縱斷面設(shè)計(jì)課件

1、第4章 縱 斷 面 設(shè) 計(jì)第4章 縱 斷 面 設(shè) 計(jì)4.1 概述沿著道路中線豎直剖切后展開得到的斷面為路線縱斷面。 縱斷面設(shè)計(jì)：在路線縱斷面圖上研究路線線位高度及坡度變化情況的過程。任務(wù)：研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成及其大小與長度。 依據(jù)：汽車的動力特性、道路等級、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件以及工程經(jīng)濟(jì)性等。 地面線：它是根據(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； 設(shè)計(jì)線：路線上各點(diǎn)路基設(shè)計(jì)高程的連線。路線縱斷面圖構(gòu)成：縱坡：坡線的坡度即路線縱向坡度。式中： i縱坡，按路線前進(jìn)方向，上坡為正、下坡為負(fù)； H1，H2按路線前進(jìn)方向?yàn)樾虻钠戮€兩端點(diǎn)的高程； L坡線兩端點(diǎn)間的水平距離，坡長。本章知識點(diǎn)：縱

2、坡及坡長設(shè)計(jì)豎曲線道路平、縱線形組合設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)方法及縱斷面圖爬坡車道4.2.1 縱坡設(shè)計(jì)的一般要求（1） 縱坡設(shè)計(jì)必須滿足標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)規(guī)定。（2） 縱坡應(yīng)具有一定的平順性，起伏不宜過大或過于頻繁，盡量避免采用規(guī)范中的極限縱坡值。（3） 設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮沿線地形、地質(zhì)、水文、地下管線、氣候等。（4）縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少土石方和其他工程數(shù)量。（5）山嶺重丘區(qū)地形縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)考慮縱向填挖平衡，以減少借方和廢方。平原區(qū)應(yīng)滿足最小填土高度要求，以保證路基穩(wěn)定。（6）高等級公路應(yīng)考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求，低等級公路應(yīng)注意考慮民間運(yùn)輸、農(nóng)田機(jī)械等方面的要求。4.2.1 縱坡設(shè)計(jì)的一般要求4.2.2 最大縱

3、坡最大縱坡：是指在縱坡設(shè)計(jì)時各級道路允許使用的最大坡度。影響因素： 汽車的動力特性：汽車在規(guī)定速度下的爬坡能力。 道路等級：等級高，行駛速度大，要求坡度阻力盡量小。 自然條件：海拔高程、氣候（積雪寒冷等）?？v坡度大小的優(yōu)劣：坡度大：行車?yán)щy，上坡速度低，下坡較危險。山區(qū)公路可縮短里程，降低造價。實(shí)例4.2.2 最大縱坡最大縱坡：是指在縱坡設(shè)計(jì)時各級道路允許使用的最大坡度。（1） 設(shè)計(jì)速度為120km/h、100km/h、80km/h的高速公路，受地形條件或其他特殊情況限制時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡可增加1。（2） 設(shè)計(jì)速度為40km/h、30km/h、20km/h的公路，改建工程利用原有公路

4、的路段，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡可增加1。（3） 四級公路位于海拔2 000m以上或積雪冰凍地區(qū)的路段，最大縱坡不應(yīng)大于8。（4）對橋上及橋頭路線的最大縱坡： 小橋和涵洞處縱坡應(yīng)按路線規(guī)定采用； 大、中橋上縱坡不宜大于4%。 隧道內(nèi)縱坡不應(yīng)大于3%。4.2.3 高原縱坡折減 高原為什么縱坡要折減？ 規(guī)范規(guī)定：位于海拔3000m以上的高原地區(qū)，各級公路的最大縱坡值應(yīng)按表4-5的規(guī)定予以折減。折減后若小于4%，則仍采用4%。4.2.4 理想的最大縱坡和不限坡長的最大縱坡 理想的最大縱坡i1：是指設(shè)計(jì)車型即載重車在油門全開的情況下，持續(xù)以V1等速行駛所能克服的坡度。V1取值：對低速路為設(shè)計(jì)速度，高速

5、路為載重車的最高速度。 設(shè)計(jì)車速V1201008060滾動阻力系數(shù)f1.01.01.01.5減速范圍V1V28060805580506040動力因素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 東風(fēng)EQ-140載重車裝載75%時，各設(shè)計(jì)車速下理想的最大縱坡i1：容許速度V2：不同等級的道路容許速度應(yīng)不同，其值一般應(yīng)不小于設(shè)計(jì)速度的1/22/3（高速路取低限，低速路取高限）。 i2=D2-f不限坡長最大縱坡：速度至少能保持容許速度所對

6、應(yīng)的縱坡。4.2.4 理想的最大縱坡和不限坡長的最大縱坡設(shè)計(jì)車速V1201008060滾動阻力系數(shù)f1.01.01.01.5減速范圍V1V28060805580506040動力因素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 東風(fēng)EQ-140載重車裝載75%時，各設(shè)計(jì)車速下不限長度的最大縱坡i2：設(shè)計(jì)車速V1201008060滾動阻力系數(shù)f1.01.01.01.5減速范圍V1V28060805580506040動力因素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 東風(fēng)EQ-140載重車裝載75%時，各設(shè)計(jì)車速下理想最大縱坡i1和不限長度的最大縱坡i2：4.2.5 最小縱坡挖方路段以及其他橫向排水不良的路段所規(guī)定的縱坡最小值。 在長路塹以及其他橫向排水不通暢地段，各級公路均應(yīng)設(shè)置不小于0.3%的最小縱坡，一般情況下以不小于0.5為宜。 當(dāng)必須設(shè)計(jì)平坡或縱坡小于0.3%的路段時，邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計(jì)。 在彎道超高橫坡漸變段上，為使行車道外側(cè)邊緣不出現(xiàn)反坡，設(shè)計(jì)最小

8、縱坡不宜小于超高允許漸變率。4.2.5 最小縱坡排水不良事故多發(fā)點(diǎn)實(shí)例豎曲線：半徑為65000m（i1=-0.3%，i2=0.5%）；平曲線：1000m的彎道；事故原因：雨天經(jīng)常積水，路面抗滑性下降，方向不好控制。柳桂高速公路K404+700處縱斷面：前后反坡的凹型豎曲線；平面：圓曲線，超高過渡中橫坡存在小于0.5%路段；事故原因：縱橫向排水均不暢，雨天積水。柳桂高速公路K430+600處4.2.6 坡長限制1. 最小坡長限制 在平面交叉口、立體交叉的匝道以及過水路面地段，最小坡長可不受此限。2. 最大坡長 指控制汽車在坡道上行駛，當(dāng)車速下降到最低允許速度時所行駛的距離。 高速公路、一級公路當(dāng)

9、連續(xù)陡坡由幾個不同坡度值的坡段組合而成時，應(yīng)采用平均坡段法進(jìn)行驗(yàn)算，即：4.2.7 緩和坡段 當(dāng)連續(xù)縱坡大于坡長限制時，應(yīng)在不大于規(guī)范規(guī)定長度處設(shè)置緩和坡段，用以恢復(fù)在陡坡上降低的速度和保證安全?？v坡值：不應(yīng)大于3%長 度：不小于最小坡長要求線 形：宜采用直線。在地形困難路段可采用曲線；注：曲線半徑較小時，緩和坡段長度應(yīng)增加。 回頭曲線段不能作為緩和坡段。4.2.7 緩和坡段4.2.8 平均縱坡指由若干坡段組成的路段所克服的高差與路線長度之比。規(guī)范規(guī)定：二、三、四級公路越嶺線路線的平均縱坡，一般以接近5.5（相對高差為200500m）和5（相對高差大于500m）為宜，任意相連3km路段的平均縱

10、坡不宜大于5.5。izihI4.2.9 合成坡度指由路線縱坡與彎道超高橫坡或路拱橫坡組合而成的坡度。4.2.9 合成坡度指由路線縱坡與彎道超高橫坡或路拱橫坡組合而成的坡度。4.3.1 豎曲線的作用及線形變坡點(diǎn)：縱斷面上相鄰兩條縱坡線的交點(diǎn)。12i1i2i3凹型豎曲線 0凸型豎曲線 0豎曲線：為保證行車安全、舒適及視距的需要，在坡段的轉(zhuǎn)折處設(shè)置一段曲線來緩和。變坡角：相鄰兩條坡度線的坡角差。豎曲線的主要作用：（1） 緩沖作用。（2） 保證公路縱向的行車視距。（3） 將豎曲線與平曲線恰當(dāng)組合，有利于路面排水和改善行車的視線誘導(dǎo)和舒適感。規(guī)范規(guī)定采用二次拋物線作為豎曲線的線形。4.3.2 豎曲線要素

11、的計(jì)算公式二次拋物線方程：i21. 豎曲線長度Li24.3.2 豎曲線要素的計(jì)算公式2. 豎曲線切線長Ti24.3.2 豎曲線要素的計(jì)算公式i2xh豎曲線上任意點(diǎn)的豎距h3.豎曲線上任意點(diǎn)的豎距h 4.3.2 豎曲線要素的計(jì)算公式3.豎曲線上任意點(diǎn)的豎距h x的取值：計(jì)算點(diǎn)位于變坡點(diǎn)前： x為計(jì)算點(diǎn)至豎曲線起點(diǎn)距離，即：x=計(jì)算點(diǎn)里程樁號-起點(diǎn)里程樁號計(jì)算點(diǎn)位于變坡點(diǎn)后： x為計(jì)算點(diǎn)至豎曲線終點(diǎn)距離，即：x=終點(diǎn)里程樁號-計(jì)算點(diǎn)里程樁號i2hxh豎曲線上任意點(diǎn)的豎距h計(jì)算點(diǎn)位于曲線后半段：4. 豎曲線外距Ei21. 豎曲線長度L2. 豎曲線切線長T3.豎曲線上任意點(diǎn)的豎距h 4. 豎曲線外距E

12、例題： 某二級公路,變坡點(diǎn)樁號為K6+100.00,高程為138.15m,i1=4%,i2=5%，豎曲線曲率半徑R3000m。試計(jì)算豎曲線諸要素以及樁號為K6060和K6180.00處的設(shè)計(jì)高程。（1） 計(jì)算豎曲線要素（2） 計(jì)算豎曲線起終點(diǎn)樁號（3） 計(jì)算各樁號的x、y值（4） 計(jì)算各加樁的切線高程（5） 計(jì)算各加樁的設(shè)計(jì)高程4.3.3 豎曲線的最小長度和最小半徑1. 凸型豎曲線的最小半徑和最小長度主要影響因素：行車視距（1） LS時：AB（2） LS4.3.3 豎曲線的最小長度和最小半徑凸型豎曲線最小半徑和最小長度：豎曲線最小長度相當(dāng)于各級道路計(jì)算行車速度的3秒行程 。2. 凹形豎曲線最小

13、半徑和最小長度主要影響因素：離心力3. 按汽車行駛時間的要求確定豎曲線最小長度按3s行程計(jì)算： 爬坡車道是陡坡路段正線行車道外側(cè)增設(shè)的供載重車行駛的專用車道。 高速、一級公路四車道考慮是否需要設(shè)置。4.4.1 設(shè)置爬坡車道的條件符合下列條件之一者，可增設(shè)爬坡車道。（1） 沿上坡方向載重汽車的行駛速度降低到允許最低速度以下時；（2） 上坡路段的設(shè)計(jì)通行能力小于設(shè)計(jì)小時交通量時，應(yīng)設(shè)置爬坡車道。4.4.2 爬坡車道的設(shè)計(jì)1. 橫斷面組成 設(shè)于上坡方向正線行車道右側(cè)。爬坡車道的寬度一般為3.5m。正線路緣帶爬坡車道硬路肩土路肩0.53.51.02. 橫坡度3. 平面布置與長度路緣帶正線起點(diǎn)終點(diǎn)L1=

14、45mLL260m適用條件： （1）當(dāng)設(shè)計(jì)速度大于或等于60km/h時，必須注重平、縱的合理組合； （2）當(dāng)設(shè)計(jì)速度小于或等于40km/h時，在條件允許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組合。4.5.1 平縱組合設(shè)計(jì)原則 1應(yīng)在視覺上能自然地引導(dǎo)駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性。 2注意保持平、縱線形的技術(shù)指標(biāo)大小應(yīng)均衡,使線形在視覺上、心理上保持協(xié)調(diào)。 3選擇組合得當(dāng)?shù)暮铣善露?，以利于路面排水和行車安全?4應(yīng)注意線形與自然環(huán)境和景觀的配合與協(xié)調(diào)。4.5.2 平、縱線形的組合1. 直線與縱斷面的組合（1）平面直線與縱面直線組合（2）平面直線與豎曲線組合要素 （凸型直線

15、、凹型直線） 從美學(xué)觀點(diǎn)講以包括一個凸型豎曲線為好，而包括一個凹型線次之； 從視覺條件講以包括一個凹形豎曲線為好，而包括一個凸型線次之。4.5.2 平、縱線形的組合1. 直線與縱斷面的組合凹形豎曲線凸型豎曲線 直線中短距離內(nèi)二次以上變坡會形成反復(fù)凸凹的“駝峰”和“凹陷”。 直線中短距離內(nèi)二次以上變坡會形成反復(fù)凸凹的“駝峰”和“凹陷”。2. 平曲線與縱斷面的組合（1） 平曲線與縱面直線組合要素 組合時要注意平曲線半徑與縱坡度協(xié)調(diào)，要避免急彎與陡坡相重合。 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。（2） 平曲線與豎曲線組合 平豎曲線頂點(diǎn)重合，且平包豎。豎曲線的起終點(diǎn)最好分別放在平曲線的兩

16、個緩和曲線內(nèi)，其中任一點(diǎn)都不要放在緩和曲線以外的直線上，也不要放在圓弧段之內(nèi)。 平、豎曲線重合如果平曲線的中點(diǎn)與豎曲線的頂（底）點(diǎn)位置錯開不超過平曲線長度的四分之一時，仍然可以獲得比較滿意的外觀。（2） 平曲線與豎曲線組合 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。（2） 平曲線與豎曲線組合 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。不良組合：凹形豎曲線位于平曲線起點(diǎn)（2） 平曲線與豎曲線組合 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。凹形豎曲線位于平曲線起點(diǎn)（2） 平曲線與豎曲線組合 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。不良組合：凸形豎曲線位于平曲線起點(diǎn)

17、（2） 平曲線與豎曲線組合 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。不良組合： 若做不到平、豎曲線較好的組合（頂點(diǎn)的重合），則寧可把平豎曲線分開相當(dāng)距離（不小于3s行程），使平曲線位于直坡段或豎曲線位于直線上。（2） 平曲線與豎曲線組合平曲線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡半徑：豎曲線半徑大約為平曲線半徑的1020倍 長度：平曲線應(yīng)稍長于豎曲線平曲線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡半徑：豎曲線半徑大約為平曲線半徑的1020倍 長度：平曲線應(yīng)稍長于豎曲線 平曲線和豎曲線其中一方大而平緩，那么另一方就不要形成多而小。一個長的平曲線內(nèi)有兩個以上豎曲線，或一個大的豎曲線含有兩個以上平曲線，看上去非常別扭。 平曲

18、線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡 平曲線和豎曲線其中一方大而平緩，那么另一方就不要形成多而小。一個長的平曲線內(nèi)有兩個以上豎曲線，或一個大的豎曲線含有兩個以上平曲線，看上去非常別扭。 平曲線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡平、豎曲線應(yīng)避免的組合 要避免使凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。凸形豎曲線與反向平曲線拐點(diǎn)重合 跳 躍平、豎曲線應(yīng)避免的組合 要避免使凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。平、豎曲線應(yīng)避免的組合 要避免使凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。 小半徑豎曲線不宜與緩和曲線相重疊。 計(jì)算行車速度40km/h的道路，應(yīng)避免在凸形豎曲線頂

19、部或凹形豎曲線底部插入小半徑的平曲線。 平、豎曲線應(yīng)避免的組合 要避免使凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部與反向平曲線的拐點(diǎn)重合。 凸型豎曲線頂部或凹形豎曲線底部插入小半徑平曲線： 在長平曲線內(nèi)，要盡量設(shè)計(jì)成直坡線，避免設(shè)置短的、半徑小的豎曲線。避免在一個平曲線上連續(xù)出現(xiàn)多個凹、凸豎曲線。 平、豎曲線半徑都很小時不宜重合；此時應(yīng)將兩者分開，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。 平、豎曲線應(yīng)避免的組合4.6.1 縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)（一）關(guān)于縱坡極限值的運(yùn)用 根據(jù)汽車動力特性和考慮經(jīng)濟(jì)等因素制定的極限值，設(shè)計(jì)時不可輕易采用應(yīng)留有余地。一般講，縱坡緩些為好，但為了路面和邊溝排水，最

20、小縱坡不應(yīng)低于0.3%0.5%。 （二）關(guān)于最短坡長 坡長不宜過短，以不小于計(jì)算行車速度9秒的行程為宜。對連續(xù)起伏的路段，坡度應(yīng)盡量小，坡長和豎曲線應(yīng)爭取到極限值的一倍或二倍以上，避免鋸齒形的縱斷面。4.6.1 縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)（三）各種地形條件下的縱坡設(shè)計(jì) 1平原、微丘區(qū)：保證最小填土高度，作包線設(shè)計(jì)。 2山嶺、重丘區(qū)：按縱向填挖平衡設(shè)計(jì)，不宜在連續(xù)采用極限長度的陡坡之間夾短的緩和坡段，且不應(yīng)設(shè)置反坡。4.6.1 縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn) 一般情況下：豎曲線應(yīng)選用較大半徑為宜。 坡差小時：應(yīng)盡量采用大的豎曲線半徑。 條件受限制時：可采用一般最小值。（四）關(guān)于豎曲線半徑的選用4.6.1 縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn) 特

21、殊困難情況下：方可用極限最小值。 有條件時：宜采用下表規(guī)定的滿足視覺要求的最小半徑。 （四）關(guān)于豎曲線半徑的選用4.6.1 縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)（五）關(guān)于相鄰豎曲線的銜接 同向曲線：相鄰兩個同向凹形或凸形豎曲線，特別是同向凹形豎曲線之間，如直坡段不長應(yīng)合并為單曲線或復(fù)曲線，避免出現(xiàn)斷背曲線。 反向曲線：相鄰反向豎曲線之間，為使增重與減重間和緩過渡，中間最好插入一段直坡段。若兩豎曲線半徑接近極限值時，這段直坡段至少應(yīng)為計(jì)算行車速度的3s行程。當(dāng)半徑比較大時，亦可直接連接。（五）關(guān)于相鄰豎曲線的銜接4.6.2 縱斷面設(shè)計(jì)方法步驟及注意事項(xiàng)（一）縱斷面設(shè)計(jì)方法與步驟1準(zhǔn)備工作：（1）應(yīng)收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料：里

22、程樁號和地面高程；平面設(shè)計(jì)成果；沿線地質(zhì)資料等。（2）點(diǎn)繪地面線，填寫有關(guān)內(nèi)容。4.6.2 縱斷面設(shè)計(jì)方法步驟及注意事項(xiàng)（一）縱斷面設(shè)計(jì)方法與步驟 2標(biāo)注高程控制點(diǎn)： 路線起、終點(diǎn)；越嶺啞口；重要橋涵；最小填土高度；最大挖深；沿溪線的洪水位；隧道進(jìn)出口；平面交叉和立體交叉點(diǎn)；鐵路道口；城鎮(zhèn)規(guī)劃控制標(biāo)高以及受其它因素限制路線必須通過的標(biāo)高控制點(diǎn)等。 山區(qū)道路的“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)”或“挖方點(diǎn)”等。 采用路基斷面透明模板。（一）縱斷面設(shè)計(jì)方法與步驟路基橫斷面圖：路基透明模板：橫向填挖平衡：橫向填方大于挖方：橫向挖方大于填方： 2標(biāo)注高程控制點(diǎn)：3試坡：根據(jù)地形起伏情況及高程控制點(diǎn)，初擬縱坡線。 4調(diào)整： 按平縱配合要求及標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況等進(jìn)行檢