第一节 纵坡及坡长
一、最大纵坡和最小纵坡
（一）最大纵坡
最大纵坡是指在纵坡设计时各级道路允许采用的最大坡度值，它是根据道路等级、自然条件、行车要求等因素综合确定的，是道路纵断面设计的重要控制指标。在地形起伏大的地区，纵坡的大小将直接影响路线的长短、使用质量、运输成本和工程造价。
最大纵坡的确定主要取决于汽车的动力性能、公路等级和自然因素，但另一方面还必须保证行车安全。从实际调查中可知，汽车沿陡坡上坡行驶时，为克服升坡阻力而需要增大牵引力，从而采用低速挡运行，长时间爬坡会导致汽车水箱沸腾、气阻，甚至发动机熄火，驾驶条件恶化。另外，汽车使用低档的行程时间越长或换挡次数频繁，会增加汽车燃料消耗和机件磨损。汽车在陡坡路段下坡时，由于制动次数增多，会引起制动器发热以至失效，导致行车事故。
考虑以上因素，为适应汽车的爬坡能力和行车安全性，必须对道路最大纵坡加以限制。我国公路对最大纵坡的规定见表31。同时规定，小桥与涵洞处纵坡应按路线规定采用；大桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；位于城镇附近非汽车交通量较大的路段，桥上及桥头引道纵坡均不应大于3%；紧接大、中桥桥头两端的引道纵坡
表3 1
各级公路最大纵坡
注 1.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，最大纵坡可增加1%。
2.公路改建中，设计速度为40km/h、30km/h、20km/h利用原有公路的路段，经技术经济论证，最大纵坡可
增加1%。
3.位于海拔2000m以上或严寒冰冻地区，四级公路山岭、重丘区的最大纵坡不应大于8%。
4.海拔3000m以上的设计速度不大于80km/h的高原地区公路，最大纵坡值应按相关规定予以折减。
应与桥上纵坡一致。隧道内纵坡不应大于3%，并不小于0.3%；但短于100m的隧道其纵坡不受此限；高速公路、一级公路的中、短隧道，当条件受限制时，经技术经济论证后最大纵坡可适当加大，但不宜大于4%。
城市道路的机动车道最大纵坡见表32，并应符合下列规定：新建道路应采用不大于最大纵坡一般值。改建道路、受地形条件或其他特殊情况限制时，可采用最大纵坡极限值。除快速路外的其他等级道路，受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证后，最大纵坡极限值可增加1.0%。积雪或冰冻地区的快速路最大纵坡不应大于3.5%，其他等级道路最大纵坡不应大于6.0%。
表3 2
城市道路最大纵坡
城市中非机动车主要是指自行车，考虑其爬坡能力低，非机动车道纵坡宜小于2.5%，机动车和非机动车混行的车行道应按自行车的爬坡能力控制道路纵坡。
（二）最小纵坡
为使道路上行车快速、安全和畅通，希望道路纵坡设计的小一些，但是在长路堑、低填方以及其他横向排水不畅通的地段，为防止积水渗入路基而影响其稳定，各级公路的长路堑路段以及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计水平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑，其边沟应作纵向排水设计。当然，对于干旱地区，以及横向排水良好、不产生路面积水的路段，也可不受此最小纵坡的限制。城市道路最小纵坡不应小于0.3%，当遇特殊困难纵坡小于0.3%时，应设置锯齿形边沟或采取其他排水设施。
二、坡长限制与缓和坡段
（一）坡长限制
坡长是纵断面上相邻两变坡点间的长度。坡长限制，主要是对较陡纵坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制。
1.最大坡长限制
最大坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行使的距离。实际调查资料表明，道路纵坡的大小及其坡长对汽车的行驶影响很大，特别是长距离的陡坡对汽车行驶非常不利。当陡坡的坡段太长，汽车因克服行驶阻力而使行驶速度显著降低，在提高汽车功率时又易使水箱开锅，导致汽车爬坡无力，甚至熄火；下坡时制动次数增加易使制动器发热而失效，造成车祸。所以我国道路设计规范规定了最大坡长限制，各级公路不同纵坡时的最大坡长见表33。城市道路机动车道的纵坡坡长限制见表34。
城市道路非机动车道纵坡不小于2.5%时，纵坡最大坡长应符合表35的规定。
表3 3
各级公路纵坡长度限制
单位：m
表3 4
城市道路机动车道坡长限制
表3 5
非机动车道最大坡长
2.最小坡长限制
从行车的平顺性、加速过程的适应性和线形几何的连续性考虑，纵坡不宜过短。
最小坡长限制主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑。如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生增重与减重的频繁变化，导致感觉不舒适，车速越高感觉越突出，而且路容美观、相邻两竖曲线的设置和纵断面的视距等也要求坡长不能太短。为使纵断面线形不至于因起伏频繁而呈锯齿形的状况，便于平面线形的合理布设，应限制纵坡的最小长度。最小坡长通常以设计速度行驶9～15s的行程作为规定值。各级公路最小坡长见表36，城市道路最小坡长见表37。
表3 6
各级公路最小坡长
表3 7
城市道路最小坡长
（二）缓和坡段
在纵断面设计中，当陡坡的长度达到限制坡长时，应安排一段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度。同时，从下坡安全考虑，缓坡也是非常必要的。在缓坡上汽车将加速行驶，缓坡的长度应适应该加速过程的需要。
根据实际观测试验，缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应不小于最小坡长。若地形限制不严，当设计速度不小于60km/h时，缓和坡段宜小于2%，其长度宜为设置竖曲线以后直坡段的长度。
缓和坡段的具体位置应结合纵向地形起伏情况，尽量减少填挖方工程数量，同时应考虑路线的平面线形要素。在一般情况下，缓和坡段宜设置在平面的直线或较大半径的平曲线上，以便充分发挥缓和坡段的作用，提高整条道路的使用质量。在必须设置缓和坡段而地形又困难地段，可将缓和坡段设于半径比较小的平曲线上，但应适当增加缓和坡段的长度，以使缓和坡段端部的竖曲线位于小半径平曲线以外。这种要求对提高行驶质量、保证行车安全是必要的。
三、平均纵坡与合成坡度
（一）平均纵坡
平均纵坡（ip）是指在一定长度路段的高差值与该路段长度的比值，用百分率（%）表示。它是衡量纵面线形质量的一个重要指标。
ip=
H L
（3 1）
式中 H———相对高差，m；
L———路线长度，m。
根据对山区公路行车的实际调查发现，有时虽然公路纵坡设计完全符合最大纵坡、坡长限制及缓和坡长的规定，但也不能保证行车顺利安全。如果在长距离内，平均纵坡较大，汽车上坡用二挡时间较长，发动机长时间发热，易导致汽车水箱沸腾、气阻。同样，汽车下坡时，频繁刹车，易引起制动器发热，甚至烧毁制动片，加之驾驶员心理过分紧张，极易发生事故。因此，从汽车行驶方便和安全出发，除合理运用最大纵坡、坡长限制及缓和坡段的规定外，还应控制平均纵坡。
我国《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）规定：二、三、四级公路越岭路线连续上坡（或下坡）路段，相对高差为200～500m时，平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5%，并注意任意连续3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%。高速公路、一级公路可采用运行速度对其安全性进行验算、评价，以策安全。
（二）合成坡度
合成坡度是指路线纵坡与弯道超高横坡或路拱横坡的矢量和，其坡度方向为流水方向，又称流水线坡度，如图32所示。计算公式为：
iH=㊣i2+i2b
（3 2）
图32 合成坡度示意图
式中 iH———合成坡度，%；
i———路线纵坡，%；
ib———超高横坡度或路拱横坡度，%。
由于合成坡度是由纵向坡度与横向坡度组合而成的，其坡度值比原路线纵坡大。汽车在设有超高的坡道上行驶时，不仅要受坡度阻力的影响，而且还要受离心力的影响。尤其是当纵坡大而平曲线半径小时合成坡度大，由于合成坡度的影响而使汽车重心发生偏移，给汽车行驶带来危险。所以，当平曲线与坡度组合时，为了防止汽车沿合成坡度方向滑移，应将超高横坡与纵坡的组合控制在适当的范围以内。
我国《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）规定：在设有超高的平曲线上，超高与纵坡的最大合成坡度值不得超过表38的规定。《城市道路工程设计规范》（CJJ37—2012）规定了各级城市道路的最大合成坡度，见表39。
表3 8
各级公路的最大合成坡度
表3 9
城市道路最大合成坡度
为了保证路面排水，各级公路和城市道路的最小合成坡度不宜小于0.5%。在超高过渡的变化处，合成坡度不应设计为0。当合成坡度小于0.5%时，应采用综合排水措施，以保证路面排水畅通。
四、纵坡设计基本要求
（一）公路纵坡设计要求
（1）平原、微丘地形的纵坡应均匀平缓，注意保证最小填土高度和最小纵坡的要求。丘陵地形应避免过分迁就地形而导致起伏过大，注意纵坡应顺适不产生突变。
（2）山岭、重丘地形的沿河线应尽量采用平缓纵坡，坡长不应超过限制长度，纵坡不宜大于6%，注意路基控制标高的要求。
（3）越岭线的纵坡力求均匀，尽量不采用极限或接近极限的坡度，更不宜在连续采用极限长度的陡坡之间夹短的缓和坡段。越岭线一般不应设置反坡，应满足平均坡度的要求。
（4）山脊线和山腰线除结合地形不得已时采用较大纵坡外，在可能条件下纵坡应缓些。
（5）对各连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端连接段等，纵坡应平缓，避免产生突变。
（6）如受“控制点”或“经济点”制约，导致纵坡起伏过大或土石方工程量太大，经调整仍难以解决时，可用纸上移线的方法局部修改原定纵坡线。
（7）依公路路线的性质要求，纵坡设计应适当照顾当地民间运输工具、农业机械、农田水利等方面的要求。
（二）城市道路纵坡设计要求
（1）应参照城市规划要求确定沿线主要控制点的标高。
（2）为保证行车安全、舒适，纵坡应均匀平顺，起伏不宜频繁，并应与相交道路、街坊、广场和沿线建筑的出入口有平顺的衔接。城市道路纵坡设计还应考虑非机动车行驶的需要。
（3）设计标高的确定应结合沿线地形、地质、水文、气候等自然条件。
（4）纵坡设计应与平面线形和周围景观相协调，并考虑人体视觉心理上的要求。（5）应争取填挖平衡，尽量移挖作填，以节省土石方量，降低工程造价。
（6）城市道路的纵坡及设计标高的确定，还应考虑沿线两侧街坊地坪标高及保证地下管线最小覆土厚度的要求，一般应使缘石顶面标高低于两侧街坊或建筑物的地坪标高。