第六章城市道路縱斷面設(shè)計(jì)

第六章城市道路縱斷面設(shè)計(jì)概述縱斷面設(shè)計(jì)的基本要求縱斷面設(shè)計(jì)的步驟與方法鋸齒形街溝設(shè)計(jì)縱斷面圖的繪制2/1/20231道路工程概述概念：縱斷面、地面線、地面標(biāo)高、設(shè)計(jì)線、設(shè)計(jì)標(biāo)高、填挖高度、鋸齒形街溝。沿道路中線所作的豎向剖面稱(chēng)為道路縱斷面。反映路線在縱斷面上的形狀、位置及尺寸的圖形叫道路縱斷面圖，它反映路線所經(jīng)地區(qū)中線的地面起伏情況，以及原地面標(biāo)高與設(shè)計(jì)標(biāo)高之間的關(guān)系。道路縱斷面圖與平面圖、橫斷面圖結(jié)合起來(lái)，就能夠完整地表達(dá)道路的空間位置和立體線形?？v斷面線形設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)道路的性質(zhì)、任務(wù)、等級(jí)和地形、地質(zhì)、水文等因素，考慮路基穩(wěn)定、排水、工程量等要求，對(duì)縱坡的大小、長(zhǎng)短、豎曲線半徑大小以及與平面線形的組合關(guān)系等進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，以取得縱坡合理、線形圓順的理想線形，以達(dá)到行車(chē)安全、快速、舒適、工程費(fèi)用較少的目的。2/1/20232道路工程設(shè)計(jì)原則：行車(chē)快速安全、排水通暢、線形平順、路基穩(wěn)定、填挖平衡。設(shè)計(jì)內(nèi)容：確定各控制點(diǎn)高程、設(shè)計(jì)縱坡大小及長(zhǎng)度、設(shè)計(jì)豎曲線、計(jì)算填挖高度、鋸齒形街溝設(shè)計(jì)。道路縱斷面設(shè)計(jì)與選線有密切的關(guān)系，實(shí)際上在平面選線過(guò)程中已做了縱坡大小、坡長(zhǎng)分配、縱面與平面配合等的考慮，縱斷面設(shè)計(jì)是將選線的預(yù)想具體化，因此，可以認(rèn)為縱斷面設(shè)計(jì)是選線工作的繼續(xù)和深化。在縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中還將對(duì)選線的預(yù)想做些適當(dāng)?shù)男拚?，如果在選線過(guò)程中對(duì)縱坡值考慮不夠，就可能改線。2/1/20233道路工程

對(duì)路線設(shè)計(jì)標(biāo)高的規(guī)定：對(duì)城市道路而言，設(shè)計(jì)標(biāo)高一般是指車(chē)行道中心。對(duì)于新建公路，高速公路和一級(jí)公路采用中央分隔帶外側(cè)邊緣標(biāo)高，二、三、四級(jí)公路采用路基邊緣標(biāo)高，在設(shè)置超高和加寬路段則是指在設(shè)置超高加寬之前該處標(biāo)高；對(duì)于改建公路，一般按新建公路的規(guī)定辦理，也可以采用中央分隔帶中線或行車(chē)道中線標(biāo)高?？v坡度的表示方式：不用角度，而用百分?jǐn)?shù)（％），即每一百米的路線長(zhǎng)度其兩端高差幾米，就是該路段的縱坡，其上坡為“＋”，下坡為“－”。例如某段路線長(zhǎng)度為８０米，高差為－２米，則縱坡度為－2.5％。2/1/20234道路工程§6－1縱斷面設(shè)計(jì)的基本要求1、參照城市規(guī)劃（標(biāo)高與排水）資料。2、為安全、舒適，縱坡宜緩順，起伏不宜頻繁。應(yīng)符合最小坡段長(zhǎng)度要求。最小坡長(zhǎng)是指相鄰兩個(gè)變坡點(diǎn)之間的最小長(zhǎng)度。若其長(zhǎng)度過(guò)短，就會(huì)使變坡點(diǎn)個(gè)數(shù)增加，行車(chē)時(shí)顛簸頻繁，當(dāng)坡度差較大時(shí)還容易造成視覺(jué)的中斷，視距不良，從而影響到行車(chē)的平順性和安全性。最小坡長(zhǎng)通常以計(jì)算行車(chē)速度行駛9~15s的行程作為規(guī)定值。2/1/20235道路工程2/1/20236道路工程3、縱坡度考慮排水，i≥0.3%~0.5%；考慮汽車(chē)安全通行i≤4%。i≥5%時(shí)，應(yīng)限制坡長(zhǎng)，坡長(zhǎng)過(guò)大時(shí)，應(yīng)設(shè)坡長(zhǎng)緩和段。自行車(chē)道坡度宜在2.5％以?xún)?nèi)。各級(jí)道路的合成坡度應(yīng)符合規(guī)定。大、中橋上的縱坡不宜大于4％，橋頭引道的縱坡不宜大于5％，位于市鎮(zhèn)附近非汽車(chē)交通較多的地段，橋上及橋頭引道的縱坡均不得大于3％。隧道內(nèi)縱坡不應(yīng)大于3％，并不小于0.3％。2/1/20237道路工程2/1/20238道路工程4、在縱坡變坡點(diǎn)處應(yīng)設(shè)豎曲線，并應(yīng)保證視距通暢。豎曲線設(shè)計(jì)應(yīng)滿足豎曲線最小半徑和最小長(zhǎng)度要求。5、應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)、管線及建筑的布置綜合考慮。6、舊路改建時(shí)，可利用原路面，但注意街坊排水。7、與平面線形結(jié)合，行成最佳的立體輪廓。2/1/20239道路工程平曲線與豎曲線的組合1)平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長(zhǎng)于豎曲線，如圖。這種組合是使豎曲線和平曲線對(duì)應(yīng)，最好使豎曲線的起、終點(diǎn)分別放在平曲線的兩個(gè)緩和曲線內(nèi)，即所謂的“平包豎”。對(duì)于等級(jí)較高的道路應(yīng)盡量做到這種組合，并使平、豎曲線半徑都大一些才顯得協(xié)調(diào)，特別是凹形豎曲線處車(chē)速較高，二者半徑更應(yīng)該大一些。2/1/202310道路工程平曲線與豎曲線的組合2/1/202311道路工程2)平曲線與豎曲線大小應(yīng)保持均衡所謂均衡，是指平、豎曲線幾何要素要大體平衡、勻稱(chēng)、協(xié)調(diào)，不要把過(guò)緩與過(guò)急、過(guò)長(zhǎng)與過(guò)短的平曲線和豎曲線組合在一起。根據(jù)德國(guó)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，若平曲線半徑小于1000m，豎曲線半徑大約為平曲線半徑的10～20倍時(shí)，便可達(dá)到均衡的目的。2/1/202312道路工程3)暗彎、明彎與凸、凹豎曲線暗彎與凸形豎曲線及明彎與凹形豎曲線的組合是合理的組合。對(duì)暗與凹、明與凸的組合，當(dāng)坡差較大時(shí)，會(huì)給人以錯(cuò)覺(jué)：舍棄平坦坡道及近路不走，而故意爬坡、繞彎的感覺(jué)。此種組合在山區(qū)難以避免，只要坡差不大，矛盾也不很突出。2/1/202313道路工程4)平、豎曲線應(yīng)避免的組合設(shè)計(jì)車(chē)速≥40km/h的公路，凸形豎曲線的頂部和凹形豎曲線的底部，不得插入小半徑平曲線。凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部，不得與反向平曲線的頂點(diǎn)重合。小半徑豎曲線不宜與緩和曲線相互重疊。平面轉(zhuǎn)角小于7°的平曲線不宜與坡度角較大的凹形豎曲線組合在一起。5)在完全通視的條件下，長(zhǎng)上（下）坡路段的平面線形多次轉(zhuǎn)向形成蛇形的組合線形，應(yīng)極力避免。2/1/202314道路工程直線與縱斷面的組合平面的長(zhǎng)直線與縱斷面的直坡線配合，對(duì)雙車(chē)道公路超車(chē)方便，在平坦地區(qū)易與地形相適應(yīng)，但行車(chē)單調(diào)乏味，易疲勞。直線上一次變坡是較好的平、縱組合，從美學(xué)觀點(diǎn)講以包括一個(gè)凸形豎曲線為好，而包括一個(gè)凹形線次之；直線中短距離內(nèi)二次以上變坡會(huì)形成反復(fù)凸凹的“駝峰”和“凹陷”，看上去線形既不美觀也不連貫，宜使駕駛員的視線中斷。因此，只要路線有起有伏，就不要采用長(zhǎng)直線，最好使平面路線隨縱坡的變化略加轉(zhuǎn)折，并把平、豎曲線合理地組合。2/1/202315道路工程使用時(shí)，應(yīng)避免：長(zhǎng)直線配長(zhǎng)坡。直線上短距離內(nèi)多次變坡。直線段內(nèi)不能插入短的豎曲線。在長(zhǎng)直線上設(shè)置坡陡及曲線長(zhǎng)度短、半徑小的凹形豎曲線。直線上的縱斷面線形應(yīng)避免出現(xiàn)駝峰、暗凹、跳躍等使駕駛者視覺(jué)中斷的線形。2/1/202316道路工程平、縱線形組合與景觀協(xié)調(diào)配合道路作為一種線形構(gòu)造物，應(yīng)將其視為景觀對(duì)象來(lái)研究。修建道路會(huì)對(duì)自然景觀產(chǎn)生影響，有時(shí)甚至產(chǎn)生一定破壞作用。而道路兩側(cè)的自然景觀會(huì)影響道路上汽車(chē)的行駛，特別是對(duì)駕駛員的視覺(jué)、心理以及駕駛操作等都有很大影響。平、縱線形組合必須是在充分與道路所經(jīng)地區(qū)的景觀相配合的基礎(chǔ)上進(jìn)行。駕駛員的精力會(huì)高度集中，視角減少而視點(diǎn)增長(zhǎng)，對(duì)于駕駛員來(lái)說(shuō)，只有看上去具有連續(xù)而流暢的線形和優(yōu)美的景觀，才能稱(chēng)為舒適和安全的道路。2/1/202317道路工程§6－2縱斷面設(shè)計(jì)的步驟和方法一、測(cè)量和繪制原地面線二、確定沿線各控制點(diǎn)標(biāo)高三、試定縱坡四、確定縱坡設(shè)計(jì)線五、選定豎曲線半徑并計(jì)算其要素六、計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)高和填挖高度七、鋸齒形街溝設(shè)計(jì)八、繪制縱斷面設(shè)計(jì)圖2/1/202318道路工程1．測(cè)量和繪制原地面線（準(zhǔn)備工作）縱坡設(shè)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)中樁和水準(zhǔn)記錄點(diǎn)繪出路線縱斷面圖的地面線，繪出平面直線、平曲線示意圖，寫(xiě)出每個(gè)中樁的樁號(hào)和地面標(biāo)高以及沿線土壤地質(zhì)說(shuō)明資料，并熟悉和掌握全線有關(guān)勘測(cè)設(shè)計(jì)資料，領(lǐng)會(huì)設(shè)計(jì)意圖和要求。2/1/202319道路工程2.確定沿線各控制點(diǎn)及標(biāo)高所謂控制點(diǎn)，就是指影響縱坡設(shè)計(jì)的高程控制點(diǎn)?！翱刂泣c(diǎn)”可分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是屬于控制性的“控制點(diǎn)”，控制路線縱坡設(shè)計(jì)時(shí)必須通過(guò)它或限制從其上方或下方通過(guò)。這類(lèi)控制點(diǎn)主要有路線的起終點(diǎn)、城市橋梁橋面標(biāo)高控制點(diǎn)、立交橋橋面標(biāo)高控制點(diǎn)、鐵路道口標(biāo)高（按鐵路軌頂標(biāo)高計(jì)算）、平面交叉相交中心點(diǎn)控制標(biāo)高、重要建筑物的地坪標(biāo)高、滿足重要管線最小覆土厚度的控制標(biāo)高等。2/1/202320道路工程公路起終點(diǎn)；埡口；橋梁；地質(zhì)不良地段最小填土標(biāo)高；灌溉涵洞；沿河線的洪水位；路線交叉點(diǎn)作為控制坡度的依據(jù)。第二類(lèi)是屬于參考性的“控制點(diǎn)”，叫經(jīng)濟(jì)點(diǎn)。對(duì)于山嶺重丘區(qū)的道路（尤其公路），除應(yīng)標(biāo)出控制性質(zhì)的“控制點(diǎn)”以外，還應(yīng)考慮各橫斷面上橫向填挖基本平衡的經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，以降低工程造價(jià)。2/1/202321道路工程3.試定縱坡，調(diào)整核對(duì)試坡主要是在已標(biāo)出“控制點(diǎn)”的縱斷面圖上，根據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、選線意圖，考慮各控制點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)點(diǎn)的要求以及地形變化情況，初步定出縱坡設(shè)計(jì)線的工作。試坡應(yīng)以“控制點(diǎn)”為依據(jù)，照顧多數(shù)“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)”。當(dāng)個(gè)別“控制點(diǎn)”確實(shí)無(wú)法滿足時(shí)，應(yīng)對(duì)控制點(diǎn)重新研究，以便采取彌補(bǔ)措施。2/1/202322道路工程

試坡的要點(diǎn)可以歸納為：“前后照顧，以點(diǎn)定線，反復(fù)比較，以線交點(diǎn)”?！扒昂笳疹櫋本褪且昂笃露瓮ūP(pán)考慮，不能只局限在某一坡段上。先畫(huà)能符合幾個(gè)控制點(diǎn)的某一段線，再畫(huà)能符合其它控制點(diǎn)的某一段線，二段線相交得出變坡點(diǎn)。（盡量落在10m的樁上）“以點(diǎn)定線”就是按照縱面技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，滿足“控制點(diǎn)”，參考“經(jīng)濟(jì)點(diǎn)”，初步定出坡度線。若二者的矛盾較大，進(jìn)一步研究控制點(diǎn)能否有所改動(dòng)的余地，并估計(jì)到改動(dòng)后引起的結(jié)果，最后再定坡。2/1/202323道路工程“反復(fù)比較”就是用三角板推平行線的辦法，移動(dòng)坡度線，反復(fù)試坡，對(duì)各種可能的坡度線方案進(jìn)行比較，最后確定既符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，又滿足控制點(diǎn)要求而且土石方量最省的坡度線?！耙跃€交點(diǎn)”就是將得到的坡度線延長(zhǎng)，交出變坡點(diǎn)的初步位置。2/1/202324道路工程調(diào)坡主要從以下兩方面進(jìn)行：1)結(jié)合選線意圖進(jìn)行調(diào)坡。將試坡線與選線時(shí)所考慮的坡度進(jìn)行比較，兩者應(yīng)基本相符。若有脫離實(shí)際情況或考慮不周現(xiàn)象，則應(yīng)全面分析，找出原因，權(quán)衡利弊，決定取舍。2)對(duì)照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范進(jìn)行調(diào)坡。詳細(xì)檢查設(shè)計(jì)最大縱坡、坡長(zhǎng)限制、縱坡折減以及平縱線形組合是否符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求。特別要注意陡坡與平曲線、豎曲線與平曲線、橋頭接線、路線交叉等地方的坡度是否合理，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整修正。調(diào)整坡度線的方法：有抬高、降低、延長(zhǎng)、縮短縱坡線和加大、減小縱坡度等。調(diào)整原則：調(diào)整時(shí)應(yīng)以少脫離控制點(diǎn)、少變動(dòng)填挖為原則，以便調(diào)整后的縱坡與試定縱坡基本相符。2/1/202325道路工程核對(duì)核對(duì)主要在有控制意義的特殊橫斷面上進(jìn)行。如選擇高填深挖、擋土墻、重要橋涵及人工構(gòu)造物以及其它重要控制點(diǎn)的斷面等。其做法是：在縱斷面圖上直接由厘米格讀出相應(yīng)樁號(hào)的填挖高度，將此值用“路基橫斷面透明模板”套在相應(yīng)橫斷面地面線上，檢查若有填挖過(guò)大、坡腳落空、擋墻過(guò)高、橋涵填土不夠以及其它邊坡不穩(wěn)現(xiàn)象，則需調(diào)整坡度線。核對(duì)是保證縱面設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，對(duì)某些復(fù)雜地段，如山區(qū)橫坡陡峻的傍山線，這一工作尤為重要。2/1/202326道路工程4.確定縱坡設(shè)計(jì)線經(jīng)調(diào)整核對(duì)合理后，即可確定坡度線。所謂定坡，就是把坡度值、變坡點(diǎn)位置和高程確定下來(lái)。坡度值一般是用三角板推平行線的辦法，直接讀厘米格子得出，要求取值到千分之一，即0.1%。變坡點(diǎn)的位置直接從圖上讀出，一般要調(diào)整到整10米樁位上。變坡點(diǎn)的高程是根據(jù)路線起點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高由已定的坡度、坡長(zhǎng)依次推算而來(lái)。坡段的坡度也可以由CAD系統(tǒng)確定的變坡點(diǎn)標(biāo)高進(jìn)行反算。2/1/202327道路工程道路的縱坡設(shè)計(jì)是在全面掌握設(shè)計(jì)資料的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多次方案比較，精心設(shè)計(jì)才能完成。除以上提到的設(shè)計(jì)要求外，縱坡設(shè)計(jì)還要注意：①與平面線形的合理組合，以得到較佳的空間組合線形；②回頭曲線路段縱坡的特殊要求；③大中橋上不宜設(shè)置豎曲線，即不宜設(shè)變坡點(diǎn)；④注意交叉口、大中橋、隧道等地段路線縱坡的特殊要求。2/1/202328道路工程5.選定豎曲線半徑并計(jì)算其要素根據(jù)道路等級(jí)和情況，確定豎曲線半徑，并計(jì)算豎曲線要素。縱斷面上兩相鄰不同坡度線的交點(diǎn)稱(chēng)為變坡點(diǎn)。為保證行車(chē)安全、舒適以及視距的需要，而在變坡處設(shè)置的縱向曲線，即為豎曲線。2/1/202329道路工程相鄰兩坡度線的交角用坡度差“ω”表示，坡度角一般較小，可近似地用兩坡段坡度的代數(shù)差表示，即ω=|i2-i1|

，式中、分別為兩相鄰坡段的坡度值，上坡為正，下坡為負(fù)。ω為正，變坡點(diǎn)在曲線下方，豎曲線開(kāi)口向上，稱(chēng)為凹形豎曲線；ω為負(fù)，變坡點(diǎn)在曲線上方，豎曲線開(kāi)口向下，稱(chēng)為凸形豎曲線。2/1/202330道路工程各級(jí)道路在變坡點(diǎn)處均應(yīng)設(shè)置豎曲線。豎曲線的線形采用二次拋物線。由于在其應(yīng)用范圍內(nèi)，圓曲線與拋物線幾乎沒(méi)有差別，因此，豎曲線通常表示成圓曲線的形式，用圓曲線半徑R來(lái)表示豎曲線的曲率半徑。2/1/202331道路工程豎曲線示意圖2/1/202332道路工程豎曲線幾何要素計(jì)算豎曲線的幾何要素主要有：豎曲線切線長(zhǎng)T、曲線長(zhǎng)L和外距E。豎曲線上任意點(diǎn)縱距y的計(jì)算y計(jì)算點(diǎn)縱距；x計(jì)算點(diǎn)樁號(hào)與豎曲線起點(diǎn)的樁號(hào)差。豎曲線幾何要素2/1/202333道路工程2/1/202334道路工程練習(xí)：1、已知i1=+0.06，i2=-0.045，變坡點(diǎn)的樁號(hào)2+600，高程185，R=700求曲線內(nèi)每隔10M的設(shè)計(jì)高。2、已知i1=-0.09，i2=-0.015，變坡點(diǎn)的樁號(hào)5+450，高程503.84，R=1500，求曲線內(nèi)每隔20M的設(shè)計(jì)高。3、已知i1=-0.09，i2=0.03，變坡點(diǎn)的樁號(hào)0+360，高程207.80，R=500求曲線內(nèi)每隔10M的設(shè)計(jì)高。2/1/202335道路工程豎曲線設(shè)計(jì)的一般要求豎曲線是否平順，在視覺(jué)上是否良好，往往是構(gòu)成縱面線形優(yōu)劣的主要因素。豎曲線設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：1)宜選用較大的豎曲線半徑。在不過(guò)分增加工程量的情況下，宜選用較大的豎曲線半徑。通常采用大于豎曲線一般最小半徑的半徑值，特別是當(dāng)坡度差較小時(shí)，更應(yīng)采用大半徑，以利于視覺(jué)和路容美觀。只有當(dāng)?shù)匦蜗拗苹蚱渌厥饫щy不得已時(shí)才允許采用極限最小半徑。在有條件的路段，為獲得平順而連續(xù)且視覺(jué)良好的縱面線形，可參照規(guī)范選擇豎曲線半徑。2/1/202336道路工程2)同向豎曲線應(yīng)避免“斷背曲線”。同向豎曲線特別是同向凹形豎曲線間，如直坡段不長(zhǎng)，應(yīng)合并為單曲線或復(fù)曲線。3)反向曲線間，一般由直坡段連接，也可徑相連接。反向豎曲線間最好設(shè)置一段直坡段，直坡段的長(zhǎng)度應(yīng)能保證汽車(chē)以設(shè)計(jì)車(chē)速行駛3s的行程時(shí)間，以使汽車(chē)從失重（或增重）過(guò)渡到增重（或失重）有一個(gè)緩和段。如受條件限制也可互相連接或插入短的直坡段。4)豎曲線設(shè)置應(yīng)滿足排水需要。若相鄰縱坡之代數(shù)差很小時(shí)，采用大半徑豎曲線可能導(dǎo)致豎曲線上的縱坡小于0.3%，不利于排水，應(yīng)重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。2/1/202337道路工程6.計(jì)算設(shè)計(jì)標(biāo)高和填挖高度根據(jù)已定的縱坡和變坡點(diǎn)的設(shè)計(jì)標(biāo)高，即可計(jì)算出各樁號(hào)的設(shè)計(jì)標(biāo)高。中樁設(shè)計(jì)標(biāo)高與對(duì)應(yīng)原地面標(biāo)高之差即為路基施工高度，當(dāng)兩者之差為“＋”，則是填方；兩者之差為“—”，則是挖方。2/1/202338道路工程§6－3鋸齒形街溝設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的縱坡較小時(shí)(＜3‰)排除路表水。此外，還可采用加大橫坡度、縮短雨水口間距、增大雨水口的進(jìn)水面積等方法。二、街溝設(shè)計(jì)2/1/202339道路工程2/1/202340道路工程2/1/202341道路工程三、設(shè)置鋸齒形街溝應(yīng)注意的問(wèn)題1.一般情況為根據(jù)已定的雨水口間距l(xiāng)設(shè)計(jì)鋸齒形街溝，故i1、i2、m、n應(yīng)互相協(xié)調(diào)，以適應(yīng)l值。2.n應(yīng)有一定高度要求，避免暴雨時(shí)路面水涌上步道，且橫坡i1’不能為反坡。此高不宜小于10cm。3.m應(yīng)根據(jù)側(cè)緣石高度有一定的埋深，保證穩(wěn)定，不宜過(guò)高。當(dāng)緣石高35cm時(shí)，m值在20cm左右。4.i2值與i方向相反，其值應(yīng)小，但應(yīng)保證水流有一定坡度，即大于或等于0.2%，過(guò)大則使m及i1值增大。5