公路勘测设计 课件 任务三纵断面设计

公路勘测设计任务三纵断面设计学习目标1.掌握纵断面和纵断面设计图的基本知识；2.掌握最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、缓和坡段、平均纵坡、合成坡度、爬坡车道的概念和设置要求；3.掌握竖曲线要素计算及设计方法；4.掌握平、纵线形组合设计要点和注意事项；5.掌握纵断面设计要点、方法及注意事项；6.熟练掌握纵断面设计图的设计步骤和路基设计表的计算填写。概述定义：沿着道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。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。纵断面图地面线设计线改建公路原地面标高设计标高新建公路城市道路：建成后的行车道中线路面标高或中央分隔带中线标高施工高度：设计标高与原地面标高之差高速、一级：中央分隔带的外侧边缘标高超高、加宽路段：设超高、加宽前该处边缘标高二、三、四级：路基边缘标高标高设计标高设计标高第一节纵坡及坡长设计一、汽车行驶与公路纵坡的关系（一）汽车行驶要求保证规定速度下的爬坡能力和下坡安全性（二）汽车在坡道上的行驶要求1.纵坡度力求平缓；2.陡坡宜短，长坡道的纵坡度应严格控制；3.纵坡度变化不宜太多，避免急剧起伏，力求纵坡均匀。第一节纵坡及坡长设计二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制（一）最大纵坡1.确定最大纵坡应考虑的因素（1）汽车的动力性能（2）公路等级（3）自然因素第一节纵坡及坡长设计二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制（一）最大纵坡2.最大纵坡的确定最大纵坡是各级公路纵坡限制值，只有在山岭区路线特别困难时采用第一节纵坡及坡长设计二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制（二）最小纵坡1.最小纵坡值：不小于0.3%2.当必须设计水平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时边沟排水设计与纵坡设计一起综合考虑，边沟应做纵向排水设计第一节纵坡及坡长设计二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制（三）坡长限制1.最大坡长的限制，见表3-2设计速度(km/h）第一节纵坡及坡长设计二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制（三）坡长限制2.陡坡组合坡长

几个不同坡度值的连续陡坡，相邻坡段长度按限制规定进行折算3.最小坡长限制第一节纵坡及坡长设计一、汽车行驶与公路纵坡的关系二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制三、缓和坡段

陡坡长度达到限制坡长时，应设置一段缓坡四、平均纵坡

是指一定长度的路段纵向所克服的高差与其长度之比平均纵坡是衡量路线线形设计质量的重要指标之一第一节纵坡及坡长设计五、合成坡度公路在平曲线地段，若纵向有纵坡并横向有超高时，则最大坡度既不在纵坡上，也不在横向超高上，这个最大的坡度称为合成坡度，又称作流水线坡度。第一节纵坡及坡长设计五、合成坡度最大合成坡度是控制极限值，一般情况应留有一定余地。在纵断面设计时，纵坡的确定必须考虑满足合成坡度的要求最小合成坡度≥0.5%超高过渡的变化处，合成坡度不应设计成0%合成坡度＜0.5%时，应采取综合排水措施保证路面排水畅通第二节竖曲线变坡点：两相邻纵坡线的交点变坡角：变坡点处的转角ω=i1

-i2凸曲线：变坡点在曲线上方ω为“+”凹曲线：变坡点在曲线下方ω为“-”基本概念上坡i为“+”下坡i为“-”第二节竖曲线一、竖曲线要素计算竖曲线长竖曲线切线长竖曲线的外距竖曲线上任意点竖距式中第二节竖曲线二、竖曲线的最小半径极限最小半径是缓和行车冲击和保证行车视距所必需的竖曲线半径的最小值。设计时多采用大于极限最小半径1.5~2.0倍的值第二节竖曲线三、竖曲线的设计和计算（一）竖曲线设计

半径选择尽量大一些有条件时宜采用大于等于表3-4的竖曲线半径第二节竖曲线相邻竖曲线衔接应注意：1.同向竖曲线：特别是两同向凹形竖曲线间，如果直坡段接近或达到最小坡长时，宜合并设置为单曲线或复曲线。2.反向竖曲线：反向竖曲线间应设置一段直线坡段。3.竖曲线设置应满足排水需要第二节竖曲线二、竖曲线计算1.计算竖曲线的基本要素

竖曲线长：L；

切线长：T；外距：E；2.计算竖曲线的起、终点桩号

竖曲线的起点桩号=变坡点桩号-T竖曲线的终点桩号=变坡点桩号+T3.计算竖曲线上任意点设计高程及改正值

切线高程=变坡点高程±（T-）

改正值4.计算竖曲线上任意点高程

某桩号在凸形竖曲线上的设计高程=该桩号在切线上的设计高程-h某桩号在凹形竖曲线上的设计高程=该桩号在切线上的设计高程+h例3-1

某山岭区二级公路，变坡点桩号为K3++030.00，高程为427.68m，前坡为上坡，=+5%，后坡为下坡，

=-4%，竖曲线半径R=2000m。试计算竖曲线诸要素以及桩号为K3+000.00和K3+100.00处的设计高程，如图3-3所示。（1）计算竖曲线要素所以该曲线为凸形竖曲线。曲线长切线长外距（2）竖曲线起、终点桩号竖曲线起点桩号=(K3+030.00)-90=K2+940.00竖曲线终点桩号=(K3+030.00)+90=K3+120.00（3）K3+000.00、K3+100.00的切线高程和改正值K3+000.00的切线高程=427.68-(K3+030.00-K3+000.00)×5%=426.18mK3+000.00的改正值=

K3+100的切线高程=427.68-(K3+100.00-K3+030.00)×4%=424.88mK3+100.00的改正值=（4）K3+000.00和K3+100.00的设计高程K3+000.00的设计高程=426.18-0.9=425.28mK3+100.00的设计高程=424.88-0.1=424.78m第三节爬坡车道

所谓爬坡车道，是在陡坡路段正线行车道右侧增设的供载货车行驶的专用车道。一、设置爬坡车道的条件（1）沿连续上坡方向载货汽车的运行速度降低到允许最低速度以下时；（2）上坡路段的通行能力小于设计小时交通量时；（3）经技术经济比较。第三节爬坡车道二、爬坡车道的设计（一）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。第三节爬坡车道二、爬坡车道的设计（一）横断面组成（二）横坡度超高横坡度的旋转轴为爬坡车道内侧边缘线直线段时，爬坡车道的横坡度同主线路拱横坡度第三节爬坡车道二、爬坡车道的设计（一）横断面组成（二）横坡度（三）平面布置与长度（三）平面布置与长度爬坡车道的起点，应设于陡坡路段上载货汽车运行速度降低至“容许最低速度”处。爬坡车道的终点，应设于载货汽车爬经陡坡路段后恢复至“容许最低速度”处，或陡坡路段后延伸的附加长度的端部。相邻两爬坡车道相距较近时，宜将两爬坡车道直接相连爬坡车道起点、终点处应设置分流、汇流渐变段，其长度如表3-10平面布置与长度总长度由起点处渐变段长度Ｌ1、爬坡车道的长度L和终点处附加长度Ｌ2组成。第四节公路平、纵线形组合设计一、视觉分析二、公路平、纵线形组合设计（一）组合的原则（二）组合方式1.平曲线和竖曲线组合2.平面直线与纵断面的组合三、线形组合特征及注意问题第四节公路平、纵线形组合设计

在满足汽车运动学和动力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适及与沿线构造物、周围环境相协调要求，并有良好的排水条件。一、视觉分析从视觉心理出发，对道路空间线形及周围景观和沿线建筑的协调等进行研究分析，以保持视觉连续性，行车舒适感和安全感的综合设计。第四节公路平、纵线形组合设计一、视觉分析1.意义：保证道路空间线形的顺适性；保证道路与周围自然景观和沿线建筑、设施的协调性；保证视觉的连续性；保证行车的安全性。第四节公路平、纵线形组合设计2.视觉与车速动态规律(1)驾驶员的注意力集中和心理紧张的程度随着车速的增加而增加。(2)驾驶员的注意力集中点随着车速增加而向远方移动。当车速增加97km／h时，他的注意力集中点在前方600m以外的某一点。当车速超过97km／h时，对前景细节的视觉开始模糊起来。第四节公路平、纵线形组合设计2.视觉与车速动态规律(3)驾驶者的周界感随车速的增加而减少。当车速达到72km/h时，驾驶者可以看到公路两侧视角30～40°的范围，而当车速增加到97km/h时，视角减至20°以下。当车速再增加，驾驶者的注意力随之引向景象中心而置两侧于不顾。第四节公路平、纵线形组合设计3.视觉评价方法道路透视图：是按视觉评价方法：利用视觉印象随时间变化的道路透视图按照汽车在道路上的行驶位置，根据线形的几何状况确定的视轴方向以及由车速确定的视轴长度，利用坐标透视的原理绘制的。第四节公路平、纵线形组合设计第四节公路平、纵线形组合设计二、公路平、纵线形组合设计（一）组合的设计原则1.视觉上自然引导驾驶员视线，并保持视觉连续性。2.注意保持平、纵线形的技术指标大小均衡。3.合成坡度选择得当，以利于行车和路面排水。4.注意与周围环境相协调。第四节公路平、纵线形组合设计（二）组合方式二、公路平、纵线形组合设计（二）组合方式1.直线与纵断面的组合

（1）平面直线与纵面直线组合（纵坡不变的直线）

（2）平面直线与竖曲线组合要素

（凸型直线、凹型直线）

直线上一次变坡是很好的平、纵组合，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；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”。(3)直线与纵断面应避免的组合

断背曲线的改善

断背曲线

(3)直线与纵断面应避免的组合暗凹

纵断面上：避免能看到纵坡起伏三次以上。(3)直线与纵断面应避免的组合3.平曲线与纵断面的组合

（1）平曲线与纵面直线组合

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。（2）平曲线与竖曲线的组合

①平曲线与竖曲线应相互重和，且平曲线应稍长于竖曲线。

（2）平曲线与竖曲线的组合（2）平曲线与竖曲线的组合

平竖曲线顶点尽量重合，竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，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。

2.平曲线与纵断面的组合

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。若平、竖曲线半径都很大，则平、竖位置可不受上述限制。②平曲线与竖曲线大小应保持均衡半径：若平曲线半径小于1000m时，竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍。长度：平曲线应稍长于竖曲线②平曲线与竖曲线大小应保持均衡长度：平曲线远长于竖曲线的情况：②平曲线与竖曲线大小应保持均衡长度：平曲线小于竖曲线长度的情况：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。②平曲线与竖曲线大小应保持均衡一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭。②平曲线与竖曲线大小应保持均衡③平曲线与竖曲线应避免的组合

暗、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，悦目的。注意避免“暗凹”组合。③平曲线与竖曲线应避免的组合注意避免“暗凹”组合。③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

③平、竖曲线应避免的组合

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。③平、竖曲线应避免的组合

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部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。

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。

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。

注意避免“暗凹”组合。（三）平、纵线形组合与景观的协调配合

内容：充分利用自然景观；

人造景观设计线形与景观的配合应遵循以下原则：

1．应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求，尤其在规划和选线阶段，比如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区等景点和其它特殊地区，一般以绕避为主。

2．尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。

3．应能提供视野的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体。4．不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。5．条件允许时，以适当放缓边坡或将其变坡点修整圆滑，以使边坡接近于自然地面形状，增进路容美观。6．应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计。第五节纵断面设计方法及纵断面图（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。（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。一、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：可采用一般最小值特殊困难情况下：方可用极限最小值。有条件时：宜采用表4-20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（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。（五）关于相邻竖曲线的衔接反向曲线：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。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=二、纵断面设计步骤及注意问题（一）纵断面设计步骤

1．准备工作：（1）应收集有关设计资料：①里程桩号和地面高程；②平面设计成果；③沿线地质资料等。

（2）点绘地面线，填写有关内容。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=2．标注高程控制点：

①路线起、终点；②越岭哑口；③重要桥涵；④最小填土高度；⑤最大挖深；⑥沿溪线的洪水位；⑦隧道进出口；⑧平面交叉和立体交叉点；⑨铁路道口；⑩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。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=3．试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。

JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=4．调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。5．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。精度要求：变坡点桩号：一般要调整到10m的整桩号上坡度值：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0.000

中桩高程：精确到小数点两位，即0.00JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=R=T=E=R=T=E=R=T=E=7.竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素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；逐桩计算设计高程。（竖曲线范围内应修正）9.计算填挖高度：三、纵断面图的绘制比例尺：横坐标采用1:2000（城市道路采用1:500～1:1000）纵坐标采用1:200（城市道路为1:50～1:100）。纵断面图组成：上部：主要用来绘制地面线和纵坡设计线。并标注竖曲线及