道路勘测设计课件第2部分(纵断面设计)1

道路勘测设计第3章纵断面设计概述定义：沿着道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。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面图。纵断面设计：在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等。路线纵断面图构成：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；设计线：路线上各点路基设计高程的连续。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；设计线：路线上各点路基设计高程的连续。地面高程：中线上地面点高程。设计高程：一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。路堤：设计高程大于地面高程。路堑：设计高程小于地面高程。纵断面设计内容：坡度及坡长竖曲线关于路基的设计高程•1.新建公路路基：高速公路和设有中央分割带的一级公路采用中央分隔带的外侧边缘高程；二、三、四级公路采用路基边缘高程，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽之前的边缘高程。•2.改建公路的路基设计高程：一般按新建公路的规定，并可视具体情况而采用中央分隔带中线或行车道中线高程。•3.在任一横断面上设计高程与地面高程之差，称为该处的施工高度。施工高度的大小决定了路堤的高度或路堑的深度。第一节纵坡及坡长设计一、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．为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。尽量避免采用极限纵坡值。合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。越岭线哑口附近的纵坡应尽量缓一些。3．纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅4．一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。——即纵向填挖平衡设计。5．平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填上高度要求，保证路基稳定。——即包线设计。6．对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些，7．在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。二、最大纵坡最大纵坡：是指在纵坡设计时各级道路允许使用的极限值。影响因素：汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。自然条件：海拔高程、气候（积雪寒冷等）。纵坡度大小的优劣：坡度大：行车困难：上坡速度低，下坡较危险。山区公路可缩短里程，降低造价。1.设计速度为120km／h、l00km／h、80km／h的高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1％。2.公路改建中，设计速度为40km／h、30km／h、20km／h的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1％。3.大、中桥上的纵坡不宜大于4%，桥头引道的纵坡不宜大于5%（市、镇道路桥上及桥头引道的纵坡不大于3%）。4.隧道内纵坡不大于3%、不小于0.3%，隧道洞口纵坡与隧道内相同。各级公路最大纵坡的规定：设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%）34567891．高原为什么纵坡要折减？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。2．《规范》规定：位于海拔3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按表4-5的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。高原纵坡折减最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。最小纵坡值：0.3%，一般情况下0.5%为宜。适用条件：横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、路肩设截水墙等。当必须设计平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，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。三、最小纵坡四、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H与路线长度L之比（连续升坡或降坡路段）。LHi平《标准》规定：越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差为200～500m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％。任意连续3km路段平均纵坡不应大于5.5％。城市道路的平均纵坡按上述规定减少1.0%。对于海拔3000m以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少0.5%～1.0%。1.定义：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：五、合成坡度22zhiiI式中：I——合成坡度（%）；ih——超高横坡度或路拱横坡度（%）；iz——路线设计纵坡坡度（%）。3.最小合成坡度：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。2.最大允许合成坡度值：当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情况下，以采用较小的合成坡度为宜。特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%。①在冬季路面有积雪结冰的地区；②自然横坡较陡峻的傍山路段；③非汽车交通比率高的路段。例如：某二级公路，有一平曲线半径为250m，超高横坡为8%，该路段纵坡度为4.8%，则合成坡度为%9%33.948.008.02222iiIh4.合成坡度指标的控制作用：控制陡坡与急弯的重合；平坡与设超高平曲线的配合问题。内容：最小坡长限制：任何路段最大坡长：陡坡路段1．最小坡长限制指相邻两个变坡点之间的最小长度。《标准》规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。城市道路最小坡长按表4.2.4选用。六、坡长限制《标准》规定各级公路和城市道路最大坡长最大坡长限制：2．最大坡长限制七、缓和坡段《标准》规定，连续上坡(或下坡)时，应在不大于所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3％，其长度应符合纵坡长度的规定。缓和坡段：纵坡值：不应大于3%长度：不小于最小坡长要求线形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线；注：曲线半径较小时，缓和坡段长度应增加。回头曲线段不能作为缓和坡段。第三节竖曲线设计1．定义•纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车在变坡处设置纵向曲线来缓和，称为竖曲线。α1α2ωi1i2i3变坡点：两相邻不同坡度线的交点。变坡角：相邻两条坡度线的交角，通常用坡度值的代数差表示，用ω表示，即ω=α2-α1≈tgα2-tgα1=i2-i1凹型竖曲线ω0凸型竖曲线ω0i为坡度值，上坡为正、下坡为负2．竖曲线的作用(1)缓冲作用：以平缓曲线取代折线可消除汽车在变坡点处行车动量变化而产生的冲击作用。(2)保证公路纵向的行车视距：凸形：纵坡变化大时，盲区较大。凹形：下穿式立体交叉的下线。(3)与平曲线恰当结合,利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感.3．竖曲线的计算(1)竖曲线几何要素竖曲线切线长T、曲线长L和外距E，RTELTRL222(2)竖曲线上任意点纵距y的计算Rxy22式中y——计算点纵距；x——计算点桩号与竖曲线起点的桩号差。ixTHH)(01yHH1(3)竖曲线上任意点设计标高的计算①计算切线高程式中Ho——变坡点标高(m)；H1——计算点切线高程(m)；i——纵坡度。利用该式可以直接计算直坡段上任意点的设计标高。②计算设计标高式中H——设计标高(m)；“±”——当为凹形竖曲线时取“+”，当为凸形竖曲线时取“—”。4．竖曲线设计标准(1)竖曲线最小半径1)凹形竖曲线极限最小半径①从限制离心力不致过大考虑汽车行驶在竖曲线上，由于离心力的作用，要产生失重(凸形竖曲线)或超重(凹形竖曲线)。失重直接影响乘客的舒适感，增重则不仅影响乘客的舒适感还对汽车的悬挂系统产生超载的影响。竖曲线半径的大小直接影响离心力的大小，因此，必须首先从控制离心力不致过大来限制竖曲线的极限最小半径。RGVF1272GFVR1272汽车在竖曲线上产生的离心力为：则：F——汽车转弯时受到的离心力(N)；F/G——单位车重受到的离心力。ssR0349.05.12②从汽车夜间行驶前灯照射距离考虑若照射距离小于要求的视距长度，则无法保证行车安全。式中S为前灯照射距离（m），按行车视距长度取值。③从保证跨线桥下的视距考虑为保证汽车穿过跨线桥时有足够的视距，也应对凹形竖曲线最小半径加以限制。综合分析三种情况，技术标准以限制凹形竖曲线离心力条件为依据制定出凹形竖曲线极限最小半径值:2)凸形竖曲线极限最小半径①从失重不致过大考虑与凹形竖曲线的限制条件和计算公式相同，即：GFVR1272②从保证纵面行车视距考虑凸形竖曲线半径过小，路面上凸直接影响行车视距。分两种情况：mwlls经比较，式98.32minSR计算结果小，故采用该式作为标准的制定依据。3)竖曲线一般最小半径为了使行车有较好的舒适条件，设计时多采用大于极限最小半径1.5-2.0倍的半径值，此值即为竖曲线一般最小半径。(2)竖曲线最小长度与平曲线相似，当坡度角较小时，即使采用较大的竖曲线半径，竖曲线的长度也很短，这样容易使司机产生急促的变坡感觉；同时，竖曲线长度过短，易对行车造成冲击。我国公路按照汽车在竖曲线上3S得行程时间控制竖曲线的最小长度。5．竖曲线设计(1)竖曲线设计的一般要求1)宜选用较大的竖曲线半径。2)同向竖曲线应避免“断背曲线”。特别是同向凹形竖曲线间，如直坡段不长，应合并为单曲线或复曲线。3)反向曲线间，一般由直坡段连接，也可径相连接。反向竖曲线间最好设置一段直坡段，直坡段的长度应能保证汽车以设计车速行驶3S的行程时间，以使汽车从失重(或增重)过渡到增重(或失重)有一个缓和段。4)竖曲线设置应满足排水需要。若相邻纵坡之代数差很小时，采用大半径竖曲线可能导致竖曲线上的纵坡小于0.3％，不利于排水。28ERTR2(2)半径的选择选择竖曲线半径主要应考虑以下因素：1)选择半径应符合竖曲线的最小半径和最小长度的要求。2)在不过分增加土石方工程量的情况下，宜采用较大的竖曲线半径。3)结合纵断面起伏情况和标高控制要求，确定合适的外距值，按外距控制选择半径：4)考虑相邻竖曲线的连接(即保证最小直坡段长度或不发生重叠)限制曲线长度，按切线长度选择半径：5)过大的竖曲线半径将使竖曲线过长，从施工和排水来看都是不利的。6)对夜间行车交通量较大的路段选择半径时应适当加大，以使其有较长的照射距离。6、逐桩设计高程计算变坡点桩号BPD变坡点设计高程H竖曲线半径R1．纵断面设计成果：HR2．竖曲线要素的计算公式：变坡角ω=i2-i1曲线长：L=Rω切线长：T=L/2=Rω/2外距：R2TE2x竖曲线起点桩号:QD=BPD-T竖曲线终点桩号:ZD=BPD+TyxRxy22纵距：HTHSyHnBPDnBPDn-1Hn-1inin-1in+1Lcz1Lcz-BPDn-13.逐桩设计高程计算切线高程：)(11nnnTBPDLcziHHLcz2HT)(nnnTBPDLcziHH直坡段上，y=0。x——竖曲线上任一点离开起（终）点距离；Rxy22其中：y——竖曲线上任一点竖距；设计高程：HS=HT±y（凸竖曲线取“-”，凹竖曲线取“+”）切线高程：)(11nnnTBPDLcziHH)(nnnTBPDLcziHH以变坡点为分界计算：上半支曲线x=Lcz-QD下半支曲线x=ZD-Lcz以竖曲线终点为分界计算：全部曲线x=Lcz-QD[例4-3]：某山岭区一般二级公路，变坡点桩号为k5+030.00，高程H1=427.68m，i1=+5%，i2=-4%，竖曲线半径R=200