第七章-道路线形与交叉口设计

第七章 道路线形与交叉口设计道路是一种带状三维空间结构物，包括路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施等工程实体。道路设计由线形设计(Geometric design)和结构物设计两大部分组成，道路线形是指道路中线的立体形状。通过研究汽车行驶特性与道路几何线形要素之间的关系，在已知设计速度、预计交通量以及地形和其他自然条件下，保证行车安全、经济、旅客舒适和路容的美观。对于三维空间的道路，设计时既要作为整体来考虑，也要把它解剖为平面、纵断面和横断面来分别考虑。交叉口是道路的重要组成部分，可分为平面交叉和立体交叉两大类。交叉口在完善了道路网交通功能的同时，也带来了交通混乱、交通事故，行车延误时间的增加和道路通行能力的降低等一系列问题。尤其是平面交叉口，它是道路交通的咽喉，各种车辆和行人在此通过、汇集和转向，车辆之间相互干扰，极易造成交通阻塞，速度降低，延误时间增多，通行能力降低和交通事故的发生。同时，在交叉口周期性的刹车、起动，对于燃料、零件和轮胎的消耗也都很大。所以，对交叉口进行合理地规划、设计，具有十分重要的意义。第一节 道路线形设计的依据和准则一、道路的分类、分级与技术标准道路是通行各种车辆和行人的工程设施，按其交通性质和所在位置，主要分为公路和城市道路两大类。公路是连接城市、乡村、厂矿和林区的道路，主要供汽车行驶且具备一定技术条件的交通设施；城市道路是城市范围内的道路，是供各种车辆和行人通行、具备一定技术条件的交通设施，并具有形成和促进发展城市结构布局，提供通风、采光空间，作为上、下水道和煤气、电力、通讯设施埋设通道的功能。1、公路的分级与技术标准为了满足经济发展、规划交通量、路网建设和功能等的要求，公路必须分等级建设。根据公路工程技术标准（JTG B012003）（以下简称标准）的规定，公路按照功能和适应的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个技术等级。（1）高速公路：为专供汽车分向、分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。 四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2500055000辆； 六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量4500080000辆； 八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000100000辆。（2）一级公路：为供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路。四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量1500030000辆；六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2500055000辆。（3）二级公路：为供汽车行驶的双车道公路。双车道二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量500015000辆。（4）三级公路：为主要供汽车行驶的双车道公路。双车道三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量20006000辆。（5）四级公路：为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。双车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000辆以下；单车道四级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量400辆以下。公路技术标准是指在一定自然环境条件下能保持车辆正常行驶性能所采用的技术指标体系，它是对公路路线在设计、施工中的，技术性能、几何尺寸、结构组成方面的具体规定和要求，是法定的技术要求。现行标准中各级公路的主要技术指标汇总列于表 71。各级公路主要技术指标汇总 表71公路等级高速公路一级二级三级四级计算行车速度（km/h）120100806010060804060304020车道数8644444422221或2车道宽度（m）215.0211.2527.527.527.027.527.527.09.07.07.06.03.5或6.0路基宽度（m）一般值45.0034.5028.0026.0024.5022.5025.5022.5012.008.508.507.506.50变化值42.0026.0024.5023.0020.0024.0020.0017.004.50或7.00极限最小半径（m）6504025012540012525060125306015停车视距（m）21016011075160751104075304020最大纵坡（）345546576869车辆荷载计算荷载汽车超20级汽车超20级汽车20级汽车20级汽车20级汽车10级验算荷载挂车120挂车120挂车120挂车100挂车100挂车1202、城市道路的分类与技术标准根据建设部城市道路设计规范（CJJ3790）的规定，城市道路按其在城市道路网中的地位和交通功能，以及道路对沿路建筑物的服务功能，将城市道路分为城市快速路、城市主干路、城市次干路和城市支路四类。（1）快速路：主要为城市长距离、快速交通服务。主要技术指标为： 每个方向至少有两条机动车道，中间设置宽度不小于1米的中央分隔带； 在与高速路、快速路、主干路相交时，必须采用立体交叉形式(步行横道也应设立体交叉)；与交通量不大的次干路相交时，可暂时采用平面交叉形式，但应保留修立体交叉的用地条件； 设计车速为60km/h或80km/h； 快速路的进出口采用全部控制或部分控制，车辆只能在指定的地点进出。（2）主干路：是城市道路网中的骨架，它连接城市各主要分区、车站、港口等，以交通功能为主（小城市主干路可兼沿线服务功能），是城市内部的交通大动脉。主要技术指标为： 一般设六条机动车道，或四车道加分隔带(墩)的非机动车道； 一般不设立体交叉形式，采用扩大交叉口方法来提高通行能力； 主干路平面交叉口间距以8001200米为宜，沿线两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物出入口。（3）次干路：是连接主干路的辅助性干道，与主干路组成城市道路网。它连接城市各部分并集散交通，还兼有服务功能。次干路是城市中数量较多的一般性交通道路，主要技术指标为： 一般不设立交，部分交叉口扩大并加以渠化； 一般设四条车道，可以不设单独非机动车道； 次干路允许两侧布置吸引人流的公共建筑如商店、娱乐场所等，并应设停车场。（4）支路：是次干路与街区路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主。支路上不宜通行过境交通，只允许通行为地区服务的交通，沿路以居住建筑为多。支路可与平行于快速路的道路相接，但不得与快速路直接相接。支路需要与快速路交叉时应采用分离式立体交叉跨过或穿过快速路。城市道路除快速路外，每类道路按照所在城市的规模、设计交通量、地形分为、级。根据国务院城市管理条例规定，城市按照其市区和近郊区(不包括所属县)的非农人口总数划分为三级：大城市：人口50万以上的城市，采用级标准；中等城市：人口20万50万的城市，采用级标准；小城市：人口20万以下的城市，采用级标准。城市道路的分类、分级和主要技术指标见表7-2城市道路分类、分级和技术标准 表7-2项目类别级别计算车速（km/h）双向机动车车道数（条）机动车道宽度（m）分隔带设置横断面采用形式快速路60、8043.75必须设双、四幅路主干路50、6040、5030、40434243.753.753.53.75应设应设可设单、双、三、四单、双、三单、双、三次干路40、5030、4020、30242423.753.53.753.5可设不设不设单、双、三单单支路30、4020、30202223.53.53.5不设不设不设单单单公路远景设计年限的规定：高速公路、一级公路为20年，二级公路15年，三级公路10年，四级公路一般为10年，也可视具体情况适当缩短。城市道路规划交通量达到饱和状态的设计年限规定为：快速路、主干路为20年，次干路15年，支路1015年。二、设计车辆（Design vehicle）设计车辆是指道路设计所采用的具有代表性的车辆。行驶在道路上的车辆种类繁多，可分为机动车和非机动车。汽车的行驶性能、外廓尺寸以及行驶于道路上不同种类车辆的组成对于道路线形设计的多数几何元素(如车道宽度、纵坡、平曲线半径、弯道加宽等) 关系密切。因此，选择有代表性的车辆作为道路设计的依据是必要的。我国公路和城市道路的设计规范对各种车辆进行了归类，选择三种有代表性的车型，将其尺寸标准化，称为“设计车辆”，作为道路设计的依据。公路工程技术标准（JTGB012003）将机动车分为三种类型：小客车、载重汽车、鞍式列车，其尺寸如图7-1所示。图71 机动车设计车辆外廓尺寸（单位：m）城市道路设计规范（CJJ3790）将机动车分为三种类型：小型汽车、普通汽车、铰接车，其尺寸如图7-2所示。图见城市道路设计规范P5。图72 机动车设计车辆外廓尺寸（单位：m）三、设计速度(Design speed)当气候条件和交通状况良好时，汽车在道路上行驶的车速主要受道路几何线形、路面质量的影响，即道路的几何线形与车辆行驶速度密切相关。因此，为了设计道路线形必须确定设计车速。设计车速就是指当气候条件良好、交通密度较小，车辆行驶只受道路本身条件的影响时，具有中等驾驶技术的驾驶员能安全舒适地驾驶车辆行驶的最大速度。设计速度是确定道路几何线形的依据。公路的设计速度对确定公路的曲线半径、超高、视距等技术指标起着决定性的作用，同时也影响着车道数、尺寸以及路肩宽度等指标。另外，公路设计速度的大小还与公路的等级、地形条件有关，各级公路的设计速度列于表73。各级公路设计速度 表7-3公路等级高速公路一级公路二级公路三级公路四级公路设计速度(km/h)1201008010080608060403020由于同一等级的道路按不同的条件可以采用不同的设计速度，但不同设计速度的各路段长度不宜过短，一般高速公路不宜小于15km，一级、二级公路不宜小于10km，不同设计速度的设计路段间必须设置过渡段。 城市道路设计速度与道路的类型和级别有关，其值见表7-4所示。 各类各级城市道路设计速度 表7-4道路类别快速路主干路次干路支路道路级别设计速度80.6060.5050.4040.3050.4040.3030.2040.3030.2020四、设计交通量(Design traffic volume)在道路几何线形和结构物设计时，必须考虑交通量随时间变化出现高峰的特点，既要保证道路在设计期限内能满足绝大多数小时车流顺利通过，不造成严重阻塞，同时也要避免道路建成后车流量过低，投资效益差的现象发生。因此，必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通量(Design hourly volume)。研究认为，取一年中排序第30位的小时交通量作为设计小时交通量最合适，即将一年中测得的8760个小时的交通量按大小顺序排列，取序号为第30位的小时交通量作为设计小时交通量。采用第30位小时交通量作为设计依据，全年只有29小时的交通量超过设计小时交通量，保证率可达99.67%，这是将拥挤时间保持在最低限度的一种经济合理的设计。目前，包括我国在内的世界许多国家都采用第30位小时交通量作为设计依据，也可根据当地调查结果采用第2040位小时之间最为经济合理的时位。第30位小时交通量与年平均日交通量的比值K称为设计小时交通量系数。根据公路观测资料统计，K值变化比较稳定，一般平原地区的公路K取13%，山区公路K取15%。为计算交通量，应在实测交通量的基础上，进行交通量换算，即将交通流中不同类型的车辆按其占有的空间和时间的不同，换算成单一车型的数量，因而产生不同车型的车辆换算系数。我国公路和城市道路均以小客车为标准车型进行换算，换算系数见第六章。第二节 道路平面线形设计道路是一种带状三维空间实体，路线是指道路中线的空间位置。道路中线在水平面上的投影叫路线平面图（Plan）；用一曲面沿道路中线竖直剖切，再展开成平面的图式叫纵断面图(Profile)；中线各点的法向切面是道路在该点的横断面图(Cross-sectional profile)。路线的平面、纵断面和各个横断面是道路的几何组成。路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。设计一条道路，常常分解为平面设计、纵断面设计和横断面设计，三者是相互关联的，既要分别进行，又需综合考虑。路线中线的平面位置，是考虑社会、经济、自然条件和技术条件等因素，经过平、纵、横综合考虑，反复修正才确定下来的。再通过中桩的高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其他必要资料后，设计纵断面和横断面。图7-3 道路平、纵、横断面关系图道路的平面线形，常受地形、地物等障碍的影响而产生转折，转折处需设置曲线，通常采用圆曲线。为了使线形更符合汽车行驶轨迹从而确保行车的顺适与安全，在直线与圆曲线间或不同半径的两圆曲线之间要插入曲率半径为变数的缓和曲线。所以，构成道路平面线形的主要组成要素是直线、圆曲线和缓和曲线（如图7-4），圆曲线和缓和曲线统称为平曲线。图7-4 道路平面线形组成要素图公路平面线形，过去多采用长直线短曲线的形式。随着车速的提高和交通量的增长，对于高等级公路已趋于以曲线为主的设计，即结合地形拟定曲线，再用缓和曲线或直线相连，使路线在满足行车要求及线形视觉舒适顺畅的条件下，增加了结合地形设置线形的自由，使道路的经济效益显著。连续曲线的线形，特别适用于山区道路线形设计，对于平原地区的城市则首先应考虑以直线为主的线形。高速公路线形多以圆曲线和缓和曲线为主，其间也可插入适当长度的直线，但应以更好地满足线形舒顺、与地形的合理结合为原则。一、圆曲线（Plane curve）道路为了绕避障碍、利用地形以及通过必要的控制点，在平面上常出现转折。在路线转折处，一般均采用圆曲线连接，使车辆平顺地由前一条直线路段转向驶入后一条路段。圆曲线是道路平面设计中常用的线形，是平曲线中的主要组成部分。通过分析车辆在弯道上行驶的规律和特点，采用适合的圆曲线半径和平曲线长度，确保汽车行驶的通畅、安全、迅速、经济和舒适。1、圆曲线半径行驶在曲线上的汽车由于受离心力作用其稳定性受到影响，而离心力的大小又与曲线半径密切相关，半径越小越不利。所以，在选择平曲线半径时应尽可能采用较大的值，只有在地形或其他条件受到限制时，才可使用较小的曲线半径。为了行车的安全和舒适，标准规定了圆曲线半径在不同情况下的最小值。 圆曲线半径计算的一般公式由汽车行驶理论可知，汽车行驶的横向稳定性先于纵向稳定性，因此，平曲线半径值根据汽车行驶横向稳定性（滑移、倾覆）而定。其计算公式为： （7-1）式中： 设计车速(km/h)； 横向力系数； 路面横坡度，对双向横坡的路面在弯道外侧行驶时，公式中用“”号，在内侧行驶时用“”号； 平曲线半径（m）。图7-5 曲线上汽车受力分析 圆曲线最小半径的选用圆曲线最小半径包括极限最小半径、一般最小半径、不设超高的最小半径三种。公路工程技术标准对于不同等级的公路规定值见表7-5，城市道路的规定值见表7-6。表75 各级公路圆曲线最小半径设计速度（km/h）1201008060403020一 般 值 (m)10007004002001006530 极 限 值（m）650400250125603015不设超高最小半径（m）路 拱2.0%5500400025001500600350150路 拱2.0%7500525033501900800450200表76 城市道路圆曲线最小半径设计速度（km/h）806050403020不设超高的最小半径 (m)100060040030015070设超高的推荐半径 (m)4003002001459040设超高的极限最小半径 (m)250150100704020圆曲线半径的选用应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形，便于安全舒适的行驶。并注意与纵断面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合。设计时，应尽量采用较大的半径，一般应大于不设超高的最小半径；当条件不允许时，才采用设超高的一般最小半径或极限最小半径。当然，考虑经济适用性也不能盲目采用高标准的大半径曲线，使得工程量过分增加。最大半径值一般不应超过10000m。 极限最小半径极限最小半径是圆曲线半径采用的最小极限值。当地形困难或条件受限制时方可采用。道路圆曲线半径为极限最小半径时，设置最大超高。标准规定值是参照=0.15，最大超高取8%（高速公路、一般公路取10%，严寒积雪情况取6%），按公式计算，并取整确定的。例如，某山区四级公路，=20(km/h)，取=0.15，=8%，则 R极限=202/127（0.15+0.08）=13.6m（标准规定为15m） 不设超高的最小半径所谓不设超高的最小半径是指当道路曲线半径较大、离心力较小时，汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面摩擦力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。标准的规定值是按路面泥泞或结冰时的不利情况下，考虑线形的平顺协调，参照=0.04，路拱外侧横坡i0=-2%（或-1.5%），用公式计算取整确定的。 一般最小半径一般最小半径，是指设超高时的推荐半径，其数值介于极限最小半径与不设超高的最小半径之间，超高值随半径的增大而按比例减小。标准所采用的一般最小半径是参照=0.050.06，i0=0.060.08，按公式计算取整得来的。2、平曲线的最小长度汽车在曲线线形的道路上行驶时，如果曲线很短，则驾驶员操作方向盘频繁而紧张，这在高速行驶的情况下是危险的。在平面设计中，公路平曲线一般由前后缓和曲线和中间圆曲线三段曲线组成。为便于驾驶操作和行车安全与舒适，汽车在任何一段线形上行驶的时间都不应短于3s，在曲线上行驶里程需要9s。平曲线最小长度的确定通常按以下三方面考虑： 曲线过短，驾驶员操作困难，根据经验至少要有6s的行驶时间，因此平曲线最小长度为 L=t=（V/3.6）6=1.67V (m) （7-2）式中：L平曲线最小长度（m）； V设计速度（km/h）； 满足离心加速度变化率要求的平曲线最小长度当平曲线由两个缓和曲线组成时，为了使汽车在曲线上行驶时乘客不产生过大的心理负担，一般应控制曲线上汽车离心加速度变化率p为0.5-0.6m/s3。则 （7-3） 按视觉的要求确定平曲线最小长度当曲线转角小于70时，容易产生错觉，即不易识别出曲线，并会误认为比实际曲线长度要短。因此，为使驾驶员不产生错觉，应设置较长的平曲线，其长度应不小于表7-7所列数值。公路转角等于或小于70时平曲线最小长度 表7-7 设计速度（km/h）1201008060403020平曲线最小长度（m）一般值1400/1200/1000/700/500/350/280/低限值2001701401007050403、圆曲线的计算图7-6所示为单圆曲线，从图中的几何关系，有：图7-6 圆曲线要素计算曲线长 L=R/180=0.01745 R （7-4）切线长 T= Rtan（/2） （7-5）外距 E= R(sec/2-1) （7-6）校正数或超距 J=2T-L （7-7）圆曲线共计有三个主点桩，其里程桩号计算如下：直圆点：ZY=JD-T 圆直点：YZ=ZY+L 曲中点：QZ=YZ-L/2 校核公式：JD=QZ+J/2 （校核）例7-1 设城市一条次干路，设计速度为40km/h；当路线跨跃一条河流时，要求桥头至少有40m直线段；由桥头到路线转折点的距离为160m，转角=420；如图所示，试求该路中线最大可能的半径？ 解：据该地形条件可求得曲线切线长，T=160-40=120m，作为控制条件。 R=T/tan（/2)=120/tan（420/2)=120/0.3839=312.6m 取R=300m 图7-7 例题71计算图 从表7-6查得，设计车速40 km/h，不设超高的最小半径为300m，则此处取R=300m，不设超高，可满足行车安全要求。例7-2 某弯道交点桩号为K87+441.41，=26052，R=300m，计算曲线主点桩号。解：由上述公式计算曲线要素，得：T= Rtan（/2）=300tan（26052 /2）=71.66mL=0.01745R=140.67mE= R(sec/2-1)=8.44mJ=2T-L=2.65m 曲线主点桩号计算： JD K87+441.41 -)T 71.66ZY= K87+369.75+)L 140.67YZ= K87+510.42 -)L/2 70.33QZ= K87+440.09+)J/2 1.32JD= K87+441.41 (校核无误)二、缓和曲线在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线就是缓和曲线，如图7-4所示。1、缓和曲线的作用 曲率连续变化，适应车辆转向操作的行驶轨迹 汽车在转弯行驶的过程中，存在一条曲率连续变化的轨迹线，无论车速高低，这条轨迹线都是客观存在的，而且随着车辆行驶的速度、曲率半径和驾驶员转动方向盘的快慢而定。在低速行驶时，驾驶员可以利用路面的富余宽度在一定程度上把汽车保持在车道范围之内，但在高速行驶时，汽车则有可能超越自己的车道驶出一条很长的过渡型的轨迹线。从安全的角度出发，有必要设置一条驾驶员易于遵循，适应车辆行驶轨迹的曲线。 离心加速度逐渐变化，乘客感觉舒适 汽车在曲线上行驶受到离心力的作用，离心力的大小与曲线的曲率成正比。汽车由直线驶入圆曲线或由圆曲线驶入直线，曲率的突变会使乘客有不舒适的感觉。所以，设置曲率逐渐变化的缓和曲线来缓和离心力的变化。 超高横坡度和加宽的逐渐变化，减少行车振荡 从直线上的双向横坡过渡到圆曲线上的单向横坡和由直线上的正常宽度过渡到圆曲线上的加宽宽度，一般情况下是在缓和曲线长度内完成的。为避免车辆在这一过渡行驶中急剧地左右摇摆，保证路容的美观，设置一定长度的缓和曲线是十分必要的。 与圆曲线配合，增加线形美观 圆曲线与直线直接相连，在连接处曲率突变，视觉上有不平顺的感觉。设置缓和曲线后，线形连续圆滑，增加线形的美观性和安全性。回旋线是公路线形设计中最常用的一种缓和曲线。其数学定义为曲率随曲线长度成正比例增大的曲线，即 rL=A2 (7-8) 式中：r回旋线上某点的曲率半径（m）；L回旋线上某点到原点的曲线长（m）；A回旋线参数。 图7-8 回旋线距缓和曲线起点l处p点的坐标为（x,y）, 如图7-8所示。通过数学推导可以得到用r和l表示的回旋线直角坐标表达式：x=l-l3/40r2+ l5/3456r4 （7-9）y= l2/6r- l4/336r3+ l6/42240 r5 （7-10）在高等级公路几何线形设计中，道路平面线形的基本组成是直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线，如图7-9所示。其几何元素的计算公式如下： 图7-9 基本型平曲线缓和曲线切线增量 q=ls/2 - ls3/240R2 (m) （7-11）P点曲率圆的内移值 p= ls2/24R - ls4/2688R 3(m) （7-12）HY点的缓和曲线角 0=28.6479 ls/R (0) （7-13）切线总长 Ts=(R +p) tan（/2）+ q (m) （7-14）曲线总长 Ls=(-20) R/180 + 2ls(m) （7-15）外距 E=(R+p) sec（/2）- R (m) （7-16）超距 J=2Ts - Ls(m) （7-17）全部曲线需要定出五个基本桩，其里程桩号计算如下：直缓点： ZH=JD - Ts缓圆点： HY=ZH + ls缓直点： HZ=HY + (Ls-ls)圆缓点： YH=HZ - ls曲中点： QZ=YH - (Ls-2ls)/2校核公式： JD = QZ + J/22、缓和曲线的最小长度缓和曲线必须有足够的长度，不至于使离心加速度增长过快和司机转动方向盘过急，从而使行车安全、舒适、线形圆滑顺适，圆曲线上的超高和加宽的过渡也能在缓和曲线上完成。缓和曲线的最小长度取决于以下三方面： 从控制离心加速度变化率考虑 缓和曲线的长度应该提供汽车离心加速度由直线上的零过渡到圆曲线上的最大值，并使离心加速度的变化率控制在一定的范围内，使乘客感觉舒适。则缓和曲线最小长度计算公式为：lmin=V3/47Rs ； 当s 0.6 m/s3时， (7-18)式中：V设计车速（km/h）;s离心加速度平均变化率（m/s3）;在0.5-0.6范围内取值。设计车速较高时，取较小值；设计车速较低时，取较大值；平原一般取较小值，山岭区取较大值； R圆曲线半径（m）。 从驾驶员操作方向盘所需的时间不能过短考虑缓和曲线的长度太短，使驾驶员操作不便，造成驾驶员操纵的紧张和忙乱。所以应保证驾驶员在缓和曲线上操作有一定的行程时间。我国将汽车在缓和曲线上的行驶时间最小定为3s，则缓和曲线最小长度为： lmin=vt=(V/3.6)3=V/1.2(m) (7-19)式中：V设计车速（km/h）。 从控制超高渐变率适中考虑由于在缓和曲线上设置超高过渡段，若过渡段太短，则会因路面急剧地由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，对行车和路容不利。在超高过渡段上，路面外侧逐渐抬高，从而形成一个“附加坡度”。超高附加坡度（即超高渐变率）是指超高后的外侧路面边缘纵坡比原设计纵坡增加的坡度。当圆曲线上的超高值一定时，这个附加坡度就取决于过渡段长度。超高渐变率太大和太小都不好，太大会使行车左右剧烈摇晃影响行车安全，太小对排水不利。根据规范规定的适中的超高渐变率，可以推导出过渡段最小长度公式： lmin=B/ (7-20)式中：B从超高旋转轴至外侧路面边缘之间的距离（m）； 超高坡度与路拱横坡的代数差(%)； 超高渐变率。三、曲线上的超高和加宽1、超高在弯道上，当汽车在双向横坡的车道外侧行驶时，车重的水平分力将增大横向侧滑力，所以，当采用的圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，将曲线路段的外侧路面横坡做成与内侧路面同方向的单坡横坡，这样的设置称为超高。超高计算公式为：iy=（V2/127R）- (7-21)式中：V设计速度（km/h）；R圆曲线半径（m）；横向力系数。当极限最小半径时，取0.15，公路设计当采用不设超高的最小半径时，取0.035；城市道路采用不设超高的最小半径时，取0.067；介于中间的半径值，按比例变化采用。2、超高缓和段从直线段上的路拱双坡断面，过渡到小半径曲线上具有超高横坡的单坡断面，要有一个逐渐变化的区段，这一变化区段称为超高缓和段，见图7-10。 图7-10 曲线的超高超高缓和段长度的计算随超高横坡过渡方式之不同而异。超高的过渡方式，应根据地形状况、车道数、中间带宽度、超高度、利于排水、路容美观等因素决定。通常超高横坡有下述两种过渡方式： 绕内边缘旋转先将外侧车道绕道路中心线旋转，当达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至达到超高横坡值为止。一般新建工程多采用此种方式。因此，超高缓和段长度Lc按下式计算：Lc=B/ (7-22)式中：Lc超高缓和段长度（m）；B指旋转轴距路面边缘的宽度（m）；超高坡度与路拱坡度的代数差（%）； 超高渐变率。根据路线设计规范给定的值选用。 绕中线旋转先将外侧车道绕道路中心线旋转，当达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面一同绕道路中心线旋转，直至达到超高横坡值为止。一般多用于旧路改建工程。此时，超高缓和段长度Lc的计算公式为： (7-23)式中：为路拱横坡度（%）。绕中线旋转的方式，在同样超高值下，缓和段长度较短，但内缘降低较多，在纵坡不大的挖方路段将不利于排水，但其对纵断中心线设计标高无影响。所以，在设计时，要综合考虑边沟排水、构造物控制标高等因素，合理选用旋转方式。3、加宽汽车沿曲线行驶时，各车轮行驶的轨迹互不相同，靠近曲线内侧的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。所以，汽车在曲线上行驶时所需的车道宽度比直线段大。为保证汽车在转弯中不侵占相邻车道，对小半径曲线路段的路面需要加宽。如图7-11所示。 图7-11 曲线上的路面加宽考虑到车速的影响，曲线上双车道路面的加宽值按下式计算，即e=（L02/R）+（0.1V/R1/2） (7-24)式中： e双车道路面加宽值（m）；L0汽车后轴轴心线至车身前保险杠的距离（m），解放牌载重汽车为5m；R圆曲线半径（m）；V设计速度（km/h）。4、加宽缓和段在圆曲线范围内加宽，为不变的全加宽值，两端设置加宽缓和段，其加宽值由直线段加宽为零逐渐按比例增加到圆曲线起点处的全加宽值。加宽缓和段的长度可按如下两种情况确定： 设置回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段长度采用与回旋线或超高缓和段长度相同的数值； 不设回旋线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率为1:15，且长度不小于10m的要求设置。四、行车视距（Running sight distance）为保证行车安全，驾驶员应能随时看到汽车前面一定距离处的障碍物或迎面驶来的车辆，以便及时采取措施，避免相撞，这一必需的最短距离，称为行车视距。行车视距是否充分，直接关系到行车的安全与迅速，它是道路使用质量的重要指标之一。驾驶员发现障碍物或迎面来车，根据其采取的措施不同，行车视距可分为停车视距、会车视距和超车视距。1、行车视距的计算 停车视距在单车道或有明显分隔带的双车道上行驶的汽车，若前方遇到障碍物或路面破坏处，而又无法驶入邻近车道去绕过它时，只好采取制动的方法，使汽车在障碍物前停住，以保证安全。因此，在离路面1.2m高的司机视线看到障碍物之后，立即采取制动措施，能在障碍物前安全地停下来，这一必须保证的最短视距，称为停车视距，如图7-12所示。图7-12 停车视距所以，停车视距S停为： S停=S1+S2+S0=（V/3）+KV2/254()+S0 (7-25)式中： S1司机反应时间内行驶的距离（m）;S2汽车开始制动到完全停止时行驶的距离（m）;S0安全距离（m），一般取510(m)；V设计速度（km/h）；路面纵向附着系数，一般按潮湿状态考虑；i道路纵坡度，上坡为正，下坡为负；K制动使用系数，一般可在1.21.4之间选用。标准规定：高速公路和一级公路采用停车视距，其他各级公路的视距一般采用不小于两倍停车视距的长度，工程特殊困难或条件受限制的路段，也可以采用停车视距，但必须采取分道行驶措施，如设分道线、分隔带、或两条分离的单车道等。 会车视距会车视距是指两对向行驶的汽车能在同一车道上及时刹车所必需的最短行车距离，如图7-13所示。图7-13 会车视距若以V1和V2表示汽车1和2的行驶车速，而且它们是在i1和i2的纵坡上行驶，则会车视距S会为：S会=（V1+V2）3+V12/254(i1)+V22/254(i2)+S0 (7-26)若两车的车速均为V（km/h），且在同一纵坡i上行驶，其中一车上坡，一车下坡，则： S会=V/1.5+KV2/127（2-i2）+S0 (7-27)上式表明，会车视距几乎为停车视距的两倍。 超车视距超车视距是指汽车行驶时为超越前车所必须的视距。包括：后车加速行驶距离，后车在对向车道上行驶的距离，对向汽车的行驶距离和安全距离。如图7-14所示。 图7-14 超车视距超车视距有全超车视距和最小必要超车视距之分。全超车视距=S1+S2+S3+S4 (7-28)最小必要超车视距=2S2/3+S3+S4 (7-29)式中：S1超越车加速行驶的距离（m）；S2超越车在对向车道上行驶的距离（m）；S3超车结束、超越车与对向来车间的安全距离(m)，一般为1560米；S4超越车从开始加速到超车结束，对向来车行驶的距离(m)。 标准规定，双向行驶的双车道公路应根据需要，结合地形在适当距离内保证具有超车视距的路段。当由于地形及其他原因不得已时，超车视距长度可适当缩减，但最短应不小于规定的数值。标准对行车视距的规定如表78和79所示。表78 高速公路、一级公路停车视距设计速度(km/h)1201008060停车视距(m)21016011075表79 二、三、四级公路停车视距、会车视距和超车视距设计速度(km/h)8060403020停车视距(m)11075403020会车视距(m)220150806040超车视距(m)5503502001501002、平面视距的保证当汽车在弯道上行驶时，弯道内侧行车视线可能为树木、路堑边坡、建筑物或其他障碍物所遮挡，因此，在路线平面设计时必须检查平曲线上的视距是否能得到保证，若由于遮挡而不能保证足够视距时，则必须清除视距区段内侧适当横净距内的障碍物，如图715所示。图中的阴影部分是阻碍驾驶员视线的范围，凡在此范围内的障碍物均应清除。Z为内侧车道上应保证的横净距。图715 弯道平面视距障碍清除曲线内侧影响视距的切除范围一般采用图解法，如图716所示。图716 图解法确定横净距从图中可见，被视距所切割而包络的一条曲线称为视距包络线，将视距包络线上对应的各桩号的横净距转绘到路基横断面上，借以确定路堑边坡或障碍应切除的范围。五、道路平面设计图路线平面设计图是设计文件中的主要内容之一，也是平面设计的主要成果之一。它综合反映了路线的平面位置、线形和几何尺寸，还反映了沿线人工构造物和工程设施的位置以及道路与周围环境、地形、地物的关系。一般公路路线平面图采用1：2000的比例尺，平原微丘区也可采用1：5000的比例。路线平面图上应标出道路中心线及其里程桩号、平曲线要素、水准点、大中桥、路线交叉（注明形式及结构类型）、隧道、沿线主要设施的位置及县以上的分界线等，如图717。高等级公路尚应标出坐标格网、导线点、交点坐标、桥涵、隧道、路线交叉、沿线排水系统、沿线主要设施的布置等。路线位置应标出中心线、中央分隔带、路基边线、坡角（或坡顶）线及曲线主要桩位，比例尺用1：1000或1：2000。图717 公路平面图城市道路平面图一般采用的比例尺为1：5001：1000，两侧范围应在红线以外各2050m，应标明道路中心线，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、沿街建筑物出入口（接坡）、各种地上地下管线的走向位置、雨水进水口、检查井等，注明交叉口及沿线里程桩。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。第三节 道路纵断面设计 一、概述沿道路中心线竖向剖切后展开的剖面称为道路的纵断面图，它反映了道路中心线沿地面的起伏情况以及路线设计的纵坡情况。道路纵断面设计（Profile design）即是根据自然地理条件、气候情况、汽车的动力特性以及道路等级等情况，拟定的道路竖向起伏变化的空间线形，如图718所示。图718 道路纵断面示意图纵断面图上主要反映两条线：一是地面线，是根据道路中心线上各桩的高程而点绘成的一条不规则的折线，反映了原地面的起伏变化情况。一是设计线，它是经过技术研究后确定出来的一条具有规则形状的几何线形，反映了道路设计路线的起伏变化情况。纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的。直线(即均匀坡度线)有上坡和下坡，是用坡度和水平长度表示的。直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济性以及行车的安全性，它们的一些临界值的确定和必要的