道路勘测设计纵断面设计课件

沿着道路中线竖直剖开，然后在展开即为路线纵断面，见图4－1。由于自然因素的影响以及经济性的要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。一纵断面设计主要任务与目的

纵断面设计主要任务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线的几何构成与要素，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客舒适的目的。第四章纵断面设计

ProfileDesigning第一节概述Outline

1.2.

二地面线与设计线 纵断面图是道路纵断面设计的主要成果，也是道路设计的重要技术文件之一。把道路纵断面图与平面图结合起来，就能准确地定出道路的空间位置。在纵断面图上有两条主要的线：一条是地面线，另一条是设计线。 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，反映了地面的起伏与变化情况。

3.2设计线它是综合考虑技术、经济和美学等诸因素之后，人为定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路的起伏变化情况。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。（1）直线（均匀坡度线）直线有上坡和下坡之分，是用高差和水平长度表示的。（2）竖曲线在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。4.第二节纵坡及坡长设计

TheDesignofProfileGradeandSlopeLength

一纵坡设计的一般要求

TheGenerallyRequireofProfileGradeDesign

为使纵坡设计经济合理，必须在全面掌握勘测资料的基础上，经过综合分析、反复比较定出设计纵坡。纵坡设计的一般要求为：

5.1、纵坡设计必须满足《标准》的各项规定；2、应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。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，起伏不宜过大或过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡和下坡路段，应避免设置反坡段。6.3、纵坡设计应对沿线的地形、地下管线、地质、水文、气候、排水等方面综合考虑，视具体情况妥善处理，以保证道路的稳定与畅通。4、纵坡设计应考虑填挖平衡，减少借方和废方，以降低工程造价和节省用地。5、平原微丘地区地下水埋藏较浅，池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小坡度要求外，还应满足最小填土高度的要求，以保证路基稳定。7.6、对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端引线等，坡应小些，避免产生突变。路线交叉处前后的纵坡也平缓一些。7、在实地调查的基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。二最大纵坡

TheMaximumProfileGrade

最大纵坡是指在纵断面设计中，各级道路容许采用的最大坡度值。它是路线设计中一项重要的控制指标。在地形起伏较大的地区，它直接影响路线的长短、使用质量的好坏、行车的安全、运输的成本和工程造价。8.

各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程、运营、经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。汽车沿陡坡行驶时，因克服升坡阻力及其它阻力需要增大牵引力，车速便会降低。若陡坡过长，将引起汽车水箱“开锅”、气阻等情况，严重时还可能引起发动机熄火，使驾驶条件恶化；若沿陡坡下行，因制动次数多，制动器易发热而失效，司机心理紧张，易引起交通事故。当道路泥泞时，情况更为严重。9.

我国《标准》在规定最大纵坡时，对汽车在坡道上的行驶情况作了大量的调查与研究工作，并广泛征求了各方面特别是驾驶员的意见，同时考虑了汽车带一拖挂车及畜力车通行的状况，结合交通组成、汽车性能、工程费用和营运经济等，经综合分析研究后确定了最大纵坡值，在线路设计时，都必须遵守。10.1、各级公路最大纵坡的规定见表4－3。2、城市道路最大纵坡见表4－2城市道路最大纵坡

计算车速(km/h)806050403020最大纵坡（％）推荐值455.5678限制值677899

备注：海拔3000～4000m高原城市按表值减小1％，积雪寒冷地区应控制在6％以内

表4-211.公路等级高速公路一二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘最大纵坡（％）345546576869各级公路最大纵坡表4-3备注：（1）高速公路受地形条件或其它情况限制时，经 技术经济论证合理,最大纵坡可增加1％；（2）海拔2000m以上或严寒冰冻区的山岭重丘区 四级公路，最大纵坡不应大于8％。12.3、桥上及桥头路线的最大坡度：小桥与涵洞处纵坡应按路线规定采用；大、中桥上纵坡不宜大于4％；桥头引线的纵坡不宜大于5％，且紧接桥头不短于10m（山岭、重丘区可减至5m）范围内的引道纵坡应与桥上纵坡相同；13.4、隧道部分路线的纵坡：隧道内纵坡不应大于3％，且不小于0.3％；紧接隧道洞口30m范围内的纵坡应与隧道内的纵坡相同（明洞和长度小于50m的隧道，可不受上述规定的限制）。5、在非机动车交通比例较大的路段，可将纵坡适当放缓：平原、微丘区一般不大于2％～3％；山岭、重丘区一般不大于4％～5％。14.三高原纵坡折减(自学)

TablelandGradeCompensation四理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡IdealofMaximumLongitndinalGradeandUnrestrictdLengthofMaximumlongitndin-alGrade 1理想的最大纵坡

15.

理想的最大纵坡是指设计车型即载重汽车在油门全开的情况下，持续等速行驶所能克服的坡度，可按下式计算，即(4-1) 式中：i1―――理想的最大纵坡；D1―――汽车行驶速度V1对应的动力因数，见图2－4；V1―――汽车行驶速度，对低速路取计算行车速度；对高速路取最高速度；f―――滚动阻力系数，见表2－4；λ―――海拔荷载修正系数。16.

因在具有i1的坡道上载重汽车能以最高速度行驶，这样，可以指望载重汽车与小客车、重车与轻车之间的速差最小，因而相互干扰也将最小，道路的总体通行能力将最大。2不限长度的最大纵坡

理想的最大纵坡固然好，但这种坡度常因地形等条件的限制很难实现。为此，在某些路段应允许汽车由最大车速V1降到V2，以获得较大的坡度。V2称为容许速度，不同等级的道路容许速度应不同，其值为17.

式中：V―――计算行车速度(km/h)，高速路取低限，低速路取高限，见表1－1和表1－2。与容许速度V2相对应的纵坡称为不限长度的最大纵坡，可按下式计算，即18.

式中：i2―――不限长度的最大纵坡；D2―――与容许速度V2对应的动力因数，见图2－4；当汽车在坡度小于或等于不限长度最大纵坡的坡道上行驶时，只要初速度大于容许速度，汽车至多减速到容许速度，与坡长长短无关；当实际坡度大于不限长度的最大纵坡时，为防止汽车行驶速度低于容许速度，应对其坡长加以限制。表4－6是东风EQ－140载重汽车装载75％时，各计算行车速度下理想的最大纵坡i1和不限长度的最大纵坡i2。19.理想的最大纵坡i1和不限长度的最大纵坡i2(%)表4-6计算行车速度(km/h)V1201008060403020滚动阻力系数(%)F1.01.01.01.52.02.02.0减速范围V1V28060805580506040402530202015动力因数(%)D1D22.33.02.33.22.33.33.03.55.45.85.75.85.85.8H=0,λ=1.19i1i21.72.61.72.81.72.92.12.74.44.94.84.94.94.9H=1000,λ=1.05i1i21.42.21.42.41.42.51.72.53.74.14.04.14.14.1H=2000,λ=0.93i1i21.11.81.12.01.12.11.31.83.03.43.33.43.43.4H=3000,λ=0.82i1i20.91.50.91.60.91.71.01.42.42.82.72.82.82.820.五最小纵坡MinimumLongitndinalGrade

为使道路上行车安全、快速、畅通，希望道路纵坡小一些为好，但在挖方路段、低填方路段和横向排水不畅通的路段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，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%时，边沟应单独作排水设计。在弯道路段，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。21.六坡长限制坡长限制，主要是指对较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制。RestrictionofSlopeLength221、最短坡长限制

最小坡长是指纵断面上两个变坡点之间的最小长度。最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的，如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏的路段会产生增重与减重的频繁变化，导致乘客感到极不舒适，车速越高越感突出。另外，坡长太短，变坡点之间不能设置相邻两竖曲线的切线长；此外，对两凸型变坡点间的距离还应满足行车视距的要求。考虑上述因素，应对最小坡长加以限制。23《标准》规定各级公路最短坡长见表4－7。各级公路最短坡长

表4-7公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘最短坡长（m）30025020015025015020012020012015010010060《城规》规定城市道路相对坡长见表4－8。城市道路最短坡长 表4-8计算行车速度（km/h）806050403020最短坡长2901701401108560在平面交叉口、立体交叉口的匝道，以及过水路面地段，最短坡长不受此限。242、最大坡长限制道路纵坡的大小及其坡长对汽车正常行驶影响很大。纵坡越陡、坡长越长，对汽车影响也越大。主要表现在：上坡时使汽车行驶速度显著下降，需换较低排挡以克服坡度阻力，同时，坡长太长，易是水箱“开锅”，导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡时制动次数频繁，易使制动器发热而失效，甚至造成车祸。因此，为保证行车的正常与安全，应对坡长加以限制。25(1)各级公路纵坡长度限制，见表4－10；各级公路纵坡长度限制 表4-10公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘纵坡坡度（％）21500////////////38001000//1000/////////46008009007008007001000/1000/800800//5/600700500/5008007008007006007007008006//500300/300/500/5004007005007007///////300/300/500/5008///////////300/3009/////////////20026(2)城市道路纵坡长度限制，见表4－11；(3)当计算行车速度V≤80km/h的道路，当连续纵坡大于长度限制时，应设缓和坡段；(4)当公路上有大量兽力车通行时，在可能的情况下，宜在不超过500m处设置一段不大于2％～3％的缓坡。以利于兽力车通行；(5)城市道路的非机动车道纵坡宜小于2.5%，否则应限制其坡长，见表4－11。城市道路纵坡长度限制 表4-11计算行车速度（km/h）80605040纵坡坡度（％）55.5666.5766.576.578纵坡长度限制（m）60050040040035030035030025030025020027七缓和坡段当陡坡的长度超过最大坡长的限制时，应在中间适当位置设置缓坡路段，用以恢复汽车上陡坡时已降低的车速。同时，从下坡安全考虑，缓坡也是需要的。根据实际观测，《标准》规定缓和坡段的纵坡应不大于3％，其长度应不小于最短坡长。AlleviateSectionofTheSlope28.

缓和坡段的具体位置应结合纵向地形的起伏情况，尽量减少填挖方工程数量来确定。一般情况下，缓和坡段宜设置在平面的直线或较大半径的平.曲线上，以便充分发挥缓和坡段的用，提高道路的使用质量。在极特殊的情况下，可以将缓和坡段设于半径比较小的平曲线上，但应适当增加缓和坡段的长度。29.八平均纵坡平均纵坡是指一定长度的路段纵向所能克服的高差与路线长度之比，它是衡量线形设计质量的重要指标之一，即

式中：H―――相对高度(m)；l―――路段长度(m)。（％）AverageVertical-slope30.通过对山区道路行车的实际调查发现，有时虽然道路纵坡设计完全符合最大纵坡、坡长限制和缓和坡长的规定，但也不一定能保证行车的顺利与安全。如对地形较为复杂的地段，设计者可能交替使用极限长度的最大纵坡及缓和坡长，从而形成“台阶式”纵断面线形，这是一种合法但不合理的做法。在这种坡道上汽车会较长时间频繁地使用低档行驶，对机件和安全都不利。纵坡坡度（%）车种自行车三轮车、板车2.530015032001003.5150/城市道路非机动车坡长限制（m）

表4-12

31.《标准》规定：二、三、四级公路越岭路线的平均坡度，一般以接近5.5％（相对高差为200～500m）和5.0％（相对高差大于500m）为宜，并注意相连3km路段的平均纵坡不宜大于5.5％。城市道路的平均纵坡按上述规定减少1.0％。对于海拔3000m以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少0.5％～1.0％。32.

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。竖曲线的形式可采用抛物线或园曲线，在使用范围二者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线比园曲线更为方便。所以，竖曲线一采用抛物线者居多。第三节竖曲线

VerticalAlignment33.

一竖曲线要素的计算公式

CalculateFomulaofVerticalAlignmentFactor

如图4－2所示，建立XOY坐标系统，设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2，它们的代数差用ω表示，称为坡度差，即 ω＝i2－i1 式中：ω―――坡度差（％）；i1，i2―――分别为相邻纵坡线的坡度值，上坡为正，下坡为负。34.35.当ω为“＋”时，表示凹型竖曲线，变坡点在曲线下方；当ω为“－”时，表示凸型竖曲线，变坡点在曲线上方。 1

二次抛物线的基本方程式

在图示坐标系下，二次抛物线一般方程为(1) 对竖曲线上任意一点P，其斜率为

36.当X＝0时， ；当X＝L时， ，则 (2)抛物线上任意一点P的曲率半径为

式中： , ，代入上式，得

37.因为iP介于i1、i2之间，且i1、i2均很小，故iP可忽略不计，则(3)由此可见，抛物线各点的曲率半径近乎为常数。将式（2）代入式（1），得二次抛物线竖曲线的基本方程式为

或 （4－3）

38.

式中：ω―――坡度差（％）；L―――竖曲线长度（制在水平面上的投影）(m)；R―――竖曲线半径(m)。

2竖曲线诸要素计算公式 （1）竖曲线长度L＝Rω （2）竖曲线半径R＝L/ω(4-4) （3）竖曲线切线长 (4-5)39.

（4）竖曲线上任意一点P的竖距：

(4-6) （5）竖曲线外距 (4-7)

40.二竖曲线最小半径和最小长度（一）、竖曲线设计限制因素

在纵断面设计中，竖曲线设计要受众多因素的限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线的最小半径和最小长度。MinimumofTheRadius&LengthToTheVerticalCurveTheRestrictedFactorInVerticalCurveDesigning

41.1、缓和冲击

汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力。这个力在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上是减重。这种增重和减重达到某种程度时，旅客就有不舒适的感觉，同时对汽车的悬挂系统也有不利的影响，所以在确定竖曲线半径时，要对离心加速度加以限制。汽车在竖曲线上行驶时，其离心加速度为(m/s2)

AlleviateCollision42.

将v(m/s)化为V(km/h)并整理，得

(m)根据试验结果，离心加速度a=0.5~0.7m/s2较为合适。但考虑到视觉平顺等的要求，我国《标准》规定竖曲线最小半径和最小长度可按下式计算，相当于a=0.278m/s2，即或(4-8)

43.

汽车从直坡道行驶到竖曲线上时，尽管竖曲线半径较大，如其长度过短，汽车悠忽而过，旅客会感到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线上的行驶时间不过短。最短应满足3S的行程，即

或(4-9)2、时间行程不过短TimeRouteNotTooShort44.

汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会阻挡司机的视线。为了行车安全，对凸形竖曲线的最小半径或最小长度应加以限制。当汽车行驶在凹形竖曲线上时，若竖曲线半径过小，在夜间行车时前灯照射距离近，同样影响行车速度和安全。总而言之，无论是凸形竖曲线还是凹形竖曲线都要受到上述三种因素的控制。需要指出的是，哪一种限制因素为最不利的情况，则该种因素为有效控制因素。3、满足视距的要求MeetTherequestofSightDistance45.（二）凸形竖曲线最小长度和最小半径凸形竖曲线最小长度应以满足视距要求为主，按竖曲线长L和停车视距ST的关系，分为两种情况。1、当L<ST时（见图4－3），有则则Minimum

ofTheRadius&LengthToTheProminentVerticalCurve

46.

式中：R―――竖曲线半径(m)；h1―――司机视线高，即目高h1=1.2m；h2―――障碍物高，即物高h2=0.1m。由，得47.48.49.则，将h1=1.2m，h2=0.1m代入上式，得

(4-10)50.

则则

则(4-11)2、当时（见图4－4），有51.52.

比较上述两种情况，显然式（4－11）计算结果大（式4－10）的计算结果，应将使（4－11）作为有效控制。在《标准》，中根据缓和冲击、时间行程及视距要求三个限制因素，可计算出各设计速度时凸形竖曲线的最小半径和最小长度，如表4－13所示。表中“一般最小半径”约为“极限最小半径”的1.5~2.0倍，在条件允许时，应尽量采用大于“一般最小半径”的竖曲线为宜。表中“竖曲线最小长度”相当于各级道路在计算行车速度下的3S行程，即用式（4－9）计算取整而得。53.(三)凹形竖曲线最小半径和最小长度

凹形竖曲线的最小长度，应满足两种视距要求：一是保证夜间行车安全，前灯照明应有足够的距离；二是保证跨线桥下行车有足够的视距。1夜间行车前灯照射距离要求（1）当L<ST时（见图4－5），有因ST=L+l即l=ST–L，则54.

解此得式中：ST―――停车视距(m)；h―――车前灯高度，h=0.75m；δ―――车前灯光束扩散角，δ＝1.5°。55.将已知数据代入，得

(4-12)（2）当时（见图4－6），有则将已知数据代入，得56.57.

(4-13)显然，式（4－13）个计算结果大于式（4－12），应以式（4－13）作为有效控制。2跨线桥下行车视距要求（1）当L<ST时（见图4－7），有58.59.因,则60.=

+-=+-由dh/dl=0可解出l，代入上式并整理，得61.由可解出t1，代入上式，得

解此，得

62.

式中：hmax―――桥下设计净空，hmax=4.5m；h1―――司机视线高度,h1=1.5m；h2―――障碍物高度,h2=0.75m。将已知数据代入，得

(4-14)(2)当时（见图4－8），有63.

同理可得

+－64.由dh/dl=0可解出l，代入上式并整理，得

则

将已知数据代入，得

(4-15)65.

所谓爬坡车道，是在陡坡路段正线行车道外侧增设的供载重汽车或慢速车行驶的专用车道。在道路纵坡较大的路段上，载重汽车爬坡时需要克服较大的坡度阻力，使车速下降，大型车与小汽车的速差变大，超车频率增加，对行车安全极为不利。为了在长陡的路段上将大型车、慢速车从主线车流中分离出去，宜在陡坡路段增加辅加的爬坡车道，这样可提高小汽车行驶的自由度，确保行车安全，增加道路的通行能力。第四节爬坡车道CrawlerLane

66.

一般来讲，最理想的纵断面设计应是坡度较缓，不设置爬坡车道。但这样设计有时会造成路线迂回或路基高填深挖，从而增加工程费用。所以，在特殊情况下，采用较大的纵坡值而增设爬坡车道会产生既经济又安全的效果。但应特别指出的是，设置爬坡车道并非是最好的措施，解决问题的根本途径还在于精选路线，定出纵坡值较小又经济适用的路线。67. 一设置爬坡车道的条件

SettingConditionofCrawlerLane

我国《规范》规定：高速公路、一级公路纵坡长度受限制的路段，应对载重汽车上坡行驶速度和设计通行能力进行验算，符合下列情况之一者，可在上坡方向行车道右侧设置爬坡车道。 1沿上坡方向载重汽车的行驶速度降低到表4－15的允许最低速度以下时，可设置爬坡车道。68.计算行车速度（km/h）1201008060容许最低速度（km/h）60555040上坡方向允许最低速度表4-15

2上坡路段的通行能力小于设计小时交通量时，应设置爬坡车道。69.

对于是否需要设置爬坡车道，应进行多方案的技术经济比较；对隧道、大桥、高架桥及深挖路段，当因设置爬坡车道而使工程费用增加很大时，经充分论证爬坡车道可以缩短或不设；对双向六车道高速公路可不另设爬坡车道，将外侧车道作为爬坡车道使用。 总而言之，是否需要设置爬坡车道，应进行充分的论证与分析，不要盲目进行决策。

70.二．爬坡车道的设计

CrawlerLaneDesigning1、横断面组成2、横向超高坡度3、平面布置与长度71.1.横断面组成如图4－9所示，爬坡车道的宽度一般为3.5m，包括设于其左侧的路缘带宽度0.5m。爬坡车道的路肩和正线一样，仍然由硬路肩和土路肩组成。但由于爬坡车道上车辆行驶速度较低，其硬路肩宽度可以比正线小一些，一般为1.0m；而土路肩宽度以按正线要求设计为宜。窄路肩不能供停车使用，在长而连续的爬坡车道上，其右侧应按规定设置紧急停车带。72.73.2.横向超高坡度在弯道上，爬坡车道也应设置横向超高。但因爬坡车道的行车速度比正线小，其横向超高坡度应小些。高速公路正线超高坡度与爬坡车道的超高坡度之间的对于关系见表4－16所示。爬坡车道的超高坡度 表4-16正线的超高坡度（％）1098765432爬坡车道的超高坡度（％）5432超高坡度的旋转轴为爬坡车道内侧边缘线。若爬坡车道位于直线路段时，其横向坡度的大小与正线路拱坡度相同，采用直线式横坡，坡向向外。74.3.平面布置与长度爬坡车道的平面布置见图4－10。75.其总长度由起点处渐变长度L1、爬坡车道的长度L和终点处附加长度L2组成，即L总＝L1＋L＋L2式中：L1―――起点处渐变段长度（使车辆始离正线而进入爬坡车道），取L1＝45m； L―――爬坡车道的长度； L2―――终点处附加长度，见表4－17。爬坡车道终点附加长度 表4-17附加段的纵坡下坡平坡上坡0.51.01.520.附加长度150200250300350400爬坡车道起点与终点的具体位置除按上述公式确定外，还应考虑与线形的关系。通常应设在通视条件良好，容易辨认并与正线连接顺适的地点。76.第五节合成坡度 SynthesisSlope所谓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。合成坡度的计算公式为

式中：I―――合成坡度（％）；ih―――超高横坡度或路拱横坡度（％）；i―――路线纵坡度（％）。在有平曲线的坡道上，最大坡度既不是纵坡方向，也不是横坡方向，而是两者组合成的流水线方向。将合成坡度I控制在一定范围内，目的是尽可能地避免急弯和陡坡的不利组合，防止因合成坡度过大而引起的汽车滑移或倾覆，保证车辆在斜坡弯道上的安全运行。77.公路等级汽车专用公路一般公路高速公路一二二三四地形平原微丘重丘山岭平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘平原微丘山岭重丘合成坡度（%）10.010.010.510.510.010.59.010.09.010.09.510.09.510.0各级公路最大允许合成坡度表4-18各级公路最大允许合成坡度规定值见表4－18。一、最大允许合成坡度 MaximumAllowableSynthesisSlope此外，应注意以下几点：当陡坡与小比较平曲线重合时，在条件允许的情况下，以采用较小的坡度为宜；在积雪严寒地区、自然横坡较陡的傍山路段以及非汽车交通比率较高的路段，其合成坡度不大于8％；78.城市道路最大允许合成坡度见表4－19。另外，对于积雪严寒地区各级城市道路，其合成坡度不大于6%，当路线的平面设计和纵坡设计基本完成后，可由式（4－16）或图4－11验算合成坡度是否超过允许值。当超过最大允许合成坡度时，可减少纵坡坡度或加大平曲线半径以减少横向坡度，或者两方面同时减小。在进行平曲线设计时，也可按下式计算平曲线上允许的最大纵坡，即

式中：iR―――平曲线上的允许最大纵坡度（％）；

Imax―――最大允许合成坡度（％）； ih―――横向超高坡度（％）。79.各级道路最小合成坡度不宜小于0.5%。当合成坡度小于0.5时，应采取综合排水措施，以保证路面排水畅通。二、最小允许合成坡度MinimumAllowableSynthesisSlope80.

第六节视觉分析及道路平纵线形组合设计

Thevisionanalysisandthedesignofthehorizontalandverticalalignment一、视觉分析

Thevisionanalysis1、视觉分析的意义81.道路设计除应考虑自然条件、汽车行驶特性以外，还要驾驶人员在心理和视觉上的反应作为重要因素来考虑。汽车在道路上行驶时，道路的线形、周围的景观、标志以及其它有关信息，几乎都是通过驾驶人员的视觉感受到的。因此，视觉是连接道路与汽车驾驶的重要媒介。82.视觉分析具有如下意义：

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；保证行车的安全性；保证视觉的连续性。83.2.视觉与车速的动态规律

研究结果表明，驾驶员的视觉及判断能力与车速密切相关，主要表现在：驾驶员的注意力集中程度随车速的增加而增加；驾驶员的心理紧张程度随车速的增加而增加；驾驶员的注意力集中点和视距随车速的增大而增大,对一些细节开始变得模糊不清；驾驶员的视角随车速的增大而减小，高速驾驶时一无法顾及两侧景象了。84.二、道路平、纵线形组合设计

Thedesignofthehorizontalandverticalalignment

道路线形是一条立体的、空间曲线，立体线形组合的优劣最后集中反映在汽车的行驶速度上，如果只按平面线形和纵面线形的标准来设计，而不将二者结合起来统筹考虑，最终的设计不一定是好设计。平、纵线形组合设计是指在首先满足汽车运动学和力学要求的前提下，来研究如和满足视觉、心理方面的连续和舒适，与周围环境的协调，以及良好的排水条件。85.(一)平、纵组合设计的原则

1、保持视觉的连续性。应在视觉上自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断失误的线形都应避免。在视觉上能否自然地引导视线，是衡量平、纵线形组合的最基本问题。2、保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。对纵面线形不断起伏，而在平面上却采用高标准的线形是无意义的。反之，在平面上线形迂回前进、弯道较多，而在纵断面设计上采用高标准也同样没有意义。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、注意与周围环境相配合。如配合得好，可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导视线的作用。86.(二)平曲线与竖曲线的组合1、平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线这种组合是使平曲线与竖曲线对应，最好使竖曲线的起点和终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。图4-12为平曲线与竖曲线相互重合的透视形状。87.图4-1288.2、平曲线与竖曲线大小应保持均衡平曲线与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的竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上的平曲线，看上去都非常别扭，如图4－13所示。根据德国的统计资料，当平曲线半径小于1000m时，竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍为好。89.3、暗、明弯与凸、凹竖曲线暗弯与凸形竖曲线组合，以及明弯与凹形竖曲线组合较为合理，且给人一种平顺舒适的感觉。平曲线与竖曲线重合是一种理想的组合，但由于地形等条件限制，这种组合并不是总能争取得到的。如果平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开距离不超过平曲线长度的四分之一时，效果仍然令人满意。但是，如果错位过大或大小不均衡，就会出现视觉效果很差的线形。主要注意以下几点：90.（1）要避免使凸形竖曲线的顶部与反向平曲线的拐点重合。否则，宜出现扭曲的外观，会使驾驶员操纵失误，产生交通事故；（2）要避免使凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。否则，也宜出现扭曲的外观，会使路面排水困难，产生积水；（3）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。对凸形竖曲线引导性差，事故率较高；对凹形竖曲线，路面排水不良；（4）计算行车速度在40km/h以上的道路，应避免在凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部插入小半径的平曲线。前者引导性差，驾驶员在接近坡顶时才发现平曲线，导致匆忙减速甚至交通事故；后者会出现汽车高速行驶时急转弯，行车不安全。91.

如图4－14所示，将平曲线与竖曲线的组合形象地表示出来，以便于实际应用。竖曲线的起点和终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线段内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在园曲线段内。有时，若做不到平、竖曲线较好的组合，可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。92.(三)直线与纵断面的组合在平坦地区，宜出现平面的长直线与纵面的直坡线相配合，这对双车道道路超车较为方便。但距离过时，行车单独乏味，易疲劳，宜发生交通事故。这时，可采用一次变坡的平、纵组合，其中以包括一条凸形竖曲线为最好，而包括一条凹形竖曲线次之。93.

直线中短距离内两次以上变坡是较差的组合，会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去既不美观也不连贯，宜使驾驶员的视线中断。因此，只要路线有起伏，就不要一味采用直线，最好使平面曲线随纵坡的变化略加转折，把平曲线与竖曲线合理地组合。94.

(四)平、纵线形组合与景观的协调配合道路修建会对自然景观产生影响，有时会产生一定的破坏作用。而道路两侧的自然景观反过来又会影响道路上汽车的行驶，特别是对驾驶员的视觉、心理以及驾驶操作等都有很大的影响。平、纵线形组合设计必须是在充分与自然景观相配合的基础上进行。否则，即使线形组合满足所有规定也不一定是良好设计。特别是高速公路、一级公路，其线形组合设计与自然景观相配合尤为重要。95.1、应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求。如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区和其它特殊地区等，一般以绕避为主。2、尽量少破坏自然景观，避免深挖高填。比如，对沿线的地貌、树林、池塘、湖泊等要少破坏；对填挖路段，在横断面设计时要使边坡造型和绿化与现有景观相适应，祢补由于填挖对自然景观的破坏。实践表明，线形与景观的配合应遵循以下原则：96.3、应能提供视觉的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体。充分利用湖泊、树木、水坝、桥梁、高烟窗、或在路旁设置一些设施，以消除单调感，并使道路与自然密切配合。4、必要时可采用修整、植草皮、种树等措施改善景观。5、有条件时进行综合绿化。97.

一、纵断面设计要点 纵断面设计的主要内容是确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。其基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖曲线长短适当平面与纵面组合设计协调、以及填挖平衡等，主要注意以下问题。第七节纵断面设计方法及纵断面图VerticalSectionDesignAndDrawing98.

(一)关于纵坡极限值的运用 纵坡坡度应控制在最大纵坡与最小纵坡之间。最大纵坡在设计 时不可轻易采用，并应留有余地。在特殊情况下，如越岭线为争取高度、缩短路线长度或避开艰巨工程等，才可以有条件地采用。一般来讲，纵坡缓些为好，但为了路面和边沟排水，最小纵坡应不低于0.3%~0.5%。99.

(二)关于坡长 坡长是指纵断面两变坡点之间的上坡距离，坡长应在最短坡长 与最大坡长限制之间选取。坡长不宜过短，实践证明，坡长以不小于计算行车速度9S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最小极限值的一倍或两倍以上，避免锯齿形的纵断面。但不应超过最大坡长限制。100. (三)各种地形条件下的纵坡设计 1、对于平原地形，注意保证最小填土高度和最小纵坡的要求。 2、对于微丘地形，其纵坡应均匀平缓，应避免过分迁就地形而使路线连续起伏，并应注意纵坡的顺适性，不产生突变。 3、山岭、重丘地形的沿河线应尽量采用平缓纵坡，坡长不应超过最大坡长限制，坡度不宜大于6％。 4、越岭线的纵坡应力求均匀，尽量不采用极限或接近极限的坡度，更不宜在连续采用极限长度的陡坡之间夹短的缓和线。101.

5山脊线和山腰线除结合地形在不得已时采用较大纵坡外，在可能条件下纵坡应缓些。 (四)关于竖曲线半径的选用 竖曲线应选用较大半径为宜。当受限制时，可采用一般最小半径；特殊情况下方可采用极限最小半径。当条件允许时，宜按表4－20的规定进行设计。102.103.

(五)关于相邻竖曲线的衔接 如图4－15a所示，相邻两个同向竖曲线，特别是同向凹曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复合曲线，这样要求对行车是有利的。 如图4－15b所示，相邻反向竖曲线之间，中间最好插入一段直坡段，以使增重与减重和缓过渡。若两竖曲线半径接近最小极限值时，插入的直坡段至少应为计算行车速度3S的行程。但当两竖曲线半径较大时，亦可直接连接。104.105.二．纵断面设计方法与步骤

ProfileDesignMethodandSteps1、准备工作首先在绘图纸上，按比例标注桩号和标高。然后点绘地面线，填写有关内容。同时，应收集和熟悉有关设计所需资料，并领会设计意图和要求。106.2、标注控制点

所谓控制点是指影响纵坡设计的标高控制点。如路线的起点、终点、越岭哑口、重要桥涵、地质不良地段的最小填土高度、最大挖深、沿溪线的洪水位、隧道进出口、平面交叉点、立体交叉点、铁路道口、城镇规划设计标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。此外，对于山区道路还有根据路基填挖平衡关系确定的标高点，称为“经济点”。平原地区道路一般无经济点的问题。107.108.3、试坡

在已标出“控制点”和“经济点”的纵断面图上，本着以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”的原则，在这些点位之间进行穿插与取直，大致勾画出若干直坡线。对各种可能坡度线方案反复比较，最后定出既符合技术标准，又满足控制点要求，且土石方较省的设计线作为初定坡度线，将前后坡度线延长交会出变坡点的初步位置。109.4、调整

将初定坡度与选线时的坡度安排进行比较，二者应基本相符，若有较大差异时应进行全面分析，权衡利弊，决定取舍。然后对照技术标准检查最大纵坡、最小纵坡、坡长限制等是否满足要求，平、纵组合是否适当，以及路线交叉、桥梁、隧道和接线等处的纵坡是否合理，若有问题应进行调整。110.5、核对

选择有控制意义的重点横断面，主要检查是否填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大、桥梁过高或过低、涵洞过长等情况，若有问题应及时调整纵坡。6、定坡经调整核对无误后，逐段把直坡线的坡度值、变坡点桩号和标高确定下来。7、设置竖曲线根据技术标准、平纵组合均衡等确定竖曲线半径，并计算竖曲线要素。111.三、纵断面图的绘制（见图4－18和4－19）

DrawofVerticalSection纵断面设计图是道路设计重要技术文件之一，也是纵断面设计的最后成果。纵断面采用直角坐标，以横坐标表示里程桩号，纵坐标表示高程。为了明显地反映地面起伏情况，通常横坐标比例尺采用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）。纵断面图是由上下两部分组成的。上部主要用来绘制地面线和纵坡设计线，另外，也可用于标注竖曲线及其要素；坡度及坡长（有时标在下部）；沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数及孔径；交叉的道路与铁路的桩号与路名；沿线跨越的河流名称、桩号、常水位和最高洪水位；水准点位置、编号和标高等。下部主要用来填写有关内容，主要有：直线及平曲线；里程桩号；地面标高；设计标高；填挖高度；土壤地质说明等。纵断面设计图应按规定采用标准图纸和统一格式，以便装订成册。112.113.图4-19城市道路纵断面设计图114.第八节城市道路纵断面设计要求及锯齿形街沟设计

DesignRequestofurban-roadVerticalSectionandDesignofZizagStreetGutter

城市道路纵断面设计与公路基本相同。只是由于城市道路所经地区的地形地物以及地上地下各种管线的影响，使得制约纵断面设计的控制点较多，如城市桥梁、铁路路口、平面交叉点、沿街建筑物的地坪标高等，设计时要妥善解决。另外，处于平坦地区的城市道路，当设计纵坡小于最小纵坡时，为便于排水，应在道路两侧做锯齿形街沟设计。一、

城市道路纵断面设计要求

DesignRequestOfUrban-road城市道路纵断面设计的要求，除了前面讲述的最大纵坡最小纵坡、坡长限制、合成坡度、平均纵坡、竖曲线最小半径和最短长度、平纵组合的要求以外，还应满足一些其它的特殊要求，115.主要表现在如下几个方面：（（一）

在确定道路中线设计标高时，必须满足下列各控制点标高的要

1城市桥梁桥面标高H桥H桥＝h水＋h浪＋h净＋h桥＋h面(m)（4－18）式中：h水―――河道设计水位标高(m)；h浪―――浪高(m)，一般取为0.5m；h净―――河道通航净空高度(m)，视通航等级而定；h桥―――桥梁上部建筑结构高度(m)；h面―――桥上路面结构厚度(m)，应包括预留的路面补强厚度在内。

2立交桥桥面标高H桥（1）

桥下为铁路时H桥＝h轨＋h净＋h桥＋h面＋h沉(m)（4－19）式中：h轨―――铁路轨面标高(m)；

116.h净―――铁路净空高度(m)，一般蒸汽机车、内燃机车为6m，电气机车为6.55m；

h沉―――桥梁预计沉降量(m)。（2）

桥下为道路时H桥＝h路＋h净＋h桥＋h面(m)（4－20）式中：h路―――路面标高（m），应包括预留的路面补强厚度在内；h净―――道路净空高度(m)，见表4－21。

3铁路道口应以铁路轨顶标高为准。4相交道路交叉点应以交叉中心规划标高为准。5满足沿街建筑物前地坪标高的要求（见图4－20）。117.沿街两侧建筑物前地坪标高Theelevationbeforethebuildingalongbothroadsides118.

确定道路中线设计标高H中时，为保证道路两侧地面水的排除，一般应使侧石顶面标高h顶低于两侧街坊或建筑物前的地坪标高h地。主要坡度指标如下：i横=i人=1%~2%;i地=0.5%~1%。根据横断面各组成部分宽度和横坡度便可确定道路中线设计标高。应与相交道路、街坊、广场和沿街建筑物的出入口有平顺的连接。119.

山城道路及新建道路的纵断面设计应尽量使土石方平衡。旧路改建应尽量利用原有路面，若加铺结构层时，不得影响沿路范围内的排水。机