1、第五章第五章 高速公路縱高速公路縱斷面設計斷面設計n 縱斷面、地面高程、設計高程、填挖高度、縱斷面幾何線形n 沿道路中線豎向剖切然后展開的剖面稱為道路的縱斷面圖，它反映了道路中線原地面的起伏情況以及路線設計的縱坡情況。路線縱斷面圖是一條有起伏的空間線。n 在縱斷面圖上有兩條主要的線：n 條是地面線，它是根據中線上各樁點的高程而點繪的一條不規則的折線；n 一條是設計線，它是經過技術上、經濟上以及美學上等多方面比較后設計人員定出一條具有規則形狀的幾何線。n 縱斷面設計線是由直線和豎曲線組成的。直線（即均勻坡度線）有上坡和下坡，是用坡度和水平長度表示的。坡長為直線段的水平投影長。兩直坡的變坡點處為平

2、順行車及必要的視距設置豎曲線，按坡度轉折形式的不同，豎曲線有凹有凸，用半徑大小和水平投影長度表示。公路路線最大縱坡是公路線形設計控制的一項重要指標，它直接影響公路路線的長短、使用質量、行車安全以及運輸成本和工程造價。縱坡過陡，需克服升坡阻力和其它行車阻力而增大牽引力，車速會降低。下坡時為克服下滑加速度又需頻繁剎車，制動器容易發熱失靈引起車禍。縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計小客車的爬坡性能和行駛速度很少受縱坡過大的影響，而載重汽車則隨坡度的加大，行駛速度則會顯著下降，這樣就會妨礙公路上其他高速車輛的正常運行，直接影響公路通行能力。高速公路上行駛的車型較多，車速和動力性能各不相同。因此，最大

3、縱坡的制定，必須考慮統一的車型和計算車速。我國的情況（P93）縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 縱坡設計的一般要求縱坡設計的一般要求n 1. 縱坡設計必須滿足標準的各項規定。n 2. 為保證車輛能以一定速度安全順適地行駛，縱坡應具一定的平順性，起伏不宜過大和過于頻繁。盡量避免采用極限縱坡值，合理安排緩和坡段，不宜連續采用極限長度的陡坡夾最短長度的緩坡。連續上坡或下坡路段，應避免設置反坡段。越嶺線埡口附近的縱坡應盡量緩一些。n 3. 縱坡設計應對沿線地形、地下管線、地質、水文、氣候和排水等綜合考慮，視具體情況加以處理，以保證路基的穩定和道路通暢。n 4. 一般情況下縱坡設計應考慮填挖平衡，

4、盡量使挖方運作就近路段填方，以減少借方和廢方，降低造價和節省用地。縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 5. 平原微丘區地下水埋深較淺，或池塘、湖泊分布較廣，縱坡除應滿足最小縱坡要求外，還應滿足最小填土高度要求，保證路基穩定。n 6. 對連接段縱坡，如大、中橋引道及隧道兩端接線等，縱坡應和緩，避免產生突變。n 7. 在實地調查基礎上，充分考慮通道、農田水利等方面的要求。一、縱坡度一、縱坡度路線縱坡度包括最大縱坡度和最小縱坡度之間的各路線縱坡度包括最大縱坡度和最小縱坡度之間的各種坡度種坡度最大縱坡度最大縱坡度:高速公路控制設計的一項重要指標,直接影響到路線的長度、使用品質、行車安全、運輸成本和

5、工程造價.最大縱坡度確定方法最大縱坡度確定方法:最大縱坡依汽車的動力特性汽車的動力特性、自然條件自然條件及工程運營工程運營經濟的分析經濟的分析加以確定.高速公路最大縱坡確定方法高速公路最大縱坡確定方法:按照公路工程技術標準規定取用，見表5-2一、縱坡度一、縱坡度 注意事項：注意事項： 高速公路上車速快、密度大、安全性要求高，為此，設計時應高速公路上車速快、密度大、安全性要求高，為此，設計時應盡可能選用小于最大縱坡的數值。盡可能選用小于最大縱坡的數值。 當受地形條件或其他特殊情況限制時，經技術經濟論證后，最當受地形條件或其他特殊情況限制時，經技術經濟論證后，最大縱坡可增加大縱坡可增加1%。 小橋

6、涵處的縱坡應隨路線縱坡設計，但大橋的縱坡不宜大于4%，橋頭引道縱坡不大于5%，引道緊接橋頭部分的線形應與橋上線形相配合。 對隧道內縱坡，考慮到安全規定一律不應大于對隧道內縱坡，考慮到安全規定一律不應大于3。1) 并不小于0.3%，但短于100m的隧道其縱坡不受此限；緊接隧道洞口的路線縱坡應與隧道內縱坡相同。高速公路的中、短隧道，當條件受到限制時，經技術論證后，其最大縱坡可適當加大，但不宜大于4%一、縱坡度一、縱坡度 注意事項：注意事項：4）高原公路上，海拔對汽車的動力性能影響較大，最大縱坡應根據海拔高程進行折減，適當采用較緩的縱坡。5）越嶺路線連續上下坡路段，相對高差200500m時，平均縱坡

7、不應大于5.5%，相對高差大于500m時，平均縱坡不應大于5%；任意連續3km路段的平均縱坡不應大于5.5%。縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 最小縱坡最小縱坡n 一般來說，為使高速公路上汽車行駛快速和安全，縱坡設計小一些總是有利的。但在挖方路段、設置邊溝的低填方路段和橫向排水不暢路段，為保證排水的要求，防止積水滲入路基而影響其穩定性，一般在這些路段應采用不小于0.3%的縱坡（一般情況下以采用不小于0.5%的縱坡為宜）；n 當必須采用平坡或小于0.3的縱坡時，其邊溝應作縱向排水設計；n 對于干旱地區，以及橫向排水良好、不產生路面積水的路段，也可不受此最小縱坡的限制。縱斷面設計縱斷面設計縱

8、坡設計縱坡設計n 坡長限制坡長限制n 公路縱斷面坡長是指相鄰兩變坡點間的水平直線距離，又稱設計間距。坡長限制包括最小坡長限制和最大坡長限制兩個方面的內容。n 1. 1. 最小坡長限制最小坡長限制n 在縱坡設計中，如果坡長過短，變坡點過多，使縱坡線形呈鋸齒形狀，車輛行駛顛簸，頻繁變化在增重和失重當中，導致乘客感覺不舒適，對路容也不美觀；縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 我國綜合考慮計算行車速度和地形條件等情況，坡長最短以不小于設計速度行駛9s的行程為宜，即：n 高速公路的最小坡長規定設計速度/（km/h）12010080最小坡長/m300250200縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n

9、2. 2. 最大坡長限制最大坡長限制n 道路縱坡的大小和坡長對汽車的正常行駛影響很大，特別是長距離的陡坡對汽車的安全行駛非常不利。n 坡長控制在汽車車速下降到不低于最低限速時所能行駛的距離內。n 所以我國標準規定，各級公路不同縱坡時的最大坡長。縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 最大縱坡最大縱坡長度長度n 高速公路不同縱坡最大坡長高速公路不同縱坡最大坡長縱坡坡度/%設計速度/（km/h）12010080390010001100470080090056007006500 高速公路當連續陡坡由幾個不同坡度值的坡段高速公路當連續陡坡由幾個不同坡度值的坡段組合而成時，應對縱坡長度受限制的路段采用平

10、均組合而成時，應對縱坡長度受限制的路段采用平均坡度法進行驗算。坡度法進行驗算。縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 緩和坡段緩和坡段n 緩和坡段的作用主要是為了改善汽車在連續陡坡上行駛的緊張狀況，避免汽車長時間低速行駛或汽車下坡產生不安全因素。因此，當陡坡的長度達到限制坡長時，應安排一段緩坡，用以恢復在陡坡上行駛所降低的速度。n 我國規定，連續上坡或下坡時，應在不大于規范規定的縱坡長度之間設置緩和坡段，緩和坡段的縱坡應不大于3%，其長度應符合規范最小坡長的規定。縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 例如，高速公路的設計速度為100km/h，一段已經設計好的5%上坡段300m，擬在按4%設置

11、上坡段，其長度應為多少？n 第一坡段縱坡為5%，長度為300m，即占坡長限制值的1/2，第二坡段縱坡為4，則其坡長不應超過800（11/2）400m。也就是說5的縱坡設計了長度300m以后，還可接著設計坡度為4的400m坡長，然后應設置一段坡長不小于250m、縱坡小于3%的緩和坡段。設計速度/（km/h）12010080最小坡長/m300250200二、坡長限制二、坡長限制 高速公路坡長不受限制的最大縱坡高速公路坡長不受限制的最大縱坡縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 合成坡度合成坡度（？）（？）n 合成坡度是指在設有超高的平曲線上，路線縱坡與超高橫坡組合而成的斜向坡度。其方向為流水方向，

12、又稱流水線坡度。合成坡度的計算公式為22橫縱合iii縱斷面設計縱斷面設計縱坡設計縱坡設計n 汽車在有合成坡度的路段行駛時，如果合成坡度過大，由于離心力的作用，可能引起汽車向合成坡度方向的傾斜和側向滑移，給汽車行駛帶來危險。n 規范規定高速公路的最大容許合成坡度值如表所示。設計速度/（km/h）12010080合成坡度值/%10.010.010.5合成坡度臨界線圖合成坡度臨界線圖已知道路縱已知道路縱坡和超高橫坡和超高橫坡，可查坡，可查 表表5-6確定，確定，P96三、合成坡度三、合成坡度 注意事項：注意事項： 當陡坡處于小半徑曲線段上時，在條件許可情況下，采用較小的合成坡度為宜； 在下述情況下必

13、須小于8: 冬季路面有積雪、結冰地區； 自然橫坡較陡峻的傍山路段。3）合成坡度不宜過小，規范規定最小不宜小于0.5%，超高過度段尤其應注意；不得已小于0.5%時，應采用綜合排水設施，保證路面排水。縱斷面設計縱斷面設計豎曲線設計豎曲線設計n 縱斷面上兩個坡段的轉折處，縱斷面上兩個坡段的轉折處，為減緩汽車行駛在為減緩汽車行駛在縱坡變坡處所產生的沖擊，以及保證行車視距縱坡變坡處所產生的沖擊，以及保證行車視距必須插入的縱向曲線，必須插入的縱向曲線，我們把這一曲線稱為豎曲豎曲線線。豎曲線的線形有圓曲線、拋物線形的形式。通常在公路設計上使用拋物線比圓曲線方便得多，因此一般采用二次拋物線作為豎曲線。n 豎曲

14、線要素計算公式豎曲線要素計算公式n 縱斷面上兩縱坡線交點處稱為變坡點。在變坡點設置的豎曲線有凹形豎曲線和凸形豎曲線兩種。縱斷面設計縱斷面設計豎曲線設計豎曲線設計ixxky221推導得豎曲線要素推導得豎曲線要素 豎曲線上任一點豎距豎曲線上任一點豎距 Rxh22RL豎曲線外距：豎曲線外距： 488222TLRERTE或2.凸形豎曲線半徑限值凸形豎曲線半徑限值 當堅曲線長度當堅曲線長度L大于視距大于視距S時時 當按不產生不舒適感的沖擊變當按不產生不舒適感的沖擊變化為控制條件時化為控制條件時2.凸形豎曲線半徑限值凸形豎曲線半徑限值 我國規定值確定方法：考慮上述兩項因素且我國規定值確定方法：考慮上述兩項

15、因素且LS。3.凹形豎曲線半徑限值凹形豎曲線半徑限值 確定方法：確定方法： 在確定豎曲線的半徑時，考慮緩沖要求，可按式5-8計算，同時應保證夜間燈光照射及跨線橋下的視距要求。 前燈照射要求前燈照射要求 圖圖57 當 時3.凹形豎曲線半徑限值凹形豎曲線半徑限值 跨線橋下的視距要求圖跨線橋下的視距要求圖5-8 當 時 當C4.5m，h11.5m時高速公路豎曲線半徑高速公路豎曲線半徑P84縱斷面設計縱斷面設計豎曲線設計豎曲線設計n 豎曲線極限最小半徑只有在地形受到限制或其他特殊困難，不得已時才采用，當條件許可時，豎曲線半徑應盡量大于豎曲線的一般最小值，它是通常情況下所采用的最小半徑，其值均為極限最小

16、半徑的1.52.0倍。對行車速度較高的公路，為了使公路的線形獲得理想的視覺效果，還須從視覺觀點確定最小半徑值，在有條件的情況下，為獲得連續而平順的縱斷面線形，可參照表來選取。縱斷面設計縱斷面設計豎曲線設計豎曲線設計設計車速/（km/h）豎曲線半徑/m凸形凹形1202000012000100160001000080120008000視覺要求的最小豎曲線半徑值視覺要求的最小豎曲線半徑值4.豎曲線最小長度豎曲線最小長度 豎曲線最小長度按計算車速運行豎曲線最小長度按計算車速運行3s的距離計算：表的距離計算：表5-10 注意事項：注意事項： 實際應用應采用最小值的1.52倍或更大， 對于v120km/h

17、時，最小豎曲線長不小于400m。五、爬坡車道五、爬坡車道 爬坡車道是在陡坡路段于正線行車道一側增設的爬坡車道是在陡坡路段于正線行車道一側增設的供載重汽車行駛的專用車道，載重汽車爬坡時須克服供載重汽車行駛的專用車道，載重汽車爬坡時須克服較大的坡度阻力，致使單位車重的馬力數降低，車速較大的坡度阻力，致使單位車重的馬力數降低，車速也隨之下降，結果造成路上壓車，直接影響車流的正也隨之下降，結果造成路上壓車，直接影響車流的正常運行，使小汽車行駛的自由度得不到保證，不僅增常運行，使小汽車行駛的自由度得不到保證，不僅增加了行車的不安全性，也使公路的通行能力降低。加了行車的不安全性，也使公路的通行能力降低。五

18、、爬坡車道五、爬坡車道 定義：定義： 在縱坡大于在縱坡大于4的陡坡路段于正線行車道一側增設的供載的陡坡路段于正線行車道一側增設的供載重汽車行駛的專用車道。重汽車行駛的專用車道。 設置條件：設置條件： 當上坡方向載重汽車的行駛速度降低到表511的容許最低速度以下時； 上坡路段的設計小時交通量超過設計通行能力時；1) 對六車道及六車道以上高速公路可不設爬坡車道。五、爬坡車道五、爬坡車道 爬坡車道的構造爬坡車道的構造 橫斷面構成圖橫斷面構成圖5-9 設置在路右側，一般 寬3.5m 超高與加寬表超高與加寬表5-12五、爬坡車道五、爬坡車道 平面布置與長度平面布置與長度P85 L1LL2 其中： L14

19、5m L2根據表5-13確定五、爬坡車道五、爬坡車道 L確定方法確定方法P86 通過圖解法，步驟如下： 繪制縱斷面圖； 繪制分段換算坡度圖； 繪制速度曲線圖； 確定爬坡車道范圍與長度；1) 檢驗其它條件是否符合。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 高速公路線形標準高，車道多，路幅寬，在與其他道路相交時必須全部采用立體交叉，因而，在縱斷面設計時，有其獨特之處。在平原地區，跨越的河流、道路和其他通道很多，在縱斷面布局上會產生很多矛盾。在山嶺和重丘陵地區，由于地形切割，地面起伏大，如何安排寬幅的多個車道，如何設置隧道，在縱斷面設計上也有不少困難。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 平

20、原地區高速公路填土高度平原地區高速公路填土高度n 高速公路路堤高度直接影響其造價和經濟效益，由于地方經濟快速增長，地方路網不斷加密，平原地區高速公路設置大量的通道、立交橋，導致路基填土高度日趨增高。一般采用平均填土高度 34m以上，其實這種做法既不科學也不盡合理，無形中在抬高高速公路路基填土高度的同時，也提高了高速公路的建設費用，造成了對大自然生態環境的巨大破壞。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 1. 1. 高填路基與低填路基的分析比較高填路基與低填路基的分析比較n 高填路基高速公路與低填路基高速公路相比，存在以下幾個方面的缺點和不足：n 土方量大；n 占地多；n 噪聲波及遠；n 破

21、壞景觀和環境中的生態平衡；n 土基施工壓實難度大，遇到軟土基時易出現過大及不均勻沉降。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局國外在平原地區修國外在平原地區修筑高速公路時，大筑高速公路時，大多采用淺路塹或低多采用淺路塹或低路堤方案。采用如路堤方案。采用如圖所示的圖所示的淺路塹或淺路塹或低路堤方案的突出低路堤方案的突出優點是：優點是：縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n （1）可使土石方橫向平衡，不需遠距離取土或棄土；n （2）將挖出的土在兩側修筑成緩坡土堤，可將噪聲阻隔在道路通道之中；n （3）方便上跨跨線橋的修筑；n （4）側面緩坡土堤外側修成1：10的緩坡，可歸還農村種植莊稼；n （

22、5）土坡上也可種植綠化，美化環境。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 2. 2. 上跨與下穿的比較上跨與下穿的比較n 分離式立交究竟是采用上跨還是下穿，主要取決于高速公路的線位。目前國外高速公路在線位方案比選時，一般推薦低線位方案。n 跨線橋由于上部一般都不復雜，其基礎不受沖刷影響，埋深較淺，因而施工方便、快捷。與下穿相比有一定的優越性，而且還可以為高速公路增加景觀，消除行車的單調感。一、平原地區高速公路的填土高度一、平原地區高速公路的填土高度 中國采用高路堤原因：中國采用高路堤原因： 滿足大量地方交通的要求，特別是農用拖拉機和非機動車； 沿海平原地區地下水位較高。 存在問題：存在問題

23、： 造價高，路基、土地征用和通道修筑達總造價50%，甚至路基造價大于路面造價，較反常。例：把一條100km的高速公路的路提高度降低1m，可以節省造價幾個億。一、平原地區高速公路的填土高度一、平原地區高速公路的填土高度 建議：建議：P88 多做宣傳； 加速地方交通的現代化； 積極探索減少下穿式通道的方法； 過多的小河航道也可挖掘側向人工渠道適當歸并；1) 積極采用降低通道底標高的措施。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 山區高速公路縱斷面設計的特點山區高速公路縱斷面設計的特點n 在山區和丘陵地區修筑高速公路時，選定路線后，在縱斷面布局中可能遇到以下兩個問題兩個問題：n 一是由于高速公路占

24、用路幅較寬；為節省土石方，不得不采用分離式路堤方案；n 二是由于高速公路的技術標準高，在越嶺區段及沿溪切山嘴區段隧道較多。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 山區高速公路縱斷面設計的山區高速公路縱斷面設計的注意事項注意事項n 對于采用分離式路基的區段，上行線和下行線應分別繪制縱斷面地面線進行拉坡。n 在路基尚未分岔地段圖a，按常規以道路中央分隔帶中線的地面標高當做地面標高，以中央分隔帶外側邊緣（左側路緣帶的左邊緣）的標高作為設計標高。縱斷面設計縱斷面設計縱斷面布局縱斷面布局n 在分設上下行路基后圖b），則分別采用車道中心處的地面標高以及采用車道中心處路面標高作為設計標高。縱斷面設計縱斷

25、面設計縱斷面布局縱斷面布局n 對于設置隧道的路段一般應設計為上下行兩座獨立隧道，也就是應分上下行道繪制縱斷面圖，分別進行拉坡。注意隧道內的縱坡不應大于3%，并不小于0.3%，但短于100m的隧道其縱坡不受此限。長隧道內的縱坡宜更緩些，縱坡最大宜為2%（特殊的為3%）。隧道內的縱坡宜設置成單向坡或人字坡；對地下水發育的隧道及特長、長隧道宜采用雙向出水的人字坡。隧道內縱坡變化處均應設置豎曲線。三、縱斷面設計的一般原則三、縱斷面設計的一般原則 總要求：總要求： 在縱斷面設計中，主要是選定縱坡度縱坡度確定縱坡線縱坡線以及設置堅曲線堅曲線兩項。目的要求是將縱面線形諸要素組合成汽車行駛平順舒適、視覺連續、路表圓滑的線形。 一般原則一般原則 在選取縱坡時，除考慮地形條件控制外，在給定設計車速范圍內，應盡量選取緩坡。對陡坡的選用，不僅能滿足規范要求，應從多方面綜合考慮。 縱斷面線形設計要求在整條路線上緊密配合平曲線，使路線能適應各種不同車輛的要求，力求采用緩和的縱坡度維持均衡的營運速度，盡量使載重汽車能經常保持較高的速度行駛。 設置豎曲線時，應特別注意行車時的視覺要求，保持視覺舒暢。三、縱斷面設計的一般原則三、縱斷面設計的一般原則 一般原則一般原則 使線形適應地形和環境，保證行車安全