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1、公路勘测设计课程内容之基本学习领域 项目三路线平面勘测设计项目三路线平面勘测设计【本项目工作重点】本项目的工作重点主要学习直线、圆曲线和缓和曲线等平面线形组成，超高、加宽和中桩坐标的设计计算，标准的有关规定和要求，掌握如何编制平面设计成果。公路是一条带状的三维空间结构物，它的中线在平面上的投影称为公路路线平面。沿着中线竖直剖切公路，再将直线竖直曲面展开成直面，即公路路线的纵断面。中线上的任意一点处公路的法向剖面称为公路路线在该点的横断面。公路路线的平面、纵断面和横断面是公路的几何组成部分。公路平、纵、横是相互关联，设计时既分别进行，又综合考虑。公路路线设计主要研究公路的平面、纵断面和横断面的设
2、计原理与设计方法。公路平面线形要素是直线、圆曲线和缓和曲线构成的，通常称之为“平面线形三要素”。直线是曲率为零的线形；圆曲线是曲率为常数的线形；缓和曲线是曲率逐渐变化的线形；三要素是公路平面线形最基本的组成。工作任务一 路线平面线形组成分析一、直线（一）直线的线形特征作为平面线形要素之一的直线，在公路中使用最为广泛。因为两点之间距离以直线为最短，因此一般在选线和定线时，只要地势平坦，无大的地物、地形障碍，选线定线人员都会首选考虑使用直线。其主要特征是：1、直线以最短的距离连接两目的地，具有路线短捷、缩短里程和行车方向明确的特点。2、直线具有视距良好、行车快速、易于排水等特点。3、由于已知两点就
3、可以确定一条直线，因而直线线形简单，容易测设。4、从行车的安全和线形美观来看，过长的直线，线性呆板，行车单调，易使驾驶员产生疲劳，也容易发生超车和超速行驶，行车时驾驶员难以估计车间距离，在直线上夜间行车 时，双方车容易产生眩光等。因而过长直线行车的安全性较差，往往是发生车祸较多的路段。5、 直线虽然路线方向明确，但只能满足两个控制点的要求，难以与地形及周围环境相协调。特别是在山区、丘陵区，采用过场的直线会破坏自然景观，并易造成大挖大填，工程的经济性也较差。6、 笔直的公路给人以简捷、直达、刚劲的良好印象，在美学上直线也有其自身的视觉特点。（二）直线长度限制直线是平面线形的基本线形。在设计中，应
4、根据路线所处地形、地物、驾驶员的视觉、心理状态以及保证行车安全等合理布设。直线的最大、最小长度应有所限制。1、 直线最大长度由于长直线的安全性差，一些国家对直线的最大长度作了规定：德国规定不超过20V（V是设计车速，用km/h表示，20V相当于72s的行程）；前苏联规定为8km；美国为4.83km。我国目前尚无统一的规定。在运用直线线形并确定其长度时。必须持谨慎态度。总的原则是：公路线形应与地形相适应，与景观相协调，直线的最大长度应有所限制，当采用长直线时，为弥补景观单调的缺陷，应结合具体情况采取相应的技术措施。2、 直线的最小长度1）同向曲线间的直线最小长度同向曲线是指两个转向相同的相邻曲线
5、间以直线形成的平面的线形。其中间的直线长度就是指前一曲线的终点至后一曲线的起点之间的长度。当此直线长度很短时，在视觉上容易形成直线与两端的曲线构成反弯的错觉，使整个组合线形缺乏连续性，形成所谓的“断背曲线”，规范规定，当设计速度60km/h时，同向曲线直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜，即L16V如图2-1（a），当设计速度40km/h时，可参照上述规定执行。2）反向曲线间的直线最小长度反向曲线是指两个转向相反的相邻曲线间以直线形成的平面的线形。由于两弯道转弯方向相反，考虑其超高和加宽缓和的需要以及驾驶员的操作方便，其间的直线最小长度应予以限制。规定规定，当设计速
6、度60km/h时，反向曲线直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜，即L22V如图2-1（b），当设计速度40km/h时，可参照上述规定执行。3) 相邻回头曲线间的直线最小长度回头曲线是指山区公路为克服高差在同一坡面上回头展线时所采用的曲线。规范规定，在回头曲线之间，前一回头曲线的终点至后一回头曲线起点的距离宜满足表2-1的要求。表2-1 回头曲线间最小直线长度（三）直线设计要点1、适用条件（1）路线不受地形、地物限制的平原区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其邻近或规划方正的农耕区等以直线为主体的地区；（3）为缩短构造物长度以便于施工的长大桥梁、隧道路段；（4）为争取较好
7、的行车和通视条件的平面交叉前后；（5）双车道公路在适当间隔内设置一定长度的直线，以提供较好条件的超车路段。2、直线运用注意问题（1）采用直线应特别注意它同地形的关系，在运用直线并决定其长度时，必须持谨慎态度，并不宜采用长直线。（2）长直线或长下坡尽头的平面曲线，除曲线半径、超高、视距等必须符合规定要求外，还必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施。（3）在长直线上纵坡不宜过大，因为长直线在陡坡下行时很容易导致超速行车。长直线上的纵坡一般应小于3%。（4）长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和或改善。（5）公路两侧地形过于空旷时，宜采取种植不同树种或设置不同风
8、格的建筑物、雕塑等措施，以改善单调的景观。（6）关于“长直线”的量化问题。我国地域辽阔，地形条件在不同的地区有很大的不同，对直线最大长度很难作出统一的规定。总的原则是：公路线形应该与地形相适应，与景观相协调，不强求长直线，也不硬性去掉直线而设置曲线。我国已建成的多条高速公路，大多位于平原微丘区，在长直线的使用上参照了国外的规定并允许稍有增长。如京津塘和济青告诉公路的直线不超过3200m;沈大高速公路多次出现5km至8km的长直线，最大13km。（7）直线长度亦不宜过短，特别是同向圆曲线间不得设置短的直线。必须强调，无论高速公路还是一般公路，在任何情况下都要避免追求长直线。二、 圆曲线圆曲线是公
9、路平面设计中最常用的线形之一，各级公路不论转角大小，在转折处均应设置平曲线，而圆曲线是平曲线中的主要组成部分。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，故使用十分广泛。（一） 圆曲线的几何要素圆曲线的几何要素如图2-2为切线长：T=Rtan曲线长：L=R外 距：E=R（sec1）切曲差：J=2TL式中T切线长，m; L曲线长，m; E 外距，m;J切曲差（或校正值），m;R圆曲线半径，m;转角，（）。（二） 圆曲线半径的计算公式与影响因素行驶在弯道上的汽车由于受离心力作用其稳定性受到影响，而离心力的大小又与圆曲线半径密切相关，半径愈小愈不利，所以在选择平曲线半径时应尽可能采
10、用较大的值，只有在地形或其他条件受到限制时才可使用较小的曲线半径。为了行车的安全与舒适，标准规定了圆曲线半径在不同情况下的最小值。根据汽车行驶在曲线上的力的平衡式得到R= 2-1式中 R圆曲线半径，m; V行车速度，km/h; 横向力系数；超高横坡度，%。在指定车速V下，最小决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。对这些因素讨论如下。1、 关于横向力系数横向力系数可近似为单位车重上受到的横向力。横向力的存在对行车产生不利影响，而且越大越不利，主要表现在以下几方面：（1） 考虑汽车行驶的横向稳定性汽车在圆曲线上行驶的稳定性包括横向倾覆稳定性和横向滑移稳定性，由于汽车在设计和制造时，充分考虑
11、横向倾覆稳定性，将其重心定得足够低，完全可以保证在正常装载和行驶情况下，不会在横向上产生倾覆。因此，在平曲线设计过程中，主要考虑横向滑移稳定性，保证轮胎不在路面上产生滑移即可。为此，需要满足关系式横向力X轮胎与路面之间的摩阻力F，因为X=G和F=Gf，所以只需满足条件 2-2式中 轮胎与路面间的摩阻系数，与车速、路面种类及状态、轮胎状态等有关。在干燥路面上约为0.40.8；在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时，降低到0.250.40；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）。（2） 考虑驾驶员操作弯道上行驶的汽车，在横向力作用下，轮胎会产生横向变形，使轮胎的中间
12、平面与轮迹前进方向形成一个横向偏移角如图2-3，致使增加了汽车在方向操纵上的困难，尤其是车速较高时，就更不容易保持驾驶方向上的稳定。（3） 考虑燃料消耗和轮胎磨损由于横向力的影响，行驶在曲线上的汽车比在直线上的汽车的燃料消耗和轮胎磨损都要大，这是因为当汽车在曲线上行驶时，除了要克服行驶阻力外，还要克服横向力对行车的作用，才能使汽车沿着正确的方向行驶，为此增加了燃料的消耗；与此同时，在曲线上行驶时，横向力的作用使汽车轮胎发生变形，致使轮胎的磨损也额外增加了。表2-2中列出了由于横向力系数的存在，使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加的百分比。表2-2横向力系数与燃料消耗、轮胎磨损关系表横向力系数燃料消耗
13、/ %轮胎磨损/ %01001000.051051600.101102200.151153000.20120390（4） 考虑乘车的舒适性汽车行驶在弯道上，随横向力系数值的大小不同，乘客将有不同的感受。据实验，乘客随的变化其感觉和心理反应如下：当0.10时，不感到有曲线存在，很平稳；当=0.15时，稍感到有曲线存在，尚平稳；当=0.20时，已经感到有曲线存在，稍感不平稳； 当=0.35时，感到有曲线存在，已感到不平稳；当0.40时，非常不稳定，站不住，有倾倒的危险感。综上所述，值的采用关系到行车的安全、经济与舒适。为计算最小平曲线半径，应考虑各方面因素采用一个舒适值。研究表明：的舒适界限，由0
14、.10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。2、 超高横坡度（1） 最大超高横坡度在车速较高的情况下平衡离心力要采用较大的超高横坡度，但公路上行驶车辆的速度并不一致，特别是在混合交通的公路上，需要兼顾快、慢车的行驶安全。对于慢车，特别是因故暂停在弯道上的车辆，其离心力接近于0或等于0。如超高横坡度过大，超出轮胎与路面间的横向摩阻系数，车辆有沿着路面最大合成坡度下滑的危险，因此必须满足 2-3式中 一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数。制定最大超高度坡度除考虑公路所在地区的气候条件外，还必须给予驾驶员和乘客心理上的安全感。对山岭重丘区、城市附近、交叉口以及有相当数量非机动车行驶的公路上，最大超高横坡度比一般公路还要小些。规范对各级公路最大超横坡度的规定见表2-3表2-3 各级公路圆曲线最大超高值公路等级高速一级二级三级四级一般地区/%108积雪冰冻地区/%6（2） 最小超高横坡度公路的超高横坡度不应该小于公路直线段的路拱横坡度，否则不利于公路的排水，因此有= 2-4式中 路拱横坡度。（三）圆曲线最小半径行驶在曲线上的汽车由于受到离心力的作用，其稳定性受到了影响，离心力的大小又与曲线半径密切相关，半径愈小愈不利，所以在选择曲线半径时应尽可能采用较大的半径值，只有在地形
