表示方式：不用角度，而用百分数（），即每一百米的路线长度其两端高差几米，就是该路段的纵坡，其上坡为“”，下坡为“”。例如某段路线长度为米，高差为米，则纵坡度为2.5。,12.05.2020,.,5,61纵断面设计的基本要求,1、参照城市规划（标高与排水）资料。2、为安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。应符合最小坡段长度要求。最小坡长是指相邻两个变坡点之间的最小长度。若其长度过短，就会使变坡点个数增加，行车时颠簸频繁，当坡度差较大时还容易造成视觉的中断，视距不良，从而影响到行车的平顺性和安全性。最小坡长通常以计算行车速度行驶915s的行程作为规定值。,12.05.2020,.,6,12.05.2020,.,7,3、纵坡度考虑排水，i0.3%0.5%；考虑汽车安全通行i4%。i5%时，应限制坡长，坡长过大时，应设坡长缓和段。自行车道坡度宜在2.5以内。各级道路的合成坡度应符合规定。大、中桥上的纵坡不宜大于4，桥头引道的纵坡不宜大于5，位于市镇附近非汽车交通较多的地段，桥上及桥头引道的纵坡均不得大于3。隧道内纵坡不应大于3，并不小于0.3。,12.05.2020,.,8,12.05.2020,.,9,4、在纵坡变坡点处应设竖曲线，并应保证视距通畅。竖曲线设计应满足竖曲线最小半径和最小长度要求。5、应结合地形、地质、管线及建筑的布置综合考虑。6、旧路改建时，可利用原路面，但注意街坊排水。7、与平面线形结合，行成最佳的立体轮廓。,12.05.2020,.,10,平曲线与竖曲线的组合,1)平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，如图。这种组合是使竖曲线和平曲线对应，最好使竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。对于等级较高的道路应尽量做到这种组合，并使平、竖曲线半径都大一些才显得协调，特别是凹形竖曲线处车速较高，二者半径更应该大一些。,12.05.2020,.,11,平曲线与竖曲线的组合,12.05.2020,.,12,2)平曲线与竖曲线大小应保持均衡所谓均衡，是指平、竖曲线几何要素要大体平衡、匀称、协调，不要把过缓与过急、过长与过短的平曲线和竖曲线组合在一起。根据德国计算统计，若平曲线半径小于1000m，竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍时，便可达到均衡的目的。,12.05.2020,.,13,3)暗弯、明弯与凸、凹竖曲线暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的组合。对暗与凹、明与凸的组合，当坡差较大时，会给人以错觉：舍弃平坦坡道及近路不走，而故意爬坡、绕弯的感觉。此种组合在山区难以避免，只要坡差不大，矛盾也不很突出。,12.05.2020,.,14,4)平、竖曲线应避免的组合设计车速40km/h的公路，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线。凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得与反向平曲线的顶点重合。小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。平面转角小于7的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起。5)在完全通视的条件下，长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形，应极力避免。,12.05.2020,.,15,直线与纵断面的组合,平面的长直线与纵断面的直坡线配合，对双车道公路超车方便，在平坦地区易与地形相适应，但行车单调乏味，易疲劳。直线上一次变坡是较好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形线次之；直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去线形既不美观也不连贯，宜使驾驶员的视线中断。因此，只要路线有起有伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化略加转折，并把平、竖曲线合理地组合。,12.05.2020,.,16,使用时，应避免：长直线配长坡。直线上短距离内多次变坡。直线段内不能插入短的竖曲线。在长直线上设置坡陡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。直线上的纵断面线形应避免出现驼峰、暗凹、跳跃等使驾驶者视觉中断的线形。,12.05.2020,.,17,平、纵线形组合与景观协调配合,道路作为一种线形构造物，应将其视为景观对象来研究。修建道路会对自然景观产生影响，有时甚至产生一定破坏作用。而道路两侧的自然景观会影响道路上汽车的行驶，特别是对驾驶员的视觉、心理以及驾驶操作等都有很大影响。平、纵线形组合必须是在充分与道路所经地区的景观相配合的基础上进行。驾驶员的精力会高度集中，视角减少而视点增长，对于驾驶员来说，只有看上去具有连续而流畅的线形和优美的景观，才能称为舒适和安全的道路。,12.05.2020,.,18,62纵断面设计的步骤和方法,一、测量和绘制原地面线二、确定沿线各控制点标高三、试定纵坡四、确定纵坡设计线五、选定竖曲线半径并计算其要素六、计算设计标高和填挖高度七、锯齿形街沟设计八、绘制纵断面设计图,12.05.2020,.,19,1测量和绘制原地面线（准备工作）纵坡设计前，应根据中桩和水准记录点绘出路线纵断面图的地面线，绘出平面直线、平曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及沿线土壤地质说明资料，并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。,12.05.2020,.,20,2.确定沿线各控制点及标高所谓控制点，就是指影响纵坡设计的高程控制点。“控制点”可分为两类：第一类是属于控制性的“控制点”，控制路线纵坡设计时必须通过它或限制从其上方或下方通过。这类控制点主要有路线的起终点、城市桥梁桥面标高控制点、立交桥桥面标高控制点、铁路道口标高（按铁路轨顶标高计算）、平面交叉相交中心点控制标高、重要建筑物的地坪标高、满足重要管线最小覆土厚度的控制标高等。,12.05.2020,.,21,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。第二类是属于参考性的“控制点”，叫经济点。对于山岭重丘区的道路（尤其公路），除应标出控制性质的“控制点”以外，还应考虑各横断面上横向填挖基本平衡的经济点，以降低工程造价。,12.05.2020,.,22,3.试定纵坡，调整核对试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术标准、选线意图，考虑各控制点和经济点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试坡应以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”。当个别“控制点”确实无法满足时，应对控制点重新研究，以便采取弥补措施。,12.05.2020,.,23,试坡的要点可以归纳为：“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点”。“前后照顾”就是要前后坡段通盘考虑，不能只局限在某一坡段上。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）“以点定线”就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线。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。,12.05.2020,.,24,“反复比较”就是用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合技术标准，又满足控制点要求而且土石方量最省的坡度线。“以线交点”就是将得到的坡度线延长，交出变坡点的初步位置。,12.05.2020,.,25,调坡主要从以下两方面进行：1)结合选线意图进行调坡。将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍。2)对照技术标准或规范进行调坡。详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准或规范的要求。特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。调整坡度线的方法：有抬高、降低、延长、缩短纵坡线和加大、减小纵坡度等。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纵坡基本相符。,12.05.2020,.,26,核对核对主要在有控制意义的特殊横断面上进行。如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。其做法是：在纵断面图上直接由厘米格读出相应桩号的填挖高度，将此值用“路基横断面透明模板”套在相应横断面地面线上，检查若有填挖过大、坡脚落空、挡墙过高、桥涵填土不够以及其它边坡不稳现象，则需调整坡度线。核对是保证纵面设计质量的重要环节，对某些复杂地段，如山区横坡陡峻的傍山线，这一工作尤为重要。,12.05.2020,.,27,4.确定纵坡设计线经调整核对合理后，即可确定坡度线。所谓定坡，就是把坡度值、变坡点位置和高程确定下来。坡度值一般是用三角板推平行线的办法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一，即0.1%。变坡点的位置直接从图上读出，一般要调整到整10米桩位上。变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。坡段的坡度也可以由CAD系统确定的变坡点标高进行反算。,12.05.2020,.,28,道路的纵坡设计是在全面掌握设计资料的基础上经过多次方案比较，精心设计才能完成。除以上提到的设计要求外，纵坡设计还要注意：与平面线形的合理组合，以得到较佳的空间组合线形；回头曲线路段纵坡的特殊要求；大中桥上不宜设置竖曲线，即不宜设变坡点；注意交叉口、大中桥、隧道等地段路线纵坡的特殊要求。,12.05.2020,.,29,5.选定竖曲线半径并计算其要素根据道路等级和情况，确定竖曲线半径，并计算竖曲线要素。纵断面上两相邻不同坡度线的交点称为变坡点。为保证行车安全、舒适以及视距的需要，而在变坡处设置的纵向曲线，即为竖曲线。,12.05.2020,.,30,相邻两坡度线的交角用坡度差“”表示，坡度角一般较小，可近似地用两坡段坡度的代数差表示，即=|i2-i1|，式中、分别为两相邻坡段的坡度值，上坡为正，下坡为负。为正，变坡点在曲线下方，竖曲线开口向上，称为凹形竖曲线；为负，变坡点在曲线上方，竖曲线开口向下，称为凸形竖曲线。,12.05.2020,.,31,各级道路在变坡点处均应设置竖曲线。竖曲线的线形采用二次抛物线。由于在其应用范围内，圆曲线与抛物线几乎没有差别，因此，竖曲线通常表示成圆曲线的形式，用圆曲线半径R来表示竖曲线的曲率半径。,12.05.2020,.,32,竖曲线示意图,12.05.2020,.,33,竖曲线几何要素计算,竖曲线的几何要素主要有：竖曲线切线长T、曲线长L和外距E。竖曲线上任意点纵距y的计算y计算点纵距；x计算点桩号与竖曲线起点的桩号差。,竖曲线几何要素,12.05.2020,.,34,12.05.2020,.,35,练习：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。,12.05.2020,.,36,竖曲线设计的一般要求,竖曲线是否平顺，在视觉上是否良好，往往是构成纵面线形优劣的主要因素。竖曲线设计应满足以下要求：1)宜选用较大的竖曲线半径。在不过分增加工程量的情况下，宜选用较大的竖曲线半径。通常采用大于竖曲线一般最小半径的半径值，特别是当坡度差较小时，更应采用大半径，以利于视觉和路容美观。只有当地形限制或其它特殊困难不得已时才允许采用极限最小半径。在有条件的路段，为获得平顺而连续且视觉良好的纵面线形，可参照规范选择竖曲线半径。,12.05.2020,.,37,2)同向竖曲线应避免“断背曲线”。同向竖曲线特别是同向凹形竖曲线间，如直坡段不长，应合并为单曲线或复曲线。3)反向曲线间，一般由直坡段连接，也可径相连接。反向竖曲线间最好设置一段直坡段，直坡段的长度应能保证汽车以设计车速行驶3s的行程时间，以使汽车从失重（或增重）过渡到增重（或失重）有一个缓和段。如受条件限制也可互相连接或插入短的直坡段。4)竖曲线设置应满足排水需要。若相邻纵坡之代数差很小时，采用大半径竖曲线可能导致竖曲线上的纵坡小于0.3%，不利于排水，应重新进行设计。,12.05.2020,.,38,6.计算设计标高和填挖高度根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，即可计算出各桩号的设计标高。中桩设计标高与对应原地面标高之差即为路基施工高度，当两者之差为“”，则是填方；两者之差为“”，则是挖方。,12.05.2020,.,39,63锯齿形街沟设计,一、设计目的纵坡较小时(3)排除路表水。此外，还可采用加大横坡度、缩短雨水口间距、增大雨水口的进水面积等方法。二、街沟设计,12.05.2020,.,40,12.05.2020,.,41,12.05.2020,.,42,三、设置锯齿形街沟应注意的问题,1.一般情况为根据已定的雨水口间距l设计锯齿形街沟，故i1、i2、m、n应互相协调，以适应l值。2.n应有一定高度要求，避免暴雨时路面水涌上步道，且横坡i1不能为反坡。此高不宜小于10cm。3.m应根据侧缘石高度有一定的埋深，保证稳定，不宜过高。当缘石高35cm时，m值在20cm左右。4.i2值