08公路纵断面条文说明 (20030928)★.doc

公路路线设计规范条文说明（送审稿） 8 公 路 纵 断 面 2003.098 公路纵断面8.1 一般规定8.1.1 本规定主要适用于各级公路标准横断面的情况。若高速公路和一级公路的中央分隔带过宽，分离式路基或一般公路的超宽路基等，则公路纵断面和路基设计标高位置，在利于线形设计的要求下，可根据具体情况选用适宜的位置。8.1.2 本条针对路基设计标高与洪水位关系而定，其目的是要求路基高于洪水位某一高度，以保证基本的行车条件。从路基横断面上看，路基边缘位置最低，故应以路基边缘控制与洪水位的关系。公路纵断面设计中，以路基设计标高作为路基及相关部分设计的依据，当路基设计标高为路基边缘标高时，两者与洪水位的关系是一致的；若以中央分隔带边缘或路中心线为设计标高，两者将相差一个由路拱横坡(或由超高)引起的高差，在实际设计中，应考虑这个高差的影响。由于我国幅员辽阔，南北和东西地理环境差别较大，本规范表8.1.2所列设计洪水频率仅针对一般情况，路基边缘标高与地下水位的关系也只作了一般性规定。在具体设计中，应根据公路所在地区情况，充分考虑水文环境对路基的影响。若遇特殊地质、地理、气候条件，尚应进行专项水文分析，并采取相应的设计措施。8.2 纵 坡8.2.1 各级公路的最大纵坡主要考虑载重汽车的爬坡性能和公路通行能力。一般公路偏重于考虑爬坡性能，高速公路、一级公路偏重于考虑车辆的快速安全行驶。根据交通部公路科学研究所1991年“关于纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系研究”实验分析结论及2003年公路纵坡坡度与坡长限制专题结论，标准中各级公路的极限纵坡是可以成立的。但随着纵坡增大，每提高速度1km/h的油耗和每增加一吨货物的油耗是急剧增加的，当纵坡坡度大于7%时尤其突出。考虑到我国较长一段时间内像解放和东风这类的载重汽车仍占很大比例，所以当汽车交通量较大时，各级公路尽量采用较小的纵坡，最大纵坡应慎用。8.2.2 高原地区公路，随着海拔高度的增加，大气压力、空气温度密度都逐渐减小(见表8.2.2)。空气密度的减小，使汽车发动机的正常操作状态受到影响，从而使汽车的动力性能受损。表8.2.2 海拔高度与空气密度、空气温度、空气充裕系数关系表 海拔高度(m)压力、水银柱高(mm)空气密度(kg/m)空气温度()沸 点()空气充裕系数()0760.001.225+15.00100.001.001000674.101.112+8.5096.600.892000596.201.001+2.0093.300.803000525.800.909-4.5090.000.714000452.800.819-11.086.700.635000405.10.736-17.5083.300.56发动机实际燃烧的空气量与理论上所必需的数量之比称空气充裕系数，表示燃烧混合物的成分。在一般条件下，汽车在空气充裕系数为0.81.0范围内的混合物燃烧下作用正常，空气充裕系数小于0.8的混合物燃烧较慢，而当系数小于0.6时，就完全不能燃烧。根据研究及试运转的数字，解放牌汽车发动机平均功率下降为：在海拔1000m处，下降11.3%；2000m处下降21.5%；3000m处下降33.3%；4000m处下降46.7%；4500m处下降52.0%。空气密度变稀，使汽车散热器的空气重量减少，因此散热能力减低，发动机易过热。经常持久使用低档，特别容易使发动机过热，并使汽车水箱中的水易沸腾而破坏冷却系统。根据以上实验结果和分析，确定当海拔高度超过3000m时，考虑纵坡折减。本条文中给出的高原纵坡折减值，不要求作严格的控制，而只作为指导的依据。8.2.3 路面排水是由路面横坡和路线纵坡组合的合成坡来实现的。本规范首先在横向排水不畅的路段，对路线提出纵坡要求；其次，在小于0.3%纵坡的路段，对路面排水提出措施要求。最终目的是要求无论在哪一种情况下都要有保证排水的合成纵坡。8.2.4 关于桥上纵坡的规定主要是从桥梁结构受力和构造方面考虑，而引道纵坡规定则主要从行车要求上考虑与桥上保持一定距离的相同纵坡。本条规定在具体应用时，应根据桥型、结构受力特点和构造要求，选用合适的桥上纵坡。在市镇及其附近混合交通繁忙的路段，桥上和引道纵坡的规定还考虑到非机动车的爬坡能力，其纵坡规定是应严格遵守的。8.2.5 汽车排气中的废气量，上坡坡度以接近3%为界限有急剧增加的倾向。对需要以机械换气的隧道，一般来说，最大纵坡最好小于3%。对不需要机械通风的短隧道来说，其坡度虽然不一定要限制在3%，但一般认为坡度越大，隧道通行能力就越低；另一方面较陡的纵坡会使车速降低而需设置爬坡车道，这将使工程费用增大。故本次规范修订，规定高速公路、一级公路的中、短隧道最大纵坡不宜大于4%。短于100m的隧道，其纵坡按路线规定执行。隧道进出口由于光线的剧烈变化，公路宽度以及平、纵线形变化，造成行车环境的改变，是事故多发地设，因此保持洞内和洞外各3秒行程内的平、纵线形相一致是必要和必须的。8.2.6 在非汽车交通占较大比例的情况下，采用纵坡的大小尚应考虑坡段的长短，如果坡段较短，非汽车交通通行不会形成阻塞和拥挤现象，纵坡可以采用适宜非汽车交通爬坡能力的较大坡度。反之，应采用较小坡度。8.2.7 公路纵断面设计，即使完全符合最大纵坡、坡长限制及缓和坡段的规定，还不能保证使用质量。不少路段虽然单一陡坡并不大，甚至也有缓和坡段，但由于平均纵坡较大，上坡使用低速档较久，易致车辆水箱开锅。下坡则因刹车发热、失效而导致事故发生。因此，有必要控制平均纵坡。这样既可保证路线长度的平均纵坡不致过陡，也可以免除局部地段所使用过大的平均纵坡。当平均纵坡极限值为5.5%时，可以保证行车质量的路段长度小于67km。规定所控制的路段过长，能导致陡坡集中，如规定过短，又将导致局部路段因平均纵坡的限制而引起工程量过分增加的情况。经对汽车上、下坡均未反映有问题的路段和汽车上坡以二挡为主有开锅现象路段以及汽车上坡开锅下坡有刹车发热失效现象路段综合分析结果，认为3km可以作为长度控制来用。在一般情况下，为安排2km 6%的坡段加1km 4.5%的坡段或者1.5km 6.5%的坡段加1.5km 4.5%的坡段，则平均纵坡既不超过5.5%，而且各坡段均处于安全行驶、上坡用三档占多数的较好的行车条件。所以本规范规定“任意连续3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%”。这也是经验数值，供测设人员参考。8.3 坡 长8.3.1 纵坡变换频繁，尤其是纵坡短促起伏，驾驶员需频繁换档，易导致驾驶疲劳。换档引起能量、油料和时间的损失，加速齿轮、离合器和轮胎的磨耗。同时，在变坡的凹型、凸型竖曲线处，造成超重、失重，特别在车速较高时，使乘客很不舒适。纵断面一般由竖曲线直坡段竖曲线组成。日、美等国仅仅规定竖曲线最小长度而没有对纵坡最小长度做出明确规定，实际上纵坡最小长度至少应能满足设置竖曲线的需要。鉴于国内公路设计，相对于平面而言，纵面更多地突出工程经济性而采用短纵坡较多，因此限制最小纵坡长对线形设计无疑是必要的。路线规范(94)规定的最小坡长，经实践检验是基本合适的，但各地也反映嫌偏短。通过国内已建或在建项目的调研资料统计分析，本次规范修订提出最小坡长一般值纳入规范。在交通部公路科研所1991年纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系的研究以及2003年公路纵坡坡度与坡长限制专题研究中，根据东风和解放两种车型在不同纵坡上的试验结果，载重汽车在纵坡上行驶时存在一个稳定车速，与之相对应的有一个稳定坡长。从运行质量看，纵坡长度不宜超过稳定坡长，而稳定坡长的长短则取决于车辆动力性能、驶入坡道的行车速度和坡顶要求达到的速度。车辆动力性能越好，上坡道起始速度越高，坡顶要求速度越低，则稳定坡长就越长。根据不同等级公路上实际观测到的载重汽车运行速度(列于表8.3.1)和今后汽车工业的发展，将85%位载重汽车车速作为起始速度，15%位载重汽车速度作为坡顶速度，结合减速冲坡的坡长与车辆运行速度变化的关系(见图8.3.1)，并考虑车辆实际上坡行驶时车速要比冲坡试验时略小的调查结果和汽车工业发展的需要，提出了坡长建议值。 表8.3.1 85%位与15%位载重汽车车速调查表 设计行车速度 (km/h)85%位车速 (km/h)15%位车速 (km/h)12085881007550806040605030404030303020速度(km/h)7060504030201001 2 3 4 5 6 7 8 91正常行驶2减速上坡1、y=61.0887e-14.893x2、y=95.5428e-20.3050x 图8.3.1 减速上坡和正常行驶时速度与坡度的关系图8.4 爬坡车道8.4.1 爬坡车道的设置是陡坡路段坡长受限制后的补充措施，即在陡坡路段满足坡长限制的规定后，行车速度和通行能力仍不能满足正常要求时，需考虑设置爬坡车道。公路路线设计规范(94)规定了高速公路、一级公路设置爬坡车道的条件。对于双车道二级公路，从汽车行驶状态看，由于超车、会车比较频繁，若上坡路段低速重车挤占行车道，将导致公路交通的拥塞和延误。因此本次规范修订，提出二级公路设置爬坡车道规定。是否设置爬坡车道，需要考虑多种控制因素。规范中仅给出了必须考虑的最低限度的控制因素，在具体设计中应根据公路的实际情况进行综合分析论证。8.4.2 是设爬坡车道还是减缓纵坡减短坡长，应进行工程效益分析比较。改建工程对长大纵坡路段，应进行充分的交通现状调查，必要时宜进行现场交通延续观测，以论证确定是设置爬坡车道还是根本改善主线纵坡。对于隧道、大桥、高架构造物及深挖方路段，是否设置爬坡车道，不仅要以工程费用增加多少来衡量，也应考虑对通行能力影响的大小。如果对通行能力降低较多，甚至有可能造成阻塞，即使工程费用增加较大，也应考虑设置爬坡车道。8.4.3 爬坡车道的超高坡度是按爬坡车道的行车速度确定的，因爬坡车道行车速度低于主线行车速度，故爬坡车道的超高小于主线的超高。爬坡车道起、终点渐变段长度，本次规范修订参照澳大利亚经验值；爬坡车道终点附加长度与原规范基本一致。爬坡车道在纵断面上的布设形式如图8.4.3所示：全宽度的爬坡车道终点渐变段终点附加段驶入视距起点渐变段坡 顶 图8.4.3 山区的典型爬坡车道当设置长爬坡车道费用很高时，可考虑在纵坡的中部设一段短爬坡车道；或者在纵坡的1/3和2/3处分别设置两段短爬坡车道。短爬坡车道长450m。分、汇流端渐变段长度按规范8.4.6条执行。8.5 合成坡度8.5.1 将合成坡度限制在某一范围之内的目的是尽可能地避免陡坡与急弯的组合对行车产生的不利影响。关于最大合成坡度的限值如何来确定，迄今为止，在理论计算上尚无确切的方法，一般是用粗略地横向和纵向受力分析计算，再根据公路等级和地形类别确定最大允许值。由车辆横向和纵向受力分析得出曲线路段上设计纵坡的限值为： V2iz jmax- ·ih 13gR式中：iz 曲线路段设计纵坡； jmax规定的最大纵坡； V计算行车速度，km/h； g重力加速度，取10； R平曲线最小半径； ih最大超高横坡。则合成纵坡按下式计算：iH =i h2 + i Z2根据公路工程技术标准中给出的V、jmax、R和ih，由上式计算的iH如表8.5.1，经归类取整得到采用值。表8.5.1 合 成 纵 坡 计 算 表 公 路 等 级高 速 公 路、一 级 公 路二、三、四级公路设计速度（km/h）12010080608060403020最大纵坡jmax(%)345656789最大超高横坡ih(%)1010101088888平曲线最小半径R (m)10007004002004002001006530·jh (%)1.101.101.231.380.981.100.980.850.82iZ (%)1.902.903.774.624.024.896.027.158.18计算值iH (%)10.2010.4010.6911.008.959.3810.0010.7011.40采用值iH (%)10.0010.0010.5010.509.009.5010.0010.0010.008.5.2 合成纵坡的方向一般是斜向路基边缘，某些情况下，会给行车带来危险。冬季路面有积雪、结冰的地区，车辆横移性增大；自然横坡陡峻的傍山路段，斜滑后果严重；非汽车交通比率高的路段，斜移将对非机动车造成较大危害。在具体设计时，应多方面考虑，对由斜移形成斜滑易造成严重后果的路段，以采用较小合成坡度8%为宜。8.5.3 合成坡度还关系到路面排水问题，合成纵坡过小则排水不畅，路面积水易使汽车滑移，前方车辆溅水造成的水幕影响通视，使行车中易发生事故。为此，应保证路面有0.30.5%的合成坡度。合成坡度较小时，必须在排水设计上多加考虑。8.5.4 已知横向坡度和纵向坡度的路段，其合成坡度是否符合规定，可以用合成坡度计算公式来检查。但是，为简化起见，可以应用“合成坡度临界线图”，在图中查出与横向坡度和纵向坡度相对应的点，该点如在竖横轴与临界线之间或在临界线上，设计就可以采用。8.6 竖 曲 线8.6.1 当汽车行驶在纵坡变坡点时，为了缓和因车辆动能变化而产生的冲击和保证视距，必须插入竖曲线。竖曲线一般采用圆曲线和二次抛物线两种。由于竖曲线的前后坡差很小，抛物线呈非常平缓的线形，因曲率变化较小，所以实际上同圆曲线几乎相同。在实际设计中，可根据计算的方便，采用抛物线或圆曲线。本规范表8.6.1中的竖曲线半径，对于抛物线是指曲率最大处(抛物线顶点)的曲率半径，对于圆曲线是指圆弧半径。其曲线要素如下：1 抛物线L=R或R=L/T=L/2E=(T/4)M=E竖曲线上任一点竖距常用下式： l lh = 或 h = E( )2 2R T其中：L竖曲线长度； R抛物线顶点曲率半径； 变坡点前后坡段纵坡值代表数差；T竖曲线切线长度；E竖曲线外距；M竖曲线内距。L2 圆曲线2L=R·或 R=T=R· tg 1E=R·( - 1 ) cos 2D2T-L。其中：L竖曲线长度；R圆弧半径； 变坡点前后坡段纵坡值代数差； T竖曲线切线长度； E竖曲线外距； D修正值。本规范表8.6.1所列各级公路的竖曲线半径极限值，在地形等特殊原因不得已时方可采用。在实际设计中，为了安全和舒适，应采用一般最小值的1.52.0倍或更大值。汽车从均匀坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径不小，如其长度过短，汽车倏然而过，乘客也感到不适，故应保证在竖曲线上行经时间不致过短。这个限制以计算行车速度V在t秒中的行程表示： VL= ·t 3.6一般最短行程时间t=3秒，则：L=V/1.2本规范表8.6.1中竖曲线最小长度即由上式计算并取整得到。标准规定的竖曲线最小长度实际上是极限最小值，已建公路调研普遍反映过短。日本认为设计中应取其35倍，美国认为至少其长度应相当于车辆以设计速度行驶时前视距离的0.6倍(若按超车视距550m计，高速公路竖曲线长至少330m)，或至少采用3倍行车速度。日、美两国较为接近。本次规范修订结合调研资料，在表8.6.1中列出竖曲线一般最小值。8.6.2 本规范表8.6.2中的凸形竖曲线半径(m)系在二、三、四级公路上为满足超车视距所需要的一般值。条文说明 8 - 9