4、道路纵断面设计

第4章道路纵断面设计基本概念与术语道路纵坡竖曲线平纵线形组合纵断面设计和纵断面图§1基本概念与术语一、道路纵断面概念由前述可知，路线的空间位置可以分解为平面、纵断面、横断面分别表述，故平面图、纵断面图、横断面图结合起来，就可以准确反映道路的空间位置。由于自然因素的影响以及经济性考虑，路线纵断面总是空间上有起伏的。路线纵断面设计：在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡段变化的过程，确定纵断面线形的几何构成及有关尺寸。路线纵断面图：沿道路中线所作的竖向剖面图。它反映沿途地面和路线在竖向的高低起伏情况和有关数据。依据：汽车的动力特性，道路等级，沿线地形、地质、水文、土地利用，路基稳定、排水，工程经济性等。二、纵断面图及常用术语某新建路K0+000---K0+350纵断面图桂林市新建路纵断面图地面线：根据各中桩地面高程而点绘成的一条不规则的折线。它反映了原地面的起伏情况；设计线：它是根据设计计算后确定出来的一条形状规则的几何线形。它反映了道路的起伏和高程，由直线和竖曲线构成。路线纵断面图构成：原地面线用细实线将相邻点连成，设计线用粗实线绘制。原地面线与设计线离开越多，反映填挖数值越大，工程量也越大。地面高程：中桩所在地面点的高程；设计高程：设计线的高程；填挖高度：同一桩号处设计高程与地面高程之差，填、挖应分开填写；路基高度：路基边缘高程与地面高程的高差。坡度及距离：各坡段的坡度及相邻变坡点之间的距离；直线与平曲线：标明平面线形。主要用于平纵协调之用；竖曲线图标：标注竖曲线的位置及参数。一块板、三块板：①路面中心线处——城市道路、改建公路（二级、三级、四级公路）②路基边缘——新建公路（二级、三级、四级公路）。在平曲线段指设立超高、加宽前的路基边缘标高。①②三、道路设计高程所指向位置的规定二块板、四块板：①中央分隔带外侧边缘——城市道路（少用），新建或改建高速公路、一级公路（常用）②中央分隔带中线（绿化带表面）——改建公路高速公路、一级公路（罕用）。③中央分隔带中线（路面延伸至中线处）——城市道路（常用），改建公路高速公路、一级公路（少用）。②③igig路缘带土路肩①②§2纵坡的一般规定一、纵坡（坡度）定义道路中线两点间的高差与水平距离的比值（以%计）称为纵坡或坡度。从路线起点至止点的方向看，路线升高为上坡，降低为下坡。规定：纵坡上坡为“+”，下坡为“-”。例如：5.3%为上坡，-2.8%为下坡。iHLHiL=α二、最大纵坡imax指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。它是道路设计时的一个重要指标。它关乎到汽车行驶速度、运输效益、行车安全、道路工程量与造价等。三、最大纵坡的高原纵坡折减1、高原为什么最大纵坡要折减？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、怎么折减？位于海拔3000m以上的高原地区，对道路最大纵坡度折减。四、最小纵坡为保证路面、边沟排水顺畅，道路一般应考虑设置不宜小于0.3%的纵坡。五、坡长限制坡段起止点间（即前后变坡点之间）的水平距离称为坡长。1、最大坡长限制限制理由：长距离大坡对行车不利。持续上坡易使发动机过热影响机械效率；持续下坡刹车频繁危及安全。公路纵坡最大坡长城市道路纵坡坡长限制非机动车车行道纵坡度宜小于2.5%。大于或等于2.5%时，应按表5.2.5规定限制坡长。三、关于设计标高的规定2、最小坡长限制理由：坡长过短，行车频繁颠簸；坡差较大时易造成视线中断；不易设置竖曲线，公路纵坡最小长度按下表规定：城市道路纵坡最小长度应大于或等于表5.2.3-2的数值，并大于相邻两个竖曲线切线长度之和。城市道路最小坡长六、缓和坡段1、城市道路当道路纵坡度超过5%，应在不大于最大坡长的坡段之间设置缓和坡段。缓和段的坡度为3%，长度应符合最小坡长的规定。2、公路连续上坡或下坡时，应在不大于最大坡长的坡段之间设置缓和坡段。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。七、平均纵坡由多个坡段组成的一段路线，其起止点高差与路线总长的比值。它是衡量纵断面线形质量的一个重要指标。HLiΣΣ=式中——平均纵坡；L——各坡段长度(m)；H——各坡段高差(m)。ΣLΣHiAB（1）公路规范规定：二、三、四级公路越岭路线连续上坡(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％。（2）城市道路的平均纵坡按公路规定减少1.0%。八、合成坡度1、定义：在平曲线路段，最大坡度既不在纵坡方向上，也不在超高方向上，而是在纵坡和超高的合成方向上。这个最大坡度成为合成坡度，又叫做流水线坡度。式中：——合成坡度（%）；——超高横坡度（%）；——路线设计纵坡坡度（%）。i合成i纵i横iii22=+合成纵横i合成过大时，易产生附加阻力（上坡时），或使汽车重心偏移，沿合成坡方向滑移。故应加以限制。i合成i纵i横九、桥梁、隧道纵坡限制大、中桥：i纵≤4%，引道i纵≤5%；小桥随路线隧道L≥50m时，imax≤3%，且imin≥0.3%变坡点坡度线变坡点§3竖曲线一、竖曲线种类纵断面上相邻两段不同坡度线的交点称为变坡点。变坡点处需设置竖曲线。竖曲线采用二次抛物线。二次抛物线的计算结果与圆曲线相差很小。凹型竖曲线凸型竖曲线设计线凸型竖曲线凹型竖曲线转坡角：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。由于坡角不大，近似得α1α2ωi1i2i3凹型竖曲线ω0凸型竖曲线ω0tgtg212121iiωαααα---==≈二、竖曲线几何要素计算坡度差21ii外距LR2LT22TER22xyR切线长曲线长竖曲线上任意点纵距LTTyEωωxyxi1i2(代数差)（改正值）Ｒ——竖曲线半径(m)Rx——计算点桩号与竖曲线起点(或竖曲线终点)的桩号差二、竖曲线上任意点设计高程的计算1、计算切线高程1HHy2、计算设计高程H1——计算点切线高程H0——变坡点高程i——计算点处的纵坡度x——计算点至变坡点的平距±——当为凹形竖曲线时取“+”，当为凸形竖曲线时取“–”。±——当切线高于变坡点时取“+”，反之取“–”。10HHxi例：某道路一变坡点桩号K1+256.387，高程1854.236米，前坡i1=5.4%，后坡i2=3.5%，设置的竖曲线半径R=5000米。求K1+240、K1+260处的设计标高。解：1.计算切线高程5000(0.0350.054)22.50022RT切线长竖曲线起点桩号K1+256.387–22.5=K1+233.887竖曲线止点桩号K1+256.387+22.5=K1+278.887待求桩号至竖曲线起止点的桩号差：K1+240x=K1+240–K1+233.887=6.113K1+260x=K1+278.887–K1+260=18.887待求桩号处的切线高程K1+240H1=1854.236–(22.5–6.113)×0.054=1853.351K1+260H1=1854.236+(22.5–18.887)×0.035=1854.3622、计算设计高程待求桩号处纵距（改正值）226.1130.004225000xyR2218.8870.036225000xyRK1+240K1+260待求桩号处的设计高程：K1+240H=1853.351–0.004=1853.347米K1+260H=1854.362–0.036=1854.326米三、竖曲线最小半径这是对竖曲线半径作出的限制。竖曲线最小半径要满足：（1）缓和行车冲击（径向的超重、减重不要剧烈）；（2）行车时间不应少于3s；（3）满足行车视距。§4平、纵面线形组合设计一、组合设计的原则（1）自然地诱导驾驶员视线，保持视觉连续性；（2）平纵线形技术指标大小均衡，保持视觉和心理协调；（3）合成坡度组合得当，有利行车和排水；（4）注重与道路周围景观的配合。二、线形组合设计要点（1）平曲线与竖曲线的组合：平包竖组合原则：1、竖曲线与平曲线重合，且平曲线比竖曲线稍长，即“平包竖”。竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线中间最理想。2、竖曲线与平曲线半径大小保持均衡：根据经验，当平曲线半径小于1000m时，竖曲线半径为平曲线半径的10~20倍，即可获得线形的均衡性。3、不要在凸形竖曲线顶部、凹形竖曲线底部插入小半径平曲线。4、在一个平曲线范围内应避免多个竖曲线，反之亦然。5、避免变坡点设在反向曲线拐点处。（2）直线与纵断面的组合平面直线段不宜设置多次变坡，避免出现驼峰、凹陷、跳跃等使视觉中断的线形。（3）线形与景观的配合应遵循以下原则：a）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它特殊地区，一般以绕避为主。b）尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。c）应能提供视野的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体。d）不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。e）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。f）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。g）指导思想是重视沿线自然景观、自然环境的保护、利用和再造。§5道路纵断面设计一、纵断面设计的原则（1）纵断面设计应服从上位依据（总规、控规、可研、初设等业已批准的高程），根据所处的工作阶段取得可靠的定线依据；（2）满足纵断面设计的技术标准，满足等级要求；（3）纵断面线形平顺，坡段平缓，起伏小、少；（4）填挖少，工程量省，填挖基本平衡；（5）路基稳定；（6）基本满足沿途道路控制标高。道路控制标高是：a）起点、终点、沿途街坊地面、交叉口、出入口、广场、建筑物地坪、铁路道口、桥涵；b）由设计洪水位确定的路面高程、桥面高程；c）通航河流要满足桥下净空高度的要求；d）旧路改造时的原有路面高程；e）垭口。（7）路基最小填土高度；（8）保证市政管线的埋设、使用。管线覆土最小厚度0.7m。有时排水管控制了道路高程。二、纵断面设计成果（一）纵断面设计图1、纵断面设计步骤（1）绘制纵、横断面图在A3图幅的坐标纸上绘制中线地面高程点并连线，形成纵断面地面线；绘制平面线形示意图，以利进行平纵组合；写出桩号及对应的地面原始高程。在A3图幅的坐标纸上绘制各桩号横断面地面线，形成横断面图。高程米地质情况坡度/坡长填挖地面高程设计高程里程桩号平曲线×××设计院三角田—猛龙二级公路路线纵断面设计图设计复核审核图号SIII-2-1JD1R=200JD2R=150K0+0001632745546.60550548546544542540灰岩及亚粘土叶岩及亚砂土545.55552554K0+000~K0+700第1页共56页548.35548.78（2）标注控制点1）高程控制点指路线必须通过此高程点。根据调查资料确定该控制点的桩号和高程及性质，将其标注在纵断面图上。2）经济点指路线通过此点将使造价最低。逐一分析每个桩号的横断面图，找到经济点，将其标注在纵断面图上。找经济点的方法：用透明模板对齐横断面中线，沿横断面上下移动，找到填挖面积大致相等处，此时模板横线距横断面中桩地面线的距离即是经济点位置。▲路基横断面透明模板（3）试坡用直线（坡度线）通过高程控制点，穿过一系列经济点重心位置。反复进行此步骤，对各种可能的坡度线方案作比较，以确定最佳坡度线。这些坡度线延长相交得到变坡点位置。变坡点的位置应满足平包竖原则。高程米地质情况坡度/坡长填挖地面高程设计高程里程桩号平曲线云南省公路设计院三角田—猛龙二级公路路线纵断面设计图设计复核审核图号SIII-2-1JD1R=200JD2R=150K0+0001632745546.60546.60055054854654454254