道路纵断面设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第4章 道路纵断面设计,基本概念与术语,道路纵坡,竖曲线,平纵线形组合,纵断面设计和纵断面图,1 基本概念与术语,一、道路纵断面概念,由前述可知，路线的空间位置可以分解为平面、纵断面、横断面分别表述，故,平面图、纵断面图、横断面图结合起来，就可以准确反映道路的空间位置。,由于自然因素的影响以及经济性考虑，路线纵断面总是空间上有起伏的。,路线纵断面设计：,在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡段变化的过程，确定纵断面线形的几何构成及有关尺寸。,路线纵断面图：,沿道路中线所作的竖向剖面图。它反映沿途地面和路线在竖向的高低起伏情况和有关数据。,依据：,汽车的动力特性，道路等级，沿线地形、地质、水文、土地利用，路基稳定、排水，工程经济性等。,二、纵断面图及常用术语,某新建路K0+000-K0+350纵断面图,桂林市新建路纵断面图,地面线：,根据各中桩地面高程而点绘成的一条不规则的折线。它反映了原地面的起伏情况；,设计线：,它是根据设计计算后确定出来的一条形状规则的几何线形。它反映了道路的起伏和高程，由直线和竖曲线构成。,路线纵断面图构成：,原地面线用细实线将相邻点连成，设计线用粗实线绘制。,原地面线与设计线离开越多，反映填挖数值越大，工程量也越大。,地面高程：,中桩所在地面点的高程；,设计高程：,设计线的高程；,填挖高度：,同一桩号处设计高程与地面高程之差，填、挖应分开填写；,路基高度：,路基边缘高程与地面高程的高差。,坡度及距离：,各坡段的坡度及相邻变坡点之间的距离；,直线与平曲线：,标明平面线形。主要用于平纵协调之用；,竖曲线图标：,标注竖曲线的位置及参数。,一块板、三块板：,路面中心线处,城市道路、改建公路（二级、三级、四级公路）, 路基边缘,新建公路（二级、三级、四级公路）。在平曲线段指设立超高、加宽前的路基边缘标高。,三、道路设计高程所指向位置的规定,二块板、四块板：, 中央分隔带外侧边缘,城市道路（少用），新建或改建高速公路、一级公路（常用）, 中央分隔带中线（绿化带表面）,改建公路高速公路、一级公路（罕用）。, 中央分隔带中线（路面延伸至中线处）,城市道路（常用），改建公路高速公路、一级公路（少用）。,i,g,i,g,路缘带,土路肩,2 纵坡的一般规定,一、,纵坡（坡度）定义,道路中线两点间的高差与水平距离的比值（以 %计）称为纵坡或坡度。,从路线起点至止点的方向看，路线升高为上坡，降低为下坡。规定：纵坡上坡为“,+,”，下坡为“,-,”。,例如：5.3%为上坡，,-,2.8%为下坡。,i,H,L,二、最大纵坡,i,max,指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。它是道路设计时的一个重要指标。它关乎到汽车行驶速度、运输效益、行车安全、道路工程量与造价等。,三、,最大纵坡的高原纵坡折减,1、,高原为什么最大纵坡要折减？,在高海拔地区，困空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。,2、,怎么折减？,位于海拔3000m以上的高原地区，对道路最大纵坡度折减。,四、,最小纵坡,为保证路面、边沟排水顺畅，道路一般应考虑设置,不宜小于0.3%,的纵坡 。,五、坡长限制,坡段起止点间（即前后变坡点之间）的水平距离称为坡长。,1、,最大坡长,限制,限制理由：长距离大坡对行车不利。持续上坡易使发动机过热影响机械效率；持续下坡刹车频繁危及安全。,公路纵坡最大坡长,城市道路纵坡坡长限制,非机动车车行道纵坡度宜小于2.5%。大于或等于2.5%时，应按表5.2.5规定限制坡长。,三、关于设计标高的规定,2、,最小坡长,限制,理由：坡长过短，行车频繁颠簸；坡差较大时易造成视线中断；不易设置竖曲线，,公路纵坡最小长度按下表规定：,城市道路纵坡最小长度应大于或等于表5.2.3-2的数值，并大于相邻两个竖曲线切线长度之和。,城市道路最小坡长,六、缓和坡段,1、城市道路,当道路纵坡度超过5%，应在不大于最大坡长的坡段之间设置缓和坡段。缓和段的坡度为3%，长度应符合最小坡长的规定。,2、公路,连续上坡或下坡时，应在不大于,最大坡长的坡段之间设置缓和坡段。,缓和坡段的纵坡应不大于3，其长度应符合纵坡长度的规定。,七、平均纵坡,由多个坡段组成的一段路线，其起止点高差与路线总长的比值。它是衡量纵断面线形质量的一个重要指标。,式中 平均纵坡；,L,各坡段长度(m)；,H,各坡段高差(m),。,L,H,A,B,（1）公路规范规定：,二、三、四级公路,越岭路线连续上坡,(,或下坡,),路段，相对高差为,200,500,m,时，平均纵坡不应大于,5.5,；相对高差大于,500,m,时，平均纵坡不应大于,5,。,任意连续,3,km,路段平均纵坡不应大于,5.5,。,（,2,）城市道路的平均纵坡按公路规定减少,1.0%,。,八、合成坡度,1,、定义：,在平曲线路段，最大坡度既不在纵坡方向上，也不在超高方向上，而是在纵坡和超高的合成方向上。这个最大坡度成为合成坡度，又叫做流水线坡度,。,式中： 合成坡度（%）；,超高横坡度（%）；,路线设计纵坡坡度（%）。,i,合成,过大时，易产生附加阻力（上坡时），或使汽车重心偏移，沿合成坡方向滑移。故应加以限制。,九、桥梁、隧道纵坡限制,大、中桥：,i,纵,4%，引道,i,纵,5%；小桥随路线,隧道,L,50m时，,i,max,3%，且,i,min,0.3%,变坡点,坡度线,变坡点,3 竖曲线,一、,竖曲线种类,纵断面上相邻两段不同坡度线的交点称为变坡点。,变坡点处需设置竖曲线。竖曲线采用,二次抛物线,。二次抛物线的计算结果与圆曲线相差很小。,凹型竖曲线,凸型竖曲线,设计线,凸型竖曲线,凹型竖曲线,转坡角：,相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用表示。由于坡角不大，近似得,1,2,i,1,i,2,i,3,凹型竖曲线,0,凸型竖曲线,0,二、,竖曲线几何要素计算,坡度差,外 距,切线长,曲线长,竖曲线上任意点纵距,L,T,T,y,E,x,y,x,i,1,i,2,(代数差),（改正值）,竖曲线半径 (m),R,x,计算点桩号与竖曲线起点(或竖曲线终点)的桩号差,二、竖曲线上任意点设计高程的计算,1、计算切线高程,2、 计算设计高程,H,1,计算点切线高程,H,0,变坡点高程,i,计算点处的纵坡度,x,计算点至变坡点的平距,当为凹形竖曲线时取“+”，,当为凸形竖曲线时取“,”。,当切线高于变坡点时取“+”，反之取“,”。,例：,某道路一变坡点桩号K1+256.387，高程1854.236米，前坡,i,1,=5.4%，后坡,i,2,=3.5%，设置的竖曲线半径R=5000米。求K1+240、K1+260处的设计标高。,解： 1. 计算切线高程,切线长,竖曲线起点桩号 K1+256.387,22.5=K1+233.887,竖曲线止点桩号 K1+256.387+22.5=K1+278.887,待求桩号至竖曲线起止点的桩号差：,K1+240 x=K1+240 K1+233.887=6.113,K1+260 x=K1+278.887 K1+260=18.887,待求桩号处的切线高程,K1+240 H1= 1854.236,(,22.5,6.113),0.054,=1853.351,K1+260 H1= 1854.236 +(22.5,18.887),0.035,=1854.362,2、计算设计高程,待求桩号处纵距（改正值）,K1+240,K1+260,待求桩号处的设计高程：,K1+240 H = 1853.351,0,.004,= 1853.347 米,K1+260 H = 1854.362,0.036,= 1854.326 米,在实际工作中，上述计算过程用表格形式来完成。,表头如下：,桩号 坡度,/,坡长 竖曲线要素 未设竖曲线的设计高,改正值 改正后的设计高,桩号依次向下排列,坡度坡长变坡点桩号高程,RTE,对应各桩号切线高程,竖曲线范围内桩号的纵距,对应各桩号的设计高,三,、竖曲线最小半径,这是对竖曲线半径作出的限制。,竖曲线最小半径要满足：,（1）缓和行车冲击（径向的超重、减重不要剧烈）；,（2）行车时间不应少于3 s；,（3）满足行车视距。,4 平、纵面线形组合设计,一、,组合设计的原则,（1）自然地诱导驾驶员视线，保持视觉连续性；,（2）平纵线形技术指标大小均衡，保持视觉和心理协调；,（3）合成坡度组合得当，有利行车和排水；,（4）注重与道路周围景观的配合。,二、线形组合设计要点,（1）平曲线与竖曲线的组合：,平包竖,组合原则：,1、竖曲线与平曲线重合，且平曲线比竖曲线稍长，即“平包竖”。 竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线中间最理想。,2、竖曲线与平曲线半径大小保持均衡：根据经验，当平曲线半径小于1000m时，竖曲线半径为平曲线半径的1020倍，即可获得线形的均衡性。,3、不要在凸形竖曲线顶部、凹形竖曲线底部插入小半径平曲线。,4、在一个平曲线范围内应避免多个竖曲线，反之亦然。,5、避免变坡点设在反向曲线拐点处。,（2）直线与纵断面的组合,平面直线段不宜设置多次变坡，避免出现驼峰、凹陷、跳跃等使视觉中断的线形。,（3） 线形与景观的配合应遵循以下原则：,a）应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求，尤其在规划和选线阶段，比如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区等景点和其它特殊地区，一般以绕避为主。,b）尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。,c）应能提供视野的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体。,d）不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。,e）条件允许时，以适当放缓边坡或将其变坡点修整圆滑，以使边坡接近于自然地面形状，增进路容美观。,f）应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计。,g）指导思想是重视沿线自然景观、自然环境的保护、利用和再造。,5 道路纵断面设计,一、,纵断面设计的原则,（1）纵断面设计应服从上位依据（总规、控规、可研、初设等业已批准的高程），根据所处的工作阶段取得可靠的定线依据；,（2）满足纵断面设计的技术标准，满足等级要求；,（3）纵断面线形平顺，坡段平缓，起伏小、少；,（4）填挖少，工程量省，填挖基本平衡；,（5）路基稳定；,（6）基本满足沿途道路控制标高。道路控制标高是：,a）起点、终点、沿途街坊地面、交叉口、出入口、广场、建筑物地坪、铁路道口、桥涵；,b）由设计洪水位确定的路面高程、桥面高程；,c）通航河流要满足桥下净空高度的要求；,d）旧路改造时的原有路面高程；,e）垭口。,（7）路基最小填土高度；,（8）保证市政管线的埋设、使用。管线覆土最小厚度0.7m。有时排水管控制了道路高程。,二、纵断面设计成果,（一）纵断面设计图,1、纵断面设计步骤,（1）绘制纵、横断面图,在,A3,图幅的坐标纸上绘制中线地面高程点并连线，形成纵断面地面线；绘制平面线形示意图，以利进行平纵组合；写出桩号及对应的地面原始高程。,在,A3,图幅的坐标纸上绘制各桩号横断面地面线，形成横断面图。,高程 米,地质情况,坡度,/,坡长,填 挖,地面高程,设计高程,里程桩号,平 曲 线,设计院,三角田猛龙二级公路,路线纵断面设计图,设计,复核,审核,图号,SIII-2-1,JD1 R=200,JD2 R=150,K0+000,1,6,3,2,7,4,5,546.60,550,548,546,544,542,540,灰岩及亚粘土,叶岩及亚砂土,545.55,552,554,K0+000,K0+700,第 1 页 共 56 页,548.35,548.78,（,2,）,标注控制点,1）高程控制点,指路线必须通过此高程点。根据调查资料确定该控制点的桩号和高程及性质，将其标注在纵断面图上。,2）经济点,指路线通过此点将使造价最低。逐一分析每个桩号的横断面图，找到经济点，将其标注在纵断面图上。,找经济点的方法：用透明模板对齐横断面中线，沿横断面上下移动，找到填挖面积大致相等处，此时模板横线距横断面中桩地面线的距离即是经济点位置。,路基横断面透明模板,（3）试坡,用直线（坡度线）通过高程控制点，穿过一系列经济点重心位置。,反复进行此步骤，对各种可能的坡度线方案作比较，以确定最佳坡度线。这些坡度线延长相交得到变坡点位置。,变坡点的位置应满足平包竖原则。,高程 米,地质情况,坡度,/,坡长,填 挖,地面高程,设计高程,里程桩号,平 曲 线,云南省公路设计院,三角田猛龙二级公路,路线纵断面设计图,设计,复核,审核,图号,SIII-2-1,JD1 R=200,JD2 R=150,K0+000,1,6,3,2,7,4,5,546.60,546.60,0,3.5,210,-2.0,210,-1.5,280,550,548,546,544,542,540,灰岩及亚粘土,叶岩及亚砂土,553.95,549.75,545.55,+210,+420,552,554,K0+000,K0+700,第 1 页 共 56 页,553.95,+210,549.75,+420,R=2000 T=55.0 E=0.756,R=20000 T=50.0 E=0.063,（4）调坡,根据技术规范和选线意图对初定纵坡进行细微调整。注意平纵组合。,（5）核对,对高程控制点处的横断面进行核对，是否达到控制要求。,（6）定坡,上述工作完成，认为合理后，即可确定变坡点桩号、高程、坡度值、坡长值。,坡度值宜尽量取整，必要时最多取两位小数；为便于计算和放线，变坡点宜调整到整10m桩位置。,注意：避免简单地将各种控制标高点直接相连作为设计线！,调坡时应对各个控制标高做分析深入后，对最初的试坡线进行优化。,（7）设计竖曲线,确定竖曲线半径，计算竖曲线要素。注意平纵组合。,（8）高程计算,计算各桩号设计标高及填挖值并填入纵断面图。,填挖值=设计高,地面高,填挖值 “,+,”为填方，“,”为挖方。,2、纵断面设计图,（1）城市道路纵断面设计图,常用比例：横向,1 :1000,，竖向,1 :100,；横向,1 :500,，竖向,1 :50,纵断面设计图由上、下两部分组成：,上部为图形部分，主要用来绘制地面线和纵坡设计线，包括：,1,）高程标尺、地面线、设计线、竖曲线及其要素；,2,）沿线桥涵及构造物的位置、结构类型、孔数和孔径；,4,）与其它道路交叉时的桩号及路名；,5,）水准点位置、编号和,标高；,6,）断链位置及长短链关系；,7,）沿线跨越的河流名称、,桩号、常水位和最高洪水位,下部为数据栏部分，从上至下依次为：,1,）土壤地质情况（公路要求）；,2,）坡度,/,坡长；,3,）设计高程；,4,）地面高程；,5,）填挖值；,6,）里程桩号；,7,）直线及平曲线。,（二）路基设计表,道路平、纵、横三方面主要测设资料的综合,内容：列有所有整桩、加桩及设计高程、填挖高度、路基宽度（包括加宽）、超高值等数据。具体栏目是：,桩号,平曲线,变坡点高程桩号、纵坡坡度、坡长,竖曲线,地面高程,设计高程,填挖高度,路基宽度,设计高程与路基边缘、中桩的高差,中桩施工高度,（三）锯齿形边沟设计图,当城市道路纵坡小于0.3%，不能满足路面排水而采取的一种工程措施。概念及设计图详见“道路排水部分”。,