道路工程(运输)第3章

第3章纵断面设计3.1概述3.2纵断面线形设计3.3道路平、纵组合设计3.4纵断面设计方法及成果3.1概述1.纵断面设计内容（1）纵坡设计：坡度、坡长（2）竖曲线设计：竖曲线半径、竖曲线长度2.设计标高公路：新建公路：路基边缘点（没有超高前）中央分隔带边缘点（没有超高前）改建公路：路基边缘点或路基中线点（没有超高前）城市道路：道路中线点（没有超高前）中央分隔带边缘点（没有超高前）设计标高的位置3.2纵断面线形设计3.2.1纵坡及坡长设计1.纵向设计的一般要求（1）应满足《公路工程技术标准》和《城市道路设计规范》的有关规定。（2）纵坡平顺。（3）应综合考虑沿线地形、地质、水文、气候和排水等因素。（4）一般情况下考虑填、挖方平衡。（5）还应满足最小填土高度要求。（6）连接段纵坡要求。（7）在实地调查的基础上，公路应充分考虑通道、农田水利等方面的要求；城市道路应充分考虑管线综合的要求。3.2.2纵坡及坡长技术指标1.最大纵坡：各级道路允许采用的最大坡度值。（公路、城市道路）确定原理：（1）汽车动力特性（2）道路等级（3）自然条件（4）工程、运营经济因素特殊地段最大纵坡：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%；桥上及桥头路线的最大纵坡：桥上4%，引道5%隧道部分路线纵坡：3%非机动车道最大纵坡：平原微丘区2%~3%，山岭重丘4%~5%设计车速1201008060403020最大纵坡3456789《公路路线设计规范》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3000~4000m折减1%；4000~5000m折减2%；5000m以上折减3%的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。城市道路则按课本表附注折减。2.高原纵坡折减理想的最大纵坡i1：希望车速V1等速行驶坡度i2（不限长度的纵坡）：V2的速度等速行驶，V2称为容许速度﹥i2：减速行驶直至熄火。故：对大于i2的纵坡应限制长度。3.理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡4.坡长限制（1）最大坡长限制（公路和城市道路）见课本P145表7-6（2）最小坡长限制5.最小纵坡：考虑排水要求。公路：长挖方地段及横向排水不通畅地段一般0.5%，特殊0.3%城市道路：一般0.5%，特殊0.3%6.缓和坡段作用：以恢复在上陡坡的速度通常。采用缓和坡段的纵坡不大于3%，其长度应不小于最小坡长7.平均纵坡：一定长度的路段纵向所克服的高差与路线长度的比值。iCP=⊿H/L《公路工程技术标准》规定：二、三、四级公路越岭路线的平均纵坡，一般以接近5.5%（相对高差为200m~500m）和5%（相对高差大于500m）为宜，并注意任何相连3㎞路段的平均纵坡不宜大于5.5%。（1）最大合成坡度：考虑行车安全，用于急转弯和陡坡路段组合的情形。《公路工程技术标准》：对各级公路最大允许合成坡度规定见表。《城市道路规范》：城市道路最大允许合成坡度规定见表.（2）最小合成坡度：考虑排水要求，应大于或等于0.5%。22iiIh8.合成坡度：指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡的矢量和。3.2.3竖曲线定义：纵断面设计线上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和的线型。规定：（1）在纵断面上只计水平距离和竖直高度，斜线不计角度而计坡度。ωi1﹥0i2﹤0i3=0﹤0凸形竖曲线ω=i2-i1﹥0凹形竖曲线（2）上坡为正，下坡为负。1.竖曲线要素的计算公式（1）竖曲线的基本方程式y=x2/2k+i1xiP=dy/dx=x/k+i1当x=0,iP=i1当x=L,iP=L/k+i1=i2则k=L/(i2-i1)=L/ω因R=k(1+i2)3/2≈k则y=x2ω/2L+i1x即y=x2/2R+i1x竖曲线长度L：L=Rω竖曲线半径R：R=L/ω竖曲线切线长T：T=L/2竖曲线任一点竖距h：h=x2/2R（2）竖曲线诸要素计算公式（1）竖曲线设计限制因素●缓和冲击a=v2/R=V2/12.96R(m/s2)Rmin=V2/12.96a=V2/3.6(取a=0.278m/s2)●行程时间不能过短取t=3(s)Lmin=vt=V/1.2(m)●满足行车视距要求凸形竖曲线：行车视距为有效控制因素。凹形竖曲线：缓和冲击为有效控制因素。2.竖曲线的最小半径3.竖曲线的计算4.爬坡车道爬坡车道：陡坡路段正线行车道外侧增设供载重车行驶的专用车道。（1）设置爬坡车道的条件●允许最低速度以下；●设计通行能力小于设计小时交通量。（2）爬坡车道的设计●横断面组成●平面布置与长度爬坡车道分离渐变段汇流渐变段爬坡车道5.避险车道6.紧急停车带当高速公路硬路肩宽度小于2.5米时，须每隔一段距离设置紧急停车带。3.3视觉分析及道路平、纵组合设计3.3.1视觉分析1.定义：从驾驶人员的视觉及其心理反应出发，对道路的空间线形及其与周围自然环境和沿线建筑物的协调进行研究分析，以保持视觉连续性和舒顺性，使行车具有足够的心理舒适感和安全感的综合设计。2.视觉与车速动态规律3.视觉评价方法:透视图1.定义：指在满足汽车运动学和力学要求前提下，研究道路如何满足视觉和心理方面的连续、舒适、与周围环境的协调和良好的排水条件。2.平、纵组合的设计原则（1）应保持视觉的连续性。（2）平、纵线形的技术指标大小应保持平衡。（3）选择组合得当的合成坡度。（4）注意与道路周围环境的配合。3.3.2道路平、纵线形组合设计（1）平包竖（2）平曲线与竖曲线大小应保持均衡（3）暗、明弯与凸、凹竖曲线（4）平、竖曲线应避免的组合3.平曲线与竖曲线的组合设计4公路与景观设计4.公路与景观设计4.公路与景观设计名神高速公路名神高速公路隔离栅的位置日本画家安藤广重，描绘日本旧时由江户(今东京)至京都所经过的53个宿场(驿站之意)的景色。(1797--1858),3.4纵断面设计方法及成果（1）极限指标的应用（2）最短坡长的运用（3）纵坡与地形相结合（4）竖曲线的半径选用（视觉要求的最小半径）（5）竖曲线的衔接（1）控制标高的影响（2）非机动车的考虑（3）地下管线的影响（4）与沿线出入口的衔接（5）最小纵坡度的要求●城市道路纵断面设计应注意的问题：1.收集资料2.标注控制点3.试坡4.调整坡度线5.核对重要断面6.定坡度、坡长及变坡点的位置7.竖曲线设计3.4.2纵断面的设计步骤1.纵坡及坡长技术指标：最大纵坡，最小纵坡，高原纵坡折减，坡长限制，平均纵坡，缓和坡段，合成坡度2.竖曲线最小半径缓和冲击，行程时间，视距要求。3.竖曲线计算4.平纵组合设计小结：作业：1.某道路变坡点桩号为K25+460.00，高程为780.72米，i1=0.8%，i2=5%，竖曲线的半径为5000米。（1）计算竖曲线要素；（2）计算竖曲线起点、K25+400.00、K25+460.00、K25+500.00、竖曲线终点的设计标高。2.某山岭区高速公路V=80km/h，规定的最大纵坡为5%，当汽车在半径为250米，超高横坡为10%的平曲线路段上行驶时，求此路段的实际最大纵坡应为多少？