第9講 縱斷面設(shè)計

1、n 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述n定義：定義：沿著道路中線豎向剖面的展開圖即為路線縱沿著道路中線豎向剖面的展開圖即為路線縱斷面。斷面。n縱斷面設(shè)計縱斷面設(shè)計：在路線縱斷面圖上研究路線線位高度在路線縱斷面圖上研究路線線位高度及坡度變化情況的過程。及坡度變化情況的過程。n任務(wù)：任務(wù)：研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成及其大小與長度。研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成及其大小與長度。n依據(jù)：依據(jù)：汽車的動力特性、道路等級、當(dāng)?shù)氐淖匀坏仄嚨膭恿μ匦?、道路等級、?dāng)?shù)氐淖匀坏乩項l件以及工程經(jīng)濟性等。理條件以及工程經(jīng)濟性等。n地面線：地面線：它是根據(jù)中線上各樁點的高程而點繪的一它是根據(jù)中線上各樁點的高程而點繪的一條不規(guī)則的折線；

2、條不規(guī)則的折線；n設(shè)計線：設(shè)計線：路線上各點路基設(shè)計高程的連續(xù)。路線上各點路基設(shè)計高程的連續(xù)。n地面線：地面線：它是根據(jù)中線上各樁點的高程而點繪的一它是根據(jù)中線上各樁點的高程而點繪的一條不規(guī)則的折線；條不規(guī)則的折線；n設(shè)計線：設(shè)計線：路線上各點路基設(shè)計高程的連續(xù)。路線上各點路基設(shè)計高程的連續(xù)。n地面高程：地面高程：中線上地面點高程。中線上地面點高程。n設(shè)計高程：設(shè)計高程：一般公路，路基未設(shè)加寬超高前的路肩一般公路，路基未設(shè)加寬超高前的路肩邊緣的高程。邊緣的高程。n 設(shè)分隔帶公路，一般為分隔帶外邊緣。設(shè)分隔帶公路，一般為分隔帶外邊緣。n路基高度：路基高度：橫斷面上設(shè)計高程與地面高程之高差。橫斷面

3、上設(shè)計高程與地面高程之高差。n 路堤：路堤：設(shè)計高程大于地面高程。設(shè)計高程大于地面高程。n 路塹：路塹：設(shè)計高程小于地面高程。設(shè)計高程小于地面高程。n縱斷面設(shè)計內(nèi)容縱斷面設(shè)計內(nèi)容：坡度及坡長坡度及坡長n 豎曲線豎曲線 n 一、縱坡設(shè)計的一般要求一、縱坡設(shè)計的一般要求n 1縱坡設(shè)計必須滿足縱坡設(shè)計必須滿足標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的各項規(guī)定。的各項規(guī)定。n 2為保證車輛能以一定速度安全順適地行駛，縱為保證車輛能以一定速度安全順適地行駛，縱坡應(yīng)具有一定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁。坡應(yīng)具有一定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁。n 盡量避免采用極限縱坡值。盡量避免采用極限縱坡值。n 合理安排緩和坡段，不宜連續(xù)采用

4、極限長度的合理安排緩和坡段，不宜連續(xù)采用極限長度的陡坡夾最短長度的緩坡。陡坡夾最短長度的緩坡。n 連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡段。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡段。n 越嶺線啞口附近的縱坡應(yīng)盡量緩一些。越嶺線啞口附近的縱坡應(yīng)盡量緩一些。 n 3縱坡設(shè)計應(yīng)對沿線地面、地下管線、地質(zhì)、水文、縱坡設(shè)計應(yīng)對沿線地面、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候和排水等綜合考慮，視具體情況加以處理，以保氣候和排水等綜合考慮，視具體情況加以處理，以保證道路的穩(wěn)定與通暢證道路的穩(wěn)定與通暢 n 5 5平原微丘區(qū)地下水埋深較淺，或池塘、湖泊分平原微丘區(qū)地下水埋深較淺，或池塘、湖泊分布較廣，縱坡除應(yīng)滿足最小縱坡要求外，還

5、應(yīng)布較廣，縱坡除應(yīng)滿足最小縱坡要求外，還應(yīng)滿足最滿足最小填上高度要求小填上高度要求，保證路基穩(wěn)定。，保證路基穩(wěn)定。即即包線設(shè)計包線設(shè)計。n 6 6對連接段縱坡，如大、中橋引道及隧道兩端接對連接段縱坡，如大、中橋引道及隧道兩端接線等，縱坡應(yīng)和緩、避免產(chǎn)生突變。交叉處前后的縱線等，縱坡應(yīng)和緩、避免產(chǎn)生突變。交叉處前后的縱坡應(yīng)平緩一些，坡應(yīng)平緩一些，n 7 7在實地調(diào)查基礎(chǔ)上，充分考慮通道、農(nóng)田水利在實地調(diào)查基礎(chǔ)上，充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。等方面的要求。n各級公路最大縱坡的規(guī)定（表各級公路最大縱坡的規(guī)定（表4-34-3）設(shè)計速度設(shè)計速度（km/h）1201008060403020最大縱坡

6、（%） 3 4 5 6 7 8 9三、高原縱坡折減三、高原縱坡折減四、理想的最大縱坡和不限長度的最大縱坡四、理想的最大縱坡和不限長度的最大縱坡n1. 理想的最大縱坡理想的最大縱坡i1：是指設(shè)計車型即載重車在油：是指設(shè)計車型即載重車在油門全開的情況下，持續(xù)以門全開的情況下，持續(xù)以V1等速行駛所能克服的坡等速行駛所能克服的坡度。度。V1取值，對低速路為設(shè)計速度，高速路為上述取值，對低速路為設(shè)計速度，高速路為上述載重車的最高速度。載重車的最高速度。 n i i1 1=D=D1 1-f-fn容許速度容許速度V V2 2：不同等級的道路容許速度應(yīng)不同，其不同等級的道路容許速度應(yīng)不同，其值一般應(yīng)不小于設(shè)計

7、速度的值一般應(yīng)不小于設(shè)計速度的1/21/22/32/3（高速路取低（高速路取低限，低速路取高限）。限，低速路取高限）。 n i i2 2=D=D2 2-f-f11Difn最小縱坡：最小縱坡：各級公路在特殊情況下容許使用的最小各級公路在特殊情況下容許使用的最小坡度值。坡度值。n最小縱坡值最小縱坡值：0.3%0.3%，一般情況下，一般情況下0.5%0.5%為宜。為宜。n適用條件適用條件：橫向排水不暢路段：長路塹、橋梁、隧：橫向排水不暢路段：長路塹、橋梁、隧道、設(shè)超高的平曲線、路肩設(shè)截水墻等。道、設(shè)超高的平曲線、路肩設(shè)截水墻等。n 當(dāng)必須設(shè)計平坡（當(dāng)必須設(shè)計平坡（0%0%）或小于）或小于0.3%0.

8、3%的縱坡時，邊的縱坡時，邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計。溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計。n 在彎道超高橫坡漸變段上，為使行車道外側(cè)邊緣在彎道超高橫坡漸變段上，為使行車道外側(cè)邊緣不出現(xiàn)反坡，設(shè)計最小縱坡不宜小于超高允許漸變率。不出現(xiàn)反坡，設(shè)計最小縱坡不宜小于超高允許漸變率。n 干旱少雨地區(qū)最小縱坡可不受上述限制。干旱少雨地區(qū)最小縱坡可不受上述限制。五、最小縱坡五、最小縱坡n 內(nèi)容：最小坡長限制：任何路段內(nèi)容：最小坡長限制：任何路段n 最大坡長：陡坡路段最大坡長：陡坡路段n 1最短坡長限制最短坡長限制n標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各級公路最短坡長不應(yīng)小于規(guī)定，各級公路最短坡長不應(yīng)小于2.5Vm。n 城市道路最小坡長按表城市道路最小

9、坡長按表4.2.4選用。選用。 n標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級公路最大坡長限制。規(guī)定各級公路最大坡長限制。 n 城市道路最大坡長按表城市道路最大坡長按表4.2.5選用。選用。 n標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，規(guī)定，連續(xù)上坡連續(xù)上坡(或下坡或下坡)時，應(yīng)在不大于時，應(yīng)在不大于表表3. .0.17-2所規(guī)定的縱坡長度范圍內(nèi)設(shè)置緩和坡段。所規(guī)定的縱坡長度范圍內(nèi)設(shè)置緩和坡段。緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于緩和坡段的縱坡應(yīng)不大于3，其長度應(yīng)符合縱坡長，其長度應(yīng)符合縱坡長度的規(guī)定。度的規(guī)定。n緩和坡段：縱坡值：不應(yīng)大于緩和坡段：縱坡值：不應(yīng)大于3%n 長長 度：不小于最小坡長要求度：不小于最小坡長要求n 線線 形：宜采用直線。在地形困難路段

10、可形：宜采用直線。在地形困難路段可采用曲線；采用曲線；n注：曲線半徑較小時，緩和坡段長度應(yīng)增加。注：曲線半徑較小時，緩和坡段長度應(yīng)增加。n 回頭曲線段不能作為緩和坡段。回頭曲線段不能作為緩和坡段。n平均縱坡是指一定長度的路段縱向所克服的高差平均縱坡是指一定長度的路段縱向所克服的高差H與與路線長度路線長度L之比（連續(xù)升坡或降坡路段）。之比（連續(xù)升坡或降坡路段）。LHi平標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：規(guī)定：越嶺路線連續(xù)上坡越嶺路線連續(xù)上坡(或下坡或下坡)路段，路段，相相對高差為對高差為200500m時，平均縱坡不應(yīng)大于時，平均縱坡不應(yīng)大于5.5；相對高差大于相對高差大于500m時，平均縱坡不應(yīng)大于時，平均縱坡不應(yīng)

11、大于5。任意連續(xù)任意連續(xù)3km路段平均縱坡不應(yīng)大于路段平均縱坡不應(yīng)大于5.5。城市道路的平均縱坡按上述規(guī)定減少城市道路的平均縱坡按上述規(guī)定減少1.0%。對于海。對于海拔拔3000m以上的高原地區(qū)，平均縱坡應(yīng)較規(guī)定值減少以上的高原地區(qū)，平均縱坡應(yīng)較規(guī)定值減少0.5%1.0%。九 、 合 成 坡九 、 合 成 坡度度22zhiiIn式中：式中：II合成坡度（合成坡度（% %）；）；n i ih h超高橫坡度或路拱橫坡度（超高橫坡度或路拱橫坡度（% %）；）；n i iz z路線設(shè)計縱坡坡度（路線設(shè)計縱坡坡度（% %）。）。n 2.最大允許合成坡度值：最大允許合成坡度值： n （1）最大允許合成坡度

12、值：最大允許合成坡度值： （2 2）最小合成坡度最小合成坡度：n最小合成坡度不宜小于最小合成坡度不宜小于0.5%0.5%。n當(dāng)合成坡度小于當(dāng)合成坡度小于0.50.5時，應(yīng)采取綜合排水措施，以時，應(yīng)采取綜合排水措施，以保證路面排水暢通。保證路面排水暢通。12i1i2i3變坡點：相鄰兩條坡度線的交點。變坡點：相鄰兩條坡度線的交點。變坡角：相鄰兩條坡度線的坡角差，通常用坡度值變坡角：相鄰兩條坡度線的坡角差，通常用坡度值之差代替，用之差代替，用表示，即表示，即 =2 2-1 1tgtg2 2- tg- tg1 1=i=i2 2-i-i1 1凹型豎曲線凹型豎曲線 00凸型豎曲線凸型豎曲線 00n（1 1

13、）其緩沖作用：以平緩曲線取代折線可消除汽車在）其緩沖作用：以平緩曲線取代折線可消除汽車在變坡點的突變。變坡點的突變。n（2 2）保證公路縱向的行車視距：）保證公路縱向的行車視距：n 凸形：縱坡變化大時，盲區(qū)較大。凸形：縱坡變化大時，盲區(qū)較大。n 凹形：下穿式立體交叉的下線。凹形：下穿式立體交叉的下線。n 3. 豎豎曲線的線形曲線的線形n規(guī)范規(guī)范規(guī)定采用規(guī)定采用二次拋物線二次拋物線作為豎曲線的線形。作為豎曲線的線形。n 拋物線的縱軸保持直立，且與兩相鄰縱坡線相切。拋物線的縱軸保持直立，且與兩相鄰縱坡線相切。 一、豎曲線要素的計算公式一、豎曲線要素的計算公式n1 1豎曲線的基本方程式：豎曲線的基本

14、方程式：設(shè)變坡點相鄰兩縱坡坡設(shè)變坡點相鄰兩縱坡坡度分別為度分別為i i1 1和和i i2 2。拋物線豎曲線有兩種可能的形式：。拋物線豎曲線有兩種可能的形式：n（1 1）包含拋物線底（頂）部；）包含拋物線底（頂）部；n（2 2）不含拋物線底（頂）部）不含拋物線底（頂）部。221xRy n式中：式中：RR拋物線頂點拋物線頂點處的曲率半徑處的曲率半徑ABABxixky1221一、豎曲線要素的計算公式一、豎曲線要素的計算公式n1 1豎曲線的基本方程式：豎曲線的基本方程式：設(shè)變坡點相鄰兩縱坡坡設(shè)變坡點相鄰兩縱坡坡度分別為度分別為i i1 1和和i i2 2。拋物線豎曲線有兩種可能的形式：。拋物線豎曲線有

15、兩種可能的形式：n（1 1）包含拋物線底（頂）部；）包含拋物線底（頂）部；n（2 2）不含拋物線底（頂）部）不含拋物線底（頂）部。n式中：式中：kk拋物線頂點拋物線頂點處的曲率半徑處的曲率半徑 ；n i i1 1豎曲線頂豎曲線頂（底）點處切線的坡度。（底）點處切線的坡度。n對豎曲線上任一點對豎曲線上任一點P P，其切線的斜率（縱坡）為，其切線的斜率（縱坡）為n當(dāng)當(dāng)x=0時，時，ip=i1；n當(dāng)當(dāng)x=L時，時， n豎曲線半徑豎曲線半徑R R系指豎曲線頂（底）部的曲率半徑。系指豎曲線頂（底）部的曲率半徑。n若豎曲線包含拋物線頂點，則若豎曲線包含拋物線頂點，則 R=kR=k。n若豎曲線不包含拋物線頂

16、點，則豎曲線半徑指豎曲若豎曲線不包含拋物線頂點，則豎曲線半徑指豎曲線的頂（凸豎曲線）或底（凹豎曲線）部的曲率半線的頂（凸豎曲線）或底（凹豎曲線）部的曲率半徑。可按下面的方法計算：徑?？砂聪旅娴姆椒ㄓ嬎悖?1ikxdxdyiP21iikLipLiiLk12n拋物線頂點拋物線頂點曲率半徑：曲率半徑：拋物線上任一點的曲率半徑為拋物線上任一點的曲率半徑為r r，n拋物線上任一點的曲率半徑拋物線上任一點的曲率半徑 r r = k= k（1+i1+i2 2）3/23/2n豎曲線底部的切線坡度豎曲線底部的切線坡度i i1 1較小，較小，故故i12可略去不可略去不計計 ，則豎曲線底部的曲率半徑，則豎曲線底部的

17、曲率半徑R R為：為：n R = r kR = r k222/32/)(1dxyddxdyr, idxdykdxyd122n二次拋物線豎曲線基本方程式（通式）為二次拋物線豎曲線基本方程式（通式）為xixRy12214822TLERTE，2 2豎曲線諸要素計算公式豎曲線諸要素計算公式n（1 1）豎曲線長度）豎曲線長度L L或豎曲線半徑或豎曲線半徑R R：n L = xL = xA A - x - xB BLRRL,n （2 2）豎曲線切線長）豎曲線切線長T T：n 因為因為T = TT = T1 1 = T= T2 2，則，則 22RLTi2ABi2n（4）豎曲線上任一點豎距）豎曲線上任一點豎距

18、h： RxxixiRxyyPQhQP222112n下半支曲線在豎曲線終點的切線上的豎距下半支曲線在豎曲線終點的切線上的豎距h為：為： RxLh2)(2hL-xhn（3）豎曲線上任一點豎距）豎曲線上任一點豎距h： RxxixiRxyyPQhQP222112n下半支曲線在豎曲線終點的切線上的豎距下半支曲線在豎曲線終點的切線上的豎距h為：為： RxLh2)(2為簡單起見，將兩式合并寫成下式，為簡單起見，將兩式合并寫成下式， Rxy22式中：式中：x豎曲線上任意點與豎曲線始點或終點的水平距離，豎曲線上任意點與豎曲線始點或終點的水平距離， y豎曲線上任意點到切線的縱距，即豎曲線上任意點豎曲線上任意點到切

19、線的縱距，即豎曲線上任意點與坡線的高差。與坡線的高差。RTE2211RTE2222故 T1 = T2 = T488222TLRERTE或 由于外距是邊坡點處的豎距，則E1 = E2 = E，下半支曲線x = T2時：n （一）豎曲線設(shè)計限制因素（一）豎曲線設(shè)計限制因素n 1 1緩和沖擊緩和沖擊n 汽車在豎曲線上行駛時其離心加速度為汽車在豎曲線上行駛時其離心加速度為: : 二、豎曲線的最小半徑二、豎曲線的最小半徑 ,R13VRva22a13VR2n根據(jù)試驗，認為離心加速度應(yīng)限制在根據(jù)試驗，認為離心加速度應(yīng)限制在0.50.7m/s2比較比較合適。我國合適。我國標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的豎曲線最小半徑值，相當(dāng)規(guī)定的豎曲線最小半徑值，相當(dāng)于于a=0.278 m/s2。 6 . 3,6