高速公路-第五章-高速公路纵断面设计课件.ppt

1、第五章 高速公路纵断面设计前言 通过道路中线的竖向断面，称为纵断面。它主要反映路线起伏，纵坡度及其与原地面的切割情况等。道路中线处的原地面标高，称为地面标高。高速公路的设计标高一般采用中央分隔带外侧边缘的标高。设计标高与地面标高之差即为断面的填挖高度。1 纵断面要素 纵断面的几何线形包含具有一定坡度与有限长度的直坡段以及具有一定半径的凸形和凹形竖曲线。纵坡度 坡长限制 合成坡度 竖曲线 爬坡车道2 高速公路纵断面布局 1 平原地区高速公路的填土高度 2山区高速公路纵断面设计的特点 3纵断面设计的一般原则3 纵断面图的设计与绘制 1纵断面图的设计方法 2纵断面图的绘制纵坡度 路线纵坡度包括最大纵

2、坡度和最小纵坡度之间的各种坡度。其中，最大纵坡是高速公路线形设计控制的一项重要指标，它直接影响到路线的长度、使用品质、行车安全、运输成本和工程造价。最大纵坡 最小纵坡 最大纵坡 最大纵坡依汽车的动力特性、自然条件及工程运营经济的分析加以确定。汽车的爬坡能力 安全性、经济性 应尽可能选用小于最大纵坡的坡值。汽车爬坡能力决定的最大纵坡 确定高速公路上的最大纵坡，就需要了解高速公路上的代表性车型吸其动力特性。高速公路上往往小客车居多，小客车的行驶速度高，爬坡性能好，受纵坡的影响较小。在确定最大纵坡时也应注意在高速公路上行驶的代表性载重汽车车型。一般可以认为，在国产载重汽车中，适宜采用解放CAl40和

3、东风EQl40两种车型来作为研究确定纵坡的依据。140的平衡速度 平衡速度计算值 表5-1计算行车速度（km/m）1201008060滚动阻力系数（%）1.01.01.01.0纵坡度（%）3456档位平衡速度（km/m）57503636 隧道内纵坡一律不应大于3%。当受地形条件或其他情况限制时，经技术经济论证合理，最大纵坡也可按上表增加1。在高原地区，海拔高程对汽车的动力性能影响较大，为此，高原上公路的最大纵坡可适当采用较缓的纵坡。高速公路最大纵坡 表5-2计算行车速度（km/m）1201008060最大纵坡（%）3455最小纵坡 为保证高速公路上行车快速安全、通畅，希望尽可能采用小些的纵坡。

4、但对长路堑路段、设置边沟的低填方路段以及其他横向排水不畅的路段，为满足排水要求，应采用不小于03的最小纵坡；当必须采用平坡或小于03的纵坡时，其边沟应作纵向排水设计；在干旱少雨地区，最小纵坡可不受上述限制。坡长限制 坡长：纵断面每一坡段的长度也即相应于纵坡两转折点的间距，又称为设计间距。最小坡长 坡长限制最小坡长 为保证行车的安全与平顺，坡长不宜过短，最短以不小于计算车速行驶9s的行程为宜，即2.5v。高速公路采用的坡段最小长度见表5-3。最小坡长 表5-3计算行车速度（km/m）1201008060最小坡长（%）300250200150坡长限制 坡长限制是以汽车上坡的减速行程来核算的。高速公

5、路的坡长限制如表5-4。此时，在表中规定的限制坡长处应设缓和坡段。缓和坡段的纵坡应小于表5-5中所列值。连续上坡路段坡长可按比例折算纵坡长度。当纵坡小于表5-5所列数值时，坡长可以不受限制。对高速公路，即使纵坡为2时，其坡长也应有所节制，不宜过长。坡长值限制 表5-4计算行车速度（km/m）1201008060纵坡值（%）3800-4500700-5-5006007006-500500 高速公路坡长不受限制的最大纵坡 表5-5计算行车速度（km/m）1201008060坡度（%）2344合成坡度 汽车在有纵坡的小半径曲线上行驶时，除受坡度阻力外，还受曲线阻力的作用。由于曲线阻力的存在，当汽车上

6、坡时，消耗的功率增加，行驶速度降低。当汽车下坡时，有沿合成坡度力向倾斜和滑移的倾向，增加了行车的危险性。应将其组合的坡度限定在适当的范围内，目的在于保证曲线段的汽车行驶状况与直线段相同。合成坡度 设有超高的平面曲线坡段上，由路线纵坡与曲线超高横坡所组成的斜向坡度即是合成坡度。最大纵坡 最小纵坡 我国规定最小合成坡度不宜小于0.5，在不得己当合成坡度小于0.5时，应采用综合排水措施，以保证路面排水畅通。22纵横合iii最大纵坡 在高速公路设计中，为保证行车安全；合成坡度应控制在适当范围。公路路线设计规范规定：合成坡度不得超过10%(120kmh及100kmh时)及10.5%(80kmh及60km

7、h时)。表5-6（P80）所示为对应于各种超高横坡度时的圆曲线半径。对于给定的道路纵坡和超高横坡，其合成坡度可依合成坡度临界线图(图5-2，P80)来检查。竖曲线 为减缓汽车行驶在纵坡变坡处所产生的冲击，以及保证行车视距，必须插人的纵向曲线称为竖曲线。纵断面上两纵坡线交点处称为变坡点。在变坡点设置的竖曲线有凸形和凹形竖曲线两种。竖曲线要素计算 凸形竖曲线半径限值 凹形竖曲线半径限值 竖曲线最小长度 爬坡车道 抛物线要素 二次抛物线型竖曲线的一般方程式：点B处抛物线的纵距为：圆曲线要素 竖曲线长度、切线长度T、外距E凸形竖曲线半径限值 以停车视距为保证：R凸=S停/3.98 按照不产生不舒适的冲

8、击变化为控制条件时：R凸=v2/3.6 我国公路竖曲线最小半径值2100360VR 23.98sR 停R凸凸形竖曲线极限最小半径（单位：m）计算速度v（km/m）按缓冲要求按视距要求选定的凸形竖曲线极限最小半径120400011100110001002780645065008017803020300060100014101400凹形竖曲线半径限值 汽车的颠簸与震动 R凸=S停/3.98 前灯照射要求 R=S停2/200（h0+S停tan）跨线桥视距要求：规范规定高速公路竖曲线半径见表5-9（P84）通常情况下，最小半径为极限最小半径的1.5倍。竖曲线最小长度 竖曲线最小长度一般按照计算车速运行

9、3s的距离计算。L=5v/6(m)为行车安全舒适，实际设计时，常采用1.52倍或更大值，计算车速越大，取值越高。爬坡车道 爬坡车道是在纵坡大于4的陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载重汽车行驶的专用车道。1爬坡车道设置条件 2爬坡车道的构造 3.爬坡车道长度的确定爬坡车道设置条件 高速公路符合下列情况之一者，可在上坡方向行车道右侧设置爬坡车道。(1)当上坡方向载重汽车的行驶速度降低到表5-11（P85）的容许最低速度以下时；(2)上坡路段的设计小时交通量超过设计通行能力时；对六车道及六车道以上高速公路可不设爬坡车道，因正线外侧车道可作为爬坡车道使用。爬坡车道的构造(1)横断面构成 爬坡车道设置在

10、正线车行道右侧，一般宽3.5m，其与正线车行道之间设以路缘带，如图5-9（P85）。(2)超高与加宽 爬坡车道土的行车速度较小，为保证行车安全，在需要设置超高时，与正线相应的超高坡度规定值见表5-12，超高坡度的旋转轴为爬坡车道内侧边缘。(3)爬坡车道的平面布置与长度爬坡车道的平面布置与长度 爬坡车道平面布置如图5-10 构成：起点侧三角端渐变长L1、爬坡车道长L和终点侧的附加长度L2。爬坡车道长度的确定 爬坡车道长度通常是根据爬坡性能曲线用图解方法求取。1 平原地区高速公路的填土高度 我国修建高速公路多数分布在沿海的平原地区，水网密布，要跨越很多水道和地方道路，大多采用高路堤的方案。路基填土

11、高度一般为3-4m。造成不好后果：土方量大 占地多 噪声波及远 破坏景观和环境中的生态平衡 土基施工压实难度大，造成不均匀沉降 国外大多采用浅路堑和低路堤方案（图5-13）.优点：可以使土方平衡,降噪,节省土地,绿化美化环境。图5-13 高速公路的浅路堑和低路堤方案 浅路堑和低路堤比高路堤具有明显优点，但国内由于不能满足大量地方交通的要求，特别是农用拖拉机和非机动车难于上坡走上跨立交，要求每个300m左右建立一条下穿高速公路通道。且平原地区水位较高也是主要原因之一。采用高路堤方案，往往会增加公路的造价2山区高速公路纵断面设计的特点 在山区和丘陵地区修筑高速公路时，往往遇到两个问题：1 由于高速

12、公路占用路幅较宽，为节省土石方而不得不采用双向分离式路基。2 由于高速公路技术标准，在越岭区段和沿溪切山嘴地区将出现较多的隧道路段。3纵断面设计的一般原则 在纵断面设计中，主要是选定纵坡度确定纵坡线以及设置竖曲线。目的是要求把纵面线形诸要素组合成汽车行驶平顺舒适、视觉连续、路表圆滑的线形。1 坡度选取：考虑地形控制、在给定设计车速范围之内，尽量选取缓坡。2 纵断面线形设计：紧密配合平曲线，使线形能适应各种不同车辆的要求，力求采用缓和的纵坡度维持均衡的营运速度，尽量使载重汽车保持高速行驶。设置竖曲线时，要特别注意行车时的视觉要求。因此，竖曲线半径应尽量采用大一些的，务使视觉舒畅，路容美观。参照表

13、5-14 按视觉要求而选用的最小竖曲线半径 表5-14v（km/h)凸形竖曲线半径（m）凹形竖曲线半径（m）12020000120001001600010000801200080006090006000设计车速v（km/h)竖曲线半径（m）凸形凹形120175805200100103003700前苏联曾经提出用下式确定竖曲线半径，可供参考。其值列于5-15表前苏联建议的适用竖曲线半径 5-15330.01v3000.34v300vkm/h凸凹凸 形 竖 曲 线 R凹 形 竖 曲 线 R式 中：设 计 车 速（）纵断面图是公路线形设计中的一项重要文件，它的设计主要是指图纸上能明确而合理地选定纵坡的组合并安置好竖曲线。设计步骤：根据中桩及水准记录，绘制纵断面图地面线 了解设计要求，熟悉勘察资料 根据中线测设资料，绘制全线交角点、平曲线及 其要素 确定纵面控制点，初试拉破 调整坡度线 根据很断面进行核对 确定纵坡度 确定和计算竖曲线 纵断面图的水平比列尺一般为1：2000，垂直比例尺为1：200，对高速公路也可以采用水平比列尺1：1000，垂直比列尺相应地用1:100，图的下部各栏显示出土壤地质说明，地面高程，设计高程，坡度及坡长，直线及平曲线（包括缓和曲线），里程桩号等。纵断面图见5-17