纵断面设计课件

1、第4章 纵 断 面 设 计第4章 纵 断 面 设 计4.1 概述沿着道路中线竖直剖切后展开得到的断面为路线纵断面。 纵断面设计：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。任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。 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等。 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； 设计线：路线上各点路基设计高程的连线。路线纵断面图构成：纵坡：坡线的坡度即路线纵向坡度。式中： i纵坡，按路线前进方向，上坡为正、下坡为负； H1，H2按路线前进方向为序的坡线两端点的高程； L坡线两端点间的水平距离，坡长。本章知识点：纵

2、坡及坡长设计竖曲线道路平、纵线形组合设计纵断面设计方法及纵断面图爬坡车道4.2.1 纵坡设计的一般要求（1） 纵坡设计必须满足标准的各项规定。（2） 纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大或过于频繁，尽量避免采用规范中的极限纵坡值。（3） 设计应综合考虑沿线地形、地质、水文、地下管线、气候等。（4）纵坡设计应尽量减少土石方和其他工程数量。（5）山岭重丘区地形纵坡设计应考虑纵向填挖平衡，以减少借方和废方。平原区应满足最小填土高度要求，以保证路基稳定。（6）高等级公路应考虑通道、农田水利等方面的要求，低等级公路应注意考虑民间运输、农田机械等方面的要求。4.2.1 纵坡设计的一般要求4.2.2 最大纵

3、坡最大纵坡：是指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度。影响因素： 汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。 道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。 自然条件：海拔高程、气候（积雪寒冷等）。纵坡度大小的优劣：坡度大：行车困难，上坡速度低，下坡较危险。山区公路可缩短里程，降低造价。实例4.2.2 最大纵坡最大纵坡：是指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度。（1） 设计速度为120km/h、100km/h、80km/h的高速公路，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。（2） 设计速度为40km/h、30km/h、20km/h的公路，改建工程利用原有公路

4、的路段，经技术经济论证，最大纵坡可增加1。（3） 四级公路位于海拔2 000m以上或积雪冰冻地区的路段，最大纵坡不应大于8。（4）对桥上及桥头路线的最大纵坡： 小桥和涵洞处纵坡应按路线规定采用； 大、中桥上纵坡不宜大于4%。 隧道内纵坡不应大于3%。4.2.3 高原纵坡折减 高原为什么纵坡要折减？ 规范规定：位于海拔3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按表4-5的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。4.2.4 理想的最大纵坡和不限坡长的最大纵坡 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，持续以V1等速行驶所能克服的坡度。V1取值：对低速路为设计速度，高速

5、路为载重车的最高速度。 设计车速V1201008060滚动阻力系数f1.01.01.01.5减速范围V1V28060805580506040动力因素D1D22.33.02.33.22.33.33.03.5H=0，=1.19i1i21.72.61.72.81.72.92.12.7H=1000=1.05i1i21.42.21.42.41.42.51.72.2 东风EQ-140载重车装载75%时，各设计车速下理想的最大纵坡i1：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速度的1/22/3（高速路取低限，低速路取高限）。 i2=D2-f不限坡长最大纵坡：速度至少能保持容许速度所对

6、应的纵坡。4.2.4 理想的最大纵坡和不限坡长的最大纵坡设计车速V1201008060滚动阻力系数f1.01.01.01.5减速范围V1V28060805580506040动力因素D1D22.33.02.33.22.33.33.03.5H=0，=1.19i1i21.72.61.72.81.72.92.12.7H=1000=1.05i1i21.42.21.42.41.42.51.72.2 东风EQ-140载重车装载75%时，各设计车速下不限长度的最大纵坡i2：设计车速V1201008060滚动阻力系数f1.01.01.01.5减速范围V1V28060805580506040动力因素D1D22.3

7、3.02.33.22.33.33.03.5H=0，=1.19i1i21.72.61.72.81.72.92.12.7H=1000=1.05i1i21.42.21.42.41.42.51.72.2 东风EQ-140载重车装载75%时，各设计车速下理想最大纵坡i1和不限长度的最大纵坡i2：4.2.5 最小纵坡挖方路段以及其他横向排水不良的路段所规定的纵坡最小值。 在长路堑以及其他横向排水不通畅地段，各级公路均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5为宜。 当必须设计平坡或纵坡小于0.3%的路段时，边沟应作纵向排水设计。 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

8、纵坡不宜小于超高允许渐变率。4.2.5 最小纵坡排水不良事故多发点实例竖曲线：半径为65000m（i1=-0.3%，i2=0.5%）；平曲线：1000m的弯道；事故原因：雨天经常积水，路面抗滑性下降，方向不好控制。柳桂高速公路K404+700处纵断面：前后反坡的凹型竖曲线；平面：圆曲线，超高过渡中横坡存在小于0.5%路段；事故原因：纵横向排水均不畅，雨天积水。柳桂高速公路K430+600处4.2.6 坡长限制1. 最小坡长限制 在平面交叉口、立体交叉的匝道以及过水路面地段，最小坡长可不受此限。2. 最大坡长 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。 高速公路、一级公路当

9、连续陡坡由几个不同坡度值的坡段组合而成时，应采用平均坡段法进行验算，即：4.2.7 缓和坡段 当连续纵坡大于坡长限制时，应在不大于规范规定长度处设置缓和坡段，用以恢复在陡坡上降低的速度和保证安全。纵坡值：不应大于3%长 度：不小于最小坡长要求线 形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线；注：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。4.2.7 缓和坡段4.2.8 平均纵坡指由若干坡段组成的路段所克服的高差与路线长度之比。规范规定：二、三、四级公路越岭线路线的平均纵坡，一般以接近5.5（相对高差为200500m）和5（相对高差大于500m）为宜，任意相连3km路段的平均纵

10、坡不宜大于5.5。izihI4.2.9 合成坡度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。4.2.9 合成坡度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。4.3.1 竖曲线的作用及线形变坡点：纵断面上相邻两条纵坡线的交点。12i1i2i3凹型竖曲线 0凸型竖曲线 0竖曲线：为保证行车安全、舒适及视距的需要，在坡段的转折处设置一段曲线来缓和。变坡角：相邻两条坡度线的坡角差。竖曲线的主要作用：（1） 缓冲作用。（2） 保证公路纵向的行车视距。（3） 将竖曲线与平曲线恰当组合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。规范规定采用二次抛物线作为竖曲线的线形。4.3.2 竖曲线要素

11、的计算公式二次抛物线方程：i21. 竖曲线长度Li24.3.2 竖曲线要素的计算公式2. 竖曲线切线长Ti24.3.2 竖曲线要素的计算公式i2xh竖曲线上任意点的竖距h3.竖曲线上任意点的竖距h 4.3.2 竖曲线要素的计算公式3.竖曲线上任意点的竖距h x的取值：计算点位于变坡点前： x为计算点至竖曲线起点距离，即：x=计算点里程桩号-起点里程桩号计算点位于变坡点后： x为计算点至竖曲线终点距离，即：x=终点里程桩号-计算点里程桩号i2hxh竖曲线上任意点的竖距h计算点位于曲线后半段：4. 竖曲线外距Ei21. 竖曲线长度L2. 竖曲线切线长T3.竖曲线上任意点的竖距h 4. 竖曲线外距E

12、例题： 某二级公路,变坡点桩号为K6+100.00,高程为138.15m,i1=4%,i2=5%，竖曲线曲率半径R3000m。试计算竖曲线诸要素以及桩号为K6060和K6180.00处的设计高程。（1） 计算竖曲线要素（2） 计算竖曲线起终点桩号（3） 计算各桩号的x、y值（4） 计算各加桩的切线高程（5） 计算各加桩的设计高程4.3.3 竖曲线的最小长度和最小半径1. 凸型竖曲线的最小半径和最小长度主要影响因素：行车视距（1） LS时：AB（2） LS4.3.3 竖曲线的最小长度和最小半径凸型竖曲线最小半径和最小长度：竖曲线最小长度相当于各级道路计算行车速度的3秒行程 。2. 凹形竖曲线最小

13、半径和最小长度主要影响因素：离心力3. 按汽车行驶时间的要求确定竖曲线最小长度按3s行程计算： 爬坡车道是陡坡路段正线行车道外侧增设的供载重车行驶的专用车道。 高速、一级公路四车道考虑是否需要设置。4.4.1 设置爬坡车道的条件符合下列条件之一者，可增设爬坡车道。（1） 沿上坡方向载重汽车的行驶速度降低到允许最低速度以下时；（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。4.4.2 爬坡车道的设计1. 横断面组成 设于上坡方向正线行车道右侧。爬坡车道的宽度一般为3.5m。正线路缘带爬坡车道硬路肩土路肩0.53.51.02. 横坡度3. 平面布置与长度路缘带正线起点终点L1=

14、45mLL260m适用条件： （1）当设计速度大于或等于60km/h时，必须注重平、纵的合理组合； （2）当设计速度小于或等于40km/h时，在条件允许情况下力求做到各种线形要素的合理组合，并尽量避免和减轻不利组合。4.5.1 平纵组合设计原则 1应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 2注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡,使线形在视觉上、心理上保持协调。 3选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。 4应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。4.5.2 平、纵线形的组合1. 直线与纵断面的组合（1）平面直线与纵面直线组合（2）平面直线与竖曲线组合要素 （凸型直线

15、、凹型直线） 从美学观点讲以包括一个凸型竖曲线为好，而包括一个凹型线次之； 从视觉条件讲以包括一个凹形竖曲线为好，而包括一个凸型线次之。4.5.2 平、纵线形的组合1. 直线与纵断面的组合凹形竖曲线凸型竖曲线 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”。 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”。2. 平曲线与纵断面的组合（1） 平曲线与纵面直线组合要素 组合时要注意平曲线半径与纵坡度协调，要避免急弯与陡坡相重合。 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。（2） 平曲线与竖曲线组合 平竖曲线顶点重合，且平包竖。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两

16、个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。 平、竖曲线重合如果平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开不超过平曲线长度的四分之一时，仍然可以获得比较满意的外观。（2） 平曲线与竖曲线组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。（2） 平曲线与竖曲线组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。不良组合：凹形竖曲线位于平曲线起点（2） 平曲线与竖曲线组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。凹形竖曲线位于平曲线起点（2） 平曲线与竖曲线组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。不良组合：凸形竖曲线位于平曲线起点

17、（2） 平曲线与竖曲线组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。不良组合： 若做不到平、竖曲线较好的组合（顶点的重合），则宁可把平竖曲线分开相当距离（不小于3s行程），使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。（2） 平曲线与竖曲线组合平曲线与竖曲线大小应保持均衡半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍 长度：平曲线应稍长于竖曲线平曲线与竖曲线大小应保持均衡半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍 长度：平曲线应稍长于竖曲线 平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭。 平曲

18、线与竖曲线大小应保持均衡 平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭。 平曲线与竖曲线大小应保持均衡平、竖曲线应避免的组合 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。凸形竖曲线与反向平曲线拐点重合 跳 跃平、竖曲线应避免的组合 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。平、竖曲线应避免的组合 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。 计算行车速度40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶

19、部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。 平、竖曲线应避免的组合 要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。 凸型竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径平曲线： 在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的、半径小的竖曲线。避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线。 平、竖曲线半径都很小时不宜重合；此时应将两者分开，把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。 平、竖曲线应避免的组合4.6.1 纵断面设计要点（一）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。一般讲，纵坡缓些为好，但为了路面和边沟排水，最

20、小纵坡不应低于0.3%0.5%。 （二）关于最短坡长 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。4.6.1 纵断面设计要点（三）各种地形条件下的纵坡设计 1平原、微丘区：保证最小填土高度，作包线设计。 2山岭、重丘区：按纵向填挖平衡设计，不宜在连续采用极限长度的陡坡之间夹短的缓和坡段，且不应设置反坡。4.6.1 纵断面设计要点 一般情况下：竖曲线应选用较大半径为宜。 坡差小时：应尽量采用大的竖曲线半径。 条件受限制时：可采用一般最小值。（四）关于竖曲线半径的选用4.6.1 纵断面设计要点 特

21、殊困难情况下：方可用极限最小值。 有条件时：宜采用下表规定的满足视觉要求的最小半径。 （四）关于竖曲线半径的选用4.6.1 纵断面设计要点（五）关于相邻竖曲线的衔接 同向曲线：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。 反向曲线：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。（五）关于相邻竖曲线的衔接4.6.2 纵断面设计方法步骤及注意事项（一）纵断面设计方法与步骤1准备工作：（1）应收集有关设计资料：里

22、程桩号和地面高程；平面设计成果；沿线地质资料等。（2）点绘地面线，填写有关内容。4.6.2 纵断面设计方法步骤及注意事项（一）纵断面设计方法与步骤 2标注高程控制点： 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。 山区道路的“经济点”或“挖方点”等。 采用路基断面透明模板。（一）纵断面设计方法与步骤路基横断面图：路基透明模板：横向填挖平衡：横向填方大于挖方：横向挖方大于填方： 2标注高程控制点：3试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。 4调整： 按平纵配合要求及标准执行情况等进行检