道路勘察设计章绪论平面设计

道路勘察设计章绪论平面设计第1页/共156页第一章绪论第一节道路运输系统及道路运输交通运输业（产业之一）交通运输网（构成）公路运输（方式之一，网）第2页/共156页

铁路运输：适用于远程的大宗货物及人流运输。公路运输：适于人流及货物的各种运距的小批量运输。水运：通航地区最廉价的运输方式。航空运输：适于快速运送旅客及贵重紧急商品、货物。管道运输：运送液体、气体和粉状货物的专用方式。1．国家的综合运输系统（网）的构成：

（现代交通组成）

第3页/共156页运输量大；迅速；但需转运；装卸费用较高；属线性运输

高速铁路：轮轨磁悬浮高铁机动、灵活，适应性强，直达，迅速；属于平面服务；可实现库—库运输，减少中转费用；单车运量小。高速公路集装箱运输终端运输耗能省、运输成本低；但受自然因素制约大方式：内河海洋（近海、远洋）速度最快；费用最高；舒适专业性强（专用）；连续性强运输成本低、损耗少，；运输对象单一2．各种交通运输方式的特点及优势

铁路运输公路运输：水运：航空运输：管道运输：第4页/共156页古代：丝绸之路，唐朝鼎盛时期近代：本世纪初（1902年）汽车输入我国。从1906年在广西友谊关修建第一条公路到1949年底，全国公路通车里程仅8.1万公里。现代：中华人民共和国成立以后1978年底公路通车里程达88万公里第二节我国道路现状与发展规划

一、道路发展史第5页/共156页2009年公路水路交通运输行业发展统计公报表明，到2009年12月31日我国公路总里程达到386.08万公里。其中高速公路通车里程为6.51万公里，仅次于美国，居世界第二位。到2009年底，全国等级公路里程305.63万公里，高速公路6.51万公里。截至2009年底，全国公路桥梁达62.19万座、2726.06万延米，隧道为6139处、394.20万延米。

1994年底公路通车里程达到110万公里，并实现了县县通公路，99.2％的乡及92.8％的行政村通了汽车。第6页/共156页1990年第一条高速公路（沈大高速公路）建成通车；到2000年底，高速公路总里程达1.6万公里；到2001年底，高速公路总里程达1.9万公里，超过加拿大（1.9万公里）、仅次于美国（8.8万公里），位居世界第二位；2009年底高速公路总里程达到6.51万公里，2009全年新建高速公路0.48万公里。高速公路建设情况：第7页/共156页存在如下几方面的问题：

1．数量少。（1）公路通车总里程：目前通车里程虽己达386.08万公里，但与发达国家相比，仍然相差较大。如美国（2001）为654万公里。美国人口约占世界的5%，公路里程占世界的28%；我国人口约占世界的25%，公路仅占世界的7%。二、道路现状评价第8页/共156页美国、加拿大（2001）国土面积与中国差不多，高速公路里程已达8.8万公里和１.9万公里，法国国土仅为中国的十七分之一，高速公路里程已达9000公里；日本国土很小，而高速公路已达近7000公里。高速公路里程占公路总里程的比例偏低。中国刚达到1.6％，而发达国家已超过1.5％左右，如加拿大为1.88％，德国已达1.72％，美国为1.37％，印度、马来西亚等发展中国家高速公路发展也很快。高速公路总量也明显偏少。第9页/共156页公路密度即每百平方公里国土面积拥有的公路里程数。从总体上讲，我国公路基础设施总量不足，密度偏低。美国公路密度每百平方公里为67公里，英国为160公里，法国为147公里，日本为303公里，印度为61公里，而我国只有38.86公里。每万人拥有公路长度，美国为242公里，英国为63公里，法国为140公里，日本为91.5公里，印度为22公里，而我国只有11公里。（2）公路密度：第10页/共156页在通车里程中，二级以上的公路，只占公路总里程的14.4%多，等级以上公路所占比重为78.3%，还有达不到技术标准的等外公路36.4万公里，占22％左右。高级、次高级路面里程占公路总里程的38.9%。无路面里程15.4万公里,占9％。2．公路网等级低、高等级公路少、路面质量差、标准低。第11页/共156页东西部差距较大，平原区与山区差别大。到2000年底全国仍有353个乡（0.8%），6.9万个村（9.2%）不通公路。公路密度各省市差距大。上海95.4km，天津85.1km，北京81.0km，海南61km，广东58km，江苏56.6km。10km以下的省有5个，西藏、青海、新疆、内蒙古、甘肃，黑龙江省13.8km，排位倒数六。4．通行能力低。通行能力大、运营效益高的公路主骨架未形成。5．服务水平低。公路运输服务不满足要求。

3．发展不平衡。第12页/共156页三、发展规划1．发展方向

（1）提高等级与加大密度并举。新建公路，沟通断头路。国道主干线高速公路网建设（2）运输工具向专业化方向发展。大型车、小型车发展，控制中型车（3）运输服务向高效优质发展。（4）管理信息化发展。第13页/共156页

（1）国道主干线公路全部建成高速公路。（3.5万公里）1990～2020年，总长3.5万公里国道主干线公路全部建成高速公路，全国公路总里程达到260~300万公里(该目标已提前实现)。2003年，完成“两纵两横”；2010年，完成“五纵七横”国道主干线(2007年底发展主要目标已提前实现)。2．发展规划第14页/共156页“两纵两横”国道主干线“两纵两横”国道主干线示意图第15页/共156页“五纵七横”国道主干线“五纵七横”国道主干线示意图第16页/共156页国道主干线国道主干线规划线第17页/共156页国道：G102，G222，G301省道：S105县道：X101乡道村道（2）省道干线道路网形成。

各省、市、自治区根据本地区的情况，规划修建省级干线网。我国公路网管理层次：国道网分类：首都放射线：编号1南北纵线：编号2东西横线：编号3第18页/共156页黑河同江绥汾河甘南哈尔滨伊春鹤岗佳木斯鸡西牡丹江齐齐哈尔第19页/共156页（3）2030年实现智能化公路运输系统。（4）2040年智能化综合交通运输系统形成。

另外，国家高速公路网规划方案逐步实施，简称“7918网”：

7条首都放射线、

9条南北纵向线、

18条东西横向线，总规模约8.5万km，其中主线6.8万km，地区环线、联络线等其他线路约1.7万km。第20页/共156页一、道路功能具有两大特性：

通过功能和通达功能；

分类：

1）按功能分：干线公路、集散公路和地方公路。2）按行政管理属性：国道、省道、县道和乡道。第三节道路的功能与分级

第21页/共156页二、公路分级与技术标准

1．公路分级交通部2004年颁布的《公路工程技术标准》JTGB01一2003（现行）将公路分为五个等级高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路。划分等级目的：按需求建设公路依据：公路使用任务、功能交通量（远景设计）第22页/共156页高速公路分为三个等级：（1）四车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为25000～55000辆；（2）六车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为45000～80000辆；（3）八车道高速公路一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为60000～100000辆。功能：专供汽车分向、分车道行驶的干线公路。高速公路：为专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。第23页/共156页功能：一级公路是连接高速公路或是某些大城市的城乡结合部、开发区经济带及人烟稀少地区的干线公路。具有两种不同的任务和功能：（1）干线功能，部分控制出入；（2）可以采用平交的距离不长的连接线等。一级公路强调必须分向、分车道行驶，《标准》规定一级公路一般应设置中央分隔带。当受特殊条件限制时，必须设置分隔设施，不允许用画线代替。一级公路：为供汽车分向、分车道行驶的公路，一般能适应按各种汽车折合成小客车的远景设计年限年平均昼夜交通量为15000～55000辆。第24页/共156页功能：二级公路为中等以上城市的干线公路或者是通往大工矿区、港口的公路。三级公路：一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为1000～4000辆（小汽车2000~6000辆）。功能：为沟通县、城镇之间的集散公路。四级公路：一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为：双车道1500辆以下；单车道200辆以下。功能：为沟通乡、村等地的地方公路。二级公路：一般能适应按各种车辆折合成中型载重汽车的远景设计年限年平均昼夜交通量为3000～7500辆(小汽车年平均日交通量5000~15000辆)。第25页/共156页

2．公路技术标准

定义：在一定自然环境条件下，能保持车辆正常行驶性能所采用的技术指标体系。各级公路的主要技术指标汇总表(p8)第26页/共156页

地形分类可参考地形特征划分为：

平原、微丘地形

山岭、重丘地形平原地形：指一般平原、山间盆地。高原（高平原）等地形平坦，无明显起伏，地面自然坡度一般在3°以内；微丘地形：指起伏不大的丘陵，地面自然坡度在20°以下，相对高差在100m以下，设线一般不受地形限制；对于河湾顺适、地形开阔且有连续的宽缓台地的河谷地形，河床坡度大部在5°以下，地面自然坡度在20°以下，沿河设线一般不受限制，路线纵坡平缓或略有起伏，也属平原微丘地形。3．地形分类（适用于一、二、三、四级公路）：第27页/共156页重丘地形：指连续起伏的山丘，且有深谷和较高的分水岭，地面自然坡度一般在20°以上，路线平、纵面大部分受地形限制；高原地区的深浸蚀沟，以及有明显分水线的绵延较长的高地，地面自然坡度多在2°以上，路线平、纵面大部分受地形限制。山岭地形：指山脊，陡峻山坡、悬崖、峭壁、峡谷、深沟等地形变化复杂，地面自然坡度大部分在20°以上，路线平、纵、横面大部分受地形限制。第28页/共156页

公路等级应根据公路网的规划，从全局出发，按照公路的使用任务、功能和远景交通量综合确定。各级公路远景设计年限：高速公路和一级公路为20年二级公路为15年三级公路为10年四级公路一般为10年。设计路段长度：按不同计算行车速度设计的各路段不宜过短。高速公路不宜小于15km

一级、二级公路不宜小于10km。4．公路等级的选用第29页/共156页三、城市道路分类与技术分级城市道路分类：

按照道路在城市道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑物的服务功能，城市道路分为四类：

1．快速路快速路为城市中大量、长距离、快速交通服务。快速路对向行车道之间应设中间分车带，其进出口应采用全控制或部分控制。快速路两侧不应设置吸引大量车流，人流的公共建筑物的进出口，两侧一般建筑物的进出口应加以控制。在进出口较多时，宜在两侧另建辅道。第30页/共156页

主干路为连接城市各主要分区的干路，以交通功能力主。自行车交通量大时，宣采用机动车与非机动车分隔形式，如三幅路或四幅路。主干路两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的进出口。3．次干路次干路与主干路结合组成城市道路网，起集散交通作用，兼有服务功能。4．支路支路为次于路与街坊路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主。2．主干路第31页/共156页

除快速路外，各类道路按照所在城市的规模、设计交通量、地形等分为：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级。大城市（人口50万以上）应采用各类道路中的Ⅰ级标准；中等城市（人口20万~50万）应采用Ⅱ级标准；小城市（人口20万以下）应采用Ⅲ级标准。城市道路分级：第32页/共156页技术依据：《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)、《公路路线设计规范》(JTGD20-2006)、《城市道路设计规范》(CJJ37-90)、《公路勘测规范》(JTGC10-2007)等。自然条件：主要有地形、地质构造、气候状况、水文情况、土壤及植被等。第四节道路设计控制第33页/共156页一、设计车辆按使用目的、结构或发动机的不同分成各种类型，而作为道路设计依据的汽车可分为四类，即：小客车、载重汽车、鞍式列车铰接车（城市道路)。第34页/共156页

汽车外廓尺寸限界即对汽车的总高、总宽、总长的限制规定，这项规定适用于公路和城市道路运输用的汽车及汽车列车。汽车最大外廓尺寸应不超过如下限制规定：1.总高：4.0m；2.总宽（不包括后视镜）：2.5m；3.总长：16m；（1）载重汽车（包括越野载重汽车）12.0m；（2）客车12.0m；铰接式客车18.0m；（3）牵引车拖半挂车16.5m；（4）汽车全挂汽车列车20.0m。国家标准GB1589—89对汽车的外廓尺寸限界的规定第35页/共156页1.设计速度的定义：当气候条件良好、交通密度小、车辆行驶只受公路本身的道路条件的影响时，具有中等驾驶技术的驾驶人员能安全顺适行驶的最大行驶速度。设计速度是决定公路几何形状的基本依据，曲线半径、超高、视距等技术指标都起着决定的作用，同时也影响着车道的尺寸和数目以及路肩宽度等指标的确定。其它如车道宽度、路肩宽度等虽与设计车速无直接关系，但它们影响行车速度。

二、设计速度（计算行车速度）

第36页/共156页计算行车速度较低时，平均行车速度大约为计算行车速度的90%～95%；在计算行车速度较高时，其平均行车速度约为计算行车速度的80%。3．计算行车速度的拟定计算行车速度的最大值：120km/h

根据汽车性能，并参考国内外的实际经验，从节约能源以及人在感官上的感觉出发，计算行车速度的最大值采用120km/h是适宜的。计算行车速度的最低值：20km/h。2.计算行车速度与平均行车速度的关系第37页/共156页

高速公路在设计、施工、运营管理上与一般公路有所不同，本次修订按高速公路的运营要求和交通需要的变化把计算行车速度分为四档，即120km/h、100km/h、80km/h和60km/h。

高速公路的计算行车速度不与地形直接挂钩，设计时设计人员应结合交通需求的变化，考虑技术经济的合理性，更好地与地形景观相配合，作出更合理的设计。一般情况下应选用120km/h的计算行车速度，当受地形、地物、工程造价等条件限制时，交通量又相对的小一些，可选用100km/h甚至是80km/h的计算行车速度。对于条件特殊困难地段，经技术、经济论证可选用60km/h的计算行车速度。（1）高速公路的计算行车速度第38页/共156页

为了使汽车在各级公路上都能充分发挥其技术性能，达到应有的运输经济效益，并结合已有公路汽车行驶的实际情况，一级公路的平均行车速度应在60km/h以上，二级公路的平均行车速度应大于50km/h，三级公路的平均行车速度采用40km/h～45km/h，四级公路采用35km/h。根据上述计算行车速度和平均行车速度的关系，拟定计算行车速度如表5。（2）平原、微丘区的计算行车速度第39页/共156页表5计算行车速度计算表

公路等级平均运行速度

（km/h）计算行车速度（km/h）平均运行速度/计算行车速度计算值采用值一级公路＞600.6＞100100二级公路＞500.6～0.783～7180三级公路40～500.7～0.864～5060四级公路35左右0.8～0.943～3940第40页/共156页（3）山岭、重丘区的计算行车速度在山岭、重丘区，计算行车速度的大小直接影响着公路工程量大小和工程的难易程度。一般情况下，山岭、重丘区的计算行车速度比平原、微丘区的要小一些。考虑到山岭、重丘区公路的工程量要求和施工难度的要求，同时考虑到各级道路条件下行车安全顺适的要求，利用极限最小半径的实践经验，确定了各级道路在山岭重丘区的计算行车速度值。见表6。第41页/共156页表6山岭重丘区公路计算行车速度公路等级控制速度的极限最小半径(m)计算行车速度

（km/h）备注一级公路10060根据计算和实测资料，100m半径时运行速度可达60km/h二级公路6040根据计算和实测燃料，60m半径时运行速度可达40km/h三级公路3030根据计算和实测燃料，30m半径时运行速度可达30km/h四级公路1520根据计算和实测燃料，15m半径时运行速度可达达20km/h第42页/共156页交通量是指单位时间内通过道路某断面的交通流量（即单位时间通过道路某断面的车辆数目）。其具体数值由交通调查和交通预测确定。交通调查、分析和交通预测是公路建设项目可行性研究阶段进行现状评价、综合分析建设项目的必要性和可行性的基础，也是确定公路建设项目的建设规模、技术等级、工程设施、经济效益评价及公路几何线形设计的主要依据。定义：年平均日交通量(pcu/d)

小时交通量(pcu/h)年累计交通量三、交通量第43页/共156页

1．设计日交通量一条公路交通量的普遍计量单位是年平均日交通量（简写为AADT），用全年总交通量除以365而得。

设计日交通量是指欲建公路到达远景设计年限时能达到的年平均日交通量（pcu/d）。远景设计年平均日交通量依道路使用任务及性质，根据历年交通观测资料推算求得。目前一般按年平均增长率累计计算确定。（一）设计交通量第44页/共156页远景设计年平均日交通量依道路使用任务及性质，根据历年交通观测资料推算求得。目前一般按年平均增长率累计计算确定。

Nd＝N0(1+γ)n-1式中：Nd——远景设计年平均日交通量(pcu/d)；

N0——起始年平均日交通量（pcu/d），包括现有交通量和道路建成后从其它道路吸引过来的交通量：

γ——年平均增长率（％）；

n——远景设计年限(年)。远景设计年平均日交通量计算：第45页/共156页

小时交通量（pcu/h）是以小时为计算时段的交通量，是确定车道数和车道宽度或评价服务水平时的依据。第30位小时交通量：设计小时交通量一般采用第30位小时交通量。意味着在一年中有29个小时超过设计值，将发生拥挤，占全年小时数的0.37％，也就是说能顺利通过的保证率达99.67％。2．设计小时交通量第46页/共156页

Nh＝Nd×k×D式中：Nh——主要方向高峰小时设计交通量(pcu/h);

Nd——设计年限的年平均日交通量(pcu/d)；D——方向不均匀系数，即高峰小时期间主要方向与两个方向总交通量之比(Nh／N’h)，一般取D=0.5~0.6；

N’h——高峰小时两个方向的总交通量(pcu/h);

Nd——设计年限的年平均日交通量(pcu/d)；设计小时交通量计算公式：第47页/共156页我国的公路及城市道路以小汽车为准，汽车代表车型分为小客车、中型车、大型车和拖挂车。在换算车辆时应引入车辆折算系数，通常以车辆宽度B和平均行车速度V比值的对比来加以确定。以选定车辆的B/V为1，以其它车型的B/V与选定车辆对比求得。在设置慢车道实行分道行驶的道路或路段上，其交通量应按汽车交通量和非汽车交通量分别计算。（二）交通量折算代表车型车辆折算系数说明小客车1.0≤19座的客车和载质量≤2t的货车中型车1.5＞19座的客车和载质量＞2t~≤7t的货车大型车2.0载质量＞7t~≤14t的货车拖挂车3.0载质量＞14t的货车第48页/共156页道路通行能力是在一定的道路、环境和交通条件下，单位时间内道路上某个断面上所能通过的最大车辆数，是特定条件下道路能承担车辆数的极限值。单位时间通常以小时计（pcu／h）。

1．基本通行能力基本通行能力是指在理想的道路和交通条件下，某一条车道或某个断面上，单位时间内所能通过的小客车最大数，是计算各种通行能力的基础。四、通行能力第49页/共156页（1）车头时距：指连续两车通过车道或道路上同一地点的间间隔。以车头时距计算一条车道的通行能力：

C=3600／t式中：t——连续车流平均车头间隔时间（s），可通过观测求得。（2）车头间距：是指交通流中连续两车之间的距离。以车头间距计算一条车道的通行能力：

C=1000V／l式中：l——连续车流平均车头间隔距离（s），可通过观测求得。基本通行能力的计算方法：第50页/共156页

可能通行能力是在实际道路和交通条件下，单位时间内道路某一点所能通过的最大交通量。

3．设计通行能力1）服务水平及服务交通量：我国按照车流运行状态，把从小交通量自由流至交通量达到可能状态的受限制车流这一运行条件范围分为四级服务水平。《公路路线设计规范》JTGD20-2006（以后简称《规范》）规定了各级公路设计采用的服务水平等级。

2．可能通行能力第51页/共156页第52页/共156页第53页/共156页第54页/共156页第55页/共156页公路设计中采用的服务水平等级为：

高速公路：二级服务水平但在不得已的情况下，匝道——主线连接处以及交织区可降低要求采用三级服务水平。一级公路：平原微丘区采用二级服务水平，在重丘山岭地形及在近郊采用三级服务水平。二、三、四级公路：采用三级服务水平。第56页/共156页设计通行能力是指公路交通的运行状态保持在某一设计的服务水平时，单位时间内公路上某一路段可以通过的最大车辆数。设计通行能力是实际道路可能接受的通过能力，考虑了人为主观对道路的要求，按照道路运行质量要求及经济、安全、出人口交通条件等因素而确定作为设计依据的。设计通行能力=可能通行能力×V/C（V／C）比是在理想条件下，各级服务水平最大服务交通量与基本通行能力之比。2）设计通行能力：第57页/共156页4.各级公路适应交通量(1)高速公路的适应交通量在进行高速公路规划设计时，要保证必要的交通服务水平和车辆运行质量，同时要考虑我国的经济水平和公路建设投资力量，并要避免高速公路不入因交通量不适应造成交通阻塞。《公路路线设计规范》JTGD20-2006规定我国公路服务水平分为一级、二级、三级、四级。根据我国国情，高速公路的适应交通量宜按二级（相当于美国的C级）来考虑，即计算行车速度为120km/h时，高速公路服务水平V/C比为0.8；计算行车速度为100km/h、80km/h和60km/h时，其V/C比应为0.72、0.68、0.64。最大服务交通量1600，1400，1300，1150。第58页/共156页按照美国最近研究结果，高速公路上每车道以小客车计的基本通行能力大约为2200辆/h。我国交通状况下的通行能力按每车道2000辆/h计（120~100km/h）；80km/h—1900，60km/h—1800。目前世界上高速公路基本按单向单车道的设计小时交通量来考虑，但一方面因我国对某些参数尚待进一步研究，另一方面为便于进行公路规划设计并与我国一直延用的适应交通量指标相衔接。因而用适应交通量作为高速公路选用的指标。其值按下式计算：第59页/共156页式中：AADT——远景年限的设计年平均日交通量（辆/日）；

CD——单车道设计通行能力（小客车/每车道/小时）；

CD=CB×（V/C）CB——理想备件下一个车道的基本能行能力，计算行车速度120km/h为2000小客车/小时；

N——单向车道数；

K——设计小时交通量系数，K值大约在0.095～0.135之间，具体应用时，可根据当地的交通量观测资料作适当调整；

D——交通量方向分布系数，根据我国实际交通调查情况，交通流方向分布系数D一般取0.6，具体应用时，可根据当地的交通量预测资料确定。高速公路适应的交通量计算公式：

第60页/共156页高速公路远景年限的设计年平均日交通量范围

单位：小客车辆/日

计算行车速度四车道六车道八车道120km/h40000～5500060000～8000075000～100000以上100km/h35000～5000055000～7000070000～9000080km/h30000～4500050000～6500065000～8500060km/h25000～4000045000～6000060000～80000第61页/共156页一级公路与高速公路相比，主要差别在于未排除横向干扰，车辆要经常变换车道及侧向余宽不足，其运行质量不及控制进入的高速公路。因此其通行能力和服务水平较高速公路有一定的折减。参考日本公路技术标准中关于通行能力的计算公式及有关侧向余宽，沿途条件和车道折减等修正系数，则可由高速公路公路通行能力推算出一级公路远景设计年限的年平均日交通量。(2)一级公路的适应交通量第62页/共156页

AADT=（CD×R1×R2×2）/（K×D）=（0.6～0.76）CD×2/(K×D)式中：AADT——一级公路多车道公路远景设计年限的年平均日交通量（辆/日）；

CD——计算行车速度为60km/h和100km/h的高速公路设计通行能力，其值为1000～1300小客车/每车道/小时；（二级服务水平）

R1——侧向余宽修正系数，取值为0.85～0.95；

R2——横向干扰修正系数，取值为0.7～0.8；由上式计算出四车道一级公路远景设计年限的年平均日交通量约为15000辆～30000辆小客车。由高速公路公路通行能力推算一级公路远景设计年限的年平均日交通量：第63页/共156页

根据国内研究结果，首先确定二、三、四级公路各项技术指标的平原微丘公路为基准条件，在一定服务水平下（以平均运行速度作为服务水平的指标）得出各级公路在平原微丘区下的允许通行能力，然后考虑高峰小时交通量（即容许通行能力）与年平均适应交通量之间的比值，即可得到基本路段的适应交通量。根据我国交通量调查情况和研究结果，基准路段AADT=容许通行能力/K=Ca/K。设计小时交通量系数K变化在0.10～0.115之间，至于各级公路基准路段的容许通行能力Ca，按照交通部公路科学研究所的研究成果取值。（3）双车道公路的适应交通量第64页/共156页山岭重丘二、三、四级公路应作相应的纵坡折减，平均纵坡分别按4.5%、5%和5.5%考虑，对应的纵坡修正系数为0.60，0.55和0.50，其适应交通量应分别按40%，45%和50%左右折减。公路等级适应交通量范围（辆/日）公路等级适应交通量范围（辆/日）单车道四级公路200以下三级公路1000～4000双车道四级公路1500以下二级公路3000～7500双车道公路适应交通量范围（辆/日）

第65页/共156页四、道路网（一）公路网

定义：公路网是在全国或一个区域内，由各等级公路组成的一个四通八达的网络系统。

区域内的城市、集镇以及某些运输集散点称作节点。

特性：

（1）集合性：众多节点和线的集合按一定规律组成的系统。

（2）关联性：路网内任意一条公路都受到全局因素的制约。

（3）目标性：公路网具有特定的功能，具有明确的目标。

（4）适应性：适应于区域国土开发利用和经济发展规划，适应于区域综合运输规划和公路交通需求。第66页/共156页（二）城市道路网与红线规划1.城市道路网

宏观：公路网的一个节点；

微观：城市范围内所有道路组成的一个系统。

形式：方格网式、环形放射式、自由式和混合式。四、道路网2.城市道路红线规划定义：城市道路用地和城市建筑用地的分界控制线。红线之间的宽度即道路用地范围，称之为建筑红线宽度或路幅宽度。

主要内容：（1）确定道路红线宽度；

（2）确定道路红线位置；

（3）确定交叉口形式；

（4）确定控制点坐标和高程。第67页/共156页五、道路建筑限界与道路用地1.道路建筑限界

又称净空，由净高和净宽两部分组成。

净高是指道路在横断面范围内保证安全通行所必须满足的竖向高度；

净宽是指道路在横断面范围内保证安全通行所必须满足的横向宽度。第68页/共156页

一、公路勘察设计阶段

一阶段设计：对于技术简单、方案明确的小型建设项目，可采用，即一阶段施工图设计；

两阶段设计：公路工程基本建设项目一般采用两阶段设计，即初步设计和施工图设计

三阶段设计：技术上复杂而又缺乏经验的建设项目或建设项目中的个别路段、特殊大桥、互通式立体交叉、隧道等，必要时采用三阶段设计，即初步设计、技术设计和施工图设计。第五节道路勘测设计阶段第69页/共156页一阶段设计：路线视察→设计任务书→一次定测→一阶段施工图设计→施工图预算两阶段设计：可行性研究→计划任务书→初步测量→初步设计，设计概算→定线测量→两阶段施工图设计，施工图预算三阶段设计：预可研→可行性研究→计划任务书→初步设计→技术设计→施工图设计公路工程基本建设项目设计程序：第70页/共156页二、公路工程可行性研究

公路工程可行性研究：目的是对某项工程建设的必要性、技术可行性、经济合理性、实施可能性等方面进行综合研究，推荐最佳方案，进行投资估算并作出经济评价，为建设项目的决策和审批提供科学的依据。预可研：（预可行性研究）第71页/共156页三、设计任务书

（1）建设依据和意义；（2）路线的建设规模和修建性质；（3）路线基本走向和主要控制点；（4）公路工程技术标准和主要技术指标调；（5）按几阶段设计，各阶段的完成时间；（6）建设期限和投资估算，分期修建应提出每期的建设规模和投资估算；（7）施工力量的原则安排；（8）附路线示意图第72页/共156页1．城市道路网的结构形式和特点

（1）方格网式：呈方格棋盘形状，是最常见的一种形式，即每隔一定的距离设置接近平行的干道，在干道之间再布置次要道路，将用地分为大小合适的街坊。（2）环形放射式：一般由旧城中心区逐渐向外发展，由旧城中心向四周引出放射干道的放射式道路网演变而来。（3）自由式：以结合地形为主，路线弯曲无一定几何图形。（4）混合式：为上述三种形式的组合，如规划得合理，能发扬上述各式的优点，又避免了它们的缺点，是一种扬长避短较合理的形式。四、城市道路网和红线规划第73页/共156页道路红线：指城市道路用地分界控制线，红线之间宽度即道路用地范围，亦可称道路的总宽度或称规划路幅。道路红线宽度确定：根据道路的功能与性质，考虑适当的横断面型式和定出机动车道、非机动车道、人行道、绿带等各组成部分的合理宽度，从而确定道路的总宽度，即红线宽度。2．城市道路红线规则第74页/共156页复习思考题1.交通运输方式有哪些？道路运输的特点是什么？2.高速公路与一般公路相比有哪些特点？它在公路运输中的地位和作用是什么？3.什么是道路？它包括哪些主要种类？4.公路和城市道路的等级是怎样划分的？各级公路与城市道路的主要技术指标有哪些？5.公路勘测设计为什么要分阶段进行设计？针对不同情况如何选用设计阶段？6.设计文件由哪几部分内容组成？7.解释如下名词：路线，设计车速，经济时速，平均技术车速，设计交通量，通行能力，城市道路红线。8.公路等级选用时应考虑哪些主要因素？第75页/共156页第二章平面设计第76页/共156页

一、路线道路是一条三维空间的带状实体。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。

路线：是指道路中线的空间位置。

路线平面图：路线在水平面上的投影。

路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。

路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点横断面。第一节概述第77页/共156页路线平面设计：在路线平面图上研究道路的基本走向及线形的过程。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。

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。路线设计：指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。第78页/共156页公路实例图第79页/共156页第80页/共156页第81页/共156页第82页/共156页第83页/共156页第84页/共156页二、平面线形设计的基本要求行驶中汽车的轨迹的几何特征：（1）轨迹连续圆滑。这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上下出现错头和破折；（一）汽车行驶轨迹第85页/共156页（2）曲率连续。其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。第86页/共156页（3）曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。第87页/共156页（二）平面线形要素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：汽车行驶轨迹线曲率为0——直线曲率为常数——圆曲线曲率为变数——缓和曲线现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。第88页/共156页第二节直线一、直线的特点直线距离短，直捷，通视条件好。汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。便于测设。直线线形大多难于与地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。过长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离。第89页/共156页二、直线的运用1.宜采用直线线形的路段：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长的桥梁、隧道等构造物路段；（4）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。第90页/共156页第91页/共156页（1）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。（2）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。2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：第92页/共156页2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：（3）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。（4）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。（1）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。（2）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。第93页/共156页《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V≥100km/h）。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。3.最大直线长度问题：第94页/共156页1．同向曲线间的直线最小长度《规范》：同向曲线间的最短直线长度以不小于设计速度的6倍为宜（6V）。三、直线的最小长度第95页/共156页第96页/共156页2．反向曲线间的直线最小长度《规范》规定：反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km／h计）的2倍为宜。第97页/共156页一、汽车行驶的横向稳定性汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。受力分析：横向力X——失稳竖向力Y——稳定1．汽车在平曲线上行驶时力的平衡离心力第三节汽车的横向稳定性与圆曲线半径第98页/共156页将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，第99页/共156页由于路面横向倾角α一般很小，则sinα≈tgα=ih，cosα≈1，其中ih称为横向超高坡度，将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即第100页/共156页横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。汽车内侧车轮支反力N1为0。倾覆力矩等于或大于稳定力矩。2.横向倾覆条件分析第101页/共156页倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：

稳定力矩：第102页/共156页倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：

稳定力矩：

稳定、平衡条件：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Rmin：第103页/共156页3.横向滑移条件分析横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。

极限平衡条件：横向滑移稳定条件：第104页/共156页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μ值的大小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般b≈2hg，而h<0.5,即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。在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，即可保证横向稳定性。保证横向稳定性的条件：第105页/共156页(一)、圆曲线的几何元素各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。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。二、圆曲线半径第106页/共156页第107页/共156页圆曲线几何元素为：第108页/共156页

计算基点为交点里程桩号，记为JD，

ZY=JD-T

YZ=ZY+L

QZ=ZY+L/2

JD=QZ+J/2曲线主点里程桩号计算：圆曲线最小半径第109页/共156页4.最小半径指标的应用（1）公路线形设计时应根据沿线地形等情况，尽量选用较大半径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；（2）当地形条件许可时，应尽量采用大于一般最小半径的值；（3）有条件时，最好采用不设超高的最小半径。（4）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；（5）长直线或线形较好路段，不能采用极限最小半径。（6）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。第110页/共156页3.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。第111页/共156页

一、缓和曲线的作用与性质（一）缓和曲线的作用1．曲率连续变化，便于车辆行驶2．离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适3．超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳4．与圆曲线配合得当，增加线形美观第四节缓和曲线

第112页/共156页第113页/共156页第114页/共156页汽车等速行驶，司机匀速转动方向盘时，汽车的行驶轨迹：当方向盘转动角度为时，前轮相应转动角度为，它们之间的关系为：=K；（二）缓和曲线的性质其中，是在t时间后方向盘转动的角度，=t；

汽车前轮的转向角为

=Kωt(rad)轨迹曲率半径：第115页/共156页（二）缓和曲线的性质汽车沿缓和曲线行驶t秒后，曲线上行驶距离为l，则设，则此式即为汽车等速行驶、以不变角速度转动方向盘所产生的轨迹。汽车行驶轨迹半径值随其行驶距离的增加而递减，即缓和曲线上任一点的半径与其距起点的距离成反比。第116页/共156页（二）缓和曲线的性质在缓和曲线终点处，ρ=R，l=L，取C’=A2，则行驶轨迹方程为RL=A2一般，缓和曲线多采用回旋线方程，即曲线半径R与回旋长度L成反比：设，则RL=A2，A称为回旋线参数。第117页/共156页第118页/共156页二、回旋线作为缓和曲线

（一）回旋线的数学表达式回旋线是公路路线设计中最常用的一种缓和曲线。我国《标准》规定缓和曲线采用回旋线。回旋线的基本公式为：

rl=A2(rl=C)——极坐标方程式式中：r——回旋线上某点的曲率半径（m）；

l——回旋线上某点到原点的曲线长（m）；

A——回旋线的参数。A表征回旋线曲率变化的缓急程度。第119页/共156页1.回旋线的参数值A的确定：回旋线的应用范围：ORLsYX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，l＝Ls，r＝R。

则RLs=A2，即回旋线的参数值为：第120页/共156页直线直线圆曲线缓和曲线缓和曲线1.回旋线的参数值A的确定：回旋线的应用范围：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，l＝Ls，r＝R。

则RLs=A2，即回旋线的参数值为：缓和曲线的曲率变化：第121页/共156页回旋线起点切线o由微分方程推导回旋线的直角坐标方程：以rl=A2代入得：回旋线微分方程为：

dl=r·ddx=dl·cosdy=dl·sin

或l·dl=A2·dβ2.回旋线的数学表达式：第122页/共156页当l=0时，=0。对l·dl=A2·d积分得：式中：——回旋线上任一点的半径方向与Y轴的夹角。对回旋线微分方程组中的dx、dy积分时，可把cos、sin用泰勒级数展开，然后用代入β表达式，再进行积分。第123页/共156页dx，dy的展开：第124页/共156页对dx、dy分别进行积分：

第125页/共156页在回旋线终点处，l=Ls，r=R，A2=RLs回旋线终点坐标计算公式：回旋线终点的半径方向与Y轴夹角β0计算公式：第126页/共156页1.各要素的计算公式基本公式L0：r·l=A2，（二）回旋线的几何要素任意点P处的曲率半径：P点的回旋线长度：P点的半径方向与Y轴的夹角第127页/共156页道路平面线形三要素的基本组成是：直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线。缓和曲线设置在直线与圆曲线间，在起点处与直线段相切，而在终点处与圆曲线相切，所以，圆曲线的位置必须向内移动一距离△R。2．有缓和曲线的道路平曲线几何元素：通常公路上多采用圆曲线的圆心不动，使半径略微减小而向内移动。由上节课所讲知识可知：即所以，在回旋线终点处，回旋线长为L时第128页/共156页有缓和曲线的圆曲线的全部桩位β，△R，q的计算式如下：因为所以因为所以第129页/共156页由上两式可知，内移值△R约等于缓和曲线中点纵坐标y的两倍，而q近似等于缓和曲线中点的横坐标x。得出上列三值后，就可以进行缓和曲线要素的计算：有缓和曲线的圆曲线的全部桩位总切线长外矢距曲线总长超距第130页/共156页(2)主点里程桩号计算方法：以交点里程桩号为起算点：ZH=JD–THY=ZH+LsQZ=ZH+L/2YH=HZ–LsHZ=ZH+LJD=QZ+D/2(校核)交点JD的里程由中线丈量计算得到，即：第131页/共156页3.缓和曲线长度的计算1.依离心加速度变化率

离心加速度变化率为设缓和曲线通常采用p=0.6，并以(km/h)计算，则所以：第132页/共156页3.缓和曲线长度的计算2.依司机操作反应时间一般采用t=3s，则3.依视觉条件从回旋线特性知RL=C’，经验认为即可使线形舒顺协调。所以第133页/共156页习题在平原区某二级公路（V=80km/h）有一弯道R=250m，交点JD的桩号为K17+568.38，转角α=38°30′00″，试计算该曲线上设置缓和曲线后的五个基本桩号。第134页/共156页习题在平原区某二级公路（V=80km/h）有一弯道R=250m，交点JD的桩号为K17+568.38，转角α=38°30′00″，试计算该曲线上设置缓和曲线后的五个基本桩号。解：1.缓和曲线长度L平原区二级公路设计速度为80km/h，则取整为5m的倍数，采用缓和曲线长75（m），（《公路工程技术标准》规定：V=80(km/h)时，最小缓和曲线长为70m）第135页/共156页2.圆曲线的内移值△R习题3.总切线长Th所以4.曲线总长度Lh满足平曲线最小长度的规定，其中，圆曲线长度为92.99m，符合圆曲线最小长度为70m的规定。第136页/共156页5.五个基本桩号习题超距D=2Th-Lh=7.21m所以，由QZ桩号算出的JD桩号为与原来的JD桩号相同，说明计算无误。第137页/共156页三、其它形式的缓和曲线（一）三次抛物线三次抛物线的方程式：三次抛物线上各点的直角坐标方程式：

x=l第138页/共156页三、其它形式的缓和曲线（二）双纽线双纽线方程式：双纽线的极角为45°时，曲线半径最小。此后半径增大至原点，全程转角达到270°。第139页/共156页回旋曲线、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（5°～6°）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（n≥3）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》推荐的缓和曲线也是回旋线。第140页/共156页四、缓和曲线的最小长度及参数

（一）缓和曲线的最小长度:1．旅客感觉舒适:汽车行驶在缓和曲线上，其离心加速度将随着缓和曲线曲率的变化而变化，若变化过快，将会使旅客有不舒适的感觉。离心加速度的变化率