道路勘測(cè)設(shè)計(jì)(第三版) 第3章 縱斷面設(shè)計(jì)

1、n 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：n縱斷面的概念及組成要素縱斷面的概念及組成要素n最大縱坡和最小縱坡最大縱坡和最小縱坡n坡長(zhǎng)限制和緩和坡段坡長(zhǎng)限制和緩和坡段n平均縱坡和合成坡度平均縱坡和合成坡度n豎曲線要素與豎曲線最小半徑豎曲線要素與豎曲線最小半徑n視覺分析與平、縱配合視覺分析與平、縱配合n縱斷面設(shè)計(jì)方法、步驟及成果縱斷面設(shè)計(jì)方法、步驟及成果n 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述n定義：定義：沿道路中線豎向剖面的沿道路中線豎向剖面的展開圖展開圖即為路線縱斷面。即為路線縱斷面。n縱斷面設(shè)計(jì)縱斷面設(shè)計(jì)：研究路線線位研究路線線位高度高度及及坡度坡度、坡長(zhǎng)坡長(zhǎng)變化情況變化情況的過程。的過程。n任務(wù)：任務(wù)：研究縱斷

2、面線形的研究縱斷面線形的幾何構(gòu)成幾何構(gòu)成及其及其大小大小與與長(zhǎng)度長(zhǎng)度。n依據(jù)：依據(jù)：汽車的動(dòng)力特性、道路等級(jí)、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l汽車的動(dòng)力特性、道路等級(jí)、當(dāng)?shù)氐淖匀坏乩項(xiàng)l件以及工程經(jīng)濟(jì)性等。件以及工程經(jīng)濟(jì)性等。n地面線：地面線：根據(jù)中樁點(diǎn)的根據(jù)中樁點(diǎn)的高程高程繪的一條折線；繪的一條折線；n設(shè)計(jì)線：設(shè)計(jì)線：路線上各點(diǎn)路基路線上各點(diǎn)路基設(shè)計(jì)高程設(shè)計(jì)高程的連線。的連線。n變坡導(dǎo)線變坡導(dǎo)線：變坡點(diǎn)變坡點(diǎn)間的連線間的連線地面線：地面線：根據(jù)中樁點(diǎn)的根據(jù)中樁點(diǎn)的高程高程繪的一條折線；繪的一條折線；設(shè)計(jì)線：設(shè)計(jì)線：路線上各點(diǎn)路基路線上各點(diǎn)路基設(shè)計(jì)高程設(shè)計(jì)高程的連線。的連線。變坡導(dǎo)線變坡導(dǎo)線：變坡點(diǎn)變坡點(diǎn)間的連

3、線間的連線n地面高程：地面高程：中線上地面點(diǎn)高程。中線上地面點(diǎn)高程。n設(shè)計(jì)高程：兩種規(guī)定設(shè)計(jì)高程：兩種規(guī)定n公路：公路：n城市道路：城市道路：路基設(shè)計(jì)標(biāo)高n一般公路，路基一般公路，路基未設(shè)未設(shè)加寬超高加寬超高前前的的路肩邊緣路肩邊緣的的高程高程。設(shè)計(jì)標(biāo)高n設(shè)分隔帶公路，一般為設(shè)分隔帶公路，一般為分隔帶外邊緣分隔帶外邊緣。設(shè)計(jì)標(biāo)高城市道路：城市道路：行車道中線行車道中線 中央分隔帶中線中央分隔帶中線路堤路堤路塹路塹n一、汽車的驅(qū)動(dòng)力n汽車的動(dòng)力來源：汽車的動(dòng)力來源：n汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力來自它的汽車行駛的驅(qū)動(dòng)力來自它的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)。n汽油燃燒熱能機(jī)械能汽油燃燒熱能機(jī)械能P曲軸扭矩曲軸扭矩M驅(qū)

4、動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)輪Mk驅(qū)動(dòng)車輪驅(qū)動(dòng)車輪 n1發(fā)動(dòng)機(jī)功率發(fā)動(dòng)機(jī)功率N曲軸扭矩曲軸扭矩M 及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的關(guān)系的關(guān)系)m(n9549NNM)k 95491000260WnMrnrMN（TrMN有效功率n發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速特性曲線：2驅(qū)動(dòng)輪扭矩驅(qū)動(dòng)輪扭矩Mkniinnk0k6020.377(/)1000nnrVrkmhn 車速車速V V與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系：與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速關(guān)系：變速的目的：增加扭矩3汽車的驅(qū)動(dòng)力汽車的驅(qū)動(dòng)力 )N(VN3600MVn377. 0rMrMTTTTk大驅(qū)動(dòng)力與高速不可兼得)kW(9549nMN二、汽車的行駛阻力二、汽車的行駛阻力 2wvKA21Rn式中：式中：K

5、空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)；空氣阻力系數(shù)，它與汽車的流線型有關(guān)； n 空氣密度，一般空氣密度，一般=1.2258（Ns2m4）；）；n A汽車迎風(fēng)面積（或稱正投影面積）（汽車迎風(fēng)面積（或稱正投影面積）（m2）；）；n v汽車與空氣的相對(duì)速度（汽車與空氣的相對(duì)速度（ms），可近似地取汽車的行駛速度。），可近似地取汽車的行駛速度。 (N) 15.21KAVR2wn 對(duì)汽車列車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空對(duì)汽車列車的空氣阻力，一般可按每節(jié)掛車的空氣阻力為其牽引車的氣阻力為其牽引車的20%折算。折算。V=100km/h時(shí)，一半的功率用來克服空氣阻力n 2道路阻力道路阻力n道路阻力：由彈性道

6、路阻力：由彈性輪胎變形和輪胎變形和道路的不同路面類型及道路的不同路面類型及縱坡縱坡度度而產(chǎn)生的阻力，主要包括而產(chǎn)生的阻力，主要包括滾動(dòng)阻力滾動(dòng)阻力和和坡度阻力坡度阻力。n（1）滾動(dòng)阻力）滾動(dòng)阻力n產(chǎn)生功率消耗原因：產(chǎn)生功率消耗原因：n輪胎變形時(shí)，材料內(nèi)部摩擦；輪胎變形時(shí)，材料內(nèi)部摩擦；n柔性路面變形，產(chǎn)生摩擦；柔性路面變形，產(chǎn)生摩擦；n路面不平整造成震動(dòng)和撞擊。路面不平整造成震動(dòng)和撞擊。n 滾動(dòng)阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為滾動(dòng)阻力與汽車的總重力成正比，若坡道傾角為時(shí)，其時(shí)，其值可用下式計(jì)算。值可用下式計(jì)算。n RfGfcosn一般較小，認(rèn)為一般較小，認(rèn)為cos1，則，則n Rf=Gf

7、 （N）n式中：式中：Rf滾動(dòng)阻力（滾動(dòng)阻力（N）；）；n G車輛總重力（車輛總重力（N）；）；n f滾動(dòng)阻力系數(shù)，滾動(dòng)阻力系數(shù)，n 與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和行駛速度等有關(guān)，如水泥瀝青與路面類型、輪胎結(jié)構(gòu)和行駛速度等有關(guān)，如水泥瀝青路面路面f0.010.02，土路，土路f0.070.15。n（2）坡度阻力）坡度阻力n滾動(dòng)阻力和坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且都與滾動(dòng)阻力和坡度阻力均與道路狀況有關(guān)，且都與汽車的汽車的總重力總重力成正比，將它們統(tǒng)稱為成正比，將它們統(tǒng)稱為道路阻力道路阻力，以，以RR表示表示式中：式中：f+i統(tǒng)稱道路阻力系數(shù)。統(tǒng)稱道路阻力系數(shù)。n3慣性阻力慣性阻力n平移質(zhì)量的慣性力平移質(zhì)量

8、的慣性力 n旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩旋轉(zhuǎn)質(zhì)量的慣性力矩 agGmaR1 IdtdIR2I慣性阻力計(jì)算：慣性阻力計(jì)算：)N(agGRIn式中：慣性力系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)）。n l12ik2 n式中：1表示汽車車輪慣性力的影響系數(shù)，1=0.030.05；n 2表示發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪慣性力的影響系數(shù)，n 小客車2=0.050.07，載重汽車2=0.040.05；n ik變速箱的速比。n汽車的總行駛阻力汽車的總行駛阻力R為：為： R=Rw十十RR十十RIn三、汽車的運(yùn)動(dòng)方程式與行駛條件三、汽車的運(yùn)動(dòng)方程式與行駛條件agG) if (G15.21KAVrMU2TU負(fù)荷率（節(jié)流閥部分開啟），一般U8090汽車行駛的

9、充分條件：汽車行駛的充分條件：agifGRTDw)(agifD)(IRwRRRTGRTDwfDi)(Dgaif n 一、縱坡設(shè)計(jì)的一般要求一、縱坡設(shè)計(jì)的一般要求n 1必須必須滿足滿足標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的各項(xiàng)的各項(xiàng)規(guī)定規(guī)定。n n 2縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)沿線地面、地下管線、地質(zhì)、水縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)沿線地面、地下管線、地質(zhì)、水文、氣候和排水等綜合考慮。文、氣候和排水等綜合考慮。忽上忽下n3滿足滿足行駛要求行駛要求，縱坡應(yīng)平順，起伏不宜過大和頻繁。，縱坡應(yīng)平順，起伏不宜過大和頻繁。n 5 5平原微丘區(qū)：縱坡滿足平原微丘區(qū)：縱坡滿足最小縱坡最小縱坡要求，要求，n 滿足最小填土高度要求滿足最小填土高度要求。n 6 6對(duì)對(duì)連接

10、段連接段縱坡、交叉處前后的縱坡應(yīng)平緩，縱坡、交叉處前后的縱坡應(yīng)平緩，（如大、中橋引道及隧道兩端接線等）（如大、中橋引道及隧道兩端接線等）n 7 7充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。充分考慮通道、農(nóng)田水利等方面的要求。二、理想的最大縱坡和不限長(zhǎng)度的最大縱坡二、理想的最大縱坡和不限長(zhǎng)度的最大縱坡n1. 理想的最大縱坡理想的最大縱坡i1：n 設(shè)計(jì)車型設(shè)計(jì)車型（載重車）（載重車）在油門全開情況下，持續(xù)以在油門全開情況下，持續(xù)以理想速度理想速度V1等速行駛等速行駛所能克服的坡度。所能克服的坡度。V1取值：取值：n低速路：低速路： V1=設(shè)計(jì)速度，設(shè)計(jì)速度，n高速路高速路: V1=載重車的最高速度。載重

11、車的最高速度。 n n i i1 1=D=D1 1-f-fn2.2.容許速度容許速度V V2 2：其值一般應(yīng)不小于設(shè)計(jì)速度的其值一般應(yīng)不小于設(shè)計(jì)速度的1/21/22/32/3。 n不限長(zhǎng)最大縱坡不限長(zhǎng)最大縱坡i i2 2： i i2 2=D=D2 2-f-f11Dif難以爭(zhēng)取，V1降到V2高速取低，低速取高n各級(jí)公路最大縱坡的規(guī)定各級(jí)公路最大縱坡的規(guī)定設(shè)計(jì)速度設(shè)計(jì)速度（km/h）1201008060403020最大縱坡（%） 3 4 5 6 7 8 9綜合考慮：交通組成、汽車性能、工程費(fèi)用和營(yíng)運(yùn)經(jīng)濟(jì)四、高原縱坡折減四、高原縱坡折減高原縱坡折減值n最小縱坡：最小縱坡：n 各級(jí)公路在特殊情況下各級(jí)

12、公路在特殊情況下容許使用容許使用的最小坡度值。的最小坡度值。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：排水不暢路段：長(zhǎng)路塹、橋梁、隧道、設(shè)超高的：排水不暢路段：長(zhǎng)路塹、橋梁、隧道、設(shè)超高的平曲線等。平曲線等。n 當(dāng)必須設(shè)計(jì)平坡（當(dāng)必須設(shè)計(jì)平坡（0%0%）或小于）或小于0.3%0.3%的縱坡時(shí)，邊溝應(yīng)作縱的縱坡時(shí)，邊溝應(yīng)作縱向排水設(shè)計(jì)。向排水設(shè)計(jì)。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坡長(zhǎng)：相鄰坡長(zhǎng)：相鄰變坡點(diǎn)間變坡點(diǎn)間的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度 n內(nèi)容：最小坡長(zhǎng)限制：任何路段內(nèi)容

13、：最小坡長(zhǎng)限制：任何路段n 最大坡長(zhǎng)：陡坡路段最大坡長(zhǎng)：陡坡路段n 1最短坡長(zhǎng)限制最短坡長(zhǎng)限制n標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各級(jí)公路最短坡長(zhǎng)不應(yīng)小于規(guī)定，各級(jí)公路最短坡長(zhǎng)不應(yīng)小于915s行程行程。120*9/3.6300mn標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級(jí)公路最大坡長(zhǎng)限制。 最大坡長(zhǎng)最大坡長(zhǎng)：汽車在坡道上行駛，當(dāng)車速降低到某一：汽車在坡道上行駛，當(dāng)車速降低到某一最低允許最低允許速度速度時(shí)所行駛的距離時(shí)所行駛的距離 n 城市道路最大坡長(zhǎng)按表城市道路最大坡長(zhǎng)按表4.2.5選用。選用。 比公路苛刻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(shí)，應(yīng)在時(shí)，應(yīng)在不大于不大于限制坡長(zhǎng)限制坡長(zhǎng)內(nèi)內(nèi)設(shè)置緩和坡段。設(shè)置緩和坡段。n 緩和

14、坡段：緩和坡段：給車恢復(fù)速度的過程給車恢復(fù)速度的過程n i i3，n l l符合最小坡長(zhǎng)要求。符合最小坡長(zhǎng)要求。n 線線 形：宜采用直線。困難路段可用曲線；形：宜采用直線。困難路段可用曲線；n注：宜設(shè)在注：宜設(shè)在直線直線段或段或大半徑大半徑曲線上曲線上n 曲線曲線半徑較小半徑較小時(shí)，緩和坡段時(shí)，緩和坡段長(zhǎng)度長(zhǎng)度應(yīng)應(yīng)增加增加。n 回頭曲線回頭曲線段不能作為緩和坡段。段不能作為緩和坡段。實(shí)際設(shè)計(jì)很難采用n平均縱坡平均縱坡：一定：一定長(zhǎng)度的路段長(zhǎng)度的路段所克服的所克服的高差高差H與路線長(zhǎng)與路線長(zhǎng)度度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：二、三、四級(jí)公路：二、三、四級(jí)公路：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：相對(duì)相對(duì)H：200500m時(shí)，時(shí)，i平平5.5；相對(duì)相對(duì)H：500m時(shí)，時(shí)， i平平5。任意連續(xù)任意連續(xù)3km路段路段: i平平5.5。城市道路城市道路:減少減少1.0%。H3000m以上以上地區(qū)地區(qū):減少減少0.5%1.0%。臺(tái)階式HL九 、 合 成 坡九 、 合 成 坡度度22zhiiIn式中：式中：I I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(jì)縱坡坡度（路線設(shè)計(jì)縱坡坡度（% %）。）