第3章 道路纵断面设计.ppt

第第3 3章章纵断面设计纵断面设计 §3.1 概述概述§3.2 纵坡设计纵坡设计§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 §3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 （（1）基本概念）基本概念 1）纵断面纵断面(vertical)-----用一曲面沿道路中线竖直剖切，展开成平面 2）路线纵断面图路线纵断面图(vertical profile map) -----反映路线在纵断面上的形状、位置及尺寸的图形叫路线纵断路线纵断面图面图§3.1 概述概述 3）地地面面线线：：根据各中桩地面高程而点绘成的一条不规则的折线它反映了原地面的起伏情况； 4）设设计计线线：：它是根据设计计算后确定出来的一条形状规则的几何线形它反映了道路的起伏和高程，由直线和竖曲线构成 5）设计线要素：设计线要素：直线、竖曲线§3.1 概述概述§3.1 概述概述§3.1 概述概述 设计线基本要素示意图地面线设计坡度线凸形竖曲线凹形竖曲线设计纵坡设计坡长（（2）对路基设计标高）对路基设计标高(design elevation of subgrade)1）新建公路：）新建公路： ① 高速、一级公路采用中央分隔带外侧边缘标高； ② 二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段时则是指设置超高加宽之前该处标高；§3.1 概述概述设计标高设计标高设计标高设计标高2 2））改改建建公公路路：：一般按新建公路的规定办理，也可以采用中央分隔带中线或行车道中线标高。

3 3）城市道路：）城市道路：一般指车行道中心标高 §3.1 概述概述①•定义：道路中线两点间的高差与水平距离的比值， 从路线起点至止点的方向看，路线升高为上坡“+”，降低为下坡“-”•表示方法：不用角度，而用百分数（%）表示•道路上5％以内的纵坡对汽车行驶不造成困难，2.5%以内的纵坡对自行车骑行不造成困难路线前进水平距离路线前进水平距离520520米，克服高差米，克服高差1313米，米，则纵坡为则纵坡为？？%2.5%§3.2 纵坡设计纵坡设计 1.1.纵坡度（纵坡度（longitudinal gradientlongitudinal gradient）） §3.2 纵坡设计纵坡设计 公路纵坡设计公路纵坡设计一般要求一般要求1））符合《标准》的有关规定2））平原、微丘地形的纵坡应均匀、平缓；丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大；山岭、重丘地形的沿河线，应尽量采用平缓的纵坡，坡度不宜大于6％；越岭线的纵坡应力求均匀，越岭展线不应设置反坡3））纵面线形应与地形相适应，设计成视觉连续、平顺而圆滑的线形，并重视平纵面线形的组合§3.2 纵坡设计纵坡设计 4））纵坡设计应结合自然条件综合考虑。

5））纵坡设计为保证路基稳定，应尽量减少深路堑和高填方，在设计中争取填挖平衡6））纵坡设计应结合道路沿线的实际情况和具体条件进行设计，并适当照顾农业机械、农田水利等方面的要求 （（2）城市道路纵坡设计）城市道路纵坡设计一般要求一般要求1)纵断面设计应参照城市规划控制标高并适应临街建筑立面布置及沿路范围内地面水的排除2)为保证行车安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁3)山城道路及新辟道路的纵断面设计应综合考虑土石方平衡、汽车运营经济效益等因素，合理确定路面设计标高4)机动车与非机动车混合行驶的车行道，宜按非机动车爬坡能力设计纵坡度5)纵断面设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水要求综合考虑 §3.2 纵坡设计纵坡设计 §3.2 纵坡设计纵坡设计 2、最大纵坡（、最大纵坡（maximum longitudinal gradient））1）概念－－根据公路技术等级和自然条件所规定的纵坡最大值称最大纵坡￿2）制定依据：•各种机动车的动力要求大型车5%，安全性8%•非机动车行驶的要求自行车2.5%，三轮2%•自然条件的影响雨、雪（不超过6%）、高原缺氧（折减1%）•沿街建筑物的布置与地下管线敷设的要求。

地坪标高§3.2 纵坡设计纵坡设计 桥上及桥头路线的最大纵坡桥上及桥头路线的最大纵坡 ￿￿￿￿1．小桥与涵洞处纵坡随路线纵坡设计；￿￿￿￿2．平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调大桥纵坡≤4%，桥头引道≤5%，￿￿￿￿3．0.3%<隧道内纵坡≤3%；￿￿￿￿4．市镇附近路段可适当放宽￿§3.2 纵坡设计纵坡设计 折减原因：折减原因：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￿§3.2 纵坡设计纵坡设计 3.3.高原纵坡折减（高原纵坡折减（plateau longitudinal slope reduction））折减方法：折减方法：海拔3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡应按下表的规定予以折减最大纵坡折减后若小于4%，则仍采用4%海 拔 高 度（m）3000～40004000～50005000以上纵 坡 折 减（%）123￿￿挖方路段以及其它横向排水不良地段所规定的纵坡最小值称为最小纵坡 长路堑地段以及其它横向排水不畅的路段，为了保证排水，均应设置不小于0.3％的纵坡。

否则，采取措施边沟应作纵向排水设计，设置锯齿形街沟或采取其它排水措施来处理） §3.2 纵坡设计纵坡设计 4.4.最小纵坡（最小纵坡（minimum longitudinal gradient））§3.2 纵坡设计纵坡设计 5.5. 坡坡长限制（限制（grade length limitation））坡坡长长－－－－ 坡段起止点间（即前后变坡点之间）的水平距离称为坡长1））最大坡长限制最大坡长限制 1）限制理由：长距离大坡对行车不利；持续上坡易使发动机过热影响机械效率；持续下坡刹车频繁危及安全 2）最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速时所行驶的距离§3.2 纵坡设计纵坡设计 公路纵坡最大坡长 （（2）最小坡长限制）最小坡长限制 限制理由：坡长过短，行车频繁颠簸；坡差较大时易造成视线中断；不易设置竖曲线§3.2 纵坡设计纵坡设计§3.2 纵坡设计纵坡设计 •（3）缓和坡段缓和坡段• 当连续陡坡长度大于最大坡长限制的规定值时，应在不大于最大坡长所规定的长度处设置纵坡不大于3％的坡段，称为缓和坡段缓和坡段 一定路线长度范围内，路线两端点的高差与路线长度的比值。

① 相对高差200～500m 不应大于不应大于 5.5％ ② 相对高差>500m 不应大于不应大于 5％ ③任何相连3km路段的平均纵不应大于不应大于5.5％ §3.2 纵坡设计纵坡设计 6. 平均纵坡（平均纵坡（average gradient））ΣLΣHAB§3.2 纵坡设计纵坡设计 7.合成坡度（合成坡度（resultant gradient）） 道路在平曲线路段，路线纵坡和弯道超高横坡或路拱横坡合成的坡度，称为合成坡度合成坡度 §3.2 纵坡设计纵坡设计 i合成过大时，易产生附加阻力（上坡时），或使汽车重心偏移，沿合成坡方向滑移故应加以限制§3.2 纵坡设计纵坡设计 各级公路最小合成坡度不宜小于0.5%在超高过渡的变化处，合成坡度不应设计为0%当合成坡度小于0.5%时，则应采取综合排水措施，保证路面排水畅通§3.3 竖曲线设计竖曲线设计•纵断面上两相邻不同坡度线的交点称为变变坡坡点点（grade change point） • 为保证行车安全、舒适以及视距的需要，而在变坡处设置的纵向曲线，即为竖曲线竖曲线（vertical curve）。

•竖曲线采用二次抛物线二次抛物线的计算结果与圆曲线相差很小§3.3 竖曲线设计竖曲线设计变坡点坡度线变坡点凹型竖曲线凸型竖曲线设计线§3.3 竖曲线设计竖曲线设计坡度角ω=i2-i1 ω为“+”，凹形竖曲线（concave vertical curve）ω为“-”， 凸形竖曲线（convex vertical curve）α1α2ωi1i2i3凹型竖曲线 ω>0凸型竖曲线 ω<0§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 1.1.竖曲线要素的计算竖曲线要素的计算 LTTyEωωxyxi1i2RωＲ——竖曲线半径 (m) x——计算点桩号与竖曲线起点 (或竖曲线终点)的桩号差§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 竖曲线上任意点设计高程的计算竖曲线上任意点设计高程的计算1、计算切线高程2、 计算设计高程H1——计算点切线高程H0——变坡点高程i ——计算点处的纵坡度x ——计算点至变坡点的平距±——当为凹形竖曲线时取“+”，当为凸形竖曲线时取“–”±——当切线高于变坡点时取“+”，反之取“–”§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 2.2.竖曲线设计标准竖曲线设计标准 （（1））竖曲线最小半径竖曲线最小半径 1））凹型竖曲线极限最小半径 2））凸型竖曲线极限最小半径 3））竖曲线一般最小半径（（2））竖曲线最小长度竖曲线最小长度 以汽车在竖曲线上行程以汽车在竖曲线上行程3s控制曲线长度控制曲线长度§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 竖曲线设计控制因素：1 缓和冲击汽车在竖曲线上行驶时其离心加速度为: 根据试验，认为离心加速度应限制在0.5～0.7m/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§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 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§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 竖曲线半径选择的要点竖曲线半径选择的要点•1、￿应符合标准规定•2、在不过分增加土石方工程量的情况下，为使行车舒适，宜采用较大的竖曲线半径•3、按外距控制选择半径：•4、按切线长度选择半径：•5、选择竖曲线半径不宜过大，否则将使竖曲线过长而不利于施工和排水•6、夜间行车交通量较大的路段，选择半径时应适当加大￿§3.3 竖曲线设计竖曲线设计 1）相邻同向凹形或凸形竖曲线，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”2）反向曲线间，一般由直坡段连接，也可径相连接3）竖曲线之间，一般应保持一段直坡段，其长度应大于设计行车速度的3s行程4）若难以保证竖曲线间直坡段必须长度，则应将两竖曲线组合成为竖向复曲线。

5）竖曲线设置应满足排水需要￿相邻曲线衔接：相邻曲线衔接：§3.5 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 1) 应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性2) 平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调3) 合成坡度应组合得当，以利于路面排水和行车安全4) 注意与道路周围环境的配合 §3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 1.视觉分析分析 （（visual analysis））•自然地诱导驾驶员视线，保持视觉连续性；•平纵线形技术指标大小均衡，保持视觉和心理协调；•合成坡度组合得当，有利行车和排水；•注重与道路周围景观的配合§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 2.线形（形（alignment））组合合设计（（1））平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线的组合-“平包竖平包竖”§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 1）平曲线与竖曲线应相互重合2）平曲线与竖曲线大小应保持均衡 R平：R竖=1：10～20 3）不要在凸形竖曲线顶部、凹形竖曲线底部插入小半径平曲线。

4）在一个平曲线范围内应避免多个竖曲线，反之亦然5）避免变坡点设在反向曲线拐点处平、竖曲线应避免的组合：平、竖曲线应避免的组合：1）设计车速≥40km/h的公路，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线2）凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得与反向平曲线的拐点重合3）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠4）平面转角小于7°的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起5）在完全通视的条件下，应极力避免长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形 §3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 直线与纵断面的组合直线与纵断面的组合 直线上一次变坡是较好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形线次之 §3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 平、纵组合设计应避免：平、纵组合设计应避免：1) 长直线配长坡2) 直线上短距离内多次变坡3) 直线段内不能插入短的竖曲线4) 在长直线上设置坡陡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线5) 直线上的纵断面线形应避免出现驼峰、暗凹、跳跃等使驾驶者视觉中断的线形 §3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 长坡配长直线长坡配长直线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 浪形浪形§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 长长直直线线内内多多次次变变坡坡§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 锯锯齿齿形形路路段段§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 暗暗凹凹路路段段§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 蛇蛇形形路路线线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 （（3）平、纵线形组合与景观的协调配合）平、纵线形组合与景观的协调配合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2) 在选定路线时，应充分地利用自然风景，尽量作到路线与大自然融为一体，不产生生硬感和隔断大自然特别是在长直线路段上，应使驾驶者能看到前方显著的景物3) 对道路本身不能仅把它当作技术对象，还应把它作为景观来看待，修建时要少破坏沿线自然景观，尽量避免高填深挖§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 4) 横面设计要使边坡造型和绿化与现有景观相适应，弥补填挖对自然景观的破坏5) 应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，应将绿化作为诱导视线、点缀风景以及改造环境的一种措施而进行专门设计6) 应根据技术和景观要求合理选定构造物的造型、色彩，使道路构造物成为对自然景观的补充§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 景景观观★★路路线线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 景观景观★★路线路线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 景景观观★★路路线线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 景景观观★★路路线线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 景景观观★★路路线线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 景观景观★★路线路线§3.4 平、纵面线形组合设计平、纵面线形组合设计 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 1.1.纵断面设计（纵断面设计（profile designprofile design）方法与步骤）方法与步骤 （（1）准备工作）准备工作绘出绘出 ①地面线 ②平面直线、平曲线示意图写出写出 ①桩号 ②地面标高 ③沿线土壤地质熟悉和掌握熟悉和掌握 全线有关勘测设计资料 领会领会 设计意图和要求。

（（2））标注控制点标注控制点1）控制性的）控制性的“控制点控制点” 控制路线必须通过它或限制从其上、下方通过2））参参考考性性的的“控控制制点点” 叫叫经经济济点点考虑各横断面上横向填挖基本平衡的经济点§3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 控制点控制点控制性的控制性的“控制点控制点参考性的参考性的“控制点控制点（（3）试坡）试坡试坡应以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”要点为：“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点” §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 （（4）调坡）调坡1)结合选线意图2)对照技术标准或规范 调整方法：有抬高、降低、延长、缩短纵坡线和加大、减小纵坡度等§3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 （（5））核对核对 有控制意义的特殊横断面上进行如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 （（6））定坡定坡 定定坡坡－－－－就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确定下来。

q坡度值取值到0.1%q变坡点桩号调到整10米桩上变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 （（7）设计竖曲线）设计竖曲线 根据道路等级和情况，确定竖曲线半径，并计算竖曲线要素8）高程计算）高程计算 路基施工高度=设计标高—地面标高 “＋”，填方 “—”，挖方 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 2.2.纵断面设计图（纵断面设计图（vertical profilevertical profile map map）） （（1）公路纵断面设计图）公路纵断面设计图直角坐标直角坐标 横坐标（里程及桩号）1：2000 或 1：5000 纵坐标（水准高程） 1：200 或 1：500图的上半部包括：图的上半部包括：…图的下部各栏应示出：图的下部各栏应示出：…（（2）城市道路纵断面图）城市道路纵断面图 比例尺：水平方向1:500～1：1000， 垂直方向1：50～1：100。

一般包括的内容：…当设计纵坡小于0.3%时，道路两侧街沟应作锯齿形街沟设计，以满足排水要求，并分别算出雨水进水口和分水点的设计标高，注在相应的图栏内 §3.5 纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图  §4.6纵断面设计方法与纵断面设计图纵断面设计方法与纵断面设计图 2.2.纵断面设计图纵断面设计图（（vertical profile map）） 。