纵断面设计方法与纵断面设计图

1.纵断面设计方法与步骤

（1）准备工作

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。

（2）标注控制点

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，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。 这类控制点主要有公路路线的起终点、垭口、重要桥梁及特殊涵洞、隧道的控制标高，重要城镇通过位置的标高以及受其他因素限制而使路线必须通过的控制点标高等；对于城市道路控制点是指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。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，如图4.10所示。 横断面上的经济点有以下3种情况：

图4.10 横断面上的经济点

①当地面横坡不大时，可在中桩地面标高上下找到填方和挖方基本平衡的标高，纵坡通过此标高时，在该横断面上挖方数量基本等于填方数量。 该标高为其经济点，如图4.10（a）所示。

②当地面横坡较陡时，填方往往不宜填稳，有时坡脚伸得较远，采用多挖少填甚至全部挖出路基的方法比砌石护坡经济，这时多挖少填或全挖路基的标高为经济点，如图4.10（b）所示。

③当地面横坡很陡，无法填方时，需砌筑挡土墙，此时宁愿全部挖出路基或深挖，该全部挖出或深挖路基的标高为其经济点，如图4.10（c）所示。

当地面横坡很陡，必须作挡土墙时，当采用某一设计标高使该断面按1m长度计施工的土石方与挡土墙费用总和最省，该标高为其经济点。 设计时“经济点”通常用“路基横断面透明模板”来确定，如图4.11所示。

图4.11 路基横断面透明模板

“路基横断面透明模板”可用透明描图纸或透明胶片制成，其上按横断面图的比例绘出路基宽度（挖方路段尚应包括两侧边沟的宽度）和各种不同坡度的边坡线（上为挖方，下为填方）。 使用时将“路基横断面透明模板”扣在绘好地面线的横断面图上，使中线重合，根据地面横坡的大小，上下移动“模板”，使填方和挖方面积大致相等或工程造价最经济，此时，“模板”上的路基顶面与该中桩的地面高之间的高差就是经济填挖值。 将此值按比例点绘到纵断面图的相应中桩位置上，即为该断面的“经济点”。 纵坡线通过的经济点越多，则工程量就越少，投资就越省。

上述针对经济点的操作，主要是基于手工进行道路纵、横断面的设计方法，由于手工设计费工费时，不利于道路纵横断面设计多方案的优化设计比选，或即时修改因纵断面与横断面中的不协调的设计修改，故在设计纵断面时，通过经济点，尽量考虑到横断面设计的因素。 随着计算机辅助设计系统的应用，利用计算机辅助设计系统快速计算及绘图的优点，更利于进行道路平、纵、横组合多方案设计比选，优化路线设计。 故在利用道路计算机辅助设计系统进行道路纵断面设计时，无需进行前述经济点的工作，直接根据道路纵断面地面线，考虑道路纵向挖填平衡及道路纵坡相关技术要求，确定道路纵坡，并完成道路横断面设计，检查道路横断面设计状况，根据需要，再返回进行道路纵断面设计调整，甚至还可进行平面设计的调整，反复修改，重复以上过程，以达到最优的道路平、纵、横路线协调设计。

（3）试坡

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。 “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。 “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。

（4）调坡

调坡主要从以下两方面进行：

①结合选线意图进行调坡。 将试坡线与选线时所考虑的坡度进行比较，两者应基本相符。若有脱离实际情况或考虑不周的现象，则应全面分析，找出原因，权衡利弊，决定取舍。

②对照技术标准或规范进行调坡。 详细检查设计最大纵坡、坡长限制、纵坡折减以及平纵线形组合是否符合技术标准或规范的要求。 特别要注意陡坡与平曲线、竖曲线与平曲线、桥头接线、路线交叉、隧道及渡口码头等地方的坡度是否合理，发现问题要及时调整修正。

调整坡度线的方法有抬高、降低、延长、缩短纵坡线和加大、减小纵坡度等。 调整时应以少脱离控制点、少变动填挖为原则，以便调整后的纵坡与试定纵坡基本相符。

（5）核对

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他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他边坡不稳现象，则需调整坡度线。 核对是保证纵面设计质量的重要环节，对某些复杂地段，如山区横坡陡峻的傍山线，这一工作尤为重要。

（6）定坡

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。 坡度值一般是用三角板推平行线的办法，直接读厘米格子得出，要求取值到千分之一，即0.1％。 变坡点的位置直接从图上读出，一般要调整到整10m桩位上。 变坡点的高程是根据路线起点的设计标高由已定的坡度、坡长依次推算而来。 由于现在业内设计都由道路CAD系统来完成，因此，坡段的坡度也可以由CAD系统确定的变坡点标高进行反算。

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、城镇、大中桥、隧道等地段路线纵坡的特殊要求。

（7）设计竖曲线

根据道路等级和情况，确定竖曲线半径，并计算竖曲线要素。

（8）高程计算

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；两者之差为“-”，则是挖方。

2.纵断面设计图

（1）公路纵断面设计图

路线纵断面图是纵断面设计的最终成果，是道路设计文件的重要组成部分，如图4.12所示。 在纵断面图上表示原地面的标高线称为地面线。 地面线上各点的标高称为地面标高，沿道路中线所作的纵坡设计线称为纵断面设计线，在纵断面设计线上的各点标高称为设计标高（又称为路基设计标高）。 任一桩号的设计标高与地面标高之差，称为该桩号的施工高度（即填挖值）。 纵断面图反映路线所经地区中线之地面起伏情况与设计标高之间的关系。

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。

在纵断面图中，图的上半部应包括如下主要内容：①高程、地面线、设计线、竖曲线及其要素；②桥涵（桥梁按桥型、孔数及孔径标绘，注明桥名、结构类型、中心桩号、设计水位；跨线桥示出交叉方式；涵洞与通道按桩号及底高绘出，注明结构类型、中心桩号、孔数及孔径）；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；⑦沿线跨越河流的现有水位和设计洪水位，影响路基稳定的地下水位等。

图的下部各栏应标示出土壤地质情况、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。

（2）城市道路纵断面图

城市道路的纵断面图一般包括以下内容：道路中线的地面线，纵坡设计线，施工高度（填挖值），土壤地质剖面图，沿线桥涵位置，街沟类型和孔径，沿线交叉口位置和标高，沿线水准点位置、桩号和标高等，以及在图的下方附以简要的说明表格。 在市区主干道的纵断面图上，尚应标注出相交道路的路名与交叉口的交点标高以及街坊与主要建筑物的出入口标高等，如图4.13所示。

当设计纵坡小于0.3％时，道路两侧街沟应作锯齿形街沟设计，以满足排水要求，并分别算出雨水进水口和分水点的设计标高，标注在相应的图栏内。

城市道路纵断面图的比例尺一般采用水平方向1∶500～1∶1000，垂直方向1∶50～1∶100。