第三章纵断面设计汇总

1、2014 .2 本章主要内容：本章主要内容：u 纵断面的概念及组成要素纵断面的概念及组成要素u最大纵坡和最小纵坡最大纵坡和最小纵坡u坡长限制和缓和坡段坡长限制和缓和坡段u平均纵坡和合成坡度平均纵坡和合成坡度u竖曲线要素与竖曲线最小半径竖曲线要素与竖曲线最小半径u纵断面设计方法、步骤及成果纵断面设计方法、步骤及成果 3.1 概述概述定义：定义：沿道路中线竖向剖面的沿道路中线竖向剖面的展开图展开图即为路线纵断面。即为路线纵断面。纵断面设计纵断面设计：研究路线线位研究路线线位高度高度及及坡度、坡长坡度、坡长变化情况变化情况的过程。的过程。任务：任务：研究纵断面线形的研究纵断面线形的几何构成几何构成及

2、其及其大小大小与与长度长度。依据：依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等件以及工程经济性等。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。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：根据中桩点的根据中桩点的

3、高程高程绘的一条折线；绘的一条折线；n设计线：设计线：路线上各点路基路线上各点路基设计高程设计高程的连线。的连线。n变坡导线变坡导线：变坡点变坡点间的连线间的连线路线纵断面图构成路线纵断面图构成：纵断面设计线纵断面设计线 直坡段直坡段坡度两变坡高差坡度两变坡高差/平距平距上坡为正上坡为正下坡为负下坡为负平坡为平坡为0坡长：水平距离坡长：水平距离竖曲线段竖曲线段凸型竖曲线凸型竖曲线凹型竖曲线凹型竖曲线半径半径R长度长度L（水平距离）（水平距离）竖距竖距h(%)Lhi地面线：地面线：根据中桩点的根据中桩点的高程高程绘的一条折线；绘的一条折线；设计线：设计线：路线上各点路线上各点设计高程设计高程的连

4、线。的连线。变坡导线变坡导线：变坡点变坡点间的连线间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：中线上地面点高程。中线上地面点高程。n设计高程：两种规定设计高程：两种规定公路：公路：城市道路：城市道路：设计标高n一般公路，路基一般公路，路基未设未设加宽超高加宽超高前前的的路肩边缘路肩边缘的的高程高程。设计标高n设分隔带公路，一般为设分隔带公路，一般为分隔带外边缘分隔带外边缘。设计标高城市道路：城市道路：行车道中线行车道中线 中央分隔带中线中央分隔带中线 路基高度：路基高度：横断面上横断面上设计高程设计高程与与地面高程地面高程之高之高差差。 路堤：路堤：设计高程设计高程大于大

5、于地面高程。地面高程。 路堑：路堑：设计高程设计高程小于小于地面高程。地面高程。 纵断面设计内容：纵断面设计内容：坡度及坡长坡度及坡长 竖曲线竖曲线 路堤路堤路堑路堑第二节第二节 汽车的动力特性与纵坡汽车的动力特性与纵坡n保证汽车在道路上行驶的稳定性保证汽车在道路上行驶的稳定性n尽可能提高车速尽可能提高车速n保证道路上的行车畅通保证道路上的行车畅通n尽量满足行车舒适尽量满足行车舒适 加速最快的汽车加速最快的汽车： Dauer 962 Le Mans产地： 德国 出厂日期：1994年 0-100km/h耗时2.6秒跑的最快的汽车：跑的最快的汽车： 最高荣誉在1987年被奥斯莫比尔部夺得，他们研制

6、的“航天技术1号”未来车在德克萨斯汽车测试场上创下了当今447km/h的世界最高纪录，享有“世界第一快车”的美称。 3.2 汽车的动力特性与纵坡汽车的动力特性与纵坡 3.2 汽车的动力特性与纵坡一、驱动力TTvPMvnT3600377. 02.汽车的行驶阻力汽车的行驶阻力)(ifGRR3）坡度阻力1）空气阻力4）惯性阻力2）滚动阻力道路阻力道路阻力221vKARWagGRI(N)汽车的总行驶阻力为道路阻力空气阻力惯性阻力2.汽车的行驶阻汽车的行驶阻力力IRwRRRR（三）汽车行驶条件（三）汽车行驶条件必要条件（即驱动条件）必要条件（即驱动条件）驱动力必须能够克服各驱动力必须能够克服各项行驶阻力

7、，项行驶阻力，充分条件（附着条件）充分条件（附着条件）驱动力必须驱动力必须轮轮胎与路面间的附着力，胎与路面间的附着力，。2 汽车行驶的两个条件汽车行驶的两个条件1 汽车的运动方程式汽车的运动方程式IRWRRRRTRT kGT（四）汽车的动力因数（四）汽车的动力因数agifGRwTD)(表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能agagifD（五）汽车的行驶状态（五）汽车的行驶状态汽车的行驶状态有以下三种情况：加速行驶等速行驶减速行驶在动力特性图上，等速行驶的速度称为平衡速度。每一排档都存在各自的最大动力因数，与之对应的速度称作临界速度。)(Dgaif （六）

8、理想最大纵坡和不限长度的最大纵坡（六）理想最大纵坡和不限长度的最大纵坡 理想最大纵坡理想最大纵坡 指设计车型即载重汽车在油门全开的情况下，持续以理想指设计车型即载重汽车在油门全开的情况下，持续以理想速度速度V1等速行驶所能克服的坡度。等速行驶所能克服的坡度。 不限长度的最大纵坡不限长度的最大纵坡 允许车速由允许车速由V1降到降到V2，以获得较大坡度，在，以获得较大坡度，在i2的坡道上，的坡道上，汽车将以汽车将以V2的速度等速行驶。与容许速度的速度等速行驶。与容许速度V2相对应的纵相对应的纵坡坡i2称为不限长度的最大纵坡。称为不限长度的最大纵坡。（七）最大纵坡（七）最大纵坡（maximum lo

9、ngitudinal gradient）最大纵坡最大纵坡：纵坡设计时各级道路纵坡设计时各级道路允许使用的允许使用的最大坡度值。最大坡度值。影响因素影响因素： ： 汽车的动力特性；汽车的动力特性； 道路等级；道路等级； 自然条件；自然条件； 工程、运营经济工程、运营经济注：城市道路相应降低1%。特殊情况：（1）地形困难，增加1%（2）冰冻地区，不超过8%（3）大、中桥4%，桥头引道5%（4）隧道内3%（100m的除外）（5）非机动车道：平原微丘区 23%，山岭重丘45%n各级公路最大纵坡的规定各级公路最大纵坡的规定设计速度设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%） 3 4

10、 5 6 7 8 9综合考虑：交通组成、汽车性能、工程费用和营运经济二、坡长限制二、坡长限制坡长限制（坡长限制（grade length limitationgrade length limitation） 坡长坡长指变坡点与变坡点之间的水平长度。指变坡点与变坡点之间的水平长度。（1）最大坡长限制最大坡长限制 1) 限制理由限制理由：（2）缓和坡段缓和坡段当给车恢复速度的过程给车恢复速度的过程 i3， l符合最小坡长要求。符合最小坡长要求。 线线 形：宜采用直线。困难路段可用曲线；形：宜采用直线。困难路段可用曲线； 注：宜设在注：宜设在直线直线段或段或大半径大半径曲线上曲线上 曲线曲线半径较小

11、半径较小时，缓和坡段时，缓和坡段长度长度应应增加增加。 回头曲线回头曲线段不能作为缓和坡段。段不能作为缓和坡段。坡长坡长3 最小坡长限制最小坡长限制1）理由：）理由： 过短，则变坡点个数增加，行车时颠簸频繁，影响行车平顺性； 过短，则不能满足设置最短竖曲线这一几何条件的要求。 2）标准规定）标准规定:各级公路最短坡长不应小于各级公路最短坡长不应小于915s行程行程。 最小坡长限制：任何路段最小坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段最大坡长：陡坡路段n最小纵坡：最小纵坡：n 各级公路在特殊情况下各级公路在特殊情况下容许使用容许使用的最小坡度值。的最小坡度值。n最小纵坡值最小纵坡值：0.3%0.3

12、%，一般情况下一般情况下0.5%0.5%为宜。为宜。n适用条件适用条件：排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、：排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线等。设超高的平曲线等。n 当必须设计平坡（当必须设计平坡（0%0%）或小于）或小于0.3%0.3%的纵坡时，边的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。沟应作纵向排水设计。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。最小纵坡（最小纵坡（minimum longitudinal gradientminimum longitudinal gradient）平均纵坡（平均纵坡（average gradient） 1）平均纵坡）平

13、均纵坡-指一定路线长度范围内，路线两端点的高差与路线长度的比值。 二、三、四级公路越岭线的平均纵坡： 2）相关规定 相对高差200500m 不应大于不应大于 5.5 相对高差500m 不应大于不应大于 5 台阶式HL注意注意： 任 何 相 连3km路段的平均纵不应大于不应大于5.5。（1）合成坡度合成坡度道路在平曲线路段，若纵向有纵坡且横向又有超高时，则最大坡度在纵坡和超高横坡所合成的方向上，这时的最大坡度称为合成坡度合成坡度。 （2）对合成坡度的限制 控制陡坡控制陡坡与与急弯急弯的的重合重合； 平坡平坡与设与设超高超高平曲线的平曲线的配合配合问题。问题。 合成坡度（合成坡度（resultan

14、t gradientresultant gradient） 22ciziHi3.3 竖曲线设计竖曲线设计竖曲线竖曲线：纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，称为竖曲线车用一段曲线来缓和，称为竖曲线。变坡点变坡点：相邻两条坡度线的交点。相邻两条坡度线的交点。坡度差坡度差：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用之差代替，用表示表示 =i2 - i1 0：凹型竖曲线：凹型竖曲线12i1i2i3凹型竖曲线凹型竖曲线 00凸型竖曲线凸型竖曲线 00采用与地形条件吻合的采用与地形条件吻合的指标，显得舒展自然

15、指标，显得舒展自然1.1.竖曲线的计算竖曲线的计算Rxh22H HT TH HS Sy yHnBPDBPDn nBPDn-1-1Hn-1-1i in ni in-1n-1i in+1n+1LczLcz1 1LczLcz2 2H HT T竖曲线上任意点设计标高的计算竖曲线上任意点设计标高的计算 n例例：某山岭区一般二级公路，变坡点桩号为：某山岭区一般二级公路，变坡点桩号为k5+030.00，高程为，高程为427.68m，i1=5%，i2=-4-4%，竖曲，竖曲线半径线半径R=2000m。n试计算竖曲线要素以及桩号为试计算竖曲线要素以及桩号为k5+000.00和和k5+100.00处的设计高程。处

16、的设计高程。二、竖曲线的最小半径二、竖曲线的最小半径 1.1.缓和冲击缓和冲击 在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上是减重，确定竖曲线半径时，对离心加速度应是减重，确定竖曲线半径时，对离心加速度应加以控制。加以控制。6 . 36 . 32min2minVLVR或2 . 16 . 3minVtVL2.2.时间行程不过短时间行程不过短 3满足视距的要求满足视距的要求 凸形竖曲线的最小半径和最小长度凸形竖曲线的最小半径和最小长度 TSL TSL 凹形竖曲线最小半径和最小长度凹形竖曲线最小半径和最小长度 TSL TSL 跨线桥下行车视距要求跨线桥下行车视距要求 TS

17、L TSL 3.4 高等级道路上的爬坡车道高等级道路上的爬坡车道3.4 高等级道路上的爬坡车道高等级道路上的爬坡车道 1.1.设置爬坡车道的条件设置爬坡车道的条件 爬坡车道爬坡车道-（climbing lane）是陡坡路段主线行车道外侧增设的供载重车行驶的专用车道。（1）公路公路1）沿上坡方向行驶载重汽车的行驶速度降低到表4-14的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。2.2.爬坡车道的设计爬坡车道的设计 （1）横断面组成）横断面组成 爬坡车道设于上坡方向主线行车道右侧，宽度一般为3.5m，包括设于其左侧路缘带的宽度0.5m。 （2

18、）横坡度）横坡度1）因为爬坡车道的V比主线小，超高坡度较小，超高坡度的旋转轴为爬坡车道内侧边缘线。2）位于直线路段时，其横坡度的大小同于主线路拱坡度，均采用直线式横坡。 2.2.爬坡车道的设计爬坡车道的设计 （3）平面布置与长度）平面布置与长度 总长度由起点处渐变段长度1、爬坡车道的长度L和终点处附加长度2（见表4.16）组成。2.2.爬坡车道的设计爬坡车道的设计 1 1、避险车道定义、避险车道定义 在长陡坡路段正线行车道下坡方向右侧为失控车辆增设在长陡坡路段正线行车道下坡方向右侧为失控车辆增设的专用车道。的专用车道。 2 2、设置目的、设置目的 为防止连续长、陡下坡车辆在行驶中速度失控而造成

19、事故。为防止连续长、陡下坡车辆在行驶中速度失控而造成事故。 3 3、设置要求、设置要求 避险车道的长度根据主线下坡行驶速度、避险车道纵坡和避险车道的长度根据主线下坡行驶速度、避险车道纵坡和坡床集料而定。坡床集料而定。 3.5 避险车道的设计避险车道的设计网索避险车道网索避险车道JD5 R= Ls=JD6 R= Ls=JD5 R= Ls=n （1）准备工作）准备工作：应收集有关设计资料：里程桩号和地面高程；平面应收集有关设计资料：里程桩号和地面高程；平面设计成果；沿线地质资料等。设计成果；沿线地质资料等。n 点绘地面线，填写有关内容。点绘地面线，填写有关内容。3.6纵断面设计方法与纵断面设计图纵

20、断面设计方法与纵断面设计图 1.纵断面设计（纵断面设计（profile design）方法与步骤）方法与步骤 n （2）标注高程控制点：）标注高程控制点：n 路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；最小填土高度；最大路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；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。点等。n 山区道路的山区道路的“经济点经济点”或或“挖方点挖方点”等。等。 1. 1.

21、纵断面设计方法与步骤纵断面设计方法与步骤n （1）准备工作：）准备工作：应收集有关设计资料：里程桩号和地面高程；平面应收集有关设计资料：里程桩号和地面高程；平面设计成果；沿线地质资料等。设计成果；沿线地质资料等。n 点绘地面线，填写有关内容。点绘地面线，填写有关内容。JD5 R= Ls=JD6 R= Ls=JD5 R= Ls=n (2)标注高程控制点：标注高程控制点：n 路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；最小填土高度；最大路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；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

22、；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。点等。n 山区道路的山区道路的“经济点经济点”或或“挖方点挖方点”等。等。 JD5 R= Ls=JD6 R= Ls=JD5 R= Ls=(3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 JD5 R= Ls=JD6 R= Ls=JD5 R= Ls=(4)调整：按平纵配合要求及调整：按平纵配合要求及标准标准执行情况等进行检查调整执行情况等进行检查调整。 (3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。试坡：根据地

23、形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 (5)核对：典型横断面核对。核对：典型横断面核对。 (6)定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。 精度要求：精度要求： 变坡点桩号：一般要调整到变坡点桩号：一般要调整到10m的整桩号上的整桩号上 坡度值：精确到小数点两位，即坡度值：精确到小数点两位，即0.00% 变坡点高程：精确到小数点三位，即变坡点高程：精确到小数点三位，即0.000 中桩高程：精确到小数点两位，即中桩高程：精确到小数点两位，即0.00JD5 R= Ls=JD6 R= Ls=JD5 R= Ls=(4)调整：按平纵配合要求及调整：按平纵配合要求

24、及标准标准执行情况等进行检查调整执行情况等进行检查调整。 (3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 JD5 R= Ls=JD6 R= Ls=JD5 R= Ls=(5)核对：典型横断面核对。核对：典型横断面核对。 (6)定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。(4)调整：按平纵配合要求及调整：按平纵配合要求及标准标准执行情况等进行检查调整。执行情况等进行检查调整。 (3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 R= T= E =R= T

25、= E =R= T= E =(7)竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素HR(5)核对：典型横断面核对。核对：典型横断面核对。 (6)定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。(7)竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素(4)调整：按平纵配合要求及调整：按平纵配合要求及标准标准执行情况等进行检查调整执行情况等进行检查调整。 (3)试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 (8)设计高程计算：从起点由纵坡度连续推算变坡点设计高程；设

26、计高程计算：从起点由纵坡度连续推算变坡点设计高程； 逐桩计算设计高程。逐桩计算设计高程。变坡点桩号变坡点桩号 BPD变坡点设计高程变坡点设计高程 H竖曲线半径竖曲线半径 R纵断面设计成果纵断面设计成果 4.6纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 2.2.纵断面设计图（纵断面设计图（vertical profilevertical profile map map） （1）公路纵断面设计图）公路纵断面设计图直角坐标直角坐标 横坐标（里程及桩号）1：2000 或 1：5000 纵坐标（水准高程） 1：200 或 1：500图的上半部包括：图的上半部包括：图的下部各栏应示出：图的下部各栏应示出：盖板涵盖板涵444446448450452454456458460462464466468470472474476总 张 第 张 地质状况上为粘土，下为页岩或泥岩设计高程坡度(%)坡长(m)填 挖 高地面高程桩 号直线及平曲线424426428430432434436438440442444446448450452454456高程 (m)纵断面设计图重庆交通学院工程设计所科城路市政道路工程（一期）审核设计复核2002.10日期（2）城市道路纵断面图）城市道路纵断面图 比例尺：水平方向1:5001：1000， 垂直方