道路纵断面设计课件.ppt

第3章 道路纵断面设计,3.1 概述,沿着道路中线竖直剖开，然后再展开即为路线纵断面,3.1 概述,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。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。,3.1 概述,（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(曲线长度)表示。,3.1 概述,地面标高：中线上各桩点的高程连线，反映地面的起伏变化情况。设计标高：所设计道路的标高，反映道路路线的起伏变化情况。路基高度：纵断面上设计高程与地面高程之高差。,3.1 概述,路基设计标高的规定： 公路：高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路宜采用路基边缘标高。 城市道路：行车道中线路面标高或中央分隔带中线标高.,3.2 道路纵断面设计纵坡及坡长设计,一.坡度设计,1、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).应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁.(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.,一.坡度设计,1、纵坡设计的一般要求,(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。(6).对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端引线等，纵坡应小些，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。,一.坡度设计,2、最大纵坡,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。,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。,一.坡度设计,2、最大纵坡,一.坡度设计,3、最小纵坡,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。干旱少雨地区最小纵坡不受限制。,一.坡度设计,4、高原纵坡折减,规范规定：位于海拔3000以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按下表的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。,高原纵坡折减值,一.坡度设计,5、合成坡度,合成坡度是指在有超高的路段上，由路线纵坡和超高横坡所构成的坡度。,一.坡度设计,5、合成坡度,式中： ih 合成坡度（%） ic 超高横坡或路拱横坡（%） iz路线设计纵坡度（%）,一.坡度设计,5、合成坡度,（1）、最大允许合成坡度值,（2）、最小合成坡度：最小合成坡度不宜小于0.5%。超高过渡变化处，合成坡度不应设计为0。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。,一、坡度设计,6、平均坡度,在公路设计中，平均纵坡是指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。,平均纵坡是衡量路线线性设计质量的重要指标之一。,一、坡度设计,6、平均坡度,公路路线设计规范规定：二、三、四级公路越岭路线连续上坡（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500m时，平均纵坡不应大于5%，且任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%。,二.坡长设计最小坡长和最大坡长,1、最短坡长的限制,最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的 如果长度过短，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。,最短坡长是指纵断面上两个变坡点之间的最小长度。,二.坡长设计最小坡长和最大坡长,1、最短坡长的限制,当坡度差较大时，还容易造成视线的中断、视距不良，从而影响行车的平顺性和安全性。 坡长太短，不能满足设置最短竖曲线这一几何条件的要求。 考虑上述因素，应对最小坡长加以限制。,二.坡长设计,1、最短坡长的限制,公路最小坡长,二.坡长设计,2、最大坡长的限制,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，应对陡坡的坡长加以限制。,二.坡长设计,2、最大坡长的限制,二.坡长设计,2、最大坡长的限制,三.缓和坡段,当连续陡坡的长度超过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。,三.缓和坡段,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作用，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。,一. 定义,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,竖曲线：纵断面设计线上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和的线型 。,竖曲线的形式可采用抛物线或圆曲线，在使用范围二者几乎没有差别，在我国道路设计上：竖曲线一般采用圆曲线。,一. 定义,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2，它们的代数差用a表示，称为坡度差，也称为坡度角，即 ai2i1,一. 定义,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,0 凸形竖曲线 a= i2- i1 0 凹形竖曲线,上坡为正，下坡为负。,二. 竖曲线设计限制因素,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,1、控制离心加速度,汽车在竖曲线上行驶时，其离心加速度为 (m/s2),离心力在凹形竖曲线上是超重；在凸形竖曲线是失重。离心加速度a=0.50.7 m/s2较为合适。,二. 竖曲线设计限制因素,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,1、控制离心加速度,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=0.278 m/s2，即,或,二. 竖曲线设计限制因素,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,2、时间行程不过短,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,二. 竖曲线设计限制因素,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,3、满足视距的要求,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。,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,二. 竖曲线设计限制因素,满足超车视距的凸形竖曲线半径,三. 凸形竖曲线最小长度和最小半径,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,四. 凹形竖曲线最小长度和最小半径,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,五. 竖曲线设计,3.2 道路纵断面设计竖曲线设计,竖曲线长度L：L=R 竖曲线半径R：R=L/ 竖曲线切线长T：T=L/2 竖曲线任一点竖距h：h=x2/2R,i2i1,3.3 道路平、纵线形组合设计,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。,3.3 道路平、纵线形组合设计,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。,3.3 道路平、纵线形组合设计,一. 平、纵组合设计的原则,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。,3.3 道路平、纵线形组合设计,二. 平、纵线形组合要素,3.3 道路平、纵线形组合设计,三. 平曲线与竖曲线的组合要点,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”。这样能够保证视觉上连续性的线形。,3.3 道路平、纵线形组合设计,二. 平曲线与竖曲线的组合要点,2、平曲线与竖曲线大小应保持均衡 平曲线与竖曲线的线形，其中一方大而平缓时，另一方则也要大而平缓，切忌二者差别太大。 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1020倍为好。,3.3 道路平、纵线形组合设计,二. 平曲线与竖曲线的组合要点,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。在山区这种组合难以避免，但坡差不宜太大。,选择组合适当的合成坡度在山岭地区，当纵坡较陡又插入小半径平曲线时，就容易产生合成坡度大，这对行驶安全不利；在平坦地区，当纵坡接近于水平时，在平曲线起讫点附近的合成坡度非常小，排水成了问题。因此，选择能够获得适当合成坡度的平曲线与竖曲线的组合是必要的。,3.3 道路平、纵线形组合设计,二. 平曲线与竖曲线的组合要点,3.3 道路平、纵线形组合设计,二. 平曲线与竖曲线的组合要点,5、平、竖曲线应避免的组合,（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；,3.3 道路平、纵线形组合设计,二. 平曲线与竖曲线的组合要点,5、平、竖曲线应避免的组合,（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。,3.3 道路平、纵线形组合设计,三. 平、纵线形组合与景观的协调配合,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。,3.3 道路平、纵线形组合设计,三. 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。2 、尽量少破坏自然景观，避免深挖高填。,3.3 道路平、纵线形组合设计,三. 平、纵线形组合与景观的协调配合,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。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。,3.4 道路纵断面设计成果(选学),一、纵断面的设计原则 1.纵面线形应与地形相适应，线形设计应平顺，圆滑，视觉连续，保证行驶安全。 2.纵坡设计应考虑填挖平衡，并利用挖方就近作为填方，以减轻对自然地面横坡与景观的影响。 3.相邻纵坡之代数差较小时，应采用大的竖曲线半径。4.连续上坡（或下坡）路段，应符合平均纵坡的规定并采用运行速度对通行能力与行车安全进行检验。5.路线交叉处前后的纵坡应平衡。6.位于积雪或冰冻地区的公路，应避免采用陡坡。,3.4 道路纵断面设计成果(选学),二、纵断面的设计步骤 1.准备资料绘制纵断面图的地面线，绘制平面直线 、平曲线示意图等。 2.标注控制点 控制性的控制点：如路线的起讫点、垭口、重要桥梁等；参考性的控制点（山岭重丘的公路需考虑）,3.4 道路纵断面设计成果(选学),二、纵断面的设计步骤 3.试坡 在已标注控制点的纵断面图上，根据技术标准、选线意图，考虑各控制点和经济点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。4.调整坡度线 一方面结合选线意图，另一方面对照技术标准和规范。调整方法有抬高、降低、延长、缩短纵坡长等。并遵守少脱离控制点，少变动填挖为原则。,3.4 道路纵断面设计成果(选学),二、纵断面的设计步骤 5.核对重要断面 做法是：在纵断面图上直接由厘米格子读出相应桩号的填挖高度，将此值用“路基横断面透明模板”套在相应横断面地面线上，检查重要断面存在的问题。 6.定坡度、坡长及变坡点的位置 7.纵坡设计时应注意的问题,3.4 道路纵断面设计成果(选学),二、纵断面图的绘制 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1：5001：1000），纵坐标采用1：200（城市道路为1：501；100）。,3.4 道路纵断面设计成果(选学),二、纵断面图的绘制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；沿线土壤地址分布情况等。,3.4 道路纵断面设计成果(选学),3.4 道路纵断面设计成果(选学),本章内容小结,几个概念纵坡设计竖曲线设计平面线与纵断面线形的组合设计纵断面设计,思考题,某三级公路，边坡点的桩号为K5+290，H变=136.50m,R=2000m,i1=2.46%,i2=-2.16%.（1）确定竖曲线的类型（凹、凸）（2）计算竖曲线的要素（3）确定竖曲线的范围（起讫点桩号）（4）计算各中桩标高（每隔20m打一个桩）,