第2章道路勘测设计ppt课件.ppt 79页

道路勘测设计（第二章平面设计） 内容提要汽车行驶轨迹特性与道路平面线形要素。直线的特点和运用、最大长度和最小长度。圆曲线的特点、半径大小及其长度。缓和曲线的性质、形式及最小长度和参数。平面线形设计原则和线形要素组合类型。 第一节直线一、路线的相关概念道路：一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物。路线：道路中线的空间位置。线形：道路中心线的立体形状。路线平面：路线在水平面上的投影。路线纵断面：沿中线竖直剖切再行展开的断面（展开是指展开平面、纵坡不变）。路线横断面：中线上任一点的法向切面。路线设计：确定路线空间位置和各部分的几何尺寸。 直线－圆－直线:不满足第二、三条性质，但满足第一条要求，满足了车辆的直行和转向要求，可作为低等级山区道路采用。 直－缓－圆－缓－直:为满足第二条要求，在直线与圆曲线间引入了一条曲率逐渐变化的“缓和曲线”，使整条线形符合汽车行驶轨迹特性的第一条和二条，保持了线形的曲率连续。它不满足第三条要求，不是最理想的，但与汽车行驶轨迹接近，国内外普遍采用。 平面线形三要素：直线、圆曲线和缓和曲线。道路平面线形设计，是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求，合理地确定各线形要素的几何参数，保持线形的连续性和均衡性，避免采用长直线，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路，线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。第一节直线 第一节直线一、直线的特点优点两点之间距离最短。具有短捷、直达的印象。行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。测设简单方便（用简单的就可以精确量距、放样等）。在直线上设构造物更具经济性。 缺点直线单一无变化，与地形及线形自身难以协调。过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时，易使驾驶人员感到单调、疲倦。在直线纵坡路段，易错误估计车间距离、行车速度及上坡坡度。易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速行驶。第一节直线 第一节直线二、设计标准1．直线的最大长度（20v）我国《标准》和《规范》对直线的最大长度没有具体的规定，尽量避免长直线。最大长度主要应根据驾驶员的视觉反应及心理上的承受能力来确定。一般认为：直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化的地点大于20V是可以接受的；在景色单调的地点最好控制在20V以内；而在特殊的地理条件下应特殊处理。 2．直线的最小长度相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直线是指前一曲线的终点（HZ或YZ）到后一曲线的起点（ZH或ZY）之间的长度。（1）同向曲线间的直线最小长度同向曲线：是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平面线形。第一节直线 《规范》规定：当设计速度≥60km/h时，同向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜；当地形条件及其它特殊情况限制时，最小直线长度不得小于设计速度(以km/h计)的3倍。对于设计速度≤40km/h时，参考执行即可。在受到条件限制时，宜将同向曲线改为大半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或C形曲线。第一节直线 第一节直线（2）反向曲线间直线的最小长度反向曲线：两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所形成的平面线形。对反向曲线间直线最小长度的规定，主要考虑考虑到其超高和加宽缓和的需要，以及驾驶人员操作的方便。 《规范》规定：当设计速度≥60km/h时，反向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的26倍为宜；对于设计速度≤40km/h时，参考执行即可。特别困难的山岭区三、四级公路设置超高时，中间直线长度不得小于15m。第一节直线 三、直线的运用采用直线线形时必须注意线形与地形的关系，在运用直线线形并决定其长度时，必须慎重考虑，一般不宜采用长直线。路线完全不受地形、地物限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带；城镇及其近郊道路，或以直线为主体进行规划的地区；长大桥梁、隧道等构造物路段；路线交叉点及其附近；双车道公路提供超车的路段。第一节直线 当采用长直线形时，应注意如下事项：纵坡不应过大，一般应小于3%。同大半径凹型竖曲线结合为宜。两侧地形过于空旷时，宜采取栽植不同树种或设置一定建筑物等措施。长直线或长下坡尽头的平曲线，应对路面超高、停车视距等进行检验，必要时须采用设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。第一节直线 第二节圆曲线一、圆曲线的特点各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线。圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特点：曲率1/R=常数，测设和计算简单；比直线更能适应地形的变化；在圆曲线上行驶要受到离心力的作用；要比在直线上行驶多占用道路宽度；在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差。 二、圆曲线半径及圆曲线长度（一）公式与因素在指定车速V下，极限最小半径决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。1．关于横向力系数（1）危及行车安全为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下能不产生横向滑移，μ应小于0.2。μ≤φh（2）增加驾驶操纵的困难要求μ<0.3。 （3）增加燃料消耗和轮胎磨损μ的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横向力系数为μ＝0.2时，其燃料消耗与轮胎磨损分别比μ＝0时多20％和近3倍。（4）行旅不舒适当μ超过一定数值时，驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张，乘客感到不舒适。μ＜0.1～0.15间，舒适性可以接受。综上所述对行车的安全、经济与舒适方面的要求，最大横向力系数采用：设计速度1201008060403020横向力系数0.10.120.130.150.150.160.17 《标准》根据不同横向摩阻系数值，对于不同等级的公路规定了极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半径三个最小半径。1．极限最小半径定义：指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下，能保证汽车安全行驶的最小半径。强调说明：极限最小半径是路线设计中的极限值，是在特殊困难条件下不得已才使用的，一般不轻易采用。（二）最小半径的计算 定义：指各级公路在采用允许最大超高和允许的横向摩阻系数情况下，能保证汽车安全行驶的最小半径。《标准》中计算一般最小半径时:适用：一般最小半径是在通常情况下推荐采用的最小半径。一方面考虑了汽车在这种曲线上以设计速度或以接近设计速度行驶时，旅客有充分的舒适感；另一方面考虑到在地形比较复杂的情况下不会过多增加工程量。2．一般最小半径 3．不设超高的最小半径定义：指平曲线半径较大，离心力较小时，汽车沿双向路拱（不设超高）外侧行驶的路面摩阻力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。路面不设超高。， 三、圆曲线半径的确定1、圆曲线的最大半径现行《公路路线设计规范》规定，圆曲线最大半径以不超过10000m宜。2、在适应地形的情况下应选用较大的曲线半径。3、在确定圆曲线半径时，应注意：一般情况下宜采用超高为2%～4%的圆曲线半径地形条件受限制时，应采用大于或接近于圆曲线一般最小半径值。 三、圆曲线半径确定地形条件特殊困难而不得已时，方可采用圆曲线极限最小半径。应同前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形。应同纵面线形相配合，必须避免小半径曲线与陡坡相重合。选用曲线半径时，最大半径值一般不应超过10000m为宜。 第三节缓和曲线缓和曲线是道路平面线形三要素之一。缓和曲线：设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。《规范》规定：除四级公路外的其它各级公路都应设置缓和曲线，另外，当圆曲线半径大于“不设超高的最小半径”时可省略缓和曲线。 一、缓和曲线的作用1.曲率连续变化，便于车辆遵循。2.离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适。3.超高横坡度及加宽逐渐变化，行车更加平稳。4.与圆曲线配合，增加线形美观。第三节缓和曲线 （一）缓和曲线的基本要求可行性好：它的线形应符合行驶轨迹，它的几何特征应满足汽车轨迹的三条几何特征。缓和性好：是指缓和曲线要有一定长度，如太短，驾驶员操作紧张，旅客不舒适，线形不协调。计算方便，公式简单;便于在设计、施工中使用。二、缓和曲线的基本要求、性质及采用形式 假定：1.汽车为一刚体，转弯时汽车不变形，忽略弹性轮胎的变形。2.左、右轮差别不计，只研究重心的轨迹。3.转弯时汽车等速行驶，驾驶员匀速转动方向盘。（二）缓和曲线的性质 回旋线三次抛物线双纽线n次抛物线正弦形曲线我国《标准》推荐的缓和曲线是回旋线（三）缓和曲线的采用形式 （四）回旋线作为缓和曲线回旋线的基本方式1.定义：回旋线是曲率随着曲线长度成比例变化的曲线2.基本公式：A回旋线参数，表示回旋线曲率变化的缓急程度。A为长度量纲3.特点:满足行驶轨迹三条特征的程度 三、设计标准（一）缓和曲线的最小长度1.旅客感觉舒适2.超高渐变率适中3.行驶时间不过短设计速度(km/h)1201008060403020缓和曲线最小长度(m)100857060403020 （二）缓和曲线参数A值1.回旋线最小参数值公路平面线形设计时，不仅可以选定缓和曲线长度，同样也可以选定缓和曲线参数A值。2.视觉要求A与R的关系R/3≤A≤R当R接近100m时，取A等于R；当R小于100m时，则取A等于或大于R；在圆曲线较大时，可选择A在R/3左右；如R超过了3000m，可取A小于R/3。 1.在直线与圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于“不设超高的最小半径”时；2.半径不同的同向圆曲线(1)半径不同的同向圆曲线间，当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时，直线与圆曲线间和大圆与小圆间均不设缓和曲线；（2）小圆半径大于表中所列临界曲线半径，且符合下列条件之一时，大圆与小圆间不设缓和曲线：①小圆曲线按规定设置相当于最小缓和曲线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。②设计速度≥80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于1.5。③设计速度＜80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径（R2）之比小于2。（三）缓和曲线的省略 第四节平曲线超高与加宽一、平曲线超高超高：为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡。（一）超高横坡坡度的确定最大超高横坡坡度 公路最大超高横坡第四节平曲线超高与加宽公路等级高速公路、一级公路二、三、四级公路一般地区（%）10或88积雪冰冻地区（%）62.超高横坡坡度的确定超高横坡坡度按设计速度、半径大小计算，并结合路面类型、当地自然条件等查表最后确定。 第四节平曲线超高与加宽二、超高方式1.公路（1）无中间带的公路A：当超高横坡坡度等于路拱横坡时，外侧车道绕路中线旋转，直至超高横坡度值。B：当超高横坡坡度大于路拱横坡时，有三种过渡方式： 第四节平曲线超高与加宽绕内边缘旋转 第四节平曲线超高与加宽绕中线旋转 第四节平曲线超高与加宽绕外侧旋转 第四节平曲线超高与加宽（2）有中间带的公路绕中间带的中心线旋转绕中央分隔带边缘旋转绕各自行车道中线旋转二、平曲线加宽值得确定1、汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中以后轮迹半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应路面加宽，以确保曲线上行驶顺适与安全。 第四节平曲线超高与加宽 第四节平曲线超高与加宽2、平曲线加宽的标准《标准》规定，平曲线半径等于或小于250m时，应在平曲线内侧加宽。双车道路面的加宽值如下表。单车道公路路面加宽值下表中折半。 第四节平曲线超高与加宽3、加宽过渡段《公路工程技术标准》规定，当平曲线半径小于等于250m时，一般在弯道内侧圆曲线范围内设置全加宽，当平曲线内无圆曲线（凸形）时，仅平曲线中点处断面设置全加宽。 长安大学公路学院第五节平面线形设计1.平面线形设计原则；2.小偏角问题；3.线形组合类型中基本形、S形以及卵形曲线等的定义、组合要求以及计算。 甘肃建筑职业技术学院一、平面线形设计一般原则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。原则：与地形相适应，宜直则直，宜曲则曲，不片面追求直曲。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。 在宽阔的平原微丘区，路线应直捷顺畅。 长安大学公路学院在起伏的山岭和丘陵地区，线形以曲线为主。 长安大学公路学院在没有任何障碍物的戈壁、草原等开阔地区，应以直线为主。 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长直线的尽头避免接小半径曲线长直线上汽车行驶速度较高，如果突然遇到小半径曲线，易产生减速不及造成的事故。事故形态：车辆侧翻到曲线外侧路基或与对向车辆相撞或碰撞路侧护栏。 要求：长直线的尽头避免接小半径曲线，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。 ②高低标准之间要有过渡同一等级道路上大、小指标间的均衡过渡长直线与小半径曲线之间。相邻的大小半径曲线之间。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。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。 3.回头曲线的设置。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。 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行程凸型曲线：6s的行程平曲线最小长度不得小于下表规定。设计速度(km/h)1201008060403020一般值（m）600500400300200150100最小值（m）200170140100705040 ②小偏角的平曲线长度：小偏角曲线的问题：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。 小偏角曲线要求的平曲线长度θ≤7°属于小偏角弯道。为保证小偏角曲线有足够的长度，采用α＜7°的曲线外矢距E与α=7°时曲线的E相等时的曲线长为最小平曲线长。设计速度(km/h)1201008060403020平曲线最小长度(m)1400/α1200/α1000/α700/α500/α350/α250/α表中的为公路转角值（度），当＜2°时，按=2°计。 二、平面线形要素的组合类型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A1≠A2时，叫非对称基本型，A1:A2应不大于2.0。 二、平面线形要素的组合类型（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）。 二、平面线形要素的组合类型3.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。 二、平面线形要素的组合类型4.S形（1）S形定义：两个反向圆曲线用两段反向回旋线连接的组合形式。 二、平面线形要素的组合类型（2）组合要求①S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。②S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≤（A1＋A2）/40③两圆曲线半径之比也不宜过大，以R1/R2≤1/2为宜(R1、R2分别为大小圆半径，A1、A2分别为大小圆的缓和曲线参数）。 二、平面线形要素的组合类型（2）组合要求：圆曲线半径之比以满足R2/R1=0.2～0.8为宜；两圆曲线的间距，以D/R2=0.003～0.03为宜，（D为两圆曲线间的最小间距）。 二、平面线形要素的组合类型5.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。 二、平面线形要素的组合类型6.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。 第六节行车视距1.定义：行车视距是指汽车在行驶中，当发现障碍物后，能及时采取措施，防止发生交通事故所需要的必须的最小距离。2.存在视距问题的情况：夜间行车:设计不考虑平面上：平曲线（暗弯）平面交叉处纵断面：凸竖曲线凹竖曲线：(下穿式立体交叉)3.行车视距分类：(1)停车视距(2)会车视距(3)超车视距平面上的视距问题纵断面上的视距问题 第六节行车视距1．停车视距定义：停车视距是指驾驶人员发现前方有障碍物后，采取制定措施使汽车在障碍物前停下来所需要的最短距离。停车视距构成：反应距离S1制动距离SZ停车视距ST安全距离S0 第六节行车视距（1）反应距离S1：是当驾驶人员发现前方的阻碍物，经过判断决定采取制动措施的那一瞬间到制动器真正开始起作用的那一瞬间汽车所行驶的距离。感觉时间为1.5s制动生效时间为1.0s。感觉和制动生效的总时间t=2.5s，我国采用1.2s在这个时间内汽车行驶的距离为： 第六节行车视距2）制动距离：是指汽车从制动生效到汽车完全停住，这段时间内所走的距离。忽略了滚动阻力系数f（3）安全距离：5~10m停车视距： 2会车视距定义：会车视距是在同一车道上两对向汽车相遇，从相互发现时起，至同时采取制动措施使两车安全停止，所需的最短距离。会车视距构成：（1）反应距离：双向驾驶员及车辆（2）制动距离：双向车辆（3）安全距离：双向车辆保持间距会车视距SH约等于2倍停车视距 3.超车视距（1）定义：超车视距是指汽车安全超越前车所需的最小通视距离。（2）超车视距的构成：超车视距的全程可分为四个阶段加速S1超车（逆向行驶）S2安全距离S3对向行驶S4最小必要超车视距全超车视距S’4S’4 超车视距①加速行驶距离S1：t1=2.9~4.5s②超车汽车在对向车道上行驶的距离S2：③超车完了时，超车汽车与对向汽车之间的安全距离S3:S3=15～60m④超车汽车从开始加速到超车完了时对向汽车的行驶距离S4:全超车视距为：S超=S1+S2+S3+S4 超车视距最小必要超车视距为： 行车视距标准 交叉口的保证工程（1）清除障碍物：①清除视距包络曲线与视点轨迹线间的全部障碍物。适用：连续障碍物的清除，如路堑边坡等。②清除距离视点轨迹线小于最大横净距的障碍物适用：分散障碍物，如独立建筑物等。 交叉口的保证工程（2）分道行驶：二、三、四级公路，受地形条件或其它特殊情况限制路段，若不能保证2倍停车视距，则必须满足停车视距，同时必须采用严格的分道行驶措施。如设分道线、分隔带、分隔桩；或设成两条分离的单车道。补救措施：限速、设反光镜等 第七节平面设计成果一、公路路线平面设计图 第七节平面设计成果二、道路平面设计成果1）设计图：路线平面设计图；道路平面布置图2）设计表：直线、曲线及转角表；逐桩坐标表；路线固定表；总里程及断链桩表 公路平面总体设计图 END