公路纵断面设计

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,*,甘肃交通职业技术学院杨建国,*,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,*,甘肃交通职业技术学院杨建国,*,2.,陡坡组合坡长,当连续陡坡是由几个不同受限坡度值的坡段组合而成时，应按不同坡度的坡长限制折算确定；其连续陡坡最短坡长应大于规范规定最小坡长。,公路纵坡设计时，当连续陡坡有几个不同坡度值的坡段组合而成时，相邻坡段长度应按限制的规定进行坡长折算，例如：某山岭区三级公路，第一坡段纵坡度为,7%,，长度为,200m,，即占坡长限制的,2/5,；第二坡段纵坡度为,6%,，长度为,200m,，即占坡长限制的,2/7,；第一坡段、第二坡段设计完后还剩：,1-2/5-2/7=31.43/100,若第三坡段采用,4%,的坡度，第三段坡长最长采用,(31.43/100)1100=345.71m,这时就把,100%,的坡长值全用完了，在使用坡长限制的纵坡度时，坡长只能小于或等于,100%,的坡长限制，一般情况下，应留有一定的余地。,3.,最小坡长限制,最小坡长限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑。如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生增重与减重的频繁变化，导致感觉不舒适，车速越高感觉越突出，而且路容美观、相邻两竖曲线的设置和纵断面的视距等也要求坡长不能太短。为使纵断面线形不至于因起伏频繁而呈锯齿形的状况，并便于平面线形的合理布设，应对纵坡的最小长度做出限制。最小坡长通常以设计速度行驶,9,15s,的行程作为规定值。,设计速度（,km/h,）,120,100,80,60,40,30,20,最小坡长（,m,）,300,250,200,150,120,100,60,二、缓和坡段,在纵断面设计中，当陡坡长度达到限制坡长时，应安排一段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度。同时从下坡安全考虑，设计一段缓坡也是非常必要的。缓和坡段的具体位置应结合纵向地形考虑路线的平面线形要素。不同等级的公路其缓和坡度不同，对于越岭公路,标准,规定缓和坡段的纵坡应不大于,3%,，其长度应不得小于最小坡长要求。,三、平均纵坡,平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与该路段长度的比。平均纵坡是衡量路线线形设计质量的重要指标之一。,根据对山区公路行车的实际调查发现，有时虽然公路纵坡设计完全符合最大纵坡、坡长限制及缓和坡长的规定，但也不能保证行车顺利安全。如果在长距离内，平均纵坡较大，汽车上坡用二挡时间较长，发动机长时间发热，易导致汽车水箱沸腾、气阻；同样，汽车下坡时，频繁刹车，易引起制动器发热，甚至烧毁制动片，加之驾驶员心理过分紧张，极易发生事故。因此，从汽车行驶方便和安全出发，合理运用最大纵坡、坡长限制及缓和坡段的规定，还应控制平均纵坡。,平均纵坡与坡道长度有关，还与相对高差有关。,标准,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,200m,500m,时，平均纵坡不应大于,5.5%,；相对高差大于,500m,时，平均纵坡不应大于,5%,。并注意任意连续,3km,路段的平均纵坡不宜大于,5.5%,。,四、合成坡度,公路在平曲线地段，若纵向有纵坡并横向有超高时，则最大坡度既不在纵坡上，也不在横向超高上，而是在纵坡和超高的合成方向上，这个最大的坡度称之为合成坡度，又叫作流水线坡度。,合成坡度考虑的因素,汽车在有合成坡度的地段行驶，若合成坡度过大，当车速过慢或汽车停在弯道上时，汽车可能沿合成坡度的方向产生侧滑；同时若遇急弯陡坡，汽车可能沿合成坡度方向冲出弯道之外而造成事故；此外，当合成坡度较大时，还会造成汽车倾斜、货物偏重，致使汽车倾倒。,当陡坡与小半径平曲线相重叠时，在条件许可的情况下，以采用较小的合成坡度为宜。特别是在下述情况时合成坡度必须小于,8%,。,1.,冬季路面有积雪、结冰地区；,2.,自然横坡较陡峻的傍山路段；,3.,非汽车交通量比率高的路段。,公路最大合成坡度,公路,等级,高速公路,一,二,三,四,设计,速度,120,100,80,100,80,60,80,60,40,30,20,合成,坡度,(%),10,10,10,10,10,10.5,9,10,9.5,10,10,各级公路的最小合成坡度不宜小于,0.5%,。在超高过渡的变化处，合成坡度不应设计成,0%,。当合成坡度小于,0.5%,时，应采取综合排水措施，以保证路面排水畅通。,第二节 竖曲线,当纵断面上两条坡度不同的相邻纵坡线相交时，就出现了转坡点（变坡点）。汽车在转坡点上行驶不顺适，故在转坡点处都必须用曲线将前后两条相邻纵坡线顺适连接起来以适应行车的需要，这条连接两纵坡线的曲线（二次抛物线）叫竖曲线。竖曲线分凸形竖曲线和凹形竖曲线两种形式。所以纵断面设计线是由直坡段和竖曲线组成。,=|i,1,-i,2,|,i,1,=|i,2,-i,3,|,凸形竖曲线,凹形竖曲线,为坡差；,O,为变坡点。,i,上坡为正，下坡为负,。,i,1,-i,2,0,为凸形竖曲线，,i,1,-i,2,0,为凹形竖曲线。,我国采用二次抛物线形作为竖曲线。,i,2,O,1,i,3,O,2,一、竖曲线,L,T,A,t,l,M,x,B,E,h,0,P,x,A,X,Y,i,1,i,2,A,B,T,B,Q,O,4.3,竖曲线设计,1.,竖曲线的计算,L=R,T=T,A,=T,B,L/2,E=,L,T,A,t,l,M,x,B,E,h,0,P,x,A,X,Y,i,1,i,2,A,B,T,B,Q,O,l,为竖曲任意点至竖曲线起点（终点）的距离,m.,二、竖曲线的最小半径,(,一,),竖曲线最小半径的确定,1.,凸形竖曲线极限最小半径确定考虑因素,1,）缓和冲击,汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力，使汽车在凸形竖曲线上重量减小，所以确定竖曲线半径时，对离心力要加以控制。,2,）经行时间不宜过短,当竖曲线两端直线坡段的坡度差很小时，即使竖曲线半径较大，竖曲线长度也有可能较短，此时汽车在竖曲线段倏忽而过，冲击增大，乘客不适；从视觉上考虑也会感到线形突然转折。因此，汽车在凸形竖曲线上行驶的时间不能太短，通常控制汽车在凸形竖曲线上行驶时间不得小于,3,秒钟。,3,）满足视距的要求,汽车行驶在凸形竖曲线上，如果竖曲线半径太小，会阻挡司机的视线。为了行车安全，对凸形竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。,2.,凹形竖曲线极限最小半径确定考虑因素,1),缓和冲击：,在凹形竖曲线上行驶重量增大；半径越小，离心力越大；当重量变化程度达到一定时，就会影响到旅客的舒适性，同时也会影响到汽车的悬挂系统。,2),前灯照射距离要求,汽车行驶在凹形竖曲线上时，也同样存在视距问题。对地形起伏较大地区的路段，在夜间行车时，若半径过小，前灯照射距离过短，影响行车安全和速度；在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员的视线。,3),跨线桥下视距要求,为保证汽车穿过跨线桥时有足够的视距，汽车行驶在凹形竖曲线上时，应对竖曲线最小半径加以限制。,4),经行时间不宜过短,汽车在凹形竖曲线上行驶的时间不能太短，通常控制汽车在凹形竖曲线上行驶时间不得小于,3,秒钟。,无论是凸形竖曲线还是凹形竖曲线都要受到上述,缓和冲击、视距及行驶时间,三种因素控制。竖曲线极限最小半径是缓和行车冲击和保证行车视距所必须的竖曲线半径的最小值，该值只有在地形受限制迫不得已时采用。通常为了使行车有较好的舒适条件，设计时多采用大于极限最小半径,1.5,2.0,倍，该值为竖曲线一般最小值。与平曲线相似，当坡度角较小时即使采用较大的竖曲线半径，竖曲线的长度也很短，这样容易使驾驶员产生急促的变坡感觉，同时，竖曲线长度过短，易对行车造成冲击。我国按照汽车在竖曲线上以设计速度行驶,3s,行程时间控制竖曲线最小长度。各级公路的竖曲线最小长度和半径规定如表,3-6,所列，在竖曲线设计时，不但保证竖曲线半径要求，还必须满足竖曲线最小长度规定。,公路竖曲线最小半径和竖曲线最小长度,设计速度,(Km/h),120,100,80,60,40,30,20,凸形,竖曲线,半径,(m),极限最小值,11000,6500,3000,1400,450,250,100,一般最小值,17000,10000,4500,2000,700,400,200,凹形,竖曲线,半径,(m),极限最小值,4000,3000,2000,1000,450,250,100,一般最小值,6000,4500,3000,1500,700,400,200,竖曲线最小长度,(m),100,85,70,50,35,25,20,三、竖曲线的设计和计算,(,一,),竖曲线设计,选用竖曲线半径时，为获得更好的视觉效果，还应将竖曲线半径选择大一些，使视觉上感到舒适畅顺。从视觉观点考虑的竖曲线半径为表,3-6,所列一般最小值的,1.5,4.0,倍。常用的视觉观点考虑的竖曲线最小半径见表,3-7,。,从视觉观点所需的竖曲线最小半径,设计速度,（,km/h,）,竖曲线半径（,m,）,凸形,凹形,120,20000,12000,100,16000,10000,80,12000,8000,60,9000,6000,40,3000,2000,相邻竖曲线衔接时应注意,1.,同向竖曲线：特别是两同向凹形竖曲线间如果直线坡段不长，应合并为单曲线或复曲线形式的竖曲线，避免出现断背曲线。,2.,反向竖曲线：反向竖曲线间应设置一段直线坡段，直线坡段的长度一般不小于设计速度的,3,秒行程。以使汽车从失重（或增重）过渡到增重（失重）有一个缓和段。,3.,竖曲线设置应满足排水需要。若邻纵坡之代数差很小时，采用大半径竖曲线可能导致竖曲线上的纵坡小于,0.3%,，不利于排水，应重新进行设计。,(,二,),竖曲线计算,1.,计算竖曲线的基本要素：,竖曲线长：,L,、切线长：,T,、外距：,E,2.,计算竖曲线的起、终点的桩号,竖曲线的起点的桩号,=,变坡点的桩号,-T,竖曲线的终点的桩号,=,变坡点的桩号,+T,3.,计算竖曲线上任意点切线标高及改正值,切线标高,=,变坡点的标高,Si,；改正值：,4.,计算竖曲线上任意点设计标高,某桩号在凸形竖曲线的设计标高,=,该桩号在切线上的设计标高,-h,某桩号在凹形竖曲线的设计标高,=,该桩号在切线上的设计标高,+h,竖曲线计算示例,某山岭区二级公路，变坡点桩号为,K3+030.00,，高程为,427.68,，前坡为上坡，,i,1,=+5%,，后坡为下坡，,i,2,=,4%,，竖曲线半径,R=2000m,。试计算竖曲线诸要素以及桩号为,K3+000.00,和,K3+100.00,处的设计标高。,1),计算竖曲线要素,=i,1,-i,2,=5%,(,4%)=0.09,所以该竖曲线为凸形竖曲线,曲线长：,L=R=20000.09=180m,切线长：,T=L/2=180/2=90m,外距：,2),竖曲线起、终点桩号,竖曲线起点桩号,=(K3+030.00)-90=K2+940.00,竖曲线终点桩号,=(K3+030.00)+90=K3+120.00,3)K3+000.00,、,K3+100.00,的切线标高和改正值,K3+000.00,的切线标高,=427.68-(K3+030.00-K3+000.00)5%=426.18m,K3+000.00,的改正值,=m,K3+100.00,的切线标高,=427.68-(K3+100.00-K3+030.00)4%=424.88m,K3+100.00,的改正值,=m,4)K3+000.00,和,K3+100.00,的设计标高,K3+000.00,的设计标高,=426.18-0.9=425.28m,K3+100.00,的设计标高,=424.88-0.1=424.78 m,思考题与习题：,1,某公路变坡点的桩号为,K2+260,，高程为,387.62m,，前一坡段,i1=5%,后一坡,i2=1%,；竖曲线的半径,R=500