道路工程概述

道路工程概述【內(nèi)容提要和學(xué)習(xí)指導(dǎo)】2.1道路平面基本線形與定線1．道路平面基本線形道路的平面線形，通常指的是道路中線的平面投影，主要由直線和圓曲線兩部分組成。對于等級較高的路線，在直線和圓曲線間還要插入緩和曲線，此時，該平面線形則由直線、圓曲線和緩和曲線三部分組成。2．道路平面設(shè)計的主要內(nèi)容

平面設(shè)計的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：1.圖上和實地放線:即確定所設(shè)計路線的起、終點及中間各控制點在地形圖上和實地上的具體位置。2.平曲線半徑的選定以及曲線與直線的銜接，依情況設(shè)置超高、加寬和緩和曲線等。3.驗算彎道內(nèi)側(cè)的安全行車視距及障礙物的清除范圍。4.進(jìn)行沿線橋梁、道口、交叉口和廣場的平面布置，道路綠化和照明布置，以及加油站和汽車停車場等公用設(shè)施的布置。5.繪制道路平面設(shè)計圖。道路平面設(shè)計圖的比例可根據(jù)具體需要而定，一般為1:500或1:1000。3．道路平面設(shè)計的基本要求

（1）道路平面設(shè)計必須遵循保證行車安全、迅速、經(jīng)濟(jì)以及舒適的線形設(shè)計的總原則，并符合設(shè)計任務(wù)書和設(shè)計規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)文件的各項有關(guān)規(guī)定和要求。

（2）道路平面線形應(yīng)適應(yīng)相應(yīng)等級的設(shè)計行車速度。

（3）綜合考慮平、縱、橫三個斷面的相互關(guān)系。在平面線形設(shè)計中，應(yīng)兼顧其他兩個斷面在線形上可能出現(xiàn)的問題。

（4）道路平面線形確定后，將會影響交通組織和沿街建筑物、地上地下管線網(wǎng)以及綠化、照明等設(shè)施的布置，所以平面定線時須綜合分析有關(guān)因素的影響，做出適當(dāng)?shù)奶幚怼?．道路平面定線道路路線基本走向的選擇，應(yīng)根據(jù)指定的路線總方向和道路等級等因素綜合考慮，并結(jié)合鐵路、城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)、地形、地物等自然條件，選擇一條最優(yōu)的路線走向。在平面定線時，一般是先在地形圖上進(jìn)行紙上定線，然后進(jìn)行實地放線。2.2

平曲線設(shè)計

在道路平面設(shè)計中，應(yīng)在相交的兩直線段交匯點處，用曲線將其平順地連接起來，以利于汽車安全正常地通過，這段曲線稱為平曲線。平曲線一般為一段圓弧線，為了進(jìn)一步提高使用質(zhì)量，在圓曲線與兩端的直線之間，還應(yīng)插入一段過渡性的緩和曲線，以便更好地保證行車的安全和舒適。

1．汽車行駛理論汽車在彎道上行駛時，除有重力外還受到離心力的影響。由于離心力的產(chǎn)生，使汽車在平曲線上行駛時橫向產(chǎn)生兩種不穩(wěn)定的危險:一是汽車向外滑移；二是向外傾覆。要使汽車在平曲線上行駛時達(dá)到橫向安全狀態(tài)，即確保汽車無側(cè)滑和傾覆的危險，就必須分析汽車行駛在平曲線上的橫向受力狀態(tài)。(1)離心力：當(dāng)汽車沿曲線行駛時，即產(chǎn)生離心力，它除了使車輛可能產(chǎn)生橫向滑移與汽車在平曲線上行駛的受力情況傾覆外，還會增大燃料的消耗，加劇車輛的磨耗、機(jī)件磨損等，并使乘客感到不舒適。(2)橫向力系數(shù)：橫向力與豎向力之比值稱為橫向力系數(shù)μ。橫向力系數(shù)μ表示汽車轉(zhuǎn)彎行駛時單位重量上所受到的橫向力。μ值取決于行駛穩(wěn)定性、乘客的舒適程度及運營經(jīng)濟(jì)。(3)行駛穩(wěn)定性1)

橫向傾覆分析在翻車危險狀態(tài)時：μ≥1.0。2)橫向滑動分析保證汽車不產(chǎn)生橫向滑移的必要條件是：φ0----路面橫向摩阻系數(shù)3）乘客舒適程度

當(dāng)μ<0.10時，轉(zhuǎn)彎不感到有曲線存在，很平穩(wěn)；

當(dāng)μ=0.15時，轉(zhuǎn)彎略感到有曲線存在，但尚平穩(wěn)；

當(dāng)μ=0.20時，轉(zhuǎn)彎已感到有曲線存在，乘客稍感到不穩(wěn)定；

當(dāng)μ=0.35時，轉(zhuǎn)彎感到有曲線存在，乘客已感到不穩(wěn)定；當(dāng)μ=0.40時，轉(zhuǎn)彎已非常不穩(wěn)定，站立不穩(wěn)，而有傾倒的危險。4）運營經(jīng)濟(jì)實驗得知μ≯0.15較經(jīng)濟(jì)。經(jīng)綜合分析，μ值大小與行車安全、經(jīng)濟(jì)與舒適密切相關(guān)。因此，μ值的選用應(yīng)根據(jù)行車速度、圓曲線半徑及超高橫坡度的大小，在合理的范圍內(nèi)選擇。2.平曲線最小半徑道路平曲線半徑的計算公式：

(m)

式中“+”指汽車在彎道內(nèi)側(cè)行駛，“-”指汽車在彎道的外側(cè)行駛。綜合分析，為了滿足設(shè)計人員對平曲線半徑的不同使用目的與要求，《城規(guī)》和《路規(guī)》中規(guī)定了幾種平曲線半徑的最小值?！堵芬?guī)》規(guī)定不設(shè)超高的圓曲線半徑是按μ=0.035,i超=-0.015按公式計算取整后得到；《城規(guī)》規(guī)定的不設(shè)超高的圓曲線半徑是按μ=0.06,i超=-0.015按公式計算取整后得到。所謂不設(shè)超高的圓曲線半徑，是考慮圓曲線半徑較大時，離心力的影響較小，路面的摩阻力可以保證汽車有足夠的穩(wěn)定性，這時就不需要設(shè)置超高。汽車在不設(shè)超高的平曲線上行駛時，由于此半徑是考慮汽車在最不利情況下計算出的，即使沿路拱外側(cè)行駛，只要在規(guī)定的車速下，行駛還是安全的。所謂極限最小半徑是指能保證以設(shè)計車速行駛的車輛，安全行駛的最小半徑。它是設(shè)計采用的極限值。曲線半徑為極限最小半徑時，應(yīng)設(shè)置最大超高。所謂一般最小半徑是指在通常情況下采用的最小半徑，當(dāng)圓曲線半徑小于不設(shè)超高的最小半徑時，應(yīng)在曲線上設(shè)置超高，超高的橫坡度按設(shè)計行車速度、半徑大小、結(jié)合路面類型、自然條件等情況確定。3．緩和曲線與緩和段

緩和曲線是設(shè)置在直線與圓曲線之間或大圓曲線與大圓曲線之間，由較大圓曲線向較小圓曲線過渡的線形，是道路平面線形要素之一。它的主要特征是曲率均勻變化。

設(shè)置緩和曲線的作用有:1.便于駕駛員操縱轉(zhuǎn)向盤，使司機(jī)有足夠的時間和距離來操縱方向盤，讓汽車按行車?yán)碚撥壽E線順暢地駛?cè)牖蝰偝鰣A曲線；2.滿足乘客乘車的舒適與穩(wěn)定的需要；3.滿足超高、加寬緩和段的過渡，利于平穩(wěn)行車；4.與圓曲線配合得當(dāng)，增加線形美觀。

緩和曲線的形式有回旋線、雙紐線、三次拋物線等?，F(xiàn)在我國普遍使用的是回旋線?；匦€的曲率由小到大，隨弧長作直線變化，曲線和曲率都是連續(xù)的，它能提供一條連續(xù)的圓滑線，這就為曲率由ρ=0變化到ρ=1/R具備了幾何條件。從道路設(shè)計考慮，緩和曲線的長度應(yīng)長些，一般應(yīng)能滿足三個基本條件：(1)駕駛員操作輕松、乘客感覺舒適；(2)汽車行駛的時間不宜過短，至少6s；(3)超高的附加縱坡不宜過陡。在城市道路上，當(dāng)圓曲線半徑小于不設(shè)緩和曲線的最小半徑時，且設(shè)計車速V≥40km／h，應(yīng)設(shè)置緩和曲線，如設(shè)計車速V＜40km/h時，可設(shè)置直線緩和段，而當(dāng)圓曲線半徑大于不設(shè)緩和曲線的最小半徑時，直線和圓曲線可以徑向連接。4．平曲線半徑的選擇及其要素計算

（1）平曲線半徑的選用原則圖2-2-2

道路平曲線要素示意圖

平曲線半徑的選擇在平面設(shè)計中是一個值得重視的問題，一般來說，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦?、?jīng)濟(jì)等具體情況和要求來定。對各個等級的道路平曲線，原則上應(yīng)盡可能采用較大的半徑，以提高道路的使用質(zhì)量。城市道路設(shè)計中規(guī)定：凡規(guī)劃區(qū)內(nèi)道路的圓曲線，應(yīng)采用大于或等于不設(shè)超高圓曲線最小半徑值。當(dāng)受地形條件限制時，可采用設(shè)超高推薦半徑，地形條件特別困難時，方可采用設(shè)超高最小半徑值。一般來說，選擇平曲線半徑主要考慮兩點因素：一是道路的等級和它所要求的設(shè)計車速；二是地形、地物的條件。根據(jù)這兩點因素來選定一個較大的比最小半徑大一些的平曲線半徑。盡可能選用大于或等于不設(shè)超高的平曲線最小半徑值，但最大半徑不宜超過10000m。

通過計算得到的平曲線半徑值一般應(yīng)采用整數(shù)。當(dāng)半徑在125m以下時，應(yīng)取5的整倍數(shù)；在125m至250m時取10的整倍數(shù)；在250m至1000m時取50的整倍數(shù)；在1000m以上時取10的整倍數(shù)，零碎之?dāng)?shù)除設(shè)置復(fù)曲線可用外，一般因不便于測設(shè)計算，都不采用。（2）平曲線要素計算當(dāng)平曲線的半徑R和路線轉(zhuǎn)折角α確定后，即可進(jìn)行平曲線各要素的計算。如設(shè)有緩和曲線時，還需確定緩和曲線的長度Lc值。按照幾何關(guān)系可算平曲線各要素見下表。為了便于應(yīng)用，公路曲線測設(shè)用表中按不同的R和α(以及Lc值)將相應(yīng)的各要素值編制成表以備查用。平曲線要素公式要

素

名

稱只有圓曲線設(shè)置緩和曲線切線長T(m)T=R*Tan(a/2)T0=q+(R+p)tan(a/2)曲線長L(m)L=pi/180*R*aL0=R(a-2β0)(pi/180)+2L外距E(m)

E=R*(sec(a/2-1)E0=(R+p)sec(a/2)-R式中

p——圓曲線內(nèi)移值，

q——內(nèi)移前圓曲線的起點到緩和曲線起點的距離，；β0——緩和曲線角，β0=L/2R*180/pi；(度)。ZH——第一緩和曲線起點（直緩點）HY——第一緩和曲線終點（緩圓點）QZ——圓曲線中點（曲中點）YH——第二緩和曲線起點（圓緩點）HZ——第二緩和曲線終點（緩直點）4．平曲線最小長度平曲線長度包括圓曲線的長度和緩和曲線的長度。當(dāng)汽車在平曲線上行駛時，如果曲線很短，則司機(jī)操作方向盤很頻繁，在高速駕駛的情況下是相當(dāng)危險的。因此，平曲線的長度除了滿足平曲線的轉(zhuǎn)彎半徑R和路線轉(zhuǎn)角α等幾何因素外，還應(yīng)滿足另外兩方面的要求，一是使司機(jī)有足夠的時間從容地操作方向盤，一般曲線長至少要有6s的路程，；二是保證緩和曲線的最小長度，緩和曲線由于曲率的變化引起了離心力的變化，而所產(chǎn)生的離心加速度不應(yīng)超過規(guī)定的數(shù)值，以保證乘客的舒適。為了使路線順直，在地形等條件許可的情況下，應(yīng)盡量使路線轉(zhuǎn)角小一些，但當(dāng)轉(zhuǎn)角過小時，往往容易引起司機(jī)在視覺上產(chǎn)生急彎的錯覺，此時應(yīng)設(shè)置較長的平曲線，使司機(jī)感到道路是順適地轉(zhuǎn)彎，其長度應(yīng)大于規(guī)定值。2.3

彎道的超高和加寬1．平曲線超高（1）超高的概念在彎道上當(dāng)汽車沿著雙向橫坡的外側(cè)車道行駛時，由于車重的水平分力與離心力的方向相同，且均指向曲線外側(cè)，影響行車的橫向穩(wěn)定。因此，為了使汽車能夠在彎道上不減速，獲得一個向著平曲線內(nèi)側(cè)的自重分力以抵消一部分離心力的作用，也為了使乘客在彎道上沒有不舒服的感覺，使汽車能安全地行駛，就需要把該部分的路面做成向曲線內(nèi)側(cè)傾斜的單向坡面，這就稱為平曲線的超高。超高的位置應(yīng)設(shè)置在全部圓曲線（HY至YH）范圍內(nèi)，這段單向超高橫坡的路段稱為全超高路段，其內(nèi)各斷面形式都相同，也可稱為全超高斷面。從直線段的雙坡斷面向圓曲線的單向超高橫坡斷面逐漸過渡須有一個漸變的過渡段。一般情況下，圓曲線兩端的超高緩和段是對稱的，因此平曲線上路面超高設(shè)計是由三部分組成的。2.超高橫坡度超高橫坡度可用下式計算得到：對某一確定的道路來說，設(shè)計車速V和橫向力系數(shù)μ是確定的，超高橫坡度ib就只隨平曲線半徑R的變化而變化，當(dāng)R越小，所需的超高橫坡度就大，但如果橫坡度過大，當(dāng)汽車以等于或低于設(shè)計車速在彎道上行駛或停車時，汽車就有向彎道內(nèi)側(cè)滑動的危險，所以《城規(guī)》規(guī)定了城市道路的最大超高橫坡度。反之，平曲線半徑R越大，所需要的i超就越小，當(dāng)R大到一定程度時，就不需要設(shè)置超高了，此時汽車即使在彎道外側(cè)行駛也是很安全的。3.超高的過渡方式超高的過渡方式應(yīng)根據(jù)地形狀況、車道數(shù)、i超值、橫斷面形式、便于排水、路容美觀等因素決定，按其超高旋轉(zhuǎn)軸在道路橫斷面組成中的位置可分為幾種情況：

（1）無分車帶的超高方式

1)

超高橫坡度等于路拱橫坡度時，將外側(cè)車道繞路中線旋轉(zhuǎn)，直至達(dá)到超高橫坡度值。

2)

超高橫坡度大于路拱橫坡度時，有以下三種過渡方式：

a)

繞內(nèi)邊緣旋轉(zhuǎn)：先將外側(cè)車道繞路中線旋轉(zhuǎn)，待達(dá)到與內(nèi)側(cè)車道構(gòu)成單向橫坡后，整個斷面再繞未加寬前的內(nèi)側(cè)車道邊緣旋轉(zhuǎn)，直至達(dá)到超高橫坡度值。一般新建工程多采用此方式。

b)

繞中線旋轉(zhuǎn)：先將外側(cè)車道繞路中線旋轉(zhuǎn)，待達(dá)到與內(nèi)側(cè)車道構(gòu)成單向橫坡后，整個斷面一同繞路中線旋轉(zhuǎn)，直至達(dá)到超高橫坡度值。一般改建工程多采用此種方式。

c)

繞外邊緣旋轉(zhuǎn)：先將外側(cè)車道繞外邊緣旋轉(zhuǎn)，與此同時，內(nèi)側(cè)車道隨中線的降低而相應(yīng)降坡，待達(dá)到單向橫坡后，整個斷面仍繞外側(cè)車道邊緣旋轉(zhuǎn)，直至超高橫坡值。此種方式僅在特殊設(shè)計時采用。

(2)有分車帶的超高方式

當(dāng)?shù)缆酚蟹周噹r，其超高過渡方式有以下三種。

1)繞中間帶的中心線旋轉(zhuǎn)；

2)繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)；3)繞各自行車道中線旋轉(zhuǎn)；城市道路單幅路路面寬度及三幅路機(jī)動車道路面寬度宜繞中線旋轉(zhuǎn)；雙幅路路面寬度及四幅路機(jī)動車道路面寬度宜繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)，使兩側(cè)車行道各自成為獨立的超高橫斷面。4．超高漸變率及超高緩和段的長度Lc由于路面外側(cè)抬高，外側(cè)邊緣縱坡與路面原設(shè)計縱坡有一個差值，此差值稱為超高漸變率，又稱超高附加縱坡度。行車道的超高緩和段或加寬緩和段一般應(yīng)從緩和曲線起點開始設(shè)置。為保證排水，超高緩和段也可以從緩和曲線的某一點開始設(shè)置。2．平曲線加寬（1）加寬的原因汽車在彎道上行駛時，汽車前輪的軌跡半徑和后輪的軌跡半徑不同，汽車前輪可以自由地轉(zhuǎn)動一定的角度，而后輪只能直行，不能隨便轉(zhuǎn)動。因此汽車在彎道上行駛時前后輪跡不會重疊，后輪內(nèi)輪輪跡底弧線半徑比前外輪輪跡底弧線半徑小一些。見圖2-3-5。當(dāng)汽車沿內(nèi)側(cè)車道行駛時，如果轉(zhuǎn)彎半徑較小，汽車的前輪輪跡在道路上，而內(nèi)后輪輪跡就可能落到側(cè)石線上了。另外，汽車在彎道上行駛，其軌跡也是很不穩(wěn)定的，有較大的擺動和偏移。在這種情況下，彎道內(nèi)側(cè)的路面就應(yīng)該加寬?！冻且?guī)》規(guī)定，當(dāng)?shù)缆穲A曲線半徑小于或等于250m時，應(yīng)在圓曲線內(nèi)側(cè)加寬。城市道路對每條車道的加寬值作了規(guī)定，城市道路路面加寬后，人行道或路肩也應(yīng)相應(yīng)加寬，以保證行人交通和路容的美觀。（2）加寬緩和段長度1）設(shè)置緩和曲線或超高緩和段時，加寬緩和段長度應(yīng)采用與緩和曲線或超高緩和段相同值。2）不設(shè)緩和曲線或超高緩和段但有加寬時，加寬緩和段長度應(yīng)按加寬側(cè)路面邊緣寬度漸變率為1:15～1:30,且長度不得小于10m的要求設(shè)置。一般在圓曲線（HY至YH）范圍部分是全加寬段，而直線段的加寬值為零，所以在全加寬段的前后必須分別設(shè)置一段加寬過渡段，此過渡段即為加寬緩和段。加寬緩和段一般設(shè)在緊接圓曲線起點、終點的直線上。在地形困難地段，允許將加寬緩和段的一部分插入曲線，但插入長度不得超過加寬緩和段的一半。2.4

平曲線上視距的保證

汽車在道路上行駛時，必須使司機(jī)能看清楚前方一定距離范圍內(nèi)道路表面，以便遇到意外情況可及時處理，從而避免事故的發(fā)生。這一確保汽車剎車時看得見、停得住的必要距離稱為行車視距。在城市道路交叉口、彎道的內(nèi)側(cè)及道路上坡的轉(zhuǎn)坡點等處均應(yīng)保證行車視距的最短距離。行車視距通?？煞譃橥＼囈暰唷㈠e車視距、會車視距和超車視距等多種。其中錯車視距只在最低級的單車道公路上才考慮。目前，我國《城規(guī)》主要規(guī)定了停車視距和會車視距兩種。1．停車視距從汽車駕駛員發(fā)現(xiàn)前方障礙物到汽車在障礙物前完全停住所需要的最短距離稱為停車視距，駕駛員的視線高度為1.2m，障礙物的高度為0.1m。停車視距的長度包括反應(yīng)距離、制動距離和安全距離三個部分。（1）反應(yīng)距離S1:駕駛員從發(fā)現(xiàn)障礙物到開始制動汽車所行駛的距離，稱為反應(yīng)距離。（2）制動距離S2:駕駛員從采取措施開始制動至汽車完全停住所需要的距離稱為制動離。（3）安全距離S3:一般取S3=5～l0m，以保證汽車有一定的安全距離，在障礙物前停車而不致撞到障礙物上。2．會車視距會車視距在雙車道且無明確劃分車道線的道路上考慮，這是因為在雙車道道路上，司機(jī)一般都在道路的中間行駛，只有當(dāng)發(fā)現(xiàn)對方有來車時。才回到右側(cè)車道上，這種從發(fā)現(xiàn)對方來車而至相互避開會車的最小距離叫做會車視距。會車視距的長度為停車視距的兩倍。3．彎道視距的保證

汽車在彎道上行駛時，其內(nèi)側(cè)行車視線可能被樹木、建筑物、路塹邊坡或其他障礙物所遮擋，因此，在設(shè)計時必須檢查平曲線上的視距是否能滿足要求。如不能滿足時，則應(yīng)清除視距范圍內(nèi)的障礙物，若無法清除則采取設(shè)置反光鏡等措施，以保證汽車的行駛安全。2.5

平曲線的類型及其組合1.圓曲線

圓曲線是道路曲線的主要類型，各級道路不論轉(zhuǎn)角大小，均應(yīng)設(shè)置圓曲線。它的組合有：（1）同向曲線:當(dāng)一條道路上轉(zhuǎn)向相同的兩個圓曲線相鄰時稱為同向曲線，同向曲線之間有一定的直線段，當(dāng)此直線段很短時，稱為“斷背曲線”，這種曲線對行車十分不利，應(yīng)加以避免。（2）反向曲線:當(dāng)一條道路上轉(zhuǎn)向不同的兩個圓曲線相鄰時稱為反向曲線，半徑大而無超高的反向曲線可以直接相連，否則應(yīng)在反向曲線中間設(shè)置足夠長的直線緩和段長度。（3）復(fù)曲線:直接相連的兩個或兩個以上同向曲線稱為復(fù)曲線。2.緩和曲線緩和曲線是汽車從直線段駛?cè)雸A曲線所需要的過渡段。我國道路設(shè)計中多用回旋線作為緩和曲線，常見形式有基本型、S型、卵型、凸型、復(fù)合型。3.回頭曲線回頭曲線是由一個主曲線、兩個輔助曲線和主、輔曲線間所夾的直線段而組成的復(fù)雜曲線?；仡^曲線由于它的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，行車不便，施工養(yǎng)護(hù)也較困難，因此，工程中只有在不得已時才采用。2．平曲線之間的連接原則平曲線之間的連接要遵循連接原則。1.同向曲線相連：當(dāng)?shù)匦?、地物或其他條件受限時，對于相鄰的同向曲線，兩圓曲線間最短直線長度至少保證有兩個緩和曲線的長度即2Lc；對于兩同向曲線間夾有直線時，應(yīng)設(shè)置不小于最小直線長度的直線段。斷背曲線破壞了平曲線形線的連續(xù)性，設(shè)計中應(yīng)設(shè)法調(diào)整曲線半徑成單曲線或復(fù)曲線。2.反向曲線相連：若半徑大而無超高時，可徑相銜接，兩轉(zhuǎn)點間的距離，能布置下兩圓曲線的切線即可；若無超高有加寬時，中間應(yīng)有長度不小于10m的加寬緩和段；對于兩反向曲線間夾有直線時，應(yīng)設(shè)置不小于最小直線長度的直線段；工程特殊困難的山嶺區(qū)，低等級公路設(shè)置超高時，中間直線長度不得小于15m。3.設(shè)計車速大于或等于40km／h時，半徑不同的同向圓曲線連接處應(yīng)設(shè)置緩和曲線。受地形限制并符合下述條件之一時，可采用復(fù)曲線。（1）