公路縱斷面設(shè)計最新整理By阿拉蕾

1、第三章 縱斷面設(shè)計第一節(jié) 概 述通過道路中線的豎向剖面，稱為縱斷面。它主要反映路線起伏、縱坡與原地面的切割情況。公路的縱斷面是由不同的上坡段、下坡段（統(tǒng)稱坡段）和連接相鄰兩坡段的豎曲線組成，即公路路線在縱斷面上是一條有起伏的空間線，其基本線形由坡度線和豎曲線組成。公路縱斷面設(shè)計是在縱斷面圖上決定坡度、坡長、豎曲線半徑等數(shù)值以及做有關(guān)的計算工作等。在縱斷面上，有兩條主要線條：一條是地面線（又稱黑線），它是通過公路中線原地面各點的連線，地面線上各點的標(biāo)高稱為地面標(biāo)高，它是一條不規(guī)則的空間折線，基本上反映了路中線地面高低變化的概況；另一條是設(shè)計線，設(shè)計線上各點的標(biāo)高稱為設(shè)計標(biāo)高。設(shè)計線是根據(jù)公路等級

2、、汽車爬坡性能、地形條件、路基臨界高度、運輸與工程經(jīng)濟，以及視覺方面的要求等，通過技術(shù)上、經(jīng)濟上和美學(xué)上比較后確定的由坡度線和豎曲線組成的空間線。對于縱斷面上的設(shè)計標(biāo)高，即路基（包括路面厚度）的設(shè)計標(biāo)高，有如下規(guī)定：1、新建公路的路基設(shè)計標(biāo)高：高速公路、一級公路采用中央分隔帶的外側(cè)邊緣標(biāo)高；二、三、四級公路采用路基設(shè)計標(biāo)高。在設(shè)置超高加寬的路段，是指超高加寬前該處原路基邊緣的標(biāo)高。2、改建公路的路基設(shè)計標(biāo)高：一般按新建公路的規(guī)定辦理，也可視具體情況而采用中央分隔帶或行車道中線標(biāo)高。 同一樁點的設(shè)計標(biāo)高與地面標(biāo)高的差值稱為施工高度，又稱填挖高度。若該樁點的施工高度為“”，即設(shè)計標(biāo)高大于地面標(biāo)高，

3、這樣的路段即為填方路段；若施工高度為“”，則為路塹，這樣的路段為挖方路段。 路線的縱向坡度簡稱縱坡，用符號表示，其值可按下式計算 （31）式中：¾¾ 縱坡， 、 ¾¾ 按路線前進方向為序的坡線兩端點的標(biāo)高（）， ¾¾ 坡線兩端點間的水平距離，稱坡線長度，簡稱坡長（）。從式（）知，按路線前進方向，上坡時i為“”，下坡時i為“”。相鄰兩坡線的交點稱為轉(zhuǎn)坡點，在轉(zhuǎn)坡點處應(yīng)設(shè)豎曲線。轉(zhuǎn)坡點前后兩坡度線坡度之差稱為轉(zhuǎn)坡角，用符號w表示，其值可按下式計算 （32）式中：w ¾¾ 轉(zhuǎn)坡角的度數(shù)，以弧度計， 、¾

4、0; 轉(zhuǎn)坡點前后坡線的縱坡，以小數(shù)計，上坡取“”，下坡取“”。按式（）計算結(jié)果，w為“”時為凸形豎曲線，縱斷面圖上用“ ”符號表示；w為“”時則為凹形豎曲線，用符號“山”表示。第二節(jié) 汽車動力特性一、汽車的行駛阻力 汽車在公路上行駛所受的阻力主要有空氣阻力、滾動阻力、坡度阻力和慣性阻力四種，現(xiàn)分述如下：1、空氣阻力Zw 汽車在行駛中，迎風(fēng)面空氣受阻所引起的阻力稱為空氣阻力。空氣阻力的大小，與汽車的迎風(fēng)面積、空氣密度和車速等有關(guān)，根據(jù)空氣動力學(xué)原理，可用下式計算 （33）式中：K¾¾ 空氣阻力系數(shù)（kg/m3），見表31； F¾¾ 汽車迎風(fēng)面積（m2），其

5、值約等于汽車輪距與汽車最大高度之積； V¾¾ 車速（km/h）。 K與F值 表31 車 型K(kg/m3)F(m2)KF(kg/m)閉式車身小客車敞式車身小客車載重汽車車箱式車身大客車0.200.350.400.500.500.700.250.401.62.81.52.03.05.0 4.56.50.30.90.61.01.53.51.02.62、滾動阻力Zf滾動阻力是車輪在路面上滾動所產(chǎn)生的阻力，是由路面與輪胎變形而引起的。它與路面種類、狀態(tài)、車速、輪胎結(jié)構(gòu)及充氣壓力有關(guān)，其值可按下式計算： （34） 式中：G¾¾ 汽車總重（N）； f¾&#

6、190; 滾動阻力系數(shù)，見表32汽車滾動阻力系數(shù)是一個綜合性的阻力系數(shù)，其影響因素較多。它與輪胎的變形，輪胎與路面間的摩擦，路面的平整度，路面的干濕程度，路面的清潔及油污程度，汽車的行駛速度，以及汽車的構(gòu)造，量測的方法等都有關(guān)系。見表32。 各種路面的滾動阻力系數(shù) 表32路面類型水泥混凝土及瀝青混凝土路面表面平整的瀝青碎石路面碎石路面干燥平整的土路潮濕不平整的土路f0.010.020.020.0250.030.050.040.050.070.153、坡度阻力Zi爬坡時作用于汽車上的阻力，稱為坡度阻力。 （35）式中：G ¾¾ 汽車總重（N）； i ¾¾

7、公路某路段的設(shè)計縱坡（），上坡取“”，下坡取“”。4、慣性阻力Zj汽車在加（減）速過程中，受到的慣性阻力包括汽車整體質(zhì)量保持原來運動狀態(tài)所產(chǎn)生的線性慣性阻力和汽車各轉(zhuǎn)動部件（車輪、飛輪、傳動系統(tǒng)、發(fā)動機等）加（減）速所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性阻力?？砂聪率接嬎悖?（36）式中：Zj ¾¾ 包括線性和旋轉(zhuǎn)在內(nèi)的總慣性阻力（N）；a¾¾ 汽車的加（減）速度（m/s2），當(dāng)?shù)人傩旭倳r，a；當(dāng)加速時a取“”， 當(dāng)減速時a取“”；g¾¾ 重力加速度（m/s2）。d ¾¾ 慣性阻力換算系數(shù)（或旋轉(zhuǎn)質(zhì)量換算系數(shù)），是一個大于1的系數(shù)；其值

8、可按下式計算： d =1+d1d2ik2 其中：d1 ¾¾考慮車輪慣性影響系數(shù)，可取0.030.05；d2 ¾¾考慮發(fā)動機飛輪慣性影響系數(shù)，對小客車可取0.050.07，載重車則可取0.040.05ik ¾¾ 汽車變速箱的變速比； 其余符號意義同前。二、汽車的牽引力和牽引平衡方程式（一）、汽車牽引力汽車行駛的牽引力來源于汽車的內(nèi)燃機，內(nèi)燃機輸出有效功率N，通過一系列的轉(zhuǎn)化和傳動，使驅(qū)動輪獲得一個扭矩Mk，在Mk的作用下推動汽車行駛。汽車牽引力可根據(jù)Mk或N求得： （37）式中：F ¾¾ 牽引力（N）； M 

9、0;¾ 發(fā)動機曲軸上的有效扭矩(N·m),可查汽車有關(guān)的技術(shù)性能表； rk ¾¾ 車輪胎有效半徑(m)，即變形半徑，為未變形半徑r的0.930.96倍； i0 ¾¾ 主減速器的減速比，查汽車有關(guān)的技術(shù)性能表； ik ¾¾ 汽車變速器的變速比，查汽車有關(guān)的技術(shù)性能表； hm ¾¾ 傳動系的機械效率，載重汽車為0.80.85,小汽車為0.850.9。 （38）式中：N ¾¾ 發(fā)動機功率（W），查汽車的有關(guān)技術(shù)性能表； V ¾¾ 車速（km/h）；其它符號意義同

10、前。(二)、汽車的行駛條件1、必要行駛條件汽車在公路上行駛時，當(dāng)牽引力的大小等于各種阻力之代數(shù)和時，汽車就等速行駛；當(dāng)牽引力大于各行駛阻力之代數(shù)和時，汽車就加速行駛；當(dāng)牽引力小于各行駛阻力之代數(shù)和時，汽車就減速行駛，直至汽車停止。要使汽車行駛，牽引力必須大于或等于各種行駛阻力之代數(shù)和，這就是汽車處于行駛狀態(tài)的必要條件。當(dāng)汽車牽引力等于各種行駛阻力之代數(shù)的狀態(tài)時，稱為牽引平衡，其牽引平衡方程式為 （39）式中：F¾¾ 牽引力（N）；Zw、Zi、Zf 、Zj ¾¾ 分別為空氣阻力、坡度阻力、滾動阻力、慣性阻力（N）。2、充分行駛條件只有足夠的牽引力還不能保證

11、汽車行駛，如果輪胎與路面之間沒有摩阻力或摩阻力不夠大時，牽引力就不可能發(fā)揮作用，車輪只能在路面上打滑（車輪轉(zhuǎn)速飛快但前進速度甚慢，甚至無法前進），所以汽車的牽引力又受驅(qū)動輪與路面之間摩阻力的限制，即牽引力不能大于輪胎與路面之間的摩阻力。即 （310）式中：Fjmax ¾¾ 最大摩阻力（N）。式（310）就是汽車行駛的充分條件。這個條件如果被破壞，則輪軸上獲不到牽引力，F(xiàn)再大也只能使車輪打滑空轉(zhuǎn)。又因 FjmaxG驅(qū) j所以 F £ G驅(qū) j (311)式中：G驅(qū) ¾¾ 驅(qū)動輪荷載重力（N），一般情況下，小汽車取G驅(qū)為總重力的0.50.65；載重

12、汽車取G驅(qū)為總重力的0.650.80倍；j ¾¾ 輪胎與路面之間的縱向摩阻系數(shù)，見表21；其它符號意義同前。三、汽車的動力特性牽引平衡方程F ZwZiZfZj中的各個力，只有牽引力和空氣阻力與車速直接有關(guān)；慣性阻力只有在加速（或減速）時才與車速有關(guān)；滾動阻力雖與車速有關(guān)，但在一般速度范圍內(nèi)，車速使其變化很小，可近似地看成其與車速無關(guān)；坡度阻力則與車速完全無關(guān)。所以可將與車速有直接關(guān)系的F和Zw放在一起，則 （312）這里的FZw稱為汽車的后備牽引力，其值與汽車的構(gòu)造和車速有關(guān)。將式（34）、（35）和（36）代入式（312）得 設(shè)yfi，y 稱為道路阻力系數(shù)，將上式兩邊除以

13、G，并設(shè)，稱為汽車的動力因素，則得 （313）式中：i ¾¾ 上坡取正值，下坡取負值； a ¾¾ 加速取正值，減速取負值。動力因素D表示汽車單位重力的后備牽引力，可以用來克服公路上的阻力或用來加速，可直接用來評價不同類型汽車的牽引性能，而牽引力則不能。例如，具有相同牽引力的兩種不同的汽車，如果其重力不同，則顯然重力輕的汽車具有較好的牽引性。由于F、Zw和G取決于車速和汽車的類型，而與道路條件無關(guān)，因此對任何汽車都可以在不考慮道路條件下而事先通過試驗、計算繪出其動力特性圖，圖31就是某汽車的動力特性圖。 圖31 汽車的動力特性圖 圖32 汽車某排檔的動力特

14、性圖 利用動力特性圖，可以求出汽車在某一條件下（即道路阻力系數(shù)y為某一定值時），行駛時所能保持的速度V；并可決定汽車克服此時行駛阻力所采用的排檔；同時還可以近似地決定在比最高速度為低的任何速度V下所能獲得的加速度；以及求得任一排檔行駛時汽車所能克服的坡度等。對于不同排檔的DV關(guān)系曲線，D值均有一定的使用范圍。檔位愈低，D值愈大，則速度也愈低。對某一檔位來說，又有各自的動力因素最大值(Dmax)，與(Dmax)相應(yīng)的等速行駛的速度稱為臨界速度Vk（見圖32）。當(dāng)某一排檔的y = Dmax時，說明在該排檔已無法加速，只能等速或減速行駛。若要加速，必須改善道路行駛條件，使y減小。如果汽車采用某一排檔

15、作等速行駛，當(dāng)?shù)缆纷枇ο禂?shù)為D2=y2 時，則汽車可以采用V1或V2的任一速度作等速行駛，其中V1Vk，V2Vk。下面分析一下V1和V2的行駛情況。、當(dāng)采用V1Vk的速度等速行駛時，若遇到意外阻力（例如碰到坑槽），汽車可以在原來排檔上自動降低車速，以發(fā)揮較大的D值來克服意外阻力，待意外阻力消除后，汽車也立即可以自動將速度提高到原來的V1繼續(xù)行駛。這樣的行駛情況稱為穩(wěn)定行駛。、當(dāng)采用V2Vk 的速度行駛時，若同樣遇到意外阻力（如果駕駛員不提高車速的話）汽車只能在原來排檔上自動降低車速，這樣由圖32可知，D值隨之減小。D值減小后，反過來又使車速降低，直至汽車熄火停止。這樣的行駛情況稱為不穩(wěn)定行駛。

16、因此，臨界車速Vk是汽車穩(wěn)定行駛的極限，又稱為某一排檔的穩(wěn)定行駛的最小速度。一般汽車行駛都采用大于某一排檔的臨界速度作為行駛速度，以便克服意外阻力而繼續(xù)行駛。當(dāng)汽車油門開足，變速器掛最高檔（直接檔），汽車滿載（不帶掛車），在表面平整堅實的水平路段上作穩(wěn)定行駛時，汽車不可能再加速，即dv/dt=0，所以y = f，即D = f，則D=f時的穩(wěn)定行駛速度Vmax為該汽車的最高速度（圖32所示）。每一排檔都有自身的最高速度，而直接排檔的最高速度為最大，所以在平坡（i=0）的道路上用直接檔的最高速度為最快。但當(dāng)碰到意外的較大阻力時，就無法提高動力因素D值來克服這意外阻力，這時只能換較低檔提高D值來克服

17、意外阻力，但換檔后速度降低了，這就是汽車爬坡或克服其它阻力時采用低檔降低車速的原因。汽車以直接檔行駛時的最高速度與最小穩(wěn)定行駛速度之間的速度差值愈大，表示汽車對道路阻力變化的適應(yīng)性能愈強。汽車以其它排檔行駛時，也同樣存在著各自的最高速度的穩(wěn)定行駛速度，所以公路設(shè)計時，應(yīng)對行駛在該路上的車型的這兩項指標(biāo)進行了解，以便控制阻力的變化范圍，滿足主要車型的要求。根據(jù)汽車動力特性，汽車上坡時，若坡度較緩，汽車的行駛阻力之代數(shù)和小于或等于汽車所用排檔的牽引力，汽車就能用該排檔按等速或變速（加、減速）走完這段坡道全長。當(dāng)坡度較陡，汽車上坡的行駛阻力之代數(shù)和大于汽車所用排檔的牽引力時，在坡道很短的情況下，在上

18、坡前只要提高汽車的初速，利用動力沖坡的原理，在車速降到臨界速度之前即使不換檔也可沖過此坡道。但如果坡道既長又陡，這時汽車利用動力沖坡無法沖過這坡道，必須在車速下降到某一程度時，換到較低檔位來求得較大的動力因素，從而增大牽引力，汽車才能繼續(xù)上升，走完全程，但換為較低檔，汽車速度慢了。若汽車已換為檔仍克服不了行駛阻力之代數(shù)和，說明這坡道太陡，汽車無法提供更大的動力因素，則汽車爬不上此坡，汽車速度降到臨界速度以下，直至熄火停車。汽車使用低檔時間越長或換檔次數(shù)太多，會增長行駛時間，增加汽車燃料消耗和機件磨損。其中行駛時間是汽車運輸經(jīng)濟效益的關(guān)鍵，而從汽車動力特性圖上又可看出道路縱坡對車速影響極大（i越

19、大，需要的D越大，而D越大，使用的檔位越低，則車速越慢）。為了使汽車能保持較高的車速行駛，少用低檔或減少換檔次數(shù)，對道路縱坡提出如下要求：、 縱坡度力求平緩；、 陡坡宜短，長坡道的縱坡度應(yīng)加以嚴格限制；、 縱坡度變化不宜太多，尤其應(yīng)避免急劇起伏變化，力求縱坡均勻。第三節(jié) 縱坡設(shè)計一、縱坡設(shè)計的一般要求為使縱坡設(shè)計經(jīng)濟合理，在縱坡設(shè)計時一般要求為：、 滿足標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)縱坡的規(guī)定要求； 2、縱坡應(yīng)盡量平緩，起伏不宜過大和頻繁，關(guān)并應(yīng)盡量避免標(biāo)準(zhǔn)中的極限值，合理安排緩和坡段，不宜連續(xù)采用極限長度的陡坡夾最短長度的緩坡。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡段。 3、應(yīng)綜合考慮沿線的地形、地質(zhì)、氣候等自然情

20、況，并根據(jù)需要采取一定的技術(shù)措施，以保證公路的穩(wěn)定和暢通。 4、盡量減少土石方和其它工程數(shù)量，以降低工程造價。二、最大縱坡最大縱坡是指在縱斷面設(shè)計中，各級公路允許采用的最大坡度值。越嶺公路常常采用較大縱坡，這是因為縱坡越大，路程就越短，一般來說工程量也越省。但由于汽車牽引力有一定的限制，故縱坡不能采用太大值，必須對最大縱坡加以限制。1、確定最大縱坡應(yīng)考慮的因素（1）汽車的動力性能：要根據(jù)公路上行駛的車輛，按汽車行駛的必要條件和充分條件來確定；（2）公路等級：公路等級愈高，則要求行車速度越高，從動力特性圖看，對同類型車輛來說，速度越高，其爬坡能力就愈低，所以不同等級的公路有不同的最大縱坡值；（3

21、）自然因素：公路所經(jīng)地區(qū)的地形、海拔高度、氣溫、雨量、濕度和其它自然因素，均影響汽車的行駛條件和上坡能力。2、最大縱坡的確定最大縱坡是公路縱斷面設(shè)計的重要控制指標(biāo)，特別是在山嶺區(qū)，縱坡的大小，直接影響到路線的長短、使用質(zhì)量、運輸成本和工程造價。最大縱坡的決定主要根據(jù)汽車的動力性能、公路等級、自然因素，并要保證行車安全。汽車沿陡坡行駛時，因克服升坡阻力及其他阻力需要增大牽引力，車速便會降低，若陡坡過長，將引起汽車水箱“開鍋”（即沸騰），氣阻等情況，嚴重時，還可能使發(fā)動機熄火，使駕駛條件惡化，若沿陡坡下行，因制動次數(shù)增多，制動器易發(fā)熱而失效，司機心理緊張，易引起交通事故。當(dāng)?shù)缆纺酀魰r，情況更為嚴重

22、。因此，我國標(biāo)準(zhǔn)對各級公路的最大縱坡規(guī)定如表33 各級公路最大縱坡 表33公路等級高速公路一二三四計算行車速度(km/h)120100806010060804060304020最大縱坡(%)345546576869注：（1）高速公路受地形條件或其它特殊情況限制時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證，最大縱坡可增加 （2）海拔000m以上或嚴寒冰凍地區(qū)的山嶺重丘區(qū)公路，最大縱坡不應(yīng)大于。最大縱坡只是在線形受地形限制嚴重的路段才準(zhǔn)采用。例如，越嶺路線為爭取高度、縮短路線長度或避開困難工程可應(yīng)用最大縱坡。在一般情況下應(yīng)盡量采用較小的縱坡，以利將來提高公路等級。三、最小縱坡為了保證挖方路段、設(shè)置邊溝的低填方路段和橫向排水

23、不暢路段的排水，以防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定性，一般在這些路段避免采用水平縱坡。所以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在各級公路的長路塹路段，以及其它橫向排水不暢的路段，均應(yīng)采用不小于0.3的縱坡，否則應(yīng)對邊溝作縱向排水設(shè)計。四、縱坡折減在海拔000m以上的高原地區(qū)，因空氣稀薄而使汽車發(fā)動機功率降低，相應(yīng)地降低了汽車的爬坡能力；此外，在高原地區(qū)行車，汽車車箱容易開鍋，破壞冷卻系統(tǒng)。故標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在海拔000m以上的高原地區(qū)行車，各級公路的最大縱坡值應(yīng)按表4的規(guī)定折減，最大縱坡折減后，如小于，則仍用。 高原縱坡折減值 表4海拔高度（m）30004000400050005000以上折減值（）123五、坡長限制坡長限制主要是指

24、對較陡縱坡的最大長度和一般縱坡的最小長度加以限制，現(xiàn)分述如下：1、最大坡長按動力因素的要求，對較陡縱坡的坡段，其坡長應(yīng)較小。從實際觀測調(diào)查的結(jié)果表明，對縱坡的坡段，若其坡長過大，上坡時需提高D值而采用較低檔且速度下降，發(fā)動機易受磨損甚至熄火停駛；下坡時坡度阻力為負值而使汽車加速行駛，為保證行車安全往往使用制動器來減速，多次制動會使制動器失靈甚至造成車禍。因此，對縱坡5的坡段，其最大坡長必須加以限制。標(biāo)準(zhǔn)對各級公路不同縱坡的最大坡長規(guī)定見表35所列。高速公路和一級公路縱坡及坡長的選用應(yīng)充分考慮車輛運行質(zhì)量要求。對高速公路即使縱坡為2，其坡長也不宜過長。二級、三級、四級公路當(dāng)連續(xù)縱坡大于5時，應(yīng)在

25、不大于表所規(guī)定的長度處設(shè)緩和坡段。 各級公路縱坡長度限制（m） 表35 公路等級高 速 公 路一二三四計算行車速度（km/h）120100806010060804060304020縱坡坡度()39001000110012001000120011004700800100010008001000900110010001100110012005600700800800700900800900900100065006006007006007007008007500500600830040092002、最小坡長坡段的最小長度限制，是基于：（1）布設(shè)豎曲線的要求，各轉(zhuǎn)坡點必須用豎曲線來聯(lián)接相鄰兩坡段，因此

26、，一個坡段的最小長度，就應(yīng)等于轉(zhuǎn)坡點豎曲線的切線長度之和。（2）汽車行駛要求，公路設(shè)計應(yīng)盡量減少縱坡轉(zhuǎn)折以滿足行車平順性，即在一般情況下，應(yīng)保證汽車在坡道上行駛時間為915s。由此標(biāo)準(zhǔn)對各級公路的最小坡長規(guī)定見表36 各級公路最小坡長 表36公 路 等 級高 速 公 路一二三四計算行車速度(km/h)120100806010060804060304020最小坡長(m)300250200150250150200120150100100603、緩和坡段當(dāng)縱坡5的坡段達到限制坡長后，按規(guī)定設(shè)置的較小縱坡的坡段，稱緩和坡段，其目的是減輕上坡時汽車的機件磨損和降低下坡時制動器的過高溫度，以保證行車安全。

27、緩和坡段的縱坡不應(yīng)大于3，其長度應(yīng)不小于表36最小坡長的要求。對一般公路的山嶺重丘區(qū)路段，如緩和坡段設(shè)在平曲線半徑較小處，如二級公路小于80m、三級公路小于40m、四級公路小于20m，這時的緩和坡段長度應(yīng)予增加，所增加的長度為該平曲線半徑值。六、平均縱坡由若干坡段組成的路段，其兩端點的高差與路段長度之比稱為平均縱坡，用符號ip表示，即 （314）式中：ip ¾¾ 路段平均縱坡（）； H ¾¾ 路段兩端點的高差（m）； L ¾¾ 路段的長度（m）。在山區(qū)公路的縱坡設(shè)計時，可能會不間斷地交替使用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最大縱坡和緩和坡段，這似乎是合法的

28、，但會造成汽車長時間用低檔爬坡或下坡需頻繁剎車制動甚至發(fā)生不良后果，這就不合理。避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象的辦法是對路段的平均縱坡進行控制。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：為了合理運用最大縱坡、坡長和緩和坡段的規(guī)定，以保證車輛安全順利行駛，二、三、四級公路越嶺線的平均縱坡，一般以接近5.5%（相對高差為200500m）和5%(相對高差>500m)為宜，并注意任何相連3km路段的平均縱坡不宜大于5.5%。七、合成坡度公路在平曲線地段，若縱向有縱坡并橫向有超高時，則最大坡度既不在縱坡上，也不在超高上，而是在縱坡和超高的合成方向上，這時的最大坡度稱之為合成坡度。合成坡度用符號i合表示，其值可用下式計算 （315）式中：i合

29、¾¾ 合成坡度（）； i ¾¾ 路段縱坡（）； ib ¾¾ 路段超高橫坡（）。汽車在有合成坡度的地段行駛，若合成坡度過大，當(dāng)車速較慢或汽車停在合成坡度上，汽車可能沿合成坡度的方向產(chǎn)生側(cè)滑或打滑；同時若遇到急彎陡坡，對行車來說，可能會在短時間向合成坡度方向下滑，因合成坡度比縱坡和橫坡均大，所以速度會突然加快，使汽車沿合成坡度沖出彎道之外而產(chǎn)生事故；此外，在合成坡度上行車還會造成汽車傾斜、貨物偏重，致使汽車傾到。因此，對合成坡度也應(yīng)加以限制。我國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級公路的最大容許合成坡度如表37所示；對積雪嚴寒地區(qū)，各級公路的合成坡度應(yīng)不大于。當(dāng)

30、陡坡與小半徑曲線重疊時，在條件允許時，宜采用較小的合成坡度。為保證路面排水迅速，各級公路的最小合成坡度應(yīng)不小于0.5%。 合成坡度值 表37公 路 等 級高 速 公 路一二三四計算行車速度(km/h)120100806010060804060304020合成坡度(%)10.010.010.510.510.010.59.010.09.510.09.010.0八、爬坡車道爬坡車道是高速公路和一級公路在陡坡路段正線行車道外側(cè)增設(shè)的供載重車行駛的專用車道。在道路縱坡較大的路段上，載重車爬坡時需克服較大的坡度阻力，車速下降，大型車與小汽車的速差變大，超車頻率增加，對行車安全不利。速差較大的車輛混合行駛，

31、必將減小快車的行駛自由度，導(dǎo)致通行能力降低。為了消除上述種種不利影響，宜在陡坡路段增設(shè)爬坡車道，把載重車從正線車流中分離出去，可提高小汽車行駛的自由度，確保行車安全，增加路段的通過能力。一般講，最理想的路線縱斷面本身就應(yīng)按不設(shè)置爬坡車道來設(shè)計縱坡，但這樣往往會造成路線迂回或路基高填深挖增大工程費用。在多數(shù)情況下采用稍大的坡度值而增設(shè)爬坡車道會產(chǎn)生既經(jīng)濟又安全的效果。公路路線設(shè)計規(guī)范中規(guī)定高速公路和一級公路，當(dāng)縱坡大于4時，可沿上坡方向行車道右側(cè)設(shè)置爬坡車道，爬坡車道的寬度一般為3.5m。設(shè)不設(shè)爬坡車道，要根據(jù)與減小縱坡不設(shè)爬坡車道進行技術(shù)經(jīng)濟來比較。除此之外，凡符合下列情況之一者，也應(yīng)設(shè)置爬坡

32、車道：1、沿上坡方向載重汽車的行駛速度降低到表38所規(guī)定的容許最低速度以下時； 上坡方向容許最低速度 表38計算行車速度（km/h）1201008060容許最低速度（km/h）605550402、上坡路段的小時交通量超過設(shè)計通行能力時；3、高速公路和一級公路，當(dāng)縱坡大于4時。從上述設(shè)置爬坡車道的條件看，設(shè)置爬坡車道的目的主要是為了提高高速公路和一級公路的通行能力，以免影響較高車速的車輛行駛。如果二級公路平原徽丘區(qū)的縱坡大于，當(dāng)交通量很大、載重汽車比率較大時，若車速低于容許最低速度的路段長度大于1000m,也可設(shè)置爬坡車道.當(dāng)公路的車道數(shù)為六車道以上時,行車之間相互影響的程度已不大,就不必設(shè)置爬

33、坡車道.隧道、大橋、高架橋及深挖方路段，若因設(shè)置爬坡車道會使工程費用增加很大時，爬坡車道可暫時不設(shè)，視交通量增長程度和行車速度情況在改建公路時再考慮設(shè)不設(shè)爬坡車道。 爬坡車道的超高橫坡度 表39主線的超高坡度（）1098765432爬坡車道的超高坡度（）5432由于爬坡車道上的車速比行車道上的低，故超高坡度比行車道可相應(yīng)小一些。爬坡車道超高的旋轉(zhuǎn)軸為爬坡車道內(nèi)側(cè)邊緣，其超高橫坡度規(guī)定如表39爬坡車道的加寬應(yīng)按行車道加寬的有關(guān)規(guī)定進行。爬坡車道的長度及起、終點應(yīng)按下述規(guī)定進行：1、爬坡車道長度應(yīng)與主線相應(yīng)縱坡長度一致；2、爬坡車道起點處過渡段三角端的長度為45m；3、為使載重汽車車速恢復(fù)到容許最

34、低速度，在爬坡車道末端應(yīng)設(shè)置如表310所規(guī)定的附加長度，以便載重汽車加速后順利進入車道。該附加長度包括爬坡車道終點過渡三角端的長度（60m）在內(nèi)。 爬坡車道末端附加長度 表310附 加 段 的 縱 坡（）下 坡平 坡上 坡0.51.01.52.0附 加 長 度（m）120200250300350400設(shè)計爬坡車道應(yīng)綜合考慮它同原行車道線形設(shè)計的關(guān)系，其起、終點應(yīng)設(shè)在通視良好，便于辨認，過渡順適的地點。長而連續(xù)的爬坡車道，其右側(cè)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置緊急停車帶。第四節(jié) 豎曲線設(shè)計一、豎曲線的種類和作用縱斷面上兩相鄰縱坡線的交點為變坡點，為保證汽車安全、順適及視距的需要而在變坡點處設(shè)置的縱向曲線稱為豎曲線。

35、如圖33所示，豎曲線不外乎為開口朝上或開口朝下兩個形式。因此，豎曲線分為兩種：將開口朝下的曲線稱為凸形豎曲線,其曲線半徑以R凸表示；將開口朝上的曲線稱為凹形豎曲線，其半徑以R凹表示。a) b)圖33 豎曲線 a) 凸形豎曲線； b) 凹形豎曲線豎曲線的主要作用有：起緩沖作用,以平緩的豎曲線取代折線可消除汽車在該處的顛簸,增大乘客一定的舒適感；確保公路縱向的路面視距，在凸形豎曲線處，倘若縱坡坡差較大時，若無豎曲線，則盲區(qū)部位的路障便看不見，如圖34；如若設(shè)置了適當(dāng)?shù)呢Q曲線，則視距將獲得保證。 圖34 不設(shè)豎曲線而產(chǎn)生的盲區(qū)二、豎曲線要素計算標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定豎曲線的線形采用二次拋物線，見圖35所示，其要素

36、計算如下。二次拋物線的數(shù)學(xué)方程式為x=2py，若將坐標(biāo)原點設(shè)在豎曲線頂點時，其參數(shù)p即豎曲線頂點的曲率半徑又稱豎曲線半徑，用符號R表示，則豎曲線的方程式為x=2Ry。 圖35 豎曲線要素計算由于w值很小，豎曲線長度可近似為豎曲線始終點的水平距離L，豎曲線的切線長T可近似為豎曲線長度的一半，據(jù)此，豎曲線要素的計算公式為 （316）式中：R ¾¾ 豎曲線半徑（m）； L ¾¾ 豎曲線的曲線長（m）； T ¾¾ 豎曲線的切線長（m）； E ¾¾ 豎曲線的外距（m）； w ¾¾ 兩相鄰縱坡的代數(shù)差，以小

37、數(shù)計，在豎曲線要素計算時取其絕對值計； y ¾¾ 豎曲線上任意點到切線的縱距，即豎曲線上任意點與坡線的高差（m），亦稱改正值；x ¾¾ 豎曲線上任意點與豎曲線起點或終點的水平距離（m）。三、豎曲線的半徑（一）、凸形豎曲線汽車在凸豎曲線上行駛時，因前方隆起使駕駛員視線受障礙，因而設(shè)計時滿足視距要求是主要問題。1、設(shè)置原理如圖34所示，設(shè)兩相鄰坡段O和的坡度角為j和w-j，d1、d2為視點高，公路設(shè)計中規(guī)定：小汽車d11.2m,大汽車d1=1.51.6m,而通常均取d1=1.2m以策安全；根據(jù)圖示有： 令 則 當(dāng) rmi n = S 時 w = wk故 （3

38、17）式中：rmin ¾¾ 最小可見長度（m）； S ¾¾ 實用路面視距長度（m）；w ¾¾相鄰公路縱坡坡差；wk ¾¾能自然保證視距時的縱坡坡差，稱臨界坡差。因此，停車視距時，取d2；會車視距時，可取d1 » d2，則停車視距時： （318）會車視距時： （319） 顯然，如w為相鄰公路實際坡差時，則當(dāng)w £ wk時，已自然保證視距，可不設(shè)豎曲線；當(dāng)w > wk時，不能保證視距，需設(shè)豎曲線。這就是豎曲線的設(shè)置原理。它對于判斷是否需要設(shè)置豎曲線有一定意義。但是，應(yīng)當(dāng)指，我國公路設(shè)計現(xiàn)已規(guī)定

39、：無論w £ wk 或w > wk，一律應(yīng)設(shè)置豎曲線。2、凸形豎曲線半徑凸如圖36所示，豎曲線長度與視距長度間有大于或小于兩種情況，現(xiàn)分述如下。（1）豎曲線長度視距長度 (見圖36a)所示)根據(jù)圖示幾何關(guān)系可近似得： ，由此得、，則 當(dāng)采用停車視距ST時，d11.2m, d2=0.1m, ，即 (320) 當(dāng)采用會車視距SH時， d1=d2=1.2m, 則 (321)式中符號同前。 a) b) a) L>S b) L<S 圖36 凸形豎曲線L與S的關(guān)系（2）豎曲線長度視距長度 (見圖36b)所示當(dāng)相鄰公路縱坡坡差w為時，據(jù)幾何關(guān)系可近似導(dǎo)得最小凸形豎曲線半徑R凸為：

40、 （322）當(dāng)采用停車視距時， （323）當(dāng)采用會車視距時， （324）（二）、凹形豎曲線當(dāng)汽車行駛在凹形豎曲線上時產(chǎn)生的離心力與汽車的重力方向相同，易產(chǎn)生震動、沖擊，甚至?xí)驈椈沙摵啥a(chǎn)生不良的后果，因而設(shè)計時應(yīng)控制離心加速度以保證行車的安全、舒適。汽車在曲線上行駛時，其離心加速度為 a=v2/R m/s。根據(jù)試驗，認為離心加速度限制在.50.7m/s2比較合適。若將速度單位換成km/h計算，則得凹形豎曲線的最小半徑R凹為： (325)式中：a ¾¾ 離心加速度（m/s2），常取0.50.7m/s2；其它符號意義同前。四、按行駛時間計算豎曲線最小長度當(dāng)豎曲線兩端直線坡段

41、的坡度差很小時，即使半徑較大，豎曲線的長度亦有可能較小，此時汽車在豎曲線段倏忽而過，沖擊增大，乘客不適；從視覺上考慮也會感到線形突然轉(zhuǎn)折。因此，汽車在豎曲線上行駛時的時間不能太短，以此來控制豎曲線長度，即 （326）式中：L ¾¾ 豎曲線長度（m）；v, V¾¾ 計算行車速度，（m/s，km/h）；t ¾¾ 行車時間，（s）。經(jīng)統(tǒng)計，在豎曲線上行車時間t為3s時，駕駛員操作較為方便，旅客感覺良好，所以通常取t 為3s，則 （327）式中：min ¾¾ 凸形或凹形豎曲線的最小長度長度（m）；其余符號意義同前。五、豎曲

42、線半徑和長度的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級公路在縱坡變更處均應(yīng)設(shè)置豎曲線，豎曲線的最小半徑和最小長度規(guī)定如表里如311。通常應(yīng)采用大于或等于表列一般最小值，當(dāng)受地形條件及其它特殊條件限制時方可采用表列極限最小值。公路豎曲線最小半徑和最小長度 表311公路等級高 速 公 路一二三四計算行車速度(km/h)120100806010060804060304020凸形豎曲線半徑(m)極限最小值110006500300014006500140030004501400250450100一般最小值17000100004500200010000200045007002000400700200凹形豎曲線半徑(m)極限最

43、小值40003000200010003000100020004501000250450100一般最小值60004500300015004500150030007001500400700200豎曲 線 最小長 度(m)1008570508550703550253520六、豎曲線設(shè)計和計算1、豎曲線設(shè)計豎曲線設(shè)計的主要內(nèi)容是選定半徑和做好相鄰豎曲線的銜接。綜前所述，豎曲線半徑的選定，在不過分增加工程數(shù)量的情況下，應(yīng)選用大于或等于一般最小半徑的半徑；只有在地形限制或其它特殊困難時，才選用極限最小半徑。 從視覺效果所需的最小豎曲線半徑 表312計算行車速度（km/h）凸形豎曲線（m）凹形豎曲線（m）計

44、算行車速度（km/h）凸形豎曲線（m）凹形豎曲線（m）1201008020 00016 00012 00012 00010 0008 00060409 0003 0006 0002 000當(dāng)公路等級較高，需獲得良好的視覺效果來滿足行車要求時，表312所列為從視覺效果要求的最小半徑值，在有條件下可參照采用。當(dāng)相鄰兩坡段的轉(zhuǎn)坡角較小時，更應(yīng)選用較大的豎曲線半徑，以滿足最小坡長的要求。但當(dāng)轉(zhuǎn)坡角很小時，可能出現(xiàn)縱坡小于0.3%且有一定長度不利于排水，這時就應(yīng)重新設(shè)計縱坡或豎曲線以滿足排水要求。兩相鄰豎曲線，當(dāng)它們的轉(zhuǎn)向相同（轉(zhuǎn)坡角都為正或為負）時，稱為同向曲線；當(dāng)它們的轉(zhuǎn)向相反（轉(zhuǎn)坡角一個為正、另一

45、個為負）時，稱為反向曲線，尤其同向凹形豎曲線，如果它們之間的直線坡段不長，應(yīng)合并為單個曲線或復(fù)曲線形式的豎曲線，以免形成斷臂曲線；對反向豎曲線，最好中間設(shè)置一段直坡，直坡段的長度一般不小于計算行車速度的3s行程。2、豎曲線計算豎曲線計算主要包括豎曲線起、終點樁號計算和豎曲線上各樁號設(shè)計標(biāo)高的計算。根據(jù)已確定的縱坡和選定的豎曲線半徑，即i和w為已知，就可按式（316）計算的豎曲線基本要素、和，則豎曲線始點樁號轉(zhuǎn)坡點樁號豎曲線終點樁號轉(zhuǎn)坡點樁號由于設(shè)置了豎曲線，在此范圍內(nèi)各樁號的設(shè)計標(biāo)高與坡線標(biāo)高差值為y，稱為豎曲線設(shè)計標(biāo)高改正（修正）值?？砂词剑?16）求得，則凸形豎曲線上的設(shè)計標(biāo)高該樁號的坡線

46、標(biāo)高y凹形豎曲線上的設(shè)計標(biāo)高該樁號的坡線標(biāo)高y第五節(jié) 公路平面與縱斷面的線形組合一、線形設(shè)計概述道路線形是指一條道路在三維空間中的立體幾何形態(tài)。線形設(shè)計是在路線的各項幾何技術(shù)指標(biāo)滿足了與道路等級相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，進一步研究線形各要素的運用和進行巧妙組合的要求，即將公路平面、縱斷面進行合理的組合，以及將平面、縱斷面與橫斷面組合成三維空間的立體線形，并考慮車輛行駛的安全、舒適，滿足汽車動力性能與行駛力學(xué)的要求，以及充分考慮駕駛?cè)藛T的視覺和心理舒適要求，保持線形在視覺上的連續(xù)和心理上的協(xié)調(diào)。在保證汽車行駛的安全性、舒適性、經(jīng)濟性的同時，還應(yīng)考慮線形對地形、地物、景觀、視覺等具有適應(yīng)性、協(xié)調(diào)

47、性及其在技術(shù)上、工程上的經(jīng)濟合理性，以便在條件許可時，選用較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從而提高道路的使用質(zhì)量。線形設(shè)計時應(yīng)注意以下幾點：1、路線設(shè)計應(yīng)使公路線形同地形、地物、景觀、視覺相協(xié)調(diào)，以保證汽車行駛的安全、舒適與經(jīng)濟。2、一條公路不宜頻繁變更設(shè)計路段。同一設(shè)計路段長度不宜過短，線形要素應(yīng)盡量保持相對均衡，兩相鄰不同路段之間的技術(shù)指標(biāo)應(yīng)逐漸變化。3、線形設(shè)計的要求與內(nèi)容應(yīng)隨公路等級和計算行車速度的不同而異。高速公路、一級公路以及計算行車速度大于或等于60km/h的公路，應(yīng)注重立體線形設(shè)計，盡量做到線形連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺良好、景觀協(xié)調(diào)、安全舒適。計算行車速度越高，線形設(shè)計所考慮的因素應(yīng)愈周全。對于低

48、等級公路或計算行車速度小于或等于40km/h的公路，首先應(yīng)在保證行駛安全的前提下，正確地運用線形要素規(guī)定值（包括最大、最小值），在條件允許情況下力求做到各種線形要素的合理組合，并盡量避免和減輕不利的組合，以期充分發(fā)揮投資效益。4、線形設(shè)計除應(yīng)從行駛力學(xué)上保證汽車行駛的安全、舒適，在營運上達到經(jīng)濟、合理外，還應(yīng)注重駕駛者的視覺、心理方面的要求。5、應(yīng)根據(jù)設(shè)計條件盡量選用較高的技術(shù)指標(biāo)，不應(yīng)輕易采用技術(shù)指標(biāo)中的最?。ɑ蜃畲螅┲?，并保持各種線形要素的均衡性、連續(xù)性，避免線形的突變。6、在路線交叉前后應(yīng)盡可能采用技術(shù)指標(biāo)較高的線形，保證行駛安全和提高公路的通行能力。二、平面線形設(shè)計的一般原則平面線形設(shè)

49、計是從線形設(shè)計角度研究直線、圓曲線、回旋線這三種要素的合理運用，以及適應(yīng)地形、地物、地質(zhì)、景觀變化等各種具體條件的基礎(chǔ)上，巧妙選用相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)而進行的組合設(shè)計和相互配合的有關(guān)問題。其設(shè)計原則如下：1、線形應(yīng)與地形、地物相適應(yīng)。平面線形宜直則直、宜曲則曲。隨地形地勢而曲折舒順的線形，比硬拉直線而大填大挖的線形要好得多，它不僅能靈活地與道路所經(jīng)地帶的地形、地物、環(huán)境、景觀相協(xié)調(diào)，而且能減少工程量，節(jié)省投資。2、線形應(yīng)是連續(xù)的，必須避免線形的突變。各項技術(shù)指標(biāo)的變化過渡應(yīng)盡可能平緩勻順，例如：避免長直線末端設(shè)小半徑曲線和大半徑與小半徑曲線直接連接等；當(dāng)必須設(shè)置小半徑曲線時，應(yīng)在中間插入適當(dāng)半徑的曲線使曲率逐漸變化，否則會造成不連續(xù)感，影響行車的安全舒適。3、線形組合的各項技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)符合相應(yīng)技術(shù)等級的有關(guān)規(guī)定，即對連續(xù)的線形要素的變化，應(yīng)滿足駕駛員的預(yù)見性要求。例如：當(dāng)路線轉(zhuǎn)角較小時，駕駛員容易造成視覺上的錯覺，把曲線看成比實際的要小而產(chǎn)生急彎錯覺，會造成事故或降低車速，所以應(yīng)有足夠的曲線長；設(shè)置復(fù)曲線時，相鄰曲線半徑值不要相差太大，大圓半徑不宜大于小圓半徑的1.5倍，四級公路也不宜大于倍，否則會影響線形的連續(xù)性和行車安全。4、兩同向曲線應(yīng)設(shè)足夠長度的直線，不得以短直線相連而破壞平曲線的連續(xù)性（會產(chǎn)生把短