超全道路工程平面線型設(shè)計(jì)

1、一、道路平面線型概述一、路  線道路：路基、路面、橋梁、涵洞、隧道和沿線設(shè)施構(gòu)成的三維實(shí)體。路線：是指道路中線的空間位置。平面圖：路線在水平面上的投影?？v斷面圖：沿道路中線的豎向剖面圖，再行展開(kāi)。橫斷面圖：道路中線上任意一點(diǎn)的法向切面。路線設(shè)計(jì)：確定路線空間位置和各部分幾何尺寸。分解成三步：路線平面設(shè)計(jì)：研究道路的基本走向及線形的過(guò)程。路線縱斷面設(shè)計(jì)：研究道路縱坡及坡長(zhǎng)的過(guò)程。路線橫斷面設(shè)計(jì)：研究路基斷面形狀與組成的過(guò)程。 二、汽車行駛軌跡與道路平面線形（一）汽車行駛軌跡行駛中汽車的軌跡的幾何特征：點(diǎn)擊工程資料免費(fèi)下載（1）軌跡連續(xù)：連續(xù)和圓滑的，不出現(xiàn)錯(cuò)頭和折轉(zhuǎn)；（2）曲

2、率連續(xù)：即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率的值。（3）曲率變化連續(xù)：即軌跡上任一點(diǎn)不出現(xiàn)兩個(gè)曲率變化率的值。（二）平面線形要素行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸的關(guān)系：現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的，稱為平面線形三要素。二、直線一、直線的特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)： 距離短，直捷，通視條件好。 汽車行駛受力簡(jiǎn)單，方向明確，駕駛操作簡(jiǎn)易。 便于測(cè)設(shè)。2.缺點(diǎn) 線形難于與地形相協(xié)調(diào) 過(guò)長(zhǎng)的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào)、疲倦，難以目測(cè)車間距離。 易超速二. 最大直線長(zhǎng)度問(wèn)題：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：直線的最大與最小長(zhǎng)度應(yīng)有所限制。德國(guó)：20V（m）。美國(guó)：3mile（4.

3、38km）我國(guó)：暫無(wú)強(qiáng)制規(guī)定         景觀有變化 20V；<3KM         景觀單調(diào)   20V公路線形設(shè)計(jì)不是在平面線形上盡量多采用直線，或者是必須由連續(xù)的曲線所構(gòu)成，而是必須采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形。采用長(zhǎng)的直線應(yīng)注意的問(wèn)題：公路線形應(yīng)與地形相適應(yīng)，與景觀相協(xié)調(diào)，直線的最大長(zhǎng)度應(yīng)有所限制，當(dāng)采用長(zhǎng)的直線線形時(shí)，為彌補(bǔ)景觀單調(diào)的缺陷，應(yīng)結(jié)合具體情況采取相應(yīng)的技術(shù)措施。（1）直線上縱坡不宜過(guò)大，易導(dǎo)致高速度。（2）長(zhǎng)直線盡頭的平曲線，設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑性能（

4、3）直線應(yīng)與大半徑凹豎曲線組合，視覺(jué)緩和。（4）植樹(shù)或設(shè)置一定建筑物、雕塑等改善景觀。三、直線的最小長(zhǎng)度直線的長(zhǎng)度：前一個(gè)曲線終點(diǎn)到下一個(gè)曲線起點(diǎn)之間的距離。YZ(ZH)ZH（ZY) 之間的距離  點(diǎn)擊工程資料免費(fèi)下載1同向曲線間的直線最小長(zhǎng)度同向曲線：指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相同的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線規(guī)范：當(dāng)V60km時(shí)，Lmin6V；                當(dāng)V40km時(shí)，  參考執(zhí)行直線短，易產(chǎn)生是反向曲線的錯(cuò)覺(jué)，再短，易將兩個(gè)曲線看成是一個(gè)曲線斷背曲線操作失誤事故2反向曲線間的

5、直線最小長(zhǎng)度反向曲線：指兩個(gè)轉(zhuǎn)向相反的相鄰曲線之間連以直線而形成的平面曲線規(guī)范規(guī)定： V60km時(shí):不小于2V。-考慮超高加寬的需要。設(shè)置緩和曲線時(shí)，可構(gòu)成S形曲線；V40km時(shí)：參考執(zhí)行三、汽車行駛的橫向穩(wěn)定性與圓曲線半徑1汽車在平曲線上行駛時(shí)力的平衡受力分析：橫向力X失穩(wěn)豎向力Y穩(wěn)定離心力   作用點(diǎn)：汽車重心，            方    向：水平背離圓心。離心力F與汽車重力G分解： X平行于路面的橫向力Y垂直于路面的豎向力， 由于路面橫向傾角一般很小，則sintg=ih，c

6、os1，其中ih稱為橫向超高坡度，采用橫向力系數(shù)來(lái)衡量穩(wěn)定性程度，其意義為單位車重的橫向力，即(注：u越大，行車越不穩(wěn)定)2.橫向傾覆條件分析橫向傾覆：汽車在平曲線上行駛時(shí)，由于橫向力的作用，使汽車?yán)@外側(cè)車輪觸地點(diǎn)產(chǎn)生向外橫向傾覆。臨界條件： 傾覆力矩穩(wěn)定力矩。橫向傾覆平衡條件分析：傾覆力矩：    X·hg穩(wěn)定力矩：3.橫向滑移條件分析橫向滑移：平曲線上，因橫向力的存在，汽車可能產(chǎn)生橫向滑移。 產(chǎn)生條件：橫向力大于輪胎與路面的橫向附著力。極限平衡條件：橫向滑移穩(wěn)定條件：4橫向穩(wěn)定性的保證橫向穩(wěn)定性主要取決于：的大小。汽車重心較低，一般b2hg，而 jh

7、<0.5,即汽車在平曲線上行駛時(shí)，先滑移，后傾覆。保證不產(chǎn)生橫向滑移，即可保證橫向穩(wěn)定性。 保證橫向穩(wěn)定性的條件：側(cè)翻示例：四、圓曲線道路不論轉(zhuǎn)角大小均應(yīng)設(shè)平曲線來(lái)實(shí)現(xiàn)路線方向的改變           一、圓曲線的特點(diǎn)  點(diǎn)擊工程資料免費(fèi)下載圓曲線半徑R常數(shù)，曲率1/R=常數(shù)，易測(cè)設(shè)計(jì)算。對(duì)地形、地物、環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)。多占用車道寬。視距條件差（R小時(shí)）路塹遮擋二、圓曲線半徑（一）計(jì)算公式與因素根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式計(jì)算曲線半徑：當(dāng)設(shè)超高時(shí) ：式中：V計(jì)算行車速度，（km/h）； 

8、60;        橫向力系數(shù)；            ih超高橫坡度；            i1路面橫坡度。不設(shè)超高時(shí) ：1橫向力系數(shù)對(duì)行車的影響及其值的確定：（1）危及行車安全汽車輪胎不在路面上滑移，要求：與車速、路面種類及狀態(tài)、輪胎狀態(tài)等有關(guān)；干燥路面： 0.400.80，潮濕路面： 0.250.40。結(jié)冰和積雪：<0.2，冰面:0.06（不加防滑鏈）。（2）增加駕駛操縱的困難在橫向力作用下，輪胎會(huì)產(chǎn)生橫向變形，使輪胎的

9、中間平面與輪跡前進(jìn)方向形成一個(gè)橫向偏移角；影響操控性。（3）增加燃料消耗和輪胎磨損 使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加。（4）旅行不舒適值的增大，乘車舒適感惡化。  當(dāng)0.10時(shí)，不感到有曲線存在，很平穩(wěn)；  當(dāng)= 0.15時(shí)，稍感到有曲線存在，尚平穩(wěn)；  當(dāng)= 0.20時(shí)，己感到有曲線存在，稍感不穩(wěn)定；  當(dāng)= O.35時(shí)，感到有曲線存在，不穩(wěn)定；  當(dāng)= 0.40時(shí)，有傾車的危險(xiǎn)感，非常不穩(wěn)定，美國(guó)AASHTO認(rèn)為：V70km/h時(shí)=0.16，            

10、0;                V=80km/h時(shí)= 0.12。的舒適界限，由0.10到0.16隨行車速度而變化，設(shè)計(jì)中對(duì)高、低速路可取不同的數(shù)值。 2關(guān)于最大超高：離心力可設(shè)“超高”來(lái)“緩解”，但也不能超高太大，可能有停駛車輛，因此式中：  ihmax允許的超高值                     一年四季中路面最小的橫向摩阻系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：高速公路、一級(jí)公路：不應(yīng)大于10%，

11、其它各級(jí)公路：          不應(yīng)大于8%。在積雪冰凍地區(qū)：       不宜大于6%。（二）最小半徑的計(jì)算最小半徑的實(shí)質(zhì)：橫向力u摩阻力h，乘車人感覺(jué)良好。根據(jù)不同取值半徑分為：1.極限最小2.一般最小3.不設(shè)超高最小1極限最小半徑是各級(jí)公路采用最大超高imax和允許的最大橫向摩阻系數(shù)下保證安全行車的最小允許半徑。ihmax8， h0.1-0.172一般最小半徑是各級(jí)公路采用允許超高ih和橫向摩阻h下保證安全行車的最小允許半徑。ih68， h0.050.063不設(shè)超高的最小半徑圓曲線半徑大于一定數(shù)值時(shí)，可以不

12、設(shè)置超高，而允許設(shè)置等于直線路段路拱的反超高。ih0.015， h0.0350.040；ih0.025， h0.0400.0504.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用最小半徑指標(biāo)4.最小半徑指標(biāo)的應(yīng)用（1）在不得已情況下方可使用極限最小半徑；（2）當(dāng)?shù)匦螚l件許可時(shí)，應(yīng)盡量采用大于一般最小半徑的值；（3）有條件時(shí)，最好采用不設(shè)超高的最小半徑。（4）選用曲線半徑時(shí)，應(yīng)注意前后線形的協(xié)調(diào)，不應(yīng)突然采用小半徑曲線；（5）長(zhǎng)直線或線形較好路段，不能采用極限最小半徑。（6）從地形條件好的區(qū)段進(jìn)入地形條件較差區(qū)段時(shí)，線形技術(shù)指標(biāo)應(yīng)逐漸過(guò)渡，防止突變。（三）圓曲線最大半徑選用圓曲線半徑時(shí)，在與地形等條件相適應(yīng)的前提下應(yīng)盡量采

13、用大半徑。但半徑大到一定程度時(shí)：1.判斷上的錯(cuò)誤反而帶來(lái)不良后果，2.增加無(wú)謂計(jì)算和測(cè)量上的麻煩。規(guī)范規(guī)定圓曲線的最大半在不宜超過(guò)10000m。（四）圓曲線最小長(zhǎng)度Lmin>3v(m/s)-三秒行車五、緩和曲線一、緩和曲線的作用與性質(zhì)    （一）緩和曲線的作用1曲率連續(xù)變化，便于車輛行駛2離心加速度逐漸變化，旅客感覺(jué)舒適3超高橫坡度逐漸變化，行車更加平穩(wěn)4與圓曲線配合得當(dāng)，增加線形美觀 （二）緩和曲線的性質(zhì)二、回旋線作為緩和曲線回旋曲線、三次拋物線和雙紐線線形比較：回旋曲線、三次拋物線和雙紐線在極角較?。?°6°）時(shí)，幾乎沒(méi)有差別。隨著

14、極角的增加，三次拋物線的長(zhǎng)度比雙紐線的長(zhǎng)度增加的較快，而雙紐線的長(zhǎng)度又比回旋線的長(zhǎng)度增加得快些?；匦€的半徑減小得最快，而三次拋物線則減小的最慢。從保證汽車平順過(guò)渡的角度看，三種曲線都可以作為緩和曲線。此外，也有使用n次（n3）拋物線、正弦形曲線、多圓弧曲線作為緩和曲線的。但世界各國(guó)使用回旋曲線居多，我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)推薦的緩和曲線也是回旋線。 滿足乘車舒適感的緩和曲線最小長(zhǎng)度 ：我國(guó)公路計(jì)算規(guī)范一般建議as0.6 2超高漸變率適中由于緩和曲線上設(shè)有超高緩和段，如果緩和段太短，則會(huì)因路面急劇地由雙坡變?yōu)閱纹露纬梢环N扭曲的面，對(duì)行車和路容均不利。規(guī)范規(guī)定了適中的超高漸變率，由此可導(dǎo)出

15、計(jì)算緩和段最小長(zhǎng)度的公式： 式中：B旋轉(zhuǎn)軸至行車道（設(shè)路緣帶時(shí)為路緣帶）外側(cè)邊緣的寬度；         i超高坡度與路拱坡度代數(shù)差（%）；          p 超高漸變率，即旋轉(zhuǎn)軸線與行車道外側(cè)邊緣線之間的相對(duì)坡度。 3行駛時(shí)間不過(guò)短緩和曲線不管其參數(shù)如何，都不可使車輛在緩和曲線上的行駛時(shí)間過(guò)短而使司機(jī)駕駛操縱過(guò)于匆忙。一般認(rèn)為汽車在緩和曲線上的行駛時(shí)間至少應(yīng)有3s標(biāo)準(zhǔn)按行駛時(shí)間不小于3s的要求制定了各級(jí)公路緩和曲線最小長(zhǎng)度。（二）回旋曲線參數(shù)的確定在一般情況下，特別是當(dāng)

16、圓曲線半徑較大時(shí)，車速較高時(shí)，應(yīng)該使用更長(zhǎng)的緩和曲線?；匦€參數(shù)表達(dá)式： A2 = R·Ls從視覺(jué)條件要求確定A：考察司機(jī)的視覺(jué)，當(dāng)回旋曲線很短，其回旋線切線角（或稱緩和曲線角）在3°左右時(shí)，曲線極不明顯，在視覺(jué)上容易被忽略。回旋線過(guò)長(zhǎng)大于29°時(shí)，圓曲線與回旋線不能很好協(xié)調(diào)。適宜的緩和曲線角是=3°29°。 由0=3°29°推導(dǎo)出合適的A值： 將0=3°和0=29°分別代入上式，則A的取值范圍為：（三）緩和曲線的省略在直線和圓曲線間設(shè)置緩和曲線后，圓曲線產(chǎn)生了內(nèi)移，其位移值為p，在L

17、s一定的情況下，p與圓曲線半徑成反比，當(dāng)R大到一定程度時(shí)，p值將會(huì)很小。這時(shí)緩和曲線的設(shè)置與否，線形上已經(jīng)沒(méi)有多大差異。一般認(rèn)為當(dāng)p0.10時(shí)，即可忽略緩和曲線。如按3s行程計(jì)算緩和曲線長(zhǎng)度時(shí)，若取p=0.10，則不設(shè)緩和曲線的臨界半徑為：（三）緩和曲線的省略由上表可知，設(shè)緩和曲線的臨界半徑比不設(shè)超高的最小半徑小?？紤]到緩和曲線還有完成超高和加寬的作用，應(yīng)按超高控制。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：當(dāng)公路的平曲線半徑小于不設(shè)超高的最小半徑時(shí)，應(yīng)設(shè)緩和曲線。四級(jí)公路可不設(shè)緩和曲線。規(guī)范規(guī)定可不設(shè)緩和曲線的情況：（1）在直線和圓曲線間，當(dāng)圓曲線半徑大于或等于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“不設(shè)超高的最小半徑”時(shí)；（2）半徑不同的同向圓曲線

18、間，當(dāng)小圓半徑大于或等于“不設(shè)超高的最小半徑”時(shí)；（3）小圓半徑大于表7.4.2中所列半徑，且符合下列條件之一時(shí)：小圓曲線按規(guī)定設(shè)置相當(dāng)于最小緩和曲線長(zhǎng)度的回旋線時(shí)，其大圓與小圓的內(nèi)移值之差不超過(guò)0.1m設(shè)計(jì)速度80km/h時(shí)，大圓半徑與小圓半徑之比小于1.5設(shè)計(jì)速度 80km/h時(shí)，大圓半徑與小圓半徑之比小于2直線計(jì)算：四、圓曲線幾何元素：五、曲線主點(diǎn)里程樁號(hào)計(jì)算：計(jì)算基點(diǎn)為交點(diǎn)里程樁號(hào)，記為JD，ZY=JD-TYZ=ZY+LQZ=ZY+L/2JD=QZ+J/2六、回旋線回旋線的應(yīng)用范圍：緩和曲線起點(diǎn)：回旋線的起點(diǎn)，l=0，r=；緩和曲線終點(diǎn)：回旋線某一點(diǎn)，lLs，rR。則  RLs=A2，即回旋線的參數(shù)值為：2. 回旋線的數(shù)學(xué)表達(dá)式：對(duì)dx,dy分別進(jìn)行積分：回旋線終點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算公式：七、路線平面設(shè)計(jì)成果1. 設(shè)計(jì)圖：路線平面設(shè)計(jì)圖；道路平面布置圖2. 設(shè)計(jì)表：直線、曲線及轉(zhuǎn)角表；逐樁坐標(biāo)表；路線固定表；總里程及斷鏈樁表等。一、直線、曲線及轉(zhuǎn)角表直線、曲線及轉(zhuǎn)角表全面地反映了路線的平面位置和路線平面線形的各項(xiàng)指標(biāo)，它是道路設(shè)計(jì)的主要成果之一。 平面線形設(shè)計(jì)成果：路線各交點(diǎn)樁號(hào)JD；半徑R；緩和曲線長(zhǎng)度Ls；公路偏角；交點(diǎn)坐標(biāo)（X，Y）等。二、逐樁坐標(biāo)表 （一）坐標(biāo)系統(tǒng)的采用：1采用統(tǒng)一的高斯正投影3°帶平面直角坐標(biāo)