《道路平面设计》PPT课件(I) 87页

第三章道路平面设计§3.1道路平面线形设计原理道路的平面：路线在水平面上的投影。反映道路的弯曲状况。道路的纵断面：沿道路中线竖直剖切再行展开在立面上的投影。反映道路纵向的起伏变化情况。道路的横断面：中线上任意点的法向切面。反映道路横向的宽度及具体的横向布置。 §3.1道路平面线形设计原理中线 §3.1道路平面线形设计原理汽车行驶轨迹的特征：（1）行驶轨迹线不仅是连续的，而且是圆滑的。（2）行驶轨迹线的曲率是连续的。任何一点不出现两个曲率值。（3）行驶轨迹线的曲率对里程或对时间的变化率是连续的。当平面线形与汽车轨迹相符或接近时，才能保证行车的顺畅与安全。 §3.1道路平面线形设计原理 §3.1道路平面线形设计原理 §3.1道路平面线形设计原理汽车的行驶轨迹：设汽车从直线进入弯道上等速行驶，速度为v，方向盘转动为匀速，转动角速度为ω，行驶t秒后，行驶的距离为l，方向盘转动角度为，前轮相应的转角为Φ，则：k——小于1的系数。rφd0XY设汽车前后轮轴距为d，前轮转动后，汽车的行驶轨迹曲线半径为r，由图可知： §3.1道路平面线形设计原理由于Φ很小，可以近似地认为汽车以v（m/s）等速行驶，经时间t以后，其行驶距离（弧长）l为：v、d、k、ω均为常数，令汽车匀速从直线进入圆曲线其行驶轨迹的弧长与曲率半径之乘积为一常数 §3.1道路平面线形设计原理道路的设计程序：公路设计：顾及纵横断面平衡及横断面稳定的前提下，先确定平面线形。城市道路：先进行横断面布置，然后综合考虑平、纵面的合理安排。平面线形的几何三要素：直线、圆曲线、缓和曲线（曲率不断变化，用来连接直线—圆，圆—圆的过渡曲线，以缓和离心加速度的急剧变化）。 §3.2直线直线的特点:(1)路线短捷、行车方向明确、视距良好、行车快速、驾驶操作简单。(2)线形简单，容易测设。(3)直线路段能提供较好的超车条件（所以双车道的公路间隔适当处要设置一定长度的直线）。(4)从行车的安全和线形美观来看：过长的直线，线形呆板，行车单调，易疲劳；也易发生超车和超速行驶，行车时司机难以估计车间距离；在直线上夜间对向行车易产生眩光。(5)只能满足两个控制点的要求，难与地形及周围环境相协调。 §3.2直线 §3.2直线直线的运用:一般情况下，下述路段可采用直线线形：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷底；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长大桥梁、隧道等构造物路段；（4）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。（6）收费站及其附近 §3.2直线长直线最大长度的规定：德国、日本规定不超过20V(V是设计车速，用km／h表示，20V相当于72s的行程)。前苏联规定为8km，美国为3min的行程。我国目前尚无统一的规定。一般认为不超过20V为宜，但当遇到特殊情况或受地形限制，或在城镇附近时，也可超过此限值。在运用直线线形并确定其长度时，必须持谨慎态度。总的原则是：公路线形应与地形相适应，与景观相协调，直线的最大长度应有所限制，当采用长的直线线形时，为弥补景观单调的缺陷，应结合具体情况采取相应的技术措施。 §3.2直线长直线应采取的措施：长直线上的纵坡度不宜大于3%，否则下坡易出现超车、制动失灵等现象；长直线宜与大半径的凹形竖曲线结合，可以缓和生硬呆板的直线；道路两侧地形过于空旷时，宜改善单调景观；长直线或长下坡的尽头，宜连接大半径的平曲线，或设置标牌；与一定的交通工程设施相配合。 §3.2直线 §3.2直线 §3.2直线德国柏林 §3.2直线直线的最小长度：考虑到线形的连续和驾驶的方便，相邻两曲线之间应有一定的直线长度。这个直线长度是指前一曲线的终点（缓直HZ或圆直YZ）到后一曲线起点（直缓ZH或直圆ZY）之间的长度。这个直线的长度不宜过短 §3.2直线同向曲线间的直线最小长度：断背曲线：互相通视的同向曲线间若插以短直线，容易产生把直线和两端的曲线看成是同一条曲线的错觉，这种线形破坏了线形的连续性，且容易造成驾驶操作的失误，设计中应尽量避免。最小长度：《规范》推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于6V为宜。这种要求在车速较高的道路（V≥60Km/h）上宜尽可能保证，而对于低速道路（V≤40Km/h）则有所放宽，但不得小于3V。条件许可时，宜将同向曲线设计成单曲线、复曲线、卵形曲线或C形曲线。 §3.2直线 §3.2直线反向曲线间的直线最小长度：反向两圆曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶人员转向操作的需要，宜设置一定长度的直线。《规范》规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以Km/h计）的2倍为宜。在受到限制的地点也可将二反向缓和曲线首尾相接，但被连接的二缓和曲线和圆曲线宜满足一定的条件，形成“S”型曲线。 §3.2直线设计速度（km/h）1201008060403020直线长度同向曲线间一般值720600480360240180120最小值1209060反向曲线间240200160120806040曲线间最小直线长度 §3.2直线回头曲线间的直线最小长度：越岭线应尽量利用有利地形自然展线避免设置回头曲线，或者以隧道克服高差，因地形、地质、资金条件所限而不能采取自然展线时，方可采用回头曲线。而相邻回头曲线之间，应争取有较长的直线距离，其最小长度在40km/h、30km/h、20km/h的公路上分别应不小于200、150、100m。 §3.2直线 §3.3圆曲线圆曲线的特点：任意点曲率半径为常数，曲率为常数，故测设简单。能较好地适应地形变化，各级公路不论转角大小均应设圆曲线，适用范围较为广泛；较大半径的长缓圆曲线线形美观，顺适，行车舒适；圆曲线上每一点都在不断改变方向，汽车受到离心力作用，同时汽车比直线段多占用宽度。圆曲线半径较小时，驾驶员视线受到内侧路堑边坡或其他障碍物影响，视距条件差；半径较小，中心角过大，会影响行车安全。 §3.3圆曲线圆曲线的几何元素：圆曲线以转角α及半径R表示。不设缓和曲线时：（有缓和曲线时，计算见第四节）--切线长--外距--超距--曲线长 §3.3圆曲线圆曲线半径：圆曲线最小半径与汽车横向稳定性有关，而最大半径与驾驶员的视觉判断有关。最小半径的计算公式如下：主点桩号：直圆点曲中点园直点校验 §3.3圆曲线圆曲线最小半径值的计算：当速度一定时，最小半径取决于最大横向力系数μmax和最大超高率imax。横向力系数μ：越大，行车越不利，主要表现在行车安全、乘客感觉舒适度和运行经济性三个方面。1）汽车不发生滑移的条件：μ≤φxφx的取值为：一般干燥路面>0.4，潮湿路面为>0.25，结冰或积雪路面0.1。 §3.3圆曲线２）乘客舒适性：不感到曲线存在，很平稳；略感曲线存在，尚平稳；已感到曲线存在，稍感到不平稳；感到有曲线存在，已感到不平稳；转弯时已非常不稳定，站立不住有倾倒的危险； §3.3圆曲线３）运行经济性：即与燃料消耗和轮胎磨损有关．综上：横向力系数一般取0.1~0.15 §3.3圆曲线超高横坡度（超高率）ih：按设计速度、半径大小、结合路面类型、自然条件和车辆组成、心理因素等情况并考虑慢车和停驶车辆等综合确定。公路和城市道路超高横坡度见下表。当超高横坡度的计算值小于路拱坡度时，可取路拱坡度。公路等级高速公路、一级公路二级公路、三级公路、四级公路一般地区8%或10%8%积雪冰冻地区6%设计速度100,8060,5040,30,20最大超高横坡度6%4%2%公路超高横坡度最大值城市道路超高横坡度最大值 §3.3圆曲线最小半径值的计算：圆曲线最小半径包括极限最小半径、一般最小半径和不设超高最小半径。极限最小半径按最大超高横坡度和最大横向系数计算，有特别限制时采用。不设超高的最小半径：当不设超高时，汽车沿双向路拱外侧行驶的路面摩阻力足以保证汽车行驶的稳定性时采用。此时路拱横坡度为负值。μ=0.035～0.05。一般最小半径介于极限最小半径和不设超高最小半径之间，为了保证乘客更加安全和舒适，μ=0.05～0.06。 §3.3圆曲线各级公路的平曲线最小半径设计速度km/h1201008060403020一般值(m)10007004002001006530极限值(m)i=8%650400250125603015不设超高最小半径(m)路拱≤2%5500400025001500600350150路拱>2%7500525033501900800450200 §3.3圆曲线城市道路圆曲线最小半径 §3.3圆曲线圆曲线最大半径：为避免由于半径过大，给驾驶员造成判断错误，取10000m。选用圆曲线半径时应注意： §3.4缓和曲线缓和曲线：是指在直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。除四级公路外，其余级别公路均应设缓和曲线。缓和曲线的作用：1）缓和曲线通过其曲率逐渐变化，可更好的适应汽车转向的行驶轨迹。2）汽车从一个曲线过渡到另一个曲线的行驶过程中，使离心加速度逐渐变化,不至于产生过大的侧向冲击。3）缓和曲线可以作为超高和加宽变化的过渡。4）缓和曲线的设置可使线形美观连续。 §3.4缓和曲线缓和曲线的性质：缓和曲线应能很好地符合汽车行驶轨迹的特征,即汽车行驶轨迹半径随其行驶距离的增加而递减，也就是轨迹上任意一点的半径与其距起点的距离成反比。缓和曲线的选择：曲率连续变化的曲线有双纽线、回旋线、三次抛物线等，但曲线上任一点的曲率半径与起点到该点的距离的乘积为常数的曲线只有回旋线。因此我国《标准》规定缓和曲线采用回旋曲线。 §3.4缓和曲线缓和曲线的数学表达式：极坐标方程表达式：A表示回旋线的曲率变化的缓急程度。在回旋线的终点处：R；回旋线所连接的圆曲线半径Ls：缓和曲线的长度。为了设计方便，使量纲一致，故令A2=C，则 §3.4缓和曲线直角坐标方程表达式： §3.4缓和曲线回旋线几何要素的计算：回旋线上任意点P的要素计算： §3.4缓和曲线有缓和曲线的道路平曲线的几何要素：在单圆曲线和直线连接的两端，分别加入一段缓和曲线，即构成带缓和曲线的圆曲线，这种形式叫基本型。其平面线形三要素的组成是：直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线。 §3.4缓和曲线设缓圆点（HY）坐标值为（x0，y0），缓和曲线长Ls，曲线转角为α，半径为R，则有： §3.4缓和曲线其中：q—切线增值，即缓和曲线起点到圆曲线原起点的距离。β0—缓和曲线终点的缓和曲线角。ΔR—设缓和曲线后圆曲线内移值。Ls—缓和曲线长。Th、Lh、Eh、Dh—分别为设缓和曲线后的切线长、曲线长、外距、超距。 §3.4缓和曲线主点桩里程推算：ZH(桩号)=JD(桩号)-THY(桩号)=ZH(桩号)+LsQZ(桩号)=HZ(桩号)-L/2或QZ(桩号)=ZH(桩号)+L/2YH(桩号)=HY(桩号)+LyHZ(桩号)=YH(桩号)+LsJD(桩号)=QZ(桩号)+J/2 §3.4缓和曲线带有缓和曲线的平曲线的现场测设：切线支距法：1）测放缓和曲线时：2）测放圆曲线时：Lm：圆曲线上任意点m至缓和曲线终点弧长。αm：Lm所对应的圆心角。 §3.4缓和曲线偏角法：支镜于JD时：支镜于缓和曲线起终点时：坐标法（见第七章）。 §3.4缓和曲线缓和曲线的长度与参数：缓和曲线长度： §3.4缓和曲线4）根据视觉条件：国外经验，当R/3≤A≤R时，可获得比较平顺又协调的线形，通过变化可得：Ls=R/9~R。公路和城市道路缓和曲线最小长度见下表：设计速度(km/h)806050403020缓和曲线最小长度(m)705045452520城市道路缓和曲线最小长度 §3.4缓和曲线回旋曲线参数的确定：公路平面线形设计时，不仅可以选定缓和曲线长度，同样也可以选定缓和曲线参数值。可根据上述缓和曲线最小长度计算公式确定。1）依离心加速度变化率确定：2）依行驶时间：3）依允许超高渐变率确定：4）根据视觉条件确定：《规范》规定：当R小于100m时，则取A等于或大于R；当R接近100m时，取A等于R；当R较大或接近于3000m时，A宜等于R/3；如R超过了3000m，可取A小于R/3。 §3.4缓和曲线缓和曲线的省略1）直线与圆曲线间缓和曲线的省略①R≥RP②四级公路Rp:不设超高的最小半径，见表。2）半径不同的圆曲线间缓和曲线的省略①R小≥RP②R临2%7500525033501900800450200小圆临界曲线半径R临设计速度/km/h12010080604030临界半径/m21001500900500250130城市道路不设缓和曲线的最小圆曲线半径：设计速度(km/h)80605040不设缓和曲线的最小圆曲线半径（m）20001000700500 §3.4缓和曲线非对称缓和曲线的布设：实际工程中，常会遇到非对称缓和曲线，设第一缓和曲线Ls1、A1，第二缓和曲线Ls2、A2，则：所以：缓和曲线上其他元素可分上下半支分别计算。 §3.5平面线形的设计平面线形设计的一般原则：（一）平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调（二）在满足行驶力学要求的基本上，尽可能满足视觉和心理上的要求。高速公路、一级公路以及设计速度≥60km/h的公路，应注重立体线形设计，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<40km／h的公路，首先应在保证行车安全的前提下，正确地运用平面线形要素最小值。 §3.5平面线形的设计（三）保持平面线形的均衡与连贯（技术指标的均衡与连续性），尽可能不出现指标突变。1．长直线尽头不能接以小半径曲线。特别是在下坡方向的尽头更要注意。若由于地形所限小半径曲线难免时，中间应插入中等曲率的过渡性曲线，并使纵坡不要过大。2．高、低标准之间要有过渡。（四）应避免连续急弯的线形这种线形给驾驶者造成不便，给乘客的舒适也带来不良影响。设计时可在曲线间插入足够长的直线或回旋线。 §3.5平面线形的设计（五）平曲线应有足够的长度汽车在公路的任何线形上行驶的时间均不宜短于3s，以使驾驶操作不显的过分紧张。(1)平曲线一般最小长度为9s行程，但当中间圆曲线长度为零时，平曲线最小长度为6s行程。各级公路平曲线最小长度设计速度(km/h)1201008060403020一般值（m）600500400300200150100最小值（m）200170140100705040 §3.5平面线形的设计公路偏角≤7°时的曲线长度设计速度1201008060403020平曲线长度一般值1400/α1200/α1000/α700/α500/α350/α280/α最低值200170140100705040α——公路偏角，当α<2°时，按α=2°计算。(2)偏角小于7°时的平曲线最小长度：当转角过小时，即使设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉。此时可将平曲线仍看作是由两段回旋线组成。使α＜7°的曲线外矢距E与α=7°时曲线的E相等，可得下表值。 §3.5平面线形的设计平面线形要素的组合和衔接直线与圆曲线的配合路线的行车平顺性要求直线与曲线彼此协调而有比例地交替，路线直曲的变化应缓和匀顺。过长的直线段会使司机感到疲倦，只有在公路所指方向地平线处有明显目标时才允许采用长直线段。直线与曲线组合得当，能提高线形的行驶质量。直线与曲线配合不好的线形应予避免。例如，长直线末端应避免小半径平曲线，同向曲线间的短直线可用大半径的曲线来代替。 §3.5平面线形的设计曲线与曲线的组合：圆曲线的组合：同向曲线：两同向曲线间不得以短直线相连，否则应调整为一个单曲线或复曲线，或用回旋线连成卵形、凸形或复合形等。若以直线相连，直线最小长度为6V。反向曲线：中间直线长度不小于2V，或不设直线而将两反向曲线直接相连形成S形曲线；三、四级公路无超高加宽时，可径相衔接；无超高有加宽时，中间直线≥10m；有超高时，中间直线≥15m。复曲线：两个或两个以上不同半径的曲线以相切（含内切和外切）方式相连起来的一段线段叫做复合曲线。两同向曲线之间不设缓和曲线的条件2，即为设置复曲线的条件。 §3.5平面线形的设计回头曲线：圆心角接近于或大于等于180的曲线。只有在三、四级公路当自然展线无法争取需要的距离以克服高差时，或因地形、地质条件所限不能采取自然展线时，可采用回头曲线展线。相邻两回头曲线之间，应争取有较长的距离。由一回头曲线的终点至下一回头曲线起点的距离，当设计速度为40km/h、30km/h、20km/h时，两回头曲线间的直线长度分别应不小于200、150、100米。技术指标见表。 §3.5平面线形的设计主线设计速度/km/h403020回头曲线设计速度/km/h35302520圆曲线最小半径/m40302015回旋线最小长度/m35302520超高横坡度/%6666双车道路面加宽值/m2.52.52.53.0最大纵坡度/%3.53.54.04.5回头曲线技术指标 §3.5平面线形的设计平面线形三要素的组合形式：（一）基本型按直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线的顺序组合的线形。从线形的协调性出发，宜将回旋线、圆曲线、回旋线之长度比设计成1：1：1。两缓和曲线参数可相等形成对称布置，也可不等形成非对称布置，但A1:A2≤2.0 §3.5平面线形的设计 §3.5平面线形的设计（二）S形：两个反向圆曲线径相衔接或插入的直线长度不足时，可用两段回旋线将两反向圆曲线连接形成的组合。 §3.5平面线形的设计（1）S型相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等。当采用不同的参数时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。当A2≤200时，A1与A2之比应小于1.5.式中：l——反向回旋线间短直线或重合段的长度。（3）S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为：R1:R2≤2（2）在S型曲线上，两个反向回旋线之间不设直线，是行驶力学上所希望的。不得已插入直线时，必须尽量地短，其短直线（或两回旋线的重合段）的长度应符合下式： §3.5平面线形的设计（三）卵型用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合。 §3.5平面线形的设计（1）卵型上的回旋线参数A不应小于该级公路关于回旋线最小参数的规定，同时宜在下列界限之内：式中：A——回旋线参数；R2——小圆半径（m）。（2）两圆曲线半径之比宜在下列界限之内： §3.5平面线形的设计（3）两圆曲线的间距，宜在下列界限之内：D——两圆曲线最小间距（m）。 §3.5平面线形的设计（四）凸型在两个同向回旋线间不插入圆曲线而在曲率相同处径相衔接的组合。凸型的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线一般最小半径的规定。连接点附近最小0.3V（以m计，其中V为设计速度，按km/h）的长度范围内，应保持以连接点的曲率半径确定的横坡度。只有在路线严格受地形、地物限制处方可采用凸型曲线。 §3.5平面线形的设计（五）复合型两个圆曲线在连接处采用两个以上同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。两个回旋线参数之比宜为：A2：A1=1：1.5复合型回旋线除了受地形和其它特殊限制的地方外一般很少使用，多出现在互通式立体交叉的匝道线形设计中。 §3.5平面线形的设计（六）C型同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的线形。其连接处的曲率为0，也就是R=，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0。仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时使用。 §3.5平面线形的设计曲线线形总结线形图例组成特征基本型缓-圆-缓复曲线圆-圆R有限制C形圆-缓-缓-圆ρ=0凸形缓-缓ρ≠0卵形圆-缓-圆复合型圆-缓-缓-圆ρ≠0S形反向曲线缓-圆-缓-缓-圆-缓 §3.6行车视距种类：停车视距、会车视距、超车视距停车视距：停车视距：汽车行驶时，当视高为1.2m，物高为0.1m时，驾驶人员自看到前方障碍物时起，至障碍物前能安全停车所需的最短行车距离，即为停车视距停车视距由反应距离，制动距离，安全距离构成 §3.6行车视距S1：反应及制动生效时间为1.2s。S2：从制动生效到完全停止的距离。S3：安全距离，一般为5~10m。：路面与轮胎间的附着系数、道路阻力系数（=道路滚动系数+道路坡度） §3.6行车视距超车视距：在双车道公路上，当视高为1.2m，物高为1.2m，后车超越前车过程中，从开始驶离原车道之处起，至可见逆行车并能超车后安全驶回原车道所需的最短距离，即为超车视距。分四阶段 §3.6行车视距1．加速行驶距离S12．超车汽车在对向车道上行驶的距离S23．超车完了时，超车汽车与对向汽车之间的安全距离S34．超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离S4 §3.6行车视距会车视距：两辆对向行驶的汽车在同一车道上相遇，及时制动并停车所必须的安全视距称为会车视距。其长度不应小于停车视距的两倍。由三部分组成：①反应时间所行驶的距离；②制动距离；③安全距离。 §3.6行车视距设计速度/km/h1201008060停车视距/m21016011075会车视距为：高速公路、一级公路停车视距设计速度/km/h8060403020停车视距/m11075403020会车视距/m220150806040超车视距/m550350200150100二级、三级、四级公路停车视距、会车视距、超车视距 §3.6行车视距平面视距的保证：1)高、一级公路应满足S停。因有中间分隔带，无对向车，故不存在会车问题。且高速公路和一级公路的车道数均在4个车道以上，快慢车用划线分隔行驶，各行其道，也不存在超车问题。2)二、三、四级公路，一般应满足S会。在工程特别困难或受其它限制地段，可采用停车视距，但必须采取分道行驶的措施。3)对向行驶的双车道公路，应根据需要并结合地形在适当的距离内设置具有超车视距的路段。 §3.6行车视距视距范围内障碍物的清楚：汽车在弯道上行驶时，弯道内侧行车视线可能被树木、建筑物、路堑边坡或其它障碍物所遮挡而使行车视距受到影响。可以采用加宽路肩、阻挡构造物后移、按横净距绘制的包络线清除边坡（停车视距时）、或开挖视距台（会车视距时）等方法处理。视距曲线法：视距曲线是指与驾驶员视线连续相切的曲线。沿汽车行驶轨迹线每隔一定距离确定一个视点，量出视距弧长，即可确定出视线。与这些视线相切的外边缘线即为视距曲线。 §3.6行车视距横净距计算法（以未设缓和曲线为例）：汽车轨迹线与视距曲线的各点的距离称横净距h。当汽车轨迹线长L>视距曲线长S时： §3.6行车视距当L