道路勘测设计之平面设计讲解.ppt
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1、道路勘测设计道路勘测设计学时:学时:4646学时学时第二章 平面设计第一节第一节 概述概述第二节第二节 直线直线第三节第三节 圆曲线半径圆曲线半径第四节第四节 缓和曲线缓和曲线第五节第五节 道路平面设计成果道路平面设计成果1 路线道路是一条三维空间道路是一条三维空间的实体。的实体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。1.1路线:是指道路中路线:是指道路中线的空间位置。线的空间位置。1.2线形:道路中线的线形:道路中线的空间形状。空间形状。1 路线1.3路线的平面:道路中线在水平面上的投影。路线的平面:道路中线在水平面上的投影。1.4路线纵断面:沿着中线竖直剖切,再行
2、展开。路线纵断面:沿着中线竖直剖切,再行展开。1.5公路横断面:中线各点的法向切面。公路横断面:中线各点的法向切面。中线中线1 路线1.6路线设计:指确定路线路线设计:指确定路线空间位置和各部分几何尺寸空间位置和各部分几何尺寸的工作。的工作。1.7路线平面设计:在路线路线平面设计:在路线平面图上研究道路的基本走平面图上研究道路的基本走向及线形的过程。向及线形的过程。1.8路线纵断面设计:在路路线纵断面设计:在路线纵断面图上研究道路纵坡线纵断面图上研究道路纵坡及坡长的过程。及坡长的过程。1.9路线横断面设计:在路路线横断面设计:在路线横断面图上研究路基断面线横断面图上研究路基断面形状的过程。形状
3、的过程。1 路线路线中线的平面位置,路线中线的平面位置,考虑社会经济、自然条考虑社会经济、自然条件和技术标准等因素,件和技术标准等因素,经过平、纵、横综合设经过平、纵、横综合设计,反复修正确定,沿计,反复修正确定,沿中线的桩标志进行高程中线的桩标志进行高程测量和横断面测量,取测量和横断面测量,取得地面线和地质、水文得地面线和地质、水文及其他必要资料后再设及其他必要资料后再设计纵断面和横断面。计纵断面和横断面。2汽车行驶轨迹与道路平面线形2.1 汽车行驶轨迹汽车行驶轨迹1)轨迹是连续的,任一点不出现转折和错位。2汽车行驶轨迹与道路平面线形2.1 汽车行驶轨汽车行驶轨迹迹2)曲率是连续的,任一点不
4、出现两个曲率值。2汽车行驶轨迹与道路平面线形2.1 汽车行驶轨迹汽车行驶轨迹3)曲率变化是连续的,任一点不出现两个曲率变化率值。2汽车行驶轨迹与道路平面线形2.2 路线平面线路线平面线形形1)直线圆直线不满足第二、三条性质,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。2汽车行驶轨迹与道路平面线形2.2 路线平面线形路线平面线形2)直缓圆缓直为满足第二条要求,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一条和二条,保持了线形的曲率连续。它不满足第三条要求,不是最理想的,但与汽车行驶轨迹接近,国内外普遍采用。2汽车行驶轨迹与道
5、路平面线形2.3行驶中汽车的导向行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的轮与车身纵轴之间的关系:关系:1)角度为零:角度为零:2)角度为常数:角度为常数:3)角度为变数:角度为变数:2.4 汽车行驶轨迹线汽车行驶轨迹线1)曲率为)曲率为0直线直线2)曲率为常数)曲率为常数圆圆曲线曲线3)曲率为变数)曲率为变数缓缓和曲线和曲线2汽车行驶轨迹与道路平面线形2.5平面线形三要素:直线、圆曲线和缓和平面线形三要素:直线、圆曲线和缓和曲线。曲线。3路线平面设计内容道路平面线形设计,是根据汽车行驶的力学性质和行驶轨迹要求,合理地确定各线形要素的几何参数,保持线形的连续性和均衡性,避免采用长直线,并注意使线形与地
6、形、地物、环境和景观等协调。对于车速较高的道路,线形设计还应考虑汽车行驶美学及驾驶员视觉和心理上的要求。4 直线两点之间距离最短两点之间距离最短具有短捷、直达的印象具有短捷、直达的印象行驶受力简单,方向明确,驾驶操作简易行驶受力简单,方向明确,驾驶操作简易测设简单方便(用简单的就可以精确量测设简单方便(用简单的就可以精确量距、放样等)距、放样等)在直线上设构造物更具经济性在直线上设构造物更具经济性4 直线直线单一无变化,与地形及线形自身难以协调直线单一无变化,与地形及线形自身难以协调过长的直线在交通量不大且景观缺乏变化时,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、疲倦易使驾
7、驶人员感到单调、疲倦在直线纵坡路段,易错误估计车间距离、行车在直线纵坡路段,易错误估计车间距离、行车速度及上坡坡度速度及上坡坡度易对长直线估计得过短或产生急躁情绪,超速易对长直线估计得过短或产生急躁情绪,超速行驶行驶4.3 直线的最大长度我国标准和规范对直线的最大长度没我国标准和规范对直线的最大长度没有具体的规定有具体的规定原则规定直线的最大长度应有所限制,尽量避原则规定直线的最大长度应有所限制,尽量避免长直线免长直线最大长度主要应根据驾驶员的视觉反应及心理最大长度主要应根据驾驶员的视觉反应及心理上的承受能力来确定上的承受能力来确定4.3 直线的最大长度直线的最大与最小长度应有所限制直线的最大
8、与最小长度应有所限制一条公路的直线与曲线的长度设计应合理一条公路的直线与曲线的长度设计应合理德国规定直线的最大长度(以米计)为德国规定直线的最大长度(以米计)为2020V V(计算行车速度,计算行车速度,km/hkm/h)(适于高速公路适于高速公路V100km/hV100km/h)4.3直线的最大长度直线的最大长度在城镇附近或其他景色有直线的最大长度在城镇附近或其他景色有变化的地点大于变化的地点大于2020V V是可以接受的是可以接受的在景色单调的地点最好控制在在景色单调的地点最好控制在2020V V以内以内在特殊的地理条件下应特殊处理在特殊的地理条件下应特殊处理4.3 直线的最大长度公路线形
9、首先考虑的不是在平面线形上尽量多公路线形首先考虑的不是在平面线形上尽量多采用直线,或者是必须由连续的曲线所构成,采用直线,或者是必须由连续的曲线所构成,而是必须采用与自然地形相协调的线形而是必须采用与自然地形相协调的线形合理利用地形和避免采用长直线合理利用地形和避免采用长直线当直线长度大于当直线长度大于1 1kmkm时,可采用一系列技术措时,可采用一系列技术措施予以弥补施予以弥补4.3 直线的最大长度纵坡不应过大,一般应小于纵坡不应过大,一般应小于3%3%同大半径凹型竖曲线结合为宜同大半径凹型竖曲线结合为宜两侧地形过于空旷时,宜采取栽植不同树种或两侧地形过于空旷时,宜采取栽植不同树种或设置一定
10、建筑物等措施设置一定建筑物等措施长直线或长下坡尽头的平曲线,应对路面超高、长直线或长下坡尽头的平曲线,应对路面超高、停停 车视距等进行检验,必要时须采用设置标车视距等进行检验,必要时须采用设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施志、增加路面抗滑能力等安全措施4.4 直线的最小长度相邻两曲线之间应有一定长度的直线,这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(个直线是指前一曲线的终点(HZHZ或或YZYZ)到到后一曲线的起点(后一曲线的起点(ZHZH或或ZYZY)之间的长度之间的长度以不小于设计速度的以不小于设计速度的6 6倍为宜(倍为宜(6 6V V)1 1)同向曲线间的直线最小
11、长度)同向曲线间的直线最小长度以不小于设计速度的以不小于设计速度的2 2倍为宜(倍为宜(2 2V V)2 2)反向曲线间的直线最小长度)反向曲线间的直线最小长度1)同向曲线间的直线最小长度是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平面线形线而形成的平面线形当设计速度当设计速度6060km/hkm/h时,同向曲线间的直时,同向曲线间的直线最小长度(以线最小长度(以m m计)以不小于设计速度计)以不小于设计速度(以(以km/hkm/h计)的计)的6 6倍为宜;当地形条件及其倍为宜;当地形条件及其它特殊情况限制时,最小直线长度不得小它特殊情况限制时,最小直线长
12、度不得小于设计速度于设计速度(以以km/hkm/h计计)的的3 3倍倍1)同向曲线间的直线最小长度对于设计速度对于设计速度4040km/hkm/h时,参考执行即可时,参考执行即可在受到条件限制时,宜将同向曲线改为大在受到条件限制时,宜将同向曲线改为大半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或线或C C形曲线形曲线断背曲线问题同向曲线间连以短的直线同向曲线间连以短的直线当直线较短时,在视觉上容易形成直线与当直线较短时,在视觉上容易形成直线与两端曲线构成反弯的错觉两端曲线构成反弯的错觉当直线过短甚至把两个曲线看成是当直线过短甚至把两个曲线看成是一个曲线一个曲线断背
13、曲线问题断背曲线的错觉断背曲线问题因为是视觉上的判断错觉,最好的办法是因为是视觉上的判断错觉,最好的办法是在两同向曲线间插入长的直线段,让驾驶在两同向曲线间插入长的直线段,让驾驶员在前一个曲线上看不到下一个曲线员在前一个曲线上看不到下一个曲线破坏了线形的连续性,造成驾驶操作失误,破坏了线形的连续性,造成驾驶操作失误,应尽量避免应尽量避免2)反向曲线间直线的最小长度两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所两个转向相反的相邻曲线之间连以直线所形成的平面线形形成的平面线形超高和加宽缓和的需要超高和加宽缓和的需要驾驶人员操作的方便驾驶人员操作的方便2)反向曲线间直线的最小长度当设计速度当设计速度6060k
14、m/hkm/h时,反向曲线间直时,反向曲线间直线最小长度(以线最小长度(以m m计)以不小于设计速计)以不小于设计速度(以度(以km/hkm/h计)的计)的2 2倍为宜倍为宜当设计速度当设计速度4040km/hkm/h时,可参照上述规定执行时,可参照上述规定执行当直线两端设置有缓和曲线时,也可以直接相当直线两端设置有缓和曲线时,也可以直接相连,构成连,构成S S型曲线型曲线回头曲线问题相邻回头曲线间的直线最小长度相邻回头曲线间的直线最小长度速度速度 40km/h 30km/h 20km/h40km/h 30km/h 20km/h 200m 150m 100m 200m 150m 100m4.5
15、 宜采用直线线形的路段路线完全不受地形、地物限制的平坦地区或山路线完全不受地形、地物限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带间的宽阔河谷地带城镇及其近郊道路,或以直线为主体进行规划城镇及其近郊道路,或以直线为主体进行规划的地区的地区长大桥梁、隧道等构造物路段长大桥梁、隧道等构造物路段路线交叉点及其附近路线交叉点及其附近双车道公路提供超车的路段双车道公路提供超车的路段4.6 直线的运用采用直线线形时必须注意线形与地形的关系采用直线线形时必须注意线形与地形的关系在运用直线线形并决定其长度时,必须慎重考在运用直线线形并决定其长度时,必须慎重考虑,一般不宜采用长直线虑,一般不宜采用长直线注意直线的设置应与地
16、形、地物、环境相协调注意直线的设置应与地形、地物、环境相协调直线的最小长度和最大长度应有所限制直线的最小长度和最大长度应有所限制4.6 直线的运用在直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡在直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡更易导致高速度更易导致高速度道路两侧过于空旷时,道路两侧过于空旷时,宜采取植不同树种或设宜采取植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施,以改善广告牌等措施,以改善单调的景观单调的景观美美国国俄俄勒勒冈冈州州典典型型沙沙漠漠公公路路香榭丽舍与凯旋门德德 国国 柏柏 林林4.6 直线的运用长直线或长下坡的长直线或长下坡的尽头的平曲线,除尽头的平曲线,
17、除曲线半径、超高、曲线半径、超高、视距等必须符合规视距等必须符合规定外,还必须采取定外,还必须采取设置标志、增加路设置标志、增加路面抗滑能力等安全面抗滑能力等安全措施措施4.6 直线的运用长直线与大半径凹竖曲线组合为宜,这样长直线与大半径凹竖曲线组合为宜,这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和可以使生硬呆板的直线得到一些缓和4.6 直线的运用长直线与大半径凹竖曲线组合为宜,这样长直线与大半径凹竖曲线组合为宜,这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和可以使生硬呆板的直线得到一些缓和5汽车行驶时的横向稳定性5.1 汽车行驶时的横向稳定性汽车行驶时的横向稳定性5汽车行驶时的横向稳定性5.2曲线上汽车的受力
18、分析曲线上汽车的受力分析将离心力F和车重分解为平行于路面的横向力和垂直于路面的竖向力,即:横向力:XFcosGSin竖向力:YFSinGcos很小,可以认为sintgih ,cos1,ih称为横向超高坡度5汽车行驶时的横向稳定性5.2曲线上汽车的受力分析曲线上汽车的受力分析引入横向力系数,作为衡量稳定性程度的指标,其意义为单位车重的横向力,即用V(km/h)表达上述公式,则:5汽车行驶时的横向稳定性5.4横向稳定性的保证横向稳定性的保证汽车在平曲线上行驶时的横向稳定性主要取决于横向力系数值的大小。现代汽车在设计制造时重心较低,一般汽车在平曲线上行驶时,在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象。在道
19、路设计中应保证汽车不产生横向滑移,同时也就保证了横向倾覆的稳定性。5汽车行驶时的横向稳定性5.2曲线上汽车的受力分析曲线上汽车的受力分析引入横向力系数,作为衡量稳定性程度的指标,其意义为单位车重的横向力,即用V(km/h)表达上述公式,则:5汽车行驶时的横向稳定性6 圆曲线各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆各级公路和城市道路不论转角大小均应设置圆曲线曲线路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交路线平面线形中常用的单曲线、复曲线、双交点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中点或多交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等中一般均包含了圆曲线一般均包含了圆曲线圆曲线具有易与地形相适应、可循性好、线形圆
20、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,使用十分普遍美观、易于测设等优点,使用十分普遍6 圆曲线6.1 圆曲线半径圆曲线半径计算公式圆曲线半径计算公式式中:式中:V计算行车速度,(计算行车速度,(km/h)横向力系数横向力系数 iB超高横坡度超高横坡度曲线半径曲线半径R与横向力系数与横向力系数密切相关密切相关在指定车速在指定车速V下,极限最小半径决定于容许的下,极限最小半径决定于容许的最大横向力系数和该曲线的最大超高。最大横向力系数和该曲线的最大超高。6.2 最大横向力系数为保证汽车用普通轮胎在最不利路面状况下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,能不产生
21、横向滑移,应小于应小于0.20.2。h h1 1,横向倾覆稳定性得以充分保证横向倾覆稳定性得以充分保证一般在干燥路面上一般在干燥路面上值约为值约为0.40.40.80.86.2最大横向力系数在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时,在潮湿的黑色路面上汽车高速行驶时,值降低到值降低到0.250.250.400.40路面结冰和积雪时,路面结冰和积雪时,值降到值降到0.20.2以下以下在光滑的冰面上在光滑的冰面上值可降到值可降到0.060.06(不加防滑(不加防滑链)链)要求要求0.30.36.2最大横向力系数弯弯道道上上行行驶驶的的汽汽车车,在在横横向向力力作作用用下下,弹弹性性的的轮轮胎胎会会产产生生横
22、横向向变变形形,使使轮轮胎胎的的中中间间平平面面与与轮轮迹迹前前进进方方向向形形成成一一个个横向偏移角。横向偏移角。6.2最大横向力系数横向力横向力系数系数燃料消耗燃料消耗(%)轮胎磨损轮胎磨损(%)01001000.051051600.101102200.151153000.20120390横向力系数横向力系数 为为0.2时,时,其燃料消耗其燃料消耗 与轮胎磨损与轮胎磨损 分别比分别比0时时多多20和近和近3倍倍使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加使车辆的燃油消耗和轮胎磨损增加6.2最大横向力系数值的增大,乘车舒适感恶化值的增大,乘车舒适感恶化当当0.100.10时,不感到有曲线存在,很平稳时,不
23、感到有曲线存在,很平稳当当=0.15=0.15时,稍感到有曲线存在,尚平稳时,稍感到有曲线存在,尚平稳当当=0.20=0.20时,己感到有曲线存在,稍感不稳定时,己感到有曲线存在,稍感不稳定当当=O.35=O.35时,感到有曲线存在,不稳定时,感到有曲线存在,不稳定6.2最大横向力系数当当=0.40=0.40时,非常不稳定,有倾车的危险感时,非常不稳定,有倾车的危险感当当超过一定数值时,驾驶者在曲线行驶中驾超过一定数值时,驾驶者在曲线行驶中驾驶紧张,乘客感到不舒适驶紧张,乘客感到不舒适设计设计速度速度1201008060403020横向力系数横向力系数0.10.120.130.150.150.
24、160.176.3最大超高1)要考虑车辆组成)要考虑车辆组成在混合交通的道路上,要同时顾及快、慢车,快车超高宜大,慢车超高宜小。2)要考虑气候因素)要考虑气候因素慢车及停在弯道上的车辆在不利季节情况要能避免沿路面最大合成坡度下滑。(一年中气候恶劣季节路面的横向摩阻系数)3)要考虑驾驶者和乘客以心理上的安全感)要考虑驾驶者和乘客以心理上的安全感对重山区、城市附近、交叉口以及有相当数量非机动车行驶的道路,最大超高还要比一般道路小些。6.3最大超高标准标准规定规定高速公路、一级公路的超高横坡度不应大于10%。其它各级公路不应大于8%。在积雪冰冻地区,最大超高横坡度不宜大于6%。城市道路城市道路设计速
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