道路勘测设计之线形设计讲解(116页)[详细]

1、道路勘测设计,学时：46学时,第五章 线形设计,第一节 平面线形设计 第二节 纵断面线形设计 第三节 平纵线形组合设计 第四节 线性检验与评价,1 平面线形设计一般原则,1.1平面线形应直捷、连续、顺适，并与地形、地物相适应，与周围环境相协调,与地形相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲,原则,直线、圆曲线、缓和曲线的选用与合理组合取决于地形地物等具体条件,片面强调路线要以直线为主或以曲线为主，或人为规定二者的比例都是错误的,1 平面线形设计一般原则,在宽阔的平原微丘区，路线应直捷顺畅,1 平面线形设计一般原则,在起伏的山岭和丘陵地区，线形以曲线为主,1 平面线形设计一般原则,在没有任何障

2、碍物的戈壁、草原等开阔地区，应以直线为主,1 平面线形设计一般原则,1.2 保持平面线形的均衡与连贯 为使一条道路上行驶的车辆尽量以均匀速度行驶，平面线形各要素应保持连续而均衡，必须避免线形的突变 1）直线与平曲线的组合 长直线尽头不能接以小半径曲线。特别是在下坡方向的尽头更要注意。若由于地形所限小半径曲线难免时，中间应插入中等曲率的过渡性曲线，并使纵坡不要过大。 短直线避免接大半径平曲线。这种组合线形均衡性差，线形不美观。 根据国外经验，直线与平曲线组合，满足： Lz500m时，RLz Lz500m时，R500m,不连续的线形,直接连续的线形,1 平面线形设计一般原则,要求： 长直线的尽头避

3、免接小半径曲线，特别避免长直线下坡尽头接小半径平曲线 若由于地形所限小半径曲线难免时，中间应插入中等曲率的过渡性曲线，并使纵坡不要过大,1 平面线形设计一般原则,2）平曲线与平曲线的组合 条件允许时，相邻圆曲线大半径与小半径之比宜小于2.0，相邻回旋线参数之比宜小于2.0。 3）高、低标准之间要有过渡 高、低标准变化路段，除满足有关设计路段在长度和梯度上的要求外，还应结合地形的变化，使路线的平面线形指标逐渐过渡，避免出现突变。 不同标准路段相互衔接地点，应选在交通量发生变化处，或驾驶员能明显判断前方改变速度的地方。,1 平面线形设计一般原则,同一等级道路上大、小指标间的均衡过渡,2）高低标准之

4、间要有过渡,同一条道路上采用不同计算行车速度设计的路段之间的过渡,长直线与小半径曲线之间,相邻的大小半径曲线之间,在标准变更的相互衔接处前、后一定长度范围内主要技术指标应逐渐过渡，避免产生突变，设计速度高的一端应采用较低的平、纵技术指标，反之则应采用较高的平、纵技术指标，以使平、纵线形技术指标较为均衡,1 平面线形设计一般原则,1.3注意与纵断面设计相协调 平原微丘区的道路，平曲线指标较高，与铁路、主要道路及河流交叉的地方是纵断面线形的控制点 1.4平曲线应有足够的长度 1）平曲线的最小长度 平曲线一般由前后缓和曲线和中间圆曲线共三段曲线组成，每段曲线至少需要3s的时间 基本型曲线：9s行程

5、凸型曲线：6s的行程 平曲线最小长度不得小于下表规定,1 平面线形设计一般原则,一个平曲线之内应具有设置回旋线(或超高、加宽过渡段)和一段圆曲线的长度，其长度应大于表7.8.1中规定的“一般值”。当地形条件及其它特殊情况限制时，可采用表中的“最小值”。 各级公路平曲线最小长度表,1 平面线形设计一般原则,2）小偏角的平曲线长度 设置了较大的半径也容易把曲线长看成比实际的要短，造成急转弯的错觉,1 平面线形设计一般原则,2）小偏角的平曲线长度 7属于小偏角弯道 。为保证小偏角曲线有足够的长度，采用 7的曲线外矢距E与=7时曲线的E相等时的曲线长为最小平曲线长,表中的为公路转角值（度），当2时，按

6、=2计,2 平面线形要素的组合类型,2.1基本形 1）定义 当按直线回旋线（A1）圆曲线回旋线（ A2 ）直线的顺序组合而成线形。 当A1=A2时，叫对称基本型 当A1A2时，叫非对称基本型 A1 : A2应不大于2.0,2.1 基本形,2）组合要求 基本形设计时，为使线形协调，A值的选择最好使回旋线、圆曲线、回旋线的长度以大致接近为宜（但在许多情况下是无法做到的） 从线形的协调性出发，宜将回旋线、圆曲线、回旋线之长度比设计成1：1：1 1：2：1 。 3）适用场合：交点间距不受限。,2.1 基本形,4）简单形曲线,5）基本形曲线,2.2 S形,1）定义 两个反向圆曲线用两段反向回旋线连接的组

7、合形式,2.2 S形,2）适用场合：交点间距受限（交点间距较小）。,2.2 S形,2.2 S形,3）组合要求 S形相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等 达不到时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。当A2 200时， A1与A2之比应小于1.5。 S型的两个反向回旋线以径相连接为宜 当受地形或其它条件限制而不得不插入短直线或两圆曲线的回旋线相互重合时，其短直线的长度应符合下式规定： L（A1A2）/40 两圆曲线半径之比也不宜过大，以R1/R21/2为宜,2.2 S形,4）S形曲线的计算 已知某公路有两个交点间距为D=328.912m，JD1=K5+250.14，偏角1=491

8、517（右偏），半径R1=200m ；Ls1 =70m ；JD2为左偏，2=853930 。要求：按S型曲线计算确定Ls2、R2，并计算两曲线主点里程桩号。 计算步骤：（1）先根据1、R1、 Ls1，计算T1; （2）T2=D-T2 根据S形的组合要求，假定Ls2 （3）用T2、LS2、 2计算R2。 （4）检查R2是否符合S形的组合要求，如不能，重新调整计算,2.3 复曲线,1）指两个或两个以上半径不同，转向相同的圆曲线径相连接（lF=0）或插入缓和曲线（lF0）的组合曲线，后者又叫卵形曲线。,2.3 复曲线,4）圆曲线直接相连的组合形式 （lF=0 ，ls=0）,5）两端带缓和曲线的组合形

9、式 （lF=0 ，ls0）,2.4 卵形,1）定义 两同向的平曲线，按直线缓和曲线 （A1）圆曲线（R1）缓和曲线（AF）圆曲线（R2）缓和曲线（ A2）直线的顺序组合而成的线形。,卵形曲线,2.4 卵形,2）组合要求 大圆能完全包住小圆而且不是同心圆。 卵型曲线用一个回旋线连接两个圆曲线，其公用缓和曲线的参数AF最好在R2 /2A R2范围内（ R2为小圆半径）,2.4 卵形,2）组合要求 圆曲线半径之比以满足R2/R1 =0.20.8为宜 两圆曲线的间距，以D/R2=0.0030.03为宜，（D为两圆曲线间的最小间距）,2.5 凸形,1）定义 两段同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接的组

10、合形式（圆曲线长度为零） 2）组合要求 凸形的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线最小半径的规定 连接点附近最小0.3V的长度范围内，应保持以连接点的曲率半径确定的横坡度 3）适用条件 只有在路线严格受地形、 地物限制处方可采用凸形。,2.6 复合形,1）定义 将两个以上的同向回旋线在曲率相等处相互连接的线形。 2）组合要求 复合形的相邻两个回旋线参数之比以小于1：1.5为宜。 3）适用条件 复合曲线在受地形条件限制，或互通式立体交叉的匝道设计中可采用,2.7 C 形,1）定义 两同向回旋线在曲率为零处径相连接（即连接处曲率为0，半径为）的组合线形 2）适用条

11、件 C形曲线仅限于地形条件特殊困难，路线严格受限制时方可采用,2.8回头曲线的设置,1）回头曲线是在山区越岭线的特别困难地段，以延长展线方式克服高差而采用的一种特殊曲线类型,回头曲线一般是由一个主曲线、两个辅助曲线和主、辅曲线所夹的直线段组合而成的复杂曲线,2.8回头曲线的设置,2）回头曲线应满足的条件： 、二、三、四级公路在自然展线无法争取所需的距离以克服高差，或因地形、地质条件限制不能采取自然展线时，方可采用回头曲线。 两相邻回头曲线之间，应争取有较长的距离。 设计速度为40km/h、30km/h、20km/h时， 分别应不小于200m、150m、100m。,3）回头曲线各部分的技术指标,

12、3 基本型曲线几何元素计算,切线长：,曲线长：,外距：,校正值：J = 2T - L,3 基本型曲线几何元素计算,以交点里程桩号为起算点 ZH = JD T HY = ZH + Ls QZ = ZH + L/2 YH = HZ Ls HZ = ZH + L,回旋曲线上任意点的坐标公式：,在圆曲线上任意一点的坐标公式：,lm,l,坐标原点均在ZH、HZ,3 基本型曲线几何元素计算,例题：,已知平原区某二级公路有一弯道，偏角右=152830，半径R=600m，缓和曲线长度Ls=70m， JD=K2+536.48。 要求：（1）计算曲线主点里程桩号； （2）计算曲线上每隔25m整桩号切线支距值。 解

13、：（1）曲线要素计算：,J=2T-L=2116.565-232.054=1.077,（1）曲线要素计算：,（2）主点里程桩号计算：,以交点里程桩号为起算点：JD = K2+536.48 ZH = JD T =K2+536.48 - 116.565 = K2+419.915 HY = ZH + Ls = K2+419.915 +70 = K2+489.915 QZ = ZH + L/2= K2+419.915+232.054/2 =K2+535.942 HZ = ZH + L = K2+419.915 +232.054 =K2+651.969 YH = HZ Ls = K2+651.97 70=

14、K2+581.969,（3）计算曲线上每隔25m整桩号的切线支距值：,列表计算曲线25m整桩号：ZH= K2+419.915 K2+425 K2+450 K2+475 K2+500 平曲线切线支距计算表,计算切线支距值：,（1）LCZ=K2+425（缓和曲线段）， ZH=K2+419.915 l=2425-2419.915=5.085,（2）LCZ=K2+500 ， HY=K2+489.915 （圆曲线段） lm=2500-2489.915=10.085,x=q+Rsinm =34.996+250sin4.3053=80.038(m) y=p+R(1-cosm)=0.34+250（1-cos4

15、.3053）=2.033(m),4 纵坡设计的一般要求,4.1 纵坡设计必须满足标准的各项规定,4.2 为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁,1）尽量避免采用极限纵坡值,2）合理安排缓和坡段，不宜连续采用极限长度的陡坡夹最短长度的缓坡,3）连续上坡或下坡路段，应避免设置反坡段,4 纵坡设计的一般要求,4.2 为保证车辆能以一定速度安全顺适地行驶，纵坡应具有一定的平顺性，起伏不宜过大和过于频繁,4）越岭线哑口附近的纵坡应尽量缓一些,4.3 纵坡设计应对沿线地面、地下管线、地质、水文、气候和排水等综合考虑，视具体情况加以处理，以保证道路的稳定与通畅,

16、4 纵坡设计的一般要求,4.4 纵向填挖平衡设计：一般情况下山岭重丘区纵坡设计应考虑填挖平衡，尽量使挖方运作就近路段填方，以减少借方和废方，降低造价和节省用地。,4.5包线设计:平原微丘区地下水埋深较浅，或池塘、湖泊分布较广，纵坡除应满足最小纵坡要求外，还应满足最小填上高度要求，保证路基稳定。,4 纵坡设计的一般要求,4.6 对连接段纵坡，如大、中桥引道及隧道两端接线等，纵坡应和缓、避免产生突变。交叉处前后的纵坡应平缓一些,4.7 在实地调查基础上，充分考虑通道、农田水利等方面的要求,6视觉分析,6.1定义,从视觉心理出发，对道路的空间线形及其与周围自然景观和沿线建筑的协调等进行研究分析，以保

17、持视觉的连续性，使行车具有足够的舒适感和安全感的综合设计称为视觉分析,视觉是连接道路与汽车的重要媒介。视觉分析是道路线形设计的有效手段,6.2意义,6 视觉分析,6.3视觉与车速的动态规律,1）驾驶员的注意力集中和心理紧张的程度随着车速的增加而增加,2）驾驶员的注意力集中点随着车速增加而向远方移动。当车速增加97kmh时，他的注意力集中点在前方600m以外的某一点,6 视觉分析,6.3视觉与车速的动态规律,3）视野距离随车速增加而增加，视角随车速的增加而变小,4）当车速超过97kmh时，对前景细节的视觉开始模糊,6 视觉分析,6.3视觉与车速的动态规律,5）驾驶者的周界感随车速的增加而减少。当

18、车速达到72km/h时，驾驶者可以看到公路两侧视角3040的范围，而当车速增加到97km/h时，视角减至20以下。当车速再增加，驾驶者的注意力随之引向景象中心而置两侧于不顾,6视觉分析,6.4视觉评价方法,道路透视图,按照汽车在道路上的行驶位置，根据线形的几何状况确定的视轴方向以及由车速确定的视轴长度，利用坐标透视的原理绘制的,6.5道路透视图,三维动画,虚拟现实系统,6视觉分析,通过透视图，可直观地看出立体线形是否顺适，有否易产生判断错误或茫然的地方，路旁障碍是否有妨碍视线的地方等等。若存在上述缺陷则要在设计阶段进行修改，然后再绘出透视图分析研究，直至满意为止,6.5道路透视图,6视觉分析,

19、6.5道路透视图,7 道路平、纵线形组合设计,指在满足汽车运动学和力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续、舒适，与周围环境的协调和良好的排水条件,7.1定义,设计速度60km/h的道路:必须注意平、纵的合理组合，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。设计速度愈高，线形设计可考虑的因素愈应周全,7.2适用条件,7 道路平、纵线形组合设计,1）应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性,7.3平、纵组合的设计原则,2）注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡,使线形在视觉上、心理上保持协调,3）选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全,4）应注意线

20、形与自然环境和景观的配合与协调,7.4 平、纵线形组合要点,7.4 平、纵线形组合要点,7.5 直线与纵断面的组合,1）平面直线与纵面直线组合（纵坡不变的直线）,7.5 直线与纵断面的组合,2）平面直线与竖曲线组合要素 （凸凹型直线、凹型直线）,直线上一次变坡是很好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸型竖曲线为好，而包括一个凹型线次之,直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”,7.5 直线与纵断面的组合,2）平面直线与竖曲线组合要素 （凸凹型直线、凹型直线）,断背曲线,断背曲线的改善,7.5 直线与纵断面的组合,3）直线与纵断面应避免的组合,暗 凹,7.5 直线与纵断面的

21、组合,3）直线与纵断面应避免的组合,暗 凹,7.5 直线与纵断面的组合,3）直线与纵断面应避免的组合,纵断面上：避免能看到纵坡起伏三次以上,7.5 直线与纵断面的组合,3）直线与纵断面应避免的组合,纵断面上：避免能看到纵坡起伏三次以上,7.6 平曲线与纵断面的组合,1）平曲线与纵面直线组合,组合时要注意平曲线半径与纵坡度协调，要避免急弯与陡坡相重合,2）平曲线与竖曲线的组合,平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线,平竖曲线顶点重合，且平包竖。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内,7.6 平曲线与纵断面的组合,

22、2）平曲线与竖曲线的组合,平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线,竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,若平、竖曲线半径都很大且坡率差较小时，则平、竖位置可不受上述限制,若做不到平、竖曲线较好的组合，宁可把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,要保持平曲线与竖曲线大小的均衡,当平曲线半径在1000m以下时，竖曲线半径宜为平曲线

23、半径的1020倍,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,要保持平曲线与竖曲线大小的均衡,当平曲线半径在1000m以下时，竖曲线半径宜为平曲线半径的1020倍,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,要保持平曲线与竖曲线大小的均衡,平曲线应稍长于竖曲线,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,要保持平曲线与竖曲线大小的均衡,平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭,7.6 平曲线与纵断面的

24、组合,2）平曲线与竖曲线的组合,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,当平曲线缓而长、纵断面坡差较小时，可不要求平、竖曲线一一对应，平曲线中可包含多个竖曲线或竖曲线略长于平曲线,要保持平曲线与竖曲线大小的均衡,7.6 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,要选择适当的合成坡度,合成坡度过大，对行车安全不利，车辆易出事故,合成坡度过小，不利于路面排水，对高速行驶的车辆由于溅水而影响行车安全,如果变坡点与路面横向排水不良的平曲线路段组合，易使合成坡度过小，排水不利，妨碍高速行车，故合成坡度一般应不小于0.5,7.6

25、 平曲线与纵断面的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,2）平曲线与竖曲线的组合,平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线,2）平曲线与竖曲线的组合,平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线,2）平曲线与竖曲线的组合,平、竖曲线重合如果平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开不超过平曲线长度的四分之一时，仍然可以获得比较满意的外观,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,平曲线和竖曲线其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的

26、、半径小的竖曲线。避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,在长平曲线内，要尽量设计成直坡线，避免设置短的、半径小的竖曲线。避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,暗、明弯与凸、凹竖曲线,暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理的，悦目的,注意避免“暗凹”组合,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,暗、明弯与凸、凹竖曲线,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,暗、明弯与凸、凹竖曲线,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,暗、明弯与凸、凹竖曲线,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合,凸形竖曲线与反向平曲线拐点重合,3）平曲线与竖曲线应避免的组合,要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部