道路施工纵断面理论

1、第第4章章 纵断面设计纵断面设计 教学内容：教学内容： n 纵断面设计中的几个概念纵断面设计中的几个概念 n 纵坡及坡长设计纵坡及坡长设计 主要解决的问题：主要解决的问题： n 1. 路线的纵断面怎样测定？路线的纵断面怎样测定？ n 2. 纵断面设计有哪些控制指标？各有什么控制作用？纵断面设计有哪些控制指标？各有什么控制作用？ （第（第1010讲）讲） 第第4章章 纵断面设计纵断面设计 4.1 4.1 概概 述述 n路线纵断面：路线纵断面：沿着道路中线竖向剖面。沿着道路中线竖向剖面。 n路线纵断面图：路线纵断面图：沿着道路中线竖向剖面的展开图。沿着道路中线竖向剖面的展开图。 n纵断面设计纵断面

2、设计：在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。 n任务：任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。 n依据：依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性 等。等。 n路线纵断面图构成：路线纵断面图构成： 地面线地面线：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；：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； 设计线：设计线：路线上各点路基设计高程的连线。路线上各点路基设计高程的连线。 n地面

3、线地面线：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；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； n设计线：设计线：路线上各点路基设计高程的连线。路线上各点路基设计高程的连线。 路线纵断面图构成：路线纵断面图构成： n地面高程地面高程（标高）（标高） ：中线上地面点高程。：中线上地面点高程。 n设计高程设计高程（标高）（标高） ：即路基设计高程（标高）即路基设计高程（标高） n地面线：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；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； n设计线：设计线：路线上各点路基设计高程的连线。路线上各点路基设计高程的连线。

4、(1)新建公路：高速公路和一级公路宜采用中央分隔带的外侧边缘标高；新建公路：高速公路和一级公路宜采用中央分隔带的外侧边缘标高； 二级公路、三级公路、四级公路宜采用路基外边缘标高，二级公路、三级公路、四级公路宜采用路基外边缘标高， （路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程）。（路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程）。 (2)改建公路：宜按新建公路的规定执行，改建公路：宜按新建公路的规定执行， 也可视具体情况而采用中央分隔带中线或行车道中线标高也可视具体情况而采用中央分隔带中线或行车道中线标高 。 n路基高度：路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。横断面上设计高程与地面高程之高差。 路堤：高差路堤

5、：高差0，即设计高大于地面高，即设计高大于地面高 路堑：高差路堑：高差0，即设计高小于地面高，即设计高小于地面高 n纵断面设计内容纵断面设计内容：坡度及坡长设计：坡度及坡长设计 竖曲线设计竖曲线设计 路线纵断面图构成：路线纵断面图构成： n地面高程地面高程（标高）（标高） ：中线上地面点高程。：中线上地面点高程。 n设计高程设计高程（标高）（标高） ：即路基设计高程（标高）即路基设计高程（标高） 4.2.1 4.2.1 纵纵坡设计的一般要求坡设计的一般要求 n（1）纵坡设计必须满足）纵坡设计必须满足标准标准的各项规定。的各项规定。 n（2）为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的

6、平顺）为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺 性，起伏不宜过大和过于频繁。性，起伏不宜过大和过于频繁。 n（3）设计应对沿线地形、地质、水文、地下管线、气候和排水等综合考）设计应对沿线地形、地质、水文、地下管线、气候和排水等综合考 虑，并根据需要采取适当的技术措施，以保证道路的稳定与通畅。虑，并根据需要采取适当的技术措施，以保证道路的稳定与通畅。 n（4）一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方和其它工程数量，以降低造）一般情况下纵坡设计应尽量减少土石方和其它工程数量，以降低造 价和节省用地。价和节省用地。 n（5）基本原则：）基本原则： 纵向填挖平衡设计纵向填挖平衡设计山岭重丘

7、地形纵坡设计应考虑纵向填挖平衡，尽量使挖山岭重丘地形纵坡设计应考虑纵向填挖平衡，尽量使挖 方运作就近路段填方，以减少借方和废方。方运作就近路段填方，以减少借方和废方。 包线设计包线设计平原微丘地形应满足最小填土高度要求，以保证路基稳定。平原微丘地形应满足最小填土高度要求，以保证路基稳定。 n（6）对高速公路、一级公路，应考虑通道、农田水利等方面的要求，低）对高速公路、一级公路，应考虑通道、农田水利等方面的要求，低 等级公路，应注意考虑民间运输、农业机械等方面的要求。等级公路，应注意考虑民间运输、农业机械等方面的要求。 标准标准对纵坡设计的规定：对纵坡设计的规定： l最大纵坡最大纵坡 l最小纵坡

8、最小纵坡 l高原纵坡折减高原纵坡折减 l坡长限制坡长限制 l缓和坡段缓和坡段 l平均纵坡平均纵坡 l合成坡度合成坡度 4.2.2 4.2.2 最大纵坡最大纵坡 l最大纵坡最大纵坡：在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。：在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。 l影响因素：影响因素： u 汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。 u 道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。 u 自然条件：海拔高程、气候（积雪寒冷等）。自然条件：海拔高程、气候（积雪寒冷等）。 l 纵坡度大小的优劣：

9、纵坡度大小的优劣： u 坡度大：行车困难：上坡速度低，下坡较危险。坡度大：行车困难：上坡速度低，下坡较危险。 u 山区公路可缩短里程，降低造价。山区公路可缩短里程，降低造价。 u 坡度小：行驶速度高，路线里程增加坡度小：行驶速度高，路线里程增加 l各级公路最大纵坡的规定各级公路最大纵坡的规定: 1高原为什么纵坡要折减？高原为什么纵坡要折减？ l在高海拔地区，困空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动在高海拔地区，困空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动 力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。 l另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系

10、统。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。 2规范规范规定：规定： l设计速度小于或等于设计速度小于或等于80kmh位于海拔位于海拔3000m以上高原地区的公路，以上高原地区的公路， 最大纵坡应按表最大纵坡应按表4.2.2的规定予以折减。最大纵坡折减后若小于的规定予以折减。最大纵坡折减后若小于4， 则仍采用则仍采用4。 4.2.3 4.2.3 高原纵坡折减高原纵坡折减 4.2.4 4.2.4 理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡 n1. 理想的最大纵坡理想的最大纵坡i1：是指设计车型即载重车在油门全开的情况下，持：是指设计车型即载重车在油门全开的情况下，持

11、 续以续以V1等速行驶所能克服的坡度。等速行驶所能克服的坡度。 nV1取值，对低速路为设计速度，高速路为上述载重车的最高速度。取值，对低速路为设计速度，高速路为上述载重车的最高速度。 n 2.不限长度的最大纵坡不限长度的最大纵坡i2：以容许速度：以容许速度V2等速行驶所能克服的坡度。等速行驶所能克服的坡度。 n容许速度容许速度V2：不同等级的道路容许速度应不同，其值一般应不小于设计：不同等级的道路容许速度应不同，其值一般应不小于设计 速度的速度的1/22/3（高速路取低限，低速路取高限）。（高速路取低限，低速路取高限）。 0 11 dt dv dt dv g ifD令， fDi 11 fDi

12、22 n最小纵坡最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。 n最小纵坡值：最小纵坡值：0.3%，一般情况下，一般情况下0.5%为宜。为宜。 n适用条件适用条件：横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、 路肩设截水墙等。路肩设截水墙等。 n 当必须设计平坡（当必须设计平坡（0%）或小于）或小于0.3%的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。 n 在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现

13、反坡，设计最小 纵坡不宜小于超高允许渐变率。纵坡不宜小于超高允许渐变率。 n 干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。 4.2.5 4.2.5 最小纵坡最小纵坡 n 内容：最小坡长限制：任何路段内容：最小坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段最大坡长：陡坡路段 1 1最小坡长限制最小坡长限制 n标准标准规定，各级公路最短坡长不应小于规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。 n 城市道路最小坡长按表城市道路最小坡长按表4.2.4选用。选用。 4.2.6 4.2.6 坡长限制坡长限制 n 内容：最小坡长限制：任何路段内容：最小坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段

14、最大坡长：陡坡路段 1 1最小坡长限制最小坡长限制 n标准标准规定，各级公路最短坡长不应小于规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。 n 城市道路最小坡长按表城市道路最小坡长按表4.2.4选用。选用。 4.2.6 4.2.6 坡长限制坡长限制 n最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低允许速度最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低允许速度 时所行驶的距离。时所行驶的距离。 n标准标准规定各级公路最大坡长限制。规定各级公路最大坡长限制。 2 2最大坡长限制最大坡长限制 n 内容：最小坡长限制：任何路段内容：最小坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段最大坡长：陡坡路

15、段 1 1最小坡长限制最小坡长限制 n标准标准规定，各级公路最短坡长不应小于规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。 n 城市道路最小坡长按表城市道路最小坡长按表4.2.4选用。选用。 4.2.6 4.2.6 坡长限制坡长限制 n最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低允许速度最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低允许速度 时所行驶的距离。时所行驶的距离。 n标准标准规定各级公路最大坡长限制。规定各级公路最大坡长限制。 n 城市道路最大坡长按表城市道路最大坡长按表4.2.6选用。选用。 2 2最大坡长限制最大坡长限制 4.2.7 4.2.7 缓和坡段缓和坡段 标

16、准标准规定，规定，连续上坡连续上坡（或下坡）时，应在不大于表或下坡）时，应在不大于表4.24.2.5所规定的纵所规定的纵 坡长度范围内设置缓和坡段。坡长度范围内设置缓和坡段。 纵坡：应不大于纵坡：应不大于3， 长度：应符合纵坡长度：应符合纵坡最小最小长度的规定。长度的规定。 线形：线形：宜采用直线线形。在地形困难路段可采用曲线；但曲线半径宜采用直线线形。在地形困难路段可采用曲线；但曲线半径 较小时，缓和坡段长度应增加。回头曲线段不能作为缓和坡段。较小时，缓和坡段长度应增加。回头曲线段不能作为缓和坡段。 4.2.8 4.2.8 平均纵坡平均纵坡 n平均纵坡：指一定长度的路段纵向所克服的高差平均纵

17、坡：指一定长度的路段纵向所克服的高差H与路线长度与路线长度L之比（连之比（连 续升坡或降坡路段）。续升坡或降坡路段）。 L H i 平 标准标准规定：规定： 二、三、四级公路越岭路线连续上坡二、三、四级公路越岭路线连续上坡(或下坡或下坡)路段，相对高差为路段，相对高差为 200500m时，平均纵坡不应大于时，平均纵坡不应大于5.5； 相对高差大于相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于时，平均纵坡不应大于5。 任意连续任意连续3km路段平均纵坡不应大于路段平均纵坡不应大于5.5。 城市道路的平均纵坡按上述规定减少城市道路的平均纵坡按上述规定减少1.0%。 对于海拔对于海拔3000m以上的高原以

18、上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少地区，平均纵坡应较规定值减少0.5% 1.0%。 控制作用：控制作用：越岭路段长度越岭路段长度 平 i H L n1.1.定义：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定义：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，其方向即流水线方向。的坡度，其方向即流水线方向。 n合成坡度的计算公式为合成坡度的计算公式为： 4.2.9 4.2.9 合成坡度合成坡度 22 zh iiI 式式中：中：I合成坡度（合成坡度（%）；）； ih超高横坡度或路拱横坡度（超高横坡度或路拱横坡度（%）；）； iz路线设计纵坡坡度（路线设计纵坡坡度（%）

19、。）。 2合成坡度指标合成坡度指标 （1）最大允许合成坡度值：最大允许合成坡度值： （1 1）最大允许合成坡度值：最大允许合成坡度值： u 当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情况下，以采用较小的合当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情况下，以采用较小的合 成坡度为宜。成坡度为宜。 u 特别是下述情况，其合成坡度必须小于特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%8%。 在冬季路面有积雪结冰的地区；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；自然横坡较陡峻的傍山路段； 非汽车交通比率高的路段。非汽车交通比率高的路段。 （2 2）最小合成坡度：）最小合成坡度： n最小合成坡度不宜小

20、于最小合成坡度不宜小于0.5%0.5%。 n当合成坡度小于当合成坡度小于0.50.5时，应采取综合排水措施，以保证路面排水畅通。时，应采取综合排水措施，以保证路面排水畅通。 4.2.9 4.2.9 合成坡度合成坡度 n 最大值：控制陡坡与急弯的重合；最大值：控制陡坡与急弯的重合； n 最小值：最小值：控制控制平坡与设超高平曲线的配合。平坡与设超高平曲线的配合。 n例如：某二级公路，有一平曲线半径为例如：某二级公路，有一平曲线半径为250m250m，超高横坡，超高横坡为为8%8%，该路段纵，该路段纵 坡度为坡度为4.8%4.8%，则合成坡度为，则合成坡度为： %.iiI zh 9339480080 2222 3. 合成坡度指标的控制作用合成坡度指标的控制作用 ： n受合成坡度控制的最大纵坡：受合成坡度控制的最大纵坡： n积雪寒冷地区，最大超高横坡积雪寒冷地区，最大超高横坡为为6%，最大合成坡度为，最大合成坡度为8%， n则则各级公路容许在平曲线处（各级公路容许在平曲线处（超高横坡超高横坡为为6%）使用的最大纵坡为：）使用的最大纵坡为： %.iIi h 295060080 2222 max 4.2.9 4.2.9 合成坡度合成坡度 结结 论论 l1. 路线的纵断面测定方法：路线的纵断面测定方法： u路线纵断面是指沿