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1、（二）纵断面设计1、设计要求.纵断面线形设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置，形状和尺寸问题，具体内容包括纵坡设计和竖曲线设计两项。纵断面线形设计应根据公路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，考虑路基稳定，排水及工程量等的要求对纵坡的大小，长短，前后的纵坡情况，竖曲线半径大小及与平面线形的组合关系等进行组合设计，从而设计出纵坡合理，线形平顺圆滑的最优线形，以达到行车安全、快速、舒适，工程造价省，运营费用较少的目的。该路地处平原区，土地资源宝贵，本项纵断面设计采用小纵坡，微起伏与该区域农田相结合，尽量降低路堤高度，路线纵断面按百年一遇，设计洪水位的要求和确保路基处于干燥和中湿状态，所需
2、的最小填筑高度来控制标高线形设计上避免出现断背曲线，反向竖曲线之间直线长度不足3秒行程的则加大竖曲线半径，使竖曲线首尾相接。此外，所选用的半径还满足行车视距的要求，竖曲线的纵坡最小采用0.3%以保证排水要求。2、纵坡设计（1）纵坡设计的一般要求： 纵坡设计必须满足标准的有关规定，一般不轻易使用极限值 纵坡应力求平缓，避免连续陡坡，过长陡坡和反坡 纵断面线形应连续，平顺，均衡，并重视平纵面线形的组合（2）从行车安全，舒适和视觉良好的要求来看，要求纵断面线形注意有以下几点： 在短距离内应避免线形起伏，易使纵断面线形发生中断，视觉不良；避免“凹陷”路段，若线形发生凹陷出现隐蔽路段，使驾驶员视觉不适，
3、产生莫测感，影响行车速度和安全； 在较大的连续上坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部的纵坡宜放缓些； 纵坡变化小的，宜采用较大的竖曲线半径； 纵断面线形设计应注意与平面线形的关系，汽车专用公路应设计平、纵面配合良好协调的立体线形；（3）纵坡设计应结合沿线自然条件综合考虑，为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5%为宜，在受洪水影响的沿河路线及平原区低速路段应保证路线的最低标高，以免遭受洪水冲刷，而确保路基的稳定；（4）纵坡设计应争取填、挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，接生土石方量，降低工程造价；（5）纵坡设计时，还应结合我国情况，适当照顾当地民间运输工具，农
4、业机械、农田水利等方面的要求。2、纵坡设计的方法和步骤：（1）准备工作纵坡设计前，应先根据中桩和水准记录点，绘出路线纵断面图的地面线绘出平面直线，曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及土壤地质说明资料，并熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和要求。（2）标注纵断面控制点纵面控制点主要有路线起终点，重要桥梁及特殊涵洞，隧道的控制标高，路线交叉点，地质不良地段的最小填土和最大控梁标高，沿溪河线的控制标高，重要城镇通过位置的标高及受其它因素限制路线中须通过的控制点、标高等。（3）试坡试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术和标准，选线意图，考虑各经济点和控制点的要求以及地形变
5、化情况，初步定出纵坡设计线的工作。试坡的要点，可归纳为“前面照顾，以点定线，反复比较，以线交点”几句话。前后照顾就是说要前后坡段统盘考虑，不能只局限于某一段坡段上。以点定线就是按照纵面技术标准的要求，满足“控制点”，参考“经济点”，初步定出坡度线，然后用三角板推平行线的办法，移动坡度线，反复试坡，对各种可能的坡度线方案进行比较，最后确定既符合标准，又保证控制点要求，而且土石方量最省的坡度线，将其延长交出变坡点初步位置。（4）调坡调坡主要根据以下两方面进行：结合选线意图。将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取
6、舍；对照技术标准。详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准的要求，特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题及时调整修正。调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短、纵坡线和加大、减小纵坡度等。调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。（5）根据横断面图核对纵坡线核对主要在有控制意义的特殊横断面图上进行。如选择高填深挖、挡土墙、重要桥涵及人工构造物以及其它重要控制点的断面等。（6）确定纵坡线经调整核对后，即可确定纵坡线。所谓定坡就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确
7、定下来。坡度值一般是用三角板推平行线法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一。变坡点位置直接从图上读出，一般要调整到整10桩位上。变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。设计纵坡时还应注意以下几点：在回头曲线地段设计纵坡，应先按回头曲线的标准要求确定回头曲线部分的纵坡，然后向两端接坡，同时注意回头曲线地段不宜设竖曲线。平竖曲线重合时。要注意保持技术指标均衡，位置组合合理适当，尽量避免不良组合情况。大中桥上不宜设置竖曲线。如桥头路线设有竖曲线，其起（终）点应在桥头两端10m以外，并注意桥上线形与桥头线形变化均匀，不宜突变。小桥涵上允许设计竖曲线，为保证路线纵面平顺，
8、应尽量避免出现急变“驼峰式纵坡”。注意交叉口、桥梁及引道、隧道、城镇附近、陡坡急变处纵坡特殊要求。纵坡设计时，如受控制点约束导致纵面线形欺负过大，纵坡不够理想，或则土石方工程量过大而育无法调整时，可用纸上移线的办法修改平面线形，从而改善纵面线形。（7）计算设计标高根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，则可以计算出未设竖曲线以前各桩号的设计标高。3、竖曲线计算（1）计算图及公式凸形竖曲线： 凸形竖曲线计算图（图4-1） T为切线长。E为外距，i 为纵坡坡度，X为曲线上点与曲线起点或终点的桩号差，Y为切线高程与曲线设计高程的差。凹形竖曲线：凹形竖曲线计算图 （图4-3）竖曲线要素计算公式： 坡度角 =
9、i2i1 （4.15） 竖曲线长度 L=R （4.16） 切线长度 T=L/2 （4.17） 外距 E= （4.18）竖曲线要素桩桩号计算：竖曲线起点桩号=变坡点桩号T （4.19）竖曲线起点高程=变坡点高程H0Ti1 （4.20）竖曲线终点桩号=变坡点桩号+T （4.21）竖曲线终点高程=变坡点高程H0+Ti2 （4.22）竖曲线上任意点标高改正Y= （4.23） 切线高程 H1= H0-（TX）i1 H1= H0+（TX）i2 （4.24）竖曲线高程H= H1Y （4.25）式中： R竖曲线半径；Y计算点标高改正；X计算点桩号与竖曲线起点的桩号差值 (曲线左边部分，对应坡度为i1)；竖曲线
10、终点桩号与计算点桩号差值（曲线右边部分，对应坡度为i2）H0变坡点标高；H1计算点切线高程；H竖曲线高程；当为凹形竖曲线时取“+”，当为凸形竖曲线时取“”。2、本方案中共有4个变坡点，两个凸形，两个凹形曲线。（1）对一号变坡点：曲线形式为凸形，变坡点桩号K0+400.0，前纵坡0.5%，后纵坡-2.3%，变坡点标高为140.9m，取竖曲线半径12000m根据上述公式计算得： 竖曲线长度：L=338.8m 切线长： T=169.4m 外距： E=1.2m竖曲线起点桩号为 K0+400-169.4=K0+230.6竖曲线起点高程为 140.9-169.4(0.5%)=140.1m竖曲线终点桩号为
11、K0+400+169.4=K0+569.4竖曲线终点高程为 140.9+169.4（-2.3%）=137.0m中间各点高程以桩间距20m按公式（4.23）计算，见下表： 表（4-1）桩号与曲线起（终）点距离X切线高程H1标高改正Y设计高程HK0+230.60140.10140.1K0+2409.4140.180.04140.14K0+26029.4140.240.04140.20K0+28049.4140.330.10140.23K0+30069.4140.420.20140.22K0+32089.4140.520.33140.19K0+340109.4140.610.5140.11K0+36
12、0129.4140.70.7140.0K0+380149.4140.80.93139.87K0+400169.4140.91.2139.70K0+420149.4140.430.93139.50K0+440129.4139.960.7139.26K0+460109.4139.490.5138.99K0+48089.4139.020.33138.69K0+50069.4138.550.20138.350K0+52049.4138.080.10137.98K0+54029.4137.610.04137.57K0+5609.4137.180.04137.14K0+569.40137.00137.0（
13、2）对二号变坡点：曲线形式为凹形，变坡点桩号为K0+900，前纵坡为-2.3%，后纵坡为-0.4%，变坡点高程129.2m，取曲线半径R=15000m经计算得：竖曲线长度：L=294.1m 切线长： T=147.0m 外距： E=0.7m竖曲线起点桩号为 K0+900-147=K0+753竖曲线起点高程为 129.2-147(-2.3%)=132.6m竖曲线终点桩号为 K0+900+147=K1+47竖曲线终点高程为 129.2+147（-0.4%）=128.6m各桩号设计高程为： (表4-2)桩号与曲线起（终）点距离X切线高程H1标高改正Y设计高程HK0+7530132.60132.6K0+7607132.440.001132.44K0+78027131.980.021
