项目三路线纵断面.docx

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项目三路线纵断面

课程名称

公路勘测技术

专业名称

道路桥梁工程技术专业

授课教师/职称

王建林/副教授

授课方式（合、小班）

小班

授课题目（章、节）

项目三路线纵断面

教材及参考书目

公路工程、公路线型设计规范、公路工程技术标准

教学目的与要求：

◆知道路线纵断面的组成；

◆会进行纵坡及坡长、竖曲线的计算和设计。

◆知道拉坡过程中的变坡点位置选择及平、纵线形的组合；

◆会最大纵坡、最小纵坡、最短坡长、缓和坡段、陡坡组合及合成纵坡的运用；

◆能进行纵断面拉坡设计、中桩设计标高的计算。

内容和时间安排、教学方法：

1．内容：

纵断面设计一般规定要求；竖曲线设计；平纵组合设计；纵断面设计方法、纵断面设计成果

2．时间安排：

14学时

3．教学方法：

多媒体、例题、讲述、作业

教学重点和难点：

1．重点：

纵断面设计的一般方法与步骤、纵断面设计及设计成果

2．难点：

竖曲线半径的理论依据。

复习思考题、作业题：

1、如何进行纵断面设计？

纵断面设计有哪些一般规定与要求；什么情况下不宜设置转坡点？

确定竖曲线半径时一般需要考虑哪些方面？

实施情况及分析：

本章为课程的重点之一，特别是讲解纵断面设计时，所需考虑的问题是多方面的，所以讲课时通过实例及工程案例剖解，并配合多媒体课件，学生基本能掌握，然后再通过课程设计布置（预布置）。

使学生有了一个更深的理解。

知识目标：

具备纵坡设计时的一般规定与要求，圆曲线设计计算公式综合设计时的几点要求能运用的能力。

能力目标：

能绘制纵断面，会计算各点的设计标高，会竖曲线设计与计算。

课堂组织：

教师采用PPT课堂讲授6学时，采取演示法教学。

在课堂上每讲一项功能后，另安排2学时课间实训，通过投影仪投影把有关图片放到屏幕上，起到直观、形象的效果，使学生能迅速掌握有关知识。

另为加强学生的直观性，对实地道路的超高、加宽情况进行现场讲解。

项目三路线纵断面勘测设计

工作任务1路线纵断面线形组成分析（2学时）

有关概念解释：

绘图解释

路线纵断面──通过公路中线的竖向剖面展开图。

地面标高──公路中心线上各桩号在实地上的高程。

通过中平测量得到。

地面线──由相邻地面标高的连线（用细实线的折线表示）。

反映地面起伏情况。

设计标高──未超高、未加宽前的路基内侧边缘标高（或路中线标高）。

设计线──设计标高的连线（直坡线与竖曲线组成）。

经过纵坡和坡长设计后得到的一条空间线。

施工高度──设计标高和地面标高之差,也为填挖高度。

纵断面设计是根据汽车的行驶特性、公路等级和性质、路线当地的自然条件、工程经济研究路线的纵坡大小及其长度。

纵断面设计直接影响到行车的安全性和迅速、工程造价、运输成本和运营费用、乘客的舒适程度。

纵坡：

上坡“+”，下坡“―”

纵坡设计的一般规定与要求

一、汽车的动力性能

　　按上式虽可以对汽车的牵引性能进行分析,但很繁琐,因为式中即包括了运动性能数据（f,i,v）,又包含了汽车的构造数据（G,K）等,而后者对不同类型的汽车影响是不相同的.

以车速V为横坐标,D为纵坐标,就可以绘出排挡下的D-V关系曲线,称为该型汽车的运动特性图。

二、汽车行驶对公路纵坡的要求

（一）汽车上坡的几种情况:

1.纵坡平缓,行驶阻力小于牵引力,汽车可以较高的车速行驶。

2.纵坡较陡但坡段较短汽车可以用较高的排挡,利用上坡前的加速和上坡前的减速来动力上坡,走完全程。

3.纵坡陡而长，汽车只能以高挡动力上坡一定距离后,换入较低的排挡继续上坡。

4.纵坡不很陡,但坡长较短而连续上坡，汽车在这种情况下行驶时司机需多次换排挡,增加劳动强度,又增加行程时间,又增加了汽车的燃料消耗与机件的磨损。

（二）对道路纵坡的要求

1.纵坡度力求平缓。

2.陡坡宜短,较大纵坡的坡段长度应限制其长度，长陡坡的纵坡度应加以限制。

3.纵坡度变化不宜过繁,力求纵坡均匀。

三、纵坡设计的一般规定与要求

1、纵坡设计的一般要求

纵坡设计应满足的要求:

1.纵坡设计必须满足《公路工程技术标准》的规定。

2.应具有一定的平顺性（纵坡起伏不宜边于频繁,并避免采用极限纵坡）。

3.对较陡的纵坡应限制其坡段长度,以利于汽车上坡和下坡。

4.连续升坡或降坡时不宜设计反坡和小半径的平曲线。

5.设计标高应保证最小排水纵坡（挖方或低填方地段）和保证路基稳定的最小填土高度。

6.纵坡设计应考虑填挖平衡，以挖作填，减少借方与废方，降低工程造价。

7.纵坡设计应考虑农业、农田水利、灌溉等。

2、最大纵坡与最小纵坡

（一）最大纵坡

最大纵坡是指各级公路容许采用的最大坡度值，是纵断面设计中的一项重要控制指标。

在山区,纵坡度大小将直接影响路线的长短,使用性质、运输成本和工程造价。

1.确定最大纵坡应考虑因素:

（1）.汽车的动力特性。

（2）.公路等级与设计速度。

（3）.自然因素:

地形,气候,海拨高度等。

（4）.上坡要可能、下坡要安全。

2.最大纵坡的确定

根据实际调查可知:

解放CA-1091型汽车可用Ⅱ挡顺利爬上12%的纵坡。

汽车下坡不安全。

当i>8%纵坡时，汽车下坡行驶,因为刹车次数过多,造成刹车失效易产生事故。

所以实践证明:

imax≯8%，只有在工程特殊困难的山岭地区，经过技术认证合理最大纵坡可增加1%。

最大纵坡运用注意点：

1.海拨纵坡折减，汽车爬坡能力下降

2.严重冰冻地区的纵坡折减，考虑行车安全

3.大中桥上的纵坡及桥头两端的纵坡.

4.隧道内的纵坡及隧道两端的纵坡.

5.非汽车交通量所占比例较大的路段.

6.平面交叉口的纵坡及两端接线的纵坡.

7、高速公路的最大纵坡.

8、城市、乡镇路段的最大纵坡

（二）最小纵坡

最小纵坡=0%（高填方路段），但要考虑路面与路基纵向排水。

较长的路堑路段和设置边坡的低填方路段,为保证排水与路基稳定的要求:

imin≮0.3%

当imin<0.3%时，其边沟必须作纵向排水设计。

干旱地区以及横向排水条件良好的路段，最小纵坡不受到限制。

3、坡长限制与缓和坡段

（一）坡长限制

坡长限制内容:

一是连续纵坡大于5%时,其最大坡长要限制；

二是不论纵坡度大小如何,其最小坡长要保证。

1、最小坡长的限制

最小坡长的限制考虑三个问题

1）汽车行驶的平顺性与乘客的舒适性；

2）纵面视距与相邻竖曲线的布置；

3）避免驾驶员换挡频繁。

坡长短，转坡多，纵坡线形形成锯齿形状，路容不美观；

坡长短，相邻转坡坡度相差大，增加驾驶员操作劳动强度。

按汽车行驶9-15秒的时间来控制,原则是:

车速快取小值,车速慢取大值。

2、最大坡长的限制

<<标准>>规定:

大于5%的纵坡长度应于以限制。

具体设计时,应按坡长限制的规定进行折算:

例如:

V=40Km/h,设置连续大于5%的纵坡，如图所示，其中i1=8%，l1=120m，i2=7%，l2=?

查表可知:

i1=8%l1max=300mi2=7%l2max=500m

（二）缓和坡段

设置缓和坡段的作用：

改善汽车在连续陡坡上长时间内用低挡行驶的不利状况，避免汽车长时间低速行驶和汽车下坡产生不安全因素。

我国<<标准>>规定:

二、三、四级公路当连续纵坡大于5%时,应设置缓和坡段，纵坡i≯3%。

坡长大于最小坡长。

四、平均纵坡

　　平均纵坡是指某一路段的起终点高差与水平距离之比,即:

i平均=H/L

因为纵坡坡度、坡长均符合要求,但采用较大纵坡太多时,平均纵坡就会增大,造成上坡用Ⅱ挡时间过长,易使发动机水箱开锅,而下坡时司机精神紧张易使制动发热使刹车失灵而出事故,因此,有必要从行车顺利和安全出发,来控制平均坡度值。

我国<<标准>>规定:

二.三.四级公路的平均纵坡:

当相对高差200---500米时i平均≤5.5%

当相对高差>500米时i平均≤5.0%

且任意相连的3Km路段的平均纵坡<=5.5%

五、合成纵坡

合成坡度产生在有纵坡和超高的平曲线上，合成坡度方向为纵坡和超高合成方向上。

其值为:

由于i合大于i纵,因此当合成坡度较大时,汽车会沿合成坡度方向倾斜和侧向滑移，对汽车行驶不利,因此对i合应予以限制。

<<标准>>计算公式:

式中:

imax───各级公路的最大纵坡

ib────对应于公路等级及半径的超高横坡度

V────各级公路的设计速度，Km/h

我国《标准》规定的各级公路最大容许合成坡度。

特别以下情况合成坡度应小于8%：

1、冬季路面有积雪和结冰的地区。

2、自然横坡较陡的越岭路线。

3、非汽车交通所占比例大的路段。

最小合成坡度为0.5%。

六、爬坡车道

在陡坡路段上坡方向的正线右侧设置专供载重汽车行驶的爬坡车道。

设置爬坡车道的目的:

1.载货车比重较大，实践车速降低

2.小客车超车频繁，影响车道通行能力

3.上坡方向行驶车速规定

4.小时交通量超过设计通行能力

5．当路段长超过1000米时

《标准》规定，高速公路与一级公路，当纵坡大于4%，可设置爬坡车道，宽度为3.5m。

《规范》规定，高速公路、一级公路与二级公路，符合下列条件，可设置爬坡车道，宽度为3.5m。

1、沿上坡方向载重汽车的行驶车速降低到容许最低速度时；

2、上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时；

3、应分析设置爬坡车道

爬坡车道的宽度包括左侧路缘带0.5m，爬坡车道右侧为路肩。

爬坡车道的超高横坡度。

爬坡车道的长度与起终点：

1、爬坡车道的长度应与主线相应纵坡长度一致；

2、爬坡车道的起终点如图1-0-3-7所示，爬坡车道的起点处过渡段长度为45米；

3、爬坡车道的附加长度，爬坡车道的末端应设置附加长度；

4、爬坡车道的起终点位置视线良好；

5、高速公路与一级公路爬坡车道的最小长度为500米。

工作任务2路线纵断面设计（6学时）

竖曲线设计

在两相邻纵坡段的转折处设置一段平顺曲线。

竖曲线形状：

平曲线、二次抛物线。

一般采用二次抛物线。

纵断面图上只反映水平距离和竖直高差，竖曲线的切线和弧长是在水平面上的投影，切线支距是竖直高差。

一、竖曲线要素计算公式

两相邻纵坡段相交角为转坡角ωω=│α1-α2│=│i1-i2│

若ω为正,则为凸型竖曲线

若ω为正,则为凹型竖曲线

1、竖曲线基本方程

R―二次抛物线参数，原点的曲率半径，竖曲线半径

2、竖曲线要素计算公式

曲线长:

切线长:

外距E：

二、凸型竖曲线的最小长度和半径

凸型竖曲线最小长度和半径是按停车视距、行程时间和减少径向离心力要求进行计算。

（一）按停车视距确定竖曲线的最小长度和半径

1、当竖曲线长度L小于停车视距S停时

设:

司机的眼睛离地高度h1=1.2米,障碍物高度h2=0.1米,则:

S停=t1+L+t2

从下图可知:

2、当竖曲线长度L大于停车视距S停时

（二）按行驶时间求竖曲线最小长度和半径

（三）按径向离心力求竖曲线的最小长度和半径

目的是为了缓和转折点及离心力引起的弹簧超载.

径向离心力:

一般控制F/G<=0.025以内,故:

根据汽车在凸型竖曲线上行驶的停车视距、行程时间和径向离心力要求进行计算最小长度和最小半径，取较大值。

《标准》规定各级公路的凸型竖曲线最小长度和最小半径值。

三、凹形竖曲线的最小长度和半径

（一）按停车视距确定竖曲线的最小长度和半径

1、当竖曲线长度L小于停车视距S停时

2、当竖曲线长度L大于停车视距S停时

《标准》规定各级公路的凹型竖曲线最小长度和最小半径值。

凸形竖曲线───按停车视距与行程时间控制

凹形竖曲线───按径向离心力与行程时间控制

四、竖曲线的设计与计算

1、竖曲线设计

合理选择竖曲线半径和长度。

1.在符合<<标准>>极限最小半径的前提下,尽量选用一般最小半径和较大半径；

2.按变坡处的填挖值确定半径；

从相邻两曲线的连接选定半径：

（同向竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，当半径小于10000m，可考虑单曲线或径向连接成复曲线。

）

（反向曲线应有一段直坡段,直坡段长度应小于行程3s时间的距离。

）

4.考虑竖曲线长及施工方便E>=0.05；

5．对设计速度较高的公路，为了使公路的线形获得理想的视觉效果，从视觉角度确定最小半径。

2、竖曲线计算

凸形竖曲线路基设计标高=切线设计标高-h

凹形竖曲线路基设计标高=切线设计标高+h

例题:

转坡点桩号为K14K+540,其高程为484.37m,i1=-5%,i2=+3%，R=2000m

试求竖曲线上整20米处的设计标高.

1、计算竖曲线要素

i1=-5%,i2=+3%，i1-i2=-0.08，为凹形竖曲线。

2、计算各点的设计标高

竖曲线起点桩号为=（14K+540）-T=14K+460

竖曲线终点桩号为=（14K+540）+T=14K+620

计算公式为:

桩号

切线标高

x

y

设计标高

K14+460

488.37

0

0

488.37

+480

487.37

20

0.1

487.47

+500

486.37

40

0.4

486.77

+520

485.37

60

0.9

486.27

+540

484.37

80

1.6

485.97

+560

484.97

60

0.9

485.87

+580

485.57

40

0.4

485.97

+600

486.17

20

0.1

486.27

+620

486.77

0

0

486.77

平面和纵面线形组合设计

一、平面和纵面线形组合原则

1、保持驾驶员视觉的连续性；

2、平面、纵面线形技术指标应大小均匀；

3、选择组合得当的合成坡度，以利路面排水和行车安全；

4、保持自然景观的连续性。

二、平曲线与竖曲线组合

1、平包竖：

平曲线与竖曲线相互重合，使平曲线稍长于竖曲线，并将竖曲线的起、终点放在平曲线的两个缓和曲线的中间，这是平、纵面最好的组合。

平曲线与竖曲线半径均较大，不受此限制。

2、平曲线与竖曲线的大小应保持均衡。

3、从行车安全和路面排水考虑，在平曲线与竖曲线组合设计中，应避免不利组合：

1）应避免将小半径曲线的起终点放在凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部。

前者会使驾驶员不必要减速或操纵不当造成事故，后者会出现汽车高速行驶时急转弯，行车不安全。

2）应避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。

前者会使驾驶员操纵失误引起事故，后者路面排水困难，容易积水。

3）应避免将凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部放在缓和曲线上。

造成路面排水困难，容易积水，对行车安全不利。

纵断面设计方法

目的:

合理确定路线的纵坡,坡长及设计标高

一、纵断面设计要点

（一）标高控制:

1.平原区───保证路基稳定的最小填土高度

2.丘陵区───土石方平衡,造价.

3.山岭区───高.深填.挖,但土石方也需平衡.

4.沿河路段──洪水位0.5米以上.

在纵断面图上标出必须通过的控制点标高和工程量较小的经济点。

控制点───垭口、路线的起终点、交叉口、桥、涵、隧道、填方坡段的最小填土高度

经济点───纵横向填挖方的平均经济点、与其它构造物相配合的点

（二）纵坡设计:

根据以上标出的控制点和经济点进行各段坡段的布局,原则是:

平原微丘区──纵坡力求均匀、平缓,保证路基最小填土高度和最小排水纵坡要求。

丘陵地形――应避免过分迁就地形使路线起伏较大。

山岭重丘区───沿河（溪）线──纵坡平缓、坡长长，注意路线的高度。

越岭线──纵坡力求均匀，i<6%。

山脊线、山腰线─┬采用平缓纵坡。

（三）转坡点位置的确定:

即使相邻两纵坡交点的确定,除满足坡长.坡度.缓和坡段和工程量等技术要求

二、纵断面设计方法与步骤

（一）准备工作

1.在纵断面图上绘出里程桩号,直线与平曲线，地面线。

2.标出桥梁.涵洞.隧道的位置与标高和沿线地质.、土质等情况。

（二）纵坡设计

1.标注控制点

填挖平衡点

必须经过点

只能上的点

只能下的点

2.试定纵坡

根据定线时的意图,以必须经过的控制点为依据,尽量照顾经济点,前后照顾交出转点.

3.调试纵坡

检查坡长.坡度及平纵组合是否满足<<标准>>的规定,并注意坡长不要太零碎,可将转坡点设在整10米的桩号上.

调整的方法有:

抬高

降低

延长

缩短坡线或加长

缩小纵坡度等

原则:

少变动控制点,少脱离经济点

4.与横断面进行校对

根据已拉坡线,对重点控制点,填挖值较大的挡土墙等重点横断面进行检查.

5.确定纵坡

调速无误后,即可确定纵坡,即根据各转坡点的标高,标出各坡段的纵坡.

6.计算设计标高

设计纵坡时注意:

1.在回头曲线路段上,应先确定回头曲线上的纵坡,然后向两端拉坡。

2.大中桥上,竖曲线的起终点应在桥头10米以外。

3.小桥与涵洞可以设置竖曲线,但应避免设置驼峰式纵坡。

工作任务3路线纵断面成果编制

1、纵断面图的绘制

2、路基设计表