纵断面设计标准ppt课件.ppt

城市道路规划与设计 主讲：王志强 内蒙古大学交通学院,第二节 纵断面设计标准,一、 道路纵断面概述定义：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。,地面线：它是根据原地面中线上各桩点的高程连线而点绘的一条不规则的折线；反映中线 的地面起伏。设计线：路线上各点路基设计高程的连线。,1、路线纵断面图构成：,地面线：它是根据原地面中线上各桩点的高程连线而点绘的一条不规则的折线；反映中线 的地面起伏。设计线：路线上各点路基设计高程的连线。它是经过技术上、经济上、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，反映了道路顶面位置及路线的起伏变化情况。,地面高程：在路中线上表示地面点高程。设计高程：一般公路，在设计线上表示路基未设加宽超高前的路基边缘各点的高程。 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。,1、路线纵断面图构成：,2、设计线在横断面上的位置,道路设计线的位置在横断面图上是路基设计标高的位置关于路基设计标高，规范规定如下：新建公路：高速、一级：中央分隔带外侧边缘的标高 二、三、四级：路基边缘标高（设置超高加宽前 的路基边缘标高） 改建公路： 中央分隔带中线 行车道中线（也可按新建公路规定）沿河路基： 路基设计标高应高出洪水频率所计算而得的计算 水位线0.5m以上。 3、纵断面设计内容： 首先确定设计坡度线（坡度及坡长） 然后确定竖曲线 （半径） 最后确定纵断面的设计线,3、纵断面设计内容：,首先确定设计坡度线（坡度及坡长）然后确定竖曲线 （半径）最后确定纵断面的设计线,4、公路纵断面线形要素：,公路纵断面线形要素：坡度线与竖曲线表征纵坡度大小可用上升高度H与水平距离L之比的百分数表示 纵坡度大小及纵坡长度直接影响汽车爬坡性能及交通安全度。,二 、纵坡设计标准,（一）、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。1、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。,2、imax的确定方法,A、汽车上、下坡行驶要求：上坡时，考虑汽车爬坡能力。上坡时升坡阻力增加，需加大牵引力，V；若长时间爬，水箱沸腾、气阻，使行驶无力，机械磨损增大，以至发动机熄火限制最大纵坡。下坡时，以安全性为主。下坡时，制动次数增加易造成制动器失灵和驾驶员紧张，易发生车祸限制最大纵坡；但一般以下坡要按要求制定最大纵坡，一般为8%。例：纵坡8%，坡长360米；坡度较大11%-12%的路段下坡终点为交通事故多发段。B、拖挂车的要求：满载8%为宜。C、考虑兽力车及雨雪冰滑时汽车上下坡的行驶要求。,1. 设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh的高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。2. 公路改建中，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。,3、各级公路最大纵坡的标准规定,1)高原为什么纵坡要折减？在高海拔地区，因空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。2)规范规定：位于海拔3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按表4-5的规定予以折减。折减后若小于4%，则仍采用4%。,4、高原纵坡折减,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： 规范规定：不小于 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。 在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。 干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。,（二）、最小纵坡,内容：最小坡长限制：任何路段 最大坡长：陡坡路段,（三）、坡长限制,1、最大坡长限制：限制原因： a.当i5%且长度太长，汽车上坡克服升坡阻力，、V、汽车负荷水箱开锅、气阻、爬坡无力熄火。b.机件磨损大，驾驶员工作紧张。c.下坡是频繁制动，制动器发热失效车祸。标准规定：见表,标准规定各级公路最大坡长限制。,1最大坡长限制,限制原因：a.竖曲线设置不便 b.纵面视距不良，影响安全性 c.道路的平顺性较差，行车颠簸 d.乘客舒适性较差标准规定：见表 (9-15s行程) L=Vt3.6 V60km/h 取t=9s v=40km/h 取t=11s v=30km/h 取t=12s v=20km/h 取t=15s标准规定，各级公路最短坡长不应小于表值。,2最短坡长限制,（四）、缓和坡段,为了避免汽车在连续陡坡（i5% LLmax）上行驶时使用低档上坡和下坡的不安全性，减轻汽车机件负荷，故需在不大于max所规定的长度处设置i3%的缓和坡段，其长度应满足最小坡长的要求。标准规定，连续上坡(或下坡)时，应在不大于所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。 缓和坡段： 纵坡值：不应大于3% 长 度：不小于最小坡长要求 线 形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线；注：曲线半径较小时，缓和坡段长度应增加。 回头曲线段不能作为缓和坡段。,（五）、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。2、限制原因： a. ih过大,V较慢时侧滑、打滑； b.若汽车在急转陡坡时，离心力沿ih方向V突然增加汽车倾斜、货物偏重汽车倾倒。,3、合成坡度的计算公式为：,式中：I合成坡度（%）； ih超高横坡度或路拱横坡度（%）； iz路线设计纵坡坡度（%）。,4.最大允许合成坡度值：,（五）、合成坡度,4合成坡度指标,（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。,（1）最大允许合成坡度值(新),（五）、合成坡度,5、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。 例如：某二级公路，有一平曲线半径为250m，超高横坡为8%，该路段纵坡度为4.8%，则合成坡度为,（3）当陡坡与小半径平曲线重合时，在条件许可的情况下，以采用较小的合成坡度为宜。 特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%。 在冬季路面有积雪结冰的地区； 自然横坡较陡峻的傍山路段； 非汽车交通比率高的路段。,（五）、合成坡度,（六）、平均纵坡,1、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）。,2、限制原因：与最大坡长类似3、标准规定：（1）越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差为200500m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。（2）任意连续3km路段平均纵坡不应大于5.5。4、平均纵坡作用：（1）放坡（2）合理运用其它指标,七、其他纵坡规定,1）桥上及桥头路线的纵坡（1）小桥与涵洞处的纵坡应按路线规定进行设计。（2）桥梁及其引道的平、纵、横技术指标应与路线总体布设相协调。大、中桥上的纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%，引道紧接桥头部分的线形应与桥上线形相配合，其长度不宜小于3秒设计速度行程长度。 （3）位于市镇附近非汽车交通较多的地段，桥上及桥头引道纵坡均不得大于3%。2）隧道部分路线的纵坡（1）隧道内的纵坡应大于0.3并小于3%，但短于100m的隧道不受此限。（2）高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受限制时，经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但不宜大于4%。,（3）隧道内的纵坡可设置成单向坡；地下水发育的隧道及特长、长隧道可采用人字坡。（4）隧道洞口内侧不小于3秒设计速度行程长度与洞口外侧不小于3秒设计速度行程长度范围内的平、纵线形应一致。洞口外与之相连接的路段应设置距洞口不小于3秒设计速度行程长度，且不小于50m的过渡段，以保持横断面过渡的顺适。3）城镇附近公路纵坡： 位于市镇附近非汽车交通比例较大的路段，纵坡可根据具体情况适当放缓。平原、微丘区宜不大于2%3%；山岭、重丘区宜不大于4%5%。4）交叉口纵坡：紧接交叉口附近的纵坡不大于3%，特殊情况亦不大于5%。5）回头曲线纵坡：,七、其他纵坡规定,回 头 曲 线 技 术 指 标,三、竖曲线设计标准,（一）、概述竖曲线：是指在公路纵坡变坡点处设置的竖向曲线。线形组成：圆曲线、二次抛物线，我国道路采用二次抛物线。作用：保证道路设计的基本要求，具体包括： 缓和纵向变坡处行车方向变化所产生的冲击作用； 确保道路纵向行车视距； 平、竖曲线组合，有利于路面排水、改善行车视线和行车舒适感。,（二）、竖曲线几何线形原理,1、竖曲线类型：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，用表示，即 =2-1tan2- tan1=i2-i1,2、竖曲线的基本方程式设变坡点相邻两纵坡分别为i1和i2。竖曲线可以是抛物线或圆曲线的形式：,式中：R抛物线顶点处的曲率半径,A,B,（二）、竖曲线几何线形原理,3、有关竖曲线的计算：切线上任意一点Q与竖曲线间的竖向距离：由上图可知， ， 则：由抛物线计算原理：而切线上的Q点的纵坐标为：,（二）、竖曲线几何线形原理,由抛物线计算原理,由抛物线计算原理：,式中：h切线上任一点至竖曲线上的竖向距离，m； l曲线上相应于h的点至切点A或B的距离，m； R二次抛物线的参数（原点处的曲率半径），通常称为竖曲线半径，m； i切线的斜率，即纵坡度%（一阶导数的几何意义）,曲线长L,竖曲线长度可以近似地看成 切线长T因为很小，所以竖曲线的切线外距E 由 和 l=T可知竖曲线的外距E为,综合上述，竖曲线的要素计算公式为：,（三）、竖曲线设计标准确定,竖曲线的设计标准：竖曲线半径和竖曲线长度, 由于在凸形竖曲线和凹形竖曲线汽车行驶时的主要控制因素考虑的不同，所以二者有不同的设计标准。1 、竖曲线的最小半径 1).竖曲线设计限制因素(1)缓和冲击 从限制汽车在竖曲线上行驶时其离心力不致过大考虑为:,1 、竖曲线的最小半径 1）竖曲线设计限制因素 (1)缓和冲击从限制汽车在竖曲线上行驶时其离心力不致过大考虑为:,根据试验，认为F/G是单位车重上受到的离心力，根据日本资料应限制在0.028比较合适。我国标准规定的竖曲线最小半径值，相当于F/G=0.028 。,（三）、竖曲线设计标准确定,1 、竖曲线的最小半径 1）竖曲线设计限制因素 (2)时间行程不过短:最短应满足3s行程长度。,（三）、竖曲线设计标准确定,1 、竖曲线的最小半径 1）竖曲线设计限制因素 (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，夜间行车前等照射影响。 (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。,（三）、竖曲线设计标准确定,1 、竖曲线的最小半径 2）.凸形竖曲线最小半径和最小长度 (1)从失重不致过大考虑：,（三）、竖曲线设计标准确定,1 、竖曲线的最小半径 2）.凸形竖曲线最小半径和最小长度 (2）.从保证纵面行车视距考虑： 凸形竖曲线最小半径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。,（三）、竖曲线设计标准确定,(1)当LST:,h1=1.2mh2=0.1m,( 2)当LST时：,视距长度：,令,经计算分析、比较采用前式比后式计算结果大，应以前式作为制定标准的依据。凸形竖曲线最小半径见下表,最小半径：,凸形竖曲线最小半径和最小长度,标准规定竖曲线最小长度相当于各级道路计算行车速度的3秒行程长度。,1 、竖曲线的最小半径 3）.凹形竖曲线最小半径和最小长度 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。 （1）从增重不致过大考虑： 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 。,（三）、竖曲线设计标准确定,（竖曲线计算公式）,（2）从汽车夜间行车前灯照射距离考虑。 为前灯高度（一般为0.75m），为前灯照射角（一般取1） 若：前灯照射距离S视距长度ST要求，则不能保证行车安全。 （取S=ST）,（三）、竖曲线设计标准确定,（3）.从保证跨线桥下视距考虑,综合上述三种情况，（1）情况计算得R最大标准中以第一情况为Rmin制定条件，即离心力条件。见下表,（三）、竖曲线设计标准确定,凹形竖曲线最小半径和最小长度,标准规定凹形竖曲线最小长度相当于各级道路计算行车速度的3秒行程长度。,4）、竖曲线一般最小半径极限半径是为了保证行车缓和视距所必须的最小半径，只有在低等级公路和地形受限时采用；为了争取较好的行车条件和视距条件，设计时一般取1.52.0 ，即竖曲线的一般最小半径。2 、竖曲线的最小长度 减小时，即使R增加，但竖曲线长度下降，此时汽车在竖曲线段瞬时而过，冲击大，舒适性较差，视觉上线形突生转折。因此，汽车在竖曲线行驶时间不能太短，我国道路设计中一般以3s行程时间控制：,（三）、竖曲线设计标准确定,谢谢各位同学！再见！,