城市道路设计课件：路段平纵几何线形设计

路段平纵几何线形设计第一节道路平面线形设计原则与要点城市道路平面线形一般由直线和曲线组成。城市道路的平面线形设计主要包括选择合适的圆曲线半径，计算缓和曲线要素，合理解决曲线与曲线、曲线与直线的衔接，恰当地设置缓和曲线超高和加宽的缓和路段，计算行车视距，并排除可能存在的视线障碍等。1.平面设计的原则1）道路平面位置，应按照城市总体设计规划道路网布设，即平面设计应遵循城市道路网规划要求。2）道路平面线形设计，应与横断面结合，综合考虑各类设施（行车、非机动车、行人、绿地、过街、公交、建筑物出入口等）的平面布局，并符合各类各级道路的技术指标。3）道路平面设计应满足交通设施（交通信号、标志标线、护栏、安全岛等）的设置要求，为交通设施预留空间或做好前期设计。4）道路平面设计在符合规范的基础上，还应考虑照明、平面铺装的色彩组合、绿地布局等非几何要素方面的综合设计。一、城市道路平面设计原则与要点2.平面设计主要内容1）平面线形设计，包括直线、圆曲线、缓和曲线各自的设计及其组合设计，应处理好直线与平曲线的衔接，合理地设置缓和曲线、超高、加宽等，同时要考虑行车视距问题。2）沿线桥梁、隧道、道口、平面交叉口、广场和停车场等平面布设、分隔带及其断口的平面布置、路侧带缘石断口的平面布置、公交站点的平面布置等。3）道路交通设施设计，包含行车道线、行人过街横道、停车线、公交停靠站、盲道等设施设计。4）道路照明及道路绿化以及排水设施的平面布置。一、城市道路平面设计原则与要点1.道路平面线形概述道路是一条带状的三维空间的实体，它由路基、路面、桥涵、隧道和沿线附属设施所组成。路线是指道路中线的空间形态。路线在水平面上的投影线形称为道路的平面线形。平面设计的主要内容之一就是对平面线形进行合理设计。无论是公路，还是城市道路，其路线平面位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。设计者的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，一般先进行平面选线。然后沿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、水文及其他必要的资料后，再设计纵断面和横断面。为求得线形的均衡和土石方数量的节省，必要时再修改平面。二、城市道路平面设计要素道路线形由直线和曲线组成，二者各有特点。线形组合以保证行车迅速、安全为原则。线形组合时，应使直线的最大长度和最小长度满足规范要求；同时应提高曲线的质量，根据行车要求和地形条件，选择合适的圆曲线、缓和曲线。二、城市道路平面设计要素2.道路平面基本线形2.道路平面基本线形1）直线直线是平面线形中的基本线形。在公路与城市道路中使用最为广泛。它以最短的距离连接两目的地，具有路线短捷、缩短里程、行车方向明确、视距良好、行车快速、驾驶操作简单的特点，同时，直线线形简单，容易测设。基于直线的这些优点，城市道路平面线形设计中经常采用直线。通常在公路设计中因景观单一、视觉疲劳等因素，提出避免长直线的要求。而城市道路因两侧景观变化较大，对疲劳驾驶影响较弱，因此在城市道路中一般不存在该类问题。但城市道路网全部采用直线的时候，若两侧建筑雷同，形成的街道景观会比较单调，城市与建筑环境特色不明显，因此一些规划、设计专家提倡在一些街道因地制宜适当设置道路曲线，形成丰富的景观。二、城市道路平面设计要素2.道路平面基本线形2）圆曲线（1）圆曲线的特点在平面线形中，圆曲线是最常用的基本线形。在城市道路的平面线形中，无论转角大小均应设置圆曲线。圆曲线能较好地适应地形变化，易与地形、地物、景观等配合协调，圆曲线配合得当，可获得圆滑舒顺的路线。圆曲线除了一般道路中线设计外，主要出现在交叉口路缘石设置、交叉口渠化岛设计、环形交叉口以及渠化标线设计等处。二、城市道路平面设计要素2.道路平面基本线形2）圆曲线（2）圆曲线的设置①圆曲线最小半径《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）中规定道路圆曲线最小半径应符合表5-1的规定。一般情况下应采用大于或等于不设超高最小半径值；当地形条件受限制时，可采用设超高最小半径的一般值；当地形条件特别困难时，可采用设超高最小半径的极限值。二、城市道路平面设计要素2.道路平面基本线形2）圆曲线（2）圆曲线的设置②圆曲线与平曲线最小长度《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）中对于平曲线与圆曲线最小长度给出了明确的规定，应符合表5-2的规定。二、城市道路平面设计要素2.道路平面基本线形3）缓和曲线缓和曲线指在直线与圆曲线之间或者半径相差较大的两个转向相同圆曲线之间设置的一种曲率连续变化的曲线。缓和曲线设置在直线与圆曲线间或不同半径的两圆曲线之间，其形式主要为回旋线、抛物线、多心复曲线等。一般道路工程多采用回旋线。二、城市道路平面设计要素（1）缓和曲线作用与特点 ①缓和曲线曲率渐变，设于直线与圆曲线间，其线形符合汽车转弯时的行车轨迹，从而使线形缓和，消除了曲率突变点。②由于曲率渐变，使道路线形顺适美观，有良好的视觉效果和心理作用感。③在直线和圆曲线间加入缓和曲线后，使平面线形更为灵活，线形自由度提高，更能与地形、地物及环境相适应、协调、配合，使平面线形布置更加灵活、经济、合理。④与圆曲线相比，缓和曲线计算及测设均较复杂。缓和曲线要素计算见《道路勘测设计》教材相关内容。二、城市道路平面设计要素（2）缓和曲线的设置①直线与圆曲线或大半径圆曲线与小半径圆曲线之间应设缓和曲线。缓和曲线应采用回旋线，缓和曲线最小长度应符合表5-3的规定。当设计速度小于40km/h时，缓和曲线可采用直线代替。（注意，城市道路中很多支路和次干路设计车速低于40km/h，因此这种情况下可不设置缓和曲线。）二、城市道路平面设计要素②当圆曲线半径大于表5-4不设缓和曲线的最小圆曲线半径时，直线与圆曲线可直接连接。二、城市道路平面设计要素③当圆曲线半径小于表5-1中不设超高最小半径时，在圆曲线范围内应设超高。最大超高横坡度应符合本规范表5-5的规定。当由直线段的正常路拱断面过渡到圆曲线上的超高断面时，必须设置超高缓和段。④当圆曲线半径小于或等于250m时，应在圆曲线内侧加宽，并应设置加宽缓和段。3.行车视距为了行车安全，驾驶员应能随时看到汽车前面相当远的一段路面，一旦发现前方道路上有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免相撞，这一过程中车辆必须行驶的最短距离称为行车视距。行车视距是以驾驶员视线高度（1.1~1.2m）能看到前方道路上高度为0.1m物体顶点、沿车行道中线丈量所得的距离。根据驾驶员采取措施的不同，行车视距可分为停车视距、会车视距、超车视距。行车视距是否充分，直接关系到行车的安全与迅速，它是道路使用质量的重要指标之一。在城市道路设计中，主要考虑停车视距，如果车行道上对向行驶的车辆有会车可能时，应采用会车视距，会车视距为停车视距的两倍，对货车比例较高的道路，应验算货车的停车视距。城市道路交通规则规定不允许跨越道路中线利用对向车道进行超车，因此不存在超车视距问题。二、城市道路平面设计要素以下地段须检查行车视距安全性：1)道路两侧有建筑物进出口，且驾驶员视线被灌木或建筑物遮挡时。详细内容见（平面交叉口设计）2)道路平曲线上或平曲线附近有过街横道，且视线容易被遮挡时。3)道路转弯半径过小，弯道内侧有建筑物或障碍物时。4)被交道路采用凹曲线下穿跨线桥或广告牌存在遮挡时（图5-1）。二、城市道路平面设计要素4.分隔带及缘石开口设计道路分隔带设计首先要确保交通安全，因此设置的中间分隔带和机非分隔带应尽量连续，但为保障两侧居民过街、车辆在紧急事态下的疏散与管理，分隔带上必须要设置开口。通常在设计中应注明开口的位置、端部几何设计大样，以及开口的警示标线设计等。1）快速路中间分隔带在枢纽立交、隧道、特大桥及路堑段前后，应设置中间分隔带紧急开口。开口最小间距不宜小于2km，开口长度宜采用20m～30m，开口处应设置活动护栏。两侧分隔带开口应符合进出口最小间距要求。2）主干路的两侧分隔带断口间距宜大于或等于300m，路侧带缘石开口距交叉口间距应大于进出口道展宽段长度。二、城市道路平面设计要素3）中央分隔带的开口端部形状，常用的两种：半圆形和弹头型。对于窄的分隔带（M＜3.0m）可用半圆形，宽的（M＞3.0m）可用弹头型，弹头型如图5-2所示。图中R、R1、R2为控制设计半径，L为断口最小长度，一般取6m。当R和R1足够大时，可采用R1=25~120m。R切于开口的中线，其值取决于开口大小。且一般采用R的最小值为15m。弹头尖端圆弧半径R2可采用分隔带宽度为1/5。二、城市道路平面设计要素5.城市道路平面设计图主要内容及样图

完成路线平面设计以后,应绘制各种图纸和表格。其中主要的图纸有：道路区位示意图、道路平面设计图、道路交叉口设计图、道路其他设施平面布置图。主要表格有：直线、曲线及转角一览表；路线交点坐标表（或含在直线、曲线及转角一览表中）、逐桩坐标表、路线固定表等。城市道路与公路相比，设施多、绘制内容多，因此在绘图比例尺的选用上一般比公路大。在绘施工图时，通常采用1:500～1:1000的比例尺。绘图横向范围，视道路等级而定，等级高的范围应大些，等级低的可小些，一般在道路两侧红线以外各20～50m，或中线两侧各50～150m，特殊情况例外。二、城市道路平面设计要素路线平面图的内容：1）导线及道路中线的位置与参数，标注主要控制点坐标与高程。2）标注红线位置以及主要变化点。3）坡口、坡脚线或挡土墙边缘线。4）车道线，人行道、人行横道线、交通岛、分隔带、护栏等按设计绘画。5）交通设施位置与内容，其他设施如：绿化带、盲道、公交站台、出租车停靠站、道路铺装布局（如有具体要求时）。6）地下管线及设施。7）地形、地物、水系及附属物的测绘结果。二、城市道路平面设计要素1．设计原则(1)道路纵断面设计应参照城市规划控制标高，并考虑道路网内部各条道路之间的合理衔接，适应临街建筑物立面布置及沿线范围内地面的排水要求。(2)为保证行车安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。(3)山城道路及新辟道路的纵坡设计应综合考虑土石方工程量平衡，合理确定路面设计标高。(4)对于机动车和非机动车混合行驶的车行道，应按非机动车爬坡能力设计道路纵坡。(5)道路纵断面设计要妥善处理地下管线覆土深度的要求，同时要考虑地下依靠重力自流管线的纵坡要求。第二节城市道路纵断面设计一、城市道路纵断面设计要点2.设计内容纵坡设计：包括坡度设计和坡长设计；竖曲线设计：在两条相邻坡度线的交汇处即变坡点处，设置适当曲率和适当长度的竖向曲线，以缓和坡度的变化，保证行车的平稳和舒适；视距验算：纵断面上产生视距不足的情况主要在小半径的凸形曲线处和设置立交桥的凹形曲线路段，在这些地方应进行视距验算，避免出现视距不足的情况。一、城市道路纵断面设计要点纵坡设计约束因素：城市道路交通组成复杂，不仅有小客车，也有大型客货运车辆。实践证明，纵坡较大的时候，大型车受影响最为明显，由于大型车爬坡能力较低，遇到陡的上坡，速度会明显降低，从而影响交通流连续性和通行能力。此外，较陡的下坡对大型车安全行驶同样不利，尤其在结冰路段有很大的安全隐患。因此纵断面设计车辆以大型车为主。二、城市道路纵断面要素1.最大纵坡与最小纵坡1）城市道路最大纵坡为保证车辆能以适当的车速在道路上安全行驶而确定的纵坡度最大值称为最大纵坡度，其数值大小与设计代表车型的动力性能有关。最大纵坡是道路纵断面设计中非常重要的控制指标。在地形起伏较大的山区和丘陵区，直接影响道路的工程造价、施工难易、使用成本、运输成本和交通安全。城市道路机动车道最大纵坡推荐值与限制值应符合表5-7的规定。城市道路的非机动车道的纵坡宜小于2.5％。二、城市道路纵断面要素①新建道路应采用小于或等于最大纵坡一般值；改建道路、受地形条件或其他特殊情况限制时，可采用最大纵坡极限值。②除快速路外的其它等级道路，受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证后，最大纵坡极限值可增加1.0%。③积雪或冰冻地区的快速路最大纵坡不应大于3.5%，其他等级道路最大纵坡不应大于6.0％。二、城市道路纵断面要素2）城市道路最小纵坡城市道路的最小纵坡度是针对城市道路的排水方式而确定的。一般情况下，道路两侧的雨水管或街沟沟底纵坡与道路平行，倘若道路纵坡度为零或者很小，则地面水的纵向流动就会迟滞，从而影响雨水的迅速排除。因此城市道路的最小纵坡应当保证排水和管道不淤塞所必需的最小纵坡，一般为0.3％。如果遇到特殊困难的情况，纵坡必须小于0.3％，应当设置锯齿形街沟或采取其它排水设施。二、城市道路纵断面要素3）合成坡度在弯道存在坡度路段，由于弯道超高横坡和纵坡度的组合，产生一个合成坡度i，数值上它分别大于超高横坡度i超高和道路纵坡度i纵坡，方向为i超高和i纵坡的矢量合成方向。实践证明，合成坡度过大，对行车安全不利。因此，规范对合成坡度i亦作出相应的限制。在设有超高的平曲线上，超高横坡度与道路纵坡度的合成坡度应小于或等于表5-8的规定。二、城市道路纵断面要素2.最小坡长与最大坡长1）道路最小坡长道路最小坡长的限制，主要是从汽车行驶平顺性的要求考虑的。如果坡长过短，使得变坡点增加，汽车行驶在连续起伏地段产生的超重与失重变化频繁，导致司机和乘客感觉不舒适，车速越高这一现象越严重。从路容美观、相邻两竖曲线的设置和纵向视距等角度考虑，也要求坡长应有一个最短的长度。城市道路最小坡长应符合表5-9规定。在道路的平面交叉口、立交匝道以及过水路面地段，其最小坡长可不受此限制。二、城市道路纵断面要素2）最大坡长受车辆动力性能的限制，当道路纵坡大于某一坡度值时，上坡车辆无法用高档位快速行驶，不得不以低速并降低档位获得更大动力克服上坡阻力，这种线形影响了车辆行驶的舒适性和连续性；反之，下坡车辆由于重力分力作用会加速行驶，坡道越长，车速增加越快，制动器长时间工作容易发热失灵，从而导致行车危险。因此，对于这一类纵坡度的路段，必须限制坡段长度，以保证道路整体车速的均衡性及道路安全，这便是最大坡长限制。相关规范分别对机动车道纵坡限制长度和非机动车道纵坡限制长度作了明确规定，详见表5-10、表5-11。当道路纵坡大于表5-8所列的一般值时，纵坡最大坡长应符合表5-10的规定。二、城市道路纵断面要素

3.竖曲线竖曲线最小半径在纵断面设计中，竖曲线的设计要受到许多因素的限制，其中有三个限制因素决定着竖曲线的最小半径或最小长度：①缓和超重（或失重）冲击；②行程时间不至于过短；③满足视距的要求。竖曲线的功能决定于其长度L，L不能太短，否则达不到“缓和冲击力、保证行车视距、增加行车安全感和舒适感”的目的。设计时，各级道路纵坡变化处应设置竖曲线，竖曲线宜采用圆曲线，竖曲线最小半径与竖曲线最小长度应符合表5-12规定。一般情况下应大于或等于一般值；特别困难时可采用极限值。二、城市道路纵断面要素二、城市道路纵断面要素4.城市道路纵断面设计约束点与一般公路不同，城市道路一般在城市区域内建设，受到已有建筑构筑物、排水、景观等要求约束比较多，因此其纵断面设计大多受制于周边建筑以及道路等情况。通常有以下几种情况值得注意：1）相交道路交叉口中心点规划标高2）与轨道交通平面交叉时的轨面标高3）道路衔接的桥梁桥面标高4）道路下穿跨线桥时，桥下净空要求到道路竖曲线进行调整以满足净空要求。5）符合附属设施各种市政管线要求二、城市道路纵断面要素5.道路纵断面设计图的内容与绘制