1、第讲纵断面设计第二节第二节 纵坡及坡长设计纵坡及坡长设计 一、纵坡设计的一般要求一、纵坡设计的一般要求n 1纵坡设计必须满足纵坡设计必须满足标准标准的各项规定。的各项规定。n 2为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁。n3纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅畅 4 4一般情况下山岭重丘区纵
2、坡设计应考虑填挖平衡，尽一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。造价和节省用地。即纵向填挖平衡设计。即纵向填挖平衡设计。n 5 5平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填土高度要求，保证路基稳定。保证路基稳定。n 6 6对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免
3、产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些。坡应和缓、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些。n 7 7在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求。要求。二、最大纵坡二、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。值。影响因素影响因素 汽车的动力特性汽车在规定速度下的爬坡能力。汽车的动力特性汽车在规定速度下的爬坡能力。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（积雪寒冷等）。自然条件海拔高程、气候（
4、积雪寒冷等）。1、汽车的驱动力n汽车的动力来源：汽车传动系统汽车的动力来源：汽车传动系统发动机输出的功率发动机输出的功率N与产生的扭矩与产生的扭矩M的关系的关系1)发动机曲轴扭矩发动机曲轴扭矩M 及发动机转速特性及发动机转速特性9549nM1000r260nrMNTrMNn曲线、曲线、Mn曲线曲线n发动机转速特性曲线：发动机转速特性曲线：东风东风EQ-140发发动机外特性曲线动机外特性曲线定义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。控制陡坡与急弯的重合；Rf=Gf （N）汽车的最高速度是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶
5、时的速度。任意连续3km路段平均纵坡不应大于5.设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh的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，最大纵坡值可增加1。最小合成坡度不宜小于0.式中：f+i统称道路阻力系数。TRw称为汽车的后备驱动力，代入表达式，T=R=Rw+RR+RI其中，H为海拔高度（m）；公路改建中，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。代入表达式，汽车的运动方程式为在冬季路面有积雪结冰的地区；例如某二级公路，有一平曲线半径为250m，超高横坡为8%，该路段纵坡度为4.由ds=vdt，a=dv/dt，得
6、非汽车交通比率高的路段。标准规定：越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于5.式中式中Nmax发动机的最大功率发动机的最大功率(kW)；nN发动机的最大功率所对应的转速（发动机的最大功率所对应的转速（rmin）n发动机转速特性经验公式：发动机转速特性经验公式：)()()(33221maxkwnnnnnnNNNNN功率)()()(22maxmaxmNnnnnMMMMMMNN扭距式中：式中：Mmax最大扭矩（最大扭矩（Nm）；）；n MN最大功率所对应的扭矩，最大功率所对应的扭矩，n nN最大功率所对应的转速（最大功率所对应的转速（r/min）；）；n nM最大
7、扭矩所对应的转速最大扭矩所对应的转速(rmin)；NmaxNnN9549M发动机曲轴上的扭矩发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比经过变速箱（速比ik）和主传动器（速比）和主传动器（速比i0）两）两次变速次变速,总变速比为总变速比为=i0ik；传动系统的机械效率为传动系统的机械效率为TD时：时：减速行驶减速行驶0)(Dga0)D(gaif式中：式中：道路阻力系数，道路阻力系数，平衡速度任意的平衡速度任意的D相应等速行驶的速度，用相应等速行驶的速度，用VP表示。表示。临界速度每一排档最大动力因数临界速度每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用对应的速度，用Vk表示。表示。汽车的行驶状态汽车的行驶
8、状态汽车的最高、最小速度汽车的最高、最小速度汽车的最高速度是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表汽车的最高速度是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。某一排档的最高速度某一排档的最高速度Vmax maxmaxnr377.0Vn汽车的最小稳定速度：汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度Vk）。）。最大爬坡度最大爬坡度 cos cos1 1，sintgsintgi i，DImax=
9、fcos+sin DImax=fcos+sin解此三角函数方程式，得最大坡角解此三角函数方程式，得最大坡角5、汽车的爬坡能力、汽车的爬坡能力222Im2ImIm11cosarcsinffDfDaxaxaxag)if(Dn汽车的爬坡能力汽车的爬坡能力，a=0，则，则 i=D-f1.设计速度为设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh的高速公路受地形条件的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，最大纵坡值可增加或其他特殊情况限制时，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。2.公路改建中，设计速度为公路改建中，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利用原有的利用原有公路的路
10、段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。3.3.城市道路最大纵坡为相应车速公路的减小城市道路最大纵坡为相应车速公路的减小1 1。4.4.大中桥不宜大于大中桥不宜大于4 4，长隧道不宜大于，长隧道不宜大于3 3。6 6、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/h）1201008060403020最大纵坡（%）3 4 5 6 7 8 9设初速V1，终速V2，则设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh的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，最大纵坡值可增加1。即纵向填挖平衡设计。式中：I合成坡度（%）
11、；=（12.iz路线设计纵坡坡度（%）。定义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。代入表达式，汽车的运动方程式为车速V与发电机转速关系：式中：海拔系数，见图2-5由ds=vdt，a=dv/dt，得标准规定：越岭路线连续上坡(或下坡)路段，相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于5.式中：海拔系数，见图2-5内容：最小坡长限制：任何路段ih超高横坡度或路拱横坡度（%）；4一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。城市道路最大纵坡为相应车速公路的减小1。海拔荷载修正系数:在冬季路面有
12、积雪结冰的地区；TRw称为汽车的后备驱动力，代入表达式，Ri=Gi （N）1 1高原为什么纵坡要折减？高原为什么纵坡要折减？在高海拔地区，因空气密度下降而使汽车发动机的功率、汽车的驱动力以在高海拔地区，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力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易及空气阻力降低，导致汽车的爬坡能力下降。另外，汽车水箱中的水易于沸腾而破坏冷却系统。于沸腾而破坏冷却系统。2 2规范规定位于海拔规范规定位于海拔3000m3000m以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值以上的高原地区，各级公路的最大纵坡值应按表应按表4343的规定予以折减。折减后若小于的
13、规定予以折减。折减后若小于4%4%，则仍采用，则仍采用4%4%。高原纵坡折减高原纵坡折减n最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。最小纵坡：各级公路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。n最小纵坡值：最小纵坡值：0.3%0.3%，一般情况下，一般情况下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、设超高的平曲线、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。路肩设截水墙等。n 当必须设计平坡（当必须设计平坡（0%0%）或小于）或小于0.3%0.3%的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。的纵坡时，边沟应作纵向排水设计。7 7、最
14、小纵坡、最小纵坡8、缓和坡段n标准标准规定，规定，连续上坡连续上坡(或下坡或下坡)时，应在不大于规范所规定的时，应在不大于规范所规定的纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于纵坡长度范围内设置缓和坡段。缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应符合纵坡长度的规定。其长度应符合纵坡长度的规定。n 缓和坡段：纵坡值：不应大于缓和坡段：纵坡值：不应大于3%n 长长 度：不小于最小坡长要求度：不小于最小坡长要求n 线线 形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线形：宜采用直线。在地形困难路段可采用曲线9 9、平均纵坡、平均纵坡n平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差平均纵坡是指一定长度的路段纵向
15、所克服的高差H与路线长度与路线长度L之比（连续之比（连续升坡或降坡路段）。升坡或降坡路段）。LHi平标准标准规定：越岭路线连续上坡规定：越岭路线连续上坡(或下坡或下坡)路段，相对高差为路段，相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于时，平均纵坡不应大于5.5；相对高差大于；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于时，平均纵坡不应大于5。任意连续任意连续3km路段平均纵坡不应大于路段平均纵坡不应大于5.5。城市道路的平均纵坡按上述规定减少城市道路的平均纵坡按上述规定减少1.0%。对于海拔。对于海拔3000m以上的高原以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少地区，平均纵坡应较规定值减少0.5%1.
16、0%。1.1.定义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定义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。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1010、合成坡度、合成坡度22zhiiIn式中：式中：II合成坡度（合成坡度（%）；）；n i ih h超高横坡度或路拱横坡度（超高横坡度或路拱横坡度（%）；）；n i iz z路线设计纵坡坡度（路线设计纵坡坡度（%）。）。n 2.最大允许合成坡度值：最大允许合成坡度值：最小合成坡度最小合成坡度：n最小合成坡度不宜小于最小合成坡度不宜小于0.5%0.5%。n当合成坡度小
17、于当合成坡度小于0.50.5时，应采取综合排水措施，以保时，应采取综合排水措施，以保证路面排水畅通。证路面排水畅通。特别是下述情况，其合成坡度必须小于特别是下述情况，其合成坡度必须小于8%8%。在冬季路面有积雪结冰的地区；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；自然横坡较陡峻的傍山路段；非汽车交通比率高的路段。非汽车交通比率高的路段。例如某二级公路，有一平曲线半径为例如某二级公路，有一平曲线半径为250m250m，超高横坡为，超高横坡为8%8%，该路段纵坡，该路段纵坡度为度为4.8%4.8%，则合成坡度为，则合成坡度为%9%33.948.008.02222iiIh合成坡度指标的控
18、制作用合成坡度指标的控制作用：n 控制陡坡与急弯的重合；控制陡坡与急弯的重合；n 平坡与设超高平曲线的配合问题。平坡与设超高平曲线的配合问题。n 内容：内容：最小坡长限制：任何路段最小坡长限制：任何路段n 最大坡长：陡坡路段最大坡长：陡坡路段二、坡长限制 1）计算加、减速行程计算加、减速行程 由由ds=vdt，a=dv/dt，得，得 1、汽车的加、减速行程、汽车的加、减速行程n设初速设初速V V1 1，终速，终速V V2 2，则，则)0(vdva1dsa2121VVVVVdVa112.961vdva1S东风东风EQ140加、减速行程图加、减速行程图2）.加、减速行程图加、减速行程图1if2if
19、0if0 加、减速行程图用法加、减速行程图用法 临界速度每一排档最大动力因数Dmax对应的速度，用Vk表示。即纵向填挖平衡设计。大中桥不宜大于4，长隧道不宜大于3。三、爬坡车道陡坡路段正线行车道外侧增设的供载重车 行使的专用车道。设计速度为120kmh、l00kmh、80kmh的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，最大纵坡值可增加1。式中：道路阻力系数，加、减速行程图用法对于海拔3000m以上的高原地区，平均纵坡应较规定值减少0.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。汽车的运动方程式T=Rw+RR+RID称为动力因数，它表征某型汽车
20、在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。公路改建中，设计速度为40kmh、30kmh、20kmh的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡值可增加1。其中，H为海拔高度（m）；在地形困难路段可采用曲线相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5。折减后若小于4%，则仍采用4%。由ds=vdt，a=dv/dt，得第二节 纵坡及坡长设计n标准标准规定各级公路最大坡长限制。规定各级公路最大坡长限制。2最大坡长限制最大坡长限制n 城市道路最大坡长按下表选用。城市道路最大坡长按下表选用。2最大坡长限制最大坡长限制3最短坡长限制最短坡长限制n标准标准规定，各级公路最短坡长不应
21、小于规定，各级公路最短坡长不应小于2.5V m。最小坡长按下表选用。最小坡长按下表选用。三、三、爬坡车道陡坡路段正线行车道外侧增设的供载爬坡车道陡坡路段正线行车道外侧增设的供载重车重车 行使的专用车道。行使的专用车道。路缘带正线起点终点L=45mLL=60m1、设置条件2、设计要点：宽度、坡度、长度四、四、避险车道指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速避险车道指在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道。度失控车辆驶离正线安全减速的专用车道。1、组成引道、制动车道、服务车道、辅助设施、组成引道、制动车道、服务车道、辅助设施2、类型上坡道型、平坡道型、下坡道型、砂堆型、类型上坡道型、平坡道型、下坡道型、砂堆型3、设计要点、设计要点
