第二讲 道路设计依据 81页

第二讲道路工程设计依据§2.1技术依据和自然条件§2.2交通条件§2.3通行能力和服务水平小结1 §2.1技术依据和自然条件一、技术依据1、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）分为总则、控制要素、路线、路基路面、桥涵、汽车和人群荷载、隧道、路线交叉、交通工程以及沿线设施等9章。2、《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）分为总则、公路分级与等级选用、公路通行能力、总体设计、选线、公路横断面、公路平面、公路纵断面、线形设计、公路与公路平面交叉、公路与公路立体交叉、公路与铁路、乡村道路和管线交叉等12章。2 §2.1技术依据和自然条件一、技术依据3、《路基设计规范》（JTGD30—2004）包括总则、术语、一般路基、路基排水、路基防护和支挡、路基拓宽改建、特殊路基等7章。4、《沥青混凝土路面设计规范》（JTGD50-2004）5、《水泥混凝土路面设计规范》（JTGD40-2002）……公路设计标准和规范共65种。6、《城市道路设计规范》（CJJ37—2001）城市道路设计标准和规范共有26种。3 §2.1技术依据和自然条件二、道路的自然条件地形：选线条件，并直接影响道路的技术标准和指标的选取；气候：直接或间接地影响地面水及地下水位高度、路基水温状况；水文：水文地质情况决定了含水层厚度和位置、地基或边坡的稳定性，决定排水结构物的数量和大小。地面的植物覆盖：影响暴雨径流、水土流失程度，经济种植物还影响到路线的布设。地质构造：决定了地基施工难易程度和筑路材料的质量；主菜单4 §2.2交通条件主要讲授：2.2.1设计车辆2.2.2设计车速2.2.3设计交通量主菜单退出5 2.2.1设计车辆一、车辆类型（一）机动车1、小客车乘坐2-6人2、面包车乘坐6-15人3、公共汽车•小型公共汽车15—25座•中型公共汽车45座•大型公共汽车100以上4、货车5、组合式货车由牵引车同一个或多个货车组合而成。主菜单退出6 一、车辆类型公路交通交通量调查车型划分及换算系数主菜单退出7 一、车辆类型主菜单退出8 一、车辆类型（二）非机动车1、自行车2、三轮车3、板车4、兽力车主菜单退出9 是道路线形设计的理论二、汽车的性能基础，制定道路线形几何标准的理论依据。1、汽车行驶对道路的要求（1）保证汽车的行驶稳定性。不发生翻车、倒溜或侧滑。合理设置纵、横坡度及超高坡度，提高轮胎与路面间的附着力。（2）尽可能提高车速。在公路设计时必须严格控制曲线半径、最大纵坡及坡长以及合理设置超高。10 二、汽车的性能1、汽车行驶对道路的要求（3）保证行车畅通。公路线形设计需要保证平面上有足够的视距。纵断面上应合理设置平曲线和竖曲线。横断面上应合理设置通行宽度。11 二、汽车的性能（4）满足行车舒适。线形设计时，应对平面和纵断面线形进行合理组合，增进驾驶员和乘客在视觉和心理上的舒适感；注意线形和景观的协调、沿线的植树绿化等12 二、汽车的性能2、汽车行驶动力性能（1）牵引力牵引力是汽车前进的动力，其大小取决于汽车发动机性能。驱动轮上牵引力T：作用在轮的扭矩轴上推动汽车前进，称为牵引力13 2、汽车行驶动力性能（2）行驶阻力1）空气阻力定义：汽车在行驶中，由于迎面空气的压力、车后的真空吸力及空气与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。14 2、汽车行驶动力性能（2）行驶阻力2）滚动阻力和坡度阻力滚动阻力：指车轮在路面上滚动所产生的阻力。坡度阻力：指汽车在坡道上行驶时，汽车重量在平行于路面方向有分力，而产生的阻力。道路阻力：Rf+Ri=RR15 2、汽车行驶动力性能（2）行驶阻力3）惯性阻力定义：汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性和惯性力矩称为惯性阻力。16 2、汽车行驶动力性能（3）汽车的动力性能动力性能:加速、上坡、最大速度等性能,是纵断面设计提的供理论依据。参数表示:一般常用汽车的动力因数、最高速度和爬坡能力来表示。17 2、汽车行驶动力性能（3）汽车的动力性能一般常用汽车的动力因数、最高速度和爬坡能力来表示。汽车的最高速度：指节流阀全开、满载(不带挂车)，在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度；汽车的爬坡能力：指汽车能克服坡度的能力。最大爬坡度系指汽车在坚硬路面上用最低挡作等速行驶时所能克服的最大坡度。18 3、汽车行驶稳定性（1）纵向稳定性纵向稳定性：指车辆上坡或下坡时，不致发生绕前后轮轴颠覆(翻车)的能力。一般只在陡直的坡道并牵引很重的挂车情况下出现19 3、汽车行驶稳定性（1）纵向稳定性20 3、汽车行驶稳定性（1）纵向稳定性车辆纵向稳定性和车辆重心位置有关。21 3、汽车行驶稳定性（2）横向稳定性横向稳定性：指车辆在横向倾斜的道路上行驶或在急转弯时，不致发生绕左右侧轮颠覆(翻车)的能力。22 3、汽车行驶稳定性（2）横向稳定性横向稳定性：指车辆在横向倾斜的道路上行驶或在急横向稳定性影响因素：转弯时，不致发生绕左右侧轮颠覆(翻车)的能力。•轮距B和重心高度h•车速和曲线半径23 4、汽车的制动性能制动性能：指车辆在行驶中能否按需要有效地减速或停车的能力。评价指标包括：制动减速度、制动时间和制动距离。24 汽车的性能小结与道路设计有密切关系的汽车行驶性能：动力性能制动性能行驶稳定性行驶平顺性主菜单退出 三、设计车辆的定义和影响1、定义设计车辆是指对道路上行驶的各种车辆进行归类，将其尺寸标准化，称为设计车辆，作为道路设计的依据，主要用于制定各项道路设计控制指标。主菜单退出26 2、设计车辆的影响1、车辆的轮廓尺寸影响：横断面、净空、道路平面等尺寸，如车道宽度，曲线半径等。2、车辆的运行特性影响：纵断面设计，如纵坡度、坡长等。3、车辆的轴载组成和作用次数：对道路结构设计有重要影响。27上一页下一页主菜单退出 四、设计车辆的种类1、公路设计车辆《公路工程技术标准》将机动车分为三类：1.小客车；2.载重汽车；3.鞍式车。2014/2/27主菜单退出 设计车辆外廓尺寸上一页下一页主菜单退出 公路设计车辆外廓尺寸类型总长（m）总宽总高前悬（m）轴距（m）后悬（m）（m）（m）小客车61.820.83.81.4载重车122.541.56.54鞍式车162.541.24+8.82上一页下一页主菜单退出 2、城市道路设计车辆《城市道路设计规范》将机动车分为三种类型：小型汽车普通汽车铰接车将非机动车分为四种类型：自行车三轮车板车兽力车2014/2/27主菜单退出 城市道路设计车辆外廓尺寸类型总长总宽总高前悬（m）轴距（m）后悬（m）（m）（m）（m）小型汽车51.81.61.02.71.3普通汽车122.54.01.56.54.0铰接车182.54.01.75.8+6.73.8上一页下一页主菜单退出32 城市道路非机动车设计车辆外廓尺寸类型总长总宽总高（m）（m）（m）自行车1.930.602.25三轮车3.401.252.50板车3.701.502.50兽力车4.201.702.50上一页下一页主菜单返回 2.2.2设计车速（计算行车速度）一、设计车速的概念设计车速：指驾驶员在天气良好、交通密度较低时，具有中等驾驶技术的驾驶员在路段上保持安全、舒适行驶的最大速度。34主菜单退出 2.2.2设计车速（计算行车速度）二、设计车速的作用1、确定道路几何尺寸的重要依据对曲线半径、视距、超高等技术指标起着决定作用，也影响车道数、路肩宽度等指标。2、在山岭重丘区，影响工程数量和工程难易程度。35主菜单退出 三、设计车速的数值规定设计车速时，主要考虑以下几种车速：（1）汽车行驶的最高速度汽车最高车速：指受到汽车动力性能和机械性能以及汽车构造的限制所能达到的最高车速。（2）汽车的经济车速经济车速：新出厂的汽车在一般道路上行驶，所测定的最经济（耗油少、轮耗小）的车速。36 三、设计车速的数值（3）平均车速（平均技术车速）设计车速和平均车速有一定的比例关系设计车速较低时，平均车速：设计车速=80%~90%（国内），=90%~95%（国外）设计车速较高时，平均车速：设计车速=60%~70%（国内），=80%（国外）37 三、设计车速的数值公路设计车速38主菜单退出 •大城市50万以上人口Ⅰ级标准城市道路设计车速的选取和道路的类•中等城市50~20万人口Ⅱ级标准型和级别•小城市有关：20万人以下Ⅲ级标准计算行车速级别度（km/h）快速路60、80Ⅰ50、60主干道Ⅱ40、50Ⅲ30、40Ⅰ40、50次干道Ⅱ30、40Ⅲ20、30Ⅰ30、40支路Ⅱ20、30Ⅲ20返回上一页下一页主菜单退出 2.2.3设计交通量主要讲授以下三方面的内容：一、交通量的定义和类型二、设计交通量的计算三、交通量的换算返回40主菜单 一、交通量的定义和类型1、定义指在单位时间内通过道路某一断面或某一条车道的交通实体数量。注意：交通实体数可以是车辆或行人。注意：单位时间，可以是小时、天、分钟等根据需要决定。是交通规划、道路设计、交通管理等的重要依据。2014/2/27主菜单退出 二、设计交通量的计算设计交通量：为预期到设计年限末，用以作为道路设计依据的交通量。两种：1、设计年限平均日交通量（AADTt）2、设计小时交通量（DHVt）2014/2/27主菜单退出 （一）公路设计交通量的计算1、设计年限年平均日交通量（AADTt）（1）定义：指拟建道路到达远景设计年限时能达到的年平均日交通量。•作用：确定道路等级、道路结构和安全设施设计的基本数据。退出43主菜单 （2）设计年限平均日交通量（AADT）确定t计算公式如下:AADT=AADT.(1+r)t-1t0式中:AADTt－设计年限的年平均日交通量;AADT0－基年的年平均日交通量；r－交通量的增长率。t-设计年限。•高速公路、一级公路的设计年限为20年；•二级公路的设计年限为15年；•三级、四级公路设计年限为10年退出44主菜单 2、设计小时交通量（DHV）的确定t定义：根据交通量预测所选定的作为公路设计依据的小时交通量。作用：确定车道数量和车道宽度、评价服务水平的依据。影响因素：确定设计小时交通量，要考虑交通量随时间变化出现高峰的特点。45 2、设计小时交通量（DHVt）的确定•确定方法：取全年第30位小时交通量作为设计小时交通量。•第30位小时交通量：将全年8760小时交通量从大到小排列,排在第30位的小时交通量。主菜单退出46 课堂思考试分析选定第30位小时交通量作为设计小时交通量的合理性？主菜单退出47 公路第30小时交通量的确定：DHVt=AADTt×KAADT=AADT.(1+r)t-1t0K:将第30小时交通量和AADT比值K，称为第30位小时交通量系数或设计小时交通量系数。2014/2/27主菜单退出 例题例题某公路需要改造，经过调查预测规划年平均日交通量为50000辆小汽车/d,设计小时交通量系数如下，一条车道的设计通行能力为1500辆/h。试问该道路需要修建几条车道。1.5k17.86x0.0082x—设计小时时位。1.5k17.86300.00820.10500000.10n4(条）1500主菜单退出49 （二）城市设计小时交通量的确定设计小时交通量DHV=AADT×Ktt我国《城市道路设计规范》定义K：设计高峰小时交通量和AADT比值K，称为高峰小时交通量系数。城市道路：K值在9%-14%。通常取为11%2014/2/27主菜单退出 考虑方向分布时,设计小时交通量的计算:对于双向二车道的道路:可不考虑交通量的方向分布,取双向交通量即可。对于单向两车道以上的道路：应该考虑方向分布系数，设计小时交通量取单向交通量。2014/2/27主菜单退出 方向分布系数计算公式如下：主要行车方向的交通量KD100%双向交通量注意:•按国外资料:主干道K=0.6,市中心干D道K=0.5;D•我国:根据六个城市的观测资料,机动车高峰小时K为0.51-0.56,为安全起见,DK的值可取0.6.D2014/2/27主菜单退出 单向设计小时交通量为：DDHVAADTKKttDDDHV-单向设计小时交通量;(辆/小时)tAADT-设计年限平均日交通量(辆/天)tK-设计小时交通量系数;K-方向分布系数,即主要方向交通量D与断面交通量的比值.主菜单退出53 三、交通量的换算在实测交通量的基础上，将不同类型的车辆按其占有的时间和空间不同，换算成标准车型的交通量。城市道路车辆换算系数车型小客车大型客车大型货车铰接车换算系数1.02.02.53.0主菜单退出54 三、交通量的换算在实测交通量的基础上，将不同类型的车辆按其占有的时间和空间不同，换算成标准车型的交通量。主菜单退出55 例题某道路断面观测交通量结果为：小客车300辆/h，中型汽车200辆/h，拖挂车20辆/h，摩托车50辆/h，换算成小客车多少辆/h？解：300×1.0+200×1.5+20×3+50×1.0=710（辆）主菜单56返回 §2.3通行能力和服务水平主要讲授：一、概述二、服务水平三、路段通行能力计算上一页下一页主菜单退出57 一、概述1、道路通行能力的概念指在一定的道路、交通、管制条件下，单位时间内通过道路某一断面或一条车道的最大车辆数或行人数。度量道路疏导交通的最大能力，反映道路服务的数量或服务能力。2014/2/27上一页下一页主菜单退出 2、道路通行能力的分类（1）按照交通设施和交通实体划分机动车道、非机动车道、人行道通行能力（2）按照车辆运行状态的特征路段通行能、交叉口通行能力、匝道通行能力、交织段的通行能力等（3）根据通行能力的性质和使用要求不同基本通行能力、可能通行力和设计通行能力2014/2/27上一页下一页主菜单退出 3、道路通行能力的分类交织区匝道60主菜单退出 3、道路通行能力的分类（1）按照交通设施和交通实体划分机动车道、非机动车道、人行道通行能力（2）按照车辆运行状态的特征路段通行能、交叉口通行能力、匝道通行能力、交织段的通行能力等（3）根据通行能力的性质和使用要求不同基本通行能力、可能通行力和设计通行能力返回2014/2/27主菜单退出 二、服务水平1、服务水平的概念定义：指道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量。服务水平和通行能力是统一的。62主菜单退出 2、服务水平的评价指标（1）行车速度和运行时间（2）车辆行驶时的自由程度（通畅性）（3）交通受阻或受干扰的程度，以及行车延误和每公里停车次数等（4）行车的安全性（事故率和经济损失等）（5）行车的舒适性和方便性（6）经济性（行驶费用）主要以行车速度、交通量与通行能力之比作（V/C）为评定服务等级的主要指标。63主菜单退出 3、服务水平分级根据道路为驾驶员和乘客提供的服务质量的高低，服务水平可以分为不同的等级。日本三级；美国六级；苏联四级；我国四级。64主菜单退出 例如高速公路服务水平分级注：V/C理想条件下，最大服务交通量和通行能力之比2014/2/27主菜单退出 4、服务交通量定义：在通常的道路、交通和管制条件下，保持某一服务水平，道路某一断面或路段，在单位时间内通过的最大交通量。高速公路服务交通量如下：上一页主菜单退出66 5、设计服务水平设计服务水平：主要根据公路的等级和使用性质所确定公路在使用年限末期应达到的最低服务水平。返回2014/2/27主菜单退出 三、路段的通行能力计算主要分为三种：1、理论通行能力（基本通行能力）2、可能通行能力3、设计通行能力2014/2/27主菜单退出 1、理论通行能力（基本通行能力）定义：在道路、交通等条件均处于理想状态时，单位时间内通过某一车道或道路某一断面的最大车辆数。理想的道路条件包括：足够的车道宽(美国：3.65m；日本：3.5m)足够的侧向净宽,即外侧车行道边缘距路边障碍物之间有足够的距离(>=1.75)足够的视距,合格的线形路况良好2014/2/27主菜单退出 理想的交通条件包括:•车辆组成为单一标准车流,一般国家规定为小客车•在一条车道上以相同的速度，连续不断地行驶，•各车辆之间保持与车速相适应的最小车头间距，且无任何方向干扰•理论通行能力采用车头间距推算。主菜单退出70 车头间距:指连续车流中的两车之间的距离。1000VNL=L+S+L+LL反应制车安N基本通行能力；V行车速度（km/h）；L车头间距（m).lvtSl车.制安1000VN理论2VVLtLL安车3.6254L一般取2米；安L小汽车5米，载重汽车8米；车t司机的反应时间，取1秒；轮胎和地面之间的附着主菜单退出系数。71 日本、美国和我国基本通行能力建议值（小客车辆/h）基本通行能力道路横断单位美国公路通行我国建议采面形式日本标准能力手册用值双车道公双向往返200025002000路合计多车道公平均一条2000或适25002000路车道当的折减双车道公路和多车道公路一条车道的数值相等？主菜单退出72 2、可能通行能力定义：在实际的道路、交通条件下，单位时间内通过某一车道或道路某一断面的最大车辆数。计算公式如下：NN.K.K.K.K.K可能理论12345K车道宽度修正系数；1K侧向净宽修正系数；2K纵坡度修正系数；3K视距不足修正系数；4K沿途条件修正系数；5主菜单退出73 （1）车道宽度修正系数k1主菜单退出74 （2）侧向净空的修正系数k2•侧向净空：车道外边缘至路侧障碍物（护墙、桥栏、灯柱、临时停车等）的横向距离。主菜单退出75 （3）纵坡度修正系数k3纵坡和坡长对载重汽车、拖挂车影响较大。当纵坡小于7%的时候，可以不用修正。k1003100PTETPTPT—载重汽车所占总交通量百分比；ET—载重汽车换算为小汽车的当量值。主菜单退出76 （4）超车视距不足修正系数k4主菜单退出77 （5）沿途条件修正系数k5沿途条件是指道路两旁街道化程度。退出78主菜单 3、设计通行能力定义：指道路的运行状态保持某一设计服务水平时，单位时间内通过某一车道或道路某一断面的最大车辆数，也就是要求道路所承担的服务交通量。服务交通量NN设可能通行能力主菜单退出79 3、设计通行能力高速、一级公路为二级服务水平主菜单退出80 小结本章主要讲授：技术依据和自然条件设计车辆设计速度设计交通量通行能力和服务水平上一页下一页主菜单退出81