3第三章纵断面设计

,土木工程学院杨林,道路勘测设计RoadSurveyandDesign,YangLinCollegeofcivilengineeringofNEFU,第三章纵断面设计Chapter3Verticalalignmentdesign,东北林业大学土木工程学院杨林,June20,3,纵断面：沿着道路中线竖直剖切后展成的平面。1、地面线：它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线。2、设计线：它是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线。3、纵断面线形要素：纵坡和竖曲线,第一节概述,June20,4,4、设计标高：公路：（1）新建公路的路基设计标高：高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。（2）改建公路的路基设计标高：一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用中央分隔带中线标高。城市道路：指建成后道路中心线上的标高。,June20,5,高速公路、一级公路路基标准横断面,June20,6,二、三、四级公路路基标准横断面,三、四级公路一般情况,二级公路加宽硬路肩时,June20,7,一、汽车的动力因数和最大纵坡,第二节汽车的动力特性与纵坡,（一）汽车的驱动力1、发动机曲轴扭矩M发动机特性曲线：发动机的功率N、扭矩M以及燃油消耗率ge与发动机曲轴的转速n之间的函数关系曲线。发动机外特性曲线：发动机节流阀全开时的发动机特性曲线；发动机部分负荷曲线：发动机节流阀部分开起时的发动机特性曲线。,June20,8,某汽车发动机外特性曲线,M(N.m),N=N(n),M=M(n),nmin,nM,nN,nmax,n(r/min),June20,9,2、驱动轮扭矩Mk,发动机曲轴扭矩M的计算公式:,June20,10,3、汽车的驱动力,（二）汽车的行驶阻力1、空气阻力：包括空气压力、真空吸力、摩擦力；,June20,11,2、道路阻力：（1）滚动阻力：Rf=Gfcos=Gf（N）（2）坡度阻力：Ri=Gsin=Gi（N）所以，道路阻力为：RR=R（fi）（N）3、惯性阻力：包括平移质量和旋转质量的惯性力。,June20,12,（三）汽车的行驶条件1、汽车的运动方程式驱动平衡方程：T=R=RW+RR+RI,June20,13,2、汽车的行驶条件（1）必要条件必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力TR；（2）充分条件驱动力小于或等于轮胎与路面的附着力TGk，为附着系数，Gk为驱动轮荷载。,June20,14,（四）汽车的动力因数动力因数（D）：单位车重所具有的后备驱动力。,June20,15,动力特性图：用曲线表示动力因数D与行车速度V的函数关系图。,June20,16,东风EQ140动力特性图,June20,17,V2,Vk,V1,Vmax,Dmax,D2,D1,某挡位的动力特性图,1,2,d,June20,18,（五）汽车的行驶状态：加速行驶；等速行驶；减速行驶。行驶在某些情况下又分为稳定行驶和不稳定行驶两种情况。（六）理想最大纵坡和不限长度最大纵坡（七）最大纵坡影响最大纵坡因素：汽车的动力特性道路等级自然条件工程和运营的经济注意：桥上及桥头引道，隧道的规定，高原纵坡折减。,June20,19,二、汽车的加、减速行程和坡长限制（一）汽车的加、减速行程1、汽车的加、减速行程计算公式（见教材36-37页）2、加、减速行程图（见教材37页）3、加、减速行程图的用法,June20,20,加、减速行程图,June20,21,（二）坡长限制1、最短坡长限制2、缓和坡段3、最大坡长限制三、最小纵坡、平均纵坡和合成坡度1、最小纵坡：是为纵向排水的需要，对横向排水不畅的路段所规定的纵坡最小值。2、平均纵坡：一定长度的路段纵向所克服的高差与水平距离之比。,June20,22,某公路设计速度V=60Km/h，设有3个连续路线纵坡,分别是(4%,500m)、(5%,400)、(6%,300m)，问是否合理？,若设计2个连续路线纵坡,其中一段为(5%,400)，再设计6%的纵坡是否可以，如果可以，最多可取多长？,June20,23,3、合成坡度：是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度。,I:合成坡度（%）；ih:超高横坡度或路拱横坡（%）；iz:路线设计纵坡坡度（%）,June20,24,四、纵坡设计的一般设计要求1、纵坡设计必须满足标准规定；2、纵坡应具有一定的平顺性,起伏不宜过大或过于频繁；3、纵坡设计应对沿线各种条件综合考虑，视具体情况加以处理，确保道路的畅通与稳定；4、一般情况纵坡设计应考虑填挖平衡，降低工程造价；5、平原微丘应满足最小填土高度；6、对连接段纵坡应和缓，避免产生突变；7、充分考虑通道、农田水利方面的要求。,June20,25,坡度指标,坡长指标,最大纵坡,最小纵坡,平均纵坡,合成坡度,最小（短）坡长限制,最大（长）坡长限制,纵坡,本节小结,思考题：纵坡的设计指标有哪些？其含意及适用条件是什么？,June20,26,，i为纵坡坡度，上坡为“+”，下坡为“-”。0为凹型竖曲线。,第三节竖曲线,竖曲线：纵断面上两个坡段的转折处，为了行车安全、舒适以及视距的需要用一段曲线缓和，称之为竖曲线。竖曲线分为凸型、凹型可采用抛物线或圆曲线，但抛物线计算更方便灵活。因此设计上一般采用二次抛物线作为竖曲线。,June20,27,一、竖曲线要素的计算公式1、用二次抛物线作为竖曲线的基本公式,June20,28,抛物线上任一点的曲率半径为,June20,29,二次抛物线竖曲线基本方程为,2、竖曲线诸要素计算公式：,June20,30,二、竖曲线的最小半径1、缓和冲击：,June20,31,2、时间行程不过短：,3、满足视距的要求1）凸型竖曲线最小半径和最小长度,June20,32,2）凹型竖曲线最小半径和最小长度（1）夜间行车前灯照射距离要求1）当1）当,June20,33,（2）跨线桥下行车视距要求：,June20,34,例题某山岭区二级公路，变坡点桩号为K5+030.00，高程为427.68m，i1=+5%，i2=-4%，竖曲线半径R=2000m。试计算竖曲线诸要素以及桩号为K5+000.00和K5+100.00处的设计高程。1、计算竖曲线诸要素：,June20,35,2、计算设计高程：竖曲线起点桩号为（K5+030.00）-90=K4+940.00竖曲线起点高程为427.68-900.05=423.18m桩号K5+000.00处:横距x1=(K5+000.00)-(K4+940.00)=60m竖距h1=x12/2R=602/(22000)=0.90m切线高程=423.18+600.05=426.18m设计高程=426.18-0.9=425.28m桩号K5+100.00处:横距x1=(K5+100.00)-(K4+940.00)=160m竖距h1=x12/2R=1602/(22000)=6.40m切线高程=423.18+1600.05=431.18m设计高程=431.18-6.40=424.78m（注意：凸型与凹型竖曲线的竖距的加减修正）,June20,36,作业题：某二级公路一变坡点桩号为K20+100，变坡点高程为100.28m，两相邻纵坡分别为i1=+4%，i2=-2%，若竖曲线半径取5000m，试计算竖曲线范围内各整桩号的设计高程（整桩距为50m）。,June20,37,第四节爬坡车道,定义：陡坡路段正线行车道上坡方向外侧增设的供载重车行驶的专用车道。一、设置爬坡车道的条件公路工程技术标准规定：高速公路、一级公路及二级公路连续上坡路段，当通行能力、运行安全受到影响时，应设置爬坡车道。公路路线设计规范规定：1、沿坡长方向载重汽车的行驶速度降到允许最低速度以下时，可设置爬坡车道；2、上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时，应设置爬坡车道。注意：设置爬坡车道与不设而改善纵面线形作经济技术比较，且双向6车道以上可将外侧车道作爬坡车道而不另设。,June20,38,二、爬坡车道的设计,June20,39,1、横断面组成：见书119页图，位于正线外侧，宽3.5m。2、横坡度（1）直线段与正线一致。（2）曲线段应设超高坡度，见教材119页表5-16。3、平面布置与长度总长度包括：（1）起点处渐变段长度L1（2）爬坡车道长L（3）终点处附加长度L2附加长度取值表见书120页5-17表，其中包括终点渐变段60m在内。,June20,40,第五节避险车道,一、避险车道的作用及组成,避险车道：是指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道。1、避险车道的作用2、避险车道的组成：引道、制动车道、服务车道及辅助设施。,二、避险车道的类型,三、避险车道的设置,June20,41,避险车道的设计,June20,42,避险车道实,June20,43,一、纵断面设计方法、步骤1、准备工作；2、标注控制点、经济点；3、试坡；4、调坡；5、核对；6、定坡；7、设置竖曲线；8、标高计算。,第六节纵断面设计方法及纵断面图,June20,44,June20,45,公路纵断面图,June20,46,June20,47,June20,48,三、纵断面图的绘制自下而上：直线与平曲线里程桩号地面标高设计标高填挖高度坡度/坡长土壤地质说明地面线纵断面设计线竖曲线位置及其要素