第七章 道路设计.ppt

第7章道路的几何设计,7.1道路平面设计7.2道路纵断面设计7.3道路横断面设计,7.1道路平面设计,7.1.1平面线形概述平面线形:直线、圆曲线、缓和曲线。1）平面线形设计的基本要求（1）应根据公路等级及其使用任务和功能，合理利用地形，正确使用标准，确保线形的均衡。（2）路线设计中对公路的平、纵、横3方面应综合设计。（3）路线设计应保持线形的连续性。,（4）线形设计应与当地的环境和景观相协调。（5）路线设计应避免穿过地质不良地区。（6）干线公路应避免穿过城镇，应遵循便民而不扰民的原则。（7）应贯彻保护耕地、节约用地的原则，少拆房屋，保护环境。,2）平面线形设计的一般原则（1）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）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，（3）保持平面线形的均衡与连贯，高、低标准之间要有过渡。（4）应避免连续急弯的线形。（5）平曲线应有足够的长度。,2.1.2直线的应用1）适宜采用直线的路段（1）不受地形、地物限制的平坦地形和山间开阔谷地。（2）市镇及其近郊或规划方正的农耕区等以直线线性为主体线形的地区。（3）特大、大、中桥梁、隧道等构造物路段。（4）路线交叉口前后。（5）双车道提供超车的路段。,2）采用长直线线形的注意事项（1）道路纵坡不宜过大。（2）同大半径的凹型竖曲线相配合。（3）当两侧过于单调空旷时，宜采取种植不同的树木或设置一定的建筑物改善。（4）长直线特别是长直线下坡的尽头，不能接小半径的平曲线。（5）根据国外研究资料，对于计算行车速度V60Km/h的公路，最大直线长度以该级公路的计算速度行驶70s左右的行程为限度。,3）最短直线长度的限制（1）同向曲线间直线长度，当设计速度60km/h时，其最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜；若不得已时，设计成单曲线或卵型曲线。（2）当设计速度60km/h时，反向曲线间最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜；若不得已时，应设计成“S”型曲线。（3）当设计速度40km/h时，其最大、最小直线长度可参照上述规定执行。,1）圆曲线最小半径（1）圆曲线半径的计算公式,R=,R=V2/127(+ib),（2）极限最小半径在某一等级公路的设计速度，由标准决定，是定值。故圆曲线最小半径只与max及ib有关。关于max的取值A.危及行车安全B.驾驶操纵C.增加燃料和轮胎磨损D.旅客舒适度综上所述，的取值关系到行车安全，经济与舒适，当计算最小半径时，应综合考虑各方面因素，采用一个合适的max。max的舒适界限，由0.11到0.1，随行车速度变化。,关于最大超高横坡度ib（max）当超高横坡度太大，超过轮胎与路面的横向摩阻系数时，车辆就会沿着路面最大合成坡度方向下滑，因此必须：ib（max）fw各级公路圆曲线部分最大超高值公路等级高速公路一级二级三级四级一般地区：10%8%冰雪地区：6%,圆曲线极限最小半径确定设计速度（Km/h）1201008060403020横向力系数max0.100.120.130.150.150.160.17超高值ib（max）（%）8888888圆曲线最小半径（m）650400250125603015（3）一般最小半径确定圆曲线最小半径时，一方面要考虑汽车以设计速度在这种小半径的曲线上行驶时的安全、稳定性和旅客有充分的舒适性。另一方面也要注意到在地形比较复杂的情况不会过多的增加工程数量。确定一般最小半径时，横向力系数和超高横坡度ib，都留有一定的余地。,（3）不设超高最小半径在设计速度一定时，当圆曲线半径较大时，离心力就比较小，此时弯道即使采用与直线相同的双向路拱断面时，离心力对外侧车道上行驶的汽车影响也很小。不设超高最小半径是判断圆曲线需不需要设超高的一个界限公路最小平曲线半径设计速度（Km/h）1201008060403020极限最小半径（m）650400250125603015一般最小半径（m）10007004002001006530不设超高路拱2.0%5500400025001500600350150最小半径(m)路拱2.0%7500525033501900800450200,2）圆曲线的运用（1）在适应地形的情况下应选用较大的曲线半径。（2）在确定圆曲线半径时，应注意：一般情况下宜采用极限最小曲线半径的48倍或超高为2%4%的圆曲线半径；地形条件受限制时，应采用大于或接近一般最小半径的圆曲线半径；地形条件特殊困难而不得已时，方可采用极限最小半径；圆曲线应同前后线形要素相协调，悬殊不要过大，使之构成连续、均衡的曲线线形；应同纵面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合。,7.1.4圆曲线上超高1）设置超高的目的：为了平衡汽车在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡，称之为超高。当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，半径越小，离心力较大，汽车行驶条件就越差，为改善汽车行驶条件，减小横向力，将此弯道横断面做成向内倾斜的单向横坡形式，利用重力向内侧分力抵消一部分离心力，改善汽车的行驶条件。设置超高条件：圆曲线半径小于不设超高的最小半径2）超高横坡度的确定（1）全超高横坡度的确定（2）超高横坡度的最大值（3）超高横坡度的最小值各级公路圆曲线部分的最小超高横坡度应是该级公路直线部分的路拱坡度。,3）超高缓和段（1）超高缓和段设置条件和原因平面圆曲线部分，当半径小于不设超高的最小半径时必须设置全超高，汽车从没有超高的双向横坡直线段进入设有单向横坡全超高的圆曲线上是一个突变，路容不美观，行车不顺适；因此在直线和圆曲线之间必须设置超高缓和段,（2）超高缓和段形式无中央分隔带公路的超高过渡A.超高横坡度等于路拱坡度时，将外侧车道绕中线旋转，直至路拱坡度值。B.超高横坡度大于路拱坡度时，可分别采用以下三种方式：绕内边缘线旋转、绕中线旋转、绕外边缘线旋转。,a.绕内边缘线旋转：先将外侧车道绕路面未加宽前的中心线旋转，待达到与内侧车道相同坡度构成单向横坡后，整个断面绕路面未加宽前的内侧边缘线旋转，直至全超高横坡度值。b.绕中线旋转：先将外侧车道绕路面未加宽前的路中心线旋转，待达到与路面内侧相同坡度构成单向横坡后，整个断面一同绕路面未加宽前的路中心线旋转，直至全超高横坡度值。c.绕外边缘线旋转：先将外侧车道绕路面外侧边缘旋转，与此同时，内侧车道随中线的降低而相应降低，待达到单向横坡后，整个断面仍绕外侧车道边缘旋转，直至超高横坡值。,有中央分隔带的公路A.绕中央分隔带的中心线旋转B.绕中央分隔带两侧边缘线旋转C.绕各自行车道中线旋转,(3)超高缓和段长度计算超高率取值时要考虑2个因素：要控制路面外侧边缘的加高速度；以路面前进方向为旋转轴的路面旋转角速度不超过一定的限度。,(4)横断面超高值计算在明确超高缓和段的构成及缓和段长度计算的基础上，可以计算缓和段上任意一桩位处横断面的超高值。在设计中考虑到施工方便，实际使用的是超高、加宽后推算出路肩内（外）边缘和路中线与原路基设计标高（未加宽和超高时的路肩边缘设计标高）的抬高或降低值。公路中线和路基内、外侧边缘线与路基设计标高的相对高差应计算并列于“路基设计表”中。路基设计标高是指路基断面上某一位置相对于水平面基准点的相对高度。高速公路、一级公路设计标高一般指中央分隔带的外侧边缘标高，二、三、四级公路一般指未超高加宽之前的路肩边缘标高。,7.1.5公路圆曲线加宽1)加宽的设置(1)加宽的原因汽车在圆曲线上行驶时，各个车轮的轨迹半径是不相等的，后轴内侧车轮的行驶轨迹半径最小，前轴外侧车轮的行驶轨迹半径最大。汽车在圆曲线上行驶时，驾驶员不可能将前轴中心的轨迹操纵的完全符合理论轨迹，而是有一定的摆幅，汽车在圆曲线上行驶时的摆幅要比直线上大。(2)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。,（3）圆曲线加宽值的确定四级公路和山岭重丘区三级公路采用第一类加宽；其余各级公路采用第三类加宽值。对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。由三条以上车道构成的行车道，其加宽值应另行计算。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2）加宽缓和段（1）设置加宽缓和段的原因（2）加宽缓和段的设置方法比例过渡：二、三、四级公路的加宽缓和段的设置，应采用在相应的缓和曲线或超高、加宽缓和段全长范围内按长度成比例增加的方法高次抛物线过渡：对于高等级公路设置加宽缓和段时，应采用高次抛物线过渡形式,7.1.6缓和曲线1)缓和曲线设置的条件和目的（1）设置的条件当公路等级在三级及三级以上的公路时，圆曲线半径小于不设超高最小半径时，应在直线和圆曲线之间，设置缓和曲线（2）设置的目的有利于驾驶员操纵方向盘消除离心力的突变，提高舒适性完成超高和加宽的过渡与圆曲线配合得当，增加线形美观,2）缓和曲线最小长度的确定原则控制离心加速度增长率，满足旅客舒适要求根据驾驶员操作方向盘所需的时间确定最小长度保证超高渐变率适中视觉上应有平顺感,7.1.7缓和曲线设置的方法道路平面线形三要素的基本组成为：直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线，其带有缓和曲线的平曲线几何元素的计算公式（1）缓和曲线常数：缓和曲线的切线角：=180Ls/2R未设缓和曲线圆曲线的起点至缓和曲线起点的距离：q设有缓和曲线后圆曲线的内移值：P,（2）平曲线几何要素计算平曲线切线长：TH=(R+p)tg+q平曲线中的圆曲线长：LY=(2)R平曲线总长：LH=(2)R+2Ls外距：EH=(R+p)SecR超距：DH=2THLH,7.1.8视距要求1）视距种类：停车视距：汽车行驶时，自驾驶员看到障碍物时起，至在障碍物前安全停止，所需要的最短距离。会车视距：在同一车道上两对向汽车相遇，从互相发现起至同时采取制动措施使两车安全停止，所需要的最短距离。,错车视距：在没有明确划分车道线的双车道公路上，两对向行驶的汽车之相遇，发现后即采取减速避让措施安全错车所需要的最短距离。超车视距：在双车道公路上，后车超越前车时，从开始驶离原车道之处起，至在与对向来车相遇之前，完成超车安全回到自己的车道，所需要的最短距离。,2）各级公路视距要求：（1）标准规定高速公路、一级公路应满足停车视距的要求；设计速度（km/h）1201008060停车视距（m）21016011075（2）标准规定二、三、四级公路必须保证会车视距，会车视距应不小于停车视距的两倍。设计速度（km/h）8060403020停车视距（m）11075403020会车视距（m）220150806040超车视距（m）550350200150100,7.2道路纵断面设计,7.2.1汽车的牵引力和行使条件1）汽车的牵引力P汽车行驶的牵引力来源与汽车的发动机，发动机将燃料燃烧所放出的热能转化为机械能，使驱动轮获得一个扭矩MK，推动汽车行驶。2）汽车行驶条件（1）必要行驶条件要使汽车行驶，牵引力必须大于或等于各项阻力之和，这是汽车处于行驶状态的必要条件：（2）充分条件牵引力不能大于轮胎与路面之间的摩阻力，这是汽车行驶的充分条件：PPmax均匀,（3）汽车在坡道上的行驶要求纵坡度力求平缓陡坡宜短，长坡道的纵坡应加以严格控制纵坡度的变化不宜太多，尤其应避免急剧起伏变化。,7.2.2纵坡设计的一般规定和要求1)最大纵坡、最小纵坡和坡长限制（1）最大纵坡确定最大纵坡应考虑的因素：汽车的动力特性、公路等级、自然因素。最大纵坡的确定。最大纵坡是各级公路纵坡的限制值，只有在山岭区路线特别困难时采用。见下表：纵坡折减。高原纵坡、桥梁隧道纵坡、非汽车交通量较大的路段纵坡折减。,（2）最小纵坡在长路堑、低填方以及其他横向排水不畅通地段，为保证纵向排水，路线纵坡不应小于最小排水纵坡的0.3%（3）坡长限制最大坡长限制。纵坡越陡，坡长越长，对行车的影响越大。标准对各级公路不同纵坡的最大坡长加以限制最小坡长限制。从汽车行驶的平顺性的要求考虑。如果坡长过短，使变坡点增多，汽车行驶在连续起伏地段产生增重与减重的频繁变化，导致感觉不舒适。,7.2道路纵断面设计,2）缓和坡段在纵断面设计中，当陡坡长度达到限制坡长时，应安排一段缓坡，用以恢复在陡坡上降低的速度。标准规定缓和坡段的纵坡应不大于3%，其长度应不小于最短坡长。3）平均纵坡平均纵坡是指一定长度的路段纵向所克服的高差与该路段长度的比。标准规定二、三、四级公路越岭路线的平均纵坡，一般以接近5.5%(相对高差为200m500m)和5%（相对高差大于500m）为宜，并注意相连3km路段的平均纵坡不宜大于5.5%。4）合成坡度公路在平曲线地段，若纵向有纵坡并横向有超高时，则最大坡度及不在纵坡上，也不在横向超高上，而是在纵坡和超高的合成方向上，这个最大的坡度称之为合成坡度，又叫作流水线坡度。,7.2道路纵断面设计,我国标准规定了各级公路的最大容许合成坡度公路等级高速公路一二三四设计速度(km/h)1201008010080608060403020合成坡度值(%)10.010.010.510.010.010.59.010.010.010.010.0当陡坡与小半径平曲线相重叠时，在条件许可的情况下，以采用较小的合成坡度为宜。特别是在下述情况的合成坡度必须小于8%。a.冬季路面有积雪、结冰地区；b.自然横坡较陡峻的傍山路段；c.非汽车交通量比率高的路段。,7.2道路纵断面设计,7.2.3竖曲线设计当纵断面上两条坡度不同的相邻纵坡线相交时，就出现了转坡点（变坡点）。汽车在转坡点上行使不顺适，故在转坡点处都必须用曲线将前后两条相邻纵坡线平顺连接起来以适应行使的需要，这条曲线叫竖曲线。1）竖曲线要素计算前坡段纵坡i1，后坡段纵坡i2，则相邻两坡度的差为相邻=i1-i2，其中i1、i2本身之值，当上坡时取正值，下坡时取负值。当i1-i2为正值时，则为凸形竖曲线。当i1-i2为负值时，则为凹形竖曲线。,7.2道路纵断面设计,2）竖曲线的最小半径确定（1）缓和冲击（2）行使时间不宜过短（3）满足视距的要求设计速度(Km/h)1201008060403020凸形竖曲线半径极限值(m)11000650030001400450250100凸形竖曲线半径一般值(m)170001000045002000700400200凹形竖曲线半径极限值(m)4000300020001000450250100凹形竖曲线半径一般值(m)6000450030001500700400200竖曲线最小长度(m)100857050352520,7.2道路纵断面设计,7.2.4道路纵坡设计1）设计标高的概念纵断面的设计标高，就是指路基设计标高。对新建的高速公路和一级公路而言设计标高指中央分隔带的外侧边缘标高；对于新建的二、三、四级公路而言指路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设置超高、加宽前路基边缘的标高。2）设计标高的控制设计标高的控制很重要，它关系到路基的稳定性和工程造价。设计标高的控制就是确定公路走在哪个高度。3）各坡段的纵坡设计,7.2道路纵断面设计,7.2.5道路平面与纵断面的线形组合1）视觉分析（1）视觉分析的意义（2）视觉与车速的动态规律（3）视觉评价方法2）公路平、纵线形组合原则应能自然地诱导驾驶员的视线，并保持其视觉的连续性平面与纵断面线形的技术指标应大小均衡，不要悬殊太大，使线形在视觉上和心理上保持协调选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和安全行车3）组合方式（1）平曲线和竖曲线组合（2）直线与纵断面的组合（3）平、纵线形组合与景观的协调,7.3道路横断面设计,7.3.1公路横断面1）公路横断面的设计方法（1）公路横断面设计要求（2）路基标准横断面（3）横断面设计方法2）典型横断面（1）一般路堤：填土高度一般小于20m（2）一般路堑：挖