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1、Design of Expressway and Interchange西西西华华华大学交通与汽大学交通与汽大学交通与汽车车车工程学院工程学院工程学院 交通工程教研室交通工程教研室交通工程教研室第六章第六章 高速公路纵断面设计高速公路纵断面设计关于平面线形的几个问题盘旋线的方程如何表示？其各参数的含义是什么看图回答以下问题主要内容纵坡设计竖曲线设计爬坡车道避险车道和紧急停车带纵断面线形设计和绘图 道路纵断面定义：沿中线竖直剖切再行道路纵断面定义：沿中线竖直剖切再行展开的断面。它是一条有起伏的空间线。展开的断面。它是一条有起伏的空间线。 反映道路在纵断面上的外形、位置及尺寸的图形称为道路纵断面图
2、。道路纵断面图是道路设计的重要技术图表之一，它主要反映道路起伏、纵坡与原地面的填挖关系等情况，把道路的纵断面图和平面图、横断面图结合起来，就可以完好的表达出道路的空间位置和立体线形。纵断面断面图上有两条主要的延上有两条主要的延续线形形 1 1、地面、地面线：根据中：根据中线上各上各桩点的高程而点点的高程而点绘的一条不的一条不规那么的折那么的折线，反映了沿着中，反映了沿着中线地面地形的起伏地面地形的起伏变化情况。化情况。 2 2、设计线：经过技技术上、上、经济上以及美学上等多方面上以及美学上等多方面比比较后后设计人人员定出一条具有定出一条具有规那么外形的几何那么外形的几何线，反映，反映了道路道路
3、的起伏了道路道路的起伏变化情况。它由直化情况。它由直线和曲和曲线组成。成。 道路纵断面图纵断面设计的主要义务就是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件及工程经济性等，研讨道路在纵断面上起伏及空间要素的大小及组合，以到达行车平安迅速、运输经济合理及乘客觉得温馨的目的。纵断面断面线形几何要素形几何要素 Back下一页下一页上一页上一页平平坡坡线线纵断面线形纵断面线形坡坡线线竖竖曲曲线线在平面线形初定之后，结合地形、地物、环境和土石方在平面线形初定之后，结合地形、地物、环境和土石方工程量等条件，将几何要素进展合理组合，满足行车平工程量等条件，将几何要素进展合理组合，满足行车平安、温馨、与环
4、境协调、工程经济的要求。安、温馨、与环境协调、工程经济的要求。 纵断面设计线纵断面设计线 直坡段直坡段坡度两变坡高差坡度两变坡高差/平距平距上坡为正上坡为正下坡为负下坡为负平坡为平坡为0坡长：纵坡斜线间隔坡长：纵坡斜线间隔竖曲线段竖曲线段凸型竖曲线凸型竖曲线凹型竖曲线凹型竖曲线半径半径R长度长度L竖距竖距h道路直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经道路直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济以及行车的平安，它们的一些临界值确实定和必要的限济以及行车的平安，它们的一些临界值确实定和必要的限制，是以通行的汽车类型及行驶性能来决议的。制，是以通行的汽车类型及行驶性能来决议的。6.1
5、纵坡设计纵坡设计的普通要求最大纵坡理想的最大纵坡和不限长度的最大纵坡最小纵坡坡长限制缓和坡段其他坡段规范汽车的运动方程式汽车的运动方程式汽汽车车在在道道路路上上行行驶驶时时，必必需需有有足足够够的的驱驱动动力力来来抑抑制制各各种种行行驶驶阻阻力力。当当驱驱动动力力与与各各种种行行驶驶阻阻力力之之代代数数和和相相等等的的时时候候，称称为为驱驱动动平平衡衡。其其驱驱动动平平衡衡方方程程式式也也称称汽汽车车的的运运动方程式为动方程式为 T=R=Rw+RR+RI T=R=Rw+RR+RI一、纵坡设计的普通要求一、纵坡设计的普通要求纵坡设计必需满足、各项规定。纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频
6、繁。尽量防止采用极限纵坡值，合理安排缓和坡段，不宜延续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡。延续上坡或下坡路段，应防止设置反坡段。纵坡设计应对沿线地形、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合思索，视详细情况加以处置，以保证路基的稳定和道路通畅普通情况下纵坡设计应思索路基工程的填挖平衡，以减少借方和废方，降低造价和节省道路用地平原微丘地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小坡度要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定对衔接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓，防止产生突变。在交叉口前后的道路应平缓一些，以是思索平安，二是思索交叉口竖向设计在实地调查根底上，公路应充
7、分思索通道、农田水利等方面的要求；城市道路应充分思索管线综合的要求二、最大纵坡纵坡度纵坡度:道路纵断面上同一坡段两点间的高差道路纵断面上同一坡段两点间的高差与其程度间隔之比，以百分率表示。包括最与其程度间隔之比，以百分率表示。包括最大纵坡度和最小纵坡度之间的各种坡度。大纵坡度和最小纵坡度之间的各种坡度。最大纵坡度：公道路形设计控制的一项重要目最大纵坡度：公道路形设计控制的一项重要目的，它直接影响到道路的长度、运用质量、的，它直接影响到道路的长度、运用质量、行车平安、运输本钱、和工程造价行车平安、运输本钱、和工程造价最小纵坡度：是为排水而规定的最小值。最小纵坡度：是为排水而规定的最小值。纵坡度表
8、示方法： 纵坡度的表示方式不用角度，而用百分数道路上的纵坡对汽车行驶不呵斥困难 。道路前道路前进程度程度间隔隔520米，抑制高差米，抑制高差13米，米，那么那么纵坡坡为？%2.5%纵坡度纵坡度Back下一页下一页上一页上一页纵坡度影响特点纵坡度影响特点1坡度大小的影响坡度大小的影响不同的纵坡对事故有不同的影响，不同的纵坡对事故有不同的影响， 纵坡度纵坡度i2或或i-1，事，事故率明显添加，可见坡度越大，对交通平安的影响也越大故率明显添加，可见坡度越大，对交通平安的影响也越大 2上坡与下坡影响的区别上坡与下坡影响的区别车辆行驶过程中往往需求紧急刹车。由于下坡行驶的制动间隔车辆行驶过程中往往需求紧
9、急刹车。由于下坡行驶的制动间隔要比上坡行驶的长，因此下坡事故数要比上坡事故数多；上下要比上坡行驶的长，因此下坡事故数要比上坡事故数多；上下坡行车条件的差别，在较小纵坡条件下就有所反映。坡行车条件的差别，在较小纵坡条件下就有所反映。3采取平安措施对坡度平安性的影响采取平安措施对坡度平安性的影响采取的平安措施大体有设置醒目的交通标志、交通讯号控制、采取的平安措施大体有设置醒目的交通标志、交通讯号控制、添加车道等，主要目的是提示驾驶员坚持警惕，要求驾驶员控添加车道等，主要目的是提示驾驶员坚持警惕，要求驾驶员控制车速，以及改善道路条件以分流交通量、减少冲突点。制车速，以及改善道路条件以分流交通量、减少
10、冲突点。 20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运运用用的的最最大大坡坡度度值。值。影响要素：影响要素： 汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡才干。汽车的动力特性：汽车在规定速度下的爬坡才干。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、气候积雪冰冷等。自然条件：海拔高程、气候积雪冰冷等。最最大大纵纵坡坡的的大大小小将将直直接接影影响响道道路路的的长长短短、运运用用质质量量、行行车车平平安以及运营本钱和工程的经济性安以及运营本钱和工程的经济性最大纵坡纵坡度大小的优劣：纵坡度大小的
11、优劣： 坡坡度度大大：行行车车困困难难：上上坡坡速速度度低低，下下坡坡较较危危险险；山区公路可缩短里程，降低造价。山区公路可缩短里程，降低造价。. .最大纵坡确实定最大纵坡确实定 采用的代表车型是载重采用的代表车型是载重8t8t的东风重型货车的东风重型货车功率功率/ /分量比为分量比为9.3W/kg9.3W/kg。 根据根据D DV V曲线和公式曲线和公式 ， 就可以确定最就可以确定最大纵坡。大纵坡。 在制定道路最大纵坡时思索的三方面要素汽车山坡行驶的爬坡才干汽车下坡行驶的平安性思索畜力车及雨雪冰滑时汽车上下坡的行驶要求3%、4%的最大纵坡适宜于高速公路和一级公路8%、9%的最大纵坡设计速度小
12、于30km/h的公路5%、6%、7%的最大纵坡适宜设计速度40-80km/h最大纵坡应使小客车能以相当于平坦路段上的平均行驶速度上坡，载重汽车那么大致以设计速度的50%的速度上坡。1. 1. 设设计计速速度度为为120km120kmh h、l00kml00kmh h、80km80kmh h的的高高速速公公路路受受地地形形条条件件或或其其他他特特殊殊情情况况限限制制时时，经经技技术术经经济济论论证证，最大最大纵纵坡坡值值可添加可添加1 1。2. 2. 公公路路改改建建中中，设设计计速速度度为为40km40kmh h、30km30kmh h、20km20kmh h的的利利用用原原有有公公路路的的路
13、路段段，经经技技术术经经济济论论证证，最最大大纵纵坡坡值值可添加可添加1 1。n 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/h1201008060403020最大纵坡% 3 4 5 6 7 8 93%的纵坡4%的纵坡高原最大纵坡1 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域，因空气密度下降而使汽车在高海拔地域，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，导致汽车的爬坡才干下降。另外力降低，导致汽车的爬坡才干下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。统。高原纵
14、坡折减高原纵坡折减桥上及桥头道路纵坡隧道纵坡n最小纵坡：各级公路在特殊情况下允许运用的最小坡度值。最小纵坡：各级公路在特殊情况下允许运用的最小坡度值。n最小纵坡值：最小纵坡值：0.3%0.3%，普通情况下，普通情况下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。高的平曲线、路肩设截水墙等。n当必需设计平坡当必需设计平坡0%0%或小于或小于0.3%0.3%的纵坡时，边沟应作纵向的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。排水设计。n 在弯道超高横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反在弯道超高
15、横坡渐变段上，为使行车道外侧边缘不出现反坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。坡，设计最小纵坡不宜小于超高允许渐变率。n 干旱少雨地域最小纵坡可不受上述限制。干旱少雨地域最小纵坡可不受上述限制。五、最小纵坡五、最小纵坡六、坡长限制 坡坡长是是纵断面上相断面上相邻两两变坡点坡点间的的长度。度。 坡坡长限制，主要是限制，主要是对较陡陡纵坡的最大坡的最大长度和普通度和普通纵坡的最小坡的最小长度加以限制。度加以限制。 1. 1.最小坡最小坡长 1 1规定最小坡定最小坡长的的缘由由 纵断面上假断面上假设变坡点坡点过多，多，纵向起伏向起伏变化化频繁影响了行繁影响了行车的温馨和平安；的温馨和平安； 相相邻
16、变坡点之坡点之间的的间隔不宜隔不宜过短，以便插入适当的短，以便插入适当的竖曲曲线来来缓和和纵坡的要求，同坡的要求，同时也便于平也便于平纵面面线形的合理形的合理组合与布置。合与布置。 2 2最小坡最小坡长要求要求 最小坡最小坡长通常通常规定汽定汽车以以设计速度行速度行驶9s9s15s15s的行程的行程为宜。宜。2.5V4.2V公路最小 坡长值 2. 2.最大坡最大坡长的限制的限制 1 1限制最大坡限制最大坡长的的缘由由 汽汽车在在长间隔的陡坡上行隔的陡坡上行驶时，行，行车速度会速度会显著下降，著下降，甚至要甚至要换低速低速挡抑制坡度阻力，使抑制坡度阻力，使车辆间相互关相互关扰添加，通行添加，通行
17、才干下降多。易使水箱沸才干下降多。易使水箱沸腾，爬坡无力。，爬坡无力。 下坡下坡时，那么因坡度，那么因坡度过陡，坡段陡，坡段过长频繁刹繁刹车，影响行，影响行车平安。平安。 2 2最大坡最大坡长限制限制计算与算与规定定 纵坡坡长度限制主要是根据度限制主要是根据8t 8t 载重重车功率功率/ /分量比是分量比是9.3W/kg9.3W/kg 的爬坡性能曲的爬坡性能曲线，同，同时思索坡底的入口速度与允思索坡底的入口速度与允许速度差确定的。速度差确定的。 规范采用入口的运范采用入口的运转速度是速度是经过调查得到的，允得到的，允许速度差速度差为20km/h20km/h。规范中所范中所规定的坡定的坡长限制是
18、限制是变坡点坡点间的直的直线间隔。隔。 设计速度速度(km/h)1201008060403020纵坡坡坡坡度度(%)390010001100120047008009001000110011001200560070080090090010006500600700700800750050060083004009200 延延续续上上坡坡或或下下坡坡时时，应应在在不不大大于于规规定定的的限限制制纵纵坡坡长长度度范范围围内内，设设置置缓缓和和坡坡段段。缓缓和和坡坡段段的的纵纵坡坡应应不不大大于于 3 3 % % ， 其其 长长 度度 应应 符符 合合 最最 小小 纵纵 坡坡 长长 度度 的的 规规 定定
19、 。八、平均纵坡八、平均纵坡n平均纵坡是指一定长度的路段纵向所抑制的高差平均纵坡是指一定长度的路段纵向所抑制的高差H H与程度与程度间隔之比延续升坡或降坡路段。间隔之比延续升坡或降坡路段。 规规定定：越越岭岭道道路路延延续续上上坡坡( (或或下下坡坡) )路路段段，相相对对高高差差为为200200500m500m时时，平平均均纵纵坡坡不不应应大大于于5.55.5；相相对对高高差差大于大于500m500m时，平均纵坡不应大于时，平均纵坡不应大于5 5。恣意延续恣意延续3km3km路段平均纵坡不应大于路段平均纵坡不应大于5.55.5。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
20、1.0%1.0%。对对于于海海拔拔3000m3000m以以上上的的高高原原地地域域，平平均均纵纵坡坡应应较较规规定定值值减减少少0.5%0.5%1.0%1.0%。平均平均纵坡作用坡作用1 1在山区高差在山区高差较大地域，大地域，虽然最大然最大纵坡、坡坡、坡长限制、限制、缓和坡段及最短坡和坡段及最短坡长等均等均满足足 规定，但定，但为了防止了防止交替运用极限交替运用极限长度的最大度的最大纵坡和最短坡和最短长度的度的缓坡构成坡构成“台台阶式式纵断面断面线形，形，应对道路最高点与最低点之道路最高点与最低点之间的平的平均坡度加以限制，以提高行均坡度加以限制，以提高行车质量。量。2 2汽汽车在在长上坡上
21、行上坡上行驶，会，会长时间地运用二档，呵斥地运用二档，呵斥发动机机长时间发热，导致致车辆水箱沸水箱沸腾；下坡那么；下坡那么频繁繁刹刹车，司机，司机驾驶紧张，也易引起不良后果。，也易引起不良后果。1.1.定义：合成坡度是指由道路纵坡与弯道超高横坡或路定义：合成坡度是指由道路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。拱横坡组合而成的坡度，其方向即流水线方向。合成坡度的计算公式为：合成坡度的计算公式为：九、合成坡度九、合成坡度n式中：式中：II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道路道路设计纵坡坡度坡坡度% %
22、。控制合成坡度的目的控制合成坡度的目的将合成坡度控制在一定范围内，目的是控将合成坡度控制在一定范围内，目的是控制急弯和陡坡的组合，防止车辆在弯道上制急弯和陡坡的组合，防止车辆在弯道上行驶时由于合成坡度过大而引起的不适和行驶时由于合成坡度过大而引起的不适和危险。危险。 n 1 1最大允许合成坡度值：最大允许合成坡度值： 2 2合成坡度目的合成坡度目的 2 2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时时，应应采采取取综综合合排排水水措措施施，以保证路面排水畅通。以保证路面排水畅通。缓坡区当延续纵坡大于5%，应在期间设置不大于3%的缓和坡段，其长度不应小于100mTHE END
