第2章 道路平面設(shè)計

道路工程概論主講：馬雷資源與環(huán)境工程學(xué)院第二章 道路平面設(shè)計2.1選線與定線2.2道路平面現(xiàn)行2.3行車視距道路，三維空間體/帶狀，設(shè)計主要包括路線走向和線形設(shè)計。路線設(shè)計應(yīng)合理利用地形，正確運用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，保證線性的均衡性。道路線性應(yīng)在平、縱、橫三方面綜合設(shè)計。道路平面線型：是指道路中線投影到平面的幾何形狀和尺寸。平面線性設(shè)計需要合理的利用直線、圓曲線和緩和曲線。圓曲線和緩和曲線合稱為平曲線。道路設(shè)計應(yīng)妥善處理：遠(yuǎn)近期、整體與局部關(guān)系，結(jié)合實際地形、地物、水文、氣象、筑路材料等條件，充分考慮農(nóng)業(yè)與環(huán)保要求，并注重與鐵路、航運、空運、管道運輸?shù)呐浜蠀f(xié)調(diào)。從造價、自然和社會環(huán)境影響等方面分析論證，實現(xiàn)路線最優(yōu)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益相統(tǒng)一。2.1選線與定線定義：選線是在道路規(guī)劃線起終點之間，選定一條技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)上合理，又能符合使用要求的道路中心線的工作。影響道路的主要自然因素：地形、氣候、水文、水文地質(zhì)、地質(zhì)、土壤及植物覆蓋等。1．地形：1）平原、微丘地形（1）平原，地形平坦，無明顯起伏，地面自然坡度一般在3°以內(nèi)。（2）微丘地形指起伏下大的丘陵，地面自然坡度在20°以下，相對高差在100m以下，設(shè)線一般不受地形限制。（3）河灣順適，地形開闊且有連續(xù)的寬緩臺地的河谷地形。河床坡度大部分在5°以下，地面自然坡度在20°以下。沿河設(shè)線一般不受限制，路線縱坡平緩或略有起伏。2）山嶺、重丘地形（1）重丘地形：指連綿、起伏的山丘，具有深谷和較高的分水嶺，地面自然坡度一般在20°以上，路線平、縱面大部分受地形限制。（2）山嶺地形：指山脊、陡峻山坡、懸崖、峭壁、峽谷、深溝等。地形變化復(fù)雜，地面自然坡度大部分在20°以上。路線平、縱、橫面大部分受地形限制。（3）高原地帶的深侵蝕溝，以及有明顯分水線的綿延較長的高地。地面自然坡度多在20°以上。

2．氣候：氣候情況直接或間接地影響著地面水的數(shù)量、地下水位高度、大氣降水量及其強(qiáng)度和形態(tài)、路基水溫狀況、泥濘期、冬季積雪和冰凍延續(xù)期。并在一定程度上限制施工期限和條件。

3．水文及水文地質(zhì)：水文情況決定排水結(jié)構(gòu)物的數(shù)量和大小，水文地質(zhì)情況決定了含水層的厚度和位置、地基或路基巖層滑坍的可能性。

4．地質(zhì)條件：地質(zhì)構(gòu)造，決定地基及路基附近巖層的穩(wěn)定性，確定有無滑坍、碎落和崩坍的可能；同時也決定土石方工程施工難易和筑路材料的質(zhì)量。

5．土質(zhì)：土是路基與路面基層的材料，它影響路基形狀和尺寸的決定，也影響著路面型式和結(jié)構(gòu)的確定。

6．植被情況：地面的植物覆蓋影響暴雨逞流、水土流失程度，并在一定程度上影響路基土壤的水理和熱理狀況。2.1.1選線的一般原則：道路路線是道路的骨架，道路選線是整個道路勘測設(shè)計的關(guān)鍵，對道路的使用質(zhì)量和工程造價都有很大的影響，所以綜合考慮多種因素，妥善處理各方面的關(guān)系。其基本原則如下：遠(yuǎn)近期結(jié)合，定位其應(yīng)有的作用；做到工程量小、造價低、效益好及有利于施工和養(yǎng)護(hù)；與農(nóng)田基本建設(shè)相配合，少占耕地；通過地質(zhì)、水文地質(zhì)條件好的地帶；重視環(huán)境保護(hù)；充分利用地形，平、縱、橫面結(jié)合，力求平面短捷舒順、縱面平緩均勻，橫斷面經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定。拓展知識2-1：影響路線方案選擇的主要因素？路線在政治、經(jīng)濟(jì)、國防上的意義，國家或地方建設(shè)對路線使用任務(wù)、性質(zhì)的要求，改革開放、綜合利用等重要方針的體現(xiàn)。路線在鐵路、公路、航道、空運等交通網(wǎng)系中的作用，與沿線工礦、城鎮(zhèn)等規(guī)劃的關(guān)系，以及與沿線農(nóng)田水利等建設(shè)的配合及用地情況。沿線地形、地質(zhì)、水文、氣象、地震等自然條件的影響；路線長度、筑路材料來源、施工等件以及工程量、三材（鋼筋、木材、水泥）用量、造價、工期、勞動力等情況及其對運營、施工、養(yǎng)護(hù)等方面的影響。其他如與沿線旅游景點、歷史文物、風(fēng)景名勝的聯(lián)系等。2.1.2各種地形條件下的選線平原微丘區(qū)選線：特點：平原區(qū)是地面高度變化微小的地區(qū)，有時有輕微的波狀起伏和傾斜；平原地區(qū)除泥沼、鹽漬上、河谷漫灘、草原、戈壁、沙漠等外，一般多為耕地，且分布有各種建筑設(shè)施，居民點較密；在天然河網(wǎng)湖區(qū)，還具有湖泊、水塘、河又多等特點；路線縱坡及曲線半徑等幾何要素比較容易達(dá)到較高的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；易受當(dāng)?shù)刈匀粭l件和地物的障礙。拓展知識2-2：評價路線方案的主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)？（1）路線長度（2）線形標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)指標(biāo)（3）占地面積（4）工程數(shù)量：土石方、路面、橋涵、擋土墻、防護(hù)工程（5）材料用量：鋼材、水泥、木材（6）勞動力：數(shù)量、來源（7）工程總造價。平原區(qū)路線布設(shè)要點：根據(jù)地形條件和地物影響、路線應(yīng)盡可能順直短截，一般采用較長直線，較大半徑的曲線及中間加入緩和曲線線性；路線布設(shè)要少占農(nóng)田，與農(nóng)田水利建設(shè)結(jié)合；路線穿越城鎮(zhèn)居民區(qū)時，靠城不進(jìn)城，利民不擾民；跨越水道，平面和縱斷面上保持路線平順。山嶺重丘區(qū)特點：山高谷深、坡陡流急分類：順山沿水/橫越山嶺(1)沿河線定義：沿河（溪）線是沿著河（溪）岸布置的路線。適用條件：路線主要控制點在山谷一側(cè)，相對高程不大。自然條件特點：山區(qū)河流，谷底一般不寬，兩岸臺地較窄；河流多具有彎曲的特點；河谷地質(zhì)情況復(fù)雜；山區(qū)河流易出現(xiàn)洪水流量。地形方面：地面橫坡陡、高低起伏大、地形變化復(fù)雜；路線在平縱橫三方面都受到約束。地質(zhì)方面：山區(qū)土層薄，巖層厚，巖層產(chǎn)狀和地質(zhì)構(gòu)造變化復(fù)雜氣候方面：山區(qū)暴雨多，山洪急，溪流水位變化幅度大。1)河岸選擇

A.地形、地質(zhì)條件：路線應(yīng)選在地形寬坦，有臺地可利用，支溝較少、較小，水文及地質(zhì)條件良好的一岸。

B.積雪和冰凍地區(qū)的選岸：在不影響路線整體布局的前提下，盡可能選擇陽坡和迎風(fēng)的一岸。

C.考慮城鎮(zhèn)及居民點的分布：除國防公路外，一般路線應(yīng)盡可能選擇村鎮(zhèn)較多、人口較密的一岸，其他如對革命史跡、歷史文物、風(fēng)景區(qū)等要創(chuàng)造便于聯(lián)系的條件。2)路線高度沿河（溪）線的線位高低，是根據(jù)兩岸地形、地質(zhì)條件以及水流情況，結(jié)合路線等級標(biāo)準(zhǔn)和工程經(jīng)濟(jì)來選定的。

低線：一般是指高出設(shè)計水位（包括浪高加安全高度）不多（0.5m以上）。

高線：高線是指高出設(shè)計水位較多，基本不受洪水威脅的路線（山腰線）。低線的特點：A.路基土石方工程也較省，邊坡低，易穩(wěn)定；B.路線活動范圍較大，便于利用有利地形和避讓不良的地形、地質(zhì)；C.便于在溝口直跨支流。D.最大缺點是受洪水威脅，防護(hù)工程較多。高線的優(yōu)點：不受洪水侵襲，廢方較易處理。缺點：A.因高線一般位于山坡上，路線必然隨山勢曲折彎曲，線形差，工程大；B.遇缺口時，常需設(shè)置較高的擋土墻或其他構(gòu)造物；C.如避讓不良地質(zhì)和路線跨河，都較低線困難。綜合評價：一般講，低線優(yōu)點較多，在滿足規(guī)定頻率的設(shè)計水位的前提下，路線越低工程越經(jīng)濟(jì)，線形標(biāo)準(zhǔn)也越高。3)橋位選擇按路線與河流的關(guān)系：跨主流（跨河換岸）跨支流路線跨越主河的橋位選擇：

A.在“S”形河段腰部跨河，以爭取橋軸線與河流成較大交角B.在河彎附近選擇有利位置跨越。

C.在與路線接近平行的順直河段上跨河，橋頭引道難以舒順，應(yīng)盡量避免。不可避免時應(yīng)設(shè)置斜橋、修改橋頭線形或布置一段彎橋。(2)越嶺線定義：沿分水嶺一側(cè)山坡爬上山脊、在適當(dāng)?shù)攸c穿過埡口，再沿另一側(cè)山坡下降的路線，稱為越嶺線。越嶺線的關(guān)鍵問題：克服高差。選線的控制因素：路線縱坡度。路線的長度和平面位置均由縱坡控制。越嶺線布局主要應(yīng)解決的問題是：埡口選擇，過嶺標(biāo)高選擇和埡口兩側(cè)路線展線的擬定。1）埡口選擇A．埡口位置選擇：基本符合路線走向B．埡口標(biāo)高選擇：標(biāo)高較低的啞口C．埡口展線條件選擇：D．埡口的地質(zhì)條件選擇：可通過：軟弱層型、構(gòu)造型和松軟土侵蝕型的應(yīng)避開：斷層破碎帶型及斷層陷落型埡口2)過嶺標(biāo)高的選擇A．淺挖低填：適用：過嶺地段山坡平緩，啞口寬而厚的地形B．深挖埡口適用：埡口比較瘦削時。C.隧道穿越適用：當(dāng)埡口挖深在20～25m以上，特別是埡口瘦薄時。3)埡口兩側(cè)路線的展線定義：展線是在兩控制點間采用某種方式延長路線長度，減小縱坡度的過程。沿老堡山山嘴進(jìn)行螺旋展線，實現(xiàn)高差達(dá)658米的太平控制點(HD=472米)與涼風(fēng)凹隧道進(jìn)口(HD=1130米)采用自然展線順利銜接展線方式：A.自然展線:自然展線是以適當(dāng)?shù)钠露?，順著自然地形，繞山嘴、側(cè)溝來延展距離，克服高差。B.回頭展線:利用有利地形設(shè)置回頭曲線進(jìn)行展線。回頭曲線：偏角等于或大于180°。C.螺旋展線在山脊利用山包盤旋，以旱橋、隧道跨線；在峽谷內(nèi)，路線就地迂回，利用高架橋跨溝跨線；3.3S技術(shù)在道路選線中的應(yīng)用RSGPSGIS2.1.3定線定線：是根據(jù)既定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和路線方案，結(jié)合地形、地質(zhì)條件，考慮平、縱、橫三方面的合理安排，具體定出道路中線的確切位置。平面上：路線交點，平曲線半徑縱斷面：變坡點，設(shè)計坡度橫斷面：中心填挖尺寸，邊坡坡率紙上定線準(zhǔn)備工作：控制點，避讓地區(qū)初定路線位置：依據(jù)地形、地物和避讓地區(qū)，沿線加密中間控制點定線：直線型定線法，曲線型定線法縱斷面設(shè)計：設(shè)中樁，縱斷面設(shè)計最佳橫斷面修整：高填深挖地段，修整平面或橫斷面設(shè)計現(xiàn)場核對：實地核對檢查實地定線（低等級、條件簡單的公路）航測定線（航測建模，定線，放線）2.2路線平面設(shè)計2.2.1直線(曲率為零的線性)(1)路線短捷，縮短里程，行車方向明顯；(2)線形簡單，容易測設(shè)；(3)從行車安全和線形美觀來看,長直線，行車安全性差，往往是發(fā)生車禍較多的路段；(4)難與地形及周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。汽車行駛軌跡特征:軌跡線是連續(xù)的軌跡線的曲率是連續(xù)的軌跡線曲率的變化率是連續(xù)的對應(yīng)道路的平面線形“三要素”——直線、圓曲線和緩和曲線直線最長、最短限制2.2.2圓曲線特點:圓曲線是路線上常采用的最簡單的曲線，其主要特點是：1）曲線上任意點的曲率半徑為常數(shù)，故測設(shè)比緩和曲線簡便；2）汽車在曲線上行駛時受到離心力；3）汽車在曲線上行駛時要多占用寬度；4）視距條件差；最大直線長度：L:60km/h,70sL（m）=20*V(km/h)最小直線長度：同向曲線間：L（m）=6*V(km/h)反向曲線間：L（m）=2*V(km/h)直線最大長度及其在曲線間最小長度1.圓曲線半徑計算公式：汽車橫向傾覆穩(wěn)定性汽車側(cè)滑穩(wěn)定性行車舒適性運營經(jīng)濟(jì)性曲線內(nèi)側(cè)行駛時取“+”，外側(cè)時取“-”（橫向力系數(shù)）關(guān)于μ值：橫向力存在，對行車會產(chǎn)生影響。主要表現(xiàn)為：（1）危及行車安全，使汽車產(chǎn)生側(cè)滑或傾覆的危險要求：（2）增加操縱困難，（3）增加燃料消耗和輪胎磨損，（4）行旅不舒適?；颚?lt;0.1，乘客感覺舒適μ=0.15，不適μ=0.2，不平穩(wěn)，不安全感μ<=0.15V――行車速度（km/h）i1――路拱橫坡度V――行車速度（km/h）i1――路拱橫坡度2.圓曲線最小半徑極限最小半徑一般最小半徑（推薦最小半徑）不設(shè)超高最小半徑i=8%，φ=0.1-0.16i=6%-8%，φ=0.05-0.06是指各級公路在采用允許最大超高和允許的橫向摩阻系數(shù)情況下，能保證汽車安全行駛的最小半徑。是指各級公路在采用允許最大超高和允許的橫向摩阻系數(shù)時，能保證汽車以設(shè)計速度安全、舒適行駛的最小半徑。i=-0.015%，φ=0.035是指不必設(shè)置超高就能滿足行駛穩(wěn)定性的最小半徑i=-0.025%，φ=0.0403.圓曲線半徑的運用選用圓曲線半徑時，在地形等條件允許的前提下，應(yīng)盡量采用大半徑曲線，使行車舒適。但半徑過大，使圓曲線太長，對測設(shè)和施工都不利。且過大的半徑，其幾何性質(zhì)與直線無多大差異。圓曲線最大半徑以不超過10000m為宜。4.圓曲線最小長度平曲線由前后緩和曲線和中間圓曲線三段曲線組成。每段不應(yīng)短于3秒時間，曲線行程至少9秒。5.圓曲線要素計算ZY(樁號)＝JD(樁號)一TYZ(樁號)＝ZY(樁號)十LQZ(樁號)＝Y(jié)Z(樁號)一L／2JD(樁號)＝QZ(樁號)十J／26.緩和曲線(曲率為變數(shù))緩和曲線--曲率半徑不斷變化的曲線。緩和曲線的作用與性質(zhì)1）作用：曲率連續(xù)變化，便于車輛行駛，且增加線形美觀；離心加速度逐漸變化，乘客感覺舒適；超高橫坡度逐漸變化，行車更加平穩(wěn)；從直線段的標(biāo)準(zhǔn)寬度到曲線段加寬之間過渡，為加寬緩和段。直線與曲線連接效果圖(a)不設(shè)緩和曲線感覺路線扭曲；(b)設(shè)置緩和曲線后變得平順美觀

2）緩和曲線性質(zhì)回旋線作為緩和曲線：式中： R——轉(zhuǎn)彎半徑（m）； L——回旋線上某點到原點的曲線長（m）；A——回旋線的參數(shù)，A表征回旋線曲率變化的緩急程度。（2）緩和曲線長度計算A.按離心加速度變化率確定緩和曲線最小長度B.按駕駛員操作反應(yīng)時間(3s)確定C.按視覺條件確定p:離心加速度變化率(m/s3

);V:行車速度(km/h)；R：曲線半徑(m)實際采用的緩和曲線長度：上述三種計算結(jié)果中的最大值，且為5m的整數(shù)（2）各要素的計算公式任意點P處的曲率半徑為

P的回旋線長為

上二式中的β是回旋線上任一點P的切線方向與X軸的夾角，稱作“緩和曲線角”。其值為

P點曲率圓的內(nèi)移值為

P點曲率圓的圓心M點的坐標(biāo)為

P點的弦長為P點的弦偏角為

（3）緩和曲線要素的計算

道路平面線形三要素的基本組成是：直線一回旋線一圓曲線—回旋線一直線。p=deltaR主點里程樁號計算方法以交點里程樁號為起算點：ZH=JD–THY=ZH+LsQZ=ZH+L/2YH=HZ–LsHZ=ZH+L2.2.3超高與加寬為抵消車輛在曲線路段上行駛時所產(chǎn)生的離心力，在該路段橫斷面上設(shè)置的外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的單向橫坡，稱之為超高。當(dāng)汽車行駛在設(shè)有超高的彎道上時，汽車自重分力將抵消一部分離心力，從而提高行車的安全性和舒適性。2.2.3超高與加寬(1)超高概念定義：為了減小離心力，將路面外側(cè)高內(nèi)側(cè)低的單向橫坡的形式作用：減小離心力，保證行車安全，在曲線段將雙面坡做成單面坡,增加汽車在行駛曲線上的穩(wěn)定性和舒適性超高橫坡度計算公式：（2）超高緩和段從直線段的雙向坡斷面，過渡到圓曲線上具有超高橫坡的單向坡斷面，要有一個逐漸變化的區(qū)段，稱為超高緩和段。超高緩和段的長度計算隨超高橫坡過渡方式不同而異。橫坡過渡方式有繞路面邊線和中線旋轉(zhuǎn)兩種。(1)繞路面內(nèi)邊緣線旋轉(zhuǎn)ZHHY提肩雙坡階段全超高階段旋轉(zhuǎn)階段ZHHY提肩雙坡階段全超高階段旋轉(zhuǎn)階段（2）繞路面中線旋轉(zhuǎn)(3)加寬定義：為適應(yīng)汽車在平曲線上行駛時，后輪軌跡偏向曲線內(nèi)側(cè)的需要，在平曲線內(nèi)側(cè)相應(yīng)增加的路面、路基寬度稱為曲線加寬加寬的過渡方式：直線過渡、高次拋物線過渡、回旋線過渡、改進(jìn)直線過渡(4)加寬緩和段彎道上行車道加寬是在圓曲線范圍內(nèi)設(shè)置不變的全加寬值，而直線段上的不加寬逐漸變化到圓曲線路段上的全加寬，需要一個逐漸變化的過程，這一過渡段稱為加寬緩和段。原則上平曲線內(nèi)側(cè)設(shè)置加寬；若受地形限制，可兩側(cè)加寬。加寬過渡的方法依道路等級不同，按以下兩種方法進(jìn)行。1）比例過渡2）高次拋物線過渡——任一點距過渡段起點的距離(m)——加寬過渡段長(m)——圓曲線的全加寬(m)2.2.4平面線型組合形式1、基本型 回旋線—圓曲線—回旋線使線形連續(xù)協(xié)調(diào)，回旋線－圓曲線一回旋線的長度之比宜為l∶1∶12、S型 圓1—回旋1—（反向）回旋2—圓2（兩個反向圓曲線間用兩個反向回旋線連接的組合形式，稱為S形曲線，兩圓曲線半徑之比不宜過大。）3、卵形4、凸型回旋1—（以R銜接）回旋2（兩同向回旋曲線間不插入圓曲線而徑相連接的組合形式稱為凸形曲線。）凸形曲線的回旋曲線最小參數(shù)及其連接點的半徑值，應(yīng)分別符合容許最小回旋線參數(shù)和圓曲線一般最小半徑的規(guī)定。5、復(fù)合型

回旋1—回旋2—圓（兩個及兩個以上的同向回旋曲線，在曲率相等處徑相銜接的組合形式稱為復(fù)合形曲線。）復(fù)臺形曲線的兩個回旋線參數(shù)之比一般以小于1：1．5為宜。這種形式很少采用，僅在受地形或其它持殊原因限制時采用(互通式立交除外)。6、C型 回旋1—（以R=0接）—回旋2（同向曲線的兩回旋線在曲率為零處徑相銜接的形式稱為C形曲線。）2.2.5路線平面圖

地形、地物公路 路線中心線及里程樁號、斷鏈、水準(zhǔn)點 大中橋、隧道、沿線設(shè)施 沿線省、市、自治區(qū)、縣分界線

路中心線 近、遠(yuǎn)期規(guī)劃紅線

車行道線、停車場 綠化帶、交通島

人行橫道線城市道路 沿街建筑物出入口

地上地下管線 雨水井、窨井 交叉口及沿線里程樁 彎道及曲線要素 交叉口側(cè)面的轉(zhuǎn)彎半徑視距不足的例子2.3行車視距1、定義：為了行車安全，駕駛?cè)藛T應(yīng)能隨時看到汽車前面相當(dāng)遠(yuǎn)的一段路程，一旦發(fā)現(xiàn)前方路面上有障礙物或迎面來車，能及時采取措施，避免相撞，這一必須的最短距離稱為行車視距。

行車視距是否充分，直接關(guān)系到行車的安全與迅速，它是道路使用質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。2、分類駕駛員發(fā)現(xiàn)障礙物或迎面來車，根據(jù)其采取措施的不同，行車視距可分為以下幾種類型：1）停車視距

2）會車視距

3）錯車視距

4）超車視距5）避讓障礙視距上述五種視距中，前三種和第五種屬于對向行駛，第四種屬于同向行駛。第四種需要距離最長，須單獨研究。而前三種和第五種，以會車視距最長，只要道路能保證會車視距，停車視距和錯車視距和避讓障礙視距也就可以得到保證了。1）停車視距

根據(jù)行車分析，從司機(jī)發(fā)現(xiàn)障礙物到汽車完全停止下來．所必需的安全距離可由三部分組成，（如圖）反應(yīng)距離s1。

s1＝V·t/3.6制動距離s2。s2=KV2/（254（φ±i））安全距離S安。汽車完全停止時與障礙物之間的距離，一般取5—10m。停車視距。S停＝S1+S2+S0

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