道路勘測平面設(shè)計1

1、主要內(nèi)容v道路平面線形要素v直線v圓曲線v緩和曲線v平面線形設(shè)計v道路平面設(shè)計成果第一節(jié) 概述v一、路線道路是一個三維空間的實體。它是由路基、路面、橋梁、涵洞以及沿線設(shè)施等工程實體組成的線狀構(gòu)造物。道路實體表面的中心線為中線，中線的空間位置為路線。道路中線中線中線v公路設(shè)計時，在盡量顧及到縱、橫斷面平衡的前提下先定平面，沿著這個平面線形進(jìn)行高程測量和橫斷面測量，取得地面線和地質(zhì)、水文及其它必要的資料后，再設(shè)計縱斷面和橫斷面。為達(dá)到設(shè)計的目標(biāo)，必要時再修改平面，多次反復(fù)，可望達(dá)到一個較為滿意的結(jié)果。v在城市道路設(shè)計中，由于道路的平面位置和縱斷面標(biāo)高往往受城市規(guī)劃的控制較嚴(yán)，變化余地不大，而橫斷面

2、布置要考慮的因素較多，因此，城市道路設(shè)計時，一般是先布置橫斷面，然后再進(jìn)行平面和縱斷面的設(shè)計。 二、汽車行駛軌跡與道路平面線形要素二、汽車行駛軌跡與道路平面線形要素 v行駛中的汽車其重心軌跡在幾何性質(zhì)上有以下特征：（1）這個軌跡是連續(xù)的，即軌道上任一點不出現(xiàn)折轉(zhuǎn)和錯位；（2）這個軌跡的曲率是連續(xù)的，即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率值；（3）這個軌跡的曲率變化率是連續(xù)的，即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率值。v理想的平面線形應(yīng)與汽車行駛軌跡線完全重合。v若平面線形由直線和圓曲線構(gòu)成，僅符合汽車行駛軌跡特性的第（1）條，滿足了車輛的直行和轉(zhuǎn)向要求，但在直線和圓曲線相切處出現(xiàn)曲率不連續(xù)（直線上曲率為0，

3、圓曲線上曲率為1/R）。 v在直線和圓曲線之間引入了一條曲率逐漸變化的“緩和曲線”，使整條線形符合汽車行駛軌跡特性的第（1）條和第（2）條，保持了線形的曲率連續(xù)。 現(xiàn)現(xiàn)代道路平面線形是由代道路平面線形是由直線直線、圓曲線、緩和曲圓曲線、緩和曲線線構(gòu)構(gòu)成的，稱為平面線形成的，稱為平面線形三要素三要素。三、路線平面設(shè)計內(nèi)容v道路平面線形設(shè)計，是根據(jù)汽車行駛的力學(xué)性質(zhì)和行駛軌跡要求，合理地確定平面線形三要素的幾何參數(shù)，保持線形的連續(xù)性和均衡性，并注意使線形與地形、地物、環(huán)境和景觀等協(xié)調(diào)。第二節(jié) 直線v一、直線的特點v1優(yōu)點v兩點之間距離最短v具有短捷、直達(dá)的印象v方向明確，駕駛操作簡單v測設(shè)方便v在

4、直線上設(shè)構(gòu)造物更具經(jīng)濟(jì)性 v2缺點v與地形及線形自身難以協(xié)調(diào)v過長的直線會使駕駛員感到單調(diào)、疲倦和急躁，難以目測車間距離，增加夜間行車車燈炫目的危險，易超速。v短直線易造成視覺不連續(xù)，駕駛員操縱困難。二、直線的長度v1.直線的最大長度v各國根據(jù)各自情況，對直線的最大長度規(guī)定不同。v我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中均未對直線的最大長度規(guī)定具體的數(shù)值。 v在實際工作中，設(shè)計者可根據(jù)地形、地物、自然景觀以及經(jīng)驗等決定直線的最大長度，既不追求長直線，也不強設(shè)平曲線。v對于直線路段應(yīng)采用運行速度進(jìn)行檢查，以確保直線段與相鄰曲線段線形設(shè)計的連續(xù)性。v位于城市附近的道路，作為城市干道部分，因路旁高大建筑和城市景觀，無

5、論路基高低均被納入視線范圍，駕駛員和乘客無直線過長希望駛出的不良反應(yīng)。 v位于鄉(xiāng)間平原區(qū)的公路，隨季節(jié)和地區(qū)不同，駕駛員有不同反應(yīng)。 v位于戈壁、草原的公路，直線長度可達(dá)數(shù)十公里，駕駛員極度疲勞，車速超過設(shè)計速度很多。v直線的最大長度，在城鎮(zhèn)及其附近或其他景色有變化的地點大于20V是可接受的，在景色單調(diào)的地點最好控制在20V以內(nèi)；而在特殊的地理條件下應(yīng)特殊處理，若作某種限制是不現(xiàn)實的。v必須強調(diào)，無論是高速路還是低速路，在任何情況下都要避免追求長直線的錯誤傾向。直線的長度：前一個曲線終點曲線終點到下一個曲線起點曲線起點之間的距離。YZ(ZH)ZH（ZY) 之間的距離 2.直線的最小長度v同向曲

6、線是指兩個轉(zhuǎn)向相同的圓曲線中間用直線或緩和曲線或徑向連接而成的平面線形 。v互相通視的同向曲線間的直線較短時，在視覺上容易形成直線與兩端曲線看成為反向曲線的錯覺；當(dāng)直線過短時甚至把兩個曲線看成是一個曲線，形成所謂的“斷背曲線”，破壞了線形的連續(xù)性，易造成駕駛操作失誤。v規(guī)范規(guī)定：當(dāng)設(shè)計速度60km/h時，同向圓曲線間的直線最小長度以不小于設(shè)計速度的6倍為宜。對低速道路（V40km/h）可參考執(zhí)行。v在受條件限制時，宜將同向曲線改為大半徑曲線或?qū)汕€作成復(fù)曲線、卵形曲線或C形曲線。 同向曲線間的最小直線長度v反向曲線是指兩個轉(zhuǎn)向相反的圓曲線之間以直線或緩和曲線或徑向連接而成的平面線形 。v規(guī)范

7、規(guī)定：當(dāng)設(shè)計速度60km/h時，反向圓曲線間直線最小長度以不小于設(shè)計速度的兩倍為宜。當(dāng)兩反向曲線兩端設(shè)有緩和曲線時，在受到限制的地點也可將兩反向曲線首尾相接，構(gòu)成S型曲線。 反向曲線間的直線最小長度3.直線的運用v采用直線時應(yīng)注意線形與地形的關(guān)系，慎重考慮，宜直則直、宜曲則曲，一般不宜采用長直線。v可采用直線路段：v（1）路線完全不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的寬闊河谷地帶；v（2）城鎮(zhèn)及其近郊道路，或以直線為主體進(jìn)行規(guī)劃的地區(qū)；v（3）長大橋梁、隧道等構(gòu)造物路段；v（4）路線交叉點及其附近；v（5）雙車道公路提供超車的路段。采用直線路段時注意事項：采用直線路段時注意事項：（3）道路兩側(cè)過

8、于空曠時，宜采取植不同樹種或設(shè)置一定建）道路兩側(cè)過于空曠時，宜采取植不同樹種或設(shè)置一定建筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單調(diào)的景觀。筑物、雕塑、廣告牌等措施，以改善單調(diào)的景觀。（4）長直線或長下坡的盡頭的平曲線）長直線或長下坡的盡頭的平曲線，應(yīng)對路面超高，應(yīng)對路面超高、視距、視距等進(jìn)行檢驗，必要時須采取等進(jìn)行檢驗，必要時須采取設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等安全措施。安全措施。 （1）長直線長直線路段上路段上相應(yīng)縱坡不應(yīng)過大相應(yīng)縱坡不應(yīng)過大，一般應(yīng)小于，一般應(yīng)小于3%。（2）長直線宜與）長直線宜與大半徑凹豎曲線大半徑凹豎曲線組合，組合，這樣可以使生硬呆板這樣可以使生硬呆

9、板的直線得到一些緩和。的直線得到一些緩和。第三節(jié) 圓曲線v一一.圓曲線的特點圓曲線的特點v圓曲線測設(shè)計算簡單。v圓曲線對地形、地物有更強的適應(yīng)能力。v圓曲線上離心力的存在，對行車不利。v汽車在圓曲線上比在直線上行駛多占用路面寬度。v小半徑圓曲線，由于路塹邊坡等遮擋，視距條件差。 二、汽車二、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性行駛的橫向穩(wěn)定性v汽車行駛穩(wěn)定性：是指汽車行駛過程中，在外部因素作用下，汽車尚能保持正常行駛狀態(tài)和方向，不致失去控制而產(chǎn)生滑移、傾覆等現(xiàn)象的能力。v汽車在圓曲線上行駛時會產(chǎn)生離心力,為抵消或減小離心力的作用，保證汽車在圓曲線上穩(wěn)定行駛，必須使圓曲線上路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫坡的形式

10、，稱為橫向超高。YX汽車行駛在具有超高的圓曲線上時，其車重的水平分力可抵消一部分離心力的作用，其余部分由汽車輪胎與路面之間的橫向摩阻力與之平衡。汽車橫向穩(wěn)定性分析汽車橫向穩(wěn)定性分析v橫向傾覆：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生繞外側(cè)車輪觸地點向外傾覆的危險。 v橫向滑移：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生沿橫向力方向的側(cè)向滑移。v穩(wěn)定條件：橫向力小于或等于輪胎與路面之間的橫向附著力。ghbGX2hGX三、圓曲線半徑v（一）影響因素1.最大橫向力系數(shù)uv橫向力的存在對行車產(chǎn)生的不利影響v（1）危及行車安全橫向力系數(shù)應(yīng)低于輪胎與路面之間所能提供的橫向摩阻系數(shù)。 橫向摩阻系數(shù)一般在干燥路面上為0.40.8；

11、在潮濕的瀝青路面上汽車高速行駛時，降低到0.250.40；路面結(jié)冰和積雪時，降到0.2以下；在光滑的冰面上可降到0.06（不加防滑鏈）。v（2）增加駕駛操縱的困難在橫向力作用下，輪胎會產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的在橫向力作用下，輪胎會產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的中間平面中間平面與與輪跡前進(jìn)方向輪跡前進(jìn)方向形成一個橫向偏移角；形成一個橫向偏移角；影響操影響操控性控性。v（3）增加燃料消耗和輪胎磨損 的存在使輪胎和路面之間的摩阻力增加，車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。橫向力系數(shù) 燃料消耗（%）輪胎磨損（%）01001000.051051600.101102200.151153000.20120390（4）旅行不

12、舒適 值的增大，乘車舒適感惡化。 當(dāng)0.10時，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)； 當(dāng)= 0.15時，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)； 當(dāng)= 0.20時，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定； 當(dāng)= O.35時，感到有曲線存在，不穩(wěn)定； 當(dāng)= 0.40時，有傾車的危險感，非常不穩(wěn)定，美國AASHTO認(rèn)為：V70km/h時=0.16， V=80km/h時= 0.12。的舒適界限，由0.10到0.16隨行車速度而變化，設(shè)計中對高、低速路可取不同的數(shù)值。 是舒適感的界限2. 最大超高值v考慮的因素v輪胎與路面之間的橫向摩阻力v混合交通問題v我國標(biāo)準(zhǔn)對各級公路的最大超高規(guī)定：v一般地區(qū)的高速公路、一級公路為8%或10%；二

13、、三、四級公路為8%。積雪冰凍地區(qū)的各級公路均為6%。v二、三、四級公路接近城鎮(zhèn)且混和交通量大的路段，車速受到限制時和城市道路當(dāng)設(shè)計速度為80km/h，最大超高取6%；當(dāng)設(shè)計速度為60km/h、50km/h時，最大超高取4%；當(dāng)設(shè)計速度為40km/h、30km/h、20km/h時，最大超高取2%。ihv標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的圓曲線最小半徑是以汽車在曲線部分能安全而又順適地行駛所需要的條件而確定的。v標(biāo)準(zhǔn)給出了圓曲線最小半徑的三種值：即一般值、極限值和不設(shè)超高最小半徑。v計算最小曲線半徑時式中的V 采用各級公路相應(yīng)的設(shè)計速度，因此確定圓曲線最小半徑的關(guān)鍵參數(shù)是橫向力系數(shù)和超高橫坡。（二）最小半徑的計算v經(jīng)

14、過測試小客車、大客車、大中型貨車，在43個觀測路段上運行時、乘車人的舒適度感受數(shù)據(jù)。運用心理學(xué)方法和統(tǒng)計方法，分析整理得出各種車型在不同行駛速度下對應(yīng)的橫向力系數(shù)閾值。（二）最小半徑的計算v1.極限最小半徑v極限最小半徑是指為保證車輛按設(shè)計速度安全行駛所規(guī)定的圓曲線半徑最小值。v標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 ih=10%6%、u =0.10.17，將超高值和橫向力系數(shù)代入式（2-6），即得出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的圓曲線最小半徑的極限值。設(shè)計速度(km/h)1201008060403020橫向力系數(shù)0.100.120.130.140.150.160.17極限最小半徑(m)=10%570360220115503015=8%65

15、0400250125603015=6%710440270135603515hihihi圓曲線最小半徑極限值v2一般最小半徑v一般最小半徑是指各級公路對按設(shè)計速度行駛的車輛能保證其安全、舒適的最小圓曲線半徑。v一般最小半徑是在通常情況下推薦采用的最小半徑。v一是考慮汽車在這種圓曲線上以設(shè)計速度或以接近設(shè)計速度行駛時，旅客有充分的舒適感；v二是考慮在地形比較復(fù)雜的情況下不會過多增加工程量。v標(biāo)準(zhǔn)中的一般最小半徑值是按i ih h =6%8%、 u=0.050.06計算取整得到。v3.不設(shè)超高的最小半徑v不設(shè)超高最小半徑是指不必設(shè)置超高就能滿足行駛穩(wěn)定性的圓曲線最小半徑。v當(dāng)圓曲線半徑較大時，離心力

16、的影響較小，路面摩阻力可保證汽車有足夠的穩(wěn)定性，這時可不設(shè)超高，設(shè)置與直線段上相同的雙向橫坡路拱形式。v從舒適和安全的角度考慮，應(yīng)把橫向力系數(shù)控制到最小值，以使乘客在圓曲線上與在直線上有大致相同的感覺。設(shè)計速度（km/h）1201008060403020不設(shè)超高的最小半徑(m)路拱2%=0.0350.0405500400025001500600350150路拱2%=0.0400.0507500525033501900800450200v（三）圓曲線的最大半徑（三）圓曲線的最大半徑v選用圓曲線半徑時，在地形等條件允許的前提下，應(yīng)盡量采用大半徑曲線，使行車舒適。v半徑過大，對測設(shè)和施工都不利，且過

17、大半徑，其幾何性質(zhì)與直線無多大差異。v研究表明，當(dāng)圓曲線半徑大于9000m時，視線集中的300600m范圍內(nèi)的視覺效果同直線沒有區(qū)別。v因此，規(guī)范規(guī)定，圓曲線最大半徑值不宜超過10000m。v（四）圓曲線最小長度（四）圓曲線最小長度v汽車在曲線線形的道路上行駛時，如果曲線很短，則駕駛員操作方向盤頻繁而緊張，這在高速行駛的情況下是危險的。v在平面設(shè)計中，公路平曲線一般由前后緩和曲線和中間圓曲線三段曲線組成，為便于駕駛操作和行車安全與舒適，汽車在任何一段線形上行駛的時間都不應(yīng)短于3s，圓曲線的最小長度一般要有3s行程。四、圓曲線的運用v基本原則v道路平面設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)沿線地形、地物等條件，盡量選用

18、較大半徑，以保證行車安全舒適；v在選定半徑時既要技術(shù)合理，又要經(jīng)濟(jì)適用；v既不盲目采用高標(biāo)準(zhǔn)（大半徑）而過分增加工程量，也不只考慮眼前通行要求而采用低標(biāo)準(zhǔn)。v運用要點v（1）選定圓曲線半徑應(yīng)與地形相適應(yīng)，以采用超高值為24的圓曲線半徑為宜。v（2）地形條件限制時，可采用大于或接近圓曲線一般最小半徑；地形條件特殊困難不得已時，方可采用圓曲線極限最小半徑。v（3）在選用圓曲線半徑時，應(yīng)與設(shè)計速度相適應(yīng)，同相銜接路段的平、縱線形要素相協(xié)調(diào)，構(gòu)成連續(xù)、均衡的曲線線形。v（4）選用圓曲線半徑時，最大半徑值一般不應(yīng)超過10000m為宜。理論研究和實踐表明，對于高速公路而言，大于3000米的半徑值可視為是較

19、大的半徑。第四節(jié) 緩和曲線v緩和曲線是道路平曲線形要素之一，它是設(shè)置在直線與圓曲線之間或半徑相差較大的兩個轉(zhuǎn)向相同的圓曲線之間的一種曲率連續(xù)變化的曲線。v一一.緩和曲線的作用與性質(zhì)緩和曲線的作用與性質(zhì)v（一）緩和曲線的作用v1曲率連續(xù)變化，便于車輛遵循v2離心加速度逐漸變化，旅客感覺舒適v3超高及加寬逐漸變化，行車更加平穩(wěn)v4與圓曲線配合，增加線形美觀曲率不連續(xù)，視覺效果突兀v（二）緩和曲線的性質(zhì)v假定：v1.汽車為一剛體，轉(zhuǎn)彎時汽車不變形，忽略彈性輪胎的變形。v2.左、右輪差別不計，只研究重心的軌跡。v3.轉(zhuǎn)彎時汽車等速行駛，駕駛員勻速轉(zhuǎn)動方向盤。v推導(dǎo)結(jié)果：v結(jié)論：汽車勻速由直線駛?cè)雸A曲線

20、或圓曲線駛?cè)胫本€，其行駛軌跡的弧長與曲率半徑之乘積為一常數(shù)。Crl二、緩和曲線的形式v規(guī)范規(guī)定，我國公路設(shè)計中，緩和曲線采用回旋線回旋線。鐵路設(shè)計中，考慮到列車運行的平穩(wěn)性，低速鐵路采用三次拋物線形式，高速鐵路則多采用半波正弦形緩和曲線。v回旋線是曲率隨著曲線長度成正比例變化的曲線?；竟?Arl sRLA三、緩和曲線的最小長度及參數(shù)v（一）緩和曲線的最小長度（一）緩和曲線的最小長度v1.旅客感覺舒適v通過限制離心加速度的變化率來保證舒適性的要求，就是限制離心加速度隨緩和曲線曲率的變化不要過快，從而達(dá)到旅客感覺舒適。RVRVLss33(min)036. 00214. 0v2.超高漸變率適中v一般在緩和曲線上設(shè)置超高緩和段，但超高緩和段過短，路面在由雙坡斷面變?yōu)閱纹聰嗝鏁r會急劇扭曲，對行車和路容不利。piBLs(min)v3.行駛時間不過短v通過限制在緩和曲線上的行駛時間來實現(xiàn)對Ls的限制。2.1(min)VLsv（二）緩和曲線參數(shù)（二）緩和曲線參數(shù)A值值v回旋線最小參數(shù)值公路平面線形設(shè)計時，不僅可以選定緩和曲線長度，同樣也可公路平面線形設(shè)計時，不僅可以選定緩和曲線長度，同樣也可以選定緩和曲線參數(shù)以選定緩和曲線參數(shù)A值。值。R