第四章纵断面设计1

保证视觉的连续性。
2.视觉与车速的动态规律
驾驶员的注意力集中程度随车速的增加而增加； 驾驶员的心理紧张程度随车速的增加而增加； 驾驶员的注意力集中点和视距随车速的增大而增 大,对一些细节开始变得模糊不清； 驾驶员的视角随车速的增大而减小，高速驾驶时 一无法顾及两侧景象了。
二、道路平 纵线形组合设计
（四） 平、纵线形组合与景观的协调配合
平、纵线形组合设计必须是在充分与自然景 观相配合的基础上进行。否则，即使线形组合满 足所有规定也不一定是良好设计。特别是高速公 路、一级公路，其线形组合设计与自然景观相配 合尤为重要。
1 、应在道路的规划、选线、设计、施工全过程 中重视景观要求。如对风景旅游区、自然保护区、 名胜古迹区、文物保护区和其它特殊地区等，一 般以绕避为主。 2 、尽量少破坏自然景观，避免深挖高填。比如， 对沿线的地貌、树林、池塘、湖泊等要少破坏； 对填挖路段，在横断面设计时要使边坡造型和绿 化与现有景观相适应，祢补由于填挖对自然景观 的破坏。
（1）要避免使凸形竖曲线的顶部与反向平 曲线的拐点重合。否则，宜出现扭曲的外 观，会使驾驶员操纵失误，产生交通事故； （2）要避免使凹形竖曲线的底部与反向平 曲线的拐点重合。否则，也宜出现扭曲的 外观，会使路面排水困难，产生积水；
（3）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重合。对凸 形竖曲线引导性差，事故率较高；对凹形竖曲线， 路面排水不良；
2、
全景透视图
源自文库
如果将道路两侧的地形绘制出来，就形成了全景透视 图，不仅能反映道路线形的优劣，而且可以检查与周 围景观的配合情况，随着数字地形模型的应用，道路 全景透视图的绘制已经比较方便了，图为一公路的全 景透视图。
3、 真实感的透视图
这种透视图的制作难度较大，需要先建立模型， 再进行渲染而成，主要应用于方案评价和汇报， 图为一公路的具有真实感的透视图。
T L 180 90 2 2


T2 902 E 2.03 2R 2 2000

竖曲线起点桩号＝（K5+030.00）- 90 = K4+940.00 竖曲线终点桩号＝（K5+030.00）+ 90 = K5+120.00
2．计算设计高程
K5+000.00：位于上半支 横距x1=5000.00 – 4940.00＝60m 竖距 x12 602 （改正值） y1 2 R 2 2000 0.90
2、
3、 选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水 和行车安全。 4、 注意与周围环境相配合。如配合得好，可以 减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，并可起到引导 视线的作用。
（二）平曲线与竖曲线的组合
1、平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应 稍长于竖曲线 这种组合是使平曲线与竖曲线对应，最好 使竖曲线的起点和终点分别放在平曲线的两个 缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。
视觉要求的最小竖曲线半径值 计算行车速度 （km/h） 120 100 80 60 40 表 4-20 竖曲线半径（m） 凸形 20000 16000 12000 9000 3000 凹形 12000 10000 8000 6000 2000
（五） 关于相邻竖曲线的衔接 相邻两个同向竖曲线，特别是同向凹曲线之 间，如直坡段不长应合并为单曲线或复合曲线， 这样要求对行车是有利的。 相邻反向竖曲线之间，中间最好插入一段直 坡段，以使增重与减重和缓过渡。若两竖曲线半 径接近最小极限值时， 插入的直坡段至少应为 计算行车速度3S的行程。但当两竖曲线半径较大 时，亦可直接连接。


作业： 某二级公路一路段有三个变坡点，详细资料如下： 变坡点桩号 设计高程 竖曲线半径 K12+450 172.513 5000 +950 190.013 4000 K13+550 173.513 3000 试计算K12+700～K13+300段50m间隔的整桩号的设计高程 值。
（二） 关于坡长
坡长是指纵断面两变坡点之间的上坡距离， 坡长应在最短坡长与最大坡长限制之间选取。坡 长不宜过短，实践证明，坡长以不小于计算行车 速度9S的行程为宜。对连续起伏的路段，坡度应 尽量小，坡长和竖曲线应争取到最小极限值的一 倍或两倍以上，避免锯齿形的纵断面。但不应超 过最大坡长限制。
（三） 各种地形条件下的纵坡设计 1 、对于平原地形，注意保证最小填土高度和最 小纵坡的要求。 2 、对于微丘地形，其纵坡应均匀平缓，应避免 过分迁就地形而使路线连续起伏，并应注意纵坡 的顺适性，不产生突变。
第五节纵断面设计方法及纵断面图
一
、纵断面设计要点
纵断面设计的主要内容是确定路线合适的标 高、各坡段的纵坡度和坡长，并设计竖曲线。其 基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长和竖 曲线长短适当平面与纵面组合设计协调、以及填 挖平衡等，主要注意以下问题。
（一）关于纵坡极限值的运用
纵坡坡度应控制在最大纵坡与最小纵坡之 间。最大纵坡在设计时不可轻易采用，并应留 有余地。在特殊情况下，如越岭线为争取高度、 缩短路线长度或避开艰巨工程等，才可以有条 件地采用。一般来讲，纵坡缓些为好，但为了 路面和边沟排水，最小纵坡应不低于0.3%~0.5%。
3 、山岭、重丘地形的沿河线应尽量采用平缓纵 坡，坡长不应超过最大坡长限制，坡度不宜大于 6％。 4 、越岭线的纵坡应力求均匀，尽量不采用极限 或接近极限的坡度，更不宜在连续采用极限长度 的陡坡之间夹短的缓和线。 5 山脊线和山腰线除结合地形在不得已时采用 较大纵坡外，在可能条件下纵坡应缓些。
（四）关于竖曲线半径的选用 竖曲线应选用较大半径为宜。当受限制时， 可采用一般最小半径；特殊情况下方可采用极限 最小半径。当条件允许时，宜按表 4 － 20 的规定 进行设计。
1、视觉分析的意义 道路设计除应考虑自然条件、汽车行驶特 性以外，还要驾驶人员在心理和视觉上的反应 作为重要因素来考虑。汽车在道路上行驶时， 道路的线形、周围的景观、标志以及其它有关 信息，几乎都是通过驾驶人员的视觉感受到的。 因此，视觉是连接道路与汽车驾驶的重要媒介。
视觉分析具有如下意义：
保证道路空间线形的顺适性； 保证道路与周围环境的协调性； 保证行车的安全性；
（4）计算行车速度在40km/h以上的道路，应避免 在凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部插入小 半径的平曲线。前者引导性差，驾驶员在接近坡 顶时才发现平曲线，导致匆忙减速甚至交通事故； 后者会出现汽车高速行驶时急转弯，行车不安全。
如图4－14所示，将平曲线与竖曲线的组合 形象地表示出来，以便于实际应用。竖曲线的起 点和终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线段 内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线 上，也不要放在圆曲线段内。有时，若做不到平、 竖曲线较好的组合，可把二者拉开相当距离，使 平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。
竖距
x 22 202 y2 0.10 2R 2 2000


切线高程 = 427.68 - 0.04×(5100.00 - 5030.00) = 424.88m 设计高程 = 424.88 – 0.10 = 424.78m

某条道路变坡点桩号为K25+460.00,高程为 780.72m， ,竖曲线半径5000m 。 （1）判断凸凹性； （2）计算竖曲线要素； （3）计算竖曲线起点、K25+400.00、 K25+460.00、K25+500.00、终点的设计高 程。
3、暗、明弯与凸、凹竖曲线
暗弯与凸形竖曲线组合，以及明弯与凹形 竖曲线组合较为合理，且给人一种平顺舒适的 感觉。平曲线与竖曲线重合是一种理想的组合， 但由于地形等条件限制，这种组合并不是总能 争取得到的。如果平曲线的中点与竖曲线的顶 （底）点位臵错开距离不超过平曲线长度的四 分之一时，效果仍然令人满意。但是，如果错 位过大或大小不均衡，就会出现视觉效果很差 的线形。
00 0 3 R=
60m
R=∞
R=1000
R=∞
图4-12
2、平曲线与竖曲线大小应保持均衡
平曲线与竖曲线其中一方大而平缓，那 么另一方就不要形成多而小。一个长的平曲 线内有两个以上的竖曲线，或一个大的竖曲 线含有两个以上的平曲线，看上去都非常别 扭，如图4－13所示。根据德国的统计资料， 当平曲线半径小于1000m时，竖曲线半径大约 为平曲线半径的10～20倍为好。
道路勘测设计
[ 例 4-3] ：某山岭区一般二级公路，变坡点桩号为 k5+030.00 ， 高程H1=427.68m，i1=+5%，i2=-4%，竖曲线半径R=2000m。 试计算竖曲线诸要素以及桩号为 k5+000.00 和 k5+100.00 处的 设计高程。


解：1．计算竖曲线要素 ω=i2- i1= - 0.04-0.05= - 0.09<0，为凸形。 曲线长 L = Rω=2000×0.09=180m 切线长 外 距
3、 应能提供视觉的多样性，力求与周围的风 景自然地融为一体。充分利用湖泊、树木、水坝、 桥梁、高烟窗、或在路旁设臵一些设施，以消除 单调感，并使道路与自然密切配合。
4 、必要时可采用修整、植草皮、种树等措施 改善景观。
5 、 有条件时进行综合绿化。
用透视图来检查线形设计及组合情况
透视图法是根据道路的平面线形、纵断面线形及道路的横断面设 计资料，绘制出驾驶人员在不同桩号处注视前方道路时映入眼帘的 透视图，以此来判断路线平纵线形是否协调，道路与景观的配合是 否适当，曲线之间的连接是否平顺，道路的走向是否清楚，通视条 件是否良好等。如果检查中发现线形有缺点时，应对设计作某些修 改，使施工后的道路空间线形达到较为完美的程度。
（一） 平、纵组合设计的原则
1、 保持视觉的连续性。应在视觉上自然地引导驾驶员 的视线，并保持视觉的连续性。任何使驾驶员感到茫 然、迷惑或判断失误的线形都应避免。在视觉上能否 自然地引导视线，是衡量平、纵线形组合的最基本问 题。 保持平、纵线形的技术指标大小应均衡。对纵面线 形不断起伏，而在平面上却采用高标准的线形是无意 义的。反之，在平面上线形迂回前进、弯道较多，而 在纵断面设计上采用高标准也同样没有意义。


切线高程 = 427.68 + 0.05×(5000.00 - 5030.00) = 426.18m 设计高程 = 426.18 - 0.90=425.18m

（凸竖曲线应减去改正值）
K5+100.00：位于下半支

①按竖曲线终点分界计算： 横距x2= 5100.00 – 4940.00＝160m
竖距
x2 2 1602 y2 6.40 2 R 2 2000

切线高程 = 427.68 + 0.05×(5100.00 - 5030.00)

= 431.18m
设计高程 = 431.18 – 6.40 = 424.78m

K5+100.00：位于下半支

②按变坡点分界计算：


横距= 5120.00 – 5100.00 ＝20m
透视图有一般有路线概略透视图、包含适当地形及地物的全景透视 图和经过渲染处理的真实感的透视图，这些透视图的作用各不相同， 绘制的难易程度也不相同，随着计算机技术的发展，原本是很困难 的工作也可以很轻松地完成。
1、
路线概略透视图
这种透视图只绘出道路中心线和路基路面的边线，一 般有五根线，这种透视图绘制简单迅速，目前一般CAD 系统均应具备此功能，主要是在进行平、纵、横设计 时实时检查使用，虽然简单但可以有效解决平纵组合 方面的问题，所以线位透视图也成为高等级公路初步 设计中的重要的文件之一。
（三） 直线与纵断面的组合
在平坦地区，宜出现平面的长直线与纵面的 直坡线相配合，这对双车道道路超车较为方便。 但距离过长时，行车单独乏味，易疲劳，宜发生 交通事故。这时，可采用一次变坡的平、纵组合， 其中以包括一条凸形竖曲线为最好，而包括一条 凹形竖曲线次之。
直线中短距离内两次以上变坡是较差的组合， 会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去 既不美观也不连贯，宜使驾驶员的视线中断。因 此，只要路线有起伏，就不要一味采用直线，最 好使平面曲线随纵坡的变化略加转折，把平曲线 与竖曲线合理地组合。