1、題 目： 第三章 公路縱斷面設計教學目的與要求：結合汽車動力性能，掌握縱坡設計的一般原則和要求，熟悉縱坡設計方法、豎曲線設計、平縱組合，熟悉縱斷面設計成果。內容與時間分配：共8課時第一二課時：縱坡設計的一般規定與要求第三四課時：豎曲線設計第 五 課時：平、縱面線形組合設計第六七課時：縱斷面設計方法第 八 課時：縱斷面設計成果及成果展示重點與難點：重點：1縱坡設計的一般原則2平縱組合的原則難點：縱坡設計的一般原則教具準備： 圖表示例教學方式：講授法課后復習及預習：復習：1、縱坡設計的一般規定與要求2、平、縱面線形組合設計3、縱斷面設計方法預習：1、橫斷面設計的一般規定2、影響橫斷面設計

2、的因素3、排水的目的及方法作業1、 最大坡長的計算方法2、 公路縱坡設計應考慮哪些技術指標的限定要求3、 P85 6第三章 縱斷面設計第一節 概 述通過公路中線的豎向剖面稱為路線縱斷面圖。在縱斷面圖上，通過路中線的原地面上各樁點的高程，稱為地面標高，相鄰地面標高的起伏折線的連線，稱為地面線。設計公路的路基邊緣相鄰標高的連線，稱為設計線，設計線上表示路基邊緣各點的標高，稱為設計標高。在同一橫斷面上設計標高與地面標高之差，稱為施工高度。當設計線在地面線以上時，路基構成填方路堤；當設計線在地面線以下時，路基構成挖方路塹。施工高度的大小直接反映了路堤的高度和路塹的深度。公路縱斷面設計線由直線和豎曲線兩

3、種線形要素所組成第二節 縱坡設計的一般規定與要求一、縱坡設計的一般要求1縱坡設計必須滿足公路工程技術標準中的各項規定。2為保證汽車能以一定的車速安全舒順地行駛，縱坡應具有定的平順性，起伏不宜過大及過于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值緩和坡段應自然地配合地形設置，在連續采用極限長度的陡坡之間，不宜插入最短的緩和坡段，以爭取較均勻的縱坡。埡口附近的縱坡應盡量放緩一些。連續上坡或下坡路段，應避免設置反坡。3縱坡設計時，應對沿線的地形、地質、水文、氣候等自然條件綜合考慮，根據不同的具體情況妥善處理，以保證公路的暢通和穩定。4地下水位較高的平原微丘區和潮濕地帶的路段，應滿足最小填土高度的要求，以保證路基穩定

4、。5縱坡設計在一般情況下應考慮填挖平衡，并盡量利用挖方運作就近路段填方，減少借方和廢方，以降低工程造價。6縱坡設計時，應照顧當地民間運輸工具、農業機械、農田水利等方面的特殊要求。二、最大縱坡與最小縱坡(一)最大縱坡最大縱坡是指各級公路容許采用的最大坡度值，它是公路縱斷面設計的重要控制指標。1確定最大縱坡應考慮的因素(1) 汽車的動力特性：要根據公路上主要行駛車輛的牽引性能確定。在一定的行駛速度條件下確定(2) 公路等級愈高，要求行車速度愈快，但從汽車的動力特性可知其爬坡能力愈低，因此不同等級的公路有不同的最大縱坡值。(3)自然因素：公路所經地區的地形、氣候、海拔高度等自然因素，對汽車行駛條件和

5、爬坡能力也有很大的影響。2最大縱坡的確定最大縱坡的確定主要取決于汽車的動力性能、公路等級和自然因素，但另一方面還必須保證行車安全。高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時經技術經濟論證合理最大縱坡可增加1。在非汽車交通比例較大的路段，可根據具體情況將縱坡適當放緩，平原、微丘區一般不大于23；山嶺、重丘區一般不大于45。小橋涵處的縱坡可按表1-3-1的限值設計，但大、中橋上的縱坡不宜大于4，橋頭引道縱坡不大于5；位于城鎮附近非汽車交通量較大的路段，橋上及橋頭引道縱坡均不得大于3；緊接大、中橋橋頭兩端的橋頭引道縱坡應與橋上縱坡一致。隧道內的縱坡不應大于3，并不小于0.3；獨立的明洞和長度小于50m的

6、隧道其縱坡不受此限；緊接隧道洞口的路線縱坡應與隧道內縱坡相同。3高原地區縱坡折減公路工程技術標準規定在海拔3000m以上的高原地區，各級公路的最大縱坡值應按表1-3-2的規定予以折減，最大縱坡折減后若小于4，則仍采用4。(二)最小縱坡公路工程技術標準規定，在各級公路的長路塹路段，以及其他橫向排水不暢的路段，均應采用不小于0.3的縱坡，否則應對其邊溝作縱向排水設計。干旱地區以及橫向排水良好的路段，其最小縱坡可不受上述限制。三、坡長限制與緩和坡段(一)坡長限制與緩和坡段坡長限制包括最小坡長和最大坡長兩個方面的內容。1最小坡長限制最小坡長的限制是從汽車行駛平順性、乘客的舒適性、縱面視距和相鄰兩豎曲線

7、的布置等方面考慮的。我國綜合考慮了計算行車速度和地形條件等情況，規定最小坡長如表1-3-3所示。2最大坡長限制最大坡長限制是指比較大的縱坡對正常行車的影響。所以我國公路工程技術標準規定，各級公路不同縱坡時的最大坡長可按表1-3-4選用。高速公路、一級公路當連續陡坡由幾個不同坡度值的坡段組合而成時，應對縱坡長度受限制的路段采用平均坡度法進行驗算。二、三、四級公路當連續縱坡大于5時，對縱坡長度應加以限制，以利提高車速和行駛安全。在實際縱坡設計中，當大于5的坡長還未達到其規定的限制坡長時，可變化坡度(應為連續上坡或連續下坡)，但其長度應按坡長限制的規定進行折算。例如：某三級山嶺區公路的第一坡段縱坡為

8、8.0，長度為120m，即占坡長限制值的25，若相鄰坡段的縱坡為7.0，則其坡長不應超過500×35300m。也就是說8.0的縱坡設計了長度120m以后，還可接著設計坡度為7.0的300m坡長，此時坡長限制值已用完。(二)緩和坡段我國公路工程技術標準規定，對于二、三、四級公路當連續縱坡大干5.0時，應在不大于表1-3-4所規定的長度處設置緩和坡段。緩和坡段的縱坡應不大于3；其長度應符合表1-3-3的規定。四、平均縱坡平均縱坡是指一定長度路段的高差與水平距離之比，以百分率()表示。它是衡量縱斷面線形設計質量的一個重要限制性指標。我國公路工程技術標準規定為了合理運用最大縱坡、坡長和緩和坡

9、段，以利汽車安全順利行駛，二、三、四級公路越嶺線的平均縱坡一船以接近5.5(相對高差為200500m)和5(相對高差大于500m)為宜，并注意任何相連3km路段的平均縱坡不宜大于5.5。五、合成坡度 合成坡度是指在設有超高的平曲線上，路線縱坡與超高橫坡或路面橫坡組合而成的最大坡度。其方向為流水方向，又稱流水線坡度。合成坡度的計算公式為式中：i合合成坡度，；I縱路線縱坡度；I橫超高橫坡度或路面橫坡度，。汽車在有合成坡度的路段行駛時，如果合成坡度過大，由于離心力的作用，可能引起汽車向合成坡度方向的傾斜和側向滑移，給汽車行駛帶來危險。因此，應將合成坡度控制在一定的范圍之內。我國公路工程技術

10、標準規定各級公路的最大容許合成坡度值如表1-3-5所示。六、爬坡車道爬坡車道是指在陡坡路段正線行車道右側設置的專供載貨汽車行駛的專用車道。公路工程技術標準規定，高速公路和一級公路，當縱坡大于4%時，可設置爬坡車道其寬度一般為3.5m。公路路線設計規范(JTJ011-94)中規定，高速公路和一級公路，在其縱坡長度受限制的路段，應對載貨汽車上坡行駛速度的降低值和設計通行能力進行驗算，符合下列情況之一者，在上坡方向行車道的右側設置爬坡車道；1沿上坡方向載貨汽車的行駛速度降低到表1-3-6的容許最低速度以下時，可設置爬坡車道；2上坡路段的設計通行能力小于設計小時交通量時，應設置爬坡車道。設計爬坡車道時

11、，應綜合考慮爬坡車道與主線線形設計的關系，其起、終點應設在通視良好、便于辨認和過渡順適的地點。長而連續的爬坡車道，其右側應按規定設置應急停車帶。第三節 豎曲線設計縱斷面上相鄰兩條縱坡線相交的轉折處，為了行車平順用一段曲線來緩和，稱為豎曲線。在縱坡設計時由于縱斷面上只反映水平距離和豎直高度，因此豎曲線的切線長與弧長是其在水平面上的投影，切線支距是豎直的高程差，相鄰兩條縱坡線相交角用轉坡角表示。當豎曲線轉坡點在曲線上方時為凸形豎曲線，反之為凹形豎曲線：一、豎曲線要素計算公式如圖1-3-6所示，設轉坡處相鄰兩縱坡度分別為i1和i2，轉坡角以w表示，則轉坡角w為式中符號意義同前。從以上兩種情況的計算公

12、式可知，式(1-3-12)計算結果明顯大于式(1-3-10)，因此是凸形豎曲線上滿足視距要求的計算公式。(二)按行程時間求豎曲線最小長度和半徑汽車從直坡段駛入豎曲線時，當豎曲線的轉坡角很小，即使半徑較大，如果其豎曲線長度過短，汽車倏忽而過，沖擊力大，旅客會感到不舒適，太短的豎曲線長度從視覺上也會感到線形突然轉折。因此，應限制汽車在豎曲線上的行程時間不宜過短以此來控制豎曲線的最小長度和半徑，即式中：v計算行車速度，km/h；t汽車在豎曲線上行程時間，一般取t3s。(三)按徑向離心力求堅曲線最小長度和半徑汽車在豎曲線上行駛時，產生徑向離心力。這個力在凸形豎曲線上是減少重力在凹形豎曲線上是增加重力，

13、如果這種離心力達到某種程度時，旅客就會有不舒適的感覺，同時對汽車的懸掛系統也有不利影響。因此，應對徑向離心力加以控制。汽車在豎曲線上行駛時其徑向離心力為式中：F徑向離心力，N；G汽車的總重力，N；g重力加速度，m/s2；V計算行車速度，km/h；v車速，m/s；R豎曲線半徑，m。為保證車輛在豎曲線上行駛的安全和舒適，根據試驗得知，一般應將F/G控制在0.025以內，則得豎曲線最小半徑為：根據汽車在凸形豎曲線上行駛的視距要求，行程時間及徑向離心力三種影響因素，分別計算出凸形豎曲線的最小長度和半徑，取其中較大者作為確定依據。各級公路的豎曲線最小長度和半徑規定如表l-3-9所示。三、凹形豎曲線的最小

14、長度與半徑確定凹形豎曲線的最小長度與半徑的影響因素(即視距的要求、行程時間和徑向離心力)與凸形豎曲線基本相同，主要異同點是：1凹形豎曲線的徑向離心力和行程時間的計算公式與凸形豎曲線完全相同，但凹形豎曲線與凸形豎曲線所產生的徑向離心力，前者是增重作用，后者是減重作用，當這種徑向離心力增大到一定程度時，都會使乘客感到不適。具體可參見凸形豎曲線。2凸形豎曲線最不利的情況是以滿足視距要求作為主要控制因素的，而凹形豎曲線最不利的情況是以徑向離心力產生的沖擊力不應過大作為主要控制因素，因為這種沖擊力在相同的條件下對凹形豎曲線更為嚴重。3在公路等級和地形條件相同的條件下，凸形豎曲線的最小半徑值較之凹形豎曲線

15、的最小半徑值為高，這主要是凸形豎曲線的視距要求更高所致，將其取得大一些才更為合理，見表1-3-10。4凹形豎曲線的視距是以保證夜間行車安全，前燈照明應有足夠的距離來確定最小長度和半徑的，如圖1-3-11所示。設車前燈高度為h，車前燈光束擴散角為，則按豎曲線長度L與停車視距s停分兩種情況。四、豎曲線的設計與計算1豎曲線設計豎曲線設計，首先要合理地確定半徑。如表1-3-9所示，表中規定的一般最小半徑約為極限最小半徑的1.52.0倍。因此，當條件許可時應盡量采用大于一般最小半徑，只有當地形受到限制或其他特殊困難時，才采用極限最小半徑。對行車速度較高的公路，為了使公路的線形獲得理想的視覺效果，還須從視

16、覺觀點確定最小半徑值，如表1-3-10所示。豎曲線半徑選擇主要考慮以下因素：(1)同向豎曲線間，特別是同向凹形豎曲線之間，如果直線坡段不長，應合并為單曲線或復曲線，以避免出現斷背曲線。(2)反向豎曲線之間，為使汽車的增重與減重之間有一過渡段，應盡量在中間設置一段直線坡段，以利汽車行駛的過渡。直線坡段的長度一般以不小于3.0s的行程時間為宜。當插人直線段有困難時，也可直接連接。(3)在不過分增加土石方數量情況下，為使行車舒適，應盡量采用較大半徑。(4)根據豎曲線范圍內的縱斷面地面線起伏情況和標高控制要求，盡量考慮土石方填挖平衡，確定合適的外距值，按外距控制選擇半徑。(5)夜間行車交通量較大的路段

17、，選擇半徑時應適當加大，使汽車前燈有較長的照射距離。2豎曲線計算豎曲線計算的目的是確定設計縱披上指定樁號的路基設計標高。其要點是首先根據轉坡點處的地面線與相鄰設計直線坡段情況，按上述豎曲線設計中的有關規定和要求，合理地選定豎曲線半徑。其次，根據轉坡點相鄰縱坡度i1、i2和已確定的半徑R，計算出豎曲線的基本要素w、L、T、E及豎曲線起、終點樁號。第三，分別計算出指定樁號的切線設計標高，指定樁號至豎曲線起(或終)點間的平距l和指定樁號的豎距h。則指定校號的路基設計標高為凸形豎曲線：路基設計標高切線設計標高h凹形豎曲線：路基設計標高切線設計標高+h第四節 平、縱面線形組合設計一、平、縱面線形組合原則

18、公路平、縱面線形組合應遵循以下設計原則：1應在視覺上能自然地誘導駕駛員的視線，并保持視覺的連續性。2平面、縱斷面線形的技術指標應大小均衡，避免出現平面高標準縱斷面低標準，或與此相反的情況，使線形在視覺上，心理上保持協調。3選擇組合得當的合成坡度，以利于路面排水和行車安全。4平、縱面線形組合應注意與周圍環境相配合，充分利用公路周圍的地貌、地形、天然樹林、建筑物等，盡量保持自然景觀的連續，以消除景觀單調感，使公路與大自然融為一體。二、平曲線與豎曲線組合1平曲線與豎曲線相互重合，使平曲線稍長于豎曲線，并將豎曲線的起、終點分別放在平曲線的兩個緩和曲線的中間，這是平、縱面最好的組合，如圖1-3-13所示

19、，如果做不到平曲線與豎曲線較好的組合，而兩者的半徑均較小時(一般指平曲線半徑小于般最小半徑值)，寧可把平曲線、豎曲線錯開相當距離，使豎曲線位于平面的直線上，但如果平曲線與豎曲線半徑都很大，則平、豎曲線的位置可不受上述限制。2平面曲線與豎曲線的大小應保持均衡。如果其中一方大而平緩時，則另一方也要與之相適應，不能變化過多。一個平曲線內含有兩個以上的豎曲線或與此相反的情況，總給人一種不舒服的感覺。平曲線與豎曲線重合時，如果平曲線不大于1000m，當豎曲線半徑為平曲線半徑的1020倍時，可在視覺上獲得滿意的效果。3在下列情況下，平曲線與豎曲線應避免組合(1)計算車速大于或等于40km/h的公路，凸形豎

20、曲線的頂部和凹形豎曲線的底部，應避免插入小半徑平曲線；凸形豎曲線的頂部，不得與反向平曲線的拐點重合。如果在凸形豎曲線的頂部設有小半徑的平曲線，駕駛員須駛近坡頂才能發現平曲線會導致制動并急轉方向盤而易發行車危險；在凹形豎曲線的底部設有小半徑平曲線，會因汽車高速下坡時急轉彎，同樣可能發生行車危險。凸形豎曲線的頂部，不得與反向平曲線的拐點重合。主要是因為這樣的組合除存在上述所列情況外，還因組合后的扭曲使線形很不美觀。(3) 小半徑豎曲線不宜與緩和曲線相互重疊。三、平面與縱坡的組合平、縱面線形的組合，是通過設計者對立體線形要素所形成的想像來分析判斷的，必要時還應繪制透視圖進行分析研究。各種直線和曲線組

21、合的立體線形要素如圖1-3-14所示。第五節 縱斷面設計方法一、縱斷面設計要點縱斷面設計首先涉及的內容是縱斷面線形布置，它包括不同地形條件下的設計標高控制，各坡段的縱坡設計和轉坡點位置確定等。(一)各種地形條件下的標高控制所謂設計標高的控制，是指在縱坡設計時將路線安排走在哪一個高度上最為合適。1在平原區，地形平坦，河溝縱橫交錯，地面水源多，地下水位較高，因此，路線設計標高主要由保證路基穩定的最小填土高度所控制。2在丘陵地區，地面有一定的高差，除局部地段外路線在縱斷面上克服高差不很困難。因此，設計標高的選定，主要由土石方平衡和降低工程造價所控制。3在山嶺地區，地形變化頻繁，地面自然坡度大，布線有

22、一定的困難。因此，設計標高主要由縱坡度和坡長所控制，但也要從土石方盡量平衡及路基防護工程經濟性等方面考慮，力求降低工程造價。4沿溪(河)路段，為保證路基安全穩定，路基一般應高出規定洪水頻率的計算水位加雍水高、波浪侵襲高和0.5m以上。此外，縱斷面設計標高的控制，還應考慮公路的起終點、交叉口、埡口、隧道、橋梁、排泄涵洞、地質不良地段等方面的要求。有時這些地物和人工造物對設計標高控制往往起著決定性的作用。(二)各種地形條件下的縱坡設計對不同地形的縱坡設計，要在初步擬定設計標高控制的基礎上以求縱坡設計合理。1平原、微丘地形的縱坡應均勻、平緩，并注意保證路基最小填土高度和最小排水縱坡的要求；2丘陵地形

23、的縱坡應避免過分遷就地形而使路線起伏過大；3山嶺、重丘地形的沿河線，應盡量采用平緩的縱坡，坡長不宜過短，縱坡度不宜過大高等級的公路更應注意不宜采用陡坡；4越嶺線的縱坡應力求均勻，盡量不采用極限或接近極限的坡度，更不宜連續采用極限長度的陡坡之間夾短距離緩和坡段的縱坡線形。越嶺線不應設置反坡，以免浪費高程；5山脊線和山腰線，除結合地形不得已時采用較大的縱坡外，在般情況下應采用平緩的縱坡。(三)轉坡點位置的確定轉坡點是兩條相鄰設計縱坡線的交點，兩轉坡點之間的水平距離稱為坡長。轉坡點位置的確定，直接影響到縱坡度的大小，坡長，平、縱面組合，土石方填挖平衡和公路的使用質量。因此，在確定轉坡點位置時，要盡量

24、使填挖工程量最小和線形最理想外，還應使最大縱坡、最小縱坡、坡長限制、緩和坡段滿足有關規定的要求，同時還要處理好平、縱面線形的相互配合和協調。此外，為方便設計和計算，轉坡點的位置一般應設在10m的整數樁號處。二、縱斷面設計方法與步驟(一)淮備工作(二)縱坡設計1標注控制點控制點是指影響縱坡設計的高程控制點。如路線的起終點、埡口、橋涵、地質不良地段、最準，又能滿足控制點要求，而且土石方工程量又較省，則這樣的設計縱坡是最理想的，關鍵是要反復比較，統盤考慮，抓住主要矛盾。3調整縱坡試定縱坡之后，首先將所定的坡度與定線時所考慮的坡度進行比較，兩者應基本相符若有較大差異，應全面分析，找出原因，決定取舍。然

25、后檢查縱坡度、坡長、合成坡度等是否符合公路工程技術標準規定，平、縱面組合是否合理，若有問題應進行調整。調整縱坡的方法一般有抬高、降低、延長、縮短坡線和加大、減小縱坡度等。調整時應以少脫離控制點，盡量減少填挖量，與自然條件協調為原則，使調整后的縱坡與試定縱坡基本相符。以避免因縱坡調整產生填挖不合理等現象。4與橫斷面進行核對根據已調整的縱坡線，選擇有控制意義的重點橫斷面，如高填深挖、擋土墻、重要橋涵等橫斷面，在縱斷面面上直接估讀出填挖高度，對照相應的橫斷面圖進行認真的核對和檢查。若出現填挖工程量過大、填方坡腳落空以及擋土墻工程量過大等情況，應再次調整縱坡線，直到滿足要求為止。5確定縱坡縱坡線經調整核對無誤后，即可確定縱坡。方法是從起點開始，核縱坡度和坡長分別計算出各轉坡點的設計標高。公路的起終點設計標高是根據接線的需要事先確定的。轉坡點設計標高確定后，公路縱坡