1、第四章道路縱斷面設(shè)計(jì)一、概述o沿著道路中心線豎直剖切開然后展開即為道路路線 縱斷面，主要反映路線的起伏、縱坡以及與原地面 的填挖情況，縱斷面設(shè)計(jì)就是要根據(jù)汽車的動力特 性、道路等級和自然地形，研究道路起伏的坡度和長度，以便達(dá)到安全迅速、的。設(shè)計(jì)線:縱坡-坡度、坡長合理以及舒適的目o豎曲線（凹、凸）半徑、切線長設(shè)計(jì)標(biāo)高-地面標(biāo)高、設(shè)計(jì)標(biāo)高o基本概念o 地面高程：中線上地面點(diǎn)高程。o 設(shè)計(jì)高程：一般公路，路基未設(shè)加寬超高前的路肩邊緣的高程。設(shè)計(jì)高程o改建公路：o有新建公路：分隔帶的公路（高速、一般情況下按新建公路處理，也可采用行車道中心線標(biāo)高。一級）：采用分隔帶外側(cè)邊緣標(biāo)高；無分隔帶公路（二、三、

2、四級，部分一級）：路基邊緣高程；設(shè)置超高、加寬地段為 設(shè)超高、加寬前路基邊緣標(biāo)高。施工高度o 施工高度：橫斷面上設(shè)計(jì)高程與地面高程之高差。o 路o 路堤：設(shè)計(jì)高程大于地面高程。塹：設(shè)計(jì)高程小于地面高程。o 規(guī)定：填挖高（施工高度）=設(shè)計(jì)高程-地面高程，“+”值為填“-”值為挖斷面設(shè)計(jì)標(biāo)高o 1.設(shè)計(jì)洪水位，應(yīng)高出0.5米。o 2.底下管線，覆土要求o 3.周圍標(biāo)高。二、縱坡及坡長設(shè)計(jì)GG 'l= x1、最大縱坡sin a » tga = i, cosa » 1最大爬坡能力（滿載）lDIm ax= f ´ cosa + sin a= tgaIm axiIm

3、axalD- f1 - l2 D2 + f 2= arcsinIm axIm axIm ax1 + f 2lD = ( f+ i)lD= ( f+ i) + dagD可以查動力特性圖（是V的函數(shù)）或者按照公式計(jì)算D = PV 2 + QV + W二、縱坡及坡長設(shè)計(jì)1、最大縱坡1）影響因素汽車的動力特性a.b.上坡時的爬坡能力道路通行能力、油耗：汽車行駛的縱向穩(wěn)定性：= Gkji £ i= tgajjGc. 下坡的制動安全通事故率：V 2 -V 2V 2 -V 2S12=12254(j +y )254(j + f - i)二、縱坡及坡長設(shè)計(jì)1、最大縱坡道路等級等級高V高D低i小。 D

4、= PV 2 + QV + W 公路i大城市道路、機(jī)非混合i小。約為公路對應(yīng)車速時 減1%。大、中橋4%非機(jī)動車 2.5%，2.5%時有坡長限制。隧道3%oooooooo3%、 4%的最大縱坡適合于高速公路和一級公路以較高行車速度行駛；當(dāng)高速公路受地形條件或o其他特殊情況限制時經(jīng)技術(shù)加1% 。論證最大縱坡可增8%、 9%的最大縱坡適合于設(shè)計(jì)速度為30km/h 的三級公路以及設(shè)計(jì)速度為20km/h 的四級公路上低速行駛。（慎用）5%、6%、 7%的最大縱坡適合于80km/h、60km/h 、40km/h 的設(shè)計(jì)速度。oo二、縱坡及坡長設(shè)計(jì)1、最大縱坡自然因素：o海拔：公路：2000m以上，i8%

5、。3000m以上，i比正常值減13%。o其他因素：o環(huán)境保護(hù)、工程投資、地形、交通結(jié)構(gòu)差異、發(fā)展等l = xGG '最大縱坡的總結(jié)o 城市道路為公路按設(shè)計(jì)車速的最大縱坡減小1%。o 大、中橋4%o 非機(jī)動車 2.5%，2.5%時有坡長限制。o 隧道3%o 海拔：2000m以上，i8%。3000m以上，比正常值減13%。o 高寒冰凍：公路：i8%，城市道路：i6%3、理想最大縱坡和不限坡長的最大縱坡lD1=+ i1fV 1i1= lD1-fV1 低速路為設(shè)計(jì)車速，高速路為載重車的最高速度，這是理想狀態(tài)，i1稱為理想最大縱坡設(shè)計(jì)車型即載重汽車在油門全 開的情況下，持續(xù)以理想速度V1等速行駛

6、所能克服的坡度。實(shí)際上情況并非如此，V1降低，i1可以增加V2V2稱容許速度，i2稱為不限坡長縱坡。12 設(shè)計(jì)車速=V223l = xGG 'lD2=f+ i2i2= lD2- f4、最小縱坡o 1）影響因素排水。o 2）最小縱坡值 0.3%。一般使用0.5%。5、坡長限制o坡長：變坡點(diǎn)間的水平距離。大于i1為陡坡，汽車行駛，初速為V1，終速不o低于V2，大于i2的縱坡要限制其長度。（1）最小坡長的限制設(shè)計(jì)車速9s15s的行程o .行車需求，行車平順，避免臺階式起伏，方便司機(jī)換檔。o .幾何線形布設(shè)，設(shè)置豎曲線要求，美觀。(2)最大坡長限制當(dāng)汽車在坡道上行駛，車速下降到最低容許速度時所

7、行駛的距離稱為最大坡長限制。.上坡時，汽車的動力性能。.下坡的行車安全。大于5%有坡長限制，大于限制坡長應(yīng)設(shè)3%的緩和坡段。其長度應(yīng)大于最小坡長。6、緩和坡段大于限制坡長應(yīng)設(shè)3%的緩和坡段，其長度應(yīng)大于 最小坡長。7、平均縱坡某段路線高差與水平距離之比。iP=H/L（%） (1）作用：.衡量縱斷面線型質(zhì)量行車平順和安全。.可供放坡定線參考。(2）規(guī)定.越嶺線高差200500m時，i平5.5%為宜。.越嶺線高差500m時，i平5.0%為宜。.任何連續(xù)3km內(nèi)，i平5.5%。.要考慮公路等級影響。8、坡度急彎和陡坡組合路段的縱坡設(shè)計(jì)o 路線在平曲線上的最大坡度縱坡與超高橫坡組合后形成的最大坡度，其

8、方向即流水方向。22iH=ih+ iz22iZ=iH- iho 在路線的平面和縱坡設(shè)計(jì)基本完成以后，檢查坡度。如果超過最大容許坡度時，可減少縱坡或者加大平曲線半徑以減小橫坡，或者兩方面同時減小。用坡度臨界圖或者公式驗(yàn)算最大坡度。22iH=ih+ iz應(yīng)用：.已知ih，iH（limit）iz.已知iz，iH（limit）ih.已知ih，iziH結(jié)論：.ih（max），iz（max）不能同時用。.iH（min）0.5%。三、爬坡車道1.定義陡坡路段正線行車道上坡方向右側(cè)增設(shè)的供載重車上坡行駛的 附加車道。2.設(shè)置條件公路：.高速、一級公路縱坡長度受限制路段（i4% ）.V下降到。城道：.快速路及V

9、60km/h的主干道，i5%的路段。.大車V下降，8050、 6040.由于上坡路段混入大型車輛的干擾降低適行能力時。.經(jīng)綜合分析認(rèn)為設(shè)置爬坡車道比降低縱坡 坡車道寬3.5m。合理時。 爬四、避險(xiǎn)車道1.定義在長陡坡路段正線行車道下坡方向右側(cè)為失控車輛增設(shè)的附加車道。四、避險(xiǎn)車道2.設(shè)置條件平均縱坡 ，縱坡連續(xù)長度km，交通組成中大、中型車輛比例較高時平面為直線段，保證視距3.車道寬度>8米 4.車道長度計(jì)算公式 5.坡度10 20避險(xiǎn)車道設(shè)置原則公路局（FHWA）GSRSo 美國道路的坡度、坡長、曲線半徑等車輛總重、制動器類型等避險(xiǎn)車道設(shè)置位置o 原則：避險(xiǎn)車道應(yīng)被設(shè)置在能截住最大數(shù)量

10、失控車輛的地方o 目前有三種方法公路局的GSRSnnn美國工程經(jīng)驗(yàn)法事故發(fā)生頻率法我國使用的方法八達(dá)嶺高速公路o 四處避險(xiǎn)車道自1998年11月開通至2003年8月14日，已有400輛失控車輛沖進(jìn)避險(xiǎn)車道K51+000K53+000K52+900K53+500避險(xiǎn)車道總結(jié)o 制動床是避險(xiǎn)車道的首選技術(shù)o 制動床集料深度最小為1mo 1318mm大小的統(tǒng)一供最大的滾動阻力o 集料堆和防撞桶只應(yīng)在地形限制不能提供足夠的避險(xiǎn)車道長度情況下才能使用，車的沙礫可提輛在與它們碰撞之前速度應(yīng)40km/h以下到避險(xiǎn)車道總結(jié)o 避險(xiǎn)車道線形應(yīng)為直線，與主線的交角應(yīng)盡可能小，制動床起點(diǎn)與主線應(yīng)有一定的橫向距離，以

11、防止沙礫飛濺到主線影響主線交通o 每次使用過后必須進(jìn)行維護(hù)，同時還應(yīng)周期性地翻松制動床集料o 必須提供排水設(shè)施，并防止制動床集料壓實(shí)和污染五、縱斷面設(shè)計(jì)的一般要求1、滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)2、盡量避免使用極限值3、縱斷面和地形協(xié)調(diào)4、填挖平衡5、滿足最小填土高度和排水要求6、橋梁、隧道兩端接線和交叉口處應(yīng)該平緩7、考慮通道和農(nóng)田的要求8、設(shè)計(jì)洪水位，應(yīng)高出0.5米o(hù)oooooooooo9、管線，覆土要求10、周圍標(biāo)高11、特殊點(diǎn)的及河道標(biāo)高：設(shè)計(jì)洪水位區(qū)域洪水位、相交道路六、豎曲線o縱斷面上兩縱坡線交點(diǎn)稱為變坡點(diǎn)。在變坡點(diǎn)處，為保證行車安全、順適以及視距而設(shè)置的縱向曲線即是 豎曲線。豎曲線可以采用二次拋

12、物線或圓曲線，幾乎 沒有差別，但在設(shè)計(jì)和計(jì)算上二次拋物線比圓曲線方便，但仍以豎曲線半徑來表示。i3i2i112凸型豎曲線<0凹型豎曲線>0豎曲線的作用：（1） 起緩沖作用：以平緩曲線取代折線可消除汽車在變坡點(diǎn)的突變。（2） 保證公路縱向的行車視距：凸形：縱坡變化大時，盲區(qū)較大。凹形：下穿式立體交叉的下線。1.豎曲線的要素計(jì)算o 幾個參數(shù)：oo變坡點(diǎn)坡長i1 , i2 ,w = i2- i1o 坡差：上坡為正，下坡為負(fù)TT1.豎曲線的要素計(jì)算（1）二次拋物線的基本公式（2）豎曲線要素計(jì)算Lw2TE =E =2R8x 2h =2RT = L = Rw22x 2y =+ i1 x2k設(shè)計(jì)

13、高程計(jì)算：x 2h =2R對于凸曲線，設(shè)計(jì)標(biāo)高=未設(shè)豎曲線時的標(biāo)高-h 對于凹曲線，設(shè)計(jì)標(biāo)高=未設(shè)豎曲線時的標(biāo)高+hXhX2.豎曲線的最小半徑o豎曲線的設(shè)計(jì)受眾多因素的限制，其中有三個限制因素決定著豎曲線的最小半徑或最小長度。（1）緩和沖擊汽車行駛在豎曲線上時，產(chǎn)生徑向離心力。這個 力在凹形豎曲線上是增重，在凸形豎曲線上是減重。 這種增重與減重達(dá)到某種程度時，旅客就會有不舒適 的感覺，同時對汽車的懸掛系統(tǒng)也有不利影響，所以確定豎曲線半徑時，對離心度要加以。a = 0.278m / s2V 2Rmin= 3.6V 2wLmin 3.62V 2R = v=a13a2a = vR（2）時間行程不過短

14、汽車從直坡道行駛到豎曲線上，盡管豎曲線半徑較大，如其長度過短，汽車倏忽而過旅客會感到不舒適。因此，應(yīng)限制汽車在豎曲線上的行程時間不過短，最短 應(yīng)滿足3s行程。（3）滿足視距的要求L Vt = Vmin3.61.23.凸曲線最小半徑凸曲線最小長度應(yīng)以滿足視距為主。（1）L<St（豎曲線長度<視距） h1 = 1.2, h2= 0.13.凸曲線最小半徑凸曲線最小長度應(yīng)以滿足視距為主。（2）L>St（豎曲線長度>視距）作為V 22LS按沖擊按視距R凸=min T4R3.6w凸4.凹曲線最小半徑（前燈）凹曲線最小長度應(yīng)以滿足兩種視距要求，前燈和跨線橋的要求。（1）L<St

15、（豎曲線長度<視距)L= 2(S- 0.75 + 0.026ST)minTw4.凹曲線最小半徑（前燈）（2）L>St（豎曲線長度>視距）作為S 2R=T凹1.5 + 0.0524STS 2wLmin=T1.5 + 0.0524ST5.凹曲線最小半徑（跨線橋）（1）L<St（豎曲線長度<視距）26.92w= 2S-LminT 5.凹曲線最小半徑（跨線橋）（2）L>St（豎曲線長度>視距）作為S 2R=T凹26.92S 2wLmin=T26.92o 豎曲線最小半徑分為一般值和極限值，極限值是汽車在縱坡變更處行駛時為了緩和沖擊 和保證視距所需的最小半徑的計(jì)算

16、值。該值 在受地形等特殊情況約束時方可采用，豎曲線半徑一般值是豎曲線最小半徑極限值的1.5 -2.0 倍。6.最小豎曲線長度最短應(yīng)滿足3s行程L Vt = Vmin3.61.2七、平、縱線形組合設(shè)計(jì)o為保證汽車行駛的安全與舒適，應(yīng)把道路平、縱、 橫三面結(jié)合作為立體線形來分析研究。平面與縱面 線形的協(xié)調(diào)組合將能在視覺上自然地誘導(dǎo)司機(jī)的視 線，并保持視覺的連續(xù)性。對公路設(shè)計(jì)者來說，一個基本原則是設(shè)計(jì)一條“流 線型”的路線，以一種自然平滑的形態(tài)與地形契合， 給駕駛?cè)艘环N連續(xù)的、有節(jié)奏的美感。這就要求路 線結(jié)合等高線，運(yùn)用優(yōu)美的漸變式的平面和縱斷面 過渡，使線形與自然地形（如山川、河流等）達(dá)到 完美結(jié)

17、合。 AASHTO交通美學(xué)o1 、視覺分析o 從視覺心里出發(fā)，對道路的空間線形及其與周圍自然景觀和沿線的協(xié)調(diào)等進(jìn)行研究分析，以保持視覺的連續(xù)性，使行車具有足夠的舒適感和安全感的綜合設(shè)計(jì)稱為視覺分析。1 、視覺分析o 駕駛員的視覺能力與車速密切：o駕駛員的注意力集中和心理緊張程度隨車速的增加而增加。注意力集中點(diǎn)和視野距離隨車速而增大，高速行駛時，駕駛員對前景細(xì)節(jié)的視覺開始變得模糊不清。車速越高，其注視前方越遠(yuǎn)，而視角逐漸變小視角隨車速逐漸變窄，高速時駕駛員已不能顧及兩側(cè)景象了。oo駕駛?cè)诵旭傄曇氨磉\(yùn)行速度（km/h）120100806040行駛視野（m）675575450325200視覺分析方法

18、o圖法是根據(jù)道路的平面線形、縱斷面線形及道路的橫斷面設(shè)計(jì)資料，繪制出駕駛在不同樁號處注視前方道路時映入路線平縱線形是否協(xié)調(diào)，道路與景眼簾的圖，以此來觀的配合是否適當(dāng)，曲線之間的連接是否平順，道路的是否清楚，通視條件是否良好等。如果檢查中發(fā)現(xiàn)線形有缺點(diǎn)時， 應(yīng)對設(shè)計(jì)作某些修改，使施工后的道路空間線形達(dá)到較為完美 的程度。o圖有一般有路線概略圖、包含適當(dāng)?shù)匦渭暗匚锏娜皥D和經(jīng)過渲染處理的真實(shí)感的圖，這些圖的作用各不相同，繪制的難易程度也不相同，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，原本是很的工作也可以很輕松地完成。（1）路線概略圖o 這種圖只繪出道路中心線和路基路面的邊線，一般有五根線，這種圖繪制簡單迅速，目前一

19、般CAD系統(tǒng)均應(yīng)具備此功能，主要是在進(jìn)行平、設(shè)計(jì)時實(shí)時檢查使用，雖然簡單但可以有效解決平縱組合方面的問題，所以線位圖也成為高等級公路初步設(shè)計(jì)中的重要的文件之一。（2）、全景圖o 如果將道路兩側(cè)的地形繪制出來，就形成了全景圖，不僅能反映道路線形的優(yōu)劣，而且可以檢查與周圍景觀的配合情況，隨著數(shù)字地形模型的應(yīng)用，道路全景制已經(jīng)比較方便了。圖的繪（3）、真實(shí)感的圖o 這種圖的制作難度較大，需要先建立模型，再進(jìn)行渲染而成，主要應(yīng)用于方案評價(jià)和匯報(bào)。2、平、縱組合的設(shè)計(jì)原則線形組合形式2、平、縱組合的設(shè)計(jì)原則線形組合形式2、平、縱組合的設(shè)計(jì)原則（1）應(yīng)在視覺上能自然地引導(dǎo)駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性。

20、應(yīng)避免只能看到近處和遠(yuǎn)處但看 不到中間凹下去部分的線形。o平曲線與豎曲線應(yīng)相互重合，且平曲線應(yīng)稍長于豎 曲線這種組合是使平曲線和豎曲線對應(yīng)，最好使豎曲線 的起終點(diǎn)分別放在平曲線的兩個緩和曲線內(nèi)，即所o謂的“平包豎”。平曲線和豎曲線對應(yīng)平曲線和豎曲線不對應(yīng)(2) 平、豎曲線應(yīng)避免的組合o要避免使凸形豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部與反向平曲線 的拐點(diǎn)重合。二者都存在不同程度的扭曲外觀；前者會使駕駛員操作引起交通事故；后者雖無視線誘導(dǎo)問題，但路面排水，易產(chǎn)生積水。o小半徑豎曲線不宜與緩和曲線相重疊。對凸形豎曲線誘導(dǎo)性 差，事故率較高；對凹形豎曲線路面排水不良。計(jì)算行車速度40km/h的道路，應(yīng)避免在

21、凸形豎曲線頂o部或凹形豎曲線底部小半徑的平曲線。前者失去引導(dǎo)視線的作用，駕駛員須接近坡頂才發(fā)現(xiàn)平曲線，導(dǎo)致不必要的或交通事故；后者會出現(xiàn)汽車高速行駛時急轉(zhuǎn)彎，行車不安全。(3)、直線與縱斷面的組合o平面的長直線與縱面的直坡線配合，對雙車道道路超 車方便，在平坦地區(qū)易與地形相適應(yīng)，但行車單調(diào)乏 味，易疲勞。直線上一次變坡是很好的平、縱組合，從美學(xué)觀點(diǎn)講 以包括一個凸形豎曲線為好，而包括一個凹形曲線次 之；直線中短距離內(nèi)二次以上變坡會形成反復(fù)凸凹的“駝 峰”和“凹陷”，看上去線形既不美觀也不連貫，使 駕駛員的視線中斷。只要路線有起有伏，就不要采用長直線，最好使平面 路線隨縱坡的變化略加轉(zhuǎn)折，并把平

22、、豎曲線合理的 組合。oooo要避免駕駛員一眼能看到路線方向轉(zhuǎn)折兩次以上或縱 坡起伏三次以上。2、平、縱組合的設(shè)計(jì)原則（4） 應(yīng)保持線形在視覺上和心理上的協(xié)調(diào)性。（5） 平、縱線形的技術(shù)指標(biāo)大小應(yīng)均衡連續(xù)， 保持行車安全。設(shè)計(jì)速度較低的公路更應(yīng)選用均衡連續(xù)的技術(shù)指標(biāo)（6） 線形設(shè)計(jì)首先必須滿足汽車行駛動力學(xué)要求。（7）選擇組合得當(dāng)?shù)呐潘托熊嚢踩Ｆ露?，以利于路?、平、縱組合的設(shè)計(jì)原則o （8）注意與道路周圍環(huán)境的配合。它可以減輕駕駛員的疲勞和緊張程度，并可起到引導(dǎo)視線的作用。2、平、縱組合的設(shè)計(jì)原則（9） 設(shè)計(jì)車速越高（例如大于60Km/h）， 對平縱組合的要求越低。（10） 當(dāng)平、縱面指

23、標(biāo)較低、坡度反向且坡差較大時 , 應(yīng)強(qiáng)調(diào)平、縱組合設(shè)計(jì) : 當(dāng)平 面半徑大于 4000m, 坡差小于 1.5%, 條件限制嚴(yán)格時 , 平縱組合可從寬掌握 : 當(dāng)平曲線 半徑大于 6000m, 縱面坡差小于 1%( 尤其是同方向坡 ), 受其他條件限制時 , 可不考慮 平縱組合要求。八、縱斷面設(shè)計(jì)原則與步驟o（一）設(shè)計(jì)原則1.滿足技術(shù)要求坡度（min max）、坡長（min max）、Rmin、2.縱斷面線型均勻平順3.填挖平衡4.滿足點(diǎn)交叉口，管線，老路，埡口，河流，橋、涵、隧，街坊5. 平縱結(jié)合6. 滿足排水要求7. 斷背曲線要避免2.縱斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)o 道路等級o 自然地形o 設(shè)計(jì)速度決定的

24、最小停車視距o 交通流中的貨車和其他重車的數(shù)量o 基本的車行道橫斷面o 沿線自然條件和構(gòu)造物標(biāo)高（二）、縱斷面設(shè)計(jì) 步驟1. 準(zhǔn)備工作：（1）應(yīng)收集有關(guān)設(shè)計(jì)資料：里程樁號和地面高程；平面設(shè)計(jì)成果；沿線勘測資料等。（2）點(diǎn)繪地面線，填寫有關(guān)內(nèi)容。JD6 R= Ls=JD5R=Ls=JD5 R= Ls=2.標(biāo)注高程點(diǎn)：路線起、終點(diǎn)；越嶺啞口；重要橋涵；最小填土高度；最大挖深；沿溪線的洪水位；隧道平面交叉和立體交叉點(diǎn)；鐵路道口；城鎮(zhèn)標(biāo)高以及受其它因素限制路線必須通過的標(biāo)高點(diǎn)等。山區(qū)道路的“點(diǎn)”或“挖方點(diǎn)”等。點(diǎn)類型：×必經(jīng)點(diǎn)，只上不下，只下不上，零挖點(diǎn)JD6 R= Ls=JD5R=Ls=JD5 R= Ls=3試坡：根據(jù)地形起伏情況及高程點(diǎn)，初擬縱坡線。JD6 R= Ls=JD5R=Ls=JD5 R= Ls=4調(diào)整：按平縱配合要求及標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行情況等進(jìn)行檢查調(diào)整。JD6 R= Ls=JD5R=Ls=JD5 R= Ls=5. 核對：典型橫斷面核對。6. 定坡：確定變坡點(diǎn)位置及變坡點(diǎn)高程或縱坡度。精度要求：變坡點(diǎn)樁號：一般要調(diào)整到10m的整樁號上；坡度值：精確到小數(shù)點(diǎn)兩位，即0.00%；變坡點(diǎn)高程：精確到小數(shù)點(diǎn)三位，即0.000；中樁高程：精確到小數(shù)點(diǎn)兩位，即0.00JD6 R= Ls=JD5R=Ls=JD5 R= Ls=7