第五章_高速公路纵断面设计

第五章高速公路纵断面设计

第一节概述

定义：沿着道路中线竖向剖面的展开图即为路线纵断面。

纵断面设计：在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。

任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。

依据：汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等。

路线纵断面图构成：

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；

设计线：路线上各点路基设计高程的连续。

地面高程：中线上地面点高程。

设计高程：一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。

设分隔带公路，一般为分隔带外边缘。

路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。

路堤：设计高程大于地面高程。

路堑：设计高程小于地面高程。

纵断面设计内容：坡度及坡长、竖曲线

第二节纵坡及坡长设计

一、纵坡设计的一般要求

1．纵坡设计必须满足《标准》的各项规定。

2．为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。

尽量避免采用极限纵坡值。

合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。

连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段。

越岭线哑口附近的纵坡应尽量缓一些。

3．纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅

4．一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。——即纵向填挖平衡设计。

5．平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填上高度要求，保证路基稳定。——即包线设计。

6．对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些，

7．在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。

二、最大纵坡

最大纵坡：是指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。

影响因素：

汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。

道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。

自然条件：海拔高程、气候（积雪寒冷等）。

纵坡度大小的优劣：

坡度大：行车困难：上坡速度低，下坡较危险。

山区公路可缩短里程，降低造价。

各级公路最大纵坡的规定（表5-2）

三、高原纵坡折减

四、最小纵坡

最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。

最小纵坡值：0.3%，一般情况下0.5%为宜。

适用条件：

横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、路肩设截水墙等。

当必须设计平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。

干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。

五、坡长限制

内容：最小坡长限制：任何路段

最大坡长：陡坡路段

1．最短坡长限制

《标准》规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。

2．最大坡长限制

《标准》规定各级公路最大坡长限制。

六、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H与路线长度L之比（连续升坡或降坡路段）。《标准》规定：

越岭路线连续上坡(或下坡)路段，

相对高差为200～500m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％。

任意连续3km路段平均纵坡不应大于5.5％。

七、合成坡度

1.定义：合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度，其方向即流水线方向。

合成坡度的计算公式为：

2．合成坡度指标

1）最大合成坡度：10％

2）最小合成坡度：

最小合成坡度不宜小于0.5%。

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。

3. 合成坡度指标的控制作用：

控制陡坡与急弯的重合；

平坡与设超高平曲线的配合问题。

第三节竖曲线

1．定义：

纵断面上两个坡段的转折处，为了便于行车用一段曲线来缓和，称为竖曲线。

变坡点：相邻两条坡度线的交点。

变坡角：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用ω表示，即

ω=α2-α1≈tgα2- tgα1=i2-i1

2．竖曲线的作用：

（1）其缓冲作用：以平缓曲线取代折线可消除汽车在变坡点的突变。

（2）保证公路纵向的行车视距：

凸形：纵坡变化大时，盲区较大。

凹形：下穿式立体交叉的下线。

3. 竖曲线的线形

《规范》规定采用二次抛物线作为竖曲线的线形。

抛物线的纵轴保持直立，且与两相邻纵坡线相切。

一、竖曲线要素的计算公式

1．竖曲线的基本方程式：设变坡点相邻两纵坡坡度分别为i1和i2。

抛物线竖曲线有两种可能的形式：

（1）包含抛物线底（顶）部；

（2）不含抛物线底（顶）部。

2．竖曲线诸要素计算公式

（1）竖曲线长度L或竖曲线半径R：

（2）竖曲线切线长T：

（3）竖曲线外距E：

（4）竖曲线上任一点竖距h：

二、竖曲线的最小半径

（一）竖曲线设计限制因素

1．缓和冲击

汽车在竖曲线上行驶时其离心加速度为:

2．时间行程不过短

最短应满足3s行程。

3．满足视距的要求：

凸形竖曲线：坡顶视线受阻

凹形竖曲线：下穿立交

4. 凸形竖曲线主要控制因素：行车视距。

凹形竖曲线的主要控制因素：缓和冲击力。

（二）凸形竖曲线最小半径和最小长度表5-7 表5-10

凸形竖曲线最小长度应以满足视距要求为主。

按竖曲线长度L和停车视距ST的关系分为两种情况。

1．当L

2．当L>ST:

（三）凹形竖曲线最小半径和最小长度表5-8 表5-10

设置凹竖曲线的主要目的是缓和行车时的离心力，确定凹竖曲线半径时，应以离心加速度为控制指标。

凹形竖曲线的最小半径、长度，除满足缓和离心力要求外，还应考虑两种视距的要求：一是保证夜间行车安全，前灯照明应有足够的距离；二是保证跨线桥下行车有足够的视距。《标准》规定竖曲线的最小长度应满足3s行程要求。

三、逐桩设计高程计算

1．纵断面设计成果：

变坡点桩号BPD

变坡点设计高程H