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第2章道路平面设计 本章主要内容２.１　概述２.１.１基本概念２.１.２汽车行驶轨迹特征２.１.３路线平面的基本线性２.１.４平面线形设计的基本要求２.１.５平面线形设计的一般原则２.２　道路平面线形设计２.２.１　直线设计２.２.２　圆曲线设计２.２.３　缓和曲线设计２.３　道路行车视距２.３.１　定义２.３.２　分类２.３.３　停车视距的确定２.４　道路线形设计成果 2.1概述1、基本概念路线－－道路的中线路线平面－－路线在水平面上的投影道路纵断面－－沿中线竖直剖切再形展开道路横断面－－中线上任意一点的法向切面 2.1概述2、汽车行驶轨迹特征（1）轨迹线是连续的，即在任何一点上不出现错头、折点或间断；（2）轨迹线的曲率是连续的，即轨迹上任何一点不出现两个曲率值；（3）轨迹线的曲率对里程或时间的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率值。 2.1概述3、路线平面的基本线形－－“三要素”曲率为零（曲率半径为无穷大）的线形：直线(2)曲率为常数（曲率半径为常数）的线形：圆曲线(3)曲率为变数（曲率半径为变数）的线形：缓和曲线 2.1概述3、路线平面的基本线形 2.1概述 2.1概述 2.1概述4.平面线形设计的基本要求（1）应根据公路等级及其使用任务和功能，合理利用地形，正确使用标准，确保线形的均衡。（2）路线设计中对公路的平、纵、横3方面应综合设计。（3）路线设计应保持线形的连续性。（4）线形设计应与当地的环境和景观相协调。（5）路线设计应避免穿过地质不良地区。（6）干线公路应避免穿过城镇，应遵循便民而不扰民的原则。（7）应贯彻保护耕地、节约用地的原则，少拆房屋，保护环境。 2.1概述5、平面线形设计的一般原则（1）应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调。（2）行驶力学上的要求是基本的，视觉和心理上的要求对高速路应尽量满足，（3）保持平面线形指标的均衡、连续，高、低标准之间要有过渡。（4）应避免连续急弯的线形。（5）各级公路不论转角大小均应敷设曲线，且平曲线应有足够的长度。 2.2道路平面线形设计1.直线设计直线的特点①路线短捷，缩短里程，行车方向明显；②线形简单，易测设；③长直线、行车安全性差；④直线只能满足两个控制点的要求，难以与地形及周围环境协调。 2.2道路平面线形设计1.直线设计宜采用直线线形的路段：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（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）长的桥梁、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。 一.直线设计采用长直线应注意的问题（1）在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度行车。一般应小于３％。（2）长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和和改善。（3）道路两侧过于空旷时，宜采取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）长直线或长下坡的尽头的平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。 一.直线设计最长直线限制1.《标准》规定：直线的最大与最小长度应有所限制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。2.德国规定直线的最大长度（以米计）为20V（计算行车速度，km/h）（适于高速公路V≥100km/h）。3.公路线形首先考虑的不是在平面线形上尽量多采用直线，或者是必须由连续的曲线所构成，而是必须采用与自然地形相协调的线形。4.合理利用地形和避免采用长直线。 一、直线设计最短直线限制同向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km／h计）的6倍为宜（6V） 一、直线设计最短直线限制反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km／h计）的2倍为宜（2V） 二、圆曲线设计 二、圆曲线设计1．圆曲线的特点①测试简单；②适应地形变化，适用范围广而灵活；③较大半径圆曲线线形美观、顺适、行车舒适；④汽车行驶在圆曲线上比在直线上多占用路面宽度；⑤圆曲线半径较小时，视距条件差。 二、圆曲线设计《公路路线设计规范》中规定：各级公路不论转角大小均应设置圆曲线。在选用圆曲线半径时应与计算行车速度相适应，并尽可能选用较大的圆曲线半径，以提高公路的使用质量。 二、圆曲线设计2.概念－－超高为了平衡汽车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，称之为超高。i--超高横坡度 二、圆曲线设计2.概念－－超高各级公路圆曲线部分最大超高值不仅要照顾快车的行驶，也要考虑慢车的安全 二、圆曲线设计T为切线长(m)，L为曲线长(m)，E为外距(m)，J为校正数或超距(m)，为转角(0)3.圆曲线的设计 二、圆曲线设计3.圆曲线的设计根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：式中：V——计算行车速度，（km/h）；μ——横向力系数；i——超高横坡度； 3.圆曲线的设计横向力系数μ讨论①汽车行驶稳定性：μ＝０.１５～０.１６：干燥与潮湿的路面均可以交到的速度行驶；μ＝０.７：路面结冰也能安全行驶。②行旅舒适性：当μ＜0.10时，不感到有曲线存在，很平稳；当μ=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；当μ=0.20时，已感到有曲线存在，稍感不稳定；当μ=0.35时，感到有曲线存在，不稳定；当μ≥0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感③运营经济性：μ≤０.１０～０.１５：轮胎磨耗及燃料消耗增加较小④增加驾驶操纵的困难μ的舒适界限，由0.11到0.16随行车速度而变化，通常高速路取较低值，低速路取较高值。 二、圆曲线设计4.概念－－各级公路圆曲线的最小半径：a.极限最小半径是路线设计中的极限值，在在特殊困难条件下不得以采用的，一般不轻易采用。b.一般最小半径是指能够满足旅客舒适感和工程量要求时所采取的半径。c.不设超高最小半径是指即使在双向横坡的弯道上行驶也能安全、经济、舒适的通过时所采用的半径。 二、圆曲线设计4.概念－－各级公路圆曲线的最小半径：圆曲线最小半径 二、圆曲线设计设计速度（km/h)1201008060403020横向力系数0.100.120.130.150.150.160.17超高值（％）8888888公路圆曲线极限最小半径的横向力系数及超高值公路一般最小半径μ和i取值设计速度(km/h)120100806050403020μ0.050.050.060.060.060.060.060.05i0.060.060.070.080.070.070.060.06 二、圆曲线设计5.最小半径指标的应用（1）公路线形设计时应根据沿线地形等情况，尽量选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；（2）当地形条件许可时，应尽量采用大于一般最小半径的值；（3）有条件时，最好采用不设超高的最小半径；（4）选用曲线半径时，应注意前后线形的协调，不应突然采用小半径曲线；（5）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径；（6）从地形条件好的区段进入地形条件较差区段时，线形技术指标应逐渐过渡，防止突变。 二、圆曲线设计6.圆曲线最大半径选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下应尽量采用大半径。但半径大到一定程度时，其几何性质和行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。《规范》规定圆曲线的最大半在不宜超过10000m。 二、圆曲线设计7.平曲线长度设计速度（km/h)1201008060403020平曲线最小长度(m)一般值600500400300200150100最小值200170140100705040公路平曲线最小长度设计速度（km/h)1201008060403020平曲线长度（m)1400/△1200/△1000/△700/△500/△350/△280/△公路转角等于或小于7°时的平曲线长度注：表中△为路线转角（°），当△＜2°时，按△=2°计算 二、圆曲线设计8、圆曲线设计要点（1）圆曲线的运用◇设置圆曲线时，应与地形相适应，以采用超高为2%～4%的圆曲线半径为宜。◇条件受限制时，可采用大于或接近于圆曲线最小半径的“一般值”；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用圆曲线最小半径的“极限值”。◇设置圆曲线时，应同相衔接路段的平、纵线性要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线性，并避免小半径圆曲线与陡坡相重合的线性。 二、圆曲线设计8、圆曲线设计要点（2）要点及注意问题①在适应地形的情况下宜选用较大的圆曲线半径②平曲线半径的确定要点：◇一般情况下宜采用极限最小半径的4～8倍为宜。◇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。◇地形条件特别困难而不得已时，方可采用极限最小半径。◇应同前后线性要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线性。◇应同纵面线性相配合，应避免小半径曲线与陡坡相重叠。 三、缓和曲线设计指设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同圆曲线之间的曲率连续变化的曲线。缓和曲线R∞ 三、缓和曲线设计1、缓和曲线的作用（1）曲率连续变化，便于车辆遵循（2）离心力逐渐变化，旅客感觉舒适（3）超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳（4）与圆曲线配合得当，增加线形美观 三、缓和曲线设计 三、缓和曲线设计2.缓和曲线的线形特征我国《标准》规定缓和曲线采用－回旋线回旋线起点切线o式中：r—回旋线上某点的曲率半径l—回旋线上某点到起点的曲线长A—回旋线参数 三、缓和曲线设计2.缓和曲线的线形特征由于rl乘积的单位是长度的二次方（m2），为使量纲一致，故令式中的C＝A2。A表征回旋线曲率变化的缓急程度，A值愈大，回旋线的弯曲程度愈缓。这种性质和圆曲线类似，圆曲线半径愈大，圆弧弯曲度愈平缓，整个圆也就变得愈大。所以，在回旋线中，A值与圆曲线中的半径具有相同的作用和意义。 三、缓和曲线设计2.缓和曲线的线形特征在回旋线的任意点上，r是随l的变化而变化的，但任意点处的r、l乘积始终为常数。在缓和曲线的终点处，l＝LS，r＝R，则上式变为：式中：R―――回旋线所连接的圆曲线半径；LS―――回旋线型的缓和曲线长度；A―――回旋线参数。 三、缓和曲线设计2.缓和曲线的线形特征利用上式可以解决两个问题：1）已知圆曲线半径R和缓和曲线长度LS，从而确定回旋线参数A，则回旋线的形态便基本确定；2）先按各种条件选择圆曲线半径R和回旋线参数A，从而确定所需的缓曲线长度LS。 三、缓和曲线设计3.缓和曲线最小长度的确定原则①控制离心加速度增长率，满足旅客舒适要求②根据驾驶员操作方向盘所需的时间确定最小长度③保证超高渐变率适中④视觉上应有平顺感 三、缓和曲线设计4.缓和曲线的省略当圆曲线半径非常大时，其曲度很小，不设缓和曲线而直接把直线与圆曲线相接也不会产生明显的转折；另外，离心力的突变感觉也不很大，（半径很大，离心力很小）。在这种情况下，为了测设方便，可不设缓和曲线。两个半径不同的圆曲线之间，在满足一定条件的情况下也可以不设缓和曲线。 三、缓和曲线设计4.缓和曲线的省略设计速度（km/h)10080605040不设缓和曲线的最小圆曲线半径(m)300020001000700500不设缓和曲线的最小圆曲线半径 三、缓和曲线设计5.缓和曲线的运用及设计要点（1）设计速度≥60km/h时，缓和曲线应作为线性要素之一加以运用。（2）缓和曲线参数（A）应依据地形条件及线性要求确定，并与圆曲线半径（R）相协调。◆当R小于100m时，A宜大于或等于R；◆当R接近于100m时，A宜等于R；◆当R较大或接近于3000m时，A宜等于R/3；◆当R大于3000m时，A宜小于R/3； 2.3、道路行车视距1.定义为了行车安全，驾驶人员应能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，这一必需的最短距离称为行车视距。行车视距能否得到保证，直接关系到行车的安全，它是道路使用质量的重要指标之一。 2.3、道路行车视距影响行车视距的地点道路平面上的暗弯，即处于挖方路段的弯道和内侧有障碍物的弯道 2.3、道路行车视距影响行车视距的地点纵断面上的凸型竖曲线 2.3、道路行车视距影响行车视距的地点下穿式立体交叉的凹型竖曲线 2.3、道路行车视距2.行车视距的分类（1）停车视距汽车行驶时，自驾驶人员看到前方障碍物时起到安全停车所需的最短距离。 2.3、道路行车视距2.行车视距的分类（2）会车视距在同一车道上两对向汽车相遇，从相互发现并同时采取措施时起，到两车安全停止所需的最短距离。 2.3、道路行车视距2.行车视距的分类（3）错车视距在没有明确划分车道线的双车道路上，两对向行驶汽车相遇，发现后即采取减速避让措施，达到安全错车所需的最短距离。 2.3、道路行车视距2.行车视距的分类（4）超车视距在双车道公路上，后车超越前车时，从开始驶离原车道之处起，至可见对向来车并能超车后安全驶回原车道所需的最短距离。 2.3、道路行车视距2.行车视距的分类 2.3、道路行车视距上述四种视距中，前三种属于对向行驶，第四种属于同向行驶。第四种所需距离最长，需要单独研究。而前三种视距中，以会车视距最长，只要道路能保证会车视距，停车视距和错车视距也就能得到保证了。又知会车视距约为停车视距的两倍，故只需计算停车视距就可以了。停车视距、会车视距、错车视距、超车视距 2.3、道路行车视距3.停车视距的确定停车视距汽车行驶时，自驾驶人员看到前方障碍物时起到安全停车所需的最短距离。停车视距可分为反应距离与制动距离两部分。 2.3、道路行车视距3.停车视距的确定（1）.反应距离反应距离是指当驾驶员发现前方的障碍物，经过判断决定采取制动措施的那一瞬间到制动器真正开始起作用的那一瞬间汽车所行驶的距离:t―――反应时间，取t=2.5s。 2.3、道路行车视距3.停车视距的确定（2）.制动距离制动距离是指汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离:―――路面与轮胎之间的纵向摩阻系数，因轮胎、路面、制动等条件不同而异，计算停车视距一般按路面潮湿状态考虑 2.3、道路行车视距3.停车视距的确定（2）.制动距离式中：V―――行驶速度，当设计速度为120~80km/h时，采用设计速度的85％；当设计速度为60~40km/h时，采用设计速度的90％；当设计速度为30~20km/h时，采用原设计速度； 2.3、道路行车视距3.停车视距的确定故停车视距为： 2.3、道路行车视距3.停车视距的确定 2.3、道路行车视距4.各级公路对视距的要求(1)、所有道路必须满足停车视距的要求。无论是单车道或双车道，有分隔带或无分隔带，高速公路还是其它公路，停车视距都是应该保证的。(2)、对于快、慢车分道行驶的多车道公路、中央有分隔带的公路，在中央划线并严格实行分道行驶的双车道，可不要求超车视距，主要满足停车视距的要求。 2.3、道路行车视距4.各级公路对视距的要求(3)、我国《标准》规定二、三、四级双车道公路的视距不得小于停车视距的两倍，且应有一定比例的路段保证超车视距。之所以这样要求，是因为我国目前绝大多数双车道公路中央不划线，或虽已划线，但未能严格实行分道行驶，且有众多的非机动车干扰，汽车多在路中央行驶，当发现对面有汽车驶来时，再回到自己的车道上，所以对视距应该放宽。 2.4、道路平面设计成果—路线平面图，直线、曲线及转角表 2.4、道路平面设计成果(选学)道路线形的基本组成：直线－回旋线－圆曲线－回旋线－直线 2.4、道路平面设计成果 2.4、道路平面设计成果