第二章 道路勘测平面设计

1、第二章第二章 平面设计平面设计 汽车行驶轨迹特性与道路平面线形要素汽车行驶轨迹特性与道路平面线形要素 。 直线的特点和运用、最大长度和最小长度。直线的特点和运用、最大长度和最小长度。 圆曲线的特点、半径大小及其长度圆曲线的特点、半径大小及其长度 。 缓和曲线的性质、形式及最小长度和参数缓和曲线的性质、形式及最小长度和参数 。 平面线形设计原则和线形要素组合类型平面线形设计原则和线形要素组合类型 。 第一节第一节 概概 述述 一、路线的相关概念一、路线的相关概念 道路道路：一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥：一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥 梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物。梁、涵

2、洞、隧道等组成的空间带状构造物。 路线路线：道路中线的空间位置。：道路中线的空间位置。 线形线形：道路中心线的立体形状。：道路中心线的立体形状。 路线平面路线平面：路线在水平面上的投影。：路线在水平面上的投影。 路线纵断面路线纵断面：沿道路中线竖直剖切再行展开的断面：沿道路中线竖直剖切再行展开的断面 （展开是指展开平面、纵坡不变）。（展开是指展开平面、纵坡不变）。 路线横断面路线横断面：道路中线上任一点的法向切面。：道路中线上任一点的法向切面。 路线设计路线设计：确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。：确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。 路线设计路线设计：确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。：

3、确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。 n 路线平面设计路线平面设计：在路线平面图上研究道路的基本走：在路线平面图上研究道路的基本走 向及线形的过程。向及线形的过程。 n 路线纵断面设计路线纵断面设计：在路线纵断面图上研究道路纵坡：在路线纵断面图上研究道路纵坡 及坡长的过程。及坡长的过程。 n 路线横断面设计路线横断面设计：在路线横断面图上研究路基断面：在路线横断面图上研究路基断面 形状的过程。形状的过程。 二、汽车行驶轨迹与道路平面线形二、汽车行驶轨迹与道路平面线形 （一）汽车行驶轨迹（一）汽车行驶轨迹 行驶中的汽车其重心轨迹的几何特征：行驶中的汽车其重心轨迹的几何特征： 轨迹是连续的、圆滑的

4、，任一点不出现错头和轨迹是连续的、圆滑的，任一点不出现错头和 破折。破折。 曲率是连续的，任一点不出现两个曲率值。曲率是连续的，任一点不出现两个曲率值。 曲率变化是连续的，任一点不出现两个曲率变化率值。曲率变化是连续的，任一点不出现两个曲率变化率值。 （二）平面线形要素（二）平面线形要素 行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间有三种关系：行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间有三种关系： 1 1角度为零：角度为零： 2 2角度为常数：角度为常数： 3 3角度为变数：角度为变数： 与上述三种状态对应的汽车行驶轨迹线为：与上述三种状态对应的汽车行驶轨迹线为： 1.1.曲率为曲率为00直线直线 2.2.曲率为常

5、数曲率为常数圆曲线圆曲线 3.3.曲率为变数曲率为变数缓和曲线缓和曲线 所以，直线、圆曲线和缓和曲线，所以，直线、圆曲线和缓和曲线， 称为称为“平面线形三要素平面线形三要素” 第二节第二节 直线直线 一、直线的特点一、直线的特点 优点优点 u两点之间距离最短。两点之间距离最短。 u具有短捷、直达的印象。具有短捷、直达的印象。 u行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。 u测设简单方便（用简单的就可以精确量测设简单方便（用简单的就可以精确量 距、放样等）。距、放样等）。 u在直线上设构造物更具经济性。在直线上设构造物更具经济性。 第二节第二节 直线直线 一、直

6、线的特点一、直线的特点 缺点缺点 u直线单一无变化，与地形及线形自身难以协直线单一无变化，与地形及线形自身难以协 调。调。 u过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时，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。易使驾驶人员感到单调、疲倦。 u在直线纵坡路段，易错误估计车间距离、行车在直线纵坡路段，易错误估计车间距离、行车 速度及上坡坡度。速度及上坡坡度。 u易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速 行驶。行驶。 第二节第二节 直线直线 二、直线的运用二、直线的运用 采用直线线形时必须采用直线线形时必须注意线形与地形注意线形与地形

7、的关系，应使用直线的的关系，应使用直线的 路段：路段： u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；地带； u城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区；城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区； u长大桥梁、隧道等构造物路段；长大桥梁、隧道等构造物路段； u路线交叉点及其附近；路线交叉点及其附近； u双车道公路提供超车的路段。双车道公路提供超车的路段。 三、直线的最大长度和最小长度三、直线的最大长度和最小长度 1直线的最大长度直线的最大长度 我国我国标准标准和和规范规范对直线的最大长度没有具体的规定，对直线的最大

8、长度没有具体的规定， 但原则规定直线的最大长度应有所限制，尽量避免长直线。但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。力来确定。 一般认为：直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化一般认为：直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化 的地点大于的地点大于20V20V是可以接受的；在景色单调的地点最好控制在是可以接受的；在景色单调的地点最好控制在 20V20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。 三、直线的最大长度和最小长度三、直线的最大

9、长度和最小长度 2 2直线的最小长度直线的最小长度 相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直 线是指前一曲线的线是指前一曲线的终点（终点（HZHZ或或YZYZ）到后一曲线的到后一曲线的起起 点（点（ZHZH或或ZYZY）之间的长度。之间的长度。 （1 1）同向曲线间的直线最小长度）同向曲线间的直线最小长度 同向曲线同向曲线：是指两个转向相同的相邻曲线之间：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。连以直线而形成的平面线形。 断背曲线断背曲线：同向曲线间连以短的直线。：同向曲线间连以短的直线。 规范规范： 60km/h,同向曲线间的最短直线

10、长度同向曲线间的最短直线长度 以不小于设计速度的以不小于设计速度的6倍为宜（倍为宜（6V）。当地形条件及）。当地形条件及 其他特殊情况受限制时，其他特殊情况受限制时， 3V （2 2）反向曲线间的直线最小长度）反向曲线间的直线最小长度 反向曲线反向曲线：两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所：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。形成的平面线形。 为满足超高和加宽的过渡等，为满足超高和加宽的过渡等，规范规范规定：反向曲规定：反向曲 线间最小直线长度（以线间最小直线长度（以m m计）以不小于设计速度（计）以不小于设计速度（kmkm h h）的）的2 2倍为宜（倍为宜（2V2V）。）

11、。 3 3回头曲线间的直线最小长度回头曲线间的直线最小长度 回头曲线是一种半径小、转弯急、线形标准低、回头曲线是一种半径小、转弯急、线形标准低、 圆心角接近于或大于等于圆心角接近于或大于等于180180度的曲线形式。度的曲线形式。 相邻两回头曲线之间，应争取有较长的距离。相邻两回头曲线之间，应争取有较长的距离。 设计速度为设计速度为40km/h40km/h、30km/h30km/h、20km/h20km/h时，分别应时，分别应 不小于不小于200m200m、150m150m、100m100m。 第三节第三节 圆曲线圆曲线 一、圆曲线的特点一、圆曲线的特点 各级公路和城市道路不论转角大小均应设各

12、级公路和城市道路不论转角大小均应设 置圆曲线。置圆曲线。 圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特 点：点： u曲率曲率1/R=常数，测设和计算简单；常数，测设和计算简单； u比直线更能适应地形的变化；比直线更能适应地形的变化； u在圆曲线上行驶要受到离心力的作用；在圆曲线上行驶要受到离心力的作用； u要比在直线上行驶多占用道路宽度；要比在直线上行驶多占用道路宽度； u在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差。在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差。 圆曲线的几何元素圆曲线的几何元素 L2TD 1) 2 R(secE R 180 L 2 RtgT n曲线主点里

13、程桩号计算：曲线主点里程桩号计算： n计算基点为交点里程桩号，记计算基点为交点里程桩号，记 为为JDJD， nJD-T=ZYJD-T=ZY nZY+L=YZZY+L=YZ nYZ-L/2=QZYZ-L/2=QZ nQZ+D/2=JDQZ+D/2=JD 二汽车行驶时的横向稳定性二汽车行驶时的横向稳定性 1.1.汽车在弯道上行驶所受的离心力汽车在弯道上行驶所受的离心力 假定：假定：汽车在圆曲线汽车在圆曲线 上作匀速圆运动。上作匀速圆运动。 离心力离心力：汽车在弯道：汽车在弯道 上，由于惯性产生离心上，由于惯性产生离心 力。力。 作用点：作用点：汽车重心汽车重心 方向：方向：水平背离圆心水平背离圆心

14、 大小：大小： gR Gv F 2 离心力的影响：离心力的影响：对汽车对汽车 在平曲线上行驶的稳定在平曲线上行驶的稳定 性影响很大，可能产生性影响很大，可能产生 横向滑移或横向倾覆。横向滑移或横向倾覆。 超高：超高：为了减少离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲为了减少离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲 线上的路面做成外侧高、内侧低呈单向横披的形式，称为横向超高。线上的路面做成外侧高、内侧低呈单向横披的形式，称为横向超高。 2.2.曲线上汽车的受力分析曲线上汽车的受力分析 将离心力将离心力F和车重分解为平行于路面的横向力和垂直于路面和车重分解为平行于路面的横向力

15、和垂直于路面 的竖向力，即：的竖向力，即： 横向力：横向力： XFcosGSin 竖向力：竖向力： YFSinGcos 很小，可以认为很小，可以认为sintg ，cos1 ， 称为横向超高称为横向超高 坡度坡度 h i h i h 2 h 2 h i gR v GGi gR Gv GiFX 引入横向力系数引入横向力系数，作为衡量稳定性程度的指标，其意义，作为衡量稳定性程度的指标，其意义 为为单位车重的横向力单位车重的横向力，即，即 h i gR v G X 2 用用V V（km/hkm/h）表达上述公式，则：）表达上述公式，则： h i R V 127 2 3.3.横向倾覆条件分析横向倾覆条件

16、分析 横向倾覆横向倾覆：汽车在横向力的作用下，可能产生绕外侧车轮触：汽车在横向力的作用下，可能产生绕外侧车轮触 地点向外倾覆的危险。地点向外倾覆的危险。 稳定条件：稳定条件：倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即 2 )( 2 b GFi b YXh hg h Fi比比G G小得多，可略去不计，则小得多，可略去不计，则 g h b G X 2 h i R V 127 2 h g i h b V R 2 127 2 利用此式可计算汽车在平曲线上行驶时，不产生横向利用此式可计算汽车在平曲线上行驶时，不产生横向 倾覆的最小平曲线半径或最大允许行驶速度。倾覆的最小平曲线半径或最大

17、允许行驶速度。 h hg g b b 横向滑移：横向滑移：汽车在横向力的作用下，可能产生沿横向力方汽车在横向力的作用下，可能产生沿横向力方 向的侧向滑移。向的侧向滑移。 稳定条件：稳定条件：横向力小于或等于轮胎与路面之间的横向附着横向力小于或等于轮胎与路面之间的横向附着 力。即：力。即： 利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横 向滑移的最小平曲线半径向滑移的最小平曲线半径R R或最大允许行驶速度或最大允许行驶速度V V。 4.4.横向滑移条件分析横向滑移条件分析 hh GYX h G X h 横向附着系数横向附着系数 hh i V R 12

18、7 2 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。数值的大小。 现代汽车在设计制造时重心较低，一般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。时也就保证了横向倾覆的稳定性。 5.5.横向稳定性的保证横向稳定性的保证 g hb2 1 2 g h b 5 . 0 h h g h b 2 三、圆曲线半径及圆

19、曲线长度三、圆曲线半径及圆曲线长度 在曲线上行驶稳定性受离心力作用影响，而离心力的大在曲线上行驶稳定性受离心力作用影响，而离心力的大 小又与曲线半径密切相关，半径愈小愈不利。小又与曲线半径密切相关，半径愈小愈不利。 （一）公式与因素（一）公式与因素 )(127 2 h i V R 在指定车速在指定车速V V下，极限最小半径决定于容许的最大横向力下，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。系数和该曲线的最大超高。 1 1关于横向力系数关于横向力系数 （1 1）危及行车安全）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为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下能不

20、产生横 向滑移，向滑移， 应小于应小于0.20.2。 h （2 2）增加驾驶操纵的困难）增加驾驶操纵的困难 要求要求0.30.3。 （3 3）增加燃料消耗和轮胎磨损）增加燃料消耗和轮胎磨损 的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横向力系的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横向力系 数数 为为0.20.2时，其燃料消耗时，其燃料消耗 与轮胎磨损与轮胎磨损 分别比分别比0 0时时 多多2020和近和近3 3倍。见倍。见P25P25。 （4 4）行旅不舒适）行旅不舒适 当当超过一定数值时，驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张，乘超过一定数值时，驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张，乘 客感到不舒适。客感到不舒适。 0

21、.10.10.150.15间，舒适性可以接受。间，舒适性可以接受。 综上所述对行车的安全、经济与舒适方面的要求，最大综上所述对行车的安全、经济与舒适方面的要求，最大 横向力系数采用：横向力系数采用： 设计速度设计速度12012010010080806060404030302020 横向力系数横向力系数0.10.10.120.120.130.130.150.150.150.150.160.160.170.17 2 2关于最大超高关于最大超高 （1 1）要考虑车辆组合。）要考虑车辆组合。 在混合交通的道路上，要同时顾及快、慢车，快车超高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

22、高宜小。宜大，慢车超高宜小。 （2 2）要考虑气候因素）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。面最大合成坡度下滑。 （一年中气候恶劣季节路面（一年中气候恶劣季节路面 的横向摩阻系数，在光滑的冰面上可降到的横向摩阻系数，在光滑的冰面上可降到0.06 0.06 ） （3 3）要考虑驾驶者和乘客以心理上的安全感。）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。行驶的道路，最大超

23、高还要比一般道路小些。 wh i (max) （二）最小半径的计算（二）最小半径的计算 标准标准根据不同横向摩阻系数值，对于不同等级的公根据不同横向摩阻系数值，对于不同等级的公 路规定了路规定了极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半 径三个最小半径径三个最小半径。 1 1极限最小半径极限最小半径 定义：定义：指各级公路在采用允许最大超高和允许最大横向指各级公路在采用允许最大超高和允许最大横向 摩阻系数情况下，能保证汽车安全行驶的最小半径。摩阻系数情况下，能保证汽车安全行驶的最小半径。 强调说明：强调说明：极限最小半径是路线设计中的极限值，是在极

24、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。特殊困难条件下不得已才使用的，一般不轻易采用。 2 2一般最小半径一般最小半径 定义：定义：指各级公路在采用允许最大超高和适中的横向摩阻系指各级公路在采用允许最大超高和适中的横向摩阻系 数情况下，能保证汽车安全、舒适行驶的最小半径。数情况下，能保证汽车安全、舒适行驶的最小半径。 适用：适用：一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径。一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径。 一方面考虑了汽车在这种曲线上以设计速度或以接近设计速一方面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；另一方面考虑到在地形比度行驶时，旅客有充分的舒适感；另一方面考虑到在地形比 较复杂的情况下不会过多增加工程量。较复杂的情况下不会过多增加工程量。 圆曲线半径较大时，离心力就很小，可以不设置超高，圆曲线半径较大时，离心力就很小，可以不设置超高， 而允许设置与直线段相同的双向横坡的路拱形式。而允许设置与直线段相同的双向横坡的路拱形式。 离心力离心力 F=mv2/R 为行车舒适，必须把横向力系数控制到最小值。为行车舒适，必须把横向力系数控制到最小值。 3 3不设超高的