道路交通_道路平面和纵断面设计

第六章城市道路平面和纵断面线形设计宁波大学建工学院邵黎霞城市道路是一种既有方向变化又有高程变化的带状空间构筑物，其中心线则是一条空间三维曲面。可分解为平面和纵断面两大部分，分别研究后，再考虑其组合起来的空间效果。道路中心线在平面上的投影线称为道路的平面线形。道路的纵断面线形是指道路中心线保持各点高程不变沿里程展开后的立面投影线。道路的平面和纵断面设计都将以机动车辆行驶的安全、快速、经济和舒适为目标，在符合道路网规划整体要求的前提下，尽可能使道路的平、纵面线形标准高一些。6-1城市道路平面线形设计一、道路平面设计的内容与要求道路平面设计位置的确定，涉及交通组织、沿街建筑、地上地下管线布置、各种道路交叉口的形式等诸多因素，因此确定道路位置时，要根据道路网规划的大致走向，以道路中心线为准，结合道路性质、交通要求、交叉口形式，经过现场勘察和详细测量来确定。道路平面线形设计的主要内容：选定合适的圆曲线半径，计算缓和曲线，合理解决曲线与曲线、曲线与直线的衔接，恰当地设置超高、加宽和缓和路段，计算行车视距并排除可能存在的视线障碍。道路设计平面图应标明：道路的中线、规划建筑线、车行道、人行道、广场、沿街建筑出入口、地下管线、检查井、附近停车场的位置等。比例尺一般为1：1000~1：500二、直线一次直线长度不能太短（如在两个邻近的圆曲线之间的直线）一次直线不能太长（车速较高的快速路上，易引起驾驶员的疲劳）当设计车速=60km/h时，直线长度应满足：–同向曲线间的最小直线长度（m）宜大于或等于设计车速（km/h）数值的6倍。–反向曲线间的最小直线长度（m）宜大于或等于设计车速（km/h）数值的2倍。–当设计车速小于60km/h，地形条件困难时，直线长度可不受上述限制，但应满足设置缓和曲线的需要。一次直线的最大长度，还没有统一的认识。小于180秒行程。三、圆曲线半径在平面上转折处的曲线一般用圆曲线。圆曲线有测设简单、曲率固定的特点。（一）圆曲线各要素的几何关系T=Rtgα/2Lc=πRα/180E=R(secα/2-1)T—切线长（m）Lc—圆曲线长（m）E—曲线外矢距（m）α—路线转折角度（二）机动车在曲线上行驶时的受力分析离心力的计算离心力与车速的平方成正比，与曲线半径成反比。作用在车辆上的横向力（三）圆曲线最小半径圆曲线最小半径是指保证机动车以设计车速安全行驶的曲线最小半径。需综合考虑机动车行驶的稳定性、乘客的舒适程度、车辆燃烧消耗和轮胎磨损等方面的因素。1、抗稳定性要求横向附着力y附应大于等于横向力当设有超高时的最大车速：横向力y和牵引力Pa（或制动力），在车轮与路面接触面上构成合力R。合力R不应超过G驱φ。其中φ为纵向附着系数，G驱为机动车驱动轮上的重量。在极限平衡状态时，随着驱动轮牵引力的增加，其横向力将y减小。γ为牵引力系数。一般建议取0.7-0.8φ。则，φ0=0.6-0.7φ路面与轮胎之间的纵向附着系数φ，取决于路面种类、路面表面状态、行车速度等因素。一般认为，当要求保证车速60km/h时，路面纵向附着系数不应小于0.4。2、乘客舒适要求μ为横向力系数，其意义为单位车重的横向力。乘客随着横向力系数μ值的增大，其心理反应如下：（1）当μ0.1时，转弯时乘客感觉不到有曲线存在，且觉得很平稳；（2）当μ=0.15时，转弯时乘客稍感觉到有曲线存在，且仍觉得很平稳；（3）当μ=0.2时，转弯时乘客已感觉到有曲线存在，且稍感觉到不稳定；（4）当μ=0.35时，转弯时乘客感觉到曲线存在，且已感到不甚稳定。（5）当μ0.4时，转弯时车辆行驶得已非常不稳定，乘客站立不住，感到有倾倒的危险。一般多以μ=0.15为最大控制数值。3、运营经济要求为了减少轮胎和燃料的消耗曲线半径也不应太小，以免轮胎在牵引力与横向力共同作用下发生很大的横移偏转角δ。当δ1˚时，相当μ=0.1，燃料额外消耗为10%~12%；当δ=1.8˚时，相当μ=0.16，燃料额外消耗将达到40%，轮胎消耗速度比正常速度加快一倍。因此，为了车辆运输的经济，必须限制横向力，使μ不超过0.10，即选择较大的曲线半径。综合上述三方面，道路圆曲线的最小半径计算公式如下：式中i0为该级道路的最大超高横坡度，且取“+”号。μ值的取值越小，则道路标准越高。为了行驶稳定、乘客舒适和运输经济，可考虑采用μ=0.10，(一般0.067),最大不宜超过0.15。（四）不设超高的圆曲线允许半径城市道路一般不设超高。对于不设超高的圆曲线允许半径，就是保证车辆能够在曲线外侧车道上，按照要求的车速安全行驶的曲线半径。计算公式如下：i0取用道路的横坡度。（五）圆曲线半径的选择一般情况下，道路的圆曲线应采用大于或等于规定的不设超高最小半径值；在地形复杂或山区的城市，如采用不设超高的半径会过分增加工程量或受建筑物等其他条件限制时，可采用设超高推荐半径值；当地形、地物条件特别困难时，方采用设超高最小半径值。四、曲线的超高与加宽（一）超高当曲线受地形、地物限制，选用不设超高的半径十分困难时，为保证车辆能以设计车速行驶，可以在曲线上设置超高。1、超高横坡度2、超高缓和段超高缓和段是由直线段上的双坡横断面过渡到具有完全超高的单坡横断面的路段。超高缓和段的长度按下式计算：超高缓和段不宜过短，否则会发生侧向摆动，行车不十分稳定。一般，超高缓和段的长度最好不小于15~20m。3、超高的构成在需要设置超高的平曲线上，当超高横坡度小于或等于路拱坡度时，当超高横坡度大于路拱坡度时，在缓和长度内，超高的过渡有两种办法：•1），将路面内侧边缘保持在原有高度的位置上，用绕路中线旋转的方法，使外侧路面变成和内侧路面相同的斜坡，最后绕路面内侧边缘旋转，使单向倾斜的横断面坡度达到超高横坡度。•2），将路中线保持在原有高度位置上，绕路中线旋转。（二）加宽机动车辆在曲线上行驶时，为保证车辆不侵占相邻车道，要将行车部分加宽。e为双车道加宽值前述公式未考虑行驶车辆摆动幅度在曲线曲线上的变化，即未考虑车道加宽与行车速度的关系。因此，引用一个经验修正值，即双车道行车部分的宽度B为：b为道路直线段上行车部分的宽度对于多车道路面的加宽值，可按单车道加宽值倍增计算，即：n为车道条数对于铰接式车辆取R’=R，则多车道的总加宽值按双车道加宽值的倍数计算。按照〈城市道路设计规范〉规定，道路圆曲线半径小于或等于250m时，应在圆曲线内侧加宽，每条车道加宽值见表•曲线上路面加宽，一般是利用减小内侧路肩宽度来设置。但减小后的路肩宽度不应小于1m，如不足，则应加宽路基。•在平曲线两端，从直线上的正常宽度逐渐增加到主曲线上的全加宽的距离叫加宽缓和段。其长度应与超高缓和段和缓和曲线相等。•如曲线不设超高和缓和曲线只有加宽，则可采用不小于10m的加宽缓和段长度。在加宽缓和段上，可按加宽渐变率1：15~1：30的直线比例方式逐渐加宽。五、缓和曲线长度（一）汽车行驶轨迹–汽车行驶轨迹是一条连续的圆滑曲线，并且轨迹的曲率、曲率变化率都是连续的。–如果汽车前轮转角为α，汽车前后轴距离为L，则汽车轨迹半径可近似地用r=L/α表示。轨迹曲线的半径由r=∞变到r=R,或者由r=R变到r=∞，是一条缓和的曲线。–缓和曲线可以采用不同形式的曲线，如回旋线（螺旋线）、三次抛物线、双纽线、多心复曲线等（二）回旋线公式–假设驾驶员均匀转动方向盘，匀速前进，即角速度ω和V都是常数。–曲率半径r随S不同而变化。在缓和曲线和圆曲线的衔接点，S=Ls,r=R，所以可以求出C值。（三）缓和曲线的长度•设置缓和曲线的目的是为了驾驶员操纵从容；超高附加坡度不过陡；离心加速度的变化率不致过大，因为变化过快，旅客感觉不舒适。•我国将加速度的平均增长率限制在0.6m/s2以内。•在设有超高的平曲线中，应取超高缓和段长度与缓和曲线长度两者中的大值，作为缓和曲线的计算长度。当车辆进入缓和曲线，按打一次方向盘需3秒钟计，若车速为V（km/h）时，则缓和曲线最小长度为：计算行车速度小于40km/h时，缓和曲线可用直线代替。直线缓和段应与圆曲线相切，另一端与直线相接，相接处予以圆顺。当圆曲线半径较大，所需的缓和曲线长度很小时，可不设缓和曲线。不设缓和曲线的最小圆半径见表。六、平曲线与圆曲线最小长度圆曲线的长度不宜过短，应使驾驶员操纵方向盘不感到困难，使离心加速度变化率不超过0.5~0.6m/s2。从经验看，进出圆曲线打两次方向盘的时间需要6秒钟，则圆曲线最小长度为：满足操纵要求的曲线长度可以满足离心加速度变化率不超过规定值的要求。平曲线由圆曲线及两端缓和曲线组成。七、小偏角的曲线长度当道路中心线转角α小到一定数值时，驾驶员会产生错觉，把曲线看成比实际的小，误以为是急转弯，不必要地降低车速行驶。所以，小偏角要敷设长曲线。八、线段衔接（一）直线与曲线衔接–我国《城市道路设计规范》规定，计算行车速度大于或等于40km/h时，长直线下坡尽头的平曲线半径应大于或等于不设超高的最小半径。在难以实施地段，应采取防护设施。（二）曲线相连–通常转向相同的曲线，称为同向曲线；转向相反的，称为反向曲线；前后两曲线直接相连的，称为复曲线。为了行车平顺、安全、舒适，当计算行车速度V=60km/h时，两曲线之间要设直线段，直线段长度宜满足下列要求：–同向曲线间的最小直线长度(m)宜大于或等于计算行车速度(km/h)数值的六倍。–反向曲线间的最小直线长度宜大于或等于计算行车速度数值的二倍。当V60km/h时，地形条件困难时，直线段长度应满足缓和曲线最小长度的要求。当V=40km/h时，两曲线间应设置缓和曲线，受地形限制并符合下述条件之一者，可采用复曲线：–小圆半径大于或等于不设缓和曲线的最小圆曲线半径；–大圆半径R2，小圆半径R1，则复曲线两圆半径应满足R2/R1=1.5的要求。当V=40km/h时，且两圆半径都大于不设超高最小半径，可不设缓和曲线而构成复曲线。九、行车视距机动车辆行驶时，驾驶人员必须能望见道路上相当的距离，以便有充分的时间或距离，采取适当的措施，防止交通事故，这一保证交通安全的最短距离称为行车视距。行车视距的大小与机动车制动效率，行车速度和驾驶人员克服障碍所采取的措施有关。行车视距一般分停车视距、会车视距、错车视距和超车视距等。（一）停车视距机动车辆在行进过程中，突然遇到前方道路上有行人或坑洞等障碍物，不能绕越且需要及时在障碍物前停车时，此项保证安全的最短距离，称为停车视距。停车视距S1由反应距离l1，制动距离ST，保险距离l0三部分组成。反应距离l1：制动距离ST：保险距离l0：一般取l0=5~10m•V—设计车速（km/h）；•t—驾驶人员反应时间，与其驾驶技术有关，一般为1-1.8s,•φ—路面纵向附着系数，取值按路面处于一般潮湿考虑；•i—道路纵坡。上坡为“”号，下坡为“-”号，计算时可按平坡i=0考虑。（二）会车视距当两辆机动车彼此在一条车行道上正好对面相驶，发现时来不及或无法错车，只能双方采取制动，使车辆在未相撞之前完全刹住，以防止事故的发生。此项在双方离路面1.2m高驾驶人员视点之间，保证安全的最短距离，称为会车视距。会车视距由S2三部分组成：双方车辆的反应距离2l1，双方车辆的制动距离2ST，保险距离l0•设以V1和V2表示两机动车辆的速度，且分别在i1和i2的坡道上行驶，则会车视距的计算公式如下：•一般根据实践经验，多采取会车视距等于停车视距的两倍，即S2=2S1•城市道路平面、纵断面上的停车视距应大于或等于表内的规定值。寒冷积雪地区应另行计算。（三）视距保证在平面上视距受到限制的地方，多为曲线路段或交叉口处，当曲线位于隐蔽地区或路堑中，曲线内侧的建筑物、树木、路堑边坡或其他障碍物可能会遮挡司机的视线，影响行车安全，因此需要将视距区内的障碍物清除。最短视距S1，横向净距a最大横净距a的计算•1、不设缓和曲线•（1）停车视距S1小于圆曲线长度Lc的情况•1、不设缓和曲线•（2）