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1、二纵断面图第1页/共60页第2节 纵坡及坡长设计 一纵坡设计的一般要求。必须满足标准规定。纵坡应该尽量平顺起伏不易过大。考虑沿线地形地质、水文等。纵坡设计应考虑填挖平衡。平原区应满足最小填土高度要求。桥梁隧道交叉口前后纵坡应较缓1.制订最大纵坡的依据二最大纵坡.拖挂车的要求.冰雪及雨滑时，汽车上下坡安全行驶的要求考虑修建农村公路的需要，标准将四级公路山岭重丘区的最大纵坡规定为9%考虑汽车下坡的安全性第2页/共60页挡位临界速度(km/h)最高速度（km/h）最大动力因数(%)最大爬坡度(%)5.0611.728.627.728.88.6720.316.514.515.514.3135.79.3
2、7.38.318.5256.95.83.84.817.2087.53.71.72.7表4-2东风EQ-140型汽车最大爬坡能力表4-3各级公路最大纵坡公路等级高速公路一二三四计算行车速度（km/h）120100806010060804060304020最大纵坡（%）345546576869第3页/共60页.城市道路的最大纵坡减小1%。.高速公路受地形条件或其它特殊情况限制时，最大纵坡可增加1%.位于海拔2000m以上或严寒冰冻地区，四级公路山岭、重丘区的最大纵坡不应大于8%。.对桥上及桥头路线的最大纵坡：大、中桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；紧接大、中桥桥头两端的引道纵坡应与桥
3、上纵坡相同。2.最大纵坡的运用。城市道路的最大纵坡。高速公路或其它特殊情况。隧道部分路线纵坡。海拔2000m以上冰冻地区。桥上及桥头路线纵坡。非机动车交通比例较大路段.隧道部分路线纵坡：隧道内纵坡不应大于3%，但独立明洞和短于50m的隧道其纵坡不受此限制；紧接隧道洞口的路线纵坡应与隧道内纵坡相同。.在非机动车交通比例较大路段，为照顾其交通要求可跟据具体情况将纵坡适当放缓：平原、微丘区一般不大于2%3%；山岭、重丘区一般不大于4%5%。第4页/共60页汽车满载情况下，不同海拔高度H对应的海拔荷载修正系数值如表4-4所示。三高原纵坡折减满载时与的关系表4-4海拔高度H(m)010002000300
4、040005000海拔荷载修正系数1.000.890.780.690.610.53高原纵坡折减值表4-5海拔高度（m）30004000400050005000折减值（%）123第5页/共60页四最小纵坡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，均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下以不小于0.5%为宜。五坡长限制最短坡长的限制主要是从汽车行驶平顺的要求考虑的。如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生的增重与减中的变化频繁，导致乘客感觉不舒适，车速越高越感突出从
5、路容美观、相临两竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定最短长度。通常取910秒的行程距离。1最短坡长限制最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低允许速度时所行驶的距离。纵坡大，坡长较长的时候对行车表现在：使行车速度显著下降，甚至要换较抵挡位克服坡度阻力；易使水箱“开锅”，导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡行驶制动次数频繁，易使制动器发热而失效，甚至造成车祸2最大坡长限制第6页/共60页公路等级高速公路一二三四计算行车速度（km/h）120100806010060804060304020纵坡坡度（%）3900100011001200100012001100470080090010
6、008001000900110010001100110012005600700800800700900080090090010006500600600700600700700800750050060083004009200各级公路纵坡长度限制表4-10第7页/共60页六缓和坡段在纵断面设计中，当陡坡的长度达到限制坡长时应安排一段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度。同时考虑下坡安全的需要。在缓坡上汽车将以加速行驶，因此缓坡的长度应适应加速的需要。但实际设计中很难满足这个要求。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。七 平均纵坡平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度
7、的比值。二级、三级、四级公路越岭路线的平均纵坡，一般以接近5.5%（相对高差200m500m）和5%（相对高差大于500m）为宜，并注意任何相连3km路段的平均纵坡不宜于5.5%。第8页/共60页八合成坡度 合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡而成的坡度，其方向即流水线方向。合成坡度的计算公式为 式中：合成坡度(%)；超高横坡度或路拱横坡度(%)；路线设计纵坡坡度(%)。表4.6 4.6 各级公路最大允许合成坡度 公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路（Km/h）1201008010080608060403020合成坡度(%)10.010.010.510.010.510.5
8、9.09.510.010.O10.0第9页/共60页第3节 竖曲线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。竖曲线的作用如下：（1）缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的冲击作用；（2）确保道路纵向行车视距；（3）将竖曲线与平曲线恰当组合有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。标准和规范均规定在变坡点处应设置竖曲线。第10页/共60页 纵断面上两个坡段的转折处，为了便于
9、行车用一段曲线来缓和，称为竖曲线。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。一、竖曲线要素的计算公式1用二次抛物线作为竖曲线的基本方程式在图示坐标下，二次抛物线一般方程为对竖曲线上任一点P，其斜率为取XOY坐标系如图4-2所示，设变坡点相临两纵坡坡度分别为i1和i2，它们的代数差用表示，即，当为“+”时，表示凹形竖曲线；为“-”时，凸形竖曲线。第11页/共60页当x=0时，i=i1;x=L时，,则（2）抛物线上任一点的曲率半径为式中，代入上式，得因为I介于i1和i2之间，且i1,i2均很小，故i2可略去不计，则（3）将（2）、（3）式代入（1）式，得二次抛物线竖曲线基本方程
10、式为（4-3）第12页/共60页2竖曲线诸要素计算公式竖曲线长度L或竖曲线半径R:（4-4）竖曲线切线长T：因为T=T1T2,（4-5）竖曲线上任一点竖距h:因为则（4-6）竖曲线外距E:（4-7）第13页/共60页2竖曲线要素的计算公式：变坡角=i2-i1曲线长：L=R切线长：T=L/2=R/2外距：纵距：xyx第14页/共60页4.竖曲线起终点高程 竖曲线起点桩号=变坡点桩号-竖曲线起点高程竖曲线终点桩号=变坡点桩号+竖曲线终点高程以上两式中凸形竖曲线用“-”，凹形竖曲线用“+”。5.竖曲线任意点高程计算切线高程计算设计高程上式中凸形竖曲线用“-”，凹形竖曲线用“+”。第15页/共60页二
11、、竖曲线的最小半径缓和冲击汽车在竖曲线上行驶时，其离心加速度为1.竖曲线半径限制因素竖曲线最小半径考虑了三方面的要求缓和冲击时间行程不过短满足视距的要求将v(m/s)化成V(km/h)并整理，得 根据实验，a 限制在0.5m/s20.7m/s2比较合适。但考虑到不因冲击而造成的不舒适感，以及视觉平顺等的要求，我国标准规定的凹形竖曲线最小半径值相当于a=0.278m/s2。第16页/共60页二、竖曲线的最小半径1.竖曲线半径限制因素竖曲线最小半径考虑了三方面的要求缓和冲击时间行程不过短满足视距的要求时间行程不过短 汽车从直线坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，如其长过短，汽车倏然而过旅客会感
12、到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线上的行程时间不过短。最短应满足3s行程，即第17页/共60页二、竖曲线的最小半径1.竖曲线半径限制因素竖曲线最小半径考虑了三方面的要求缓和冲击时间行程不过短满足视距的要求满足视距的要求汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会阻挡司机的视线。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。第18页/共60页2.凸形竖曲线最小半径和最小长度凸形竖曲线最小长度应以满足视距要求为主，分为两种情况。当LST 如图4-3所示 当LST 如图4-4所示由由得得视距长度第19页/共60页2.凸形竖曲线最小半径和最小长度凸形竖曲线最小长度应以满足视距要求为主，分为两种情
13、况。当LST 如图4-3所示 当LST 如图4-4所示比较以上两种情况，显然式（4-11）计算结果大于式（4-10），应将式（4-11）作为有效控制。第20页/共60页第21页/共60页3凹形竖曲线最小半径和最小长度设置凹竖曲线的主要目的是缓和行车时的离心力，确定凹竖曲线半径时，应以离心加速度为控制指标。凹形竖曲线的最小半径、长度，除满足缓和离心力要求外，还应考虑两种视距的要求：一是保证夜间行车安全，前灯照明应有足够的距离；二是保证跨线桥下行车有足够的视距。标准规定竖曲线的最小长度应满足3s行程要求。第22页/共60页第3节 爬坡车道 一、设置爬坡车道的条件1.上坡方向载重车的行驶速度低到表4
14、-154-15的允许最低速度以下时，可设置爬坡车道。计算行车速度（km/h）1201008060容许最低速度（km/h）60555040上坡方向允许最低速度表 4-152上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时，应设置爬坡车道。二、爬坡车道的设计1横断面组成 第23页/共60页2横坡度因为爬坡车道的行车速度比正线小，为了行车安全，高速公路正线超高坡度与爬坡车道的超高坡度之间的对应关系见表4-16所示。若爬坡车道位于直线路段时，其横坡度的大小同正线路拱坡度，采用直线式横坡，坡向相外。正线的超高坡度（%）1098765432爬坡车道的超高坡度（%）54323平面布置与长度。第24页/共60页第4
15、节 合成坡度合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其方向即流水线方向。合成坡度的计算公式为I=在应用最大允许合成坡度时，用规定值如10%来控制合成坡度，并不意味着横坡为10%的弯道上就完全不允许有纵坡。无论是纵坡或是横坡中任何一方采用最大值时允许另一方采用缓一些的坡度，一般不大于2%为宜。以上为最大允许合成坡度的规定。相反，合成坡度过小也不好，它会导致路面排水不畅，影响行车安全。各级公路最小合成坡度不宜小于0.5%。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、概念第25页/共60页第5节 视觉分析及道路平、纵线形组合设计 1视觉分析的意义道路的
16、线形、周围的景观、标志以及其他有关信息，几乎都是通过驾驶员的视觉感受到的。因此，视觉是联结道路与汽车的重要媒介。从视觉心理出发，对道路的空间线形及其与周围的自然景观和沿线建筑的协调等进行研究分析，以保持视觉的连续性，使行车具有足够的舒适感和安全感的综合设计称为视觉分析。2控制公路线形的两个因素汽车运动学、行驶力学要求视觉上和心理上顺适良好。线形与周围环境、景观协调。在线形设计的最后阶段重点讨论视觉问题。一、视觉分析3视觉与车速的动态规律驾驶员的视觉判断能力与车速密切相关，车速越高，其注视前方越远，而视角变小。4视觉评价方法利用视觉印象随时间变化的道路透视图来评价。二、道路平、纵线形组合设计第2
17、6页/共60页1.平、纵组合的设计原则.应在视觉上能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，必须尽力避免。在视觉上能否自然地诱导视线，是衡量平纵组合的最基本问题。注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。它不仅影响线形的平顺性，而且与工程费用相关。对纵面线形反复起伏，在平面上却采用高标准的线形事无意义的。反之亦然。选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。注意与道路周围环境的配合。它是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。2.平曲线与竖曲线的组合平曲线与竖曲线应互相重合，且平面线应稍长于竖曲线当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线
18、宜包含在平曲线之内，且平曲线应稍长于竖曲线，其优点是，当车辆驶入凸形竖曲线的顶点之前，即能清楚地看到平曲线的始端，辩明弯道的走向，不致因判断错误而发生事故。图10是平曲线与竖曲线相互对应。第27页/共60页图11是按此要求设计的线形，既顺适又美观 实例第28页/共60页澳大利亚第29页/共60页德 国第30页/共60页平曲线与竖曲线大小应保持均衡平曲线与竖曲线的大小如果不平衡，会给人不愉快的感觉，失去了视觉上的均衡性。根据经验，平曲线半径如果不大于1000m，竖曲线的半径大约为平曲线的1020倍，便可达到平衡。图12和图13为平曲线与竖曲线的组合对比。其中图12a）和图13a）布置得当，而图1
19、2b）和图13b）欠妥。第31页/共60页实 例第32页/共60页第33页/共60页.凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，应避免插入小半径平曲线”。因为在凸形竖曲线的顶部如果有小半径的平曲线，不仅不能引导视线而且要急转方向盘，行车是危险的，见图14 14。凸形竖曲线顶部前面的平曲线部分以虚线表示，这一部分驾驶人员是看不到的，易发生危险。凹形竖曲线的底部如果有小半径的平曲线就会引起汽车在加速时急转弯，行车是危险的第34页/共60页 在长的平曲线内如必须设置几个起伏的纵坡时，需用透视图法检验。实际上是要避免出现多个凹凸竖曲线。这种线形多在平曲线半径很大并接近直线时出现，其缺点是将整个线形切断，只能
20、看到眼前与远处，而看不见中间凹下的部分，导致驾驶人员产生踌躇和不安全感，见图15。第35页/共60页第36页/共60页为了便于实际应用，把平曲线与竖曲线的组合形象地表示为图4-14所示。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。如平、竖曲线半径都很大，则平、竖位置可不受上述限制；若做不到平竖曲线较好的组合，宁可把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。第37页/共60页平面的长直线与纵面得直坡线配合，对双车道道路超车方便，在平坦地区易与地形相适应，但行车单调乏味易疲劳。直线上一次变坡是很好的平纵结和，从美学
21、观点将以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形线次之；直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凹凸的“驼峰”和“凹陷”，看上去线形既不美观也不连贯，使驾驶员的视线中断。因此，只要路线有起有伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化略加转折，并把平、竖曲线合理的组合。但要避免驾驶员一眼能看到路线方向转折两次以上或纵坡起伏三次以上。3.直线与纵断面的组合 第38页/共60页4.平、纵线形组合与景观的协调配合 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，比如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区等景点和其他特殊地区，一般以绕避为主。尽量少破坏沿线自然景观，
22、避免深挖高填。比如沿线周围的地貌、地形、天然树林、池塘湖泊等。纵面尽量减少填挖；横面设计要使边坡造型和绿化与现有景观相适应，弥补必要填挖对自然景观的破坏。应能提供视野的多项性，力求与周围的风景自然地融为一体。不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。条件允许时，以适当放缓边坡或将其变坡点修整圆滑，以使边坡接近于自然地面形状，增进路容美观。应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计 道路景观欣赏第39页/共60页第6节 纵断面设计方法及纵断面图一、纵断面设计要点1.关于纵坡极限值的运用在受限制较严，如越岭线为争取高度、
23、缩短路线长度或避开艰巨工程等，才有条件的采用。一般将，纵坡缓些为好，但为了路面和边沟排水，最小纵坡不应低于0.3%0.5%。2.关于最短坡长坡长是指纵断面两变坡点之间的水平距离。坡长不宜过短，以不小于计算行车速度9秒的行程为宜。3.各种地形条件下的纵坡设计平原、微丘地形的纵坡应均匀平缓，注意保证最小填土高度和最小纵坡的要求山岭、重丘地形的沿河线应尽量采用平缓纵坡，坡长不应超过限制长度，纵坡不宜大于6%,注意路基控制标高要求。越岭线的纵坡应力求均匀，尽量不采用极限或接近极限的坡度，更不宜在连续采用极限长度的陡坡之间加短的缓和坡段。山脊线和山腰线除结合地形不得已时采用较大纵坡外，在可能条件下纵坡应
24、缓些。第47页/共60页4.关于竖曲线半径的选用竖曲线应选用较大半径为好。当受限制时可采用一般最小值，特殊困难方可用极限最小值。坡差小时应尽量采用较大的竖曲线半径。当有条件时，宜按表4-20的规定进行设计。计算行车速度（km/h）竖曲线半径（m）凸形凹形120200001200010016000100008012000800060900060004030002000表4-20 视觉要求的最小竖曲线半径 5.关于相邻竖曲线的衔接n同向曲线：相邻两个同向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，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。第48页/共60页n反向曲线：相邻反向竖曲线之间
25、，为使增重与减重间和缓过渡，中间最好插入一段直坡段。若两竖曲线半径接近极限值时，这段直坡段至少应为计算行车速度的3s行程。当半径比较大时，亦可直接连接。第49页/共60页JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=二、纵断面设计方法步骤及注意问题二、纵断面设计方法步骤及注意问题n（一）纵断面设计方法与步骤n1准备工作：（1）应收集有关设计资料：里程桩号和地面高程；平面设计成果；沿线地质资料等。n（2）点绘地面线，填写有关内容。第50页/共60页n2标注高程控制点：n路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；最小填土高度；最大挖深；沿溪线的洪水位；隧道进出口；平面交叉和立体交叉点；铁路道口；城镇规划
26、控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。n山区道路的“经济点”或“挖方点”等。二、纵断面设计方法步骤及注意问题二、纵断面设计方法步骤及注意问题n（一）纵断面设计方法与步骤n1准备工作：（1）应收集有关设计资料：里程桩号和地面高程；平面设计成果；沿线地质资料等。n（2）点绘地面线，填写有关内容。第51页/共60页JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=n2标注高程控制点：n路线起、终点；越岭哑口；重要桥涵；最小填土高度；最大挖深；沿溪线的洪水位；隧道进出口；平面交叉和立体交叉点；铁路道口；城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。n山区道路的“经济点”或
27、“挖方点”等。第52页/共60页JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=3试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。第53页/共60页JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=4调整：按平纵配合要求及标准执行情况等进行检查调整。3试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。第54页/共60页5核对：典型横断面核对。6定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。精度要求：变坡点桩号：一般要调整到10m的整桩号上 坡度值：精确到小数点两位，即0.00%变坡点高程：精确到小数点三位，即0.000 中桩高程：精确到小数点两位，即0.00JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=L
28、s=4调整：按平纵配合要求及标准执行情况等进行检查调整。3试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。第55页/共60页JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=5核对：典型横断面核对。6定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。4调整：按平纵配合要求及标准执行情况等进行检查调整。3试坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。R=T=E=R=T=E=R=T=E=7.竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素第56页/共60页5核对：典型横断面核对。6定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。7.竖曲线设计：确定半径、计算竖曲线要素4调整：按平纵配合要求及标准执行情况等进行检查调整。3试
29、坡：根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。8.设计高程计算：从起点由纵坡度连续推算变坡点设计高程；逐桩计算设计高程。第57页/共60页2.纵坡设计应注意的问题设置回头曲线地段，拉坡时应按回头曲线技术标准先定出该地段的纵坡，然后从两端接坡，应注意在回头曲线地段不宜设竖曲线。大、中桥上不宜设置竖曲线，桥头两端竖曲线的起、中点应设在桥头10m以外小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上，为保证行车平顺，应尽量避免在小桥涵处出现“驼峰式”纵坡。注意平面交叉口纵坡及两端接线要求。道路与道路交叉时，一般宜设在水平坡段，其长度应不小于最短坡长规定。两端接线纵坡应不大于3%，山区工程艰巨地段不大于5%。拉坡时如受
30、“控制点”或“经济点”制约，导致纵坡起伏过大，或土石方工程量太大，经调整仍难以解决是，可用纸上移线的办法修改原定纵坡线。第58页/共60页三、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。为了明显地反映沿着中线地面起伏形状，通常横坐标比例尺采用1：2000，纵坐标采用1：200。如图4-18和图4-19所示。纵断面是由上、下两部分内容组成的。上部主要用来绘制地面线和纵坡设计线，另外，也用以标注数曲线及其要素；坡度及坡长；沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数和孔径；与道路、铁路交叉的桩号及路名；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；断链桩位置、桩号及长短链关系等。第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页