4_第四章_纵断面设计[1]

第4章纵断面设计§4.1概述§4.2纵坡设计§4.3竖曲线设计§4.4高等级道路上的爬坡车道§4.5平、纵面线形组合设计§4.6纵断面设计方法与纵断面设计图（1）基本概念1）纵断面(vertical)-----用一曲面沿道路中线竖直剖切，展开成平面。2）路线纵断面图(verticalprofilemap)-----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§4.1概述（2）对路基设计标高(designelevationofsubgrade)1）新建公路：①高速、一级公路采用中央分隔带外侧边缘标高；②二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段时则是指设置超高加宽之前该处标高；§4.1概述设计标高设计标高2）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或行车道中线标高。3）城市道路：一般指车行道中心标高。§4.1概述•纵坡度表示方法：纵坡度的表示方式不用角度，而用百分数（％）•道路上３％的纵坡对汽车行驶不造成困难。路线前进水平距离520米，克服高差13米，则纵坡为？%2.5%§4.2纵坡设计1.纵坡度（longitudinalgradient）§4.2纵坡设计1.纵坡度（longitudinalgradient）（1）最大纵坡（maximumlongitudinalgradient）1）概念－－道路纵坡设计的极限值，重要指标。其大小将直接影响路线的长短、使用质量、行车安全以及运营成本和工程的经济性。2）制定依据：•汽车的动力特性；•道路等级（V）；•自然条件（地形、气候）；•车辆行驶安全；•工程、运营经济等因素。•规定P93表4.1、4.2（2）最小纵坡（minimumlongitudinalgradient）长路堑地段以及其它横向排水不畅的路段，为了保证排水，均应设置不小于0.3％的纵坡。（否则，采取措施。边沟应作纵向排水设计，设置锯齿形街沟或采取其它排水措施来处理）§4.2纵坡设计1.纵坡度（longitudinalgradient）（3）平均纵坡（averagegradient）1）平均纵坡----指一定路线长度范围内，路线两端点的高差与路线长度的比值。二、三、四级公路越岭线的平均纵坡：2）相关规定①相对高差200～500m不应大于5.5％②相对高差500m不应大于5％注意：任何相连3km路段的平均纵不应大于5.5％。§4.2纵坡设计1.纵坡度（longitudinalgradient）§4.2纵坡设计2.坡长限制（gradelengthlimitation）坡长－－指变坡点与变坡点之间的水平长度。（1）最大坡长限制1)限制理由：2)标准规定表4－4和表4－5。①计算法②调查法（2）缓和坡段－－当连续陡坡长度大于最大坡长限制的规定值时，应在不大于最大坡长所规定的长度处设置纵坡不大于3％的坡段，称为-----缓和坡段。位置、大小、长度。坡长（3）最小坡长限制1）理由：①过短，则变坡点个数增加，行车时颠簸频繁，影响行车平顺性；②过短，则不能满足设置最短竖曲线这一几何条件的要求。2）标准规定:表4－7和表4－8。以计算行车速度行驶９～１５s的行程作为规定值。§4.2纵坡设计2.坡长限制（gradelengthlimitation）（4）组合坡长当连续陡坡是由几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8%----300m6%----700m8%（120）+6%（？m）？=（1-120/300）*700=420§4.2纵坡设计2.坡长限制（gradelengthlimitation）§4.2纵坡设计3.合成坡度（resultantgradient）（1）合成坡度－－－道路在平曲线路段，若纵向有纵坡且横向又有超高时，则最大坡度在纵坡和超高横坡所合成的方向上，这时的最大坡度称为合成坡度。（2）对合成坡度的限制为了保证路面排水，合成坡度的最小值不宜小于0.5％。22ciziHi§4.2纵坡设计4.纵坡设计一般要求（1）公路纵坡设计一般要求1）符合《标准》的有关规定。2）平原、微丘地形的纵坡应均匀、平缓；丘陵地形的纵坡应避免过分迁就地形而起伏过大；山岭、重丘地形的沿河线，应尽量采用平缓的纵坡，坡度不宜大于6％；越岭线的纵坡应力求均匀，越岭展线不应设置反坡。3）纵面线形应与地形相适应，设计成视觉连续、平顺而圆滑的线形，并重视平纵面线形的组合。§4.2纵坡设计4.纵坡设计一般要求4）纵坡设计应结合自然条件综合考虑。5）纵坡设计为保证路基稳定，应尽量减少深路堑和高填方，在设计中争取填挖平衡。6）纵坡设计应结合道路沿线的实际情况和具体条件进行设计，并适当照顾农业机械、农田水利等方面的要求。（2）城市道路纵坡设计一般要求1)纵断面设计应参照城市规划控制标高并适应临街建筑立面布置及沿路范围内地面水的排除。2)为保证行车安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。3)山城道路及新辟道路的纵断面设计应综合考虑土石方平衡、汽车运营经济效益等因素，合理确定路面设计标高。4)机动车与非机动车混合行驶的车行道，宜按非机动车爬坡能力设计纵坡度。5)纵断面设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水要求综合考虑。§4.2纵坡设计4.纵坡设计一般要求§4.3竖曲线设计（1）基本概念•纵断面上两相邻不同坡度线的交点称为变坡点（gradechangepoint）。SJD•为保证行车安全、舒适以及视距的需要，而在变坡处设置的纵向曲线，即为竖曲线（verticalcurve）。•坡度角ω=i2-i1•ω为“+”，凹形竖曲线（concaveverticalcurve）•ω为“-”，凸形竖曲线（convexverticalcurve）§4.3竖曲线设计§4.3竖曲线设计1.竖曲线的计算（2）竖曲线几何要素计算12iiRL2LTRTE22（3）竖曲线上任意点纵距y的计算Rxy22（4）竖曲线上任意点设计标高的计算1）计算切线高程2）计算设计标高yHH1§4.3竖曲线设计2.竖曲线设计标准（1）竖曲线最小半径1）凹型竖曲线极限最小半径2）凸型竖曲线极限最小半径3）竖曲线一般最小半径（2）竖曲线最小长度以汽车在竖曲线上行程3s控制曲线长度1)凹型竖曲线极限最小半径①从限制离心力不致过大考虑11)-(46.32VR②从汽车夜间行驶前灯照射距离考虑0349.05.12ssR③从保证跨线桥下的视距考虑ⅰ视距s≤L（竖曲线长度）93.262minsRⅱsL5.132minRR经分析，得技术标准以限制凹型竖曲线离心力条件为依据。规定值，如表4－11、4-12。§4.3竖曲线设计2.竖曲线设计标准推导式4-11：RGVRvgGF12722(N)则：)(1272GFVR(m)其中GF/是单位车重受到的离心力，根据日本资料限制为GF/=0.028代入得：6.32VR§4.3竖曲线设计2.竖曲线设计标准2)凸型竖曲线极限最小半径①从失重不致过大考虑14)-(46.32VR②从保证纵面行车视距考虑：a．视距s≤L（竖曲线长度）16)-4(98.32minSRb．sL17)-(498.322minsR经比较，式（4－16）的计算结果较小，故作为标准的制定依据。§4.3竖曲线设计2.竖曲线设计标准推导式4-16Rlhww22Rlhmm22由几何条件mwlls将上述两式代入得：)(2mwhhRs将hw、hm的值代入上式：98.32minSR§4.3竖曲线设计2.竖曲线设计标准§4.3竖曲线设计3.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。视觉良好，可参照表4－13。2）同向竖曲线应避免“断背曲线”。3）反向曲线间，一般由直坡段连接，也可径相连接。4）竖曲线设置应满足排水需要。§4.3竖曲线设计3.竖曲线设计（2）半径的选择1)应符合标准规定。2)在不过分增加土石方工程量的情况下，为使行车舒适，宜采用较大的竖曲线半径。3)按外距控制选择半径：(4-18)28ER§4.3竖曲线设计3.竖曲线设计4)按切线长度选择半径。(4-19)5)选择竖曲线半径不宜过大，否则将使竖曲线过长而不利于施工和排水。6)夜间行车交通量较大的路段，选择半径时应适当加大。TR2§4.4高等级道路上的爬坡车道§4.4高等级道路上的爬坡车道1.设置爬坡车道的条件爬坡车道-----（climbinglane）是陡坡路段主线行车道外侧增设的供载重车行驶的专用车道。（1）公路1）沿上坡方向行驶载重汽车的行驶速度降低到表4-14的允许最低速度以下时，可设置爬坡车道。2）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。上坡方向允许最低速度表4-14计算行车速度（km∕h）1201008060容许最低速度（km∕h）60555040（2）城市道路1）快速路及行车速度为60Km/ｈ的主干道，纵坡度大于５％的路段。2）80→50Km/ｈ60→40Km/ｈ。3）由于上坡路段混入大型车辆的干扰，降低路段通行能力时。4）经综合分析认为设置爬坡车道比降低纵坡经济合理时。§4.4高等级道路上的爬坡车道1.设置爬坡车道的条件§4.4高等级道路上的爬坡车道2.爬坡车道的设计（1）横断面组成爬坡车道设于上坡方向主线行车道右侧，宽度一般为3.5m，包括设于其左侧路缘带的宽度0.5m。（2）横坡度1）因为爬坡车道的V比主线小，超高坡度较小，超高坡度的旋转轴为爬坡车道内侧边缘线。2）位于直线路段时，其横坡度的大小同于主线路拱坡度，均采用直线式横坡。爬坡车道的超高坡度表4—15主线的超高坡度（%）1098765432爬坡车道超高坡度（%）5432§4.4高等级道路上的爬坡车道2.爬坡车道的设计（3）平面布置与长度总长度由起点处渐变段长度Ｌ1、爬坡车道的长度L和终点处附加长度Ｌ2（见表4.16）组成。§4.4高等级道路上的爬坡车道2.爬坡车道的设计§4.5平、纵面线形组合设计1.组合设计（designoffittogether）的原则1)应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。2)平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调。3)合成坡度应组合得当，以利于路面排水和行车安全。4)注意与道路周围环境的配合。§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点（1）平曲线与竖曲线的组合1)平曲线与竖曲线应相互重合，且“平包竖”。2)平曲线与竖曲线大小应保持均衡R平：R竖=1：10～203)暗、明弯与凸、凹竖曲线4)平、竖曲线应避免的组合（2）平、竖曲线应避免的组合：1）设计车速≥40km/h的公路，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线。2）凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得与反向平曲线的拐点重合。3）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。4）平面转角小于7°的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起。5）在完全通视的条件下，应极力避免长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形。§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点（3）直线与纵断面的组合直线上一次变坡是较好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形线次之。§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点应避免：1)长直线配长坡。2)直线上短距离内多次变坡。3)直线段内不能插入短的竖曲线。4)在长直线上设置坡陡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。5)直线上的纵断面线形应避免出现驼峰、暗凹、跳跃等使驾驶者视觉中断的线形。§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点长坡配长直线§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点浪形§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（alignment）组合设计要点长直线内多次变坡§4.5平、纵面线形组合设计2.线形（