3道路规划与几何设计三

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1、 道路规划与几何设计同济大学交通运输学院本章主要内容（4次课）： 一、纵断面设计的一般要求（1） 二、纵坡及坡长设计（1） 三、爬坡车道（1） 四、合成坡度（1） 五、竖曲线（2） 六、纵断面设计方法及表达（3） 七、视觉分析及平纵组合（4）第四章纵断面设计设计任务：1.纵断面设计，2.拉坡设计， 设计成果：1.纵断面设计图 ，2.竖曲线表沿着道路中心线竖直剖切开然后展开即为道路路线 纵断面，主要反映路线的起伏、纵坡以及与原地面 的填挖情况，纵断面设计就是要根据汽车的动力特 性、道路等级和自然地形，研究道路起伏的坡度和 长度，以便达到安全迅速、经济合理以及舒适的目 的。一、纵断面设计的一般要求

2、1、满足设计标准 2、尽量避免使用极限值 3、纵断面和地形协调 4、填挖平衡 5、满足最小填土高度和排水要求 6、桥头和交叉口处应该平缓 7、考虑通道和农田的要求二、纵坡及坡长设计1、最大纵坡最大爬坡能力（满载）D可以查动力特性图（是V的函数）或者按照 公式计算(P24，2-18）2、海拔对纵坡的影响海拔大于3000米按照表格折减，不小于4%3% 4%的最大纵坡适合于高速公路和一级公路以较高行车速度行 驶当高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时经技术经济论证 最大纵坡可增加1% 。8% 9%的最大纵坡适合于设计速度为 30km/h 的三级公路以及设计速度为20km/h 的四级公路上低速行 驶。

3、5%6% 7%的最大纵坡适合于80km/h 60km/h 40km/h 的设计 速度。最大纵坡的总结：A，城市道路为公路按设计车速的最大纵坡-1。 B，大、中桥4% C，非机动车 2.5%，2.5%时有坡长限制（表4-12）。 D，隧道3% E, 海拔：公路：2000m以上，i8%。3000m以上，比正常值减13%。 F，高寒冰冻：公路：i8%， 城市道路：i6%3、理想最大纵坡和不限坡长的最大纵坡V2称容许速度，i2称为不限坡长纵坡。V1低速路为设计车速，高速路为载重车的最高速度，这是理想状 态，i1称为理想最大纵坡。 实际上情况并非如此，V1降低，i1可以增加例4-14、最小纵坡为使道路上

4、行车快速、安全和通畅，希望道路纵坡设计的小一些为 好。但是在挖方、低填方路段以及其它横向排水不畅路段，为保证 排水需要，均应设置不小于0.3%的最小纵坡，一般使用0.5%。当必 须设置平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，其边沟应做纵向排水设计 。 5、坡长限制大于i1为陡坡，汽车减速行驶，初速为V1，终速不低于V2，大于i2 的纵坡要限制其长度。 （1）最小坡长的限制 .行车平顺，避免台阶式起伏。.方便司机换档。.设置竖曲 线要求，美观.(2)最大坡长限制当汽车在坡道上行驶，车速下降到最低容许速度时所行驶的距 离称为最大坡长限制。.上坡时，汽车的动力性能。.下坡的行 车安全。大于5%有坡长限制

5、，大于限制坡长应设3%的缓坡。其长 度应大于最小坡长。例4-26、缓和坡段大于限制坡长应设3%的缓和坡段，其长度应大于最小坡长。7、平均纵坡某段路线高差与水平距离之比。i平=H/L（%） (1）作用： .衡量纵断面线型质量。 .可供放坡定线参考。 (2）规定 .越岭线高差200500m时，i平5.5%为宜。 .越岭线高差500m时，i平5.0%为宜。 .任何连续3km内，i平5.5%。 .要考虑公路等级影响。三、爬坡车道1.定义 陡坡路段为载重车上坡行驶所设置的专用附加车道。2.设置条件 公路：.高速、一级公路纵坡长度受限制路段（i4% ）.V下降到（表4-15）。 城道：.快速路及V60km

6、/h的主干道，i5%的路段。 .大车V下降，8050、 6040 .由于上坡路段混入大型车辆的干扰降低适行能力时。.经综合分析认为设置爬坡车道比降低纵坡经济合理时。 爬坡车道宽3.5m。3.爬坡车道横断面设计P81图4-94.爬坡车道横坡设计P81表4-165.爬坡车道平面设计P82图4-10，表4-17四、合成坡度 路线在平曲线上的最大坡度纵坡与超高横坡组合后形 成的最大坡度，其方向即流水方向。汽车行驶在道路弯道上，除受坡度阻力外，还受曲线阻 力。如果纵坡大而曲线半径小时，由于离心力作用会给汽车行 驶造成危险。为防止汽车沿合成坡度方向滑移，应将超高横坡 与纵坡的合成坡度控制在一定的范围之内。

7、目的就在于尽可能 的避免急弯和陡坡的不利组合，防止因合成坡度过大而引起的 横向滑移和行车危险，保证车辆在弯道安全而顺适的行驶。 在陡坡与小半经平曲线相重叠时，在条件许可的情况下，以采 用较小的合成坡度为宜。在冬季路面有积雪、结冰的地区，自 然横坡较陡峻的傍山路段以及非汽车交通比率高的路段，合成 坡度必须小于8%，表4-18和表4-19。在路线的平面和纵坡设计基本完成以后，检查合成坡度。如果 超过最大容许合成坡度时，可减少纵坡或者加大平曲线半径以 减小横坡，或者两方面同时减小。无论纵坡还是横坡采用最大值，允许另一方采用不大于2%的缓 坡，同时最小合成坡度不宜小于0.5%。在超高过渡的变化处， 合

8、成坡度不应设计为0%，当合成坡度小于0.5%时，则应采取综 合排水措施，保证路面排水通畅。用合成坡度临界图或者公 式验算最大允许合成坡度 。作业4-3五、竖曲线纵断面上两纵坡线交点称为变坡点。在变坡点处，为保证行车 安全、顺适以及视距而设置的纵向曲线即是竖曲线。竖曲线可 以采用二次抛物线或圆曲线，几乎没有差别，但在设计和计算 上二次抛物线比圆曲线方便，但仍以竖曲线半径来表示。1.竖曲线的要素计算（1）二次抛物线的基本公式几个参数： 前坡，后坡 ，坡差（2）竖曲线要素计算设计高程计算：对于凸曲线，设计标高=未设竖曲线时的标高-y 对于凹曲线，设计标高=未设竖曲线时的标高+yXX本书的方法h以前的

9、方法XX2.竖曲线的限制因素竖曲线的设计受众多因素的限制，其中有三个限制因素决定 着竖曲线的最小半径或最小长度。 （1）缓和冲击 汽车行驶在竖曲线上时，产生径向离心力。这个力在凹形竖曲 线上是增重，在凸形竖曲线上是减重。这种增重与减重达到某 种程度时，旅客就会有不舒适的感觉，同时对汽车的悬挂系统 也有不利影响，所以确定竖曲线半径时，对离心加速度要加以 控制。（2）时间行程不过短 汽车从直坡道行驶到竖曲线上，尽管竖曲线半径较大，如其长度过 短，汽车倏忽而过旅客会感到不舒适。因此，应限制汽车在竖曲线 上的行程时间不过短，最短应满足3s行程。（3）满足视距的要求 汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小

10、，会阻挡司机的视线。为 了行车安全，对凸形竖曲线的最小半径或最小长度应加以限制。当 汽车行驶在凹形竖曲线上时，也同样存在视距问题。对地形起伏较 大地区的道路，在夜间行车时，若竖曲线半径过小，前灯照射距离 近，影响行车速度和安全。在高速公路及城市道路上有许多跨线桥 、门式交通标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上 方，也会影响驾驶员的视线。3.凸曲线最小半径凸曲线最小长度应以满足视距为主。（1）LSt（竖曲线长度视距）按视距按冲击作为控制4.凹曲线最小半径（前灯）凹曲线最小长度应以满足两种视距要求，前灯和跨线桥的要求。（1）LSt（竖曲线长度视距）作为控制5.凹曲线最小半径（跨线桥）（

11、1）LSt（竖曲线长度视距）作为控制竖曲线最小半径分为一般值和极限值，极限值是汽车在纵坡变更处 行驶时为了缓和冲击和保证视距所需的最小半径的计算值。该值在 受地形等特殊情况约束时方可采用竖曲线半径一般值是竖曲线最小 半径极限值的1.5 -2.0 倍。P77，表4-13，P79，表4-146.最小竖曲线长度最短应满足3s行程例4-3作业4-2六、纵断面设计方法及表达1.纵断面设计的一般要求纵断面的设计要求为：保证行车的平顺、安全及汽车运输的经济， 使道路建筑费最低，路基和构造物具有足够的稳定性。 纵断面设计的具体要求包括： （1）应满足纵坡及竖曲线的各项规定（最大纵坡、坡长限制、坡 段最小长度、

12、竖曲线最小半径及竖曲线最小长度等）。 （2）纵坡应均匀平顺。纵坡尽量平缓、起伏不宜过大和频繁；变 坡点处尽量设置大半径竖曲线，尽量避免极限纵坡值；缓和段配合 地形布设腴口处纵坡尽量放缓；越岭线应尽量避免设置反坡段（升 坡段中的下坡损失）。 （3）设计标高的确定应结合沿线自然条件如地形、土壤，水文、 气候等因素综合考虑。 （4）纵断面的设计应与平面线形和周围的景观相协调，即应考虑 人体视觉心理上的要求，按照平竖曲线相协调及半径的均衡，来确 定纵断面的设计线。（5）应争取填挖平衡，尽量移挖作填，以节省土石方量， 降低工程造价。（6）依路线的性质要求，适当照顾当地民间运输工具、农 业机械、农田水利等

13、方面的要求。（7）城市道路的纵坡设计及设计标高的确定，还应考虑沿 线两侧街坊地坪标高及保证地下管线最小覆土深度要求。 一般应使侧石顶面标高低于两侧街坊或建筑物的地坪标高2.纵断面设计要点纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造 物控制标高等，确定路线合适的标高、各坡段的纵坡度和坡长 ，并设计竖曲线。基本要求是纵坡均匀平顺、起伏和缓、坡长 和竖曲线长短适当、平面与纵面组合设计协调、以及填挖经济 、平衡。这些要求虽在选、定线阶段有所考虑，但要在纵面设 计中具体加以实现。（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。在受限制较严

14、，如越岭线为争取高度 、缩短路线长度或避开艰巨工程等，才有条件地采用。好的设 计应尽量考虑人的视觉、心理上的要求，使驾驶员有足够的安 全感、舒适感和视觉上的美感。一般讲，纵坡缓些为好，但为 了路面和边沟排水，最小纵坡不应低于0.3%0.5%。（2）关于最短坡长坡长是指纵断面两变坡点之间的水平距离。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极限值的一倍或二倍以上， 避免锯齿形的纵断面，以使增重与减重变化不致太频繁，从路 容美观方面也应以此设计为宜。（3）各种地形条件下的纵坡设计平原、微丘地形的纵坡应均匀平缓，注意保证最小填土高度和

15、最小纵坡的要求。丘陵地形应避免过分迁就地形而起伏过大， 注意纵坡应顺适不产生突变。山岭、重丘地形的沿河线应尽量采用平缓纵坡，坡长不应超过 限制长度，纵坡不宜大于6%，注意路基控制标高的要求。越岭线的纵坡应力求均匀，尽量不采用极限或接近极限的坡度 ，更不宜在连续采用极限长度的陡坡之间夹短的缓和坡段。越 岭路线一般不应设置反坡。山脊线和山腰线除结合地形不得已时采用较大纵坡外，在可能 条件下纵坡应缓些。（4）关于竖曲线半径的选用竖曲线应选用较大半径为宜。当受限制时可采用一般最小值， 特殊困难方可用极限最小值。坡差小时应尽量采用大的竖曲线 半径。有条件时，宜按视觉要求的最小竖曲线半径进行设计。（5）关

16、于相邻竖曲线的衔接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 ，这样要求对行车是有利的。相邻反向竖曲线之间，为使增重与减重间和缓过渡，中间最好 插入一段直坡段。若两竖曲线半径接近极限值时，这段直坡段 至少应为计算行车速度的3s行程。当半径比较大时，亦可直接 连接。3、纵断面设计步骤（1） 准备工作：纵坡设计（俗称拉坡）之前在厘米绘图纸上， 按比例标注里程桩号和标高，点绘地面线，填写有关内容。同 时应收集和熟悉有关资料，并领会设计意图和要求。（2）标注控制点：控制点是指影响纵坡设计的标高控制点。如 路线起、终点，越岭哑口，重要桥涵，地质不良地段的最小填 土高度，最大挖深，沿溪线的洪水位，隧道进出口，平面交叉 和立体交叉点，铁路道口，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。山区道路还有根据路基填 挖平衡关系控制路中心填挖值的标高点，称为“经济点”。（3）试坡：在已标出“控制点”、“经济点”的纵断面图上，根据