道路勘测 第三章 道路平面设计课件.ppt 81页

第二章道路平面设计§3.1道路平面线形道路的平面：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道路平面线形中线 §3.1道路平面线形道路的设计程序：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—直线的过渡曲线，以缓和离心加速度的急剧变化）。 §3.1道路平面线形汽车行驶轨迹的特征：（1）行驶轨迹线是连续的。（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。 §3.2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。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%；长直线宜与大半径的凹形竖曲线结合；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反向曲线的错觉，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 §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。圆曲线最小半径 §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：干燥路面0.4～0.8，潮湿路面为0.25～0.4，结冰或积雪路面<0.2。 §3.3圆曲线２）乘客舒适性： §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0.1~0.17 §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等情况确定。高速和一级公路8%或10%，其他各级8%，积雪时6%。当超高横坡度的计算值小于路拱坡度时，可取路拱坡度。 §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。 §3.3圆曲线各级公路的平曲线最小半径注：在计算上述三个最小半径时，所采用的横向力系数和超高值不同时，计算结果有差异，见表3.2~表3.5 §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，可使线形美观、顺畅视觉协调。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，避免产生侧向冲击，乘车舒适。3）缓和曲线可以作为超高和加宽变化的过渡。 §2.4缓和曲线缓和曲线的选择：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。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。 §2.4缓和曲线缓和曲线的一般方程式：为了设计方便，使量纲一致，故令A2=C，则即汽车匀速从直线进入圆曲线，行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径的乘积为一常数。符合回旋线的规律。 §2.4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。 §2.4缓和曲线直角坐标方程表达式：回旋线起点切线o §2.4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： §2.4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，并分别与两端的直线和圆曲线相切，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。 §2.4缓和曲线x0y0y §2.4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。α—偏角。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。 §2.4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/2YH(桩号)=HY(桩号)+LyHZ(桩号)=YH(桩号)+lsJD(桩号)=QZ(桩号)+J/2 §2.4缓和曲线带有缓和曲线的平曲线的现场敷设：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。（单位：度） §2.4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（见第六章）。 §2.4缓和曲线缓和曲线的长度与参数：缓和曲线参数：1）从控制方向操作的最短时间考虑：3s2）从控制离心加速度的变化率考虑：汽车行驶在缓和曲线上，其离心加速度将随着缓和曲线曲率的变化而变化，若变化过快，将会使旅客有不舒适的感觉。 §2.4缓和曲线离心加速度变化率的取值：高速及快速路p=0.35~0.5；一般道路及V60km/h的道路p=0.6；山区公路p=0.75；其它特殊道路p=0.775。3）作为超高过渡段时，通过超高渐变率来控制：4）从道路满足视觉上的协调和平顺考虑：综上：《规范》规定：一般当R接近于100m时，取A等于R；当R小于100m时，取A等于或大于R。反之，当R较大或接近3000m时，取A等于R/3，若R大于3000m，则取A小于R/3。 §2.4缓和曲线缓和曲线的长度与参数：缓和曲线长度：由RLs=A2得：1）按反映时间：2）按离心加速度变化率：3）按超高渐变率：4）按视觉条件：《规范》规定了缓和曲线长度，如表： §2.4缓和曲线 §2.4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ls①R≥RP②四级公路Rp:不设超高的最小半径2)半径不同的同向圆曲线间，当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时；3)规范规定的其他情形。平曲线最小长度：平曲线最小长度由三方面控制：司机操作时间，离心加速度变化率和视觉条件。 §2.4缓和曲线1）曲线短，司机操作困难，一般应保证6s的行程。2）离心加速度变化率的要求：一般p=0.6m/s2，则对于只有两个缓和曲线的平曲线，由得：3）视觉要求：当曲线转角α<70时，易忽略曲线，或认为曲线很短，此时要求按α=70来设计。具体规定见表： §2.4缓和曲线设计车速（km/h）1201008060403020平曲线最小长度（m）200170140100705040各级公路平曲线最小长度公路偏角≤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。 §2.5行车视距种类：停车视距、会车视距、错车视距、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 §2.5行车视距S1：反应及制动生效时间，一般为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） §2.5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 §2.5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 §2.5行车视距设计速度1201008060403020停车视距21016011075403020超车视距一般值550350200150100最小值35025015010075停车视距和超车视距 §2.5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。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。 §2.5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，一般占总长度的10%~30%，且全线均匀分布。 §2.6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）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。 §2.6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）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。 §2.6平面线形的设计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。（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；(2)平曲线极限最小长度为6s行程。(3)偏角小于7°时的平曲线最小长度： §2.6平面线形的设计设计车速（km/h）1201008060403020平曲线最小长度（m）200170140100705040各级公路平曲线最小长度公路偏角≤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。 §2.6平面线形的设计（六）两同向圆曲线间应设足够长的直线：两同向圆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。 §2.6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。 §2.6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：断背曲线应避免，反向曲线：中间直线；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：两同向曲线直接相连而成，大小半径比为1.5~2.0 §2.6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。越岭路线应利用地形自然展线，避免设置回头曲线。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。 §2.6平面线形的设计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 §2.6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 §2.6平面线形的设计 §2.6平面线形的设计（二）S形：两个反向圆曲线用两段回旋线连接的组合。 §2.6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。（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，其短直线的长度或重合段的长度应符合下式：式中：l——反向回旋线间短直线或重合段的长度。 §2.6平面线形的设计（3）S型两圆曲线半径之比不宜过大，宜为：R1:R2≤2 §2.6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。 §2.6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： §2.6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）。 §2.6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。 §2.6平面线形的设计（五）复合型两个以上同向回旋线间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。 §2.6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。 §2.7道路平面设计成果路线平面图是指包括道路中线在内的有一定宽度的带状地形图。路线平面图是设计文件主要内容之一，也是平面设计的主要成果之一。它综合反映了路线平面位置、线形，还反映了沿线人工构造物和工程设施的布置以及道路与周围环境、地形、地物的关系。公路路线平面图 §2.7道路平面设计成果比例尺及测绘范围：若为供工程可行性研究、初步设计阶段的方案研究与比选，可采用1：5000或1：10000的比例尺测绘(或向国家测绘部门和其他工程单位搜集)。但作为初步设计、施工图设计的设计文件组成部分应采用更大的比例尺，一般常用的是1:2000，在平原微丘区可用1:5000。在地形特别复杂地段的路线初步设计、施工图设计可用1:1000。若为纸上移线，则比例尺将更大。 §2.7道路平面设计成果测绘宽度一般为中线两侧100~200m，1：5000的地形图，每侧应不小于200m。路线平面图的内容及绘制方法：应示出地形地物、路线位置及桩号、断链、平曲线主要桩位与其他交通路线的关系标注坐标格网、水准点、导线点等，图中还应列出平曲线要素表。绘制坐标方格网—按坐标点绘导线点—展绘曲线—标明各主要点—展绘各控制点—测绘各种构造物—测绘水系及附属物和地形、地貌、植被等。 §2.7道路平面设计成果城市道路平面设计图：1）路中线两侧红线以外各20～50米的地形、地物；2）路中心线，远、近期的规划红线、车行道线、人行道线、停车场、绿带、交通岛、人行横道线；3）沿街建筑物主要出入口；4）各种地上地下管线的定向位置、雨水进水口、窨井等，注明交叉口及沿线里程桩；5）弯道及交叉口处应注明曲线要素、交叉口侧石的转弯半径等。6）比例1：500～1：1000。 直线、曲线及转角表逐桩坐标表