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第三章 纵断面设计
3.1 设计原则
沿着道路中线竖直剖切然后展开即为路线纵断面。由于自然因素的影响以及经济性要求，路线纵断面总是一条有起伏的空间线。纵断面的设计是根据汽车的动力特性、道路等级、当地的自然地理条件以及工程经济性等，研究起伏空间线几何构成的大小及长度，以便达到行车安全迅速、运输经济合理以及乘客感觉舒适的目的。所以在进行纵断面设计时要考虑的主要因素是：满足道路等级要求的行驶速度、运输的经济性、行车的安全性。
3.1.1道路纵断面设计原则如下
1、纵断面线形应与地形相适应，线形设计应平顺、圆滑、视觉连续，保证行驶安全。 2、为保证行车安全、舒适、纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。
3、纵坡设计应考虑填挖平衡，并利用挖方就近作为填方，以减轻对自然地面横坡与景观的影响。
4、相邻纵坡之代数差较小时，应采用大的竖曲线半径。
5、连续上坡（或下坡）路段，应符合平均纵坡的规定并采用运行速度对通行能力与行车安全进行检验。
6、路线交叉处前后的纵坡应平衡。
7、位于积雪或冰冻地区的公路，应避免采用陡坡。
3.1.2纵坡设计标准
一、道路最大纵坡限制
道路最大纵坡限制表 表3-1
计算行车速度（km/h） 最大纵坡推荐值（%） 120 3 100 4 80 5 60 6 40 7 30 8 20 9
《标准》规定：
1、设计速度为120 km/h、100 km/h、80 km/h的高速公路受地形条件或其他特殊情况限制
是，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40 km/h、30 km/h、20 km/h的利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡之可增加1﹪。
二、道路纵坡长度限制
设计纵坡度大于表3-2所列推荐值时，可按表3-1的规定限制坡长。设计纵坡度超过5%，坡长超过表3-1规定值时，应设纵坡缓和段。缓和段的坡度为3%。
1、最大坡长限制理由
长距离的陡坡对汽车行驶不利。连续的上坡发动机过热影响机械效率，使行驶条件恶化，下坡则因制动频繁而危及行车安全。 2、最大坡长的规定见下表
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公路不同纵坡最大长度坡长 表3-2
计算行车速度（km/h） 120 100 80 60 40 30 20
3 900 1000 1100 1200 4 700 800 900 1000 1100 1100 1200
纵5 600 700 800 900 900 1000 坡坡6 500 600 700 700 800 度7 500 500 600 （8 300 300 400
）9 200 300 10 200
注意格式
三、最小坡长限制
各级道路纵坡最小长度应大于或等于表3-3的数值，并大于相邻两个竖曲线切线长度之和。
1、最小坡长限制理由
最小坡长是指相邻两个变坡点之间的最小长度。若其长度过短，就会使变坡点个数增加，行车时颠簸频繁，当坡度差较大时还容易造成视线的中断、视距不良，从而影响到行车的平顺性和安全性；另外，从线形的几何构成来看，纵断面是由一系列的直坡段和竖曲线所构成，若坡长过短，则不能满足设置最短竖曲线这一几何条件的要求，故要限制最小坡长。
2、最小坡长的最小值如下表
最小坡长 表3-3 计算行车速度（km/h） 坡段最小长度（m） 120 300 100 250 80 200 60 150 40 120 30 100 20 60 本设计应满足 长度的要求，每一指标均应回应一下本设计速度下的指标 四、最大合成坡度
在设有超高的平曲线上，超高横坡度与道路纵坡度的合成坡度应小于或等于表3-4规定值。
公路最大合成坡度 3-4表 公路等级 高速公路、一级公路 二、三、四级公路 设计速度（km/h） 120 100 80 60 80 60 40 30 20 合成坡度值（﹪） 10.0 10.0 10.5 10.5 9.0 9.5 10.0 10.0 10.0
﹪
五、竖曲线设计标准
竖曲线是指在公路纵坡边坡点处设置的竖向曲线。各级道路纵坡变更处应设置竖曲线。竖曲线宜采用圆曲线。竖曲线半径及最小长度见表3-6。设计中应采用大于或等于
表3-6一般最小半径值；特殊困难时，应大于或等于极限最小半径值。
公路竖曲线半径及其最小长度 表3-5
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计算行车速度（km/h） 120 凸形竖曲线半径（m） 凹形竖曲线半径（m） 竖曲线长度（m） 100 80 60 40 30 20 极限值 17000 10000 4500 2000 700 400 200 一般值 11000 6500 3000 1400 450 250 100 极限值 6000 4500 3000 1500 700 400 200 一般值 4000 3000 2000 1000 450 250 100 一般值 250 极限值 100 210 85 170 120 90 60 70 50 35 25 50 20 3.2纵断面设计
纵断面设计应根据自然地理条件绘制出反映地面起伏变化的地面线。根据高速公路设计速度、地形条件确定道路的最大纵坡、最大坡长、最小坡长。在设有超高的路段应确定最大合成坡度。在满足车辆行驶速度、经济性指标、行车安全性、小于最大纵坡、大于最小坡长的条件下确定坡度、控制点、坡长。当坡长大于最大坡长是应设置缓和坡段。
3.2.1设计内容
为满足车辆行车的安全性、舒适性、连续性、道路行驶足够平缓避免起伏频繁以及工程的经济性等要求。初步确定道路有1个变坡点来满足以上要求。主要考虑行驶足够平缓，避免过多起伏。变坡点桩号为K3+120。起点到变坡点的距离为3120m，变坡点到终点的距离为3020m。道路坡度分别为-1.7014%、1.4267%。具体方案见下图
图3.2-1
3.2.2设计依据
1、确定道路所在地区的地形、设计速度及设计原则，结合前面，；
2、看道路勘测书，纵断面设计一节，首先应先确定纵坡控制点位置及高程，如涵洞、立交、最小路基高度等。 3、纵坡调整，确定纵坡 4、平纵配合，竖曲线半径
每一部分均应结合自己的设计，并回答是否满足规范要求 1、纵坡度设计
设计路段为设计速度100km/h的高速公路，依据上述设计标准可知道路最大纵坡为4﹪，在受到地形或其他特殊情况限制时，经技术经济论证后，最大纵坡可设为5﹪，由地质勘测结果可知设计路段地形条件较好故最大纵坡定为4﹪。本设计路段设有超高，故还应该采用合成坡度。为保证路面排水，各级公路的最小合成坡度不宜小于0.5﹪，当合成坡度小于0.5﹪时，则应采取综合排水措施。本设计最大纵坡1.7014%，满足道
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路最大纵坡设计要求。初步设计道路最小纵坡坡度为1.4267%，所以设计方案最小纵坡满足排水要求。所以道路纵断面设计最大最小坡度均满足设计要求，可以执行。 2、坡长设计
设计路段应该满足最大坡长和最小坡长的限制要求，保证车辆良好行驶条件，保证道路起伏不会过于频繁，且能保证行车视距要求，本任务高速公路设计车速为100km/h，最大坡长为800m，最小长度为250m，本设计路段设计最小坡长3020m，不满足设计要求，考虑到行车安全与舒适，最大纵坡长度为3120m，满足规范要求。什么意思？都应该满足规范的要求 3、合成坡度设计
道路平面设计时，平曲线半径均小于4000m，需要设置超高。故要考虑合成坡度的计算。合成坡度按公式iH?iz2?ic2(其中iH—合成坡度，iz—线路纵坡，ic—超高横坡)进行计算确定。 5、竖曲线半径设计
对于竖曲线的设计应保证半径满足设计要求。本高速公路设计车速为100km/h，凹曲线半径一般值为4500m，极限值为3000m，为保证行车舒适，初步确定变坡点半径为4500m，满足规范中对竖曲线半径的要求。由于设计纵坡小于4%，所以变坡点不用设置缓和纵坡。 6、竖曲线设计
竖曲线在选用时宜选用较大的竖曲线半径，另竖曲线设置时应满足排水的需求。 7、平纵结合设计
考虑到平纵结合问题，大部分变坡点均设置在直线段上，且避开道路交叉口和桥梁。变坡点与平曲线重合，且道路竖曲线被平曲线包围，竖曲线起终点均在平曲线内，满足平纵结合的设计要求。
3.3竖曲线计算
对于竖曲线的设计应保证半径满足设计要求。由表3-6可知设计车速为100km/h，凹曲线极限最小半径为3000m，为保证行车舒适，初步确定变坡点竖曲线半径为4500m，满足公路竖曲线半径的要求。由于设计纵坡均小于4%，所以变坡点不用设置缓和纵坡 这句话说法错误，当使用陡坡的时候，需使用缓坡，看一下书。 变坡点计算:： 变坡点桩号K3+120 高程406.4967m。半径为R=4500m 起点桩号K0+000高程459.5797m，终点桩号K6+140,高程449.5842m。
i1?H1-H0X1-XO?406.4967-459.57973120-0=-1.7014%这是初算，应调整变坡点高程，使坡度保
留两位小数。下同
i2?H2-H1X2-X1?449.5842-406.49676140-3120=1.4267%
转角 ω=i2?i1?1.4267%－（-1.7014%）=3.1281%
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竖曲线长度 L?R???4500×3.1281%=140m 切线长度 T?外距 E?L2?21402=70m
702T2R?2?4500?0.544m
竖曲线起点桩号K3+120-70=K3+050
竖曲线起点高程 406.4967+70×1.7014%=407.6877m 竖曲线终点桩号K3+120+70= K3+190
竖曲线终点高程406.4967+70×1.4267%=407.4954m
图3.3-1 图名？
中间各点高程均以桩距10m按y=公式计算，当计算点在变坡点以左时x为计算
点桩号减去竖曲线起点桩号，坡段高程为起点高程加上x乘以纵坡度，当计算点在变坡点右侧时，x 为竖曲线终点桩号减去计算点桩号，坡段高程为终点高程减去x乘以纵坡度。竖曲线设计高程为坡段高程减去标高改正值。
K3+050 x=0 坡段高程407.6877+0×（-1.7014%）= 407.6877 标高改正y=
=
02?4500=0 竖曲线高程H=H?-y?407.6877-0=407.6877
K3+060 x=10 坡段高程407.6877+10×(-1.7014%)=407.5176 标高改正y=
=
1022?4500=0.0111 竖曲线高程H=H?-y?407.5176-0.0111=407.5065
K3+070 x=20 坡段高程 407.6877+20×(-1.7014%)=407.6537