城市道路平面线形规划设计.ppt

第四章 城市道路平面线形规划设计,道路：一条三维空间的实体，是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道等组成的空间带状构造物。路线：道路中线的空间位置。线形：道路中心线的立体形状。路线平面：路线在水平面上的投影。,路线纵断面：沿中线竖直剖切再行展开的断面（展开是指展开平面、纵坡不变）。路线横断面：中线上任一点的法向切面。,路线几何设计是指确定路线空间位置的工作，一般把它分解为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计。,第一节 平面线形规划设计的内容,1、道路线形指道路路幅中心线（又称中线）的立体形状。道路平面线形指道路中线在平面上的投影形状。平面线形是由直线和曲线组合而成的。2、平曲线通常由圆曲线及两端缓和曲线组成。当圆曲线半径足够大时可以使直线与圆曲线直接衔接（相切）；当设计车速较高、圆曲线半径较小时，直线与圆曲线之间以及圆曲线之间要插设缓和曲线。,第一节 平面线形规划设计的内容,（1）城市道路转折角度不大，可把转折点设在交叉口，使道路线形呈折线状，这样可以减少道路上的弯道，便于道路施工和管线埋设，也有利于道路两侧建筑的布置。（2）如果转折点必须设置在路段上，则需要根据车辆运行要求设置成曲线，曲线又可分为曲率半径为常数的圆曲线和曲率半径为变数的缓和曲线。,第一节 平面线形规划设计的内容,3、城市道路平面线形规划设计的主要任务为：（1）根据道路网规划确定的道路走向、道路之间的方位关系，以道路中线为准，考虑地形、地物、城市建设用地的影响，（2）根据行车技术要求确定道路用地范围内的平面线形，以及组成这些线形的直线、曲线和它们之间的衔接关系；对于小半径曲线，还应当考虑行车视距、路段的加宽和道路超高设置等要求。,第一节 平面线形规划设计的内容,4、城市道路平面线形规划分为总体规划、详细规划两个阶段：（1）总体规划阶段的城市道路平面线形规划主要是根据城市主要交通联系方向确定城市主要道路中心线的走向,并进一步确定城市路网。（2）详细规划阶段的城市道路平面线形规划设计，一般是在上一层次已经确定的城市道路网规划基础上进行的，需要进一步详细确定用地范围内各级道路主要特征点的坐标、曲线要素等内容，便于进一步的道路方案设计。,第二节 平曲线规划设计,一、路线平面基本线形在平面线形中，基本线形是和汽车的行驶状态相对应的，具有如下的几何性质：1直线：曲率为零，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为零。2圆曲线：曲率为不为零的常数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为固定值。3缓和曲线：曲率为变数，汽车车身轴向与汽车行驶方向的夹角为变数。现代道路的平面线形正是由上述三种线形直线、圆曲线和缓和曲线所构成的，我们称之为“平面线形三要素”。,1、基本型曲线：按直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线的顺序组合，基本型中的缓和曲线参数、圆曲线最小长度都应符合有关规定。两缓和曲线参数可以相等，也可以根据地形条件设计成不相等的非对称型曲线。从线形的协调性看，宜将缓和曲线、圆曲线、缓和曲线之长度比设计成1：1：1。,2、S型曲线：两个反向圆曲线用回旋线连接的组合，见图：S型相邻两个缓和曲线参数宜相等。当采用不同的参数时，A1与A2之比应小1.5为宜。,3、复曲线：两个以上同向缓和曲线间在曲率相等处相互连接的形式，见图。复合型的两个缓和曲线参数之比应控制在：A1：A2l：1.5 复合型回旋线除了受地形和其他特殊限制的地方外一般很少使用，多出现在互通式立体交叉的匝道线形设计中。,4、回头曲线：山区道路在山坡盘旋上升时所采用的一种回转形曲线。如果遇到山坡陡峭起伏，上下两控制点的高差大，靠自然展线无法取得必要的距离以克服高差时，路线可利用地形设置回头曲线，其作用是展长距离以使不超过最大纵坡。回头曲线应尽可能选择在山坡较缓的开阔地段上，采用发针的形状反复来回逐渐上升的线形。它有多种形式，有对称的，有不对称的，也有偏向一侧的，应根据地形条件和行车要求选用。,5、卵型曲线：用一个缓和曲线连接两个同向圆曲线的组合，见图。卵型上的缓和曲线参数A不应小于该级公路关于缓和曲线最小参数的规定，同时为满足视觉要求，宜控制在下列范围之内：A（1.2.31）式中：A缓和曲线参数：小圆半径（m）。两圆曲线半径之比也应控制在下式的范围之内；0.20.8（1.2.32）式中：小圆半径（m）。,6、凸型曲线：在两个同向缓和曲线之间不插入圆曲线而径相衔接的组合，见图1.2.16。凸型的缓和曲线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小缓和曲线参数和圆曲线一般最小半径的规定。,7、C型曲线:同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的形式，见图1.2.18。其连接处的曲率为零，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为零，这种线形对行车也会产生不利影响。因此，型曲线只有在特殊地形条件下方可采用。,二、直线：1、概述直线适用于地形平坦、视线目标无障碍处。在平原区，直线作为主要线形要素是适宜的。直线有测设简单、前进方向明确、路线短捷等优点，直线路段能提供较好的超车条件，对双车道公路有必要在间隔适当距离处设置一定长度的直线，在美学上直线也有其特点。但直线过长、景色单调，往往会出现过高的车速或司机由于缺乏警觉易疲劳而发生事故，并且在地形变化复杂地段，工程费用高。,（1）、直线的优点.里程最短.定线、设计、量距、绘图、计算、放样方便。.无视距障碍.驾驶方便.车辆不受离心力作用乘车舒适,（2）直线的缺点.对地形适应性差.行车单调易产生疲劳,1、描述直线的指标（1）最大直线长度：目前最大直线长度的量化还是一个需要研究的课题，目前各国有不同的处理方法，德国和日本规定20V(单位为米，V为计算行车速度，用公里/小时为单位)，美国为180s的行程，我国对于设计速度大于或等于60km/h的公路最大直线长度为以汽车按设计速度行驶70s 左右的距离控制，一般直线路段的最大长度(以m 计)应控制在设计速度(以km/h 计)的20 倍为宜。,（2）同向曲线间最小长度：若在同向曲线间插入短直线容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉,当直线过短时甚至可能把两个曲线看成一个曲线，容易造成司机的判断错误。对于设计速度大于或等于60km/h的公路，同向曲线之间直线的最小长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h 计)的6倍为宜。,（3）反向曲线间最小长度：在转向相反的两个圆曲线之间，如果没有设置缓和曲线，考虑到设置超高、加宽缓和段以及驾驶人员转向操作的需要，宜设置一定长度的直线。对于设计速度大于或等于60km/h的公路，反向曲线之间的最小直线长度(以m 计)以不小于设计速度(以km/h 计)的2倍为宜。,3、关于直线的运用直线的最大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。最大直线长度不必太拘泥，最小长度应该保证。在直线的使用中，值得注意的是有关直线长度的问题，一般来说对直线的长度应该有所限制。当不得已采用过长直线时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施予以处理。但还要注意以下几个问题：,（1）在长直线上纵坡不宜过大。因为长直线再加下陡坡行驶，更容易导致超速行驶，造成交通事故。（2）长直线适于与大半径凹形竖曲线组合。（3）当道路两侧地形过于空旷时，应采取一定的技术措施改善单调的景观。（4）长直线或长下坡尽头，宜于连接大半径的平曲线。,宜采用直线线形的路段：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山 间的开阔谷地；（2）市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长的桥梁、隧道等构造物路段；（4）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。,我国地域广阔，各地的地形条件、气候条件都有很大的差异，因此做出统一的规定具有很大的难度。但通过对道路现状和交通事故的调查以及对驾驶人员和乘客的心理反应的调查，也得出了带有普遍意义的结果：（1）位于城市附近的道路，由于建筑物和城市风光的映衬，一般来说对于直线长度没有太多的限制。,（2）对于乡间的公路，由于道路周围的环境过于单调，如果直线过长，就会使人的情绪受到影响，驾驶人员就会希望快速驶离直线，这时极易导致驾驶员超速行驶造成交通事故且事故危害程度随直线的增长而增大。（3）对于大戈壁、大草原等地域开阔的地区，有时直线长度会达数十公里。在这样的地区行车，驾驶员极易疲劳，也容易超速行驶，但除了选择直线以外别无选择，如果人为地设置曲线往往不能改善景观的单调，反而会增加路线长度和驾驶操作的难度。,三、圆曲线 1、概述在城市道路规划设计中，一般采用圆弧曲线连接直线路段，为了使线形平顺，必须是切点相连。圆曲线是路线平面设计中的主要组成部分，常用的单曲线、复曲线、双（多）交点曲线、虚交点曲线、回头曲线等均包含了圆曲线，圆曲线具有易与地形相协调、可循性好、线形美观、容易测设等优点，使用十分普遍（,1）圆曲线的优点.符合地形、布线灵活.线形优美（2）圆曲线的缺点.路线较直线长.行车受力复杂.视距受阻.驾驶劳动强度大.测设、施工等工作量大、计算复杂,第二节 平曲线规划设计,2、圆曲线的半径与长度1）确定最小半径的原则：圆曲线最小半径是以汽车在曲线部分能安全而又顺适地行驶所需要的条件，而确定的圆曲线最小半径的实质是汽车行驶在公路曲线部分时所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限。（不产生横向滑移）汽车在弯道上行驶时，驾驶员转动方向盘，使汽车作圆周运动。由于离心力的作用，车上的乘客与货物同样受到离心力的作用，同时汽车也可能产生横向滑移。汽车在弯道上行驶时，作用在汽车横截面上的力，有垂直向下的汽车重力和水平方向的离心力，以及轮胎和路面之间的横向摩阻力，如下图所示：,第二节 平曲线规划设计,（a）弯道内侧,（b）弯道外侧,汽车行驶受力分析,第二节 平曲线规划设计,如果横向力系数为0.1，那么就相当于体重为50kg的人，有5kg的横向力在推他，如果横向力继续增加，那么，人会感觉不舒服、横向不稳定。因此，横向力系数的大小是判定道路设计转弯半径是否符合要求的基本条件，若横向力系数的大小对汽车不产生横向滑移或倾覆，说明道路转弯半径设计符合基本要求。,第二节 平曲线规划设计,第二节 平曲线规划设计,圆曲线半径的计算公式：式中 计算行车速度（km/h）；横向力系数；道路横坡，“”表示车辆在未设超高的曲线外侧车道上行驶；“+”表示车辆在曲线外内车道上行驶。,（m）,第二节 平曲线规划设计,汽车所受的横向力使汽车向弯道外侧滑动，而轮胎和路面之间的摩阻力阻止汽车滑移，因此，汽车不产生横向滑移的必要条件是：式中 横向摩阻系数，与车速、路面种类及状态、轮胎状况等有关。由于，上式可写成：,第二节 平曲线规划设计,2）圆曲线最小半径分为不设超高的最小半径，极限最小半径和一般最小半径。,（m）,第二节 平曲线规划设计,不设超高的最小半径：指道路半径较大，离心力较小时，汽车若沿双向路拱外侧行驶时，路面的摩擦力足以保证汽车安全行驶所采用的最小半径。在计算过程中，公路一般采用0.035，城市道路一般采用0.067。在城市建成区，城市道路两侧建筑物已经形成，故尽可能不设超高，以免与建筑物标高不协调，影响街景美观。极限最小半径：指圆曲线半径采用的极限最小值，当地形困难或条件受限制时方可使用。采用极限最小半径时，设置最大超高。城市道路在郊区的超高横坡度可采用2%6%，一般采用0.15。,第二节 平曲线规划设计,一般最小半径：指设超高时的推荐半径，其数值介于不设超高的最小半径和极限最小半径之间。超高值随半径增大而按比例减少。由式 算出的R值，称为圆曲线不设超高容许的最小半径。选用圆曲线的半径值，应与当地地形、经济等条件相适应，并应尽量采用大半径曲线以提高道路使用质量。一般只有在设计条件比较苛刻的情况下才通过计算确定弯道半径。但最大半径不宜超过10000m。,第二节 平曲线规划设计,3）最大圆曲线半径：半径大到一定程度时，其几何性质与行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶人员造成错误判断反而带来不良后果，最大半径不宜超过10000m。4）最小圆曲线长度：汽车在道路曲线段行驶时，如果曲线很短，司机操作方向盘频繁，在高速驾驶的情况下是危险的，圆曲线宜有大于3s的行程。,3、关于圆曲线的运用曲线最小半径应符合上表的规定。直线与小于上表所列不设超高的圆曲线最小半径相衔接处应设置回旋线回旋线，参数及其长度应根据线形设计以及对安全视觉景观等的要求选用较大的数值。四级公路的直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处可不设置回旋线用超高加宽缓和段径相连接。,4、关于城市道路与公路不同，城市道路设计规范提供了设超高最小半径，设超高推荐半径，不设超高最小半径以及不设缓和曲线最小半径。当受地形条件限制时，可采用设超高推荐半径值；当地形条件特别困难时，可采用设超高最小半径值。,第二节 平曲线规划设计,四、小半径弯道路面的超高与加宽 1、超高设置1)超高横坡度：为了减少横向力，就需要把弯道外侧横坡做成与内侧同向的单向横坡，这就称为超高横坡度（%）。如果因为地形、地物的原因，道路实际允许的最大转弯半径小于上述不设超高的圆曲线的最小半径时，车辆在弯道外侧行驶就要减速，否则就会产生过大的横向力。超高横坡度 计算公式如下：,（%）,第二节 平曲线规划设计,式中 计算行车速度（km/h）；圆曲线半径（m）；横向力系数。当计算所得到的超高横坡度小于路拱横坡时，宜选用等于路拱横坡的超高，以利于测设。设置超高使重力的水平分力与离心力方向相反，横向力将减少。但是超高不能无限增大，因为如果碰到雨雪等天气，汽车的行驶速度降低，重力作用可能造成汽车向道路弯道内侧滑移。所以超高的最大值存在合理的范围，我国的城市道路的超高坡度一般取2%6%。,第二节 平曲线规划设计,2)超高缓和段：为了使道路从直线段的双坡面顺利转换到具有超高的单坡面，需要一个渐变的过渡段，称为超高缓和段。一般为1520m。设置原则：（1）超高往往是设置在立交的匝道上和山地风景区道路上。（2）公路当转弯半径小于不设超高圆曲线的最小半径时须设超高。,（3）城市道路一般较宽，设置超高可能会导致道路两侧用地高差变化较大，不利于道路两侧用地车辆的进出与地面排水，也不利于街道景观组织，所以城市道路一般通过增大道路转弯半径的办法，解决车辆行驶要求，很少设置超高。,第二节 平曲线规划设计,3）超高的过渡方式 a.无中央分隔带（1）先绕中线，再沿内边轴旋转，即先逐渐地将外侧车道抬高，（绕行车道中心线），当抬高到与内侧车道相同横坡时，再一同绕内边轴旋转到超高横坡度为止，适用于新建道路。（2）中轴旋转，适宜于改建道路。（3）外边轴旋转，用于特殊设计，强调路容美观。（内侧不变）,b.有中央分隔带（1）绕中央分隔带中心线，用于中间带宽4.5m。（2）绕中央分隔带两侧边缘，用于各种宽度中间带。（3）绕中央分隔带两侧路面中心线，用于车道数大于4条。c.对于分离式路按两条路单独考虑超高的设置。,第二节 平曲线规划设计,2、加宽设置 汽车在弯道上行驶时，各个车轮的行驶轨迹不同，在弯道内侧的后轮行驶轨迹半径最小，而靠近弯道外侧的前轮行驶轨迹半径最大。当弯道半径较小时，这一现象表现得更为突出。（1）为了保证汽车在转弯时不侵占相邻车道，凡小于250m半径的曲线路段,小半径弯道加宽,均需要加宽。对于双车道路面总加宽值可按对于双车道,第二节 平曲线规划设计,（m）,式中 e双车道加宽值（m）；V计算行车速度（km/h）；L小型汽车、普通汽车前保险杠至后轴轴心线的距离，铰接车前保险杠到中轴轴心线的距离（m）；R设加宽的圆曲线半径（m）。当道路有三、四条车道时，可按e的一倍半，两倍来计算车道总加宽值，更多车道可以此类推。,路面总加宽值可按下式确定：,第二节 平曲线规划设计,(2)在城市道路中，当机动车、非机动车混和行驶时，一般不考虑加宽。车道加宽一般仅限于快速交通干道、山城道路、郊区道路以及立交的匝道。,第二节 平曲线规划设计,(3)为了适应车辆在弯道上行驶时后轮轨迹偏向弯道内侧的需要，通常公路的加宽设在弯道内侧。城市道路为了便于拆迁和实施，有时两侧同时加宽。(4)在圆曲线内加宽为不变的全加宽值，两端设置的加宽缓和段由直线段加宽为0，逐步按比例增加到圆曲线的全加宽值。当设缓和曲线和超高缓和段时，加宽缓和段与其相等，否则，加宽缓和段长度按渐变率1：15设置、且长度不小于10m。（5）为了提高行车安全性，在道路设计中考虑超高与加宽的同时，也要考虑立面要素的引导作用。通过植物、路堑、边坡、路缘石、挡土墙、护拦、岩壁、建筑物等立面要素，把道路线形的形象突出表现出来，从而对诱导驾驶员的视线起到关键作用，减少交通事故的发生。,