第三节 纵断面设计方法

一、纵断面设计要点

纵断面设计的主要内容是根据道路等级、沿线自然条件和构造物控制高程等，确定路线合适的高程、纵坡度和坡长，并设计竖曲线。其基本设计原则是：纵坡均匀平顺、起伏和缓以确保行车安全，坡长和竖曲线长短适当，平面与纵断面组合设计协调以及填挖经济、平衡。这些要求虽然在选线、定线阶段有所考虑，但要在纵断面设计中具体实现。

（一）关于纵坡极限值的运用

根据汽车动力特性和考虑经济等因素制定的极限值，设计时不可轻易采用，应留有余地。只有在受限制较严，如越岭线为争取高度、缩短路线长度或避开艰巨工程等，才有条件地采用。好的设计应尽量考虑人的视觉、心理上的要求，使驾驶员有足够的安全感、舒适感和视觉上的美感。一般讲，纵坡缓些为好，但为了路面和边沟排水，最小纵坡不应低

于0.3%～0.5%。

（二）关于最短坡长

坡长是指纵断面两变坡点之间的水平距离，坡长不宜过短，以不小于设计速度9s的行程为宜。对连续起伏的路段，坡度应尽量小，坡长和竖曲线应争取到极限值的一倍或二倍以上。避免出现锯齿形的纵断面，使得增重和减重变化和缓。

（三）转坡点位置的确定

转坡点是两条相邻设计纵坡线的交点，两转坡点之间的水平距离称为坡长。转坡点位置的确定，直接影响到纵坡度的大小、坡长、平纵面组合、土石方填挖平衡和道路的使用质量。因此，在确定转坡点位置时，要尽量使填挖工程量最小和线形最理想外，还应使最大纵坡、最小纵坡、坡长限制、缓和坡段满足有关规定的要求，同时还要处理好平、纵面线形的相互配合和协调。

（四）关于竖曲线半径的选用

竖曲线宜选用较大的半径。当受限制时可采用一般最小半径值，特殊困难时方可用极

限最小半径值。坡差小时应尽量采用大的竖曲线半径。当有条件时，宜采用满足视觉要求的最小半径值。

（五）关于相邻竖曲线的衔接

相邻两个同向凹形或凸形竖曲线，特别是同向凹形竖曲线之间，如直坡段不长应合并为单曲线或复曲线，避免出现断背曲线，这样要求对行车是有利的。

相邻反向竖曲线之间，为使增重与减重间和缓过渡，中间最好插入一段直坡段。若两竖曲线半径接近极限值时，这段直坡段至少应为设计速度3s的行程。当半径较大时，亦可直接连接。

二、纵断面设计步骤

道路纵断面设计主要是指纵坡设计和竖曲线设计。道路的纵坡是通过公路定线和室内设计两个阶段来实现的。在定线阶段，选线人员结合平面线形、地形、地质等已对道路纵坡作了全面的考虑，所以纵断面设计由选线人员在室内根据选线时的记录，以及桥涵、沿线设施等方面对路线的要求，综合考虑工程技术与经济的因素，最后定出路线的纵坡。其方法和步骤可归纳为以下几点。

（一）准备工作

设计人员在熟悉有关设计标准的基础上，在纵断面图上点绘出每个中桩的位置、平曲线示意图（起、终点位和半径等），按比例标注每个中桩的地面标高，并绘出地面线。绘出平面直线与平曲线资料，以及土壤地质说明资料，并将桥梁、涵洞、地质土质等与纵断面设计有关的资料在纵断面图纸上标明。熟悉和掌握全线有关勘测设计资料，领会设计意图和设计要求。

（二）标注控制点

控制点是指影响路线纵坡设计的高程控制点。如路线起点、终点、越岭垭口、重要桥梁、涵洞的桥面标高、地质不良地段的最小填土高度、最大挖深、沿溪线的洪水位、隧道进出口、平面交叉和立体交叉点、铁路道口、沿线主要建筑物及受其他因素限制路线必须通过的标高点等。

此外，对于山区道路，还应根据路基填挖平衡要求来选择控制路中心处填挖的高程点，称之为“经济点”。其含义是：如果纵坡设计线刚好通过该点，则在相应的横断面上将形成填挖面积大致相等的纵坡设计。

（三）试坡

试坡主要是在已标出“控制点”和“经济点”的纵断面图上，根据技术标准、选线意图，结合地面起伏情况，本着以“控制点”为依据，照顾多数“经济点”的原则，在这些点位间进行穿插和裁弯取直，试定出若干坡度线。经过对各种可能的坡度线方案进行反复比较，最后选出既符合技术标准，又能满足控制点要求，而且土石方数量较省的设计线作为初定坡度线，再将前后坡度线延长交会定出各变坡点的初步位置。

（四）调整坡度线

试定纵坡后，首先将所定的坡度与选定线时考虑的坡度进行比较，两者应基本符合。若有较大差异，则应全面分析，权衡利弊，决定取舍。然后对照技术标准检查设计的最大纵坡、最小纵坡、合成坡度、坡长限制等是否超过规定限值，以及平面线形与纵面线形的

配合是否适宜等。若发现有问题，应进行调整。

调整时应以少脱离控制点、少变动填挖值为原则，以使调整后的纵坡与试定纵坡变化不太大。调整的方法是对初定坡度线平抬、平降、延伸、缩短或改变坡度值。

（五）核对

根据调整后的坡度线，选择有控制意义的重点横断面，如高填深挖、陡峭山坡路基、挡土墙、重要桥涵等断面，在纵断面图上直接读出对应中桩的填（挖）高度，然后按该填（挖）值用“模板”在横断面图上“戴帽子”。检查是否有填挖过大、坡脚落空或过远、挡土墙工程过大、桥梁过高、涵洞过长等情况，若有问题应及时调整纵坡线。

（六）定坡

纵坡设计在经调整核对无误后即可定坡。所谓定坡，就是从起点开始，逐段确定坡度值、变坡点位置（桩号）和高程。道路的起、终点设计高程是根据规划要求和接线需要事先确定的，变坡点设计高程可以根据纵坡和坡长计算确定。由于现在内业设计都由道路CAD系统来完成，因此，纵坡坡度也可以由CAD系统确定的变坡点标高进行反算。

（七）设置竖曲线

根据道路等级及平、纵组合等情况，按照技术标准确定竖曲线半径，并计算竖曲线要素。

（八）计算设计标高及施工高度

根据已定的纵坡和变坡点的设计标高及竖曲线半径，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；为“-”则是挖方。

三、道路平、纵线形组合设计

（一）平、纵线形组合的形式及效果

1.组合形式

平、纵线形的组合，是通过设计者对两种线形要素合成的空间线形来分析判断的，必要时还应绘制透视图进行分析研究。通过分解立体线形要素，可得出平、纵线形有六种基本组合形式，如图34所示。

2.组合效果分析

从视觉、心理分析，各组合形式的使用效果为：

（1）第1种组合线形简单、行车枯燥，视景缺乏变化，容易使驾驶员产生疲劳和频繁超车。设计时应采用画车道线、设标志、绿化，并与路侧设施配合等方法来调节单调的视觉，增进视线诱导。

（2）第2种组合具有较好的视距条件，能给驾驶员以动的视觉效果，行车条件较好。设计时要注意避免采用较短的凹形竖曲线，尤其在两个凹形竖曲线间注意不要插入短的直坡段；在长直线末端不宜插入小半径的凹形竖曲线。

（3）第3种组合视距条件差，线形单调，应注意避免。无法避免时应采用较大的竖曲线半径；若长直线上反复凸凹时，应避免出现“驼峰”、和“浪形”等不良视觉现象。

（4）第4种组合一般说来只要平曲线半径选择适当，纵坡不太陡，即可获得较好的视觉和心理感受，设计时须注意检查合成坡度是否超限。

图34 平、纵线型组合形式

（5）第5、6种组合设计是常见而又比较复杂的组合形式。如果平、纵面线形几何要素的大小适宜，位置适当，均衡协调，可以获得视觉舒顺、视线诱导良好的立体线形。相反，则会出现一些不良的后果，设计时应引起特别重视。

（二）平、纵线形组合的基本要求

对于设计速度不小于60km/h的道路，必须注重路线的平、纵组合设计，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。设计速度愈高，线形设计考虑的因素愈应周全。

（1）平曲线与竖曲线宜相互重合，且平曲线稍长于竖曲线。设计时，将竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线中间，即形成“平包竖”，这是平、纵面良好的组合，如图35所示。当平曲线半径和竖曲线半径都很小时，其相互对应程度应较严格，如果平曲线与竖曲线半径都很大，可不受上述限制。如果做不到平曲线与竖曲线较好的组合，而两者的半径均较小时（一般指平曲线半径小于一般最小半径值），宁可把两者错开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上，以利于行车安全。

（2）要保持平曲线与竖曲线大小的均衡。平、纵线形的技术指标应大小均衡，避免出

图35 平曲线与竖曲线的组合

现平面高标准、纵断面低标准，或与此相反的情况，应使线形在视觉和心理上保持协调。如果其中一方大而平缓时，则另一方也要与之相适应，不能变化过多。平曲线与竖曲线位置重合时，如果平曲线半径不大于1000m，当竖曲线半径为平曲线半径的10～20倍时，可获得视觉上的均衡。

（3）避免在长直线上设置陡坡或曲线长度短、半径小的竖曲线。长的平曲线内不宜包含多个短的竖曲线；短的平曲线不宜与短的竖曲线组合。长的竖曲线不宜设置半径小的平曲线。凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不宜与反向平曲线的拐点相重合，以免误导驾驶员视线，使驾驶员操作失误，引起交通事故。

（4）要选择适当的合成坡度。合成坡度过大对行车不利，特别是在冬季结冰期更危险；合成坡度过小对排水不利，也影响行车，车辆行驶时有溅水干扰。虽然设计标准对合成坡度的最大允许值作了规定，但在进行平、纵线形组合时，如条件可能，最好使合成坡度小于8%，最小合成坡度不应小于0.5%。

（5）道路线形与沿线设施及景观的协调。平、纵线形组合必须是在充分与道路沿线设施及景观相配合的基础上进行，否则，即使线形组合符合有关规定也不一定是良好设计。应充分利用公路周围的地貌、地形、天然树林、建筑物等，尽量保持自然景观的连续，以消除景观单调感，使道路与周围环境融为一体。对设计速度高的道路，平、纵线形组合设计与周围景观配合尤为重要。