纵断面设计

2014-07-24

    第一节 概述
路线纵断面图:沿着公路中线竖直剖切然后展开即为公路的纵断面。
纵断面图是公路纵断面设计的主要成果,也是公路设计的重要技术文件之一。把公路的纵断面图与平面图结合起来,就能准确地定出公路的空间位置。
纵断面设计:在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。
纵断面设计的主要任务:根据汽车的动力特性、公路等级、地形、地物、水文地质,综合考虑路基稳定、排水以及工程经济性等,研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径以及与平面线形的组合关系,以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
路线纵断面图的构成:
纵断面图上由两条主要的线和文字资料两部分构成;
(1)地面线:它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线,反映了沿着中线地面的起伏变化情况;
(2)设计线:路线上各点路基设计高程的连续线,是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线,反映了公路路线的起伏变化情况;
纵断面设计线是由直线和竖曲线两种线形要素所组成。
直线(即均坡度线)有上坡和下坡,是用水平长度及纵坡度表示的。纵坡度 表征匀坡路段坡度的大小,用高差 与水平长度之比量度,即
路线纵断面图上的标高:
(1)设计标高,即路基设计标高,《规范》规定如下:
1、新建公路的路基设计标高:高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高;二、三、四级公路采用路基边缘标高,在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。
2、改建公路的路基设计标高:一般按新建公路的规定办理,也可视具体情况而采用行车道中线处的标高。
第二节 纵坡及坡长设计
一、最大纵坡、最小纵坡和坡长限制
(一)最大纵坡
最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许使用的最大坡度值。纵坡大小的取值必须要通过全面分析,综合考虑后合理确定。
1.确定最大纵坡应考虑的因素
(1)汽车的动力性能:考虑公路上行驶的车辆,按汽车行驶的必要条件和充分条件来确定。
(2)公路等级:不同的公路等级要求的行车速度不同;公路等级越高、行车速度越大,要求的纵坡越平缓。
(3)自然因素:公路所经过的地形、海拔高度、气温、雨量、湿度和其它自然因素,均影响汽车的行驶条件和上坡能力。
2.最大纵坡的确定
最大纵坡是公路纵断面设计的重要控制指标,特别是在山岭区,纵坡的大小直接影响到路线的长短、使用质量、运输成本和工程造价。
最大纵坡是各级公路纵坡限制值,只有在山岭区路线特别困难时采用。
我国《公路工程技术标准》规定的各级公路最大纵坡值如下:                                                           
设计行车速度(Km/h) 120 100 80 60 40 30 20
最大纵坡(%) 9
3.纵坡折减
(1)高原纵坡
在海拔3000米以上的高原地区,因为空气稀薄而使汽车输出功率降低,相应降低了汽车的爬坡的性能;此外,在高原地区行车,大气压强低水箱易开锅;所以,各级公路的最大纵坡应按下表的规定折减;最大纵坡折减后,如小于4%时,仍采用4%。   
 
海拔高度(m) 3000~4000 >4000~5000 5000以上
折减值(%) 3
 
(2)桥梁隧道纵坡
大、中桥上的纵坡不宜大于4%,桥头引道纵坡不宜大于5%;位于市镇附近非汽车交通量较大的地段,桥上及桥头引道纵坡均不得大于3%;小桥涵纵坡随路线。
隧道内的纵坡不应大于3%,并不得小于0.3%;独立的明洞和长度小于50米的隧道可不受上述限制。
(3)非汽车交通量较大的路段纵坡
非汽车交通量较大的路段纵坡,应根据具体情况将纵坡放缓;平原微丘区一般不大于2%—3%,山岭重丘区一般不大于4%—5%。
(二)最小纵坡
为使公路上行车快速、安全和畅通,希望公路纵坡设计的小一些,但是,在长路堑低填方以及其它横向排水不畅通的地段,防止积水渗入路基而影响其稳定,规定各级公路的长路堑路段、以及其他横向排水不畅的路段,均应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计水平坡(0%)或小于0.3%的纵坡时,边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑,其边沟应作纵向排水设计。
(三)坡长限制
坡长限制包括最小坡长和最大坡长两个方面的内容。
1.最大坡长的限制
最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶,当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离。
纵坡越陡,坡长越长,对行车的影响越大。
《标准》对各级公路不同陡坡的最大坡长均进行了限制,如下表。
各级公路纵坡长度限制值表
 
2.陡坡组合坡长
当连续陡坡是由几个不同受限坡度值的坡段组合而成时,应按不同坡度的坡长限制折算确定;其连续陡坡最短坡长应大于规范规定最小坡长。
例:某三级公路,第一坡段纵坡度为7%,长度为200m,第二坡段纵坡度为6%,长度为200m,若第三坡段采用4%的坡度,其坡长最多可设多长?
解;第一坡段占坡长限制的2/5(200/500);第二坡段占坡长限制的2/7(200/700);则第三坡段可设置:(1-2/5-2/7)×1100= (31.43/ 100)×1100=345.71m。
3.最小坡长限制
最小坡长的限制主要是从汽车行驶的平顺性的要求考虑。
最小坡长通常以设计行车速度行驶9~15s的行程作为规定值。
《标准》规定,各级公路最短坡长如表所示。
 设计行车速度(km/h) 120 100 80 60 40 30 20
最小坡长(m) 300 250 200 150 120 100 60
 
二、缓和坡段
当陡坡长度达到限制坡长时,应安排一段缓坡,用以恢复在陡坡上降低的速度。
缓和坡段的作用主要是为了改善汽车在连续陡坡上行驶的紧张状况,避免汽车长时间低速行驶或汽车下坡产生不安全因素。
不同等级的公路其缓和坡度不同,对于越岭公路《标准》规定缓和坡段的纵坡应不大于3%,其长度应不得小于最小坡长要求。
三、平均纵坡
平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与该路段长度的比。平均纵坡是衡量路线线形设计质量的重要指标之一。
平均纵坡与坡道长度有关,还与相对高差有关。《标准》规定二、三、四级公路越岭路线连续上坡(或下坡)路段,相对高差为200m~500m时,平均纵坡不应大于5.5%;相对高差大于500m时,平均纵坡不应大于5%。并注意任意连续3km路段的平均纵坡不宜大于5.5% 。
四、合成坡度
合成坡度是指由路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡组合而成的坡度,其方向即流水线方向。
合成坡度可按矢量关系或勾股定理关系导出:
i合 =
式中: i合—合成坡度%;i —公路平曲线处的纵坡%;ib —公路平曲线处的超高横坡度% 。
我国《标准》规定了各级公路的最大容许合成坡度见教材。
当陡坡与小半径平曲线相重叠时,在条件许可的情况下,以采用较小的合成坡度为宜。特别是在下述情况的合成坡度必须小于 8% :
1.冬季路面有积雪、结冰地区;
2.自然横坡较陡峻的傍山路段;
3.非汽车交通量比率高的路段。
各级公路的最小合成坡度不宜小于 0.5% 。在超高过渡的变化处,合成坡度不应设计成 0% 。当合成坡度小于 0.5%时,则应采取综合排水措施,以保证路面排水畅通。
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