第二章 道路勘測平面設(shè)計

1、第二章第二章 平面設(shè)計平面設(shè)計汽車行駛軌跡特性與道路平面線形要素汽車行駛軌跡特性與道路平面線形要素 。 直線的特點和運用、最大長度和最小長度。直線的特點和運用、最大長度和最小長度。圓曲線的特點、半徑大小及其長度圓曲線的特點、半徑大小及其長度 。緩和曲線的性質(zhì)、形式及最小長度和參數(shù)緩和曲線的性質(zhì)、形式及最小長度和參數(shù) 。平面線形設(shè)計原則和線形要素組合類型平面線形設(shè)計原則和線形要素組合類型 。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述一、路線的相關(guān)概念一、路線的相關(guān)概念 道路道路：一條三維空間的實體，是由路基、路面、橋：一條三維空間的實體，是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道等組成的空間帶狀構(gòu)造物。梁、涵洞、隧道等組成

2、的空間帶狀構(gòu)造物。 路線路線：道路中線的空間位置。：道路中線的空間位置。 線形線形：道路中心線的立體形狀。：道路中心線的立體形狀。 路線平面路線平面：路線在水平面上的投影。：路線在水平面上的投影。 路線縱斷面路線縱斷面：沿道路中線豎直剖切再行展開的斷面：沿道路中線豎直剖切再行展開的斷面（展開是指展開平面、縱坡不變）。（展開是指展開平面、縱坡不變）。 路線橫斷面路線橫斷面：道路中線上任一點的法向切面。：道路中線上任一點的法向切面。 路線設(shè)計路線設(shè)計：確定路線空間位置和各部分的幾何尺寸。：確定路線空間位置和各部分的幾何尺寸。 路線設(shè)計路線設(shè)計：確定路線空間位置和各部分的幾何尺寸。：確定路線空間位置

3、和各部分的幾何尺寸。n 路線平面設(shè)計路線平面設(shè)計：在路線平面圖上研究道路的基本：在路線平面圖上研究道路的基本走向及線形的過程。走向及線形的過程。n 路線縱斷面設(shè)計路線縱斷面設(shè)計：在路線縱斷面圖上研究道路縱：在路線縱斷面圖上研究道路縱坡及坡長的過程。坡及坡長的過程。n 路線橫斷面設(shè)計路線橫斷面設(shè)計：在路線橫斷面圖上研究路基斷：在路線橫斷面圖上研究路基斷面形狀的過程。面形狀的過程。 二、汽車行駛軌跡與道路平面線形二、汽車行駛軌跡與道路平面線形（一）汽車行駛軌跡（一）汽車行駛軌跡 行駛中的汽車其重心軌跡的幾何特征：行駛中的汽車其重心軌跡的幾何特征： 軌跡是連續(xù)的、圓滑的，任一點不出現(xiàn)錯頭和軌跡是連續(xù)

4、的、圓滑的，任一點不出現(xiàn)錯頭和破折。破折。曲率是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率值。曲率是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率值。曲率變化是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率值。曲率變化是連續(xù)的，任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率值。（二）平面線形要素（二）平面線形要素行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸之間有三種關(guān)系：行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸之間有三種關(guān)系： 1 1角度為零：角度為零： 2 2角度為常數(shù)：角度為常數(shù)： 3 3角度為變數(shù)：角度為變數(shù)：與上述三種狀態(tài)對應(yīng)的汽車行駛軌跡線為：與上述三種狀態(tài)對應(yīng)的汽車行駛軌跡線為： 1.1.曲率為曲率為00直線直線 2.2.曲率為常數(shù)曲率為常數(shù)圓曲線圓曲線 3.3.曲率為變

5、數(shù)曲率為變數(shù)緩和曲線緩和曲線所以，直線、圓曲線和緩和曲線，所以，直線、圓曲線和緩和曲線， 稱為稱為“平面線形三要素平面線形三要素”第二節(jié)第二節(jié) 直線直線一、直線的特點一、直線的特點 優(yōu)點優(yōu)點u兩點之間距離最短。兩點之間距離最短。u具有短捷、直達(dá)的印象。具有短捷、直達(dá)的印象。u行駛受力簡單，方向明確，駕駛操作簡易。行駛受力簡單，方向明確，駕駛操作簡易。u測設(shè)簡單方便（用簡單的就可以精確量測設(shè)簡單方便（用簡單的就可以精確量 距、放樣等）。距、放樣等）。u在直線上設(shè)構(gòu)造物更具經(jīng)濟性。在直線上設(shè)構(gòu)造物更具經(jīng)濟性。 第二節(jié)第二節(jié) 直線直線一、直線的特點一、直線的特點 缺點缺點u直線單一無變化，與地形及線

6、形自身難以協(xié)直線單一無變化，與地形及線形自身難以協(xié) 調(diào)。調(diào)。u過長的直線在交通量不大且景觀缺乏變化時，過長的直線在交通量不大且景觀缺乏變化時， 易使駕駛?cè)藛T感到單調(diào)、疲倦。易使駕駛?cè)藛T感到單調(diào)、疲倦。 u在直線縱坡路段，易錯誤估計車間距離、行車在直線縱坡路段，易錯誤估計車間距離、行車 速度及上坡坡度。速度及上坡坡度。u易對長直線估計得過短或產(chǎn)生急躁情緒，超速易對長直線估計得過短或產(chǎn)生急躁情緒，超速 行駛。行駛。第二節(jié)第二節(jié) 直線直線二、直線的運用二、直線的運用 采用直線線形時必須采用直線線形時必須注意線形與地形注意線形與地形的關(guān)系，應(yīng)使用直線的的關(guān)系，應(yīng)使用直線的路段：路段：u路線完全不受地形

7、、地物限制的平坦地區(qū)或山間的寬闊河谷路線完全不受地形、地物限制的平坦地區(qū)或山間的寬闊河谷 地帶；地帶； u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)；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)； u長大橋梁、隧道等構(gòu)造物路段；長大橋梁、隧道等構(gòu)造物路段； u路線交叉點及其附近；路線交叉點及其附近； u雙車道公路提供超車的路段。雙車道公路提供超車的路段。三、直線的最大長度和最小長度三、直線的最大長度和最小長度1直線的最大長度直線的最大長度 我國我國標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)和和規(guī)范規(guī)范對直線的最大長度沒有具體的規(guī)定，對直線的最大長度沒有具體的規(guī)定，但原則規(guī)定直線的最大長度應(yīng)有所限制，盡量避免長直線。但原則

8、規(guī)定直線的最大長度應(yīng)有所限制，盡量避免長直線。 最大長度主要應(yīng)根據(jù)駕駛員的視覺反應(yīng)及心理上的承受能最大長度主要應(yīng)根據(jù)駕駛員的視覺反應(yīng)及心理上的承受能力來確定。力來確定。 一般認(rèn)為：直線的最大長度在城鎮(zhèn)附近或其他景色有變化一般認(rèn)為：直線的最大長度在城鎮(zhèn)附近或其他景色有變化的地點大于的地點大于20V20V是可以接受的；在景色單調(diào)的地點最好控制在是可以接受的；在景色單調(diào)的地點最好控制在20V20V以內(nèi)；而在特殊的地理條件下應(yīng)特殊處理。以內(nèi)；而在特殊的地理條件下應(yīng)特殊處理。三、直線的最大長度和最小長度三、直線的最大長度和最小長度2 2直線的最小長度直線的最小長度 相鄰兩曲線之間應(yīng)有一定長度的直線，這個

9、直相鄰兩曲線之間應(yīng)有一定長度的直線，這個直線是指前一曲線的線是指前一曲線的終點（終點（HZHZ或或YZYZ）到后一曲線的到后一曲線的起起點（點（ZHZH或或ZYZY）之間的長度。之間的長度。 （1 1）同向曲線間的直線最小長度）同向曲線間的直線最小長度 同向曲線同向曲線：是指兩個轉(zhuǎn)向相同的相鄰曲線之間：是指兩個轉(zhuǎn)向相同的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面線形。連以直線而形成的平面線形。 斷背曲線斷背曲線：同向曲線間連以短的直線。：同向曲線間連以短的直線。 規(guī)范規(guī)范： 60km/h,同向曲線間的最短直線長度同向曲線間的最短直線長度以不小于設(shè)計速度的以不小于設(shè)計速度的6倍為宜（倍為宜（6V）。當(dāng)?shù)匦?/p>

10、條件及）。當(dāng)?shù)匦螚l件及其他特殊情況受限制時，其他特殊情況受限制時， 3V（2 2）反向曲線間的直線最小長度）反向曲線間的直線最小長度反向曲線反向曲線：兩個轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直線所：兩個轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直線所形成的平面線形。形成的平面線形。為滿足超高和加寬的過渡等，為滿足超高和加寬的過渡等，規(guī)范規(guī)范規(guī)定：反向曲規(guī)定：反向曲線間最小直線長度（以線間最小直線長度（以m m計）以不小于設(shè)計速度（計）以不小于設(shè)計速度（kmkmh h）的）的2 2倍為宜（倍為宜（2V2V）。）。 3 3回頭曲線間的直線最小長度回頭曲線間的直線最小長度 回頭曲線是一種半徑小、轉(zhuǎn)彎急、線形標(biāo)準(zhǔn)低、回頭曲線是

11、一種半徑小、轉(zhuǎn)彎急、線形標(biāo)準(zhǔn)低、圓心角接近于或大于等于圓心角接近于或大于等于180180度的曲線形式。度的曲線形式。 相鄰兩回頭曲線之間，應(yīng)爭取有較長的距離。相鄰兩回頭曲線之間，應(yīng)爭取有較長的距離。設(shè)計速度為設(shè)計速度為40km/h40km/h、30km/h30km/h、20km/h20km/h時，分別應(yīng)時，分別應(yīng)不小于不小于200m200m、150m150m、100m100m。 第三節(jié)第三節(jié) 圓曲線圓曲線 一、圓曲線的特點一、圓曲線的特點 各級公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)各級公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)置圓曲線。置圓曲線。 圓曲線作為公路平面線形具有以下主要特圓曲線作為公路平面線形具有

12、以下主要特點：點：u曲率曲率1/R=常數(shù)，測設(shè)和計算簡單；常數(shù)，測設(shè)和計算簡單；u比直線更能適應(yīng)地形的變化；比直線更能適應(yīng)地形的變化；u在圓曲線上行駛要受到離心力的作用；在圓曲線上行駛要受到離心力的作用；u要比在直線上行駛多占用道路寬度；要比在直線上行駛多占用道路寬度；u在小半徑的圓曲線內(nèi)側(cè)行駛時，視距條件較差。在小半徑的圓曲線內(nèi)側(cè)行駛時，視距條件較差。 圓曲線的幾何元素圓曲線的幾何元素L2TD1)2R(secER180L2RtgTn曲線主點里程樁號計算：曲線主點里程樁號計算：n計算基點為交點里程樁號，記計算基點為交點里程樁號，記為為JDJD，nJD-T=ZYJD-T=ZYnZY+L=YZZY

13、+L=YZnYZ-L/2=QZYZ-L/2=QZnQZ+D/2=JDQZ+D/2=JD 二汽車行駛時的橫向穩(wěn)定性二汽車行駛時的橫向穩(wěn)定性 1.1.汽車在彎道上行駛所受的離心力汽車在彎道上行駛所受的離心力假定：假定：汽車在圓曲線汽車在圓曲線上作勻速圓運動。上作勻速圓運動。離心力離心力：汽車在彎道：汽車在彎道上，由于慣性產(chǎn)生離心上，由于慣性產(chǎn)生離心力。力。作用點：作用點：汽車重心汽車重心 方向：方向：水平背離圓心水平背離圓心大?。捍笮。?gRGvF2離心力的影響：離心力的影響：對汽車對汽車在平曲線上行駛的穩(wěn)定在平曲線上行駛的穩(wěn)定性影響很大，可能產(chǎn)生性影響很大，可能產(chǎn)生橫向滑移或橫向傾覆。橫向滑移或

14、橫向傾覆。超高：超高：為了減少離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲為了減少離心力的作用，保證汽車在平曲線上穩(wěn)定行駛，必須使平曲 線上的路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫披的形式，稱為橫向超高。線上的路面做成外側(cè)高、內(nèi)側(cè)低呈單向橫披的形式，稱為橫向超高。2.2.曲線上汽車的受力分析曲線上汽車的受力分析 將離心力將離心力F和車重分解為平行于路面的橫向力和垂直于路面和車重分解為平行于路面的橫向力和垂直于路面的豎向力，即：的豎向力，即： 橫向力：橫向力： XFcosGSin 豎向力：豎向力： YFSinGcos 很小，可以認(rèn)為很小，可以認(rèn)為sintg ，cos1 ， 稱為橫向超高稱為橫向超

15、高坡度坡度hihih2h2higRvGGigRGvGiFX 引入橫向力系數(shù)引入橫向力系數(shù)，作為衡量穩(wěn)定性程度的指標(biāo)，其意義，作為衡量穩(wěn)定性程度的指標(biāo)，其意義為為單位車重的橫向力單位車重的橫向力，即，即higRvGX2 用用V V（km/hkm/h）表達(dá)上述公式，則：）表達(dá)上述公式，則：hiRV12723.3.橫向傾覆條件分析橫向傾覆條件分析 橫向傾覆橫向傾覆：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生繞外側(cè)車輪觸：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。地點向外傾覆的危險。 穩(wěn)定條件：穩(wěn)定條件：傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩。即傾覆力矩小于或等于穩(wěn)定力矩。即 2)(2bGFibYXhhg

16、hFi比比G G小得多，可略去不計，則小得多，可略去不計，則 ghbGX2hiRV1272hgihbVR21272 利用此式可計算汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向利用此式可計算汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向傾覆的最小平曲線半徑或最大允許行駛速度。傾覆的最小平曲線半徑或最大允許行駛速度。h hg gb b 橫向滑移：橫向滑移：汽車在橫向力的作用下，可能產(chǎn)生沿橫向力方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。向的側(cè)向滑移。 穩(wěn)定條件：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橫向力小于或等于輪胎與路面之間的橫向附著力。即：力。即： 利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生

17、橫利用此式可計算出汽車在平曲線上行駛時，不產(chǎn)生橫向滑移的最小平曲線半徑向滑移的最小平曲線半徑R R或最大允許行駛速度或最大允許行駛速度V V。4.4.橫向滑移條件分析橫向滑移條件分析hhGYXhGX h橫向附著系數(shù)橫向附著系數(shù) hhiVR1272 汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系汽車在平曲線上行駛時的橫向穩(wěn)定性主要取決于橫向力系數(shù)值的大小。數(shù)值的大小。 現(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般現(xiàn)代汽車在設(shè)計制造時重心較低，一般 汽車在平曲線上行駛時，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫汽車在平曲線上行駛時，在發(fā)生橫向傾覆之前先產(chǎn)生橫向滑移現(xiàn)象。在道路設(shè)計中應(yīng)保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同向滑移現(xiàn)

18、象。在道路設(shè)計中應(yīng)保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移，同時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。時也就保證了橫向傾覆的穩(wěn)定性。 5.5.橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性的保證 ghb212ghb5 . 0hhghb2三、圓曲線半徑及圓曲線長度三、圓曲線半徑及圓曲線長度 在曲線上行駛穩(wěn)定性受離心力作用影響，而離心力的大在曲線上行駛穩(wěn)定性受離心力作用影響，而離心力的大小又與曲線半徑密切相關(guān)，半徑愈小愈不利。小又與曲線半徑密切相關(guān)，半徑愈小愈不利。 （一）公式與因素（一）公式與因素)(1272hiVR 在指定車速在指定車速V V下，極限最小半徑?jīng)Q定于容許的最大橫向力下，極限最小半徑?jīng)Q定于容許的最大橫向力系數(shù)和該曲線的最大超高。

19、系數(shù)和該曲線的最大超高。 1 1關(guān)于橫向力系數(shù)關(guān)于橫向力系數(shù) （1 1）危及行車安全）危及行車安全 為保證汽車用普通輪胎在最不利路面狀況下能不產(chǎn)生橫為保證汽車用普通輪胎在最不利路面狀況下能不產(chǎn)生橫向滑移，向滑移， 應(yīng)小于應(yīng)小于0.20.2。 h （2 2）增加駕駛操縱的困難）增加駕駛操縱的困難 要求要求0.30.3。 （3 3）增加燃料消耗和輪胎磨損）增加燃料消耗和輪胎磨損 的存在使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。橫向力系的存在使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。橫向力系數(shù)數(shù) 為為0.20.2時，其燃料消耗時，其燃料消耗 與輪胎磨損與輪胎磨損 分別比分別比0 0時時多多2020和近和近3 3倍。見倍

20、。見P25P25。 （4 4）行旅不舒適）行旅不舒適 當(dāng)當(dāng)超過一定數(shù)值時，駕駛者在曲線行駛中駕駛緊張，乘超過一定數(shù)值時，駕駛者在曲線行駛中駕駛緊張，乘客感到不舒適?？透械讲皇孢m。 0.10.10.150.15間，舒適性可以接受。間，舒適性可以接受。 綜上所述對行車的安全、經(jīng)濟與舒適方面的要求，最大綜上所述對行車的安全、經(jīng)濟與舒適方面的要求，最大橫向力系數(shù)采用：橫向力系數(shù)采用：設(shè)計速度設(shè)計速度12012010010080806060404030302020橫向力系數(shù)橫向力系數(shù)0.10.10.120.120.130.130.150.150.150.150.160.160.170.17 2 2關(guān)于最

21、大超高關(guān)于最大超高 （1 1）要考慮車輛組合。）要考慮車輛組合。 在混合交通的道路上，要同時顧及快、慢車，快車超高在混合交通的道路上，要同時顧及快、慢車，快車超高宜大，慢車超高宜小。宜大，慢車超高宜小。 （2 2）要考慮氣候因素）要考慮氣候因素 慢車及停在彎道上的車輛在不利季節(jié)情況要能避免沿路慢車及停在彎道上的車輛在不利季節(jié)情況要能避免沿路面最大合成坡度下滑。面最大合成坡度下滑。 （一年中氣候惡劣季節(jié)路面（一年中氣候惡劣季節(jié)路面的橫向摩阻系數(shù)，在光滑的冰面上可降到的橫向摩阻系數(shù)，在光滑的冰面上可降到0.06 0.06 ） （3 3）要考慮駕駛者和乘客以心理上的安全感。）要考慮駕駛者和乘客以心理

22、上的安全感。 對重山區(qū)、城市附近、交叉口以及有相當(dāng)數(shù)量非機動車對重山區(qū)、城市附近、交叉口以及有相當(dāng)數(shù)量非機動車行駛的道路，最大超高還要比一般道路小些。行駛的道路，最大超高還要比一般道路小些。 whi(max)（二）最小半徑的計算（二）最小半徑的計算 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同橫向摩阻系數(shù)值，對于不同等級的公根據(jù)不同橫向摩阻系數(shù)值，對于不同等級的公路規(guī)定了路規(guī)定了極限最小半徑、一般最小半徑和不設(shè)超高的最小半極限最小半徑、一般最小半徑和不設(shè)超高的最小半徑三個最小半徑徑三個最小半徑。 1 1極限最小半徑極限最小半徑 定義：定義：指各級公路在采用允許最大超高和允許最大橫向指各級公路在采用允許最大超高和允許最大橫

23、向摩阻系數(shù)情況下，能保證汽車安全行駛的最小半徑。摩阻系數(shù)情況下，能保證汽車安全行駛的最小半徑。 強調(diào)說明：強調(diào)說明：極限最小半徑是路線設(shè)計中的極限值，是在極限最小半徑是路線設(shè)計中的極限值，是在特殊困難條件下不得已才使用的，一般不輕易采用。特殊困難條件下不得已才使用的，一般不輕易采用。 2 2一般最小半徑一般最小半徑定義：定義：指各級公路在采用允許最大超高和適中的橫向摩阻系指各級公路在采用允許最大超高和適中的橫向摩阻系數(shù)情況下，能保證汽車安全、舒適行駛的最小半徑。數(shù)情況下，能保證汽車安全、舒適行駛的最小半徑。 適用：適用：一般最小半徑是在通常情況下推薦采用的最小半徑。一般最小半徑是在通常情況下推

24、薦采用的最小半徑。 一方面考慮了汽車在這種曲線上以設(shè)計速度或以接近設(shè)計速一方面考慮了汽車在這種曲線上以設(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；另一方面考慮到在地形比度行駛時，旅客有充分的舒適感；另一方面考慮到在地形比較復(fù)雜的情況下不會過多增加工程量。較復(fù)雜的情況下不會過多增加工程量。 圓曲線半徑較大時，離心力就很小，可以不設(shè)置超高，圓曲線半徑較大時，離心力就很小，可以不設(shè)置超高，而允許設(shè)置與直線段相同的雙向橫坡的路拱形式。而允許設(shè)置與直線段相同的雙向橫坡的路拱形式。 離心力離心力 F=mv2/R 為行車舒適，必須把橫向力系數(shù)控制到最小值。為行車舒適，必須把橫向力系數(shù)控制到最小值。3 3不設(shè)超高的最小半徑不設(shè)