道路平面设计 134页

第3章道路平面设计《道路勘测设计重庆交通大学 §3.1路线平面的基本线形§3.2圆曲线§3.3缓和曲线§3.4弯道的超高与加宽§3.5行车视距§3.6平面线形的组合与衔接§3.7路线的平面交叉§3.8路线平面图的绘制《道路勘测设计重庆交通大学 路线----指道路中线。线形----道路中线的空间形状。§3.1路线平面的基本线形1.路线(routeofroad) 路线的平面(horizontal)--道路中线在水平面上的投影。路线纵断面(vertical)--沿着中线竖直剖切，再行展开。公路横断面(cross-sectional)--中线各点的法向切面。中线§3.1路线平面的基本线形1.路线(routeofroad) （1）平面线形(horizontalalignment)要素曲率为零的线形….……直线；曲率为常数的线形…….圆曲线；曲率为变数的线形…….缓和曲线。（2）直线(tangent)（3）圆曲线(circularcurve)（4）缓和曲线(transitioncurve)可以作为缓和曲线的有：回旋曲线、三次抛物线、双纽曲线，常用的是回旋曲线。直线、圆曲线、缓和曲线称为“平面线形三要素”§3.1路线平面的基本线形1.路线(routeofroad) （1）直线(tangent)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）。§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 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。§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 （2）直线的标准规定：1）直线最大长度德国20V；前苏联8km；美国3mile。总的原则：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。§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 2）采用长的直线线形时，应注意的问题：直线的最大长度应有所限制。当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下述问题：①长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度②长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬呆板的直线得到一些缓和§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 §3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成哪一个最优？ ③两侧地形过于空旷时，宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。④长直线或长下坡尽头的平曲线必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 美国俄勒冈州典型沙漠公路 香榭丽舍与凯旋门 德国柏林 2）直线的最小长度①同向曲线间的直线最小长度同向曲线(adjacentcurveinonedirec-tion)----指两个转向相同的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。A.当Ｖ≥60km/h时，直线≥６Ｖ（以km/h计）为宜B.当Ｖ≤40km/h时，可参照上述规定执行§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 2）直线的最小长度②反向曲线间的直线最小长度反向曲线(reversecurve)----指两个转向相反的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。A.当Ｖ≥60km/h时，直线≥２Ｖ（以km/h计）为宜B.当Ｖ≤40km/h时，可参照上述规定执行C.特别困难四级15m§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 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为反向曲线的错觉，当直线过短时甚至把两个曲线看成是一个曲线，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，通常称为断背曲线。设计中应尽量避免。§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 §3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成断背曲线 XY直线的计算§3.1路线平面的基本线形2.平面线形组成 3.2圆曲线1.概述（1）圆曲线线形特征：1）曲线上任意一点的曲率半径R=常数，故测设比缓和曲线简便。2）汽车在圆曲线上的行驶要受到离心力；在平曲线上行驶时要多占路面宽。3）视距条件差，容易发生交通事故。4）较大半径的长缓圆曲线具有线形美观、顺适、行车舒适等特点。故常采用。 3.2圆曲线1.概述 哪一个最大？哪一个最小？3.2圆曲线1.概述 （2）平曲线长度1）平曲线最小长度规定①从驾驶员操纵方便、行车舒适性以及视觉要求来看，应对平曲线长度加以限制。②公路按6s行程长度控制；条件许可的按9s控制：LS：LY：LS≈1：1：1，才能使其线形美观、顺畅。§3.2圆曲线2.设计标准 （2）平曲线长度2）小转角时的平曲线长度当公路转角小于或等于7°时，曲线长度往往看上去较实际长度为短。因为在曲线两端附近的曲线部分被误认为是直线，只有在交点附近的部分才能看出是曲线，这就会给驾驶员造成急转弯的错觉。§3.2圆曲线2.设计标准 §3.2圆曲线3.圆曲线半径的确定（1）一般情况下宜采用极限最小半径的4～8倍或超高为2～4％的圆曲线半径；（2）地形条件受限制时，应采用大于或接近于一般最小半径的圆曲线半径；（3）地形条件特别困难不得已时，方可采用极限最小半径；（4）应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形 §3.2圆曲线3.圆曲线半径的确定（5）应同纵面线形相配合，应避免小半径曲线与陡坡相重叠；（6）每个弯道半径值的确定，应根据实地的地形、地物、地质、人工构造物及其它条件的要求，用外距、切线长、曲线长、曲线上任意点线位、合成纵坡等控制条件反算，并结合标准综合确定。 §3.2圆曲线4.圆曲线的计算（1）单圆曲线，其曲线几何要素为：（2）曲线主点桩号计算如下：ZY（桩号）=JD（桩号）－TQZ（桩号）=YZ（桩号）－L/2YZ（桩号）=ZY（桩号）+LJD（桩号）=QZ（桩号）+J/2 §3.3缓和曲线1.概述（1）缓和曲线的线形特征缓和曲线----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。 §3.3缓和曲线1.概述其线形特征为：1)缓和曲线曲率渐变，设于直线与圆曲线间，其线形符合汽车转弯时的行车轨迹，从而使线形缓和，消除了曲率突变点。2)由于曲率渐变，使道路线形顺适美观，有良好的视觉效果和心理作用感。3)在直线和圆曲线间加入缓和曲线后，使平面线形更为灵活，线形自由度提高，更能与地形、地物及环境相适应、协调、配合，使平面布线更加灵活、经济、合理。4)与圆曲线相比，缓和曲线计算及测设均较复杂。 （2）缓和曲线作用1）曲率连续变化，视觉效果好。（线形缓和）2）离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适（行车缓和）3）超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳（超高缓和）§3.3缓和曲线1.概述 （3）缓和曲线的选择1）缓和曲线轨迹特点：由直线驶入圆曲线转弯时，其轨迹上的任一点的曲率半径与其行程l（自转弯开始点算起）成反比，此轨迹方程为回旋曲线方程。因此我国《标准》规定缓和曲线采用回旋曲线。§3.3缓和曲线1.概述 ①回旋曲线、三次抛物线和双纽线在极角较小（5°～6°）时，几乎没有差别。②随着极角的增加，三次抛物线的长度比双纽线的长度增加的较快，而双纽线的长度又比回旋线的长度增加得快些。③回旋线的半径减小得最快，而三次抛物线则减小的最慢。从保证汽车平顺过渡的角度看，三种曲线都可以作为缓和曲线。④此外，也有使用n次（n≥3）抛物线、正弦形曲线、多圆弧曲线作为缓和曲线的。但世界各国使用回旋曲线居多，我国《标准》规定的缓和曲线也是回旋线。2）回旋曲线、三次抛物线和双纽线线形比较：§3.3缓和曲线1.概述 3）缓和曲线的一般方程式：(3-6)为了设计方便，使量纲一致，故令A2=C，则§3.3缓和曲线1.概述 §3.3缓和曲线2.设计标准 §3.3缓和曲线2.设计标准 （3）缓和曲线的省略……公路1）直线与圆曲线间缓和曲线的省略ls①R≥RP②四级公路2）半径不同的圆曲线间缓和曲线的省略lF①R小≥RP②R临不设缓和曲线的最小R时，可省，表3－7。§3.3缓和曲线2.设计标准 （1）回旋曲线的几何要素（2）带缓和曲线的圆曲线的计算§3.3缓和曲线3.缓和曲线的计算 （1）基本型曲线的圆曲线要素计算：§3.3缓和曲线3.缓和曲线的计算 （2）曲线主点桩号计算：ZH(桩号)=JD(桩号)-THY(桩号)=ZH(桩号)+lsQZ(桩号)=HZ(桩号)-L/2YH(桩号)=HY(桩号)+LyHZ(桩号)=YH(桩号)+lsJD(桩号)=QZ(桩号)+J/2§3.3缓和曲线3.缓和曲线的计算 （3）回旋曲线上任意点的坐标公式：（4）在圆曲线上任意一点的坐标公式：lml坐标原点均在ZH、HZ§3.3缓和曲线3.缓和曲线的计算 （1）定义为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡，称为超高。目的：提高行车的安全性和舒适性。范围：ZY～YZ或HY～YH§3.3缓和曲线3.缓和曲线的计算 （2）超高坡度1）最大超高坡度（极限最小半径时）由平曲线半径计算公式(3—1)可得(3.36)当Ｖ＝0时，在产生滑移的极限状态u=时故受横向滑移限制ic≤公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路一般地区(%)8或108积雪冰冻地区(%)6§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 2）最小超高坡度各级公路圆曲线部分最小超高坡度值应与该公路直线部分的正常路拱横坡度一致。3）超高坡度的确定（任意半径时）各圆曲线半径所设置的超高坡度值应根据设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等经计算确定。§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) （3）超高方式1）公路①无中间带的公路a．绕内边缘旋转，简称边轴旋转b．绕中线旋转，简称中轴旋转。c．绕外边缘旋转。②有中间带的公路a．绕中间带的中心线旋转。b．绕中央分隔带边缘旋转。c．绕各自行车道中线旋转。③分离式公路超高过渡方式可视为两条无中间带的公路分别予以处理。§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 绕内边缘旋转抬肩、外绕中至ig、全绕内至ic适用于新建公路§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) ZHHY绕内边缘旋转抬肩、外绕中至ig、全绕内至ic抬肩双坡阶段全超高阶段旋转阶段§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 绕中线旋转抬肩、外绕中至ig、全绕中至ic适用于改建公路§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) ZHHY绕中线旋转抬肩、外绕中至ig、全绕中至ic提肩双坡阶段全超高阶段旋转阶段§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 绕外边缘旋转抬肩、外绕外至水平、全绕外至ic适用于特殊公路§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 内边轴中轴外边轴设计标高§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 绕中间带的中心线旋转，如图3.10a。用于窄中间带的公路。绕中央分隔带边缘旋转，如图3.10b。各种宽度不同中间带的公路均可。绕各自行车道中线旋转，如图3.10c。用于单向车道数大于四条的公路§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 2)城市道路单幅路路面宽度及三幅路机动车道路面宽度宜绕中线旋转；双幅路路面宽度及四幅路机动车道路面宽度宜绕中间分隔带边缘旋转，使两侧车行道各自成为独立的超高横断面。§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) （4）超高缓和段(superelevationrunoff)从直线段的双向横坡渐变到圆曲线路段具有超高单向横坡的过渡段称为----超高缓和段。Lc设于圆曲线的两端。为了行车舒适和利于排水，对超高缓和段长度必须加以规定。§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) 注意：①超高缓和段长度应采用5的倍数，并不小于10m；②当线形设计须采用较长的回旋曲线时，横坡度由2%（或1.5%）过渡到0%路段的超高渐变率不得小于1/330。③超高的过渡应在回旋线全长范围内进行，但当超高渐变率过小时(为保证排水、超高渐变率不得小于1/330)，而只设在该回旋线的某一区段范围之内。§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) （5）超高值的计算超高缓和段上各断面处的路基外缘、内缘、中线与路基设计标高之高差ｈc叫-----超高值。计算如表3－14所列公式。§3.4弯道的超高与加宽1.超高(superelevation) §3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening)（1）定义－－汽车在曲线路段上行驶时，靠近曲线内侧后轮行驶的曲线半径最小，靠曲线外侧的前轮行驶的曲线半径最大。为适应汽车在平曲线上行驶时，后轮轨迹偏向曲线内侧的需要，在平曲线内侧相应增加的路面、路基宽度称为曲线加宽(又称弯道加宽)。 §3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) 3）标准规定平曲线半径≤250m时，应在平曲线内侧加宽。公路加宽值表3.15。四级公路和山岭重丘区的三级公路采用第1类加宽值；其余各级公路采用第3类加宽值；对不经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第2类加宽值。城市道路加宽值见表3.16。§3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) （3）加宽缓和段(transitionzoneofcurvewidening)当平曲线R≤250m时，一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽。为了使路面和路基均匀变化，设置一段从加宽值为零逐渐加宽到全加宽的过渡段，称为------加宽缓和段。§3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) （4）加宽缓和段的长度LJ①加宽所需的最小长度。在不设缓和曲线或超高缓和段时，应按渐变率1：15且≮10m的要求设置；②设置超高缓和段lC时，lJ=lC；③设置缓和曲线lS时，lJ=lS。§3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) （5）LJ内加宽值的过渡方式1）直线比例法：处理简单粗造，不圆滑美观，适用于一般二、三、四级公路。§3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) 2）切线法：适用于四级公路人工构造物路段。为消除加宽缓和段内侧边线与圆曲线起、终点的明显折点，采用路面加宽边缘线与圆曲线上路面加宽后边缘线圆弧相切的方法。§3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) 3）插入高次抛物线的方法：路面边缘线圆滑、顺适，适用于高速公路、一级公路以及对路容有较高要求的二级公路。加宽值的过渡还可插入二次抛物线、回旋线过渡等。LJBJ§3.4弯道的超高与加宽2.加宽(curvewidening) §3.5行车视距1.视距(sightdistance)的意义及其种类 §3.5行车视距1.视距(sightdistance)的意义及其种类行车视距：为了行车安全，驾驶员应能随看到汽车前面相当远的一段路程，一旦发现前方路面上有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免相撞，这一必须的最短距离称为行车视距。在道路平面上的暗弯（处于挖方路段弯道和内侧有障碍物的弯道）、纵断面上的凸形竖曲线以及下穿式立体交叉的凹形竖曲线上都有可能存在视距不足的问题，如图所示。 （1）定义视距----指从车道中心线上1.2m的高度，能看到该车道中心线上高为0.1m的物体顶点的距离，是该车道中心线量得的长度。是确保行车安全、快速、增加行车安全感、提高行车舒适性的重要措施。（2）种类停车视距、会车视距、超车视距、错车视距、避让障碍物视距等五种。§3.5行车视距1.视距(sightdistance)的意义及其种类 §3.5行车视距2.视距标准及运用（1）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，安全距离构成故停车视距为： 各级公路停车视距公路等级高速公路一二三四计算行车速度120100806010060804060304020停车视距21016011075160751104075304020§3.5行车视距2.视距标准及运用 （2）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§3.5行车视距2.视距标准及运用 （2）超车视距：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§3.5行车视距2.视距标准及运用 （3）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。§3.5行车视距2.视距标准及运用 （4）视距标准的采用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。§3.5行车视距2.视距标准及运用 （5）公路视距的保证1）横断面上视距保证若Sz＜Szo行车轨迹至障碍物的距离视距行车轨迹一般取弯道内侧车道路面内缘（不包括加宽）加1.5m，驾驶员视点离地面1.20m。横净距Sz----即公路曲线范围最内侧的车道中心线行车轨迹由安全视距两端点连线所构成的曲线内侧空间的界限线（即包络线）的距离。§3.5行车视距2.视距标准及运用 §3.5行车视距2.视距标准及运用 2）图解法确定视距切除范围①按一定比例绘制弯道平面图，并示出行车轨迹线位置；②在轨迹线上从弯道两端相连直线上距曲线起点（或终点）s的地方开始，按s距离定出多组视线1－1、2－2、3－3、……、10－10等；③绘出这些视线的包络线（内切曲线）即为视距曲线；④量出相应断面位置的横净距，即可按上面的方法确定相应断面上的视距切除范围。除平曲线上考虑视距外，在竖曲线上也有保证视距的问题。§3.5行车视距2.视距标准及运用 §3.5行车视距2.视距标准及运用 §3.6平面线形的组合与衔接1.直线与曲线的组合组合原则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。平面曲线的半径、长度与相邻的直线长度应相适应。直与曲线组合得当，能提高线形的行驶质量，故配合不好的线形应予避免。尽量使用直线，但过长的直线并不被认为是好的线形，尤其是过长的直线易使驾驶员感到单调、疲倦，难以准确目测车间间距从而滋生事故。 （1）圆曲线的组合它的组合有同向曲线、反向曲线、复曲线等。（2）回头曲线回头曲线（switch-backcurve）－－指在山区公路为克服高差，在同一坡面上展线时所采用的，其圆心角一般接近或大于180°的曲线。由一回头曲线的终点至下一回头曲线起点的距离，在二、三、四级公路上分别应不小于200、150、100米。§3.6平面线形的组合与衔接1.直线与曲线的组合 §3.6平面线形的组合与衔接2.曲线与曲线的组合回头曲线技术指标主线设计速度(km/h)403020回头曲线设计速度（km/h）35302520圆曲线最小半径（m）40302015回旋线最小长度（m）35302520超高横坡度（%）6666双车道路面加宽值（m）2.52.52.53.0最大纵坡（%）3.53.54.04.5 §3.6平面线形的组合与衔接3.平面组合线形（1）简单形曲线当一个弯道由直线与圆曲线组合时叫简单型曲线（simplecurve单圆曲线）用于①4级公路②其它各级，当R≥RP(不设超高最小半径)可用于高速公路？ §3.6平面线形的组合与衔接3.平面组合线形（2）基本形曲线按直线－回旋线－圆曲线－回旋线－直线的顺序组合的曲线称为基本型。用于：高、一、二、三级中，R