道路勘測技術(shù)第三章縱斷面設(shè)計(jì)

1、 道路勘測設(shè)計(jì)道路勘測設(shè)計(jì)（第三章（第三章 縱斷面設(shè)計(jì)）縱斷面設(shè)計(jì)）西南交通大學(xué)希望學(xué)院西南交通大學(xué)希望學(xué)院2015年4月內(nèi)容提要內(nèi)容提要 縱斷面設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)u縱斷面的概念和 。 ：最大縱坡和最小縱坡；坡長限制和緩和坡段；平均縱坡和合成坡度 。u平、縱線形組合。u縱斷面設(shè)計(jì)方法、步驟及設(shè)計(jì)成果 。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、一般概況 1 1、路線縱斷面定義：沿中線豎直剖切再行展開的斷面。它是一條有起伏的空間線，包括兩條線。 2 2、地面線、地面線：根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程而點(diǎn)繪的一條不：根據(jù)中線上各樁點(diǎn)的高程而點(diǎn)繪的一條不規(guī)則的折線，反映了沿著中線地面地形的起伏變化情況。規(guī)則的折線，反映了沿著

2、中線地面地形的起伏變化情況。 3 3、設(shè)計(jì)線：、設(shè)計(jì)線：經(jīng)過技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上以及美學(xué)上等多方面經(jīng)過技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上以及美學(xué)上等多方面比較后設(shè)計(jì)人員定出一條具有規(guī)則形狀的幾何線，反映了比較后設(shè)計(jì)人員定出一條具有規(guī)則形狀的幾何線，反映了道路路線的起伏變化情況。它由直線和曲線組成。道路路線的起伏變化情況。它由直線和曲線組成。 縱斷面設(shè)計(jì)線縱斷面設(shè)計(jì)線 直坡段直坡段坡度兩變坡高差坡度兩變坡高差/平距平距上坡為正上坡為正下坡為負(fù)下坡為負(fù)平坡為平坡為0坡長：水平距離坡長：水平距離豎曲線段豎曲線段凸型豎曲線凸型豎曲線凹型豎曲線凹型豎曲線半徑半徑R長度長度L（水平距離）（水平距離）豎距豎距h 二、設(shè)計(jì)線二、設(shè)計(jì)線

3、 路直線的坡度和長度影響著汽車的行駛速度和運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)路直線的坡度和長度影響著汽車的行駛速度和運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)以及行車的安全，它們的一些臨界值的確定和必要的限制，以及行車的安全，它們的一些臨界值的確定和必要的限制，是以通行的是以通行的汽車類型及行駛性能汽車類型及行駛性能來決定的。來決定的。(%)Lhi 路線縱斷面線形布置包括路基設(shè)計(jì)標(biāo)高、縱坡、變坡點(diǎn)。路線縱斷面線形布置包括路基設(shè)計(jì)標(biāo)高、縱坡、變坡點(diǎn)。 其中其中路基設(shè)計(jì)標(biāo)高路基設(shè)計(jì)標(biāo)高，規(guī)范規(guī)定如下：，規(guī)范規(guī)定如下： 1. 1.新建公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)高：新建公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)高： 高速公路和一級公路采用中央分隔帶的外側(cè)邊緣標(biāo)高；高速公路和一級公路采用中央分

4、隔帶的外側(cè)邊緣標(biāo)高； 二、三、四級公路采用路基邊緣標(biāo)高二、三、四級公路采用路基邊緣標(biāo)高, ,在設(shè)置超高、加寬地在設(shè)置超高、加寬地段為設(shè)超高、加寬前該處邊緣標(biāo)高。段為設(shè)超高、加寬前該處邊緣標(biāo)高。 2.2.改建公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)高：改建公路的路基設(shè)計(jì)標(biāo)高： 一般按新建公路的規(guī)定辦理，也可視具體情況而采用行車一般按新建公路的規(guī)定辦理，也可視具體情況而采用行車道中線處的標(biāo)高。道中線處的標(biāo)高。 三、汽車行駛力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)三、汽車行駛力學(xué)與運(yùn)動(dòng)學(xué)(一).行駛力學(xué)1.汽車的行駛阻力2.汽車的驅(qū)動(dòng)力3.汽車的行駛條件4.汽車的動(dòng)力因數(shù)5.汽車的行駛狀態(tài)6.理想最大坡度和不線長度最大坡度7.最大縱坡1.汽車行駛阻力

5、 （2）道路阻力RR (N)：是由彈性輪胎變形和道路的不同路面類型及縱坡度而產(chǎn)生的阻力，主要包括滾動(dòng)阻力和坡度阻力。 RR=G（f + i） 汽車在坡度i（傾角）的道路上行駛時(shí)，車重G在平行于路面方向的分力為Gsin=Gi，上坡時(shí)它與汽車前進(jìn)方向相反，阻礙汽車行駛；而下坡時(shí)與前進(jìn)方向相同，助推汽車行駛。 u汽車行駛阻力：空氣阻力、滾動(dòng)阻力、坡度阻力和慣性阻力。u (3)慣性阻力RI(N)：汽車的質(zhì)量分為平移質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)質(zhì)量（如飛輪、齒輪、傳動(dòng)軸和車輪等）兩部分。 汽車變速行駛時(shí)，需要克服其質(zhì)量變速運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和慣性力矩稱為慣性阻力，用RI表示。 RI =(G/ g) a 2.汽車行駛驅(qū)動(dòng)力

6、插圖 1.發(fā)動(dòng)機(jī)；2.離合器；3.變速器；4.萬向節(jié)頭傳動(dòng)軸；5.主傳動(dòng)器；6.驅(qū)動(dòng)輪 驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩Mk用一對力偶P和F代替，F(xiàn)作用在輪緣上與路面水平反力Pa抗衡，P(T)作用在輪軸上推動(dòng)汽車前進(jìn)，稱為驅(qū)動(dòng)力（或稱牽引力），與汽車行駛阻力Z抗衡。u 汽車行駛牽引力來源：汽油與空氣在發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸燃燒產(chǎn)生膨脹氣體，輸出有效功率N(kw)；通過活塞將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)使曲軸（每分鐘n轉(zhuǎn)r/min）產(chǎn)生扭矩M(N m)；再通過變速器、萬向節(jié)頭傳動(dòng)軸、主傳動(dòng)器、差速器和后半軸等，將M傳遞到驅(qū)動(dòng)輪產(chǎn)生Mk。 P=Mn/9549 M=9549P/n n與P在一定油門開度下，都存在一定關(guān)系。當(dāng)油門全開時(shí)，

7、n與P通常用曲線圖表示P=P（ n ），稱為發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線（也稱為功率曲線）。根據(jù)外特性曲線可確定其相應(yīng)的扭矩曲線M=M（ n ）。 開動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，合上離合器 把驅(qū)動(dòng)輪扭矩Mk 按理論力學(xué)化為一對力偶T與Ta ， Ta與路面摩擦力F抗衡；T稱為牽引力，與車輪前進(jìn)方向一致，取正值。當(dāng)增大Mk時(shí)，T也增大，汽車加速，但加速后，R也增大，直至T和R平衡時(shí)，汽車又等速行駛。 脫開離合器 脫開離合器時(shí)，汽車滑行， Mk =0，T=0，使汽車前進(jìn)的力R可以使汽車減速（R0），等速（R=0）。 制動(dòng) 制動(dòng)相當(dāng)于在驅(qū)動(dòng)輪上加一個(gè)制動(dòng)扭矩M制。在制動(dòng)時(shí)Mk =0， M制產(chǎn)生負(fù)牽引力，汽車是否前進(jìn)決定于負(fù)牽引力與

8、R的大小. )(377. 0NMVnrMrMTTTkTTVPMVnT3600=377. 0=牽引力T與扭矩Mk之間的函數(shù)關(guān)系式牽引力T與功率P之間的函數(shù)關(guān)系式3.汽車行駛條件（運(yùn)動(dòng)方程及汽車行駛條件） 驅(qū)動(dòng)力T為節(jié)流閥全開的情況。如果節(jié)流閥部分開啟時(shí)，要對驅(qū)動(dòng)力T進(jìn)行修正。修正系數(shù)用U表示，稱之為負(fù)荷率，一般負(fù)荷率U=8090%。agGifGKAVrMUT)(15.212 汽車在道路上行駛時(shí)，必須有足夠的驅(qū)動(dòng)力來克服各種行駛阻力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)力與各種行駛阻力之代數(shù)和相等的時(shí)侯，稱為驅(qū)動(dòng)平衡。驅(qū)動(dòng)平衡方程式（也稱汽車的運(yùn)動(dòng)方程式）為： T=R= Rw + RR + RI 三、汽車行駛條件 充分條件是驅(qū)

9、動(dòng)力小于或等于輪胎于路面之間的附著力，即： TGk 必要條件（即驅(qū)動(dòng)條件），即： TR (二). 汽車的動(dòng)力特性及加、減速行程 汽車的動(dòng)力因數(shù)汽車的行駛狀態(tài)汽車的爬坡能力 1.汽車動(dòng)力特性agifGRTDw)(agifD)(u對不同類型汽車不考慮道路條件而事先通過計(jì)算繪出其動(dòng)力特性圖，即D=f(V)的關(guān)系圖。 動(dòng)力因素修正公式：u動(dòng)力因數(shù)D：表征某型汽車在海平面高程上，滿載情況下，每單位車重克服道路阻力和慣性阻力的性能。IRwRRRTGRTDwfDi2.汽車的行駛狀態(tài)汽車的行駛狀態(tài)有以下三種情況：u加速行駛u等速行駛u減速行駛u在動(dòng)力特性圖上，等速行駛的速度稱為平衡速度。u每一排檔都存在各自的

10、最大動(dòng)力因數(shù)，與之對應(yīng)的速度稱作臨界速度。)(Dgaif 第二節(jié) 縱 坡一、最大縱坡 1.1.定義定義 指在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)各級道路允許采用的最大坡度值。指在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)各級道路允許采用的最大坡度值。 2.2.作用作用 是道路縱斷面設(shè)計(jì)的重要控制指標(biāo)。在地形起伏較大地區(qū)，是道路縱斷面設(shè)計(jì)的重要控制指標(biāo)。在地形起伏較大地區(qū)，直接影響路線的長短、使用質(zhì)量、運(yùn)輸成本及造價(jià)。直接影響路線的長短、使用質(zhì)量、運(yùn)輸成本及造價(jià)。 3.3.最大縱坡的確定最大縱坡的確定 標(biāo)準(zhǔn)采用的代表車型是載重標(biāo)準(zhǔn)采用的代表車型是載重8t8t的東風(fēng)重型貨車（功率的東風(fēng)重型貨車（功率/ /重量比為重量比為9.3W/kg9.3W/kg）。）

11、。 根據(jù)根據(jù)D DV V曲線和公式曲線和公式 ，就可以確定最大縱坡。，就可以確定最大縱坡。 fDi二、高原縱坡折減 1.1.折減原因折減原因 （1 1）在高海拔地區(qū)，因空氣密度下降而使汽）在高海拔地區(qū)，因空氣密度下降而使汽車發(fā)動(dòng)機(jī)功率、汽車的驅(qū)動(dòng)力以及空氣阻力降低，車發(fā)動(dòng)機(jī)功率、汽車的驅(qū)動(dòng)力以及空氣阻力降低，導(dǎo)致汽車的爬坡能力下降。導(dǎo)致汽車的爬坡能力下降。 （2 2）汽車水箱中的水易于沸騰而破壞冷卻系）汽車水箱中的水易于沸騰而破壞冷卻系統(tǒng)。統(tǒng)。 2.2.縱坡折減值縱坡折減值 三、理想的最大縱坡和不限長度的最大縱坡 1. 1. 理想的最大縱坡理想的最大縱坡 （1 1）定義）定義 指設(shè)計(jì)車型即載重

12、汽車在油門全開的指設(shè)計(jì)車型即載重汽車在油門全開的情況下，持續(xù)以理想速度情況下，持續(xù)以理想速度V V1 1等速行駛所能等速行駛所能克服的坡度?？朔钠露?。 （2 2）V V1 1取值取值低速路為小汽車的設(shè)計(jì)速度低速路為小汽車的設(shè)計(jì)速度 高速路為載重汽車的最高速度高速路為載重汽車的最高速度V V1 1取值取值 （4 4）理想的最大縱坡的意義）理想的最大縱坡的意義 在具有不大于在具有不大于i i1 1的坡道上載重汽車能以最高速度行駛，這的坡道上載重汽車能以最高速度行駛，這樣，可以指望載重汽車與小客車、重車與輕車之間的速差最小，樣，可以指望載重汽車與小客車、重車與輕車之間的速差最小，因而相互干擾也將最

13、小，道路通行能力將最大。因而相互干擾也將最小，道路通行能力將最大。 （3 3）理想的最大縱坡確定）理想的最大縱坡確定 根據(jù)根據(jù)V V1 1和動(dòng)力特性圖查出和動(dòng)力特性圖查出D D1 1，則稱，則稱i i1 1為理想的最大縱坡：為理想的最大縱坡：11DiffDi11 2. 2. 不限長度的最大縱坡不限長度的最大縱坡 （1 1）定義）定義 允許車速由允許車速由V V1 1降到降到V V2 2，以獲得較大坡度，在，以獲得較大坡度，在i i2 2的坡道上，的坡道上，汽車將以汽車將以V V2 2的速度等速行駛。與容許速度的速度等速行駛。與容許速度V V2 2相對應(yīng)的縱坡相對應(yīng)的縱坡i i2 2稱稱為不限長

14、度的最大縱坡。為不限長度的最大縱坡。 （2 2）容許速度）容許速度 V V2 2稱為容許速度，不同等級的道路容許速度應(yīng)不同，其值稱為容許速度，不同等級的道路容許速度應(yīng)不同，其值一般不小于設(shè)計(jì)速度的一般不小于設(shè)計(jì)速度的1/21/22/32/3（高速路取低限，低速路取高（高速路取低限，低速路取高限）。限）。 （3 3）不限長度的最大縱坡確定）不限長度的最大縱坡確定 根據(jù)根據(jù)V V2 2可得可得D D2 2，則，則 fDi22四、最小縱坡 1.1.要求設(shè)置最小縱坡的路段要求設(shè)置最小縱坡的路段 （1 1）挖方路段）挖方路段 （2 2）設(shè)置邊溝的低填方路段）設(shè)置邊溝的低填方路段 （3 3）其它橫向排水不

15、暢的路段。）其它橫向排水不暢的路段。 2. 2.最小縱坡最小縱坡 應(yīng)設(shè)置不小于應(yīng)設(shè)置不小于0.3%0.3%的縱坡（一般情況下以采用不小于的縱坡（一般情況下以采用不小于0.5%0.5%為宜）。為宜）。 對于干旱地區(qū)，以及橫向排水良好、不產(chǎn)生路面積水的路對于干旱地區(qū)，以及橫向排水良好、不產(chǎn)生路面積水的路段，也可不受此最小縱坡的限制。段，也可不受此最小縱坡的限制。 高速公路的路面排水一般采用集中排水的方式，其直坡段高速公路的路面排水一般采用集中排水的方式，其直坡段或半徑大于不設(shè)超高最小半徑的路堤路段的最小縱坡仍應(yīng)不小或半徑大于不設(shè)超高最小半徑的路堤路段的最小縱坡仍應(yīng)不小于于0.3%0.3%。 五、坡

16、長限制 坡長坡長是縱斷面上相鄰兩變坡點(diǎn)間的長度。是縱斷面上相鄰兩變坡點(diǎn)間的長度。 坡長限制，坡長限制，主要是對較陡縱坡的最大長度和一般縱坡的最主要是對較陡縱坡的最大長度和一般縱坡的最小長度加以限制。小長度加以限制。 1. 1.最小坡長最小坡長 （1 1）規(guī)定最小坡長的原因）規(guī)定最小坡長的原因 縱斷面上若變坡點(diǎn)過多，縱向起伏變化頻繁影響了行車縱斷面上若變坡點(diǎn)過多，縱向起伏變化頻繁影響了行車的舒適和安全；的舒適和安全； 相鄰變坡點(diǎn)之間的距離不宜過短，便插入適當(dāng)?shù)呢Q曲線相鄰變坡點(diǎn)之間的距離不宜過短，便插入適當(dāng)?shù)呢Q曲線來緩和縱坡的要求，同時(shí)也便于平縱面線形的合理組合與布置。來緩和縱坡的要求，同時(shí)也便于

17、平縱面線形的合理組合與布置。 （2 2）最小坡長要求）最小坡長要求 最小坡長通常規(guī)定汽車以設(shè)計(jì)速度行駛最小坡長通常規(guī)定汽車以設(shè)計(jì)速度行駛9s9s15s15s的行程為的行程為宜。宜。 2.2.最大坡長的限制最大坡長的限制 （1 1）限制最大坡長的原因）限制最大坡長的原因 汽車在長距離的陡坡上行駛時(shí)，行車速度會(huì)顯著下降，汽車在長距離的陡坡上行駛時(shí)，行車速度會(huì)顯著下降，甚至要換低速檔克服坡度阻力，使車輛間相互干擾增加，通行甚至要換低速檔克服坡度阻力，使車輛間相互干擾增加，通行能力下降多。易使水箱沸騰，爬坡無力。能力下降多。易使水箱沸騰，爬坡無力。 下坡時(shí)，則因坡度過陡，坡段過長頻繁剎車，影響行車下坡

18、時(shí)，則因坡度過陡，坡段過長頻繁剎車，影響行車安全。安全。 （2 2）最大坡長限制計(jì)算與規(guī)定）最大坡長限制計(jì)算與規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)采用入口的運(yùn)行速度是通過調(diào)查得到的，允許速度差標(biāo)準(zhǔn)采用入口的運(yùn)行速度是通過調(diào)查得到的，允許速度差為為20km/h)20km/h)。標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的坡長限制是變坡點(diǎn)間的直線距離。標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的坡長限制是變坡點(diǎn)間的直線距離。 設(shè)計(jì)速度(km/h)(km/h)12012010010080806060404030302020縱坡坡度(%)(%)3 39009001000100011001100120012004 4700700800800900900100010001100110011

19、001100120012005 5600600700700800800900900900900100010006 65005006006007007007007008008007 75005005005006006008 83003004004009 9200200 連續(xù)上坡或下坡時(shí)，應(yīng)在不大于規(guī)定的限制縱坡長度范連續(xù)上坡或下坡時(shí)，應(yīng)在不大于規(guī)定的限制縱坡長度范圍內(nèi)，設(shè)置緩和坡段。緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于圍內(nèi)，設(shè)置緩和坡段。緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于3% 3% ，其長，其長度應(yīng)符合最小縱坡長度的規(guī)定。度應(yīng)符合最小縱坡長度的規(guī)定。 六、緩和坡段 1.1.作用作用 （1 1）對于上坡，當(dāng)陡坡的長度達(dá)到限

20、制坡長時(shí)，應(yīng)安排一段）對于上坡，當(dāng)陡坡的長度達(dá)到限制坡長時(shí)，應(yīng)安排一段緩坡，用以恢復(fù)在陡坡上降低的速度。緩坡，用以恢復(fù)在陡坡上降低的速度。 （2 2）對于下坡，如緩坡滿足了一定長度，就可不用制動(dòng)，對）對于下坡，如緩坡滿足了一定長度，就可不用制動(dòng)，對操縱起緩沖作用，有利于行車安全。操縱起緩沖作用，有利于行車安全。 2.2.大小規(guī)定大小規(guī)定 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，緩和坡段的縱坡應(yīng)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，緩和坡段的縱坡應(yīng)小于3 3，長度應(yīng)滿足最短，長度應(yīng)滿足最短坡長規(guī)定。坡長規(guī)定。 3. 3.設(shè)置要求設(shè)置要求 宜設(shè)置在直線或較大半徑平曲線上。宜設(shè)置在直線或較大半徑平曲線上。 地形困難時(shí)，可設(shè)在較小半徑平曲線上，但緩坡長度

21、應(yīng)適地形困難時(shí)，可設(shè)在較小半徑平曲線上，但緩坡長度應(yīng)適當(dāng)增加，以使緩和坡段端部的豎曲線位于小半徑平曲線之外。當(dāng)增加，以使緩和坡段端部的豎曲線位于小半徑平曲線之外。 七、平均縱坡 1.1.定義定義 一定長度的路段縱向所克服的高差與路線長度之比。一定長度的路段縱向所克服的高差與路線長度之比。它是衡它是衡量縱面線形質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。量縱面線形質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。 2. 2.作用作用 （1 1）在山區(qū)高差較大地區(qū)，盡管最大縱坡、坡長限制、緩和）在山區(qū)高差較大地區(qū)，盡管最大縱坡、坡長限制、緩和坡段及最短坡長等均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但為了防止交替使用極坡段及最短坡長等均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，但為了防止交替使用極限長度

22、的最大縱坡和最短長度的緩坡形成限長度的最大縱坡和最短長度的緩坡形成“臺(tái)階式臺(tái)階式”縱斷面線形，縱斷面線形，應(yīng)對路線最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的平均坡度加以限制，以提高行車應(yīng)對路線最高點(diǎn)與最低點(diǎn)之間的平均坡度加以限制，以提高行車質(zhì)量。質(zhì)量。 （2 2）汽車在長上坡上行駛，會(huì)長時(shí)間地使用二檔，造成發(fā)動(dòng)）汽車在長上坡上行駛，會(huì)長時(shí)間地使用二檔，造成發(fā)動(dòng)機(jī)長時(shí)間發(fā)熱，導(dǎo)致車輛水箱沸騰；下坡則頻繁剎車，司機(jī)駕駛機(jī)長時(shí)間發(fā)熱，導(dǎo)致車輛水箱沸騰；下坡則頻繁剎車，司機(jī)駕駛緊張，也易引起不良后果。緊張，也易引起不良后果。LHip 3.3.規(guī)定規(guī)定 二級、三級、四級公路越嶺路線：二級、三級、四級公路越嶺路線： 相對高差為

23、相對高差為200m200m500m500m時(shí)，平均縱坡以接近時(shí)，平均縱坡以接近5.5%5.5%為宜；為宜； 越嶺路段相對高差大于越嶺路段相對高差大于500m500m時(shí)，平均縱坡以接近時(shí)，平均縱坡以接近5.0%5.0%為宜；為宜； 注意任何相連注意任何相連3km3km路段的平均縱坡不宜大于路段的平均縱坡不宜大于5.5%5.5%。 高速公路、一級公路的平均縱坡正在研究。高速公路、一級公路的平均縱坡正在研究。 八、合成坡度 1.合成坡度幾何關(guān)系合成坡度幾何關(guān)系 (1)合成坡度定義合成坡度定義 在設(shè)有超高的平曲線上，路線縱在設(shè)有超高的平曲線上，路線縱坡與超高橫坡所組成的坡度，其方坡與超高橫坡所組成的坡

24、度，其方向即流水線方向。向即流水線方向。 (2)控制合成坡度的目的控制合成坡度的目的 將合成坡度控制在一定范圍內(nèi)，目的是控制急彎和陡坡的將合成坡度控制在一定范圍內(nèi)，目的是控制急彎和陡坡的組合，防止車輛在彎道上行駛時(shí)由于合成坡度過大而引起的組合，防止車輛在彎道上行駛時(shí)由于合成坡度過大而引起的不適和危險(xiǎn)。不適和危險(xiǎn)。 22hiiI （1 1）下坡）下坡i i（不考慮超高橫坡）方向的力：（不考慮超高橫坡）方向的力：重力作用在前軸上的荷載重力作用在前軸上的荷載W W1 1 sincos21ghGlGLWLhGlGWgsincos21W1 2.汽車在縱橫坡組合下的穩(wěn)定性汽車在縱橫坡組合下的穩(wěn)定性 （2

25、2）重力作用在前軸上，垂重力作用在前軸上，垂直超高路面直超高路面i ih h的力的力W W1 1 cos)sincos(cos211LhlGWWg(W1) (3)(3)離心力離心力F F分配在前軸上的荷載分配在前軸上的荷載W W2 2為為 sinsin2222gRLlGvLlFWsinsin2222gRLlGvLlFW(W2)(4)(4)前軸上總荷載（垂直于超高路面）前軸上總荷載（垂直于超高路面）: : hgigRLvlLihlGWWW22221GLlW2hgigRvilhWWWI22在平直路段（在平直路段（ i=0,ih=0 ）上，作用于前軸的荷載為）上，作用于前軸的荷載為: : 在有平曲線

26、的坡道上在有平曲線的坡道上，前軸荷載增量與，前軸荷載增量與在平直路段上在平直路段上作用于前軸的荷載作用于前軸的荷載的比值為的比值為: :higRviI2第三節(jié)第三節(jié) 豎曲線豎曲線 1.1.定義定義 縱斷面上兩個(gè)坡段的轉(zhuǎn)折處，為了便于行車用一段曲線來緩和。縱斷面上兩個(gè)坡段的轉(zhuǎn)折處，為了便于行車用一段曲線來緩和。 2.2.設(shè)置豎曲線的理由設(shè)置豎曲線的理由 視距要求視距要求 主要解決凸形豎曲線處視距不良的問題主要解決凸形豎曲線處視距不良的問題 行車平順要求行車平順要求 變坡點(diǎn)處用曲線圓滑連接變坡點(diǎn)處用曲線圓滑連接 路容美觀要求路容美觀要求 使路容不產(chǎn)生突變點(diǎn)、和緩、平順、逐漸過渡。使路容不產(chǎn)生突變點(diǎn)

27、、和緩、平順、逐漸過渡。 3. 3.形式形式 豎曲線采用的形式主要有豎曲線采用的形式主要有圓曲線和二次拋物線圓曲線和二次拋物線兩種，設(shè)計(jì)上一兩種，設(shè)計(jì)上一般采用二次拋物線作為豎曲線。般采用二次拋物線作為豎曲線。 二.豎曲線要素計(jì)算公式 1. 1.一般規(guī)定一般規(guī)定 變坡點(diǎn)相鄰兩直坡段坡度分別為變坡點(diǎn)相鄰兩直坡段坡度分別為i i1 1和和i i2 2（上坡為（上坡為+ +，下坡為，下坡為- -），它們的代數(shù)差用），它們的代數(shù)差用表示，即表示，即 為為“+”“+”時(shí)，凹形豎曲線；時(shí)，凹形豎曲線； 為為“”時(shí)，凸形豎曲線；時(shí)，凸形豎曲線；12ii 2.公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)（1）二次拋物線方程確定）二次拋物

28、線方程確定（a、b、c為待定系數(shù)）：為待定系數(shù)）：) 1 (+=2cbxaxy坐標(biāo)原點(diǎn)在豎曲線起點(diǎn)。坐標(biāo)原點(diǎn)在豎曲線起點(diǎn)。在豎曲在豎曲線上任一點(diǎn)線上任一點(diǎn)P P，其斜率（一階導(dǎo)數(shù)），其斜率（一階導(dǎo)數(shù)）為：為：)2(+2=baxdxdyip拋物線上任一點(diǎn)的曲率半徑為：拋物線上任一點(diǎn)的曲率半徑為：222/32/1dxyddxdyR)4(2=22adxyd二階導(dǎo)數(shù)為：二階導(dǎo)數(shù)為：（3 3）0=y ,0= 時(shí)xcbxRxy+2=2由（由（2 2）、（）、（3 3）、（）、（4 4）得：）得：1 0iix 時(shí)0=cxiRxy12+2=1= ibRL xiRxyp12+2=Rxh22RTE2=2,=+=

29、=21iiRLiLx時(shí)（2 2）二次拋物線計(jì)算公式）二次拋物線計(jì)算公式xiyQ1=YX12iiP1hQi1PQlh11Rlh2=222YX12iiPQh21Tba2Tl2hbQ（另一種坐標(biāo)原點(diǎn)在豎曲線最低點(diǎn) ）iLhtgRxyRxyxRyxRy,2121:22由切線概念知其導(dǎo)數(shù)的討論相同取豎曲線方程則221=xRyui1與豎曲線在a點(diǎn)相切，即y=i1 xa=Ri1ui2與豎曲線在b點(diǎn)相切，即y=i2 xb=Ri2u由上可得豎曲線長LiLhtgRxyRxyxRyxRy,2121:22由切線概念知其導(dǎo)數(shù)的討論相同取豎曲線方程則RiiRRiRixxLab)(1212RlRxlRxRlxilRxRlx

30、haaaaa222)()2(02)(211221112211RlRxlRxRlxilRxRlxhbbbbb2=)-2(-2)-(=)-2(-2)-(=2222222222223.豎曲線上高程計(jì)算u起點(diǎn)（終點(diǎn)）樁號變坡點(diǎn)樁號（+）Tu 起點(diǎn)高程變坡點(diǎn)高程 Ti （凸-，凹+）u 終點(diǎn)高程變坡點(diǎn)高程Ti （凸+，凹-）ux=（任意點(diǎn)樁號起點(diǎn)樁號）或=（終點(diǎn)樁號任意點(diǎn)樁號） y=x2/2Ru 計(jì)算設(shè)豎曲線后各樁號處的設(shè)計(jì)高u 設(shè)計(jì)高程切線高程yu 點(diǎn)繪豎曲線；計(jì)算施工高度，填繪有關(guān)資料，整理； 施工高度為地面高與設(shè)計(jì)高之差；一般用計(jì)算機(jī)和繪圖儀出圖。K4+940K5+030K5+120R=2000T

31、=90E=2.03427.68ii12l1h1h2例題三、豎曲線的最小半徑 1.1.緩和沖擊緩和沖擊 在凹形豎曲線上是增重，在凸形豎曲線上是減重，確定豎曲在凹形豎曲線上是增重，在凸形豎曲線上是減重，確定豎曲線半徑時(shí)，對離心加速度應(yīng)加以控制。線半徑時(shí)，對離心加速度應(yīng)加以控制。)/(22smRva )(132maVR 6 . 36 . 32min2minVLVR或2 . 16 . 3minVtVL 2.2.時(shí)間行程不過短時(shí)間行程不過短 3 3滿足視距的要求滿足視距的要求 （1 1）豎曲線上可能存在的視距問題：）豎曲線上可能存在的視距問題： 若凸形豎曲線半徑太小，會(huì)阻擋駕駛員的視線，在變坡若凸形豎曲

32、線半徑太小，會(huì)阻擋駕駛員的視線，在變坡點(diǎn)后形成視覺盲區(qū)。點(diǎn)后形成視覺盲區(qū)。 起伏較大地區(qū)的道路，在夜間行車時(shí)，若凹形豎曲線半起伏較大地區(qū)的道路，在夜間行車時(shí)，若凹形豎曲線半徑過小，前燈照射距離近，影響行車速度和安全。徑過小，前燈照射距離近，影響行車速度和安全。 高速公路及城市道路跨線橋、門式交通標(biāo)志及廣告宣傳牌高速公路及城市道路跨線橋、門式交通標(biāo)志及廣告宣傳牌等，如果它們正好處在凹形豎曲線上方，可能會(huì)影響駕駛員的視等，如果它們正好處在凹形豎曲線上方，可能會(huì)影響駕駛員的視線。線。 （2 2）計(jì)算條件）計(jì)算條件 規(guī)定駕駛員的視線高規(guī)定駕駛員的視線高 即目高，障礙物高即目高，障礙物高 即物即物高，則

33、高，則 。mh2 . 11mh1 . 022)(221hh （3 3）凸形豎曲線的最小半徑和最小長度）凸形豎曲線的最小半徑和最小長度 當(dāng)當(dāng) TSL 42)(22221minTTShhSL （3 3）凸形豎曲線的最小半徑和最小長度）凸形豎曲線的最小半徑和最小長度 TSL 4)(222212minTTShhSL （4 4）凹形豎曲線最小半徑和最小長度）凹形豎曲線最小半徑和最小長度 夜間行車前燈照射距離要求夜間行車前燈照射距離要求 TSL tgShSLTT2min026. 0+75. 02=minSSLTT 夜間行車前燈照射距離要求夜間行車前燈照射距離要求 TSL )(221mintgShSLTTS

34、SL0524. 05 . 121min跨線橋下行車視距要求跨線橋下行車視距要求 TSL max2max1max21maxmin112142hhhhhhhhSLT92.262minTSL跨線橋下行車視距要求跨線橋下行車視距要求 TSL 22max1max21min)(2)(2hhhhSL92.262minTSL第四節(jié) 道路平、縱線形組合設(shè)計(jì)一、視覺分析1.視覺分析的概念和意義 視覺分析: 從視覺心理出發(fā)，對道路的空間線形及其與周圍自然景觀和沿線建筑的協(xié)調(diào)等進(jìn)行研究分析，以保持視覺的連續(xù)性，使行車具有足夠的舒適感和安全感的綜合設(shè)計(jì) 視覺是連接道路與汽車的重要媒介。視覺分析是道路線形設(shè)計(jì)的有效手段。

35、2.2.視覺規(guī)律 駕駛員視覺隨車速變化的動(dòng)態(tài)規(guī)律如下：駕駛員視覺隨車速變化的動(dòng)態(tài)規(guī)律如下： 駕駛員的注意力集中和心理緊張程度隨車速的駕駛員的注意力集中和心理緊張程度隨車速的增加而增加。增加而增加。 注意力集中點(diǎn)和視野距離隨車速增加而增加。注意力集中點(diǎn)和視野距離隨車速增加而增加。 視角隨車速的增加而變小。視角隨車速的增加而變小。 3. 3.視覺分析方法 道路透視圖道路透視圖: :線形線形. .全景全景. .復(fù)合復(fù)合. .動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)等；等； 三維動(dòng)畫；三維動(dòng)畫； 虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。 平、縱線形組合設(shè)計(jì) 是指在滿足汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)要求的前提下，研究如何滿足視覺和心理方面的連續(xù)、舒適，與周圍環(huán)

36、境的協(xié)調(diào)和良好的排水條件。二、道路平、縱線形組合設(shè)計(jì)二、道路平、縱線形組合設(shè)計(jì) 不同設(shè)計(jì)速度的公路，平、縱線形組合設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則不同設(shè)計(jì)速度的公路，平、縱線形組合設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則 設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)速度60km/h60km/h的道路的道路: : 必須注意平、縱的合理組合，盡量做到線形連續(xù)、指必須注意平、縱的合理組合，盡量做到線形連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適。設(shè)計(jì)速度愈高，標(biāo)均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適。設(shè)計(jì)速度愈高，線形設(shè)計(jì)可考慮的因素愈應(yīng)周全。線形設(shè)計(jì)可考慮的因素愈應(yīng)周全。 設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)速度40km/h40km/h的道路的道路: : 首先應(yīng)在保證行車安全的前提下，正確地運(yùn)用線形

37、要首先應(yīng)在保證行車安全的前提下，正確地運(yùn)用線形要素指標(biāo)，在條件允許的情況下力求做到各種線形要素的合素指標(biāo)，在條件允許的情況下力求做到各種線形要素的合理組合，并盡量避免和減輕不利的組合。理組合，并盡量避免和減輕不利的組合。( (一) ) 道路平、縱線形組合設(shè)計(jì)原則 1.1.應(yīng)在視覺上能自然地引導(dǎo)駕駛員的視線，并保持視覺的應(yīng)在視覺上能自然地引導(dǎo)駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性。連續(xù)性。 2 2注意保持平、縱線形的技術(shù)指標(biāo)大小應(yīng)均衡。注意保持平、縱線形的技術(shù)指標(biāo)大小應(yīng)均衡。 3 3選擇組合得當(dāng)?shù)暮铣善露龋岳诼访媾潘托熊嚢策x擇組合得當(dāng)?shù)暮铣善露?，以利于路面排水和行車安全。全?4 4注意與道路周

38、圍環(huán)境的配合。注意與道路周圍環(huán)境的配合。(二)組合形式 ( (三) )平、縱線形組合的基本要求 1. 1.平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長于豎曲線，所謂的于豎曲線，所謂的“平包豎平包豎” ” 。 豎曲線的起終點(diǎn)最好分別放在平曲線的兩個(gè)緩和豎曲線的起終點(diǎn)最好分別放在平曲線的兩個(gè)緩和曲線內(nèi)，其中任一點(diǎn)都不要放在緩和曲線以外的直曲線內(nèi)，其中任一點(diǎn)都不要放在緩和曲線以外的直線上，也不要放在圓弧段之內(nèi)。線上，也不要放在圓弧段之內(nèi)。 注意：注意： 若平、豎曲線半徑都很大且坡率差較小時(shí)，則平、豎位置可若平、豎曲線半徑都很大且坡率差較小時(shí)，則平、豎位置可不受上述

39、限制。不受上述限制。 若做不到平、豎曲線較好的組合，寧可把二者拉開相當(dāng)距離，若做不到平、豎曲線較好的組合，寧可把二者拉開相當(dāng)距離，使平曲線位于直坡段或豎曲線位于直線上。使平曲線位于直坡段或豎曲線位于直線上。 2. 2.要保持平曲線與豎曲線大小的均衡。要保持平曲線與豎曲線大小的均衡。 當(dāng)平曲線半徑在當(dāng)平曲線半徑在1000m1000m以下時(shí)，豎曲線半徑宜為平以下時(shí)，豎曲線半徑宜為平曲線半徑的曲線半徑的10102020倍，倍， 當(dāng)平曲線緩而長、縱斷面坡差較小時(shí)，可不要當(dāng)平曲線緩而長、縱斷面坡差較小時(shí)，可不要求平、豎曲線一一對應(yīng)，平曲線中可包含多個(gè)豎曲求平、豎曲線一一對應(yīng)，平曲線中可包含多個(gè)豎曲線或豎

40、曲線略長于平曲線。線或豎曲線略長于平曲線。 平曲線半徑(m)(m)豎曲線半徑平曲線半徑(m)(m)豎曲線半徑(m)(m)500500100001000011001100300003000070070012000120001200120040000400008008001600016000150015006000060000900900200002000020002000100000100000100010002500025000 3. 3.要選擇適當(dāng)?shù)暮铣善露取Ｒx擇適當(dāng)?shù)暮铣善露取?合成坡度過大，對行車安全不利，車輛易出事合成坡度過大，對行車安全不利，車輛易出事故。故。 合成坡度過小，不利于

41、路面排水，對高速行駛合成坡度過小，不利于路面排水，對高速行駛的車輛由于濺水而影響行車安全。的車輛由于濺水而影響行車安全。 如果變坡點(diǎn)與路面橫向排水不良的平曲線路段組如果變坡點(diǎn)與路面橫向排水不良的平曲線路段組合，易使合成坡度過小，排水不利，妨礙高速行車，合，易使合成坡度過小，排水不利，妨礙高速行車，故故合成坡度一般應(yīng)不小于合成坡度一般應(yīng)不小于0.50.5。 （四）平、縱線形設(shè)計(jì)中應(yīng)注意避免的組合 （1 1）避免豎曲線的頂、底部插入小半徑的平曲線。）避免豎曲線的頂、底部插入小半徑的平曲線。 （2 2）避免將小半徑的平曲線起、訖點(diǎn)設(shè)在或接近豎）避免將小半徑的平曲線起、訖點(diǎn)設(shè)在或接近豎曲線的頂部或底部

42、。曲線的頂部或底部。 （3 3）避免使豎曲線頂、底部與反向平曲線的拐點(diǎn)）避免使豎曲線頂、底部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。重合。 （4 4）應(yīng)避免小半徑的豎曲線與緩和曲線的重合。）應(yīng)避免小半徑的豎曲線與緩和曲線的重合。 （5 5）避免出現(xiàn)駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛員視線）避免出現(xiàn)駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛員視線中斷的線形。中斷的線形。 第五節(jié)第五節(jié) 縱斷面設(shè)計(jì)方法縱斷面設(shè)計(jì)方法一、縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn) 縱斷面設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容： 根據(jù)道路等級、沿線自然條件和構(gòu)造物控制標(biāo)高等，確定路線合適的標(biāo)高、各坡段的縱坡度和坡長，并設(shè)計(jì)豎曲線。 基本要求： 縱坡均勻平順、起伏和緩、坡長和豎曲線長短適當(dāng)、平面與縱面組合設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)、

43、以及填挖經(jīng)濟(jì)、平衡。 （一）關(guān)于縱坡極限值的運(yùn)用 l設(shè)計(jì)時(shí)極限值不可輕易采用，應(yīng)留有余地。設(shè)計(jì)時(shí)極限值不可輕易采用，應(yīng)留有余地。l縱坡緩些為好，但為了路面和邊溝排水，最小縱坡不應(yīng)縱坡緩些為好，但為了路面和邊溝排水，最小縱坡不應(yīng) 低于低于%0.5%。 （二）關(guān)于最短坡長 坡長不宜過短，以不小于設(shè)計(jì)速度9 9秒的行程為宜。 對連續(xù)起伏的路段，坡度應(yīng)盡量小，一般應(yīng)爭取到規(guī)定值的1 12 2倍。 ( (三) )各種地形條件下的縱坡設(shè)計(jì) 1.1.平原微丘區(qū)： 主要是如何保證最小填土高度和最小縱坡的問題。丘陵區(qū)應(yīng)注意平縱配合，不要過分遷就地形，縱坡應(yīng)順適不產(chǎn)生突變。 2.2.山嶺重丘區(qū)山

44、嶺重丘區(qū)沿河線：盡量采用平緩縱坡、坡長不應(yīng)超過限制長度，縱坡不宜大沿河線：盡量采用平緩縱坡、坡長不應(yīng)超過限制長度，縱坡不宜大于于6，注意路基控制標(biāo)高的要求。，注意路基控制標(biāo)高的要求。 越嶺線：必須用平均縱坡控制，縱坡力求均勻，避免極限縱坡、臺(tái)越嶺線：必須用平均縱坡控制，縱坡力求均勻，避免極限縱坡、臺(tái)階式和反坡。階式和反坡。 山脊線、山腰線：線位受限較嚴(yán)，除結(jié)合地形不得已采用較大縱坡山脊線、山腰線：線位受限較嚴(yán)，除結(jié)合地形不得已采用較大縱坡外，盡量采用較緩縱坡。外，盡量采用較緩縱坡。 ( (四) )關(guān)于豎曲線半徑的選用 豎曲線應(yīng)選用較大半徑為宜。當(dāng)受限制時(shí)可采用一般最小值，特殊困難方可用極限最小

45、值。 （五）關(guān)于相鄰豎曲線的銜接 相鄰兩相鄰兩同向凹形或凸形豎曲線同向凹形或凸形豎曲線，特別是同向凹形豎曲線之，特別是同向凹形豎曲線之間，宜合并成一個(gè)單豎曲線或復(fù)豎曲線；間，宜合并成一個(gè)單豎曲線或復(fù)豎曲線； 相鄰兩個(gè)反向豎曲線相鄰兩個(gè)反向豎曲線之間，好插入一段直坡為好，特別是之間，好插入一段直坡為好，特別是半徑比較小時(shí)，更應(yīng)這樣處理，以便于增重與減重間和緩過渡，半徑比較小時(shí)，更應(yīng)這樣處理，以便于增重與減重間和緩過渡，一般直坡段不應(yīng)小于一般直坡段不應(yīng)小于3S3S行程。行程。 二、縱斷面設(shè)計(jì)的方法步驟和應(yīng)注意的問題 ( (一) )縱斷面設(shè)計(jì)的方法步驟 1.1.準(zhǔn)備工作 縱斷面圖上點(diǎn)繪出每個(gè)中樁的位置、平曲線示意圖，繪出地面線。 2.標(biāo)注控制點(diǎn) 1）控制點(diǎn)是指影響縱坡設(shè)計(jì)的標(biāo)高控制點(diǎn)。包括：l路線起、終點(diǎn)；l大中橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)高；l地質(zhì)不良地段的最小填土高度；l越嶺埡口標(biāo)高；l隧道進(jìn)出口；l沿溪線的洪水位；l路線交叉點(diǎn)（包括平交與立交）；l重要城鎮(zhèn)通過點(diǎn)的規(guī)劃標(biāo)高；l山區(qū)斷面填、挖“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)” 2）主要控制點(diǎn)標(biāo)高的確定 沿河及受水浸淹的路線，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高一般應(yīng)高出下表所規(guī)定洪水頻率計(jì)算水位0.5m以上。公路等級高速