公路设计规范

第三章纵断面设计

【本章学习要点】本章主要学习纵断面线形设计的基本方法，《标准》的有关规定和要求，掌握纵断面设计成果。

沿着公路中线竖直剖切然后展开即为公路的纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求,路线纵断面总是一条有起伏的空间线.纵断面图是公路纵断面设计的主要成果,也是公路设计的技术文件之一.把公路的纵断面图与平面图结合起来,就能准确地定出公路的空间位置.

在纵断面图上有两条主要的线:一条是地面线,它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线,反映了沿着中线地面的起伏变化情况;另一条是设计线,它是设计人员经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线,反映了公路路线的起伏变化情况.纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的.直线(即均匀坡度线)有上坡和下坡,是用坡度和水平长度表示的.直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济以及行车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，是以通行的汽车类型及行驶性能来决定的。

在直线的坡度转折处为平顺过度要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和长度表示。

路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，《规范》规定如下：

1、1、新建公路的路基设计标高

高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。

2、2、改建公路的路基设计标高

一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道中线处的标高。

纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、公路等级、地形、地物、水文地质，综合考虑路基稳定、排水以及工程经济性等，研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径以及与平面线形的组合关系，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。

第一节纵坡及坡长设计

一、汽车行驶与公路纵坡的关系

(一)汽车行驶要求

汽车行驶的牵引力来源于汽车的发动机，发动机将燃料燃烧所放出的热能转化为机械能；汽车行驶的阻力有空气阻力、滚动阻力、坡度阻力和惯性阻力，要保证汽车正常行驶，牵引力必须大于或等于各项阻力之和；但汽车牵引力发挥受轮胎和路面之间摩阻力限制，如果轮胎和路面之间摩阻力不够大时，牵引力就不可能发挥作用，车轮只能空转打滑，所以汽车的牵引力又受驱动轮与路面之间摩阻力的限制。当路面阻力较大时，汽车行驶条件较差，当路面阻力超过一定限度，汽车将无法行驶。

(二)汽车在坡道上的行驶要求

1.纵坡度力求平缓；

2.陡坡宜短，长坡道的纵坡度应加以严格限制；

3.纵坡度的变化不宜太多，尤其应避免急剧起伏变化，力求纵坡均匀。

二、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制

(一)最大纵坡

在高差较大的地区，坡度越大，公路里程就越短，一般来说工程数量也越省；但由于汽车的牵引力有一定的限度，故纵坡不能采用太大，必须对纵坡加以限制。最大纵坡是公路纵坡设计的极限值，是纵断面线形设计的一项重要指标。最大纵坡的大小将直接影响路线的长短、使用质量、行车安全以及运营成本和工程的经济。

汽车沿陡坡行驶时，因升坡阻力增加而增大牵引力，从而降低车速，若长时间爬陡坡，不但会引起汽车水箱沸腾、气阻，使行驶无力以至发动机熄火，使行驶条件恶化。汽车下坡时制动次数增加，制动器易发热而失灵，驾驶员心理紧张，也容易发生车祸。因此从行车安全考虑对最大纵坡必须加以限制。

1.确定最大纵坡应考虑的因素

1）汽车的动力性能：考虑公路上行驶的车辆，按汽车行驶的必要条件和充分条件来确定。

2）公路等级：不同的公路等级要求的行车速度不同；公路等级越高、行车速度越大，要求的纵坡越平缓。

3）自然因素：公路所经过的地形、海拔高度、气温、雨量、湿度和其它自然因素，均影响汽车的行驶条件和上坡能力。

2.最大纵坡的确定

最大纵坡是各级公路纵坡限制值，只有在山岭区路线特别困难时采用。如表 3-1所示。

3.纵坡折减

1）高原纵坡

在海拔3000米以上的高原地区，因为空气稀薄而使汽车输出功率降低，相应降低了汽车的爬坡的性能；此外，在高原地区行车，大气压强低水箱易开锅；所以，各级公路的最大纵坡应按表3-2的规定折减；最大纵坡折减后，如小于4%时，仍采用4%。

2）桥梁隧道纵坡

大、中桥上的纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；位于市镇附近非汽车交通量较大的地段，桥上及桥头引道纵坡均不得大于3%；小桥涵纵坡随路线。

隧道内的纵坡不应大于3%，并不得小于0.3%；独立的明洞和长度小于50米的隧道可不受上述限制。

3）非汽车交通量较大的路段纵坡

非汽车交通量较大的路段纵坡，应根据具体情况将纵坡放缓；平原微丘区一般不大于2%～3%，山岭重丘区一般不大于4%～5%。

(二)最小纵坡

为使公路上行车快速、安全和畅通，希望公路纵坡设计的小一些，但是，在长路堑低填方以及其它横向排水不畅通的地段，防止积水渗入路基而影响其稳定，规定各级公路的长路堑路段、以及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计水平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑，其边沟应作纵向排水设计。

(三)坡长限制

1.最大坡长的限制

公路纵坡的大小及坡长对汽车正常行驶影响很大。坡长限制，系根据汽车动力性能来决定的。长距离的陡坡对汽车行驶不利。连续上坡，发动机过热影响机械效率，从而使行驶条件恶化，下坡则因刹车频繁而危及行车安全，因此，纵坡越陡，坡长越长，对行车的影响越大。《标准》对各级公路不同陡坡的最大坡长加以限制见表3-3。

表 3-3 各级公路纵坡长度限制

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。《标准》规定，各级公路最小坡长如表3-4所示。

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