第五章纵断面设计优秀PPT.ppt

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1、第五章纵断面设计第一页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 1.1.道路的纵断面道路的纵断面 用一曲面沿道路中线竖直剖切，展开成平面。用一曲面沿道路中线竖直剖切，展开成平面。一、一、概概 述述 2.2.路线纵断面图路线纵断面图 反映路线在纵断面上的形状、位置及尺寸的图形。反映路线在纵断面上的形状、位置及尺寸的图形。该图反映了路线所经地区中线的地面起伏与设计标高之间的该图反映了路线所经地区中线的地面起伏与设计标高之间的关系关系,与平面图、横断面图结合起来，能完整地表达道路的空间位与平面图、横断面图结合起来，能完整地表达道路的空间位置和立体线形。置和立体线形。第二页，本课件共有29页下一页退出上

2、一页返回 3.3.路基设计标高的规定路基设计标高的规定 (1)(1)新建公路新建公路 高速公路和一级公路：采用中央分隔带外侧边缘标高；高速公路和一级公路：采用中央分隔带外侧边缘标高；二、三、四级公路：采用路基边缘标高，在设置超高和二、三、四级公路：采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段，指在设置超高加宽之前该处标高。加宽路段，指在设置超高加宽之前该处标高。(2)(2)改建公路改建公路 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。或行车道中线标高。(3)(3)城市道路城市道路 路基设计标高一般是指车行道中心。路基设计标高一

3、般是指车行道中心。第三页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 4.4.纵断面图上的两条主要线纵断面图上的两条主要线 1)1)地面线地面线(黑线黑线)根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，它反映了沿着中线地面的起伏变化情况。它反映了沿着中线地面的起伏变化情况。2)2)设计线设计线(红线红线)经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。化情况。第四页，本课件共有29页下一页退出上一页返

4、回 (2)(2)竖曲线：竖曲线：在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖在直线的坡度转折处为平顺过渡要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和水平长度表示。半径和水平长度表示。(1)(1)直线直线(即均匀坡度线即均匀坡度线)：有上坡和下坡，用高差和水平有上坡和下坡，用高差和水平长度表示。直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的长度表示。直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济以及行车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，经济以及行车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，是以通行的汽车类型及行驶性能来

5、决定的。是以通行的汽车类型及行驶性能来决定的。3)3)设计线设计线(红线红线)的组成：的组成：由直线和竖曲线组成。由直线和竖曲线组成。第五页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 5.5.纵坡度的表示方式纵坡度的表示方式 不用角度，而用百分数不用角度，而用百分数()，即每，即每100m100m的路线长度其两端的路线长度其两端高差几米，就是该路段的纵坡，其上坡为高差几米，就是该路段的纵坡，其上坡为“+”“+”，下坡为，下坡为“-”“-”。例如某段路线长度为例如某段路线长度为8080米，高差为米，高差为-2m-2m，则纵坡度为，则纵坡度为-2.5%-2.5%。沈大高速公路沈大高速公路L LH HL

6、L第六页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 7.7.纵断面设计主要内容纵断面设计主要内容 在路线的测设过程中，平面设计和纵断面设计是分开进行的，在路线的测设过程中，平面设计和纵断面设计是分开进行的，这样做固然有其方便之处。但是，必须注意平面设计和纵断面设这样做固然有其方便之处。但是，必须注意平面设计和纵断面设计要互相配合，设计中要发挥设计人员对平、纵组合的空间想象计要互相配合，设计中要发挥设计人员对平、纵组合的空间想象力，否则，不可避免会在技术经济上和美学上产生缺陷。纵断面力，否则，不可避免会在技术经济上和美学上产生缺陷。纵断面设计是路基设计、桥涵设计及其它设计的基础，要与道路上行驶设计是

7、路基设计、桥涵设计及其它设计的基础，要与道路上行驶的汽车的技术性能相适应，满足汽车行驶力学要求、驾驶员视觉的汽车的技术性能相适应，满足汽车行驶力学要求、驾驶员视觉及心理要求和乘客的舒适性要求，主要解决道路线形在纵断面上及心理要求和乘客的舒适性要求，主要解决道路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题，在路线纵断面图上决定坡度坡长、竖的位置、形状和尺寸问题，在路线纵断面图上决定坡度坡长、竖曲线半径等数值以及做有关的计算工作。道路纵断面线形由直线曲线半径等数值以及做有关的计算工作。道路纵断面线形由直线和竖曲线组成，其设计内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。通和竖曲线组成，其设计内容包括纵坡设计和竖曲线设

8、计两项。通过纵断面设计所完成的纵断面图是道路设计文件重要内容之一。过纵断面设计所完成的纵断面图是道路设计文件重要内容之一。第七页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 它是纵断面设计的重要控制指标。在地形起伏较大地它是纵断面设计的重要控制指标。在地形起伏较大地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。1)1)定定义义：指指在在纵纵坡坡设设计计时时各各级级道道路路允允许许采采用用的的最最大大坡坡度度值。值。二、纵坡设计二、纵坡设计 1.1.最大纵坡最大纵坡 2)2)影响因素影响因素 各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道各级道路允

9、许的最大纵坡是根据汽车的动力特性、道路等级、自然条件路等级、自然条件(地形起伏、海拔高度、气温、降雨、冰地形起伏、海拔高度、气温、降雨、冰雪雪)以及工程、运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，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。合理确定的。第八页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 国内外的事故资料都表明，下坡路段的事故发生频率明显国内外的事故资料都表明，下坡路段的事故发生频率明显高于上坡路段，特别是长大下坡路段。重型载重车辆的快速行高于上坡路段，特别是长大下坡路段。重型载重车辆的快速行驶更易引发重大、恶性交通事故。根据下坡路段的事故原因分驶更易引发重大、恶性交通

10、事故。根据下坡路段的事故原因分析，超过半数的肇事车辆是由于制动失效引起的。析，超过半数的肇事车辆是由于制动失效引起的。长、大纵坡对载重汽车行驶很不利，上坡会使车速减慢，妨长、大纵坡对载重汽车行驶很不利，上坡会使车速减慢，妨碍后续的快速车辆，使超车需求增多，碍后续的快速车辆，使超车需求增多，“强超硬会强超硬会”的可能性增的可能性增大，安全性降低；而下坡会使刹车过热、制动效能减弱，更易发大，安全性降低；而下坡会使刹车过热、制动效能减弱，更易发生交通事故。因此，各级公路必须对连续上坡和连续下坡路段按生交通事故。因此，各级公路必须对连续上坡和连续下坡路段按平均纵坡进行控制。平均纵坡进行控制。第九页，本

11、课件共有29页下一页退出上一页返回 综合各方因素后，我国标准规定的公路最大纵坡如小表综合各方因素后，我国标准规定的公路最大纵坡如小表所示。所示。3)3)标准规定标准规定第十页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 (1)(1)设计速度为设计速度为120km/h120km/h、100km/h100km/h、80km/h80km/h的高速公路受地的高速公路受地形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可形条件或其它特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加增加1%1%；4)4)最大纵坡应用过程中的注意事项最大纵坡应用过程中的注意事项 (2)(2)公路改建中，设计速度为公路改建中，

12、设计速度为40km/h40km/h、30km/h30km/h、20km/h20km/h的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加加1%1%；(3)(3)越岭路线连续上坡越岭路线连续上坡(或下坡或下坡)路段，相对高差为路段，相对高差为200200500m500m时，平均纵坡应时，平均纵坡应5.5%5.5%；相对高差；相对高差500m500m时，平均纵坡时，平均纵坡应应5%5%。任意连续。任意连续3km3km路段的平均纵坡应路段的平均纵坡应5.5%5.5%；第十一页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 (4)(4)四级公路位于海拔四

13、级公路位于海拔2000m2000m以上或积雪冰冻地区的路段，以上或积雪冰冻地区的路段，最大纵坡应最大纵坡应8%8%；(5)(5)对桥上及桥头路线的最大纵坡：对桥上及桥头路线的最大纵坡：小桥与涵洞处纵坡应按路线规定采用；小桥与涵洞处纵坡应按路线规定采用；桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。大、中桥上设相协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。大、中桥上纵坡应纵坡应4%4%，桥头引道纵坡，桥头引道纵坡5%5%，引道紧接桥头部分的线形应，引道紧接桥头部分的线形应与桥上线形相配合与桥上线形相配合(引道纵

14、坡引道纵坡=桥上纵坡相桥上纵坡相)；位于市镇附近非汽车交通量大的路段，桥上及桥头位于市镇附近非汽车交通量大的路段，桥上及桥头引道纵坡均应引道纵坡均应3%3%。第十二页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 (6)(6)隧道及其洞口两端路线的纵坡：隧道及其洞口两端路线的纵坡：隧道内的纵坡应隧道内的纵坡应0.3%0.3%，并，并3%3%，但独立明洞和短，但独立明洞和短于于100m100m的隧道不受此限；的隧道不受此限；高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受限时，高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受限时，经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但应经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但应4%4%；

15、紧接隧道洞口的路线纵坡应与隧道内纵坡相同；紧接隧道洞口的路线纵坡应与隧道内纵坡相同；隧道的纵坡宜设置成单向坡；地下水发育的隧道及特隧道的纵坡宜设置成单向坡；地下水发育的隧道及特长、长隧道宜采用人字坡；长、长隧道宜采用人字坡；第十三页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 (8)(8)设计速度设计速度80km/h80km/h位于海拔位于海拔3000m3000m以上高原地区的以上高原地区的公路，最大纵坡应按下节表中的规定予以折减。折减后的公路，最大纵坡应按下节表中的规定予以折减。折减后的最大纵坡若最大纵坡若4%4%，仍用，仍用4%4%。在高海拔地区，因空气密度下降而使汽车发动机的功在高海拔地区，因

16、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。力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。因此对海拔高度因此对海拔高度3000m3000m地区公路的最大纵坡应予以折减。地区公路的最大纵坡应予以折减。(7)(7)位于市镇附近且非机动车交通量较大的路段，为照顾其位于市镇附近且非机动车交通量较大的路段，为照顾其交通要求可根据具体情况将纵坡适当放缓：平原、微丘区一般交通要求可根据具体情况将纵坡适当放缓：平原、微丘区一般2%2%3%3%；山岭、重丘区一般；山岭、

17、重丘区一般4%4%5%5%。2.2.高原纵坡折减高原纵坡折减 第十四页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 为使道路上行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计为使道路上行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计的小一些为好。但是，在长路堑、低填以及其它横向排水不的小一些为好。但是，在长路堑、低填以及其它横向排水不通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳通畅地段，为保证排水要求，防止积水渗入路基而影响其稳定性，均应设置定性，均应设置0.3%0.3%的最小纵坡，一般情况下以的最小纵坡，一般情况下以0.5%0.5%为为宜。宜。3.3.最小纵坡最小纵坡 当必须设计平坡或纵坡当必须设计平坡或纵坡

18、0.3%0.3%时，边沟应作纵向排水时，边沟应作纵向排水设计。在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不设计。在弯道超高横坡渐变段上，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。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可不受上述限制。干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。第十五页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 坡长：坡长：纵断面上相邻两变坡点间的长度。坡长限制主要纵断面上相邻两变坡点间的长度。坡长限制主要是对较陡纵坡的最大长度和一般坡度的最小长度的限制。是对较陡纵坡的最大长度和一般坡度的最小长度的限制。坡长过短，变坡点个数将增加，行车时颠

19、簸频繁，当坡度坡长过短，变坡点个数将增加，行车时颠簸频繁，当坡度差较大时还容易造成视觉的中断，视距不良，从而影响到行车差较大时还容易造成视觉的中断，视距不良，从而影响到行车的平顺性和安全性。另外，从线形的几何构成来看，纵断面是的平顺性和安全性。另外，从线形的几何构成来看，纵断面是由一系列的直坡段和竖曲线所构成，若坡长过短，则不能满足由一系列的直坡段和竖曲线所构成，若坡长过短，则不能满足设置最短竖曲线这一几何条件的要求。为使纵断面线形不至因设置最短竖曲线这一几何条件的要求。为使纵断面线形不至因起伏频繁而呈锯齿形的状况，并便于平面线形的合理布设，故起伏频繁而呈锯齿形的状况，并便于平面线形的合理布设

20、，故应对纵坡的最小长度做出限制。应对纵坡的最小长度做出限制。1)1)最小坡长最小坡长 4.4.坡长限制坡长限制 变坡点：变坡点：纵断面上两相邻不同坡度线的交点。纵断面上两相邻不同坡度线的交点。第十六页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 标准规定的最小坡长值如下表所示。标准规定的最小坡长值如下表所示。最小坡长最小坡长 最小坡长通常以设计速度行驶最小坡长通常以设计速度行驶9 915s15s的行程作为规定值。的行程作为规定值。一般在设计速度一般在设计速度60km/60km/时取时取9 9，设计速度为，设计速度为40km/h40km/h时取时取1111，设计速度为，设计速度为20km/h20km/

21、h时取时取1515。设计速度设计速度（kmkmh h）1201008060403020最小坡长最小坡长(m m)30025020015012010060第十七页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 道路纵坡的大小及其坡长对汽车正常行驶影响很大，纵坡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，对行车影响越大。主要表现在：使行车速度越陡，坡长越长，对行车影响越大。主要表现在：使行车速度显著下降，甚至换低排挡克服坡度阻力；易使水箱显著下降，甚至换低排挡克服坡度阻力；易使水箱“开锅开锅”，导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡行驶制动次数频繁，易使导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡行驶

22、制动次数频繁，易使制动器发热而失效，甚至造成车祸。制动器发热而失效，甚至造成车祸。(1)(1)最最大大坡坡长长限限制制：指指控控制制汽汽车车在在坡坡道道上上行行驶驶，当当车车速速下下降降到最低容许速度时所行驶的距离。到最低容许速度时所行驶的距离。2)2)最大坡长最大坡长 第十八页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 (2)(2)规范规定：规范规定：见下表。见下表。第十九页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 具体应用时，高速公路和一级公路纵坡及坡长限制的选具体应用时，高速公路和一级公路纵坡及坡长限制的选用应充分考虑车辆运行质量的要求。对高速公路来讲，即使用应充分考虑车辆运行质量的要求。对高

23、速公路来讲，即使是是2 2的纵坡，坡长也不宜过长。的纵坡，坡长也不宜过长。为了改善汽车在较陡坡道上行驶的不利状况，避免长时间使为了改善汽车在较陡坡道上行驶的不利状况，避免长时间使用低档爬坡，减轻汽车机件负荷和减少下坡汽车刹车次数，降低用低档爬坡，减轻汽车机件负荷和减少下坡汽车刹车次数，降低制动器过高的温度，使行车缓和，各级公路当连续纵坡较大时，制动器过高的温度，使行车缓和，各级公路当连续纵坡较大时，应在不大于上表所规定的长度两端设缓和坡段。应在不大于上表所规定的长度两端设缓和坡段。第二十页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 当连续陡坡是由几个不同受限坡度值的坡段组合而成时，当连续陡坡是由几

24、个不同受限坡度值的坡段组合而成时，应按不同坡度的坡长限制折算确定。如三级公路某段应按不同坡度的坡长限制折算确定。如三级公路某段8 8的纵的纵坡，长为坡，长为120m120m，该长度是相应限制坡长，该长度是相应限制坡长(300m)(300m)的的2/5(2/5(三级公三级公路的设计速度为路的设计速度为40km/h40km/h或或30km/h)30km/h)，如相邻坡段的纵坡为，如相邻坡段的纵坡为7 7,则其坡长不应超过相应限制坡长则其坡长不应超过相应限制坡长(500m)(500m)的的(1-2/5)(1-2/5)，即，即5003/5=300m5003/5=300m，也就是说，也就是说8 8纵坡设

25、计纵坡设计120m120m后，还可以接着后，还可以接着设计设计7 7纵坡段纵坡段300m300m或或6 6纵坡段纵坡段420m(7003/5=420m)420m(7003/5=420m)，其，其后再设置缓和坡段。后再设置缓和坡段。5.5.组合坡长组合坡长 第二十一页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 竖曲线：竖曲线：纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和。一段曲线来缓和。竖曲线线形：竖曲线线形：抛物线和圆曲线。在使用范围二者几乎没抛物线和圆曲线。在使用范围二者几乎没有差别，但在设计和计算上，抛物线比圆曲线更为方便。有差别，但在设计和计

26、算上，抛物线比圆曲线更为方便。坡坡度度差差：相相邻邻两两坡坡度度线线的的交交角角，近近似似为为两两坡坡段段坡坡度度的的代代数数差差，即即=i=i2 2-i-i1 1。若若为为正正，变变坡坡点点在在曲曲线线下下方方，竖竖曲曲线线开开口口向向上上，称称为为凹凹形形竖竖曲曲线线；为为负负，变变坡坡点点在在曲曲线线上上方方，竖竖曲曲线开口向下，称为线开口向下，称为凸形竖曲线凸形竖曲线。如下图。如下图。三、三、竖竖 曲曲 线线 1.1.基本概念基本概念 各级道路在变坡点处均应设置竖曲线。各级道路在变坡点处均应设置竖曲线。各级道路在变坡点处均应设置竖曲线。各级道路在变坡点处均应设置竖曲线。第二十二页，本课

27、件共有29页下一页退出上一页返回第二十三页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 竖曲线的几何要素竖曲线的几何要素主要有：竖曲线切线长主要有：竖曲线切线长T T、曲线长曲线长L L和外距和外距E E，如右，如右图。图。2 2、竖曲线几何要素计算竖曲线几何要素计算 第二十四页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 xx计算点桩号与竖曲线计算点桩号与竖曲线起点的桩号差。起点的桩号差。(1)(1)计算切线高程计算切线高程 3 3、竖曲线上任意点纵距竖曲线上任意点纵距(或竖距或竖距)h)h的计算的计算 4 4、竖曲线上任意点设计标高的计算竖曲线上任意点设计标高的计算 式中：式中：式中：式中：H H0

28、0 0 0变坡点标高变坡点标高(m)(m)；H H H H1 1 1 1计算点切线高程计算点切线高程计算点切线高程计算点切线高程(m)(m)(m)(m)；i i i i纵坡度纵坡度纵坡度纵坡度 第二十五页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 在应用范围内，因圆曲线与抛物线几乎没有差别，因此，在应用范围内，因圆曲线与抛物线几乎没有差别，因此，竖曲线通常表示成圆曲线的形式，用圆曲线半径竖曲线通常表示成圆曲线的形式，用圆曲线半径R R来表示竖曲来表示竖曲线的曲率半径。线的曲率半径。式中：式中：HH设计标高设计标高(m)(m)；当为凹形竖曲线时取当为凹形竖曲线时取“”，当为凸形竖曲线时，当为凸形竖曲

29、线时取取“”；H H1 1计算点切线高程计算点切线高程计算点切线高程计算点切线高程(m)(m)(m)(m)。(2)(2)计算设计标高计算设计标高 第二十六页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 计算竖曲线要素计算竖曲线要素 某山区二级公路，变坡点桩号为某山区二级公路，变坡点桩号为K5+030.00K5+030.00，高程为，高程为427.68m427.68m，i i1 1=+5%=+5%，i i2 2=-4%=-4%，竖曲线半径，竖曲线半径R=2000mR=2000m。试计算竖曲线诸要素。试计算竖曲线诸要素以及桩号为以及桩号为K5+000.00K5+000.00和和K5+100.00K5+1

30、00.00处的设计高程。处的设计高程。(3)(3)举例举例 =i=i2 2-i-i1 1=-0.04-0.05=-0.09=-0.04-0.05=-0.09，为凸形。，为凸形。曲线长：曲线长：L=R L=R=2000=20000.09=180m 切线长：切线长：T=L/2=180/2=90m 外距：外距：第二十七页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 计算设计高程计算设计高程 切线高程切线高程 =423.18+60=423.18+600.05=426.18m 设计高程设计高程=426.18-0.90=425.28m 竖曲线起点桩号竖曲线起点桩号 =(K5+030.00)-90=K4+940.

31、00=(K5+030.00)-90=K4+940.00 竖曲线起点高程竖曲线起点高程=427.68-900.05=423.18m 桩号桩号K5+000.00处：处：横距横距 x1=(K5+000.00)-(K4+940.00)=60m 竖距：竖距：第二十八页，本课件共有29页下一页退出上一页返回 桩号桩号 K5+100.00处：处：横距横距 x x2 2=(K5+100.00)-(K4+940.00)=160=(K5+100.00)-(K4+940.00)=160m 切线高程切线高程 =423.18+1600.05=431.18m=423.18+1600.05=431.18m 设计高程设计高程=431.18-6.4=424.78m 竖距：竖距：第二十九页，本课件共有29页