道路勘测设计二PPT课件

.,1,道路勘测设计,学时：46学时,.,2,第二章平面设计,第一节概述第二节直线第三节圆曲线半径第四节缓和曲线第五节道路平面设计成果,.,3,1路线,道路是一条三维空间的实体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。1.1路线：是指道路中线的空间位置。1.2线形：道路中线的空间形状。,.,4,1路线,1.3路线的平面：道路中线在水平面上的投影。1.4路线纵断面：沿着中线竖直剖切，再行展开。1.5公路横断面：中线各点的法向切面。,.,5,1路线,1.6路线设计：指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。1.7路线平面设计：在路线平面图上研究道路的基本走向及线形的过程。1.8路线纵断面设计：在路线纵断面图上研究道路纵坡及坡长的过程。1.9路线横断面设计：在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。,.,6,1路线,路线中线的平面位置，考虑社会经济、自然条件和技术标准等因素，经过平、纵、横综合设计，反复修正确定，沿中线的桩标志进行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再设计纵断面和横断面。,.,7,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.1汽车行驶轨迹1）轨迹是连续的，任一点不出现转折和错位。,.,8,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.1汽车行驶轨迹2）曲率是连续的，任一点不出现两个曲率值。,.,9,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.1汽车行驶轨迹3）曲率变化是连续的，任一点不出现两个曲率变化率值。,.,10,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.2路线平面线形1）直线圆直线不满足第二、三条性质，但满足第一条要求，满足了车辆的直行和转向要求，可作为低等级山区道路采用。,.,11,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.2路线平面线形2）直缓圆缓直为满足第二条要求，在直线与圆曲线间引入了一条曲率逐渐变化的“缓和曲线”，使整条线形符合汽车行驶轨迹特性的第一条和二条，保持了线形的曲率连续。它不满足第三条要求，不是最理想的，但与汽车行驶轨迹接近，国内外普遍采用。,.,12,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.3行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的关系：1）角度为零：2）角度为常数：3）角度为变数：,2.4汽车行驶轨迹线1）曲率为0直线2）曲率为常数圆曲线3）曲率为变数缓和曲线,.,13,2汽车行驶轨迹与道路平面线形,2.5平面线形三要素：直线、圆曲线和缓和曲线。,.,14,3路线平面设计内容,道路平面线形设计，是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理地确定各线形要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采用长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路，线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。,.,15,4直线,4.1优点,两点之间距离最短,具有短捷、直达的印象,行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易,测设简单方便（用简单的就可以精确量距、放样等）,在直线上设构造物更具经济性,.,16,4直线,4.2缺点,直线单一无变化，与地形及线形自身难以协调,过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时，易使驾驶人员感到单调、疲倦,在直线纵坡路段，易错误估计车间距离、行车速度及上坡坡度,易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速行驶,.,17,.,18,4.3直线的最大长度,我国标准和规范对直线的最大长度没有具体的规定,原则规定直线的最大长度应有所限制，尽量避免长直线,最大长度主要应根据驾驶员的视觉反应及心理上的承受能力来确定,.,19,4.3直线的最大长度,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,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V100km/h）,.,20,4.3直线的最大长度,一般采用直线最大长度,直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V是可以接受的,在景色单调的地点最好控制在20V以内,在特殊的地理条件下应特殊处理,.,21,4.3直线的最大长度,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,合理利用地形和避免采用长直线,当直线长度大于1km时，可采用一系列技术措施予以弥补,.,22,4.3直线的最大长度,采用的措施,纵坡不应过大，一般应小于3%,同大半径凹型竖曲线结合为宜,两侧地形过于空旷时，宜采取栽植不同树种或设置一定建筑物等措施,长直线或长下坡尽头的平曲线，应对路面超高、停车视距等进行检验，必要时须采用设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施,.,23,4.4直线的最小长度,定义,相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直线是指前一曲线的终点（HZ或YZ）到后一曲线的起点（ZH或ZY）之间的长度,以不小于设计速度的6倍为宜（6V）,1）同向曲线间的直线最小长度,以不小于设计速度的2倍为宜（2V）,2）反向曲线间的直线最小长度,.,24,1）同向曲线间的直线最小长度,同向曲线的定义,是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平面线形,当设计速度60km/h时，同向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜；当地形条件及其它特殊情况限制时，最小直线长度不得小于设计速度(以km/h计)的3倍,规范规定,.,25,1）同向曲线间的直线最小长度,对于设计速度40km/h时，参考执行即可,规范规定,在受到条件限制时，宜将同向曲线改为大半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或C形曲线,.,26,断背曲线问题,断背曲线的定义,同向曲线间连以短的直线,当直线较短时，在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉,断背曲线的错觉,当直线过短甚至把两个曲线看成是一个曲线,.,27,断背曲线问题,.,28,断背曲线的错觉,.,29,断背曲线问题,因为是视觉上的判断错觉，最好的办法是在两同向曲线间插入长的直线段，让驾驶员在前一个曲线上看不到下一个曲线,断背曲线的解决办法,危害,破坏了线形的连续性，造成驾驶操作失误，应尽量避免,.,30,2）反向曲线间直线的最小长度,反向曲线的定义,两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所形成的平面线形,超高和加宽缓和的需要,对反向曲线间直线最小长度的规定，主要考虑,驾驶人员操作的方便,.,31,2）反向曲线间直线的最小长度,规范规定,当设计速度60km/h时，反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2倍为宜,当设计速度40km/h时，可参照上述规定执行,当直线两端设置有缓和曲线时，也可以直接相连，构成S型曲线,.,32,回头曲线问题,相邻回头曲线间的直线最小长度速度40km/h30km/h20km/h200m150m100m,.,33,4.5宜采用直线线形的路段,路线完全不受地形、地物限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带,城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区,长大桥梁、隧道等构造物路段,路线交叉点及其附近,双车道公路提供超车的路段,.,34,4.6直线的运用,采用直线线形时必须注意线形与地形的关系,在运用直线线形并决定其长度时，必须慎重考虑，一般不宜采用长直线,注意直线的设置应与地形、地物、环境相协调,直线的最小长度和最大长度应有所限制,.,35,4.6直线的运用,采用长的直线线形时，应注意的问题,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,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,.,36,美国俄勒冈州典型沙漠公路,.,37,香榭丽舍与凯旋门,.,38,德国柏林,.,39,4.6直线的运用,采用长的直线线形时，应注意的问题,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,.,40,4.6直线的运用,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,.,41,4.6直线的运用,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,.,42,5汽车行驶时的横向稳定性,5.1汽车行驶时的横向稳定性,.,43,5汽车行驶时的横向稳定性,5.2曲线上汽车的受力分析将离心力F和车重分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力，即：横向力：XFcosGSin竖向力：YFSinGcos很小，可以认为sintgih，cos1，ih称为横向超高坡度,.,44,5汽车行驶时的横向稳定性,5.2曲线上汽车的受力分析引入横向力系数，作为衡量稳定性程度的指标，其意义为单位车重的横向力，即用V（km/h）表达上述公式，则：,.,45,5汽车行驶时的横向稳定性,5.4横向稳定性的保证汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。在道路设计中应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。,.,46,5汽车行驶时的横向稳定性,5.2曲线上汽车的受力分析引入横向力系数，作为衡量稳定性程度的指标，其意义为单位车重的横向力，即用V（km/h）表达上述公式，则：,.,47,5汽车行驶时的横向稳定性,.,48,6圆曲线,各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线,路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线,圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍,.,49,6圆曲线,.,50,6.1圆曲线半径,圆曲线半径计算公式,式中：V计算行车速度，（km/h）横向力系数iB超高横坡度曲线半径R与横向力系数密切相关在指定车速V下，极限最小半径决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。,.,51,6.2最大横向力系数,1)危及行车安全,为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下能不产生横向滑移，应小于0.2。h,行车横向倾覆稳定性,1，横向倾覆稳定性得以充分保证,一般在干燥路面上值约为0.40.8,行车的滑动稳定性,.,52,6.2最大横向力系数,在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时，值降低到0.250.40,路面结冰和积雪时，值降到0.2以下,行车的滑动稳定性,在光滑的冰面上值可降到0.06（不加防滑链）,2）增加驾驶操纵的困难,要求0.3,.,53,6.2最大横向力系数,2）增加驾驶操纵的困难,弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，弹性的轮胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角。,.,54,6.2最大横向力系数,横向力系数为0.2时，其燃料消耗与轮胎磨损分别比0时多20和近3倍,使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加,3）增加燃料消耗和轮胎磨损,.,55,6.2最大横向力系数,值的增大，乘车舒适感恶化,4)旅行不舒适,当0.10时，不感到有曲线存在，很平稳,当=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳,当=0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定,当=O.35时，感到有曲线存在，不稳定,.,56,6.2最大横向力系数,4）旅行不舒适,当=0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感,当超过一定数值时，驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张，乘客感到不舒适,结论,.,57,6.3最大超高,1）要考虑车辆组成在混合交通的道路上，要同时顾及快、慢车，快车超高宜大，慢车超高宜小。2）要考虑气候因素慢车及停在弯道上的车辆在不利季节情况要能避免沿路面最大合成坡度下滑。（一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数）3）要考虑驾驶者和乘客以心理上的安全感对重山区、城市附近、交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路，最大超高还要比一般道路小些。,.,58,6.3最大超高,标准规定高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%。其它各级公路不应大于8%。在积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于6%。城市道路设计速度为80km/h，最大超高为6%。设计速度为60km/h、50km/h，最大超高为4%。设计速度为40km/h、30km/h、20km/h，最大超高为2%。,.,59,6.4极限最小半径,是各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全行车的最小允许半径在设计中任何情况下都必须满足,强调说明：极限最小半径是路线设计中的极限值，是在特殊困难条件下不得已才使用的，一般不轻易采用。,.,60,6.5一般最小半径,指各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径在设计中一般情况下采用,.,61,6.5一般最小半径,一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径,适用范围,考虑了汽车在这种曲线上以设计速度或以接近设计速度行驶时，旅客有充分的舒适感,考虑到在地形比较复杂的情况下不会过多增加工程量,.,62,6.6不设超高的最小半径,圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高，而允许设置等于直线路段路拱的反超高从行驶的舒适性考虑，必须把横向力系数控制到最小值,.,63,6.7圆曲线最小半径,公路,城市道路,.,64,6.8圆曲线的要素计算,圆曲线长切线长外距校正数,.,65,6.9圆曲线的特点,曲率1/R=常数，测设和计算简单,比直线更能适应地形的变化,在圆曲线上行驶要受到离心力的作用,要比在直线上行驶多占用道路宽度,在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差,.,66,6.10圆曲线的运用,1）在地形、地物允许的条件下，应尽量选用较大的半径；2）一般情况下采用极限最小半径的48倍或超高为2%4%的圆曲线半径；3）当地形条件受到限制，应尽量采用大于或接近于一般最小半径的半径；4）在特殊困难地段，经技术论证，方可采用极限最小半径；5）选择半径时应结合前后线形综合考虑，应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形；,.,67,6.10圆曲线的运用,6）考虑平曲线与纵坡的关系，应同纵面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合；7）每个弯道半径值的确定，应根据实地的地形、地物、地质、人工构造物及其它条件的要求，用外距、切线长、曲线长、曲线上任意点线位、合成纵坡等控制条件反算，并结合标准综合确定。7）小转角的弯道应尽量避免，不得已要按曲线长反算半径。,.,68,8）最小半径指标的应用,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,长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径,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,.,69,9）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,.,70,7缓和曲线,设置在直线和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的一种曲率连续变化的曲线,定义,.,71,7缓和曲线,作用,曲率连续变化，便于车辆遵循,离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适,超高横坡度及加宽逐渐变化，行车更加平稳,与圆曲线配合，增加线形美观,.,72,不设缓和曲线感觉路线扭曲设置缓和曲线后变得平顺美观,.,73,7缓和曲线,线形特征1）缓和曲线曲率渐变，设于直线与圆曲线间，其线形符合汽车转弯时的行车轨迹，从而使线形缓和，消除了曲率突变点。2）由于曲率渐变，使道路线形顺适美观，有良好的视觉效果和心理作用感。3）在直线和圆曲线间加入缓和曲线后，使平面线形更为灵活，线形自由度提高，更能与地形、地物及环境相适应、协调、配合，使平面布线更加灵活、经济、合理。4）与圆曲线相比，缓和曲线计算及测设均较复杂。,.,74,7缓和曲线,采用形式回旋线三次抛物线双纽线n次抛物线正弦形曲线,.,75,7缓和曲线,回旋曲线、三次抛物线和双纽线线形比较：回旋曲线、三次抛物线和双纽线在极角较小（56）时，几乎没有差别。随着极角的增加，三次抛物线的长度比双纽线的长度增加的较快，而双纽线的长度又比回旋线的长度增加得快些。回旋线的半径减小得最快，而三次抛物线则减小的最慢。从保证汽车平顺过渡的角度看，三种曲线都可以作为缓和曲线。此外，也有使用n次（n3）抛物线、正弦形曲线、多圆弧曲线作为缓和曲线的。但世界各国使用回旋曲线居多，我国标准规定的缓和曲线也是回旋线。,.,76,7缓和曲线,缓和曲线的选择汽车行驶的轨迹方程回旋线的基本表达式缓和曲线轨迹特点：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。,.,77,小常识：回旋线的研究历史,1694Bernoulli在研究弹性薄板时涉及回旋线，但没有提出表达式1744Enlor首次提出数学式19世纪Frcsnel再度研究，引入积分，Frcsnel积分1930s德国在修建高速公路时，确定回旋线作为缓和曲线的优越性1970s我国标准（81）规定回旋线作为缓和曲线除了回旋线，其它曲线也可以作为缓和曲线：三次抛物线、双扭线、正弦线。,.,78,7缓和曲线,规范规定除四级公路外的其它各级公路都应设置缓和曲线当圆曲线半径大于“不设超高的最小半径”时可省略缓和曲线,.,79,7.1缓和曲线的基本要求,可行性好,线形应符合行驶轨迹,缓和性好,缓和曲线要有一定长度,如太短，驾驶员操作紧张，旅客不舒适，线形不协调,计算方便，公式简单,便于在设计、施工中使用,我国标准推荐的缓和曲线是回旋线,.,80,7.2回旋线,定义回旋线是曲率随着曲线长度成比例变化的曲线基本公式：A回旋线参数，表示回旋线曲率变化的缓急程度，为长度量纲特点满足行驶轨迹三条特征的程度,.,81,7.2回旋线,应用范围缓和曲线起点：回旋线的起点，l=0，r=缓和曲线终点：回旋线某一点，lLs，rR则RLs=A2，即回旋线的参数值为：,.,82,7.2回旋线,所有回旋线都几何相似回旋线的形状是相似的，单位回旋线的性质可以代表所有回旋线,.,83,7.3缓和曲线几何元素计算,切线长：,曲线长：,外距：,校正值：J=2T-L,.,84,7.4缓和曲线的最小长度,旅客感觉舒适超高渐变率适中行驶时间不过短,.,85,7.5缓和曲线参数A值,1）回旋线最小参数值公路平面线形设计时，不仅可以选定缓和曲线长度，同样也可以选定缓和曲线参数A值。2）视觉要求A与R的关系R/3AR当R接近100m时，取A等于R；当R小于100m时，则取A等于或大于R；在圆曲线较大时，可选择A在R/3左右；如R超过了3000m，可取A小于R/3。,.,86,7.5缓和曲线的省略,在直线与圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于“不设超高的最小半径”时,.,87,7.5缓和曲线的省略,当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时，直线与圆曲线间和大圆与小圆间均不设缓和曲线,半径不同的同向圆曲线,小圆半径大于表中所列临界曲线半径，且符合下列条件之一时，大圆与小圆间不设缓和曲线,.,88,7.5缓和曲线的省略,小圆曲线按规定设置相当于最小缓和曲线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m,设计速度80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于1.5,设计速度80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于2,.,89,8路线平面设计成果,完成路线平面设计以后应即时清绘各种图纸和表格,8.2主要的设计图项目地理位置图道路平面布置图路线平面设计图,8.1主要的设计表直线、曲线及转角表逐桩坐标表路线固定表总里程及断链桩表等,.,90,8路线平面设计成果,.,91,8路线平面设计成果,.,92,8.1主要的设计表,全面地反映了路线的平面位置和路线平面线形的各项指标,1）直线、曲线及转角表,是道路设计的主要成果之一,在作路线的纵断画设计、横断面设计和其它构造物设计时都要使用本表的数据,只有在完成“直线、曲线及转角表”以后，才能据此计算“逐桩坐标表”和绘制“路线平面设计图”,.,93,8.1主要的设计表,交点号,1）直线、曲线及转角表,交点桩号,交点坐标,偏角,曲线各要素数值,曲线控制桩号,直线长,计算方位角或方向角,断链,.,94,1）直线、曲线及转角表,.,95,1）直线、曲线及转角表,.,96,8.1主要的设计表,高等级公路的线形指标高，表面在平面上是圆曲线半径较大，缓和曲线较长，在测设和放样时采用坐标法，方能保证其测量精度,2）逐桩坐标表,高速公路、一级公路编制本表,计算一份“逐桩坐标表”是十分必要的,桩号,纵坐标,横坐标,.,97,2）逐桩坐标表,.,98,8.2主要的设计图,1）项目地理位置图地理位置一般是用来描述地理事物时间和空间关系。绝对地理位置是以整个地球为参考系，以经纬度为度量标准。地球上每一个地方都有自身唯一的经纬度值。,.,99,8.2主要的设计图,示出路线推荐方案与各比较方案的平面位置（包括工可方案）及5公里或10公里标,2）道路平面布置图,特大桥、大桥、隧道的位置、孔数及孔径，互通式立体交叉的位置、交叉形式及相交道路，管理养护区、服务区等的设置位置,影响和制约路线、特大桥、大桥、隧道、互通式立体交叉、服务区等位置选定的不良地质、滞洪区、地物(含文物和古迹)、风景区等的分布范围,.,100,8.2主要的设计图,以简要文字说明其性质和对各方案的制约程度，必要时可着色醒目地示出其分布,2）道路平面布置图,推荐方案上示出设计分段区间,可与路线平、纵面缩图合并绘制,比例尺一般用1：100001：50000地形图或航片图绘制,.,101,2）道路平面布置图,.,102,2