公路縱斷面設(shè)計

1、公路縱斷面設(shè)計一、概述1.縱斷面設(shè)計定義沿道路中心線縱向垂直剖切的一個立面。它表達(dá)了道路沿線起伏變化的狀況。道路縱斷面設(shè)計主要是根據(jù)道路的性質(zhì)和等級，汽車類型和行駛性能，沿線地形、地物的狀況，當(dāng)?shù)貧夂颉⑺?、土質(zhì)的條件以及排水的要求，具體確定縱坡的大小和各點的標(biāo)高。為了適應(yīng)行車的要求，各級公路和城市道路中的快速路、主干路及相鄰坡度代數(shù)差大于1的其他道路，在縱坡變更處均應(yīng)設(shè)置豎曲線，因而，道路縱斷面設(shè)計線是由直線和豎曲線所組成。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(biāo)高，相鄰地面標(biāo)高的起伏折線的連線，稱為地面線。設(shè)計公路的路基邊緣相鄰標(biāo)高的連線，稱為設(shè)計線，設(shè)計線上表示路基邊緣

2、各點的標(biāo)高，稱為設(shè)計標(biāo)高。在同一橫斷面上設(shè)計標(biāo)高與地面標(biāo)高之差，稱為施工高度。當(dāng)設(shè)計線在地面線以上時，路基構(gòu)成填方路堤；當(dāng)設(shè)計線在地面線以下時，路基構(gòu)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。2.縱斷面設(shè)計原則2.1設(shè)計原則（1）縱坡設(shè)計必須符合公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)縱坡的各項規(guī)定，如各級公路的最大縱坡，按排水要求的最小縱坡等。（2）為保證汽車以一定的車速安全順利地通過，縱坡應(yīng)具有一定的平順性。（3）對沿線的自然條件，應(yīng)作通盤研究，依據(jù)不同的具體情況分別處理，使公路暢通和穩(wěn)定。（4）按路線起伏綜合考慮農(nóng)田水利方面的特殊要求。（5）在水文條件不良或地下水位很高的路段，應(yīng)考慮適當(dāng)

3、的路基高度。（6）在保證路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定的前提下，爭取填挖平衡，節(jié)省土石方及其他工程量，降低工程造價。（7）考慮到今后公路改建時，盡量利用原有路面作為新路面的基層或面層的下層。（8）縱坡設(shè)計應(yīng)與平面設(shè)計密切配合協(xié)調(diào)。2.2 城市道路縱斷面設(shè)計原則除參照公路縱斷面設(shè)計的原則外，尚須注意下列各點：（1）為使道路兩側(cè)街坊地面水的順利排除，一般應(yīng)使路緣石頂面標(biāo)高低于兩側(cè)建筑物的地面標(biāo)高。（2）要為城市各種地下管線的埋設(shè)提供有利條件，并保證人防工程與各類管線有必要的最小覆土厚度。（3）對一些具有影響的立面控制點，必須與道路平面控制點綜合分析研究。（4）應(yīng)與相交的道路、廣場等出入口有平順的銜接。（5）對非

4、機(jī)動車行駛較多的道路，應(yīng)充分考慮非機(jī)動車的爬坡能力和下坡時的安全性。（6）研究附近地區(qū)的豎向設(shè)計，以協(xié)調(diào)城市地區(qū)的立面布置和填挖土石方的調(diào)配。3.縱斷面設(shè)計要求城市道路縱斷面設(shè)計的要求，除了前面講述的最大和最小縱坡、坡長限制、合成坡度、平均縱坡、豎曲線最小半徑和最短長度、平縱組合的要求以外，還應(yīng)滿足由城市道路的特點所決定的具體要求。（1）縱斷面設(shè)計應(yīng)參照城市規(guī)劃控制標(biāo)高、適應(yīng)臨倚建筑立面布置以及沿路范圍內(nèi)地面水的排除。確定道路中線設(shè)計標(biāo)高時，必須滿足下列各控制點標(biāo)高的要求。（2）應(yīng)與相交道路、街坊、廣場和沿街建筑物的出入口有平順的銜接。（3）山城道路及新建道路的縱斷面設(shè)計應(yīng)盡量使土石方平衡。在

5、保證路基穩(wěn)定的條件下，力求設(shè)計線與地面線接近，以減少土石方工程數(shù)量，保持原有天然穩(wěn)定狀態(tài)。（4）舊路改建宜盡量利用原有路面，若加鋪結(jié)構(gòu)層時，不得影響沿路范圍的排水。（5）機(jī)動車與非機(jī)動車混合行駛的車行道，最大縱坡宜不大于3，以滿足非機(jī)動車爬坡能力的要求。（6）道路最小縱坡應(yīng)不小于0.5，困難時不小于O.3，特別困難情況下小于0.3時，應(yīng)設(shè)置鋸齒形街溝或采取其它綜合排水措施。（7）道路縱斷面設(shè)計必須滿足城市各種地下管線最小覆土深度的要求。二、縱坡設(shè)計的一般規(guī)定與要求1.縱坡設(shè)計的一般要求（1）縱坡設(shè)計必須滿足公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的各項規(guī)定。（2）為保證汽車能以一定的車速安全舒順地行駛，縱坡應(yīng)具有定

6、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(yīng)自然地配合地形設(shè)置，在連續(xù)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(yīng)盡量放緩一些。連續(xù)上坡或下坡路段，應(yīng)避免設(shè)置反坡。（3）縱坡設(shè)計時，應(yīng)對沿線的地形、地質(zhì)、水文、氣候等自然條件綜合考慮，根據(jù)不同的具體情況妥善處理，以保證公路的暢通和穩(wěn)定。（4）地下水位較高的平原微丘區(qū)和潮濕地帶的路段，應(yīng)滿足最小填土高度的要求，以保證路基穩(wěn)定。（5）縱坡設(shè)計在一般情況下應(yīng)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(shè)計時，應(yīng)照顧當(dāng)?shù)孛耖g運輸工具、農(nóng)業(yè)機(jī)械、農(nóng)田

7、水利等方面的特殊要求。2.最大縱坡與最小縱坡2.1 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(shè)計的重要控制指標(biāo)。（1）確定最大縱坡應(yīng)考慮的因素 汽車的動力特性：要根據(jù)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。 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。 自然因素：公路所經(jīng)地區(qū)的地形、氣候、海拔高度等自然因素，對汽車行駛條件和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。表2-3-1 最大縱坡設(shè)計速度

8、(km/h)1201008060403020最大縱坡()3456789高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jù)具體情況將縱坡適當(dāng)放緩，平原、微丘區(qū)一般不大于23；山嶺、重丘區(qū)一般不大于45。小橋涵處的縱坡可按表1-3-1的限值設(shè)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(zhèn)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(yīng)與橋上縱坡一致。隧道內(nèi)的縱坡不應(yīng)大于3，并不小于0.3；獨立的明洞和長度小于50m的隧道其縱坡不受此限；緊接隧道洞口的路線縱坡應(yīng)與隧道內(nèi)縱坡

9、相同。（3） 高原地區(qū)縱坡折減公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在海拔3000m以上的高原地區(qū)，各級公路的最大縱坡值應(yīng)按表2-3-2的規(guī)定予以折減，最大縱坡折減后若小于4，則仍采用4。表2-3-2 高原縱坡折減值海拔高度(m)30004000400050005000以上折減值()1232.2 最小縱坡公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(yīng)采用不小于0.3的縱坡，否則應(yīng)對其邊溝作縱向排水設(shè)計。干旱地區(qū)以及橫向排水良好的路段，其最小縱坡可不受上述限制。3.坡長限制與緩和坡段3.1 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(nèi)容。（1）最小坡長限制最小坡長的

10、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(guī)定最小坡長如表2-3-3所示。表2-3-3 各級公路最大縱坡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)30025020015025015020012015010010060（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。高速公路、一級公路當(dāng)連續(xù)陡坡由幾個不同坡度值的坡段組合而成時，應(yīng)對縱坡長度受限制的路段采用平均坡度法進(jìn)行驗算。二、三、四級公路當(dāng)連續(xù)縱坡大于5時，對縱坡長度應(yīng)加以限

11、制，以利提高車速和行駛安全。在實際縱坡設(shè)計中，當(dāng)大于5的坡長還未達(dá)到其規(guī)定的限制坡長時，可變化坡度（應(yīng)為連續(xù)上坡或連續(xù)下坡），但其長度應(yīng)按坡長限制的規(guī)定進(jìn)行折算。例如：某三級山嶺區(qū)公路的第一坡段縱坡為8.0，長度為120m，即占坡長限制值的2/5，若相鄰坡段的縱坡為7.0，則其坡長不應(yīng)超過5003/5300m。也就是說8.0的縱坡設(shè)計了長度120m以后，還可接著設(shè)計坡度為7.0的300m坡長，此時坡長限制值已用完。4.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(shè)計質(zhì)量的一個重要限制性指標(biāo)。我國公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為了合理運用最大縱坡、坡長和緩和坡

12、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。5.合成坡度合成坡度是指在設(shè)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。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(cè)向滑移，給汽車行駛帶來危險。因此，應(yīng)將合成坡度控制在一定的范圍之內(nèi)。我國公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定各級公路的最大容許合成坡度值如表2-3-4所示。表2-3-4各級公路最大容許合成的坡度公路等

13、級高速公路一二三四計算行車速度(km/h)120100806010060804060304020合成坡度()101010.510.51010.5910109.59.5106.爬坡車道爬坡車道是指在陡坡路段正線行車道右側(cè)設(shè)置的專供載貨汽車行駛的專用車道。公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，高速公路和一級公路，當(dāng)縱坡大于4時，可設(shè)置爬坡車道其寬度一般為3.5m。公路路線設(shè)計規(guī)范（JTJ011-94）中規(guī)定，高速公路和一級公路，在其縱坡長度受限制的路段，應(yīng)對載貨汽車上坡行駛速度的降低值和設(shè)計通行能力進(jìn)行驗算，符合下列情況之一者，在上坡方向行車道的右側(cè)設(shè)置爬坡車道。（1）沿上坡方向載貨汽車的行駛速度降低到容許最低速

14、度以下時，可設(shè)置爬坡車道。（2）上坡路段的設(shè)計通行能力小于設(shè)計小時交通量時，應(yīng)設(shè)置爬坡車道。設(shè)計爬坡車道時，應(yīng)綜合考慮爬坡車道與主線線形設(shè)計的關(guān)系，其起、終點應(yīng)設(shè)在通視良好、便于辨認(rèn)和過渡順適的地點。長而連續(xù)的爬坡車道，其右側(cè)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置應(yīng)急停車帶。三、豎曲線設(shè)計縱斷面上相鄰兩條縱坡線相交的轉(zhuǎn)折處，為了行車平順用一段曲線來緩和，這條連接兩縱坡線的曲線叫豎曲線。豎曲線的形狀，通常采用平曲線或二次拋物線兩種。在設(shè)計和計算上為方便一般采用二次拋物線形式?？v斷面上相鄰兩條縱坡線相交形成轉(zhuǎn)坡點，其相交角用轉(zhuǎn)坡角表示。當(dāng)豎曲線轉(zhuǎn)坡點在曲線上方時為凸形豎曲線，反之為凹形豎曲線。1.豎曲線設(shè)相鄰兩縱坡坡度分別

15、為i1和i2，則相鄰兩坡度的代數(shù)差即轉(zhuǎn)坡角為=i1-i2，其中i1、i2為本身之值，當(dāng)上坡時取正值，下坡時取負(fù)值。當(dāng)i1-i2為正值時，則為凸形豎曲線。當(dāng)i1-i2為負(fù)值時，則為凹形豎曲線。（1）豎曲線基本方程式我國采用的是二次拋物線形作為豎曲線的常用形式。其基本方程為：若取拋物線參數(shù)為豎曲線的半徑，則有：（2）豎曲線要素計算公式 切線上任意點與豎曲線間的豎距通過推導(dǎo)可得： 豎曲線曲線長：L=R 豎曲線切線長：T=TA=TBL/2= 豎曲線的外距：E= 豎曲線上任意點至相應(yīng)切線的距離：式中：x為豎曲任意點至豎曲線起點（終點）的距離，m；R為豎曲線的半徑，m。2.豎曲線的最小半徑2.1 豎曲線最

16、小半徑的確定（1）凸形豎曲線極限最小半徑確定考慮因素 緩和沖擊汽車行駛在豎曲線上時，產(chǎn)生徑向離心力，使汽車在凸形豎曲線上重量減小，所以確定豎曲線半徑時，對離心力要加以控制。 經(jīng)行時間不宜過短當(dāng)豎曲線兩端直線坡段的坡度差很小時，即使豎曲線半徑較大，豎曲線長度也有可能較短，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，汽車在凸形豎曲線上行駛的時間不能太短，通?？刂破囋谕剐呜Q曲線上行駛時間不得小于3秒鐘。 滿足視距的要求汽車行駛在凸形豎曲線上，如果豎曲線半徑太小，會阻擋司機(jī)的視線。為了行車安全，對凸形豎曲線的最小半徑和最小長度應(yīng)加以限制。（2）凹形豎曲線極

17、限最小半徑確定考慮因素 緩和沖擊在凹形豎曲線上行駛重量增大；半徑越小，離心力越大；當(dāng)重量變化程度達(dá)到一定時，就會影響到旅客的舒適性，同時也會影響到汽車的懸掛系統(tǒng)。 前燈照射距離要求對地形起伏較大地區(qū)的路段，在夜間行車時，若半徑過小，前燈照射距離過短，影響行車安全和速度；在高速公路及城市道路上有許多跨線橋、門式交通標(biāo)志及廣告宣傳牌等，如果它們正好處在凹形豎曲線上方，也會影響駕駛員的視線。 跨線橋下視距要求為保證汽車穿過跨線橋時有足夠的視距，汽車行駛在凹形豎曲線上時，應(yīng)對豎曲線最小半徑加以限制。 經(jīng)行時間不宜過短汽車在凹形豎曲線上行駛的時間不能太短，通常控制汽車在凹形豎曲線上行駛時間不得小于3秒鐘

18、。四、縱斷面設(shè)計方法1.縱斷面設(shè)計要點縱斷面設(shè)計首先涉及的內(nèi)容是縱斷面線形布置，它包括不同地形條件下的設(shè)計標(biāo)高控制，各坡段的縱坡設(shè)計和轉(zhuǎn)坡點位置確定等。1.1 各種地形條件下的標(biāo)高控制所謂設(shè)計標(biāo)高的控制，是指在縱坡設(shè)計時將路線安排走在哪一個高度上最為合適。（1）在平原區(qū)，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(shè)計標(biāo)高主要由保證路基穩(wěn)定的最小填土高度所控制。（2）在丘陵地區(qū)，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(shè)計標(biāo)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(qū)，地形變化頻繁，地面自然坡度大，布線有一定的困難。因此，設(shè)計標(biāo)高

19、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(hù)工程經(jīng)濟(jì)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(wěn)定，路基一般應(yīng)高出規(guī)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(shè)計標(biāo)高的控制，還應(yīng)考慮公路的起終點、交叉口、埡口、隧道、橋梁、排泄涵洞、地質(zhì)不良地段等方面的要求。有時這些地物和人工造物對設(shè)計標(biāo)高控制往往起著決定性的作用。1.2 各種地形條件下的縱坡設(shè)計對不同地形的縱坡設(shè)計，要在初步擬定設(shè)計標(biāo)高控制的基礎(chǔ)上以求縱坡設(shè)計合理。（1）平原、微丘地形的縱坡應(yīng)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）丘陵地形的縱坡應(yīng)避免

20、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(yīng)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(yīng)注意不宜采用陡坡。（4）越嶺線的縱坡應(yīng)力求均勻，盡量不采用極限或接近極限的坡度，更不宜連續(xù)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(yīng)設(shè)置反坡，以免浪費高程。（5）山脊線和山腰線，除結(jié)合地形不得已時采用較大的縱坡外，在般情況下應(yīng)采用平緩的縱坡。1.3 轉(zhuǎn)坡點位置的確定轉(zhuǎn)坡點是兩條相鄰設(shè)計縱坡線的交點，兩轉(zhuǎn)坡點之間的水平距離稱為坡長。轉(zhuǎn)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(zhì)量。因此，在確定轉(zhuǎn)坡點位置時，要盡

21、量使填挖工程量最小和線形最理想外，還應(yīng)使最大縱坡、最小縱坡、坡長限制、緩和坡段滿足有關(guān)規(guī)定的要求，同時還要處理好平、縱面線形的相互配合和協(xié)調(diào)。此外，為方便設(shè)計和計算，轉(zhuǎn)坡點的位置一般應(yīng)設(shè)在10m的整數(shù)樁號處。2.縱斷面設(shè)計方法與步驟2.2 縱坡設(shè)計（1）標(biāo)注控制點控制點是指影響縱坡設(shè)計的高程控制點?！翱刂泣c”可分為兩類：一類是屬于控制性的“控制點”，控制路線縱坡設(shè)計時必須通過它或限制從其上方或下方通過。這類控制點主要有：路線起終點、越嶺啞口、重要橋涵、最小填土高度、最大挖深、沿溪線的洪水位、隧道進(jìn)出口、平面交叉和立體交叉點、鐵路道口、城鎮(zhèn)規(guī)劃控制標(biāo)高以及受其它因素限制路線必須通過的標(biāo)高控制點等

22、。第二類是屬于參考性的“控制點”，叫經(jīng)濟(jì)點。對于山嶺重丘區(qū)的公路，除應(yīng)標(biāo)出控制性質(zhì)的“控制點”以外，還應(yīng)考慮各橫斷面上橫向填挖基本平衡的經(jīng)濟(jì)點，以降低工程造價。橫斷面上的經(jīng)濟(jì)點有以下三種情況： 當(dāng)?shù)孛鏅M坡不大時，可在中樁地面標(biāo)高上下找到填方和挖方基本平衡的標(biāo)高，縱坡通過此標(biāo)高時，在該橫斷面上挖方數(shù)量基本等于填方數(shù)量。 當(dāng)?shù)孛鏅M坡較陡時，填方往往不宜填穩(wěn)，有時坡腳伸得較遠(yuǎn)，采用多挖少填甚至全部挖出路基的方法比砌石護(hù)坡經(jīng)濟(jì)，這時多挖少填或全挖路基的標(biāo)高為經(jīng)濟(jì)點。 當(dāng)?shù)孛鏅M坡很陡，無法填方時，需砌筑擋土墻，此時寧愿全部挖出路基或深挖，該全部挖出或深挖路基的標(biāo)高為其經(jīng)濟(jì)點。當(dāng)?shù)孛鏅M坡很陡，必須作擋土墻時，當(dāng)采用某一設(shè)計標(biāo)高使該斷面按1m長度計施工的土石方與擋土墻費用總和最省，該標(biāo)高為其經(jīng)濟(jì)點。設(shè)計時“經(jīng)濟(jì)點”通常用“路基橫斷面透明模板”來確定。“路基橫斷面透明模板”可用透明描圖紙或透明膠片制成，其上按橫斷面圖的比例繪出路基寬度（挖方路段尚應(yīng)包括兩側(cè)邊溝的寬度）和各種不同坡度的邊坡線（上為挖方，下為填方）。使用時將“路基橫斷面透明模板”扣在繪好地面線的橫斷面圖上，使中線重合，根據(jù)地面橫坡的大小，上下移動“模板”，使