第六章 城市道路的平面与纵断面

第六章城市道路的平面与纵断面设计§6-1设计车速§6-2道路平面设计§6-3道路纵断面设计上一页下一页退出§6-1设计车速道路设计车速，也称计算行车速度，是指道路几何设计所依据的车速。设计车速的大小对道路弯道半径、弯道超高、行车视距等线形要素的取值及设计起着决定作用。表6-1城市道路设计车速道路类别快速路主干路次干路支路道路级别——ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ设计车速km/h80，6060，5050，4040，3050，4040，3030，2040，3030，2020注：条件许可时，宜采用大值返回上一页下一页退出§6-2道路平面设计一、平面设计原则及主要内容（一）平面设计的原则1．道路平面位置应按城市总体规划道路网布设，即平面设计应遵循城市道路网规划。2．道路平面线形设计应与地形、地质、水文等结合起来，并应符合各类各级道路的技术指标。3．道路平面设计应处理好直线与平曲线的衔接，合理地设置缓和曲线、超高、加宽等，合理地确定行车视距并予以适当的保证措施。4．应根据道路类别、等级，合理地设置交叉口、沿线建筑物出入口、停车场出入口、分隔带断口、公共交通停靠站位置等。5．平面线形标准需分期实施时，应满足近期使用要求，兼顾远期发展，使远期工尽可以减少对前期工程的废弃。返回上一页下一页退出（二）平面设计的主要内容1．平面线形设计，包括直线、圆曲线、缓和曲线各自的设计及其组合设计，同时要考虑行车视距问题。2．弯道部分的特别设计，如弯道加宽、弯道超高等。3．沿线桥梁、隧道、道口、平面交叉口、广场和停车场等的平面布设，还有分隔带以及其断口的平面布置、路侧带缘石断口的平面布置。4．道路照明及道路绿化的平面布置。二、平面线形设计平面线形是指道路中心线在平面上的投影线形，一般由直线和平面曲线（简称平曲线）组成。（一）直线直线在城市道路平面线形中用得最多，也最简单。直线设计应注意两个问题：一个是一次直线长度不能太短，如在两个邻近的的圆曲线之间的直线，就存在这样的问题；另一个是一次直线不能太长，这主要是指车速较高的快速路上，因为长直线容易引起驾驶员的疲劳。返回上一页下一页退出当设计车速V≥60km/h时，直线长度宜满足下列要求：1．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；2．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。关于一次直线最大长度还没有统一的认识，国外有资料表明，直线最大长度以小于180秒（即3分钟）行程为限比较理想。另外，在长直线段还应通过变化周围环境，设置纵坡和竖曲线等措施来改善行车视觉效果，使驾驶人员不致很快疲劳。（二）圆曲线主要内容是合理确定曲线半径和曲线长度。1．圆曲线上车辆的受力特性RgGF2返回上一页下一页退出式中：F——离力力（N）；G——汽车的重量（N）；v——汽车行驶速度（m/s）；R——圆曲线半径（m）；g——重力加速度（≈9.81m/s2）将离心力与汽车重力分解为平行于路面的横向力（X）和垂直于路面的竖向力（Y），得：是路面的超高横坡度，于是aGaFYaGaFXcossinsincosyi)(22yyyigRGGiRgGGiFX返回上一页下一页退出yigR2将车速化为V(km/h)：yiRV1272式中：V——车辆行驶速度（km/h）；R——道路圆曲线半径（m）；——弯道超高横坡度。yi值愈大，汽车在圆曲线路上的稳定性愈差，反之，稳定性愈好。2．圆曲线半径的确定为保证汽车在弯道上行车的安全和舒适，在确定圆曲线半径时，必须控制横力系数的大小，同时适当设置圆曲线超高。圆曲线最小半径的计算式可由公式（5-2）变换得来：yi返回上一页下一页退出)(1272yiVR当的朝向背向圆心方向时为负值。yi1）值的确定0在干燥状态的路面上，=0.4～0.8，潮湿的沥青类路面上高速行驶时，=0.25～0.40，路面积积雪结冰时，降至0.2以下。OO2）值的确定yi0yi《城市道路设计规范》规定的最大超高横坡度为2%～6%，详见表5-4。返回上一页下一页退出3）圆曲线最小半径的计算弯道上道路横断面的形式有两种：1.是设超高，超高倾向圆曲线圆心，这时，车行道顶面为单向坡面；2.是与直线路段一样，做成路拱状双向坡面。3．圆曲线长度的确定对于直线与圆曲线直接切向连接的平面线形来说，圆曲线起着改变行车方向，缓和折线突变的作用，因此其长度不得太短。参照国外和国内的经验，圆曲线最小长度为车辆在设计车速状态下的3S行程。（三）缓和曲线设计的缓和曲线必须是：（1）有足够的长度；（2）有合理的曲线形式。1．缓和曲线的长度确定缓和曲线的长度一般从以下几方面去考虑：返回上一页下一页退出1）曲率逐渐变化，乘客感觉舒适tRas/2由于，，故：由上述公式，可以推出缓和曲线的长度公式之一：sLt6.3VssssRLVRLVRLa333302143.06.3RaVLss302143.0我国城市道路设计时，仍采用0.6，代入公式（5-8）有：sa)(0357.06.002143.033mRVRVLs返回上一页下一页退出2）行车时间不宜太短3）超高的过渡宜平稳关于缓和曲线长度的确定，理论上应该兼顾上述三方面因素的要求。城市道路缓和曲线最小长度的计算详见表5-6。2．缓和曲线的形式1）缓和曲线的一般方程)(6.3mtVLsAkrA——前轮转角，以弧度计；A——汽车前后轴的距离(m)；r——汽车重心轨迹的曲率半径(m)；k——汽车重心轨迹的曲率，（1/m）。rk1返回上一页下一页退出sincosdsdydsdxdrds2）回旋线的直角坐标方式回旋线为曲率半径随曲线长度增加而减小的曲线，其直角坐标表达式推导过程如下（图5-3）：由图可知，回旋线微分参数方程为：将式代入得：即crsdrdsdscdscdsds…3）回旋线参数c的确定回旋线是缓和曲线的常用形式。所有的回旋线在几何上都是相似的，参数c可以认为是回旋线长度的放大倍率，当R一定时，c愈大，则曲线愈长，弯曲度愈缓。C值的大小，直接关系到回旋线的实用效果，因此，应根据下述几个方面因素综合考虑最后加以确定。返回上一页下一页退出1.应考虑曲线上离心加速度的变化率；2.需考虑缓和曲线的视觉交果；3.不设缓和曲线的圆曲线半径。（四）行车视距所谓行车视距是指从驾驶员视线高度（1.1~1.2m），能见到汽车前方车道上高度为10cm的物体顶点的距离内，沿行车道中心线量得的长度，计算位常用米（m）。1.停车视距S停汽车在道路上行驶时，司机从发现前方障碍物，紧急制动到与障碍物保持一定安全间距，整个过程所需要的最短行车距离停车视距S停。停车视距大致可分为三个部分参见图（5-5）图5-5停车视距S停=S1+S2+（m）S返回上一页下一页退出SisVVS)(25432停2．会车视距当车辆汽车在同一条行车道上相对行驶，发现时来不及或无法错车，只能双方采取制动措施，使车辆在未相撞之前安全停车的最短距离称为会车视距。会车视距也由三部分组成（图5-6）：（1）双方司机反应时间所行驶的距离；（2）双方汽车的制动滑行距离；（3）安全距离。图5-6会车距离返回上一页下一页退出3．超车视距全超车视距=最小坡车视距=4321SSSS43232SSS图5-7超车视距（1）加速行驶距离21101216.3attVS1S返回上一页下一页退出（2）超车汽车在对向车道上行驶的距离：（m）（3）超车完成时，超车汽车对向汽车之间的距离S3S3=15～60（m）（4）超车汽车从开始加速到超车完成，对向汽车的行驶距离S4S4可以近似取2/3S2，因为超汽车在对向车道上加速追上被超汽车后，一旦发现对向有来车且距离不足以实现超车时，可以减速退回原来的车道上。4．视距的保证道路上视距可能不足的情况有两类：一是平面曲线路段，即弯道内侧由于路侧的树木、建筑物、路暂边坡等的遮挡而引起的；二是纵向上坡接下坡的上坡路段或有立交桥（隧道）的路段上因视线受阻而产生的。2S226.3tVS返回上一页下一页退出图5-8弯道平面视距离障碍的清除（1）最大横净距的计算（2）视距包络线或视距曲线的绘制1.将弯道平面图以1：500～1：200的比例尺展绘在图纸上，标出内侧车道的中心线如图5-9中的虚线。2.从直线路段开始，在虚线上隔适当的距离，量一个视距S，并标上首尾点，如图5-9的1～1，2～2，3～3，……，10～10。间隔的距离视曲线半径大小和曲线长而定，通常能将半个曲线分10等分也就行了。3.将上面标准的视距长度线的首尾点连以直线（表示司机的视线）。4.作直线族的内切包络线，该线即为视距曲线。返回上一页下一页退出（五）平曲线的计算城市道路上的平曲线主要是单圆曲线和带缓和曲线的圆曲线两种。下面就分别介绍这两种曲线的计算问题。1．单圆曲线（1）曲线要素计算（已知曲线半径R和曲线转角a）圆曲线长180aRL切线长外距超距)(2maRtgT))(12(secmaRE)(2mLTD返回上一页下一页退出（六）平曲线最小长度平曲线包括圆曲线和缓和曲线。1．平曲线最小长度2．圆曲线最小长度对于不设缓和曲线的圆曲线，其最小长度也不宜太短，根据国内外资料表明，宜保证3s行程，否则驾驶操作不便，乘客感觉极不舒适。规范值是探险3s行程来确定，详见表5-9。3．小转角平曲线小最长度道路设计时，在地形条件许可的情况下，路线的转角争取用得小一些，以便达到路线顺直的目的，但转角太小也有问题。各国基本上认为转角小于7°时，容易引起驾驶员的错觉，把曲线长度误认为又红又比实际的短，这对于车辆行驶安全显然是不利的，而且这种现象转角越小越明显。所以，转角越小越要插入长一些的曲线，使其产生道路在顺适转变的感觉。小转角曲线的最小长度与转角a成反比，规范值详见表5-10。当路线转角＜2°时，采用2°计算其长度，以避免曲线过长而产生负面效果。返回上一页下一页退出三、弯道特殊设计设计（一）弯道超高设计1．超高缓和段的长度2.超高缓和段纵向过渡形式返回上一页下一页退出（二）弯道加宽设计1．双车道路面加宽值的计算汽车在弯道上行驶时，其车体（车厢）实际上与道路轴线成一定夹角，故所占道路宽比直线路段为宽。因此，弯道上路面必须加宽以适应这种要求。加宽值的大小与车型、弯道半径有关。2．多车道路面加宽值的计算3．铰接式车辆在弯道上的加宽计算4．弯道加宽过渡段形式加宽部分通常是放在圆曲线路段的内侧，直线路段是不加宽的，其间必须设置一加宽过渡段（也称加宽缓和段）。加宽缓和段长度应采用与缓和曲线或超高缓和段长度相同值。加宽缓和段的形式有直接型和曲线型两大类。对于一般的城市道路，其加宽缓和段多采用直接线型，而对于城市快速路或大型立交桥上则采用曲线型。（2）曲线型直线型加宽缓和段总的问题是，路面内侧边缘线不够圆顺。为了解决这个问题，便提出了曲线型加宽和段。返回上一页下一页退出四、平面定线（一）纸上定线1．注意贯彻执行有关的方针政策2．掌握好各项技术标准3．正确选定平面控制点4．合理布设直线和曲线5．综合考虑其它因素（1）参照交通量调查资料，布设路线时让尽可能多的客货流量走最短的路线；（2）在选择路线方位时，适当考虑风向和日照的影响；（3）为道路绿化、市政杆线、管道的布设提供有利条件；（4）为城市或道路所在区将来的发展留有余地。（二）实地实线（实地放线）实地定线操作方法通常有两种，即图解法和解析法（坐标法）。返回上一页下一页退出1．图解法所谓图解法即是根据纸上定线已确定的设计路线与其附近地物的相对关系，在实地先找到地物参照点，然后据此放线的定线方法。其工作步骤如下：（1）定直线。（2）定交点。（3）量测各交点间的距离。（4）检核控制点和控制路线。（5）测设曲线。（6）编制里程桩号。（7）进行路线固定。2．解析法（坐标法）解析法的具