第9讲 纵断面设计.ppt

1、第9讲 纵断面设计,第一节 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。,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续。,路线纵断面图构成：,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续。,路线纵断面图构成：,地面高程：中线上地面点高程。 设计高程：一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高

2、程。 设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。 路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。 路堤：设计高程大于地面高程。 路堑：设计高程小于地面高程。 纵断面设计内容：坡度及坡长 竖曲线,第二节 纵坡及坡长设计,一、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。 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。 连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。 越岭线哑口附近的纵坡应尽量缓一些。 3纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情

3、况加以处理，以保证道路的稳定与通畅,4一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。即纵向填挖平衡设计。,5平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填上高度要求，保证路基稳定。即包线设计。 6对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些， 7在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。,二、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值。 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

4、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。,1. 设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh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，最大纵坡值可增加1。 2. 公路改建中，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。,各级公路最大纵坡的规定（表4-3）,3 4 5 6 7 8 9,1高原为什么纵坡要折减？ 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

5、阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。 2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%。,三、高原纵坡折减,四、理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡,1. 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，高速路为上述载重车的最高速度。,i1=D1-f 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,最小纵坡：各级公路在特殊

6、情况下容许使用的最小坡度值。 最小纵坡值：0.3%，一般情况下0.5%为宜。 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、路肩设截水墙等。 当必须设计平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，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，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。 干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。,五、最小纵坡,内容：最小坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段 1最短坡长限制 标准规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。 城市道路最小坡长按表4.2.4选用。,六、坡长限制,标准规定各级公路最大坡长限制。,2最大坡长限制,城市道路最大

7、坡长按表4.2.5选用。,2最大坡长限制,七、缓和坡段,标准规定，连续上坡(或下坡)时，应在不大于表3.0.17-2所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3，其长度应符合纵坡长度的规定。 缓和坡段：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。,八、平均纵坡,平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差H与路线长度L之比（连续升坡或降坡路段）。,标准规定：越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于5.5；相对高差大于500

8、m时，平均纵坡不应大于5。 任意连续3km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%。,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的坡度，其方向即流水线方向。 合成坡度的计算公式为：,九、合成坡度,式中：I合成坡度（%）； ih超高横坡度或路拱横坡度（%）； iz路线设计纵坡坡度（%）。,2.最大允许合成坡度值：,（1）最大允许合成坡度值：,2合成坡度指标,（2）最小合成坡度： 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

9、。,第三节 竖曲线,1定义： 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。,变坡点：相邻两条坡度线的交点。 变坡角：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用表示，即 =2-1tg2- tg1=i2-i1,凹型竖曲线 0,凸型竖曲线 0,2竖曲线的作用：,（1）其缓冲作用：以平缓曲线取代折线可消除汽车在变坡点的突变。 （2）保证公路纵向的行车视距： 凸形：纵坡变化大时，盲区较大。 凹形：下穿式立体交叉的下线。 3. 竖曲线的线形 规范规定采用二次抛物线作为竖曲线的线形。 抛物线的纵轴保持直立，且与两相邻纵坡线相切。,一、竖曲线要素的计算公式,1竖曲线的基本方程式：

10、设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2。抛物线竖曲线有两种可能的形式： （1）包含抛物线底（顶）部； （2）不含抛物线底（顶）部。,式中：R抛物线顶点处的曲率半径,一、竖曲线要素的计算公式,1竖曲线的基本方程式：设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2。抛物线竖曲线有两种可能的形式： （1）包含抛物线底（顶）部； （2）不含抛物线底（顶）部。,式中：k抛物线顶点处的曲率半径 ； i1竖曲线顶（底）点处切线的坡度。,对竖曲线上任一点P，其切线的斜率（纵坡）为,当x=0时，ip=i1； 当x=L时，,竖曲线半径R系指竖曲线顶（底）部的曲率半径。 若竖曲线包含抛物线顶点，则 R=k。 若竖曲线不包含抛

11、物线顶点，则竖曲线半径指竖曲线的顶（凸竖曲线）或底（凹竖曲线）部的曲率半径。可按下面的方法计算：,抛物线顶点曲率半径：,抛物线上任一点的曲率半径为r，,抛物线上任一点的曲率半径 r = k（1+i2）3/2 竖曲线底部的切线坡度i1较小，故i12可略去不计 ，则竖曲线底部的曲率半径R为： R = r k,二次抛物线竖曲线基本方程式（通式）为,2竖曲线诸要素计算公式,（1）竖曲线长度L或竖曲线半径R： L = xA - xB,（2）竖曲线切线长T： 因为T = T1 = T2，则,（3）竖曲线外距E：,i2,（4）竖曲线上任一点竖距h：,下半支曲线在竖曲线终点的切线上的竖距h为：,（3）竖曲线上

12、任一点竖距h：,下半支曲线在竖曲线终点的切线上的竖距h为：,为简单起见，将两式合并写成下式，,式中：x竖曲线上任意点与竖曲线始点或终点的水平距离， y竖曲线上任意点到切线的纵距，即竖曲线上任意点与坡线的高差。,竖曲线外距E：,上半支曲线x = T1时：,故 T1 = T2 = T,由于外距是边坡点处的竖距，则E1 = E2 = E，,下半支曲线x = T2时：,（一）竖曲线设计限制因素 1缓和冲击 汽车在竖曲线上行驶时其离心加速度为:,二、竖曲线的最小半径,根据试验，认为离心加速度应限制在0.50.7m/s2比较合适。我国标准规定的竖曲线最小半径值，相当于a=0.278 m/s2。,2时间行程

13、不过短 最短应满足3s行程。,3满足视距的要求： 凸形竖曲线：坡顶视线受阻 凹形竖曲线：下穿立交4. 凸形竖曲线主要控制因素：行车视距。 凹形竖曲线的主要控制因素：缓和冲击力。,（一）竖曲线设计限制因素 1缓和冲击 汽车在竖曲线上行驶时其离心加速度为:,二、竖曲线的最小半径,根据试验，认为离心加速度应限制在0.50.7m/s2比较合适。我国标准规定的竖曲线最小半径值，相当于a=0.278 m/s2。,2时间行程不过短 最短应满足3s行程。,3满足视距的要求： 凸形竖曲线：坡顶视线受阻 凹形竖曲线：下穿立交4. 凸形竖曲线主要控制因素：行车视距。 凹形竖曲线的主要控制因素：缓和冲击力。,凸形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