道路勘测设计课件5.pptx
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1、Generalization第一节第一节道路纵断道路纵断面线形设计原理面线形设计原理沿着道路中线竖直剖开,然后在展开即为沿着道路中线竖直剖开,然后在展开即为路线纵断面。路线纵断面。1地面线地面线它是根据中线上各桩点的高程而点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,反映了地面的起伏与绘的一条不规则的折线,反映了地面的起伏与变化情况。变化情况。2设设计计线线它它是是综综合合考考虑虑技技术术、经经济济和和美美学学等等诸诸因因素素之之后后,人人为为定定出出的的一一条条具具有有规规则则形形状状的的几几何何线线,反反映映了了道道路路的的起起伏伏变变化化情情况况。纵纵断断面面设计线是由设计线是由
2、直线直线和和竖曲线竖曲线组成的。组成的。(1)直直线线(均均匀匀坡坡度度线线)直直线线有有上上坡坡和和下下坡坡之之分,是用坡度和水平长度表示。分,是用坡度和水平长度表示。(2)竖竖曲曲线线在在直直线线的的坡坡度度转转折折处处为为平平顺顺过过渡渡要要设设置置竖竖曲曲线线,按按坡坡度度转转折折形形式式不不同同,竖竖曲曲线线有有凹有凸,其大小用曲线半径和水平长度表示。凹有凸,其大小用曲线半径和水平长度表示。第二节第二节纵坡及坡长设计纵坡及坡长设计TheDesignofLongitudinalGradeandSlopeLength一、最大纵坡一、最大纵坡TheMaximumLongitudinalGr
3、ade最大纵坡是指在纵断面设计中,各级最大纵坡是指在纵断面设计中,各级道路容许采用的最大坡度值。道路容许采用的最大坡度值。它是路线设它是路线设计中一项重要的控制指标。在地形起伏较计中一项重要的控制指标。在地形起伏较大的地区,它直接影响路线的长短、使用大的地区,它直接影响路线的长短、使用质量的好坏、行车的安全、运输的成本和质量的好坏、行车的安全、运输的成本和工程造价。工程造价。各级道路允许的最大纵坡是根据各级道路允许的最大纵坡是根据汽车的汽车的动力特性、道路等级、自然条件以及工程、动力特性、道路等级、自然条件以及工程、运营、经济运营、经济等因素,通过综合分析,全面等因素,通过综合分析,全面考虑,
4、合理确定的。考虑,合理确定的。1、各级公路最大纵坡的规定见表、各级公路最大纵坡的规定见表41;2、城市道路最大纵坡见教材表、城市道路最大纵坡见教材表42;3、桥上及桥头路线的最大坡度:、桥上及桥头路线的最大坡度:小桥与涵洞处纵坡应按路线规定采用;小桥与涵洞处纵坡应按路线规定采用;大、中桥上纵坡不宜大于大、中桥上纵坡不宜大于4;桥头引线的纵坡不宜大于桥头引线的纵坡不宜大于5,且紧接桥头,且紧接桥头不短于不短于10m(山岭、重丘区可减至(山岭、重丘区可减至5m)范)范围内的引道纵坡应与桥上纵坡相同;围内的引道纵坡应与桥上纵坡相同;4、隧道部分路线的纵坡:、隧道部分路线的纵坡:隧道内纵坡不应大于隧道
5、内纵坡不应大于3,且不小于,且不小于0.3;紧接隧道洞口紧接隧道洞口30m范围内的纵坡应与隧道内范围内的纵坡应与隧道内的纵坡相同(明洞和长度小于的纵坡相同(明洞和长度小于50m的隧道,的隧道,可不受上述规定的限制)。可不受上述规定的限制)。5、在非机动车交通比例较大的路段,可将纵坡适在非机动车交通比例较大的路段,可将纵坡适当放缓当放缓:平原、微丘区一般不大于:平原、微丘区一般不大于23;山岭、重丘区一般不大于山岭、重丘区一般不大于45。二、二、高原纵坡折减高原纵坡折减HighlandLongitudinalGradeReduction规范规范规定:设计速度小于或等于规定:设计速度小于或等于80
6、km/h位于海拔位于海拔3000以上的高原地区的公路,最大纵以上的高原地区的公路,最大纵坡值应按规定予以折减。折减后若小于坡值应按规定予以折减。折减后若小于4%,则仍,则仍采用采用4%。海波高度海波高度(m)30004000400050005000折减值折减值(%)123高原纵坡折减值高原纵坡折减值SynthesisSlope三、合成坡度三、合成坡度所谓所谓合成坡度合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高是指由路线纵坡与弯道超高横坡组合而成的坡度,其方向即横坡组合而成的坡度,其方向即流水线方向流水线方向。合成坡度的计算公式为合成坡度的计算公式为式中:式中:I合成坡度();合成坡度();ih超高横坡度(
7、);超高横坡度();i路线纵坡度()。路线纵坡度()。各级公路最大允许合成坡度见各级公路最大允许合成坡度见表表4-4当陡坡与比较小平曲线重合时,在条件允许当陡坡与比较小平曲线重合时,在条件允许的情况下,以采用较小的坡度为宜;在积雪严寒的情况下,以采用较小的坡度为宜;在积雪严寒地区、自然横坡较陡的傍山路段以及非汽车交通地区、自然横坡较陡的傍山路段以及非汽车交通比率较高的路段,其比率较高的路段,其合成坡度必须小于合成坡度必须小于8;在进行平曲线设计时,可按下式计算平曲线上允许在进行平曲线设计时,可按下式计算平曲线上允许的最大纵坡:的最大纵坡:式中:式中:iR平曲线上的允许最大纵坡度();平曲线上的
8、允许最大纵坡度();Imax最大允许合成坡度();最大允许合成坡度();ih横向超高坡度()。横向超高坡度()。各级道路最小合成坡度不宜小于各级道路最小合成坡度不宜小于0.5%。当合成。当合成坡度小于坡度小于0.5时,应采取综合排水措施,以保证路面时,应采取综合排水措施,以保证路面排水畅通。排水畅通。四、四、最小纵坡最小纵坡TheMinimumLongitudinalGrade在在挖挖方方路路段段、低低填填方方路路段段和和横横向向排排水水不不畅畅通通的的路路段段,为为保保证证排排水水要要求求,防防止止积积水水渗渗入入路路基基而而影影响响其其稳稳定定性性,均均应应设设置置不不小小于于0.3%的的
9、最最小纵坡,一般情况下以不小于小纵坡,一般情况下以不小于0.5%为宜。为宜。当当必必须须设设计计平平坡坡或或纵纵坡坡小小于于0.3%时时,边边沟沟应应单单独独作作排排水水设设计计。在在弯弯道道路路段段,为为使使行行车车道道外外侧侧边边缘缘不不出出现现反反坡坡,设设计计最最小小纵纵坡坡不不宜宜小小于于超高允许渐变率。超高允许渐变率。干旱少雨地区最小纵坡不受限制。干旱少雨地区最小纵坡不受限制。五、五、坡长限制坡长限制GradeLineLimit1、最小坡长、最小坡长最小坡长是指纵断面上两个变坡点之间的最小最小坡长是指纵断面上两个变坡点之间的最小长度。长度。最短坡长的限制主要是从最短坡长的限制主要是
10、从汽车行驶平顺性汽车行驶平顺性的的要求考虑的,如果坡长过短,使变坡点增多,汽车要求考虑的,如果坡长过短,使变坡点增多,汽车行驶在连续起伏的路段会产生增重与减重的频繁变行驶在连续起伏的路段会产生增重与减重的频繁变化,导致乘客感到极不舒适,车速越高越感突出。化,导致乘客感到极不舒适,车速越高越感突出。另外,坡长太短,变坡点之间不能设置相邻两竖曲另外,坡长太短,变坡点之间不能设置相邻两竖曲线的切线长;此外,对两凸型变坡点间的距离还应线的切线长;此外,对两凸型变坡点间的距离还应满足行车视距的要求。考虑上述因素,应对最小坡满足行车视距的要求。考虑上述因素,应对最小坡长加以限制。长加以限制。2、最大坡长、
11、最大坡长道路纵坡的大小及其坡长对汽车正常行驶影响道路纵坡的大小及其坡长对汽车正常行驶影响很大。纵坡越陡、坡长越长,对汽车影响也越大。很大。纵坡越陡、坡长越长,对汽车影响也越大。主要表现在:主要表现在:上坡时使汽车行驶速度显著下降,需上坡时使汽车行驶速度显著下降,需换较低排挡以克服坡度阻力,同时,坡长太长,易换较低排挡以克服坡度阻力,同时,坡长太长,易是水箱是水箱“开锅开锅”,导致汽车爬坡无力,甚至熄火;,导致汽车爬坡无力,甚至熄火;下坡时制动次数频繁,易使制动器发热而失效,甚下坡时制动次数频繁,易使制动器发热而失效,甚至造成车祸。至造成车祸。因此,为保证行车的正常与安全,应因此,为保证行车的正
12、常与安全,应对坡长加以限制。对坡长加以限制。(1)、各级公路纵坡最小长度见表)、各级公路纵坡最小长度见表4-6;(2)、城市道路纵坡最小坡长见表)、城市道路纵坡最小坡长见表4-7;(3)、公路不同纵坡的最大坡长见表)、公路不同纵坡的最大坡长见表4-8;(4)、城市道路最大纵坡长度见表)、城市道路最大纵坡长度见表4-9;六、六、缓和坡段缓和坡段TransitionSlope 当陡坡的长度超过最大坡长的限制时,应在当陡坡的长度超过最大坡长的限制时,应在中间适当位置设置缓坡路段,用以恢复汽车上陡中间适当位置设置缓坡路段,用以恢复汽车上陡坡时已降低的车速。同时,从下坡安全考虑,缓坡时已降低的车速。同时
13、,从下坡安全考虑,缓坡也是需要的。根据实际观测,坡也是需要的。根据实际观测,标准标准规定缓规定缓和坡段的纵坡应不大于和坡段的纵坡应不大于3,其长度应不小于最,其长度应不小于最短坡长。短坡长。缓和坡段的具体位置应结合纵向地形的起伏缓和坡段的具体位置应结合纵向地形的起伏情况,尽量减少填挖方工程数量来确定。一般情情况,尽量减少填挖方工程数量来确定。一般情况下,况下,缓和坡段宜设置在平面的直线或较大半径缓和坡段宜设置在平面的直线或较大半径的平曲线上的平曲线上,以便充分发挥缓和坡段的用,提高,以便充分发挥缓和坡段的用,提高道路的使用质量。在极特殊的情况下,可以将缓道路的使用质量。在极特殊的情况下,可以将
14、缓和坡段设于半径比较小的平曲线上,但应适当增和坡段设于半径比较小的平曲线上,但应适当增加缓和坡段的长度。加缓和坡段的长度。七、七、平均纵坡平均纵坡AverageLongitudinalGrade平均纵坡是指一定长度的路段纵向所能克服的平均纵坡是指一定长度的路段纵向所能克服的高差与路线长度之比高差与路线长度之比,它是衡量线形设计质量的重,它是衡量线形设计质量的重要指标之一,即要指标之一,即式中:式中:H相对高度相对高度(m);l路段长路段长度度(m)。()()标准标准规定:二、三、四级公路越岭路线的平规定:二、三、四级公路越岭路线的平均坡度,一般以接近均坡度,一般以接近5.5(相对高差为(相对高
15、差为200500m)和和5.0(相对高差大于(相对高差大于500m)为宜,并注意相连)为宜,并注意相连3km路段的平均纵坡不宜大于路段的平均纵坡不宜大于5.5。城市道路的平均纵坡。城市道路的平均纵坡按上述规定减少按上述规定减少1.0。对于海拔。对于海拔3000m以上的高原地以上的高原地区,平均纵坡应较规定值减少区,平均纵坡应较规定值减少0.51.0。八、纵坡设计的一般要求八、纵坡设计的一般要求TheGenerallyRequireofLongitudinalGradeDesign1、纵坡设计必须满足纵坡设计必须满足标准标准的各项规定;的各项规定;2、应具有一定的平顺性,起伏不宜过大和过应具有一
16、定的平顺性,起伏不宜过大和过于频繁。于频繁。3、纵坡设计应对沿线的地形、地下管线、地纵坡设计应对沿线的地形、地下管线、地质、水文、气候、排水等方面综合考虑,视质、水文、气候、排水等方面综合考虑,视具体情况妥善处理。具体情况妥善处理。4、纵坡设计应纵坡设计应考虑填挖平衡考虑填挖平衡,减少借方和废,减少借方和废方,以降低工程造价和节省用地。方,以降低工程造价和节省用地。5、平原微丘地区地下水埋藏较浅,池塘、湖泊分平原微丘地区地下水埋藏较浅,池塘、湖泊分布较广,纵坡除应满足最小坡度要求外,还应布较广,纵坡除应满足最小坡度要求外,还应满足满足最小填土高度最小填土高度的要求,以保证路基稳定。的要求,以保
17、证路基稳定。6、对连接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端引对连接段纵坡,如大、中桥引道及隧道两端引线等,纵坡应小些,避免产生突变。路线交叉线等,纵坡应小些,避免产生突变。路线交叉处前后的纵坡也平缓一些。处前后的纵坡也平缓一些。7、在实地调查的基础上,充分考虑通道、农田水、在实地调查的基础上,充分考虑通道、农田水利等方面的要求。利等方面的要求。VerticalCurve第三节第三节竖曲线竖曲线纵纵断断面面上上两两个个坡坡段段的的转转折折处处,为为了了便便于于行行车车用用一一段段曲曲线线来来缓缓和和,称称为为竖竖曲曲线线。竖竖曲曲线线的的形形式式可可采采用用抛抛物物线线或或圆圆曲曲线线,在在使使用用
18、范范围围二二者者几几乎乎没没有有差差别别,但但在在设设计计和和计计算算上上,抛抛物物线线比比圆圆曲曲线线更更为方便。所以,为方便。所以,竖曲线一般采用抛物线者居多。竖曲线一般采用抛物线者居多。一、一、竖曲线要素计算公式竖曲线要素计算公式FormulaofVerticalCurveFactor建建立立XOY坐坐标标系系统统,设设变变坡坡点点相相邻邻两两纵纵坡坡坡坡度度分分别别为为i1和和i2,它它们们的的代代数数差差用用表表示示,称称为为坡坡度差:度差:i2i1式中:式中:坡度差();坡度差();i1,i2分分别别为为相相邻邻纵纵坡坡线线的的坡坡度度值值,上上坡为正,下坡为负。坡为正,下坡为负。
19、当当为为“”时时,表表示示凹凹型型竖竖曲曲线线,变变坡坡点点在在曲曲线线下下方方;当当为为“”时时,表表示示凸凸型型竖竖曲曲线线,变坡点在曲线上方。变坡点在曲线上方。1、二次抛物线的基本方程式二次抛物线的基本方程式在图示坐标系下,二次抛物线一般方程为在图示坐标系下,二次抛物线一般方程为对竖曲线上任意一点对竖曲线上任意一点P,其斜率为,其斜率为当当X0时,时,;当;当XL时,时,则则抛物线上任意一点抛物线上任意一点P的曲率半径为的曲率半径为式中:式中:,,代入上式,得,代入上式,得因因为为iP介介于于i1、i2之之间间,且且i1、i2均均很很小小,故故iP可忽略不计,则可忽略不计,则。抛抛物物线
20、线各各点点的的曲曲率率半半径径近近乎乎为为常常数数。二二次次抛抛物线竖曲线的基本方程式为:物线竖曲线的基本方程式为:或或式中:式中:坡度差();坡度差();L竖曲线长度竖曲线长度(m);R竖曲线半径竖曲线半径(m)。2、竖曲线要素计算公式竖曲线要素计算公式(1)竖曲线长度)竖曲线长度LR(2)竖曲线半径)竖曲线半径RL/(3)竖曲线切线长)竖曲线切线长(4)竖曲线上任意一点)竖曲线上任意一点P的竖距:的竖距:(5)竖曲线外距)竖曲线外距二、二、竖曲线的最小半径竖曲线的最小半径MinimumRadiusofVerticalCurve1、缓和冲击、缓和冲击汽车在竖曲线上行驶时,其离心加速度为汽车在
21、竖曲线上行驶时,其离心加速度为离心加速度离心加速度a=0.50.7m/s2较为合适。但考虑到较为合适。但考虑到视觉平顺等的要求,我国视觉平顺等的要求,我国标准标准规定竖曲线最小规定竖曲线最小半径和最小长度可按下式计算,半径和最小长度可按下式计算,相当于相当于a=0.278m/s2,即,即或或 AlleviateCollision限制汽车在竖曲线上的行驶时间不过短。最限制汽车在竖曲线上的行驶时间不过短。最短应满足短应满足3S的行程,即的行程,即或或2、时间行程不宜过短、时间行程不宜过短 TimeRouteNotTooShort 汽车行驶在竖曲线上,若半径太小,就会阻挡汽车行驶在竖曲线上,若半径太
22、小,就会阻挡驾驶员的视线。对地形起伏较大地区的道路,在夜驾驶员的视线。对地形起伏较大地区的道路,在夜间行车时,若凹形竖曲线半径过小,前灯照射距离间行车时,若凹形竖曲线半径过小,前灯照射距离近,影响行车速度和安全;高速公路及城市道路跨近,影响行车速度和安全;高速公路及城市道路跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等,如果它们正线桥、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。好处在凹形竖曲线上方,也会影响驾驶员的视线。因此为了保证行车安全,对竖曲线的最小半径和最因此为了保证行车安全,对竖曲线的最小半径和最小长度应加以限制。小长度应加以限制。3、满足视距的要求、满足
23、视距的要求MeetTherequestofSightDistance(一)凸形竖曲线最小半径和最小长度(一)凸形竖曲线最小半径和最小长度1、当、当LST时时在在标准标准中,根据中,根据缓和冲击、时间行程缓和冲击、时间行程及视距要求及视距要求三个限制因素,可计算出各设计速三个限制因素,可计算出各设计速度时凸形竖曲线的最小半径和最小长度,如度时凸形竖曲线的最小半径和最小长度,如表表4-11所示所示。表中。表中“一般最小半径一般最小半径”约为约为“极限极限最小半径最小半径”的的1.52.0倍,在条件允许时,应尽倍,在条件允许时,应尽量采用大于量采用大于“一般最小半径一般最小半径”的竖曲线为宜。的竖曲
24、线为宜。表中表中“竖曲线最小长度竖曲线最小长度”相当于各级道路在计相当于各级道路在计算行车速度下的算行车速度下的3S行程。行程。凹形竖曲线的最小长度,应满足两种凹形竖曲线的最小长度,应满足两种视距要求:一是视距要求:一是保证夜间行车安全保证夜间行车安全,前灯,前灯照明应有足够的距离;二是照明应有足够的距离;二是保证跨线桥下保证跨线桥下行车有足够的视距行车有足够的视距。(二)凹形竖曲线最小半径和最小长度(二)凹形竖曲线最小半径和最小长度1夜间行车前灯照射距离要求夜间行车前灯照射距离要求(1)当)当LST时时2、跨线桥下行车视距要求、跨线桥下行车视距要求(1)当当LST时时(2)当当LST时(见图
25、时(见图48)Climbinglanedesign第四节第四节爬坡车道的设计爬坡车道的设计 所所谓谓爬爬坡坡车车道道,是是在在陡陡坡坡路路段段正正线线行行车车道道外外侧侧增增设设的的供供载载重重汽汽车车或或慢慢速速车车行行驶驶的的专专用用车车道道。为为了了在在长长陡陡的的路路段段上上将将大大型型车车、慢慢速速车车从从主主线线车车流流中中分分离离出出去去,宜宜在在陡陡坡坡路路段段增增加加辅辅加加的的爬爬坡坡车车道道,这这样样可可提提高高小小汽汽车车行行驶驶的的自自由由度度,确确保保行行车车安全,增加道路的通行能力。安全,增加道路的通行能力。一一般般来来讲讲,最最理理想想的的纵纵断断面面设设计计应
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