现代道路设计第二讲—道路路线设计基本原理 41页

1.1公路路线设计依据1、地形与自然特征地形选线－地质选线2、交通量服务水平－通行能力－车道数－公路分级3、车辆标准车（日）、设计车辆（美、中）4、速度设计速度、运行速度（行驶速度）公路路线分解为平面、纵断面、横断面三方面研究 1.1公路路线设计依据公路交通是一个由人、车、路、环境等要素构成的复杂动态系统。人：包括驾驶员、乘客、骑车人、行人等；车：包括机动车和非机动车；路：包括公路和城市道路；环境：包括自然环境和人工环境等。各要素之间互相依赖、互相作用，只有保证系统中各要素的协调性，才能保障公路交通安全。 1.1.1驾驶员的因素驾驶员的体质、视觉能力、反应能力以及驾驶员的性格和情绪等生理和心理因素都将直接影响汽车的行驶状态。速达目的地是每个驾驶员的期望，始终倾向于追求快速行驶。有关统计资料表明，在公路交通事故发生点的车辆运行速度与前500m范围内的行车速度一样的情况占70%以上。 1.1.1.1视觉特性眼睛是驾驶员在行车过程中最重要的生理器官。因此，驾驶员的视觉机能直接影响到信息获取，行车安全。视力眼睛辨别物体及其大小的能力，视力可分为静视力、动视力。视野两眼注视某一目标，注视点两侧可以看到的范围称为视野。色感驾驶员对不同颜色的辨认和感觉。 1.1.1.2反应特征根据美国各州公路工作者协会规定，判断时间为1.5s，作用时间为1s，故从感知、判断、开始制动，到制动发生效力全部时间通常按2.5～3.0s计算。反应时间的长短取决于驾驶员的素质、个性、年龄、对反应的准备程度以及工作经验。 1.1.1.3驾驶员的心理特点和个性特点（1）动机（2）素养（3）注意力（4）智力（5）情绪（6）成熟性（7）知识性（8）条件反射 1.1.2车辆因素1.1.2.1车辆类型车辆尺寸的限制与公路系统的安全高效营运有密切关系，是公路几何设计中有重要意义的控制因素。包括车辆宽度、车辆高速、车辆总长和车辆内部尺寸的限制。设计采用的标准车辆：（1）设计车辆设计车辆是指公路设计所采用的具有代表性车辆。（2）限制通行车辆对大于设计车辆，甚至超过法定尺寸限制的某些车辆的运行作特殊规定，这类车辆称为限制通行车辆。 1.1.2.2运行速度运行速度是在单元路段上，在干净、潮湿条件下车辆的实际行驶速度。通常按统计学中测定的从高速到低速排列第85个百分点对应的车辆行驶速度作为运行速度。运行速度考虑了公路上绝大多数驾驶员的交通心理需求，以车辆的实际运行速度作为线形设计速度，可以有效地解决路线设计指标与实际行驶速度所要求的线形指标脱节的问题，保证了在一个设计区段内行车速度的连续性和一致性。 1.1.2.3行驶特性（1）汽车的行驶稳定性指汽车在行驶过程中，受外部因素作用，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。（2）汽车的制动特性指汽车行驶时能在短距离内停车且维持行驶方向稳定性和在下坡时能维持一定车速的能力。 1.1.2.4交通量与通行能力（1）规划交通量规划交通量（也称设计交通量）是指拟建公路到预测年限时所能达到的年平均日交通量（辆/日），其值根据历年交通观测资料预测求得。 1.1.2.4交通量与通行能力（2）设计小时交通量小时交通量（辆/小时）是以小时为计算时段的交通量，是确定车道数和车道宽度或评价服务水平的依据。 （3）标准车型我国《标准》规定标准车型为小客车，对于其他车型应按规定的车辆折算系数，折算为小客车的数量。（4）通行能力道路通行能力是指某一路段最大所能承受的交通量。设计通行能力是公路交通的运行状态保持在某一设计的服务水平时，单位时间内公路上某一路段可以通过的最大车辆数。 1.1.3公路因素1.1.3.1设计速度设计速度（又称计算行车速度），是指当气候条件良好、交通密度小、汽车运行只受公路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全顺适行驶的最大行驶速度。设计速度是决定公路几何形状的基本依据。公路的曲线半径、超高、视距等直接与设计速度有关。同时也影响车道宽度、中间带宽度、路肩宽度等指标的确定。 1.1.3.2技术指标确定技术标准应考虑的主要因素：（1）规划公路网的层次对技术标准的影响（2）公路的使用任务、功能对技术标准的影响（3）设计交通量对技术标准的影响（4）路线走廊的选择对技术标准的影响（5）环境保护对技术标准的影响（6）工程造价对技术标准的影响 技术标准的变化对于一条较长的公路项目，可根据其功能和预测的交通量等情况分段采用不同的技术标准。路线分段和技术标准的变化一般应从以下几方面入手：（1）路段交通量的变化（2）地形条件的变化（3）路基布置方式的变化技术指标的掌握在技术标准确定的条件下，技术指标的运用不仅影响公路的使用功能和工程造价，而且影响公路沿线的自然环境。建设中应合理、灵活地运用技术指标，避免片面追求高指标和机械使用技术指标。 1.1.3.3公路构造物公路构造物主要包括：桥梁、隧道、涵洞、防撞护栏、收费站、服务区等设施。这些构造物对公路路线都有特定要求，公路线形设计必须满足沿线构造物的要求。 1.1.4环境因素1.1.4.1地形对公路线形设计的影响公路线形设计应结合路线经过的实际地形进行不同的路线设计。（1）平原区公路线形设计（2）山岭区公路线形设计（3）丘陵区公路线形设计 1.1.4.2地质对公路线形设计的影响路线选择是由多种因素决定的，地质条件是其中的一个重要因素，有时则是控制性的因素。1.1.4.3气候对公路线形设计的影响1.1.4.4景观对公路线形设计的影响1.1.4.5生态对公路线形设计的影响 1.2平面设计汽车行驶轨迹目的：几何形体构成、尺寸的拟定、各元素之间配合的关系、平面上直线、圆曲线、缓和曲线三个几何元素的取值、如何搭配，使之与行驶轨迹相吻合问题：长直线，德国≥20V设计车速平曲线各元素之间配合：（单体与整体）长直线与圆曲线的配合曲线与曲线之间的配合公路线形设计不应使驾驶员产生错误判断。整体配合是衡量设计水平的标准。 1.2平面设计1.2.1汽车行驶轨迹研究汽车的行驶轨迹特性，目的是为了解决公路平面线形的设计问题。通过大量试验和回归分析，对正常行驶的汽车，无论直行或转弯行驶，其重心留下的轨迹都是一条光滑连续的优美线形，在几何上有以下特性：（1）轨迹是连续的，而且是光滑的；（2）轨迹的曲率是连续的；（3）轨迹的曲率变化率是连续的。 1.2.2公路平面线形对汽车行驶轨迹特性的研究，可以了解平面线形的几何构成，公路平面线形应符合汽车行驶轨迹的要求。直线、圆曲线及缓和曲线称为平面线形三要素。由直线、缓和曲线及圆曲线构成的公路平面线形，轨迹的曲率是连续的。 1.2.3需进一步研究和注意的问题（1）平面三要素的合理组合应用问题，如直线的最大长度、曲线间的直线长度、直线与圆曲线半径的协调配合等。（2）从路基和边坡稳定性考虑，研究平面线形三要素与工程数量、填挖高度的关系。（3）从行车安全考虑，研究平面线形三要素与交通事故的关系，以指导公路线形设计。（4）从生态环境考虑，研究公路线形与环保、生态、气候、地质等的问题，研究特殊地区和不良地质地区的公路平面线形。 1.3纵断面设计汽车牵引力与汽车动力因素－纵坡坡值要求坡度、坡长、竖曲线半径汽车的速度、安全、驾驶、心理、油耗、磨损等从行驶角度出发－坡长限制上坡：汽车、道路，克服爬坡阻力下坡：汽车－人－路，考虑安全、驾驶的因素最大纵坡？坡度确定后，纵坡长度应为多少？竖曲线如何设置？平纵配合形成立体线形的组合情况。在一定视觉范围内，能否提供良好的视距？重点：坡值、坡长、平纵组合 1.3纵断面设计1.3.1汽车动力性能与公路纵坡度汽车的动力性能是指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等性能。汽车在公路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。公路最大纵坡是指在纵坡设计时各级公路允许采用的最大纵坡值各级公路允许的最大纵坡是根据汽车的动力性能、制动性能、公路等级、自然条件以及工程和运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。 公路纵坡度需进一步研究和注意的问题存在问题：（1）公路最大纵坡缺乏理论支持；（2）迫切需要研究山区高速公路的平均纵坡规定；（3）隧道内最大纵坡的研究。 1.3.2汽车加、减速行程与公路坡长限制1．汽车的加、减速行程根据动力因数D与行车速度V的关系，对不同的道路阻力ψ，汽车的行驶状态有三种：当ψ＜D时,a＞0,加速行驶；当ψ＝D时,a＝0,等速行驶；当ψ＞D时,a＜0,减速行驶。根据定义，每一排档的最大动力因数Dmax对应的速度称为临界速度Vk。根据汽车的动力特性，汽车由V1至V2的加、减速行程可以用公式计算，也可以绘制成加、减速行程图。 2．公路坡长限制坡长限制主要是对陡坡的最大长度和一般纵坡的最小长度加以限制 3．公路坡长限制需进一步研究的问题存在问题：（1）针对分离式断面的坡长限制问题；（2）陡坡之间缓坡的大小和长度需进一步研究；（3）结合我国实际情况，研究爬坡车道的设置。 1.3.3汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标1．汽车的行驶稳定性汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外力（重力、离心力等）作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。汽车行驶的纵向稳定性汽车行驶的横向稳定性汽车行驶的纵横组合向稳定性 公路纵坡控制指标现代汽车前后轮均为制动轮，则条件变为。纵向附着系数值（1）汽车行驶的纵向稳定性汽车行驶的纵向稳定性包括纵向倾覆和纵向滑移。汽车在坡道上行驶时，在发生纵向倾覆前，先发生纵向滑移。为保证汽车行驶的纵向稳定性，公路设计应以满足汽车不产生纵向滑移为条件，这样也就避免了汽车的纵向倾覆现象出现。根据汽车行驶时纵向稳定性的条件，公路设计纵坡必须满足： 公路平曲线控制指标（2）汽车行驶的横向稳定性根据汽车在平曲线上行驶时的受力情况，沿平曲线横向向外可能发生横向倾覆和横向滑移的危险。一般在发生横向倾覆之前先产生横向滑移。为此，在公路设计中应保证汽车不产生横向滑移，同时也就保证了横向倾覆的稳定性。对于横向力系数μ值，我国采用最大值依设计速度不同而异，一般为0.10～0.16之间。横向摩阻系数 汽车行驶在具有一定纵坡的小半径平曲线上时，较直线上增加了一项弯道阻力，对上坡的汽车耗费的功率增加，使行车速度降低，对下坡的汽车有沿纵横组合向的合成坡度方向倾斜、滑移和装载偏重的可能，对汽车的行驶是危险的。为此，对合成坡度的最大值应加以限制，以利于行车的稳定性。公路纵横组合控制指标（3）汽车行驶的纵横组合向稳定性根据受力分析得到的汽车沿纵横组合方向的稳定性条件 需进一步研究和注意的问题：（1）治超问题是目前急待解决的难题；（2）汽车下坡行驶且紧急制动时更易发生纵向滑移或倾覆的事故，这是以后应研究的问题；（3）运行速度的预测方法、评价方法与评价标准等，还需进一步完善；（4）对设计路线如何限速、在何处限速、限速多少的问题需要研究。 1.3.4汽车制动性与公路视距和避险车道汽车的制动性是指汽车行驶中，强制降低车速以至停车，且能维持行驶方向和在下坡时能保持一定速度行驶的能力。 公路视距和避险车道公路视距包括行车视距、会车视距、错车视距及超车视距。停车视距与制动距离直接相关。在长、陡下坡路段右侧适当地点设置避险车道，供速度失控车辆驶入，并强制减速，避免或减少交通事故。 存在问题：（1）隧道内停车视距也会与洞外不同，需要深入研究；（2）平面或纵断面满足视距要求，但立体视距中有可能不满足；（3）因驾驶员视线受到阻挡而存在停车视距不足问题；（4）关于避险车道的设置地点、设置条件、设置长度、设置型式、设置数量等问题，还需要深入研究。 1.4汽车外廓尺寸与公路横断面给汽车行驶提供各种限制，给行车提供安全和行驶条件一般问题：汽车特性－横断面组成标准车、行驶情况－行车道宽路肩、分隔带的作用和尺寸路拱横坡、路基边坡等确定的原则（综合考虑安全、畅通、车速、车流、占地、经济、临时停靠、交通标志、安全设施等）加宽、超高及其分配加宽、超高的过渡满足行驶要求、排水问题。各种过渡的形式 1.4汽车外廓尺寸与公路横断面汽车的行驶特性、外廓尺寸以及行驶于公路上不同类型车辆的组成对公路几何设计起决定作用。公路横断面设计：（1）行车道宽度；（2）路肩宽度；（3）平曲线加宽；（4）视线高度；（5）公路建筑限界。 1.4汽车外廓尺寸与公路横断面存在问题：（1）分离式横断面设置、合理最小路肩宽度以及紧急停车带的设置等问题还需要深入研究；（2）我国中间带的宽度及护栏高度需要结合我国通行车辆和用地使用实际，通过试验研究确定。 平、纵线形配合与线形评价面线形各要素之间的协调和配合纵面线形各要素之间的协调和配合平、纵线形之间的协调与配合单体与整体的关系（安全性、一致性、灵活性）如何对线形进行评价透视图动态三维工程模型运行车速评价等