道路路线平面设计及计算

4道路线形设计

4.1道路路线平面设计路线平面线形的基本要素圆曲线设计缓和曲线设计

弯道超高弯道加宽学习要点：公路路线平面设计应解决的问题：正确选择平曲线半径合理解决直线与曲线的衔接适当设置弯道超高和加宽保证行车视距公路路线平面图的绘制4.1路线平面设计弯道超高弯道加宽行车视距直线与曲线的衔接

公路平面线形的要素由直线、圆曲线（又称平面曲线）和缓和曲线组成，如图4-1。图4-1路线平面线形4.1.1平面线形要素

直线的特点①路线短捷，缩短里程，行车方向明显；②线形简单，易测设；③长直线、行车安全性差；④直线只满足两个控制点的要求，难以与地形及周围环境协调。直线最长、短直线限制①《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。②合理利用地形和避免采用长直线。4-2平面干线形干的组干合与干衔接圆曲干线，是干适应干地形干曲折干变化干和其干他自干然条干件影干响而干设置干的。圆曲干线具干有易干与地干形相干适应干、可干循性干好、干线形干美观干、易干于测干设等干优点干，使干用十干分普干遍。干一般干情况干下，应设干置尽干可能干大的干半径。缓和干曲线，当干汽车干从直干线驶干入曲干线时干，为干克服干离心干力，干必须干在曲干线与干直线干之间干设缓干和曲干线。公路干路线干由于干受地干形、干地质干及其干他各干种条干件的干限制干，在干平面干上往干往出干现转干折。干为了干保证干汽车干从一干条直干线顺干适地干转入干另一干条直干线，干在转干折处干需要干插入干圆曲干线过干渡，干以提干高车干辆行干驶的干安全干和舒干适程干度。4.干1.干2圆曲干线设干计由于干圆曲干线是干设在干平面干上的干曲线干，所干以这干段圆干曲线干又称干作为公路干平曲干线。圆曲干线各干要素干的计干算切线干长：外干矩干：曲线干长：超干距干：图4-3圆曲线要素计算圆曲干线各干要素干的计干算图4-3圆曲线要素计算曲线干主点干里程干桩号干计算干：计算干基点干为交点干里程干桩号，记干为JD。例题4.干1:圆曲干线各干要素干的计干算如果干测得干公路干平曲干线的干转角α=干3干2°，交干点的干里程JD干=K干5+干20干0,拟定干圆曲干线半干径R=干60干0m，求干圆曲干线几干何要干素及干主要干点桩干里程干。解：1）计干算圆干曲线干几何干要素干：圆曲干线起干点桩干号：ZY干=J干D-干T=干K干5+干20干0-干17干2.干05干=干K5干+2干7.干95圆曲干线终干点桩干号：YZ干=Z干Y+干L=干K干5+干27干.9干5+干33干5.干09干=干K5干+3干63干.0干4圆曲干线中干点桩干号：QZ干=Y干Z-干L/干2=干K干5+干36干3.干04干-3干35干.0干9/干2=干K干5+干19干5.干49验算干：JD干=Q干Z+干(2干T-干L)干/2干=干K5干+1干95干.4干9+（）/2干=干K5干+2干002）计干算主干点桩干里程干：汽车干在弯干道上干行驶干时力干的平干衡汽车干在曲干线上干行驶干时，干由于干惯性干而产干生离干心力干，离干心力干的大干小与干汽车干的质干量成干正比干，与干曲线干半径干成反干比。干其计干算公干式为式中干：F—离心干力，N；G—汽车干重量干，N；v—汽车干行驶干速度干，m/干s；R—曲线干半径干，m；g—重力干加速干度，9.干81干m/干s2。为了干减少干离心干力的干作用干，把干曲线干上的干路面干做成干外侧干高、干内侧干低的干单向干横坡干的形干式，干称为弯道干超高。汽干车行干驶在干具有干超高干的曲干线上干，如干图4-干4所示干：XY图4-4汽车在弯道上行使力的平衡横向干力X与竖干向力Y分别干为

由于路面横坡不大，即很小，可以认为：sin≈tan=ib,cos=1。ib

是路面的超高横坡度，于是作用干于汽干车上干的横干向力X=干Fc干osα±Gs干inα,当路干面有超干高时取负号，若没有干超高干在外干侧车干道时则干用正号横向干力反干映汽干车转干弯时干在横干向上干受力干大小干，但干并不干完全干反映干汽车干转弯干时稳干定程干度。现用横向干力系干数

来评干价汽干车的干稳定干程度干：即单干位车干重所干具有干的横干向力干大小干称为干横向干力系干数，干将车干速化干为V（km干/h），干则其中ib为路干面超干高横干坡度干。式干（4.干2）表干达了干横向干力系干数与干车速干、曲干线半干径和干超高干之间干的关干系。愈干大，干汽车干曲线干上稳干定性干就愈干小。（4.2）在指干定的干设计干车速干下，干极限干最小干半径Rmi干n决定干于可干以容干许的干最大干横向干系数干和该干曲线干的最干大超干高度4.干1.干2.干3设超干高的干平曲干线半干径式中：v—计算行车速度，km/h；

—横向力系数；

ib—路面超高横坡度，%。由公干式（4.干2）得干到超高干的平干曲线干半径干公式最小半径对于和做如下讨论：

从抵抗横向滑移条件分析。在大多数情况下，汽车在产生横向倾覆前，先要发生侧向滑移。因此，只要保证汽车不侧向滑移，即可保证汽车横向不倾覆。保证汽车不横向滑移的必要条件为。当很小时，Y≈G，则，式中：—路面与轮胎间的横向摩擦系数。（1）关于。横向力系数值的选用不仅要考虑汽车在弯道上行驶时行车的稳定性，还要考虑乘客的舒适程度，以及汽车燃料和轮胎消耗的情况。横向摩擦系数与纵向摩擦系数间的关系大约为

值取决于路面的潮湿程度、车速的大小和路面类型等。在确定值时，一般按最不利状态即路面为冰滑情况下决定。此时=0.2~0.3，则=0.6=0.6×0.25=0.15因为干系数φ0在数干值方干面等干于横干向力干系数μ，所干以此干时的干横向干力系干数μ≤0.1干5。从乘干坐的干感受干情况干分析汽车在行驶中不应使司机和乘客感到紧张和不舒服，根据试验，乘客随值的增大其心理反应如下：当＜0.10时，不会感到有曲线存在，很平稳；当=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；当=0.20时，已感到有曲线存在，稍感不稳定；当=0.35时，感到有曲线存在，不太稳定；当≥0.40时，非常不稳定，站立不住，乘客有倾覆的危险感。由此干可知干，从干乘客干的舒干适角干度考干虑，干横向干力系干数不干宜超干过0.干15干~0干.2干0，一般干以μ为0.1干5作为干最大干控制干数值。根据试验分析，汽车在弯道上行驶时，值的大小对汽车的燃料消耗和轮胎磨损有很大影响，其增加百分率如下：当=0.10时，燃料消耗增加10%，轮胎磨损增加1.2倍；当=0.15时，燃料消耗增加15%，轮胎磨损增加2倍；当=0.20时，燃料消耗增加20%，轮胎磨损增加2.9倍；从燃干料消干耗和干轮胎干磨损干分析因此干，从干汽车干运营干经济干出发干，横向干力系干数μ值也干不宜干超过0.1干0~干0.干15为好。

从行车速度情况分析由于公路的设计速度是线形设计的主要控制指标，所以从行车速度情况去研究横向力系数的最大容许值时，就需要考虑路面条件、行车舒适性以及轮胎状况等。从图4-干5可知干，横干向力干系数μ的容干许值干是随干着设干计速干度的干增加干而减干少。干横干向力干系数μ一般干不超干过0.干16。0.180.160.140.120.10020120140406080100v/(km/h)美国日本德国图4-5设计车速与横向力系数关系（2）最干大超干高率汽车干以一干定的干设计干速度干在曲干线上干行驶干的稳干定性干是由路面干超高干横坡干度和路面干与轮干胎之干间横干向附干着力共同干保证干的。干若取干得较干大的干向心干力来干平衡干离心干力，干就需干较大干的超干高度ib，以干保证干行车干的稳干定性干。但是干，当ib很大干时，干行车干速度干低于干设计干速度干或因干故停干车时干，汽干车由干于重干力作干用，干会有干向路干面内干侧下干滑的干倾向干，特干别是干当冬干季路干面冰干冻或干雨季干路面干泥泞干湿就干更危干险。干因此干，ib的容干许值干应依干据道干路所干在地干区的干气候干条件干、地干形等干因素干来决干定。为了干保证干低速干车在干恶劣干的气干候条干件下干能安干全行干驶不干致有干下滑干的危干险性干，则干超高干的最干大容干许值ib必须干满足干以下干条件干。即式中：—一年中气候恶劣季节，轮胎与路面之间的横向附着系数。从行干车安干全考干虑，干我国干无论干北方干地区干还是干南方干地区干，对超高干横坡干度的干最大干容许干值均干应不干超过6%为准。4.干1.干2.干4不设干超高干的平干曲线干半径将不干设超干高也干能保干证行干车安干全和干舒适干的平干曲线干半径干的最干低限干度值干称为干不设干超高干的平干曲线干半径干。不设干超高干的曲干线半干径是干按汽干车在干弯道干外侧干行驶干来计干算的：式中干：V—设计干车速干；u—横向干力系干数；i1—路拱干横坡干度，%。不设干超高干的最干小半干径，《规程》中是干以u=干0.干07，i1=1干.5干%~干2%计算干求得干的。干各级干道路干的平干曲线干半径干规定干见表4-干1。例1某平干原微干丘区干一级干公路干，V=干50干km干/h，路干面为干碎石干土路干，问干该级干公路干不设干超高干的平干曲线干最小干半径干为多干少？解：干取横干向力干系数u=干0.干07，路干拱坡干度i1=1干.5干%，则《规程》中规干定R为50干0m。例2某山干岭区干二级干公路干，V=干20干km干/h，问干该路干设置干超高干情况干下极干限最干小半径干为多干少？解：干设横干向力干系数u=干0.干15，超干高横干坡度ib=0干.0干6，则《规程》中规干定R为15干m。一级干线及干平原干微丘干区二干级线干不得干低于3s的设干计车干速的干行驶干距离干；山岭干重丘干区二干级线干不得干低于2.干5s的设干计车干速的干行驶干距离干。4.干1.干2.干5平曲干线最干小长干度《规程》中，干各级干道路干的圆干曲线干最小干长度干：汽车干在曲干线上干行驶干，如干果曲干线短干，驾干驶员干要频干繁地干进行干正反干两个干方向干操纵干方向干盘，干一是干驾驶干员疲干劳，干二是干不安干全，干三是干乘客干不舒干服。干因此干，为干了提干高公干路使干用质干量和干减轻干驾驶干员的干疲劳干程度干，应干尽量干设置干较长干曲线干。4.干1.干3弯道干超高4.干1.干3.干1弯道干超高干横坡干度的干确定在弯干道设干计时干，当干平曲干线半干径小干于不干设超干高的干半径干时，干为使干汽车干以计干算行干车速干度行干驶时干所产干生的干离心干力得干以克干服，干将车干道外干侧升干高构干成与干内侧干车道干同坡干度的干单坡干横断干面，干此种干设置干称为超高。图4-6弯道超高计算干超高干横坡干度ib时，干在设干计车干速一干定的干条件干下，干取用干变动干的横干向力干系数u，其干变动干范围干为（不设干超高干半径干至最干小半干径的u值）。干并假干定u与ib成正干比例干增减干，这干样ib值随干变动干的u计算干，并干随R的增干大而干减少干（见干表4-干2）。超高干横坡干度可干由（4.干2）式干求得干：4.干1.干3.干2超高干构成从直干线上干的不干设超干高过干渡到干圆曲干线上干的全干超高干，有干两种干构成干方式干，即绕未干加宽干前的干路面干内边干缘旋干转和绕线干路中干心线干旋转。如干图4-干7。4.干1.干3.干3超高干缓和干段图中干超高干缓和干段长干度用Lc表示干，i1是路干拱横干坡度干，ib是超干高横干坡度干，Ⅰ-干Ⅰ断面干是缓干和段干的起干点，Ⅱ-干Ⅱ断面干是缓干和段干的终干点。干缓和干段的干长度干根据干其构干成方干法的干不同干，计干算结干果也干不同干。从直干线上干的路干拱双干坡横干断面干变为干曲线干段的干具有干全超干高的干单坡干横断干面的干渐变干过程干，这干一变干化段干称为超高干缓和干段（见干图4-干6）。图4-6弯道超高式中干：B—路面干宽度干，m；ib—超高干横坡干度，%；q—超高干缓和干率，干是代干表路干面外干侧边干缘超干高缓干和段干的纵干坡与干路线干设计干纵坡干的差干值。(在平干原微干丘区干为1%，山干岭区干一般干为2%干)边轴干旋转干法：当干超高干横坡干度的干设置干为绕干路面干未加干宽前干的内干侧边干缘旋干转时干（如干图4-干8所示干），干其超干高缓干和段干长度中轴干旋转干法：当干超高干横坡干度绕干路面干中心干线旋干转时干（如干图4-干9所示干），干其缓干和段干长度LC为i1汽车干在弯干道上干行驶干时，干各车干轮行干驶轨干迹半干径是干不同干的，干后轮干轴下干的内干侧车干轮所干行驶干的半干径最干小，干前轮干轴上干的外干侧车干轮所干行驶干的半干径最干大。干为适干应汽干车在干平曲干线上干行驶干时后干轮轨干迹偏干向曲干线内干侧的干需要干，在干平曲干线内干侧相干应增干加的干路面干、路干基宽干度称干为曲干线加干宽(又称弯道干加宽)。4.干1.干3.干4弯道干加宽加宽干目的：避干免汽干车在干弯道干上行干使时干不侵干占相干邻车干道。加宽干条件：R≤干25干0m曲线干路段干。加宽干位置：通干常在干弯道干内侧干。加宽示意图图4-10单辆车在弯道上行使路面宽单辆干汽车干在弯干道上干的加干宽如将干上述干公式干进行干移项干平方干，得因为e2与2R干e相比干很小干，可干忽略干不计干，上式干可写干成：式中干：R—圆曲干线半干径；L—汽车干保险干杠到干后轴干的距干离。（一干）加宽干值计干算设载干重汽干车车干头中干点A行驶干在弯干道上干中心干线上干，由干几何干关系干可得干到载干重汽干车的干加宽干值e1为单辆干汽车干带挂干车加干宽计干算长货干挂车干的加干宽值e2为

图4-11带挂车曲线加宽e2e1计算干载重干汽车干拖挂干一辆干挂车干时每干一条干单车干道的干弯道干加宽干