第三章第三章纵断面设计纵断面设计第一节第一节概概述述定定义义：沿沿着着道道路路中中线线竖竖向向剖剖面面的的展展开开图图即即为为路路线线纵纵断断面。面。纵纵断断面面设设计计：在在路路线线纵纵断断面面图图上上研研究究路路线线线线位位高高度度及及坡度变化情况的过程。坡度变化情况的过程。任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。任务：研究纵断面线形的几何构成及其大小与长度。根根据据：汽汽车车的的动动力力特特性性、道道路路等等级级、当当地地的的自自然然地地理理条件以及工程经济性等。条件以及工程经济性等。路线纵断面图构成：路线纵断面图构成：路线纵断面图构成：路线纵断面图构成：n地面高程：中线上地面点高程。地面高程：中线上地面点高程。n设计高程：一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。设计高程：一般公路，路基未设加宽超高前的路肩边缘的高程。n路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。路基高度：横断面上设计高程与地面高程之高差。n路堤：设计高程大于地面高程。路堤：设计高程大于地面高程。n路堑：设计高程小于地面高程。路堑：设计高程小于地面高程。n纵断面设计内容：坡度及坡长纵断面设计内容：坡度及坡长n竖曲线竖曲线n地地面面线线：它它是是根根据据中中线线上上各各桩桩点点的的高高程程而而点点绘绘的的一一条条不不规规则则的的折线；折线；n设计线：路线上各点路基边缘或中线设计高程的连续。设计线：路线上各点路基边缘或中线设计高程的连续。第二节第二节纵坡及坡长设计纵坡及坡长设计一、纵坡设计的一般要求一、纵坡设计的一般要求1纵坡设计必须满足纵坡设计必须满足的各项规定。的各项规定。2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。3纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅证道路的稳定与通畅4 4一一般般情情况况下下山山岭岭重重丘丘区区纵纵坡坡设设计计应应考考虑虑填填挖挖平平衡衡，尽尽量量使使挖挖方方运运作作就就近近路路段段填填方方，以以减减少少借借方方和和废废方方，降降低低造造价和节省用地。价和节省用地。即纵向填挖平衡设计。即纵向填挖平衡设计。n 5 5平平原原微微丘丘区区地地下下水水埋埋深深较较浅浅，或或池池塘塘、湖湖泊泊分分布布较较广广，纵纵坡坡除除应应满满足足最最小小纵纵坡坡要要求求外外，还还应应满满足足最最小填土高度要求，保证路基稳定。小填土高度要求，保证路基稳定。n 6 6对对连连接接段段纵纵坡坡，如如大大、中中桥桥引引道道及及隧隧道道两两端端接接线线等等，纵纵坡坡应应和和缓缓、避避免免产产生生突突变变。交交叉叉处处前前后后的的纵纵坡应平缓一些。坡应平缓一些。n 7 7在在实实地地调调查查基基础础上上，充充分分考考虑虑通通道道、农农田田水水利利等方面的要求。等方面的要求。二、最大纵坡二、最大纵坡最最大大纵纵坡坡：是是指指在在纵纵坡坡设设计计时时各各级级道道路路允允许许使使用用的的最最大大坡坡度度值。值。影响因素：影响因素：汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡能力。道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。道路等级：等级高，行驶速度大，要求坡度阻力尽量小。自然条件：海拔高程、气候积雪寒冷等）。自然条件：海拔高程、气候积雪寒冷等）。1、汽车的驱动力汽车的动力来源：汽车传动系统发动机输出的功率发动机输出的功率N与产生的扭矩与产生的扭矩M的关系：的关系：1)发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩M及发动机转速特性及发动机转速特性TrMN-n曲线、曲线、M-n曲线曲线n发动机转速特性曲线：发动机转速特性曲线：东风东风EQ-140发发动机外特性曲线动机外特性曲线式中：式中：Nmax发动机的最大功率发动机的最大功率(kW)；nN发动机的最大功率所对应的转速发动机的最大功率所对应的转速rmin）n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式：式中：式中：Mmax最大扭矩最大扭矩Nm）；）； MN最大功率所对应的扭矩，最大功率所对应的扭矩， nN最大功率所对应的转速最大功率所对应的转速r/min）；）； nM最大扭矩所对应的转速最大扭矩所对应的转速(rmin)；发发动动机机曲曲轴轴上上的的扭扭矩矩M经经过过变变速速箱箱速速比比ik和和主主传传动动器器速速比比i0两两次变速次变速,总变速比为：总变速比为：=i0ik；传动系统的机械效率为传动系统的机械效率为TD时时：减减速速行行驶驶式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数，平衡速度：任意的平衡速度：任意的D相应等速行驶的速度，用相应等速行驶的速度，用VP表示。表示。临界速度：每一排档最大动力因数临界速度：每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用对应的速度，用Vk表示。表示。汽车的行驶状态汽车的行驶状态汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度汽汽车车的的最最高高速速度度：是是指指节节流流阀阀全全开开、满满载载不不带带挂挂车车）、在在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax：n汽汽车车的的最最小小稳稳定定速速度度：是是指指满满载载不不带带挂挂车车在在路路面面平平整整坚坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度即临界速度实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度即临界速度Vk）。）。最大爬坡度：最大爬坡度： cos cos1 1，sintgsintgi i， DImax=fcos+sin DImax=fcos+sin解此三角函数方程式，得最大坡角：解此三角函数方程式，得最大坡角：5、汽车的爬坡能力、汽车的爬坡能力n汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力，a=0，那么，那么i=D-f1.设计速速度度为120kmh、l00kmh、80kmh的的高高速速公公路路受受地地形形条条件件或或其他特殊情况限制其他特殊情况限制时，经技技术经济论证，最大，最大纵坡坡值可增加可增加1。2.公公路路改改建建中中，设计速速度度为40kmh、30kmh、20kmh的的利利用用原原有有公路的路段，公路的路段，经技技术经济论证，最大，最大纵坡坡值可增加可增加1。3.城市道路最大城市道路最大纵坡坡为相相应车速公路的减小速公路的减小1。4.大中大中桥不宜大于不宜大于4，长隧道不宜大于隧道不宜大于3。6 6、各级公路最大纵坡的规定、各级公路最大纵坡的规定设计速度设计速度（km/h）1201008060403020最大纵坡（%） 3 4 5 6 7 8 91 1高原为什么纵坡要折减？高原为什么纵坡要折减？在高海拔地区，因空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动力以在高海拔地区，因空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动力以及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。于沸腾而破坏冷却系统。2 2规范规范 规定：位于海拔规定：位于海拔3000m3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按表应按表4-34-3的规定予以折减。折减后若小于的规定予以折减。折减后若小于4%4%，则仍采用，则仍采用4%4%。高原纵坡折减高原纵坡折减n最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。n最小纵坡值：最小纵坡值：0.3%0.3%，一般情况下，一般情况下0.5%0.5%为宜。为宜。n适用条件：横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、适用条件：横向排水不畅路段：长路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、 路肩设截水墙等。路肩设截水墙等。n 当必须设计平坡当必须设计平坡0%0%）或小于）或小于0.3%0.3%的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。n 7 7、最小纵坡、最小纵坡8、缓和坡段n规范规范规定，连续上坡规定，连续上坡(或下坡或下坡)时，应在不大于规范所规定时，应在不大于规范所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。，其长度应符合纵坡长度的规定。n缓和坡段：纵坡值：不应大于缓和坡段：纵坡值：不应大于3%n长长度：不小于最小坡长要求度：不小于最小坡长要求n线线形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线9 9、平均纵坡、平均纵坡n平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差H与路线长度与路线长度L之比连之比连续升坡或降坡路段）。续升坡或降坡路段）。规规范范规规定定：越越岭岭路路线线连连续续上上坡坡(或或下下坡坡)路路段段，相相对对高高差差为为200500m时时，平平均均纵纵坡坡不不应应大大于于5.5；相相对对高高差差大大于于500m时时，平平均均纵纵坡坡不不应应大大于于5。任意连续任意连续3km路段平均纵坡不应大于路段平均纵坡不应大于5.5。城城市市道道路路的的平平均均纵纵坡坡按按上上述述规规定定减减少少1.0%。对对于于海海拔拔3000m以以上上的的高高原原地区，平均纵坡应较规定值减少地区，平均纵坡应较规定值减少0.5%1.0%。1.1.定定义：合成坡度是指由路：合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成合而成的坡度，其方向即流水的坡度，其方向即流水线方向。方向。合成坡度的合成坡度的计算公式算公式为：1010、合成坡度、合成坡度n式中：式中：I I合成坡度（合成坡度（% %）；）；n ih ih超高横坡度或路拱横坡度（超高横坡度或路拱横坡度（% %）；）；n iz iz路线设计纵坡坡度（路线设计纵坡坡度（% %）。）。n 2.最大允许合成坡度值：最大允许合成坡度值： 最小合成坡度：最小合成坡度：最小合成坡度不宜小于最小合成坡度不宜小于0.5%0.5%。当当合合成成坡坡度度小小于于0.50.5时，应采采取取综合合排排水水措措施施，以以保保证路路面排水面排水畅通。通。 特特别是下述情况，其合成坡度必是下述情况，其合成坡度必须小于小于8%8%。 在冬季路面有在冬季路面有积雪雪结冰的地区；冰的地区； 自然横坡自然横坡较陡峻的傍山路段；陡峻的傍山路段； 非汽非汽车交通比率高的路段。交通比率高的路段。例例如如：某某二二级公公路路，有有一一平平曲曲线半半径径为250m250m，超超高高横横坡坡为8%8%，该路路段段纵坡度坡度为4.8%4.8%，则合成坡度合成坡度为合成坡度指标的控制作用合成坡度指标的控制作用：控制陡坡与急弯的重合；控制陡坡与急弯的重合；平坡与设超高平曲线的配合问题。平坡与设超高平曲线的配合问题。n内容：最小坡长限制：任何路段内容：最小坡长限制：任何路段n最大坡长：陡坡路段最大坡长：陡坡路段二、坡长限制1）计算加、减速行程）计算加、减速行程由由ds=vdt，a=dv/dt，得，得1、汽车的加、减速行程、汽车的加、减速行程n设初速设初速V1V1，终速，终速V2V2，那么，那么东风东风EQ-140加、减速行程图加、减速行程图2）.加、减速行程图加、减速行程图0加、减速行程图用法加、减速行程图用法n规范规范规定各级公路最大坡长限制。规定各级公路最大坡长限制。2最大坡长限制最大坡长限制n城市道路最大坡长按下表选用。城市道路最大坡长按下表选用。2最大坡长限制最大坡长限制3最短坡长限制最短坡长限制规范规范规定，各级公路最短坡长不应小于规定，各级公路最短坡长不应小于2.5Vm。最小坡长按下表选用。最小坡长按下表选用。三、三、 爬坡车道：陡坡路段正线行车道外侧增设的供爬坡车道：陡坡路段正线行车道外侧增设的供载重车载重车 行使的专用车道。行使的专用车道。路缘带正线起点终点L=45mLL=60m1、设置条件2、设计要点：宽度、坡度、长度四、四、 避险车道：指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速避险车道：指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道。度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道。1、组成：引道、制动车道、服务车道、辅助设施、组成：引道、制动车道、服务车道、辅助设施2、类型：上坡道型、平坡道型、下坡道型、砂堆型、类型：上坡道型、平坡道型、下坡道型、砂堆型3、设计要点：、设计要点：