道路交叉口竖向设计(同济大学)

平面交叉口的竖向设计竖向设计的目的•交叉口竖向设计的目的，是调整交叉口范围内的车行道、人行道、建筑物及其邻近地面有关各点的设计标高，统一解决相交道路之间以及交叉口和周围建筑物之间在立面位置上行车、排水和建筑三方面的要球，使交叉口能获得一个平顺的共同构筑面，以保证交通安全、方便、排水通畅、建筑造型美观。交叉口竖向设计的主要原则•1．主要道路与次要道路相交，一般次要道路的纵、横坡迁就主要道路纵、横坡的变化。•2．等级相同的两条道路交叉，如交通量差别不大，但有不同的纵坡时，一般维持两条道路的设计纵坡不变，而和缓地改变它们的横坡，使两条道路在立面上取得平顺(一般多从纵坡较小的道路入手，将路面拱顶线逐渐向纵坡较大的道路边侧移动，使其横断面与纵坡较大的道路纵坡取得一致)•3．相交道路的等级和交通量差异都较大时，可以考虑主要干道的纵、横断面均维持不变，而将次要道路双向倾斜的横断面，逐渐改变过渡到与主要干道的纵坡一致的单向倾斜横断面，以保证主要干道的交通便利。•4．为保证排水，设计时至少应有一条道路的纵坡能将交叉口范围内汇集的地面水排出；如所有道路纵坡都倾向交叉口时，则必须考虑在交叉口内设置雨水口，以保证交叉口排水要求。•5．在交叉口范围内，不应使一条道路的雨水排入另一条道路上，一般采用截水的办法，多在交叉口人行横道前或在路缘口转角曲线的切点上，布置雨水口。叉口竖向设计的基本型式交叉口竖向设计的型式，主要取决于地形以及与地形相适应的相交道路的纵、横断面。如以十字形交叉口为例，主要有六种基本型式：(一)四条道路的纵坡全部由交叉口中心向外倾斜其地形为凸形设计时往往只需把交叉口的坡度做成与相交道路同样的坡度，调整一下接近交叉口时的道路横坡，让地面水向交叉口四个街角的街沟排去即可，在交叉口内不需设置雨水口其地形为凹形地形。在这种情况下．地面水向交叉口中心集中，必须对应设置雨水口以排泄地面水，设计时可使交叉口中心地带略升高一些，在交叉口人行横道之外四个角低洼处设置雨水口，但这样做会使交叉口内的纵坡有起伏变化，不利行车，因此，最好能使一条主要道路的纵坡向交叉口外倾斜，这可通过把其纵坡转折点设计在交叉口以外达到目的。（二）四条道路纵坡均向交叉口中心倾斜(三)三条道路的纵坡由交叉口向外倾斜，而另一条道路纵坡向交叉口倾斜•其地形特点为相交道路之一位于分水线上。设计时可保持相交道路的横断面形状，对倾向交叉口的道路在其进入交叉口范围后将原来的拱顶线改变为三个方向离开交叉口，并在倾向交叉口的道路上，在接近人行横道处设置雨水口，以截住地面水不让其流入交叉口内。(四)三条道路的纵坡向交叉口中心倾斜，而另一条道路纵坡由交叉口中心向外倾斜•其地形特点为相交道路之一位于河谷线上。设计时，因有一条道路位于河谷线上，另一•条道路的纵断面在进入交叉口前产生转折点而形成过街横沟，对行车不利。所以应尽量使纵坡的转折点离开交叉口远些，并插入竖曲线加以缓和，在纵坡倾向交叉口的三条道路的人行横道前，都设置雨水口，以截住地面水不让其流入交叉口内。(五)相邻道路的纵坡向交叉口倾斜，而另外两条道路的纵坡由交叉口外倾斜，交叉口位于斜坡地形上•设计时可不改变相交道路的纵坡，按照天然斜坡地形，将两条道路的横坡在进入交叉口前逐渐向相交道路的纵坡方向倾斜．使交叉口形成一个单向倾斜的斜面，此时，在倾向交叉口的道路上接近人行横道的上方设置雨水口，以截住地面水不让其流入交叉口内。(六)相对两条道路的纵坡向交叉口倾斜，而另外两条道路的纵坡由交叉口向外倾斜，交叉口在马鞍形上•这种型式设计时，若主要道路向交叉口中心倾斜，则如图（5—6b)处理；若次要道路向交叉口中心倾斜，则将雨水口的位置还要往外移，不使雨水排入相邻的主要道路上。•除以上六种基本型式外，还有一种特殊型式，即交叉口位于水平地形上。在这种情况下，只要把交叉口的设计标高稍微抬高一些，就可设计成如图5-l所示的型式。必要时，也可以不改变纵坡，而将相交道路的街沟都设计成锯齿形，用以排除地面水。•以上所述仅是几个典型十字形交叉口的竖向设计型式，尚有其他型式的交叉口，型式虽然不同，但竖向设计的要求和原则都是一样的。从以上所列的竖向设计图形可以看出，竖向没计图形不同，其使用效果也有差异，最主要的原因是与相交道路纵坡方向的组合有密切关系。所以，如要获得交叉口理想的竖向设计，进行路段的纵断面设计时，就要为交叉口的竖向设计创造良好条件。交叉口竖向设计的方法及步骤交叉口竖向设计的方法及步骤•交叉口竖向设计有三种方法：方格网法、设计等高线法、方格网设计等高线法。方格网法是在交叉口的设计范围内，以相交道路的中心线为坐标基线打方格网，方格网线一般为5×5m或10×10m平行于路中心线的线，斜交道路的方格网线应选在便于施工放线测量的方向，测出方格点上的地面标高并求出其设计标高，从而算出施工高度(参见图5-10)。设计等高线法是在交叉口的设计范围内，选定路脊线和划分标高计算线网，算出路脊线和标高计线上各点的设计标高，最后勾划设计等高线，并算出各点的施工高度(参见图5-l7)。设计等高线法的主要优点是比方格网法能更加清晰地反映出交叉口的竖向设计形状，其缺点是设计等线上的各点位置不易放样，故通常是两种方法结合使用(方格网设计等高线法)，取长补短，即采用设计等高线法设计，为了便于施工放样，用方格网标出各点的地面标高、设计标高和施工高度。方格网设计等高线法，主要用于大型交叉口和广场的竖向设计。对一般交叉口，通常都采用设计等高线法或方格网法，以设计等高线法较普遍采用。方格网设计等高线法竖向设计方法和步骤•(一)收集资料1．测量资料一般常用l：500或1：200的地形图，在图上以相交道路的中心线为坐标基线打方格网，方格的大小视相交道路的等级(主要道路和次要道路)、地形和设计精度的要求而定，一般采用5×5m或10×10m，并测出方格点上的地面标高。•2．交通资料交通量和交通组成。•3．排水资料已建或拟建的排水管的位置及管径(或明沟位置及尺寸)。•4．道路资料交叉道路的等级、宽度、纵坡、横坡以及交叉口控制标高和四周建筑物标高。•(二)绘出交叉口平面图包括：路中心线、车行道和人行道的宽度、缘石及其转弯半径、分隔带宽度等。(三)确定交叉口设计范围设计范围一般为缘石转弯半径的切点以外5-10m(即相当于一个方格尺寸)，这是因为考虑到自双向横坡逐渐过渡到单向横坡所需要的距离。•(四)确定竖向没计的图式根据相交道路的等级、纵坡方向和地形，确定采用的竖向设计等高线型式(如图5-1至图5-6)，并选定设计等高线的高差(一般为0.02～0.10m，宜取偶数便于计)。•(五)确定路段上的设计标高首先在车行道中心线上根据设计纵坡度及高程定出某一设计等高线的位置，并根据所选定的相邻等高线的高差h，算出车行道中心线上相邻等高线的水平间距L1.根据L1，即可定出车行道中心线上其余的设计等高线通过位置。然后，定出设计等高线在街沟线上的位置。由于车行道横坡度的影响，设计等高线在街沟线上的位置向纵坡的上方偏移了一水平距离L2•根据L2：即可定出车行道街沟线上其余的设计等高线通过位置。求出L1和L2的位置后，连接同一等高线上的各点，即得以设计等高线表示的道路路段竖向设计图。如路拱为抛物线型，路段上的设计等高线理应以曲线勾划，但为简化绘图的工作•量起见，一般可用折线表示，如图5-7所示。•(六)确定交叉口内的设计标高•1．首先选定交叉口范围内合适的路脊线和控制标高所谓路脊线即是路拱顶点(分水点)的连线。路脊线位置的选定合理与否，将直接影响交叉口上的排水、行车和立面观瞻。所以，要做好竖向设计，首先要选好路脊线的位置在交叉口上，相交道路的路中心线交会于一点时，一般说来，路中心线即为其路脊线，路脊线的交点即为其控制标高点。在斜交的T形交叉口上，相交道路虽然必交于一点，但当斜交的偏角过大时，其路中心线就不宜作为路脊线，因这样做出的路拱不匀称，应加以调整，如图5-8中所示的AB＇、BC＇、DB＇。修正路脊线的起点A、C、D，一般取在缘石转弯半径的切点断面处，B＇的位置原则上应选在双向车流的中间位置(车行道中间)。•当主要干道与次要道路相交时，在一般情况下，尽可能都照顾到主、次道路的行车方便。在特殊情况下，如果主要干道的车速高、交通量大，而占压倒优势，则宜令主要干道的横坡不变，此时次要道路的路脊线只能交至主要干道的车行道边线(图5-9)，但这样的竖向设计，会在次要道路上形成过街横沟，对行车，排水都不利，应尽量避免•选定路脊线的基本原则是：既要考虑行车平顺，又要考虑整个交叉口均衡美观。一般来说，路脊线常是对向车辆行驶轨迹的分界线。•交叉口的控制标高，应根据相交道路的纵坡、交叉口四周地形、路面厚度和建筑物的布置等综合考虑确定。在确定相交道路中心线交点的控制标高时，不宜使相交道路的纵坡值相差太大，其差值一般要求不大于0.5％；有可能的话，应尽量使交叉口处相交道路的纵坡大致相等，它有利于竖向设计的处理。•2．确定标高计算线网并计算标高计算线上各点的设计标高只有路脊线上的设计标高，仍不能足够反映交叉口设计范围内的竖向设计地形，还必须算出路脊线以外各点的设计标高。平面交叉口竖向设计的关键问题是选择合适的路脊线和标高计算线网。如果这二个问题•得到了妥善解决，则各点标高的计算也就迎刃而解了.标高计算线网是竖向设计中计算交叉口范围内各点标高必不可少的辅助线。标高计算线网的确定可以采用如下几种方法：(1)方格网法(图5-10)在交叉口平面图上，平行于道路中心线画5×5m或l0×10m的方格网线，遇特殊情况，方格网的大小也可酌情增减，如道路斜交，格网线应选在便于施工测量放线的方向。方格网法适宜用在道路正交的交叉口。根据路脊线交点A的控制标高hA，可逐一求出以下各点的设计标高。缘石转弯半径切点横断面上的三点标高：同理，可求得F3、N等点的标高。•根据以上求得A、E3、F3点的控制标高，即可算出交叉口范围内其他的标高点。缘石延长线交点C3的标R高：按E3或F3算出C点标高，如两点标高不相等时，则取其平均值，故•连接A、O3通过C3点与缘石曲线相交于D3，则D3点的标高为：根据求得的E3、F3、D3各点标高，在缘石曲线E3F3和路脊线AG、AN上，用补插法求出所需要的等高点。同理，可把四个角的等高点都算出来。•(2)圆心法(图5-11)在路脊线上根据施工的需要每隔一定距离(或等分)定出若干点，把这些点分别与相应的缘石转弯半径的圆心连成直线(只画到缘石曲线上即可)，这样，就形成以路脊线为分水线，以路脊线交点为控制中心的标高计算线网。•(3)等分法•把交叉口范围内的路脊线等分为若干份，然后在相应的缘石曲线上也分成同样数量的等份。顺序连接这些等分点，即得交叉口的标高计线网。•(4)平行线法(图5-13)•先把路脊线交点与各转角的圆心连成直线，然后根据施工需要把路脊线分成若干点，通过这些点作以上直线的平行线交于缘石曲线上，即得标高计算线从以上绘制标高计算线网的四种图形可以看出，标高计算线所在的位置，即是用于计该断面路拱设计标高的依据，而标准的路拱横断面应是与车辆的行驶方向相垂直的。所以，如果所确定的标高计算线位置不与行车方向垂直，即标高计算线与要求的路拱横断面并不在同一位置上时，那么，按选用的路拱方程计算出来的路拱标高，将不是正确的路拱形状。因此，不论选用那一种型式，都应力求使标高计算线处于与行车方向垂直的位置，同时，还要便于计算。根据这个要求，在上述绘制标高计算线网的四种方法中，推荐采用等分法。•当主要道路与次要道路相交而主要道路在交叉口上的横坡不变时，则路脊线的交点即要移到次要道路的路脊线与主要道路的车行道边线的交点上(参见图5—9)，此时的标高计算线网不论采用那一种方法拉线，都必须自移位后的路脊线交点拉出。每条标高计算线上标高点的数目，可根据路面宽度、施工需要、坡度大小和设计等高线的数量来决定。路宽、坡陡、施工精度要求高的，则标高点数可多些；反之，则少些。标高点高程的计算与所选用的路拱型式有关，一般是采用下列公式的抛物线路拱型式来计(图5—14)：上列公式可根据