第四章 道路勘测设计 纵断面设计4-1、4-2、4-3

道路勘测设计（第四章纵断面设计：1~3节）DUT定义：沿着道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。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。第一节概述DUT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。路线纵断面图构成：DUT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DUT路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，《规范》规定如下:1．新建公路的路基设计标高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、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。2．改建公路的路基设计标高一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道中线处的标高。对于城市道路，设计标高指建成后的行车道中线路面标高或中央分隔带中线标高。DUT第二节纵坡设计一、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DUT4．一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，还应满足最小填土高度要求，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。DUT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最大坡度值。制定依据：车辆的类型：汽车的动力特性，汽车在规定速度下的爬坡能力。设计速度：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。DUT特殊情况：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％。各级公路最大纵坡的规定：设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%）3456789DUT城市道路最大纵坡的规定（表4-7）DUT1．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的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。三、高原纵坡折减海拔高度(m)3000~40004000~50005000折减值(%)123DUT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。四、最小纵坡DUT内容：最短坡长限制：任何路段最大坡长：陡坡路段1．最短坡长限制《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。五、坡长限制DUT《标准》规定各级公路最大坡长限制。2．最大坡长限制DUT城市道路最大坡长按表4.2.6选用。2．最大坡长限制DUT六、缓和坡段《标准》规定，连续上坡(或下坡)时，应在不大于表8.3.2（最大坡长）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。DUT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%。DUT1.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：八、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（%）。DUT（1）最大允许合成坡度值：2．合成坡度指标（2）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。DUT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iiIh3.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。DUT第三节竖曲线1．定义：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，称为竖曲线。变坡点：相邻两条坡度线的交点。变坡角：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用ω表示，即ω=α2-α1≈tgα2-tgα1=i2-i1α1α2ωi1i2i3凹型竖曲线ω0凸型竖曲线ω0DUT2．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的突变。（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.竖曲线的线形《规范》规定采用圆曲线作为竖曲线的线形。DUT一、凹曲线的极小半径1．凹曲线的基本方程式：设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2。抛物线竖曲线有222()xyRR式中：R——曲率半径Sy212ysRDUT2．离心力：22127GvGVFgRR式中：F——汽车在竖曲线上受到的离心力2127VRFGDUT3．前大灯照射距离：tanBChs式中：s——照射距离，取为停车视距h——照射高度，h=0.75m——照射角度，1022tansRhsShBtansC最小半径：2min1.50.0349sRDUT4．桥下视距：综合分析可以得到：第二个式子的结果要比第一个式子的值大，所以Ls时的结果作为控制方程。2min26.92sLmin26.922LsLs时：Ls时：式中：——凹曲线的坡度角DUT规范规定的竖曲线最小半径和长度：DUT二、凸曲线的极小半径1．离心力，同凹曲线：2127uRFG2．视距要求：综合分析可以得到：第二个式子的结果要比第一个式子的值大，所以Ls时的结果作为控制方程。2min3.98sRmin223.98sRLs时：Ls时：式中：——凸曲线的坡度角DUT规范规定的竖曲线最小半径和长度：DUT三、竖曲线的一般最小半径通常选取：极限最小半径的1.5-2.0倍。四、竖曲线的最小长度同平曲线一样，太短的竖曲线容易使司机产生急促的变坡感觉。规范规定：按汽车3s的行程来控制竖曲线的最小长度。DUT五竖曲线诸要素计算公式（1）竖曲线长度L或竖曲线半径R：,LLRR（2）竖曲线切线长T：因为T=T1=T2，则tan222LRTRLT1T2RT2EDUT上半支曲线x=T1时：RTE2211RTE2222故T1=T2=T488222TLRERTE或由于外距是边坡点处的竖距，则E1=E2=E，下半支曲线x=T2时：（3）竖曲线外距E：DUT（4）竖曲线上任一点竖距h：22xhyR式中：x——竖曲线上任意点与竖曲线始点或终点的水平距离y——竖曲线上任意点到切线的纵距，即竖曲线上任意点与坡线的高差。DUT六桩设计高程计算•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：HRDUT2．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：DUT3.逐桩设计高程计算切线高程：)(11nnnTBPDLcziHHHTHSyHnBPDnBPDn-1Hn-1inin-1in+1Lcz1Lcz-BPDn-1Lcz2HT)(nnnTBPDLcziHHDUT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“+”）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切线高程：)(11nnnTBPDLcziHH)(nnnTBPDLcziHHDUT[例]：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=2000m。试计算竖曲线诸要素以及桩号为k5+000.00和k5+100.00处的设计高程。解：1．计算竖曲线要素ω=i2-i1=-0.04-0.05=-0.090，为凸形。曲线长L=Rω=2000×0.09=180m切线长9021802LT外距03.22000290222RTE竖曲线起点QD＝（K5+030.00）-90=K4+940.00竖曲线终点ZD＝（K5+030.00）+90=K5+120.00DUT2．计算设计高程K5+000.00：位于上半支横距x1=Lcz–QD=5000.00–4940.00＝60m竖距90.0200026022211Rxy切线高程HT=H1+i1（Lcz-BPD）=427.68+0.05×(5000.00-5030.00)=426.18m设计高程HS=HT-y1=426.18-0.90=425.18m（凸竖曲线应减去改正值）DUTK5+100.00：位于下半支①按竖曲线终点分界计算：横距x2=Lcz–QD=5100.00–4940.00＝160m竖距40.62000216022222Rxy切线高程HT=H1+i1（Lcz-BPD）=427.68+0.05×(5100.00-5030.00)=431.18m设计高程H