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1、,第6章 城市道路平面与纵断面设计,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。其中心线是一条空间三维曲线。 城市道路几何设计包括三方面： 横断面设计、平面设计和纵断面设计,一、城市道路平面设计,一、城市道路平面设计,1、城市平面设计的原则及主要内容,道路平面位置应按城市总体规划道路网布设。 道路平面线形应与地形、地质、水文等结合，并符合各级道路的技术指标。 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。 道路平面设计应根据道路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。 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
2、展减少废弃工程。,（1）设计原则,本章主要内容：,城市道路平面设计 -平面设计原则及主要内容 平面线形设计 行车视距 平面设计成果 城市道路纵断面设计 -纵坡及坡长设计 竖曲线 平纵组合设计 纵断面设计成果,一、城市道路平面设计,1、城市平面设计的原则及主要内容,（2）平面设计的主要内容,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。 弯道部分的特殊设计，如弯道加宽、弯道超高等。 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，分隔带及其断口的平面布置、路侧带缘石断口的平面布置。 道路照明及道路绿化的平面布置。,一、城市道路平面设计,2、城
3、市平面线形设计,平面线形指道路中心线在水平面上的投影线。 一般由直线和平面曲线（平曲线）构成。 (1)平面线形三要素 直线曲率为零（曲率半径为无穷大）的线形： 圆曲线曲率为常数的线形： 缓和曲线 曲率为变数的线形：,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(2) 直线（tangent）,具有路线短捷、缩短里程、行车方向明确、视距良好、行车快速、驾驶操作简单的特点，同时，直线线形简单，容易测设。另外，直线路段能提供较好的超车条件。 注意事项： 直线长度要适中，太短不利于相邻圆曲线的连接，太长容易引起疲劳驾驶。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(2) 直线（tangent）,当车速
4、60公里/小时，应满足： 同向曲线间的最小直线长度宜6倍设计车速 反向曲线间的最小直线长度宜2倍设计车速 当车速小于60公里/小时，地形条件困难时，直线长度应满足设置缓和曲线的需要。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(2) 直线（tangent）,国内关于直线的最大长度还没有统一标准。 国外资料显示，直线最大长度以3分钟的行程为限比较理想。 德国和日本：直线的最大长度（以米计）为20 苏联：8km； 美国：3mile（4.83km）。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(3) 圆曲线（circular curve）,在平面线形中，圆曲线常在路线遇到障碍或地形需要改变方向时
5、设置。各级道路无论转角大小均应设置圆曲线。圆曲线能较好地适应地形变化，易与地形、地物、景观等配合协调，圆曲线配合得当，可获得圆滑舒顺的路线。 圆曲线设计重在曲线半径与曲线长度确定。,圆曲线要素,曲线半径R(m)， 曲线转角 (度）， 圆曲线长 L=R*(/180)* (m); 切线长 T=R*tg(/2) (m); 外距 E=Rsec(/2)-1 (m);,根据汽车转弯时的受力特点，可推导出汽车在弯道上行驶时的转弯半径计算公式。,=0.10时，感觉平稳； =0.15时，略感有曲线存在感觉尚平稳； =0.20时，感到有曲线存在，略感不平稳； =0.35时，感到有曲线存在且不平衡； =0.40时，
6、感到很不稳定，站立不住，有倾倒危险。,由公式可知，圆曲线半径越大，横向力系数越小，汽车就越安全。所以从汽车行驶稳定的角度出发，圆曲线半径越大越好。但有时因受地形、地质、地物等因素的影响，圆曲线半径不可能布设得很大，往往会采用小半径的圆曲线半径，但是如果半径选用太小，又会使汽车行驶不稳定，影响行车安全。所以必须综合考虑行车安全、迅速、舒适和经济，并兼顾美观，来求出合理的最小半径，以保证满足某种程度的行车要求。,超高为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡，称之为超高。是为了克服离心力，保证行车安全，在曲线段将双面坡做成单面坡。,最大超高横坡度,为保
7、证安全，各等级道路设计超高时应满足最大超高横坡度的要求。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(4) 缓和曲线（transition curve）,设置目的：缓和离心加速度的急骤变化，且使驾驶员容易做到匀顺地操纵方向盘，提高视觉的平顺度，保持线形的连续性。 设置位置：设置在直线与圆曲线间或不同半径的两圆曲线之间 缓和曲线的形式：回旋线、双纽线、抛物线、多心复曲线等。,缓和曲线的作用：,线形缓和 若直线与圆曲线径连接，在连接处形成曲率突变点。加入缓和曲线，则曲率渐变，线形圆滑，有良好的视觉效果和心理作用感。 行车缓和 汽车由直线直接驶入圆曲线其离心力发生了突变，使行车舒适感和安全感受到影
8、响。加入缓和曲线，有利于驾驶员操纵方向盘。 超高和加宽缓和 为适应汽车转弯的特点，公路在圆曲线上设置有超高和加宽。设置超高和加宽也需要有一个缓和过渡段。,设置超高缓和段时，加宽的缓和段长度与超高缓和段长度相等 不设置超高时，加宽缓和段长度应按加宽侧路面边缘宽度渐变率1/151/30设置，最短不小于15-20m,城市道路最小缓和曲线的长度,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(5) 平面线形组合,简单型曲线：当一个弯道由直线与圆曲线组合时叫简单型曲线，即按直线圆曲线直线的顺序组合。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(5) 平面线形组合,基本型曲线：按直线回旋线圆曲线回旋线直线
9、的顺序组合的曲线称为基本型。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(5) 平面线形组合,S型：两个反向圆曲线用两段回旋线连接的组合线形形式。,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(5) 平面线形组合,一、城市道路平面设计,2、城市平面线形设计,(5) 平面线形组合,例2：某城市主干道，红线宽度40m，设计车速为60km/h，路线必须在一山麓与河滨中间转折，转折角为16，山麓与河滨的间距只有46m，交点IP距离A点为26m，离B点为20m。试求该路中线最大可能的平曲线半径值。（=0.10；i2）,一、城市道路平面设计,3、行车视距,指从驾驶员视线高度（1.1-1.2米），能看到汽
10、车前方车道上高为10厘米的物体顶点的距离内，沿车道中心线量得的长度。 为了行车安全，驾驶人员应能随时看到汽车前面相当远的一段路面，一旦发现前方道路上有障碍物或迎面来车，能及时采取措施，避免相撞所必须的最短距离。 停车视距 会车视距 超车视距,一、城市道路平面设计,3、行车视距,(1) 停车视距,驾驶员发现障碍物到汽车在障碍物前停车所需要的最短距离。,安全间距 S3=5 m,一、城市道路平面设计,3、行车视距,(2) 会车视距,两辆对向行驶的汽车在同一车道上相遇，及时刹车所必需的最短距离。,会车视距大约是停车视距的2倍,一、城市道路平面设计,3、行车视距,(3) 超车视距,汽车在直线上行驶时，会
11、车视距、停车视距和超车视距是容易保证的。 汽车在弯道上行驶时，弯道内侧树木、路堑边坡及建筑物等可能会阻挡行车视线，要保证汽车的平面视距，必须清除弯道内侧一定范围内的障碍物。,一、城市道路平面设计,4、平面设计成果,路线平面图是平面设计的主要成果之一。 路线平面图是指包括道路中线在内的有一定宽度的带状地形图。它综合反映了路线平面位置、线形，还反映了沿线人工构造物和工程设施的布置以及道路与周围环境、地形、地物的关系。,比例尺1：500或1：1000 绘图范围视道路等级而定，等级高的范围应大些，等级低的可小些。,二、城市道路纵断面设计,道路纵断面：是指沿车行道的中心线所做的剖面。 地面线：根据中线各
12、桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，反映了沿中线地面的起伏变化情况； 设计线：它是经过技术上、经济上以及美学上诸多方面比较后定出的一条有规则形状的几何线，它反映了道路路线的起伏变化情况。 施工高度：设计线上各点的标高与地面线上各对应点的标高之差，称为施工高度。施工高度的大小，说明在道路纵断面上需要填土的高度或挖土的深度。,基本概念,二、城市道路纵断面设计,1、城市道路纵断面设计要求,二、城市道路纵断面设计,2、纵坡及坡长设计,最大纵坡确定原理： （1）汽车动力特性 （2）道路等级 （3）自然条件 （4）工程、运营经济因素,道路最小纵坡一般不小于0.5%，特殊路段不小于0.3%。,二、城市道路纵
13、断面设计,2、纵坡及坡长设计,城市道路机动车道最大纵坡（）,坡长:变坡点与变坡点之间的水平长度。,避险车道,二、城市道路纵断面设计,3、竖曲线(vertical curve),竖曲线：纵断面上两个坡段的变坡处，为了保证行车安全、舒适及视距的需要，用一段纵向曲线来缓和，称为竖曲线。 变坡角：相邻两条坡度线的坡角差，通常用坡度值之差代替，用表示 =2-1tg2 - tg1=i2 - i1 0：凹型竖曲线,竖曲线的作用,缓冲作用：以平缓曲线取代折线可消除汽车在变坡点的冲击。 将竖曲线与平曲线恰当的组合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。 凸形竖曲线主要控制因素：行车视距。 凹形竖曲线的主要
14、控制因素：缓和冲击力。 竖曲线的线形：可采用圆曲线或二次抛物线。 规范规定采用二次抛物线作为竖曲线的线形。,凹形竖曲线,凸形竖曲线,二、城市道路纵断面设计,4、平纵组合设计,平、纵组合的设计原则 应在视觉上能自然地引导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 注意保持平、纵线形的技术指标大小应均衡,使线形在视觉上、心理上保持协调。 选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和行车安全。 应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。,平面直线与纵面直线组合（纵坡不变的直线）,平面的长直线与纵断面的直坡配合，超车方便，在平坦地区易与地形相适应，但是行车单调，驾驶员易于疲劳。,平面直线与竖曲线组合要素 （凸型直线
15、、凹型直线）,直线上一次变坡是很好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸型竖曲线为好，而包括一个凹型线次之； 直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”。,纵断面上：避免能看到纵坡起伏三次以上。,直线与纵断面应避免的组合,只要路线有起伏，就不要采用长直线。,平曲线与纵面直线组合 组合时要注意平曲线半径与纵坡度协调，要避免急弯与陡坡相重合。,平曲线与竖曲线的组合 平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线内，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之内。,平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。,
16、暗弯与凸形竖曲线组合，以及明弯与凹形竖曲线组合较为合理，且给人一种平顺舒适的感觉。,注意避免“暗凹”组合。,要避免使凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。,凸形竖曲线与反向平曲线拐点重合,平曲线与竖曲线大小应保持均衡,根据德国的研究，平曲线的半径小于1000m，竖曲线半径大约为平曲线半径的1020倍，可以达到均衡的效果,平、竖曲线的线形，其中一方大而平缓时，另一方切忌不能形成多而小。一个长的平曲线内有两个以上的竖曲线，或一个长的竖曲线内含有两个以上的平曲线，从视觉上都会形成扭曲的形状。如右图,线型设计注重与景观的配合 应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观的要求 尽量少破坏沿线自然景观避免深挖高填。 应能提供视野的多样性 可以采用植树、绿化等 适当的放缓边坡或将边坡点修整圆滑 应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，将绿化作为引导视线、点缀风景以及改造环境的一种技术措施进行专门设计,二、城市道路纵断
