道路几何设计

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1、道路工程技术北京大学出版社 主编 刘雨第 3章 道路几何设计3.1概述 3.2道路平面设计 3.3纵断面设计 3.4横断面设计 3.5道路交叉口设计3.1 概述道路是一种带状的三维空间结构物，主要包括路基、路 面、桥涵、隧道等工程实体。道路设计是从几何和结构 两方面进行研究的。3中线 3.1.1 道路勘测设计程序 1、勘测设计任务书 设计任务书的基本内容包括： （1）建设依据和目的意义。 （2）建设规模和性质。 （3）路线基本走向和主要控制点。 （4）工程技术标准和主要技术指标。 （5）设计阶段及各阶段完成时间。 （6）建设期限和投资估算，对分期修建项目应提出每期的建 设规模和投资估算。 （7

2、）施工力量的原则安排。 （8）附路线示意图，另有工程数量、三材和投资等，供审批 时参考。2.设计阶段及其内容公路工程基本建设项目一般采用两阶段设计。对于技术简单、方案明确的小型建设项目可采用一阶段设计；对于技术复杂而又缺乏经验的项目或项目中的个别路段、特殊大桥、互通式立体交叉、隧道等，必要时采用三阶段设计。3.1.2 路线设计的原则公路设计是以满足汽车行驶的要求为前提的，公路线形必须满足行车安全、迅速、经济与乘客舒适的要求，这就是线形设计的总原则。从以下几个主要方面来考虑：1汽车行驶的稳定性2尽可能地提高车速3. 行车畅通 4行车舒适3.1.3 路线设计依据1.设计车辆:不同的汽车有不同的型号

3、和规格小客车载货汽车鞍式列车2.设计速度:道路设计依据的汽车速度。是指在气候正常、交通密度小、汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路 面、附属设施等）影响时，一般驾驶员能保持安全、舒适 行驶的最大行驶车速。设计速度不同于实际行车速度。3.交通量:指单位时间内，通过道路某地点或某断面的车辆、行人数量，一般是指机动车交通量，且为来往两个方 向的车辆数。亦称交通流量或车流量。 交通量是确定公路等级的主要依据。在规划道路等级时，采用推算远景设计年限的日交通量，一般用年平均日交 通量(ADT)表示。据标准规定公路远景设计年限：高 速公路和级公路为20年、二级公路为15年、三级公路为 10年；四级公路一般

4、为为10年，也可根据实际情况适当调整。推算远景年昼夜交通量可按式(3-1)计算 NTnd (1+)T-1 （3-1）式中：NT远景年限的昼夜交通量，辆昼夜nd各种车辆换算成标准车的目前日交通量T设计年限，年；年平均汽车增长率，。图3.1 全年高峰小时交通量曲线图30501001508760小时交通量与年平日 交通量的比值%201816141210813.2 道路平面设计道路的平面线形由三要素构成：直线圆曲线缓和曲线路线平面图补充：汽车行驶轨迹与道路平面线形（1）汽车行驶轨迹行驶中的汽车其重心的轨迹在几何性质上 有以下特征：轨迹是连续的、圆滑的，任一点不出现 错头和破折。曲率是连续的，任一点不出

5、现两个曲率 值。曲率变化是连续的，任一点不出现两个 曲率变化率值。直线圆直线 :不满足 、 条 性质，但满足第一条 要求，满足了车辆的 直行和转向要求，可 作为低等级山区道路 采用。 直缓圆缓直:为满足第条要求，在直线与圆曲线间引入了一 条曲率逐渐变化的“缓和曲线”，使整条线形符合 汽车行驶轨迹特性的第条和条，保持了线形的 曲率连续。它不满足第条要求，不是最理想的， 但与汽车行驶轨迹接近，国内外普遍采用。3.2.1直线1.直线1）直线的特点： 优点u两点之间距离最短。u具有短捷、直达的印象。u行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。u测设简单方便（用简单的就可以精确量距、放样等 ）。u在直线上设

6、构造物更具经济性。 缺点u直线单一无变化，与地形及线形自身难以协调。u过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时，易使驾驶人员感到单调、疲倦。 u在直线纵坡路段，易错误估计车间距离、行车速度及上坡坡度。u易对长直线估计得过短或产生急躁情绪，超速行驶。2）直线的运用： 长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶 更易导致高速度。 长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬 呆板的直线得到一些缓和。哪一个最优？ 两侧地形过于空旷时，宜采取种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。 长直线或长下坡尽头的平曲线必须采取设置标 志、增加路面抗滑能力等安全措施美国俄勒冈州典

7、型沙漠公路香榭丽舍与凯旋门3）直线的长度相邻两曲线之间应有一定长度的直线，这个直线是指前一 曲线的终点（HZ或YZ）到后一曲线的起点（ZH或ZY）之间 的长度。(1)直线的最大长度：直线长度20v（m）（v-行车时速km/h）(2)直线的最小长度:同向曲线: 6V 2.5V（特殊情况）断背曲线反向曲线：2V断背曲线：同向圆曲线间连以短的直线 ；反向曲线-指两个转向相反的相邻曲线间连以直线所形成的平面线形。 2.圆曲线 各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线。 圆曲线作为公路平面线形具有以下主要特点：u曲率1/R=常数，测设和计算简单；u比直线更能适应地形的变化；u在圆曲线上行驶要受到离心

8、力的作用；u要比在直线上行驶多占用道路宽度；u在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差。 1）圆曲线的几何要素圆曲线要素计算公式如下：切线长T=R.tg/2外距 E=R(sec/2-1)曲线长L=R/180 =0.01745R D=2T-L式中 T切线长，m L圆曲线长，m E外距，m D校正值或超距，m 转角（）。圆曲线几何要素计算图JD - TZY + LYZ - L/2QZ + D/2JD（校核）圆曲线几何要素计算图桩号计算2）圆曲线半径（1）计算公式 式中R圆曲线半径，V行车速度，横向力系数，即单位车重所承受的实际横向力，极限值为路 面与轮胎之间的横向摩阻系数；i路面的横向坡度，向内侧

9、倾斜取正，反之取负关于横向力系数（1）危及行车安全 为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下能 不产生横向滑移， 应小于0.2。 h （2）增加驾驶操纵的困难 要求0.3。（3）增加燃料消耗和轮胎磨损 的存在使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加。横向力 系数 为0.2时，其燃料消耗 与轮胎磨损 分别比0 时多20和近3倍。（4）行旅不舒适当超过一定数值时，驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张， 乘客感到不舒适。 0.10.15间，舒适性可以接受。综上所述对行车的安全、经济与舒适方面的要求， 最大横向力系数采用：设计速度1201008060403020横向力系数0.10.120.130.150.150.160.1

10、7（2）圆曲线最小半径圆曲线最小半径有极限最小半径、一般最小半径和 不设超高的最小半径。我国标准根据不同的横向力系数和最大超过值，对于不同等级的公路规定 了三种半径的数值见表3-1。极限最小半径是指各级公路在采用允许最大超过的横向摩阻系数情况下 ，能保证汽车行驶安全的最小半径。ih=8%，=0.10.16 一般最小半径是指各级公路在采用允许最大超过的横向摩阻系数情况下 ，保证汽车以设计速度行驶安全与舒适的最小半径，是设 计时建议采用的值，它介于极限最小半径与不设超高的最 小半径之间。ih=6%8%，=0.050.06不设超高的最小半径是指道路曲线半径较大、离心力较小时，汽车沿双向路拱 外侧行驶

11、的路面摩擦力足以保证汽车行驶安全稳定所采用 的最小半径。3)圆曲线半径的运用（1）一般情况下尽量选用大于或等于一般最小半径，只有在受地形限制或特别困难情况下，才可采用极限最小半 径。（2）长直线或陡坡尽头，不得采用小半径圆曲线。（3）不论偏角大小，均应设置圆曲线。（4）桥位处两端设置圆曲线时，一般大于一般最小半径。（5）隧道内必须设置圆曲线时，应大于不设超高的最小半径。（6）半径过大也无实际意义，故一般应小于10000m。3.缓和曲线缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或大圆曲线与小圆曲 线之间，由较大圆曲线向较小圆曲线过渡的线性，是道路 平面线性要素之一。1）缓和曲线的作用（1）便于驾驶员操纵方

12、向盘（2）减小离心力变化，使乘客乘车舒适和稳定（3）超高横坡度及加宽逐渐变化，行车更加平稳（4）与圆曲线配合得当，增加线性美观哪一个线形好？哪一个线形好？2）回旋曲线(1)回旋线的数学表达式 回旋线是公路路线设计中最常用的一种缓和曲线。标 准规定缓和曲线采用回旋线。回旋线的基本公式为： rl=A2 式中r回旋线上某点的曲线半径，m； l回旋线上某点到原点的曲线长，m； A回旋线参数，表征回旋线曲率变化的缓急程度。直线直线圆曲线缓和曲线缓和曲线n 缓和曲线起点：回旋线的起点，l=0，r=；n 缓和曲线终点：回旋线某一点，lLs，rR。n 则 RLs=A2，即回旋线的参数值为：n缓和曲线的曲率变化

13、：回旋线的参数值回旋线的参数值A A的确定：的确定：动画演示(2)有缓和曲线的道路平曲线要素的计算：平面线形几何要素总切线长外矢距曲线总长超距n以交点里程桩号 为起算点：nZH = JD ThnHY= ZH + LsnYH = HY + LnHZ = YH + LSnQZ = HY+ L/2nJD=QZ+D/2(校核 ) 3）缓和曲线的长度及参数 (1)缓和曲线的最小长度应规定缓和曲线的最小长度。可从以下几方面考虑。旅客感觉舒适超高渐变率适中行驶时间不过短(2)缓和曲线参数的确定 视觉要求A与R的关系 R/3AR 当R接近100m时，取A等于R； 当R小于100m时，则取A等于或大于R； 在圆

14、曲线较大时，可选择A在R/3左右； 如R超过了3000m，可取A小于R/3。不设回旋线条件作业 P119三、1、2、道路平面线形三要素是什么？3、某平曲线交点JD50桩号 K9+977.54，直线接圆曲线，曲线 半径R=200m，=30，求特征点 ZY/YZ/QZ桩号。3.2.2 曲线上的超高与加宽1.超高1）超高及其作用 为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力 ，将路面做成外侧高内侧 低的单向横坡形式，称为 曲线上的超高。 2) 超高值的确定由前面平曲线半径计算公式(3.2)，可得超 高最大值的计算公式为:p603）超高的过渡方式（1）无中间带的公路a）超高横坡度等于路拱坡度时，将外侧车道绕路 中线旋转； b）超高横坡度大于路拱坡度时，可分别采用以 下三种过渡方式： 绕内边缘旋转 绕路中线旋转 绕外边缘旋转 （2）有中间带的公路绕中间带的中心线旋转绕中央分隔带边缘旋转绕各自行车道中线旋转 (3)超高过渡段从直线段的双向横坡渐变到圆曲线路段具有超高单向横 坡的过渡段称为超高过渡段。 LC=B*i/p式中：LC超高过渡段长度，(m)；B旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的 宽度，(m)；i超高坡度与路拱坡度代数差()；p超高渐变率（又称附加纵坡），即旋转轴线与行车道( 设路缘带时为路缘带)外侧边缘线之间相对升降的比率， 其规定值见表3-5(P63