道路勘测设计 5第三章纵断面设计第5、6节课件.ppt 75页

第三章纵断面设计第一节概述第二节汽车的动力性能(dynamicforce)第三节纵坡设计第四节竖曲线（verticalcurve）第五节平纵线形组合设计第六节纵断面设计方法及纵断面图(verticalprofilemap) 第五节道路平、纵线形组合设计一、视觉分析二、道路平、纵线形组合设计 一、视觉分析第五节道路平、纵线形组合设计道路平、纵线形组合是指在满足汽车运动学和动力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适与周围环境相协调的要求，并有良好的排水条件。1．视觉分析的意义视觉分析：从视觉心理出发，对道路的空间线形及其与周围自然景观和沿线建筑的协调等进行研究分析，以保持视觉的连续性，空间环境的协调性，使行车具有足够的舒适感和安全感的综合设计称为视觉分析。 2．视觉与车速的动态规律(1)驾驶员的注意力集中和心理紧张的程度随着车速的增加而增加。(2)驾驶员的注意力集中点和视野距离随着车速增加而增大。当车速增加到97km／h时，他的注意力集中点在前方600m以外的某一点。当车速超过97km／h时，对前景细节的视觉开始模糊起来。(3)视角随车速的增加而逐渐变窄。当车速达到72km/h时，驾驶者可以看到公路两侧视角30～40°的范围，而当车速增加到97km/h时，视角减至20°以下。当车速再增加，驾驶者的注意力随之引向景象中心而置两侧于不顾。 视觉评价方法：利用视觉印象随时间变化的道路透视图道路透视图：是按照汽车在道路上的行驶位置，根据线形的几何状况确定的视轴方向以及由车速确定的视轴长度，利用坐标透视的原理绘制的。通过透视图，可直观地看出立体线形是否顺适，有否易产生判断错误或茫然的地方，路旁障碍是否有妨碍视线的地方等等。若存在上述缺陷则要在设计阶段进行修改，然后再绘出透视图分析研究，直至满意为止。3．视觉评价方法 第五节道路平、纵线形组合设计一、视觉分析二、道路平、纵线形组合设计 二、道路平、纵线形组合设计（一）平、纵组合的设计原则（二）平、纵组合的设计的基本要求（三）平、纵线形组合设计要点（四）平、纵线形设计中应注意避免的组合（五）道路线形与景观的协调配合 二、道路平、纵线形组合设计（一）平、纵组合的设计原则1．应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。2．注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡,使线形在视觉上、心理上保持协调。3．排水顺畅，以利于路面排水和行车安全。4．选择组合得当的合成坡度，并应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。适用条件：（1）当设计速度大于或等于60km/h时，必须注重平、纵的合理组合；（2）当设计速度小于或等于40km/h时，在条件允许情况下力求做到各种线于要素的合理组合，并尽量避免和减轻不利组合。 二、道路平、纵线形组合设计（一）平、纵组合的设计原则（二）平、纵组合的设计的基本要求（三）平、纵线形组合设计要点（四）平、纵线形设计中应注意避免的组合（五）道路线形与景观的协调配合 （二）平、纵组合的设计的基本要求1、平曲线与竖曲线组合宜相互对应，且稍长于竖曲线。2、合成坡度的设计应与线形组合设计相结合。有条件时，最大合成坡度不宜大于8%，最小合成坡度不小于0.5%。3、平、纵面线形组合设计应使线形与自然环境和景观相配合、协调。4、平曲线缓而长，且竖曲线坡差小于1%时，平曲线中可包含多个竖曲线。5、竖曲线半径宜大于平曲线半径的10～20倍以上。随着平曲线半径的增大，竖曲线半径的增大倍数也宜增加。 二、道路平、纵线形组合设计（一）平、纵组合的设计原则（二）平、纵组合的设计的基本要求（三）平、纵线形组合设计要点（四）平、纵线形设计中应注意避免的组合（五）道路线形与景观的协调配合 1.平面直线与纵断面的组合（三）平、纵线形组合设计要点： （1）平面直线与纵面直坡组合（直-直（坡度不变）组合） 直线中短距离内二次以上大的（即ω大于1%）变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”。凹形直线（2）平面直线与凹型竖曲线组合（凹型直线）（3）平面直线与凸型竖曲线组合（凸型直线）直线上一次变坡是很好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸型竖曲线为好，而包括一个凹型线次之 波浪形（坡度差大） 断背曲线的改善断背曲线平面直线与相邻两纵断面曲线组合不合理的表象相邻两曲线间距离过短（形成断背曲线） 建成后的滨海大桥雄姿 长直线内多次变坡、曲线间距离短 锯齿形路段 暗凹路段（坡差大、竖曲线半径小） 2.平面曲线与纵断面的组合 1）平面曲线与纵断面直线组合（具有恒等坡度的平曲线）这是非常好的组合形式，但要注意小平面曲线半径时，纵坡不宜过大，注意选择适当的合成坡。2）平面曲线与纵断面曲线组合（1）平面曲线与凹型竖曲线组合（凹下去的平曲线）（2）平面曲线与凸型竖曲线组合（凸起的平曲线） 1、当竖曲线与平曲线组合时，竖曲线应包含在平曲线之内，且平曲线应稍长于竖曲线。平、纵曲线线形组合的基本要求 注意：a、如果平曲线半径及竖曲线半径均很大时，可不受上述限制；b、如果平曲线半径及竖曲线半径均很小时不宜重合设置，而应分开设置。以下为临界值。V8060403020R平4002001005050R竖50002500200015001000不应重合设置的半径临界值 2、要保持平曲线与竖曲线大小的均衡半径：竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍时长度：平曲线应稍长于竖曲线 德国在考虑了视觉、工程费用后用计算机计算得的R平与R竖均衡的关系如下。R平60070080090010001100120015002000R竖1000012000160002000025000300004000060000100000 3、当平曲线缓而长、纵断面坡差较小时（ω<1%时），可不要求平、竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线。注意：不能一个大而缓而另一个多而小进行组合。如图3-19 蛇形路线 二、道路平、纵线形组合设计（一）平、纵组合的设计原则（二）平、纵组合的设计的基本要求（三）平、纵线形组合设计要点（四）平、纵线形设计中应注意避免的组合（五）道路线形与景观的协调配合 (四)平、纵线形设计中应注意避免的组合1、避免竖曲线的顶、底部插入小半径的平曲线2、避免使竖曲线顶、底部与反向平曲线的拐点重合凸形竖曲线与反向平曲线拐点重合 3、避免出现驼峰、暗凹、跳跃、断背、折曲等使驾驶员视线中断的线形跳跃跳跃 暗凹 4、小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。5、平面转角小于7°的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起。6、在完全通视的条件下，应极力避免长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形。7、长直线配长坡。8、直线上短距离内多次变坡。9、直线段内不能插入短的竖曲线。10、在长直线上设置坡陡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。 二、道路平、纵线形组合设计（一）平、纵组合的设计原则（二）平、纵组合的设计的基本要求（三）平、纵线形组合设计要点（四）平、纵线形设计中应注意避免的组合（五）道路线形与景观的协调配合 （五）道路线形与景观的协调配合线形与景观的配合应遵循以下原则：1．应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求，尤其在规划和选线阶段，比如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区等景点和其它特殊地区，一般以绕避为主。2．尽量少破坏沿线自然景观，避免深挖高填。3．应能提供视野的多样性，力求与周围的风景自然地融为一体。4．不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。5．条件允许时，以适当放缓边坡或将其变坡点修整圆滑，以使边坡接近于自然地面形状，增进路容美观。6．应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化视作引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计。 景观★路线 景观★路线 景观★路线 昆石高速公路边坡防护形式 景观★路线 国内优秀的高速公路景观，但绿化太精致了 欧洲高速公路景观简单随意，非常自然 景观★路线 景观★路线 川　九　公　路 第三章纵断面设计第一节概述第二节汽车的动力性能(dynamicforce)第三节纵坡设计第四节竖曲线（verticalcurve）第五节平纵线形组合设计第六节纵断面设计方法及纵断面图(verticalprofilemap) 第六节纵断面设计方法及纵断面图(verticalprofilemap)一、纵断面设计要点二、纵断面设计的一般原则三、纵断面设计方法、步骤及注意问题四、纵断面图的绘制 1、关于纵坡极限值的运用根据汽车动力特性和考虑经济等因素制定的极限值，设计时不可轻易采用应留有余地，宜少用最大纵坡值，纵坡以平、缓为宜，但为了路面和边沟排水最小坡度不宜小于0.3%；当采用平坡(0%)或小于0.3%的纵坡路段，应进行详细的排水设计；2、关于坡长的运用坡长不宜过短，以不小于计算行车速度9秒的行程为宜。对连续起伏的路段，坡度应尽量小，坡长和竖曲线应争取到一般值的一倍或二倍以上，避免锯齿形的纵断面，设计中宜少用不同陡坡度的最大坡长值。一、公路纵断面线形设计要点 3、各种地形条件下的纵坡设计（1）平原、微丘区：纵坡应均匀平缓，注意保证最小填土高度和最小纵坡的要求。（2）山岭、重丘区：按纵向填挖平衡设计；（3）旧路改建宜考虑利用原有路面；（4）路线交叉处前后的纵坡宜平缓；（5）设计标高应综合考虑地形、地质、水文、气候等沿线自然条件等因素确定；（6）积雪或冰冻地区应避免采用陡坡。（7）以路线的性质要求，适当照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的要求。（8）城市道路的纵坡和设计标高的确定，还应保证排水、地下管线的最小覆土厚度的要求。 一般情况下：竖曲线应选用较大半径为宜。坡差小时：应尽量采用大的竖曲线半径。条件受限制时：可采用一般最小值特殊困难情况下：方可用极限最小值。同向竖曲线间，特别是同向凹形竖曲线之间，如直线坡段接近或达到最小坡长时，宜合并设置为单曲线或复曲线。反向竖曲线，增重与减重应和缓过渡有条件时：宜采用表3-14ˊ规定的满足视觉要求的最小半径。4、关于竖曲线半径的选用表3-14ˊ视觉要求的最小竖曲线半径值设计速度（km/h）竖曲线半径（m）凸型凹型120200001200010016000100008012000800060900060004030002000 5、关于相邻竖曲线的衔接同向曲线(adjacentcurveinonedirection)：相邻两个同向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复曲线，避免出现断背曲线。返回上一页下一页退出 反向曲线(reversecurve)：相邻反向竖曲线，增重与减重应和缓过渡，若离心加速度的变化值大于0.5m/s2时，两曲线中间最好插入一段直坡段，这段直坡段至少应为设计速度的3s行程。当半径比较大时，亦可直接连接。返回上一页下一页退出 第六节纵断面设计方法及纵断面图(verticalprofilemap)一、纵断面设计要点二、纵断面设计方法、步骤及注意问题三、纵断面图的绘制 JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=二、纵断面设计方法、步骤及注意问题（一）纵断面设计方法与步骤1、准备工作：（1）应收集有关设计资料：①里程桩号和地面高程；②平面设计成果；③沿线地质资料等。（2）点绘地面线，填写有关内容。 2、标注控制点位置所谓控制点，是指影响路线纵坡设计的高程控制点。如：①路线起、终点；②越岭哑口；③重要桥涵；④最小填土高度；⑤最大挖深；⑥沿溪线的洪水位；⑦隧道进出口；⑧平面交叉和立体交叉点；⑨铁路道口；⑩城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。山区道路的“经济点”或“挖方点”等。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=. JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=.3、试坡：根据地形起伏情况及控制点、“经济点”等，初拟纵坡线。试坡应以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”。要点为：“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点”。 JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=4、调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。调整方法：有抬高、降低、延长、缩短纵坡线和加大、减小纵坡度等。 5、核对：根据调整后的坡度线，选择有控制意义的横断面，如高填深挖、挡土墙等，在纵断面图上读出填挖高度，进行“戴帽子”，检查是否有填挖过大、坡脚落空等问题。JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls= 6、定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。精度要求（1）变坡点桩号：一般要调整到10m的整桩号（2）坡度值：精确到小数点两位，即0.00%（3）变坡点高程：精确到小数点三位，即0.000（4）中桩高程：精确到小数点两位，即0.00JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls= 7、设计竖曲线：确定竖曲线半径、计算竖曲线要素8、高程推算JD5R=Ls=JD6R=Ls=JD5R=Ls=R=T=E=R=T=E=R=T=E= 纵断面设计方法与步骤盘点1．准备工作：（1）应收集有关设计资料：①里程桩号和地面高程；②平面设计成果；③沿线地质资料等。（2）点绘地面线，填写有关内容。2．标注控制点位置所谓控制点，是指影响路线纵坡设计的高程控制点。如：①路线起、终点；②越岭哑口；③重要桥涵；④最小填土高度；⑤最大挖深；⑥沿溪线的洪水位；⑦隧道进出口；⑧平面交叉和立体交叉点；⑨铁路道口；⑩城镇规划控制标高以及受其它因素限制路线必须通过的标高控制点等。山区道路的“经济点”或“挖方点”等。3．试坡：根据地形起伏情况及控制点、“经济点”等，初拟纵坡线。试坡应以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”。要点为：“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点”。4．调整：按平纵配合要求及《标准》执行情况等进行检查调整。调整方法：有抬高、降低、延长、缩短纵坡线和加大、减小纵坡度等。5．核对：根据调整后的坡度线，选择有控制意义的横断面，如高填深挖、挡土墙等，在纵断面图上读出填挖高度，进行“戴帽子”，检查是否有填挖过大、坡脚落空等问题。6．定坡：确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。精度要求：（1）变坡点桩号：一般要调整到10m的整桩号；（2）坡度值：精确到小数点两位即0.00%；（3）变坡点高程：精确到小数点三位，即0.000（4）中桩高程：精确到小数点两位，即0.007、设计竖曲线：确定竖曲线半径、计算竖曲线要素8、高程推算 1．设置回头曲线地段，拉坡时应按回头曲线技术标准先定出该地段的纵坡，然后从两端接坡，应注意在回头曲线地段下宜设竖曲线。2．大、中桥上不宜设置竖曲线（特别是凹竖曲线），桥头两端竖曲线的起、终点应设在桥头10m以外。但特殊大桥为保证纵向排水，可在桥上设置凸竖曲线。（二）纵坡设计应注意的问题 4．注意平面交叉口纵坡及两端接线要求。道路与道路交叉时，一般宜设在水平坡段，其长度应不小于最短坡长规定。两端接线纵坡应不大于3%，山区工程艰巨地段不大于5%。3．小桥涵允许设在斜坡地段或竖曲线上，为保证行车平顺，应尽量避免在小桥涵处出现“陀峰式”纵坡。 (三)锯齿形街沟设计1、设置条件中线纵坡＜0.3%时。2、设置方法保持侧石顶与路中心线纵坡不变（平行），交替改变侧石高度。形成雨水口和排水点。纵坡增加到0.3%。目的就是布置分水点和雨水口。3、计算方法①分段分别确定a、雨水口之间的距离；b纵坡变坡点位置②用i1＝i2＝i＞0.3%估算l③合理选用i1和i2尽可能使l1，l－l1相同。④定出i1、i2后计算l1，l－l1。 第六节纵断面设计方法及纵断面图(verticalprofilemap)一、纵断面设计要点二、纵断面设计方法、步骤及注意问题三、纵断面图的绘制 三、纵断面图的绘制纵断面图可看成由两部分组成：上部和下部上部：主要用来绘制地面线和纵坡设计线。并标注竖曲线及其要素；坡度及坡长（有时标在下部）；沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数和孔径；与道路、铁路交叉的桩号及路名；沿线跨越的河流名称、桩号、常水位和最高洪水位；水准点位置、编号和标高；断链桩位置、桩号及长短链关系等。下部：主要用来填写有关内容，自下而上分别填写（1）超高；（2）直线及平曲线；（3）里程桩号；（4）地面高程；（5）设计高程；（6）填、挖高度；（7）坡度/坡长；（8）土壤地质说明。 作业4-4：某城市Ⅰ级主干道，其纵坡分别为i1=-2.5%、i2=1.5%，变坡点桩号为k1+520..00，标高为429.00m，见图4-20。由于受地下管线和地形限制，曲线中点处的标高要求不低于429.30m且不高于429.40m，是确定竖曲线半径，并计算k1+500.00、k1+520.00、k1+535.00点的设计标高。