公路勘测设计第二章：平面设计ppt课件

第二章平面设计,.,公路在水平面上的投影构成路线的平面线形，其线形设计即平面设计；沿公路中心线竖直剖切并展开构成纵断面线形，其线形设计即纵断面设计；公路中心线上任意点的法向切面构成横断面线形，其线形设计即横断面设计；对公路平面线形来说：可分解为直线、圆曲线、缓和曲线。直线、圆曲线、缓和曲线称为公路平面线形的三要素。,（1）以最短的距离连接两目的地，即路线短捷、缩短里程和行车方向明确等；（2）视距良好、行车快速、易于排水等；（3）已知两点就可以确定一条直线，因而直线线形简单，容易测设；（4）从行车的安全和线形美观来看，过长的直线，线性呆板，行车单调，安全性较差；（5）直线难以与地形及周围环境相协调；（6）直线型公路给人以简捷、直达、刚劲的良好印象，在美学上有其自身的视觉特点。,一、直线,1、直线的线形特征,直线的最大长度没有限制，其总的选取原则是：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，当采用长直线时，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。,一、直线,2、直线长度限制,（1）直线最大长度,同向曲线间的直线最小长度同向曲线是指两个转向相同的相邻曲线间以直线形成的平面的线形。同向曲线间直线长度就是指前一曲线的终点至后一曲线的起点之间的长度。规范规定，当设计速度60km/h时，同向曲线间直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜，当设计速度40km/h时，可参照上述规定执行。,一、直线,（2）直线的最小长度,同向曲线,一、直线,反向曲线间的直线最小长度反向曲线是指两个转向相反的相邻曲线间以直线形成的平面的线形。规定规定，当设计速度60km/h时，反向曲线直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜，当设计速度40km/h时，可参照上述规定执行。,一、直线,一、直线,回头曲线是指山区公路为克服高差在同一坡面上回头展线时所采用的曲线。规范规定，在回头曲线之间，前一回头曲线的终点至后一回头曲线起点的距离宜满足:,回头曲线间最小直线长度,一、直线,（3）相邻回头曲线间的直线最小长度,一、直线,路线不受地形、地物限制的平原区或山间的开阔谷地；市镇及其邻近或规划方正的农耕区等以直线为主体的地区；为缩短构造物长度以便于施工的长大桥梁、隧道路段；为争取较好的行车和通视条件的平面交叉前后；双车道公路在适当间隔内设置一定长度的直线，以提供较好条件的超车路段。,一、直线,3、直线设计要点（1）适用条件,应正确处理直线与地形的关系，并不宜采用长直线；长直线或长下坡尽头的平面曲线，必须符合规定要求及设置标志、增加路面抗滑能力等措施；长直线上纵坡不宜过大以免导致超速行车；长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜；公路两侧地形过于空旷时宜采取措施改善单调的景观；关于“长直线”的量化问题。总的原则是：公路线形应该与地形相适应，与景观相协调，不强求长直线，也不硬性去掉直线而设置曲线；直线长度亦不宜过短，特别是同向圆曲线间不得设置短的直线。,一、直线,（2）直线运用应注意的问题,一、直线,一、直线,圆曲线是公路平面设计中最常用的线形之一,二、圆曲线设计,二、圆曲线设计,1、圆曲线的几何要素及计算式,二、圆曲线设计,2、圆曲线半径的计算公式与影响因素,横向力系数可近似为单位车重上受到的横向力。横向力的存在对行车产生不利影响，而且越大越不利，主要表现在以下几方面：考虑汽车行驶的横向稳定性；考虑驾驶员操作；考虑燃料消耗和轮胎磨损；考虑乘车的舒适性。,二、圆曲线设计,（1）关于横向力系数,二、圆曲线设计,（2）超高横坡度ib,公路工程技术标准规定了两种圆曲线最小半径，即：圆曲线最小半径；不设超高最小半径。,二、圆曲线设计,3、圆曲线最小半径,二、圆曲线设计,（1）圆曲线最小半径,二、圆曲线设计,（2）不设超高的最小半径,在地形、地物等条件许可时，优先选用大于或等于不设超高的最小半径;一般情况下宜采用圆曲线最小曲线半径的48倍或超高为2%4%的圆曲线半径；在自然条件特殊困难或受其他条件严格限制而不得已时，方可采用圆曲线最小半径；规范规定圆曲线最大半径不宜超过10000m。,二、圆曲线设计,4、圆曲线半径的选用,缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或大圆曲线与小圆曲线之间，由较大圆曲线向较小圆曲线过渡的线形，是道路平面线形要素之一。缓和曲线的主要特征是曲率均匀变化。,三、缓和曲线设计,公路工程技术标准规定：直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处，应设置缓和曲线（回旋线）；四级公路的直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处，可不设置缓和曲线（回旋线），用超高、加宽缓和段径相连接。,三、缓和曲线设计,（一)设置缓和曲线的目的和条件1、设置缓和曲线的条件,（1）有利于驾驶员操纵方向盘；（2）消除离心力的突变，提高舒适性；（3）完成超高和加宽的过渡；（4）与圆曲线配合得当，增加线形美观。,三、缓和曲线设计,2、设置缓和曲线的目的,三、缓和曲线设计,（二）缓和曲线的性质1、汽车转弯时行驶的理论轨迹方程,三、缓和曲线设计,2、回旋线作为缓和曲线,确定缓和曲线最小长度应从如下四个方面考虑：1、使汽车平顺地由直线段过渡到到圆曲线段，并对离心力的增长有一定的限制，即控制离心加速度增长率，满足旅客舒适要求；,三、缓和曲线设计,（三）缓和曲线最小长度,三、缓和曲线设计,2、从视觉上应有平顺感的要求考虑,三、缓和曲线设计,3、根据超高渐变率适中,三、缓和曲线设计,4、从视觉上应有平顺感的要求考虑,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,（四）直角坐标与缓和曲线常数1、切线角,三、缓和曲线设计,2、缓和曲线直角坐标,三、缓和曲线设计,3、缓和曲线常数,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,4、设置有缓和曲线的公路平曲线要素计算,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,三、缓和曲线设计,（1）四级公路无论圆曲线半径的大小可不考虑设计缓和曲线；（2）在直线和圆曲线间当圆曲线半径大于或等于“不设超高最小半径”时，缓和曲线无条件省略；（3）半径不同的圆曲线径相连接处，应设置缓和曲线，但符合下述条件时可以省略不设缓和曲线：小圆半径大于所列“不设超高最小半径”时；,三、缓和曲线设计,（五）缓和曲线省略条件1、缓和曲线的省略条件,三、缓和曲线设计,设置缓和曲线的作用是缓和人体感到的离心加速度的急剧变化，且使驾驶员容易做到匀顺地操纵方向盘，提高视觉的平顺度，保持线形的连续性。在运用回旋线时应注意：（1）当圆曲线半径R较大或接近于100m时，回旋线参数应取等于R；当R小于100m时，则取A等于或大于R。（2）当圆曲线半径R较大或接近于3000m时，回旋线参数A应取等于R/3；当R大于3000m时，则取A小于R/3。,三、缓和曲线设计,2、缓和曲线的运用,实操训练：编制直线、曲线及转角一览表，资料如下：,三、缓和曲线设计,四、公路横断面上的超高设计,1、超高值定义指设置超高后路中线、路面边缘及路肩边缘等计算点的标高与路基设计标高的差值。2、新建公路的路基设计标高位置高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。3、横断面超高值的计算公式与超高方式有关,四、公路横断面上的超高设计,4、直线段与未设超高的圆曲线段超高值计算,路面,路面,路肩,路肩,四、公路横断面上的超高设计,5、设有缓和曲线的平曲线ZH（或HZ）点超高值计算,四、公路横断面上的超高设计,6、绕内边轴旋转时HY至YH段超高值计算,（即圆曲线段的全超高值）,四、公路横断面上的超高设计,7、绕内边轴旋转时ZH至HY(或YH至HZ)段超高值计算,先算出由双向路拱旋转至单向路拱所需的长度：再根据比例或相应断面位置计算超高值如下：,四、公路横断面上的超高设计,8、绕中轴旋转时HY至YH段超高值计算,（即圆曲线段全超高值）,四、公路横断面上的超高设计,9、绕中轴旋转时ZH至HY(或YH至HZ)段超高值计算,先算出由双向路拱旋转至单向路拱所需的长度：再根据比例或相应断面位置计算超高值如下：,四、公路横断面上的超高设计,10、横断面超高值计算公式综合如下：,四、公路横断面上的超高设计,四、公路横断面上的超高设计,四、公路横断面上的超高设计,【案例】某二级公路设计资料如下：,请完善如下路基设计表中11、12、13纵栏。,四、公路横断面上的超高设计,四、公路横断面上的超高设计,（1）直线段超高值计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,（2）ZH(HZ)断面超高值计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,（3）圆曲线段-路基外边缘超高值计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,（4）圆曲线段-路中心超高值计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,（5）圆曲线段-路基内边缘超高值计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,（6）缓和曲线段-如K2+740.000断面超高值的计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,（7）缓和曲线段-如K2+920.000断面超高值计算如下：,四、公路横断面上的超高设计,四、公路横断面上的超高设计,五、公路横断面加宽设计,汽车在曲线上行驶时需要比在直线上行车更宽的路面以利安全，这种适当拓宽的路面形式即称为平曲线加宽。,五、公路横断面加宽设计,（一）平曲线上的加宽,1、平曲线加宽,汽车进入圆曲线后，其行驶的车轮转角保持不变时，其圆曲线起点至圆曲线终点的路面加宽值也保持一个定值，这个定值称为圆曲线上的全加宽值。,五、公路横断面加宽设计,2、圆曲线上的全加宽值,（1）会车时两辆汽车之间的距离；（2）汽车与路面边缘之间的间距；（3）圆曲线的半径、车型、行车速度。,五、公路横断面加宽设计,3、确定全加宽值的因素,（1）汽车在曲线上行驶时，在车道内侧需要更宽一些的行车道以供后轴内侧车轮的行驶轨迹要求，所以需要加宽曲线上的行车道；（2）汽车在曲线上行驶时，前轴中心的轨迹并不完全符合理论轨迹而是有较大的摆动偏移，所以也需要加宽曲线上的行车道，以利车辆摆动偏移时的安全。,五、公路横断面加宽设计,4、圆曲线上设置加宽的原因,5、园曲线上设置加宽的条件我国标准规定，当平曲线半径小于或等于250m时，应在平曲线内侧设置加宽。,6、全加宽值的确定（1）根据汽车交会时相对位置所需的加宽值设汽车后轴至前保险杠之距为d，圆曲线半径R，有双车道上的加宽值为：,五、公路横断面加宽设计,（2）根据不同车速摆动偏移所需的加宽值根据试验和行车调查，行驶速度引起的汽车摆动幅度的变化值为：,（3）圆曲线上的全加宽值:,五、公路横断面加宽设计,（4）对于有半挂车的汽车，对行车道的加宽要求由牵引车、拖车、汽车摆动幅度的变化值三部分组成，即：,其中：,牵引车后轴至保险杠前缘之距离；,拖车后轴至牵引车后轴之距离。,五、公路横断面加宽设计,7、加宽的规定与要求（1）平曲线半径等于或小于250米时，统一在平曲线内侧加宽；（2）四级公路和山岭重丘区的三级公路采用第一类加宽值，其余各级公路采用第三类加宽值；对于不经常通行集装箱运输半挂车的公路，可采用第二类加宽值；（3）加宽应设置在圆曲线内侧且路面和路基一起加宽；,五、公路横断面加宽设计,（4）由三条以上车道构成的行车道，其加宽值应另行计算。（5）四级公路路基采用6.5m以上宽度时，当路面加宽后剩余的路肩宽度不小于0.5m时则路基可不予加宽；（6）小于0.5m时则应加宽路基以保证路肩宽度不小于0.5m。,五、公路横断面加宽设计,（1）当圆曲线段设置全加宽时，为了使路面由直线段正常宽度断面过渡到圆曲线段全加宽断面，需要在直线和圆曲线之间设置加宽缓和段。,五、公路横断面加宽设计,（二）加宽缓和段,1、加宽缓和段设置原因,2、加宽缓和段形式（1）比例过渡对于二、三、四级公路，采用在加宽缓和段全长范围内按其长度成正比例增加的方法,即：,缓和段上加宽值；,缓和段上任意点至缓和段起点之间的距离；,加宽缓和段长度；,全加宽值。,五、公路横断面加宽设计,（2）高次抛物线过渡对于高等级公路，采用高次抛物线过渡形式,即：,式中：,加宽值参数，,五、公路横断面加宽设计,3、加宽缓和段长度（1）对于设置有缓和曲线的平曲线，加宽缓和段应采用缓和曲线相同的长度。（2）对于不设缓和曲线的平曲线，但设置有超高缓和段的平曲线，可采用于超高缓和段相同的长度。（3）对于不设缓和曲线的平曲线，又不设置超高缓和段的平曲线时，其加宽和段长度应按渐变率为1：15且长度不小于10m的要求设置。,五、公路横断面加宽设计,五、公路横断面加宽设计,即：地面点在地球表面上的投影位置用大地经度和大地纬度来表示，由大地坐标原点推算而得。我国大地坐标原点位于陕西泾阳县永乐镇境内，在西安市以北约40Km处。,六、路线中桩坐标的计算,(一)测量坐标系统1、大地坐标系统,即：以高斯投影的方法建立高斯直角坐标系统。高速公路的勘测设计和施工放样都采用高斯平面直角坐标系统进行的。,六、路线中桩坐标的计算,2、高斯3平面直角坐标系统,在测量范围较小、三级和三级以下公路、独立桥梁隧道及其它构造物，可以把该测区的球面当作平面看待进行直接投影，采用平面直角坐标系统。,六、路线中桩坐标的计算,3、平面直角坐标系统,六、路线中桩坐标的计算,(二)中桩坐标计算1、计算导线点的坐标,（2）坐标计算：Xi+1=Xi+DCosAiYi+1=Yi+DSinAi(D：两导线点间的水平距离),六、路线中桩坐标的计算,（1）未设缓和曲线的单圆曲线坐标计算圆曲线起、终点坐标计算JDi的坐标为（XJDi、YJDi），交点前后直线边的方位角分别为Ai-1、Ai，圆曲线的半径为R，平曲线切线长为Ti,曲线起、终点的坐标可用下式计算：圆曲线起点的坐标：XZYi=XJDiTiCosAi-1YZYi=YJDiTiSinAi-1圆曲线终点的坐标：XYZi=XJdi+TiCosAiYYZi=YJdi+TiSinAi,六、路线中桩坐标的计算,2、计算中桩坐标,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,（2）设缓和曲线的单圆曲线坐标计算,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,（3）直线段中桩坐标的计算位于ZH之前或HZ点之后的直线段可利用JD点的坐标或ZH、HZ点的坐标与该点的距离计算出该点的标坐。,N,六、路线中桩坐标的计算,（1）计算路线转角：,六、路线中桩坐标的计算,（2）计算缓和曲线常数,六、路线中桩坐标的计算,（3）计算平曲线要素,六、路线中桩坐标的计算,（4）计算主点桩桩号,六、路线中桩坐标的计算,（5）中桩坐标及方位角：,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,六、路线中桩坐标的计算,实操训练：完善直线、曲线及转角一览表，资料如下：QD坐标为：X=10000.000；Y=10000.00QDJD1的方位角：A01=450000,六、路线中桩坐标的计算,（1）平面形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调；（2）保持平面线形的均衡与连贯；（3）应避免连续急弯的线形；,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,(一)平面线形设计要点,1、平面线形设计一般原则,（4）平曲线应有足够的长度。规范规定了平曲线最小长度如下表所示。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,当路线转角7时，应设置较长的平曲线，其长度规定如下：,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,可根据具体情况选用下述几种线形组合形式：（1）基本型基本型是按“直线回旋线圆曲线回旋线直线”的顺序组合的。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,2、平面线形组合类型,两个回旋线的参数值可以根据地形条件设计成对称型（A1=A2）或非对称型（A1A2）曲线；为使线形连续协调，回旋线圆曲线回旋线的长度之比宜为111左右；设置基本型的几何条件：20（为圆曲线转角，0为缓和曲线角）,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,（2）S型两个反向圆曲线用回旋线连接起来的组合线形为S型。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,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，有条件时宜小于1.5。当条件受限时S型的两个反向回旋线间可以用直线或回旋线部分重合，但长度应符合：L(A1+A2)/40式中：L反向回旋线间短直线或重合段的长度，m；A1、A2回旋线参数两圆曲线半径之比不宜过大，以1-1/3为宜。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,（3）复曲线直线与两同向圆曲线直接相连形式（lF=0，ls=0）：直线圆曲线R1圆曲线R2直线,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,两同向圆曲线两端设置缓和曲线形式（lF=0，ls0）：直线回旋线A1圆曲线R1圆曲线R2回旋线A2直线,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,卵型用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合形式。直线回旋线A1圆曲线R1回旋线圆曲线R2回旋线A2直线,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,卵型组合的回旋线参数宜符合：R2/2AR2式中：A回旋线参数；R2小圆曲线半径，(m)；两圆曲线半径之比，以0.2-0.8为宜。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,（4）凸型两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的线形称为凸型。有：=20（为圆曲线转角，0为缓和曲线角）,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,（5）复合型两个及两个以上同向回旋线，在曲率相等处相互连接的形式称为复合型。复合型的两个回旋线参数之比以小于11.5为宜。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,（6）C型同向曲线的两个回旋线在曲率为零处径相衔接（即连接处曲率为0，R=）的形式称为C型。C型的线形组合方式只有在特殊地形条件下方可采用。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,“直线、曲线及转角一览表”全面反映路线的平面位置和路线平面线形的各项指标，它是公路设计的主要成果之一。完成该表后才能计算“逐桩坐标表”和绘制“路线平面设计图”。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,（二）公路平面设计成果1、直线、曲线及转角一览表,高速、一级公路的线形指标高，在测设和放线时需采用坐标法才能保证测设精度。所以平面设计成果必须提供一份“逐桩坐标表”。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,2、逐桩坐标表,路线平面图是公路设计文件的重要组成部分，该图全面、清晰地反映公路平面位置和经过地区的地形、地物等，它是平面设计的重要成果之一。,七、平面线形的组合设计与平面设计成果,3、路线平面设计图,(1)平面图的比例尺和测绘范围路线平面图指包括公路中线在内的有一定宽度带状地形。比例尺的采用工程可行性研究采用110000的比例尺测绘；初步设计、施工图设计用12000；地形复杂的路线初步设计、施工图设计可采用1500或11000。,七、平面线形