道路勘测平面设计1

1、 主要内容 v道路平面线形要素 v直线 v圆曲线 v缓和曲线 v平面线形设计 v道路平面设计成果 第一节 概述 v一、路线 道路是一个三维空间的实体。它是由路基、路面、桥 梁、涵洞以及沿线设施等工程实体组成的线状构造物。 道路实体表面的中心线为中线，中线的空间位置为路 线。 道路中线 中线中线 v公路设计时，在尽量顾及到纵、横断面平衡的前提下先 定平面，沿着这个平面线形进行高程测量和横断面测量， 取得地面线和地质、水文及其它必要的资料后，再设计 纵断面和横断面。为达到设计的目标，必要时再修改平 面，多次反复，可望达到一个较为满意的结果。 v在城市道路设计中，由于道路的平面位置和纵断面标高 往往

2、受城市规划的控制较严，变化余地不大，而横断面 布置要考虑的因素较多，因此，城市道路设计时，一般 是先布置横断面，然后再进行平面和纵断面的设计。 二、汽车行驶轨迹与道路平面线形要素二、汽车行驶轨迹与道路平面线形要素 v行驶中的汽车其重心轨迹在几何性质上有以下特征： （1）这个轨迹是连续的，即轨道上任一点不出现折转和 错位； （2）这个轨迹的曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现 两个曲率值； （3）这个轨迹的曲率变化率是连续的，即轨迹上任一点 不出现两个曲率变化率值。 v理想的平面线形应与汽车行驶轨迹线完全重合。 v若平面线形由直线和圆曲线构成，仅符合汽车行驶轨 迹特性的第（1）条，满足了车辆的直行

3、和转向要求， 但在直线和圆曲线相切处出现曲率不连续（直线上曲 率为0，圆曲线上曲率为1/R）。 v在直线和圆曲线之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（1）条和 第（2）条，保持了线形的曲率连续。 现现代道路平面线形是由代道路平面线形是由直线直线、圆曲线、缓和曲圆曲线、缓和曲 线线构构成的，称为平面线形成的，称为平面线形三要素三要素。 三、路线平面设计内容 v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，合理地确定平面线形 三要素的几何参数，保持线形的连续性和均 衡性，并注意使线形与地形、地物、环境和 景观等协调。 第二节 直线 v一、直线

4、的特点 v1优点 v两点之间距离最短 v具有短捷、直达的印象 v方向明确，驾驶操作简单 v测设方便 v在直线上设构造物更具经济性 v2缺点 v与地形及线形自身难以协调 v过长的直线会使驾驶员感到单调、 疲倦和急躁，难以目测车间距离， 增加夜间行车车灯炫目的危险，易 超速。 v短直线易造成视觉不连续，驾驶 员操纵困难。 二、直线的长度 v1.直线的最大长度 v各国根据各自情况，对直线的最大长度规定不同。 v我国现行的标准和规范中均未对直线的最大 长度规定具体的数值。 v在实际工作中，设计者可根据地形、地物、自然景观 以及经验等决定直线的最大长度，既不追求长直线， 也不强设平曲线。 v对于直线路段

5、应采用运行速度进行检查，以确保直线 段与相邻曲线段线形设计的连续性。 v位于城市附近的道路，作为城市干道部分，因路旁高大建 筑和城市景观，无论路基高低均被纳入视线范围，驾驶员 和乘客无直线过长希望驶出的不良反应。 v位于乡间平原区的公路，随季节和地区不同，驾驶员有不 同反应。 v位于戈壁、草原的公路，直线长度可达数十公里，驾驶员 极度疲劳，车速超过设计速度很多。 v直线的最大长度，在城镇及其附近或其他景色有变化 的地点大于20V是可接受的，在景色单调的地点最 好控制在20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊 处理，若作某种限制是不现实的。 v必须强调，无论是高速路还是低速路，在任何情况下 都要避

6、免追求长直线的错误倾向。 直线的长度：前一个曲线终点曲线终点到下一个曲线起点曲线起点之间的距离。 YZ(ZH)ZH（ZY) 之间的距离 2.直线的最小长度 v同向曲线是指两个转向相同的圆曲线中间用直线或 缓和曲线或径向连接而成的平面线形 。 v互相通视的同向曲线间的直线较短时，在视觉上容 易形成直线与两端曲线看成为反向曲线的错觉；当 直线过短时甚至把两个曲线看成是一个曲线，形成 所谓的“断背曲线”，破坏了线形的连续性，易造 成驾驶操作失误。 v规范规定：当设计速度60km/h时，同向圆 曲线间的直线最小长度以不小于设计速度的6倍为 宜。对低速道路（V40km/h）可参考执行。 v在受条件限制时

7、，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。 同向曲线间的最小直线长度 v反向曲线是指两个转向相反 的圆曲线之间以直线或缓和 曲线或径向连接而成的平面 线形 。 v规范规定：当设计速度 60km/h时，反向圆曲线 间直线最小长度以不小于设 计速度的两倍为宜。当两反 向曲线两端设有缓和曲线时， 在受到限制的地点也可将两 反向曲线首尾相接，构成S型 曲线。 反向曲线间的直线最小长度 3.直线的运用 v采用直线时应注意线形与地形的关系，慎重考虑， 宜直则直、宜曲则曲，一般不宜采用长直线。 v可采用直线路段： v（1）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

8、带； v（2）城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区； v（3）长大桥梁、隧道等构造物路段； v（4）路线交叉点及其附近； v（5）双车道公路提供超车的路段。 采用直线路段时注意事项：采用直线路段时注意事项： （3）道路两侧过于空旷时，宜采取植不同树种或设置一定建）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。筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。 （4）长直线或长下坡的尽头的平曲线）长直线或长下坡的尽头的平曲线，应对路面超高，应对路面超高、视距、视距 等进行检验，必要时须采取等进行检验，必要时须采取设置标志、增加路面抗滑能力等设置

9、标志、增加路面抗滑能力等 安全措施。安全措施。 （1）长直线长直线路段上路段上相应纵坡不应过大相应纵坡不应过大，一般应小于，一般应小于3%。 （2）长直线宜与）长直线宜与大半径凹竖曲线大半径凹竖曲线组合，组合，这样可以使生硬呆板这样可以使生硬呆板 的直线得到一些缓和。的直线得到一些缓和。 第三节 圆曲线 v一一.圆曲线的特点圆曲线的特点 v圆曲线测设计算简单。 v圆曲线对地形、地物有更强的适应能力。 v圆曲线上离心力的存在，对行车不利。 v汽车在圆曲线上比在直线上行驶多占用路面宽度。 v小半径圆曲线，由于路堑边坡等遮挡，视距条件差。 二、汽车二、汽车行驶的横向稳定性行驶的横向稳定性 v汽车行驶

10、稳定性：是指汽车行驶过程中，在外部因素作用 下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而 产生滑移、倾覆等现象的能力。 v汽车在圆曲线上行驶时会产生离心力,为抵消或减小离心力 的作用，保证汽车在圆曲线上稳定行驶，必须使圆曲线上 路面做成外侧高、内侧低呈单向横坡的形式，称为横向超 高。 Y X 汽车行驶在具有超高的圆曲线上时，其车重的水平分力可抵消 一部分离心力的作用，其余部分由汽车轮胎与路面之间的横向 摩阻力与之平衡。 汽车横向稳定性分析汽车横向稳定性分析 v横向倾覆：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。 v横向滑移：汽车在横向力的作用下，可能产生沿横向 力方

11、向的侧向滑移。 v稳定条件：横向力小于或等于轮胎与路面之间的横向 附着力。 g h b G X 2 h G X 三、圆曲线半径 v（一）影响因素 1.最大横向力系数u v横向力的存在对行车产生的不利影 响 v（1）危及行车安全 横向力系数应低于轮胎与路面 之间所能提供的横向摩阻系数。 横向摩阻系数一般在干燥路面 上为0.40.8；在潮湿的沥青路 面上汽车高速行驶时，降低到 0.250.40；路面结冰和积雪时， 降到0.2以下；在光滑的冰面上可 降到0.06（不加防滑链）。 v（2）增加驾驶操纵的困难 在横向力作用下，轮胎会产生横向变形，使轮胎的在横向力作用下，轮胎会产生横向变形，使轮胎的 中间

12、平面中间平面与与轮迹前进方向轮迹前进方向形成一个横向偏移角；形成一个横向偏移角；影响操影响操 控性控性。 v（3）增加燃料消耗和轮胎磨损 的存在使轮胎和路面之间的摩阻力增加，车辆 的燃油消耗和轮胎磨损增加。 横向力系数 燃料消耗（%）轮胎磨损（%） 0100100 0.05105160 0.10110220 0.15115300 0.20120390 （4）旅行不舒适 值的增大，乘车舒适感恶化。 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； 当= 0.40时，

13、有倾车的危险感，非常不稳定， 美国AASHTO认为：V70km/h时=0.16， V=80km/h时= 0.12。 的舒适界限，由0.10到0.16随行车速度而变化，设计中对高、 低速路可取不同的数值。 是舒适感的界限 2. 最大超高值 v考虑的因素 v轮胎与路面之间的横向摩阻力 v混合交通问题 v我国标准对各级公路的最大超高规定： v一般地区的高速公路、一级公路为8%或10%；二、三、四 级公路为8%。积雪冰冻地区的各级公路均为6%。 v二、三、四级公路接近城镇且混和交通量大的路段，车速受 到限制时和城市道路当设计速度为80km/h，最大超高取6%； 当设计速度为60km/h、50km/h时

14、，最大超高取4%；当设 计速度为40km/h、30km/h、20km/h时，最大超高取2%。 ih v标准中规定的圆曲线最小半径是以汽车在曲线部 分能安全而又顺适地行驶所需要的条件而确定的。 v标准给出了圆曲线最小半径的三种值：即一般值、极 限值和不设超高最小半径。 v计算最小曲线半径时式中的V 采用各级公路相应的设 计速度，因此确定圆曲线最小半径的关键参数是横向 力系数和超高横坡。 （二）最小半径的计算 v经过测试小客车、大客车、大中型货车，在43个观 测路段上运行时、乘车人的舒适度感受数据。运用心 理学方法和统计方法，分析整理得出各种车型在不同 行驶速度下对应的横向力系数阈值。 （二）最小

15、半径的计算 v1.极限最小半径 v极限最小半径是指为保证车辆按设计速度安全行 驶所规定的圆曲线半径最小值。 v标准规定的 ih=10%6%、u =0.10.17， 将超高值和横向力系数代入式（2-6），即得出 标准规定的圆曲线最小半径的极限值。 设计速度(km/h)1201008060403020 横向力系数0.100.120.130.140.150.160.17 极限最小 半径(m) =10%570360220115503015 =8%650400250125603015 =6%710440270135603515 h ihihi 圆曲线最小半径极限值 v2一般最小半径 v一般最小半径是指各

16、级公路对按设计速度行驶的车辆能 保证其安全、舒适的最小圆曲线半径。 v一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径。 v一是考虑汽车在这种圆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； v二是考虑在地形比较复杂的情况下不会过多增加工程量。 v标准中的一般最小半径值是按i ih h =6%8%、 u=0.050.06计算取整得到。 v3.不设超高的最小半径 v不设超高最小半径是指不必设置超高就能满足行 驶稳定性的圆曲线最小半径。 v当圆曲线半径较大时，离心力的影响较小，路面 摩阻力可保证汽车有足够的稳定性，这时可不设 超高，设置与直线段上相同的双向横坡路拱形式。 v从舒适和安全

17、的角度考虑，应把横向力系数控制 到最小值，以使乘客在圆曲线上与在直线上有大 致相同的感觉。 设计速度（km/h）1201008060403020 不设超高的最小半径(m) 路拱2% =0.035 0.040 5500400025001500600350150 路拱2% =0.040 0.050 7500525033501900800450200 v（三）圆曲线的最大半径（三）圆曲线的最大半径 v选用圆曲线半径时，在地形等条件允许的前提下，应尽 量采用大半径曲线，使行车舒适。 v半径过大，对测设和施工都不利，且过大半径，其几何 性质与直线无多大差异。 v研究表明，当圆曲线半径大于9000m时，视

18、线集中的 300600m范围内的视觉效果同直线没有区别。 v因此，规范规定，圆曲线最大半径值不宜超过 10000m。 v（四）圆曲线最小长度（四）圆曲线最小长度 v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。 v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，圆曲线的最小长度一般要有 3s行程。 四、圆曲线的运用 v基本原则 v道路平面设计时，应根据沿线地形、地物等条件，尽 量选用较大半径，以保证行车安全舒适； v在选定半径时既

19、要技术合理，又要经济适用； v既不盲目采用高标准（大半径）而过分增加工程量， 也不只考虑眼前通行要求而采用低标准。 v运用要点 v（1）选定圆曲线半径应与地形相适应，以采用超高值为2 4的圆曲线半径为宜。 v（2）地形条件限制时，可采用大于或接近圆曲线一般最小 半径；地形条件特殊困难不得已时，方可采用圆曲线极限最 小半径。 v（3）在选用圆曲线半径时，应与设计速度相适应，同相衔 接路段的平、纵线形要素相协调，构成连续、均衡的曲线线 形。 v（4）选用圆曲线半径时，最大半径值一般不应超过 10000m为宜。理论研究和实践表明，对于高速公路而言， 大于3000米的半径值可视为是较大的半径。 第四节

20、 缓和曲线 v缓和曲线是道路平曲线形要素之一，它是设置在直线 与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲 线之间的一种曲率连续变化的曲线。 v一一.缓和曲线的作用与性质缓和曲线的作用与性质 v（一）缓和曲线的作用 v1曲率连续变化，便于车辆遵循 v2离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适 v3超高及加宽逐渐变化，行车更加平稳 v4与圆曲线配合，增加线形美观 曲率不连续，视 觉效果突兀 v（二）缓和曲线的性质 v假定： v1.汽车为一刚体，转弯时汽车不变形，忽略弹性轮 胎的变形。 v2.左、右轮差别不计，只研究重心的轨迹。 v3.转弯时汽车等速行驶，驾驶员匀速转动方向盘。 v推导结果： v结论：汽

21、车匀速由直线驶入圆曲线或圆曲线驶入直 线，其行驶轨迹的弧长与曲率半径之乘积为一常数。 Crl 二、缓和曲线的形式 v规范规定，我国公路设计中，缓和曲线采用回旋线回旋线。 铁路设计中，考虑到列车运行的平稳性，低速铁路采用 三次抛物线形式，高速铁路则多采用半波正弦形缓和曲 线。 v回旋线是曲率随着曲线长度成正比例变化的曲线。基本 公式 2 Arl s RLA 三、缓和曲线的最小长度及参数 v（一）缓和曲线的最小长度（一）缓和曲线的最小长度 v1.旅客感觉舒适 v通过限制离心加速度的变化率来保证舒适性的要求， 就是限制离心加速度随缓和曲线曲率的变化不要过 快，从而达到旅客感觉舒适。 R V R V L s s 33 (min) 036. 00214. 0 v2.超高渐变率适中 v一般在缓和曲线上设置超高缓 和段，但超高缓和段过短，路面 在由双坡断面变为单坡断面时会 急剧扭曲，对行车和路容不利。 p iB L s (min) v3.行驶时间不过短 v通过限制在缓和曲线上的行驶时间来实现对Ls 的限制。 2.1 (min) V L s v（二）缓和曲线参数（二）缓和曲线参数A值值 v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以选定缓和曲线参数A