道路勘测设计--道路平面设计

n路线平面设计：在路线平面图上研究道路的基本走向及线形的过程。n路线纵断面设计：在路线纵断面图上研究道路纵坡及坡长的过程。n路线横断面设计：在路线横断面图上研究路基断面形状的过程。n路线设计：指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。二、平面线形设计的基本要求n行驶中汽车的轨迹的几何特征：n（1）轨迹连续。这个轨迹是连续的和圆滑的，即在任何一点上下出现错头和破折；（一）汽车行驶轨迹n（2）曲率连续。其曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。n（3）曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。•（二）平面线形要素n行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的关系：n1．角度为零：n2．角度为常数：n3．角度为变数：n汽车行驶轨迹线曲率为0——直线曲率为常数——圆曲线曲率为变数——缓和曲线n现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。第二节直线一、直线的特点n1、直线距离短，直捷，通视条件好。n2、汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。n3、便于测设。n4、直线线形大多难于与地形相协调，若长度运用不当，不仅破坏了线形的连续性，也不便达到线形设计自身的协调。n5、过长的直线易使驾驶员感到单调、疲倦，难以目测车间距离。二、直线标准•1.最大直线长度问题：《标准》规定：直线的最大与最小长度应有所限制。一条公路的直线与曲线的长度设计应合理。德国规定直线的最大长度（以米计）为20V（计算行车速度，km/h）（适于高速公路V≥100km/h）。前苏联为8km；美国为180s行程长度Vt/3.6；中国为≯20V。公路线形首先考虑的不是在平面线形上尽量多采用直线，或者是必须由连续的曲线所构成，而是必须采用与自然地形相协调的线形。合理利用地形和避免采用长直线。（1）．同向曲线间的直线最小长度同向曲线——转向相同的相邻两曲线以一定长度直线连接的线形。断背曲线——两同向曲线间夹有短直线段的线形。（应避免，司机易产生错觉。）《规范》：同向曲线间的最短直线长度以不小于设计速度的6倍为宜（L≮6V）。2、直线的最小长度nL≮6V（2）．反向曲线间的直线最小长度反向曲线——转向相反的相邻两曲线以一定长度直线连接的线形。n《规范》规定：反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km／h计）的2倍为宜（L≮2V）。nL≮2V三、直线的运用n1.宜采用直线线形的路段：n（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；n（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；n（3）长的桥梁、隧道等构造物路段；n（4）路线交叉点及其前后；n（5）双车道公路提供超车的路段。n（1）在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度。n（2）长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：n（3）道路两侧过于空旷时，宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施，以改善单调的景观。n（4）长直线或长下坡的尽头不得设置小半径平曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。n（1）在直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡更易导致高速度。n（2）长直线与大半径凹竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。一、圆曲线n各级公路和城市道路不论转角大小均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。n路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线。n圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形美观、易于测设等优点，使用十分普遍。第三节圆曲线1、圆曲线几何元素为：计算基点为交点里程桩号，记为JD，ZY=JD-TYZ=ZY+LQZ=ZY+L/2JD=QZ+J/2曲线主点里程桩号计算：2、圆曲线的线形特征：1、曲线上任意一点的曲率半径R为常数，测设比缓和曲线简便；2、圆曲线上的每一点都在不断的改变方向，因而汽车在圆曲线上的行驶都要受到离心力，当速度一定时，其离心力为一常数，同时汽车在平面曲线上行驶时要多占用路面宽度；3、视觉条件差，当汽车在弯道内侧行驶时，视线内侧多障碍物的影响，易发生交通事故；4、较大半径的长圆曲线具有线形美观，顺适、行车舒适等特点。*二、汽车行驶的横向稳定性汽车在平曲线上行驶时会产生离心力，其作用点在汽车的重心，方向水平背离圆心。gRGvF2受力分析：横向力X——失稳竖向力Y——稳定1．汽车在平曲线上行驶时力的平衡离心力XY将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，GcosαFsinαYGsinαFcosαXXY由于路面横向倾角α一般很小，则sinα≈tgα=ih，cosα≈1，其中ih称为横向超高坡度，GGFiYh将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即GcosαFsinαYGsinαFcosαX)(22hhhigRvGGigRGvGiFXh2igRvGXhiRV1272hiRV1272•μ——横向力系数，横向力与垂向力之比。•V——设计车速（km/h）•R——圆曲线半径（m）•ih——超高值或路拱横坡（%）内侧取“—”，外侧取“+”μ与V成正比，与R成反比，汽车在内侧行驶比外侧有利。•横向倾覆：汽车在平曲线上行驶时，由于横向力的作用，使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆。•汽车内侧车轮支反力N1为0。•倾覆力矩等于或大于稳定力矩。2.横向倾覆条件分析•倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：2bG2bG)(Fi2bYh稳定力矩：•倾覆力矩：Xhg横向倾覆平衡条件分析：2bGXhggh2bGX2bG2bG)(Fi2bYh稳定力矩：稳定、平衡条件：)i2hb127(VRhg2minh2iR127V汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径Rmin或最大允许行车速度V：3.横向滑移条件分析横向滑移：汽车在平曲线上行驶时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。横向力大于轮胎和路面之间的横向附着力。极限平衡条件：hhGYXhGXμ横向滑移稳定条件：hμ汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径Rmin或最大允许行车速度V：)i127(VRhh24．横向稳定性的保证汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数μ值的大小。现代汽车在设计制造时重心较低，一般b≈2hg，而h0.5,即汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。在道路设计中只要保证不产生横向滑移现象发生，即可保证横向稳定性。保证横向稳定性的条件：hμghh2b三、圆曲线半径•由可知R和μ有密切关系，所以合理取用μ是关键；•由，汽车就愈稳定；但有时因为地形，地物等因素的限制，R不能取很大，往往会采用小半径的圆曲线，但如选的太小，就会使汽车行驶不稳定，甚至翻车，所以在确定R时必须得考虑行车安全、迅速、舒适、经济、兼顾美观，来求出合理的最小半径，以保重满足行车基本要求。)(1272hiRVR，可知，RiRVh1272XY（一）计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：三、圆曲线半径αGsinαFcosX)igRvG(GigRGvGiFXh2h2hh2iR127V（一）计算公式与因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式计算曲线半径：)(1272hiVR式中：V——计算行车速度，（km/h）；μ——横向力系数；ih——超高横坡度；ig——路面横坡度。当设超高时：)(1272giVR不设超高时：（1）危及行车安全汽车能在弯道上行驶的基本前提是轮胎不在路面上滑移，这就要求横向力系数μ低于轮胎与路面之间所能提供的横向摩阻系数φ:μ≤φφ与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关，一般在干燥路面上约为0.4～0.8，在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时，降低到0.25～0.40。路面结冰和积雪时，降到0.2以下，在光滑的冰面上可降到0.06（不加防滑链）。1．横向力系数μ对行车的影响及其值的确定：•（2）增加驾驶操纵的困难弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，弹性的轮胎会产生横向变形，使轮胎的中间平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角。（3）增加燃料消耗和轮胎磨损μ使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横向力系数μ燃料消耗（%）轮胎磨损（%）01001000.051051600.101102200.151153000.20120390（4）行旅不舒适μ值的增大，乘车舒适感恶化。当μ〈0.10时，不感到有曲线存在，很平稳；当μ=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；当μ=0.20时，己感到有曲线存在，稍感不稳定；当μ=O.35时，感到有曲线存在，不稳定；当μ=0.40时，非常不稳定，有倾车的危险感。μ的舒适界限，由0.11到0.16随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。美国AASHTO认为V≤70km/h时μ=0.16，V=80km/h时，μ=0.12是舒适感的界限。《标准》规定：高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%，其它各级公路不应大于8%。在积雪冰冻地区，最大超高横坡度不宜大于6%。2．关于最大超高icmax：％积雪冷冻地区，％二、三、四，％高、一，6810maxmaxmaxccciiiih《标准》中规定的最小平曲线半径是汽车在曲线部分能安全而又顺适的行驶的条件而确定的。最小平曲线半径的实质是汽车行驶在公路曲线部分时，所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限，并使乘车人感觉良好的曲线半径值。（二）最小半径的计算（圆曲线标准）)iμ127(VRh21．极限最小半径•由可知μ和ic都取最大时R取Rmin，此时设最大超高；ih——超高横坡度μ——横向力系数例：求一级公路，设计车速100km/h的Rjmin，ic取10%解为了设计和施工方便，《标准》取400m，我国各级公路的圆曲线半径见表)(1272hiVR％积雪冷冻地区，％二、三、四，％高、一，6810maxmaxmaxccciii15.0,10.0,)2.0(,经济性行车舒适性一般大于行车安全性h400397)1.012.0(127100)(12722minhjiVR是各级公路按设计速度行驶的车辆能保证安全行车的最小允许半径。1．极限最小半径)i127(VRh2μ在一般的道路设计时，各级公路一般最小半径的数值为了满足公路提高一级后的极限最小半径打下基础，一般应尽量大于或接近Rymin只有当地形影响较大或特殊困难时，才可采用Rjmin确定过程：冰滑情况亦能保证安全行驶06.0~05.0取％取6ci圆曲线半径大于一定数值时，可以不设置超高，而允许设置等于直线路段路拱的反超高。从行驶的舒适性考虑，必须把横向力系数控制到最小值。虑圆曲线半径较大时，离心力的影响较小，汽车即使在双向路拱外侧行驶，路面摩阻力可以保证汽车有足够的稳定性、安全、经济、舒适行驶所需的最小半径（无需超高）；3．不设超高的最小半径确定：μ=0.035；ig=-0.01554.2)(12722minViVRgb例：某一级公路（v=100km/h），求Rbmin取4000m;393754.22minmVRb4.最小半径指标的应用（1）公路线形设计时应根据沿线地形等情况，尽量选用较大径。在不得已情况下方可使用极限最小半径；（2）当地形条件许可时，应尽量采用大于一般最小半径的值；（3）一般情况下宜采用极限最小半径的4倍～8倍或超高为2％～4％的圆曲线半径；有条件时，最好采用不设超高的最小半径。