第六章 城市道路纵断面设计

第六章 城市道路纵断面设计

相关概念：纵断面、地面线、地面标高、设计线、设计标高、填挖高度、锯齿形结构。

设计原则：行车快速安全、排水通畅、线形平顺、路基稳定、填挖平衡。

设计内容：确定各控制点高程、设计纵坡大小及长度、设计竖曲线、计算填挖高度、锯齿形街沟设计。

对路线设计标高的规定：对城市道路而言，设计标高一般是指车行道中心。对于新建公路，高速公路和一级公路采用中央分隔带外侧边缘标高，二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段则是指在设置超高加宽之前该处标高；对于改建公路，一般按新建公路的规定办理，也可以采用中央分隔带中线或行车道中线标高。

纵坡度的表示方式：不用角度，而用百分数（％），即每一百米的路线长度其两端高差几米，就是该路段的纵坡，其上坡为“＋”，下坡为“－”。例如某段路线长度为８０米，高差为－２米，则纵坡度为－2.5％。

§6－1 纵断面设计的基本要求

1、参照城市规划（标高与排水）资料。

2、为安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。应符合最小坡段长度要求。

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觉的中断，视距不良，从而影响到行车的平顺性和安全性。 最小坡长通常以计算行车速度行驶9~15s的行程作为规定值。

3、为排水，i ≥0. 3%~0. 5%; 考虑行车i ≤4%：i ≥5%时，应限制坡长，坡长过大时，应设坡长缓和段。

各级道路的合成坡度应符合规定。

最大纵坡考虑因素通行的各种车辆的动力性能、道路等级、自然条件。

在混行的道路上，应以非机动车的爬坡能力确定道路的最大纵坡。自行车道路的最大纵坡以2．5％为宜。

等级高的道路设计车速高，需要尽量采用平缓的纵坡。最大纵坡建议值：快速交通干道设计车速为40~60km／h ，最大纵坡为3％~4％；主要及一般交通干道设计车速为40~60km／h ，最大纵坡为3％~4％；区干道设计车速为30~40km／h ，最大纵坡为4％~6％；支路设计车速为20~25km／h ，最大纵坡为7％~8％。

对于平原城市，机动车道路的最大纵坡宜控制在5％以下。

大、中桥上的纵坡不宜大于4％，桥头引道的纵坡不宜大于5％，位于市镇附近非汽车交通较多的地段，桥上及桥头引道的纵坡均不得大于3％。

隧道内纵坡不应大于3％，并不小于0.3％ 。

4、变坡点处应设竖曲线，并应保证视距通畅。应满足竖曲线最小半径和最小长度要求。

5、应结合地形、地质、管线及建筑的布置综合考虑。

6、旧路改建时，可利用原路面，但注意街坊排水。

7、与平面线形结合，行成最佳的立体轮廓。

1) 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，如图。

这种组合是使竖曲线和平曲线对应，最好使竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。

对于等级较高的道路应尽量做到这种组合，并使平、竖曲线半径都大一些才显得协调，特别是凹形竖曲线处车速较高，二者半径更应该大一些。

2) 平曲线与竖曲线大小应保持均衡

所谓均衡，是指平、竖曲线几何要素要大体平衡、匀称、协调，不要把过缓与过急、过长与过短的平曲线和竖曲线组合在一起。

根据德国计算统计，若平曲线半径小于1000m ，竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍时，便可达到均衡的目的。

3) 暗弯、明弯与凸、凹竖曲线

暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的组合。

对暗与凹、明与凸的组合，当坡差较大时，会给人以错觉：舍弃平坦坡道及近路不走，而故意爬坡、绕弯的感觉。此种组合在山区难以避免，只要坡差不大，矛盾也不很突出。

4) 平、竖曲线应避免的组合

设计车速≥40km/h的公路，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线。

凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得与反向平曲线的顶点重合。 小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。

平面转角小于7°的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起。

5) 在完全通视的条件下，长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形，应极力避免。

直线上一次变坡是较好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形线次之；直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去线形既不美观也不连贯，宜使驾驶员的视线中断。

道路作为一种线形构造物，应将其视为景观对象来研究。修建道路会对自然景观产生影响，有时甚至产生一定破坏作用。

而道路两侧的自然景观会影响道路

上汽车的行驶，特别是对驾驶员的视觉、心理以及驾驶操作等都有很大影响。

§6－2 纵断面设计的步骤和方法

一、测量和绘制原地面线

纵坡设计前，应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、平曲线示意图，写出每个中桩的桩号和地面标高以及沿线土壤地质说明资料，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。

二、确定沿线各控制点标高

所谓控制点，就是指影响纵坡设计的高程控制点。

“控制点”可分为两类：第一类是属于控制性的“控制点”，控制路线纵坡设计时必须通过它或限制从其上方或下方通过。这类控制点主要有路线的起终点、城市桥梁桥面标高控制点、立交桥桥面标高控制点、铁路道口标高（按铁路轨顶标高计算）、平面交叉相交中心点控制标高、重要建筑物的地坪标高、满足重要管线最小覆土厚度的控制标高等。

公路起终点；垭口；桥梁；地质不良地段最小填土标高；灌溉涵洞；沿河线的洪水位；路线交叉点作为控制坡度的依据。

第二类是属于参考性的“控制点”，叫经济点。对于山岭重丘区的道路（尤其公路），除应标出控制性质的“控制点”以外，还应考虑各横断面上横向填挖基本平衡的经济点，以降低工程造价。

三、试定纵坡，调整核对

试坡主要是在已标出“控制点”的纵断面图上，根据技术标准、选线意图，考虑各控制点和经济点的要求以及地形变化情况，初步定出纵坡设计线的工作。 试坡应以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”。当个别“控制点”确实无法满足时，应对控制点重新研究，以便采取弥补措施。

试坡的要点可以归纳为：“前后照顾，以点定线，反复比较，以线交点”。 “前后照顾”就是要前后坡段通盘考虑，不能只局限在某一坡段上。先画能符合几个控制点的某一段线，再画能符合其它控制点的某一段线，二段线相交得出变坡点。（尽量落在10m 的桩上）

“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。若二者的矛盾较大，进一步研究控制点能否有所改动的余地，并估计到改动后引起的结果，最后再定坡。

“反复比较”就是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，最后确定既符合技术标准，又满足控制点要求而且土石方量最省的坡度线。

“以线交点”就是将得到的坡度线延长，交出变坡点的初步位置。

核对主要在有控制意义的特殊横断面上进行。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。其做法是：在纵断面图上直接由厘米格读出相应桩号的填挖高度，将此值用“路基横断面透明模板”套在相应横断面地面线上，检查若有填挖过大、坡脚落空、挡墙过高、桥涵填土不够以及其它边坡不稳现象，则需调整坡度线。

四、确定纵坡设计线

经调整核对合理后，即可确定坡度线。所谓定坡，就是把坡度值、变坡点位置（桩号）和高程确定下来。

道路的纵坡设计是在全面掌握设计资料的基础上经过多次方案比较，精心设计才能完成。除以上提到的设计要求外，纵坡设计还要注意：

①与平面线形的合理组合，以得到较佳的空间组合线形；

②回头曲线路段纵坡的特殊要求；

③大中桥上不宜设置竖曲线，即不宜设变坡点；

④注意交叉口、大中桥、隧道等地段路线纵坡的特殊要求。

五、选定竖曲线半径并计算其要素

根据道路等级和情况，确定竖曲线半径，并计算竖曲线要素。

纵断面上两相邻不同坡度线的交点称为变坡点。为保证行车安全、舒适以及视距的需要，而在变坡处设置的纵向曲线，即为竖曲线。

相邻两坡度线的交角用坡度差“ω”表示，坡度角一般较小，可近似地用两坡段坡度的代数差表示，即ω=|i2-i1| ，式中、分别为两相邻坡段的坡度值，上坡为正，下坡为负。

ω为正，变坡点在曲线下方，竖曲线开口向上，称为凹形竖曲线；ω为负，变坡点在曲线上方，竖曲线开口向下，称为凸形竖曲线。

各级道路在变坡点处均应设置竖曲线。

竖曲线的线形采用二次抛物线。

由于在其应用范围内，圆曲线与抛物线几乎没有差别，因此，竖曲线通常表示成圆曲线的形式，用圆曲线半径R 来表示竖曲线的曲率半径。

◆ 竖曲线的几何要素主要有：竖曲线

切线长T 、曲线长L 和外距E 。

◆ 竖曲线上任意点纵距y 的计算

y 计算点纵距； x 计算点桩号与竖曲线起点的桩号

差。

六、计算设计标高和填挖高度

根据已定的纵坡和变坡点的设计标高，即可计算出各桩号的设计标高。中桩设计标高与对应原地面标高之差即为路基施工高度，当两者之差为“＋”，则是填方；两者之差为“—”，则是挖方。

七、锯齿形街沟设计

八、绘制纵断面设计图

§6－3 锯齿形街沟设计

一、设计目的

纵坡较小时(＜3‰)排除路表水。

此外，还可采用加大横坡度、缩短雨水口间距、增大雨水口进水面积等方法。

二、街沟设计

m -n

i 1+i

m -n

i 1-i x =l -x =

若i 1=i 2时，则有：

x =

l =l (i 1-

i ) 2i 1(m -n ) 2i 1

i 1-i 22

三、注意问题

§6-4 纵断面图的绘制

◆ 绘制内容

在纵断面图中，上半部包括如下主要内容：①地面线、高程、设计线、竖曲线及其要素；② 桥涵（桥梁按桥型、孔数及孔径、桥名、结构类型、中心桩号、设计水位；涵洞与通道按桩号及底高绘出，注明结构类型、中心桩号等）；③ 隧道（按长度、高度标绘，注明名称和起始点桩号）；④ 与道路、铁路交叉时的桩号及路名；⑤ 水准点的位置、编号及高程；⑥ 断链桩位置及长短链关系等。 图的下部各栏应示出土壤地质情况、施工高度、设计高程、地面高程、坡长及坡度、里程及桩号、直线及平曲线（包括缓和曲线）等。

◆ 绘图比例

道路纵断面设计图采用直角坐标，以横坐标（水平方向）表示里程及桩号，纵坐标（垂直方向）表示水准高程。

为了突出地形起伏，纵横坐标通常采用不同的比例尺。横坐标比例尺一般与路线平面图一致，为1：2000或1：5000，纵坐标的比例尺相应为1：200或1：500。

◆ 绘图说明

实例