城市道路的平面与纵断面设计.ppt

1,第六章城市道路的平面与纵断面设计 道路中心线在平面上的投影线称为道路的平面线形。道路平面设计的一个主要内容就是关于平面线形的设计。道路的纵断面线形是指道路中心线保持各点高程不变沿里程展开后的立面投影线。纵断面设计的主要问题也是纵断面线形的设计。6.1 设计车速 道路设计车速，也称计算行车速度，是指道路几何设计所依据的车速。也就是当路段上各项道路设计特征符合规定时，在气候条件、交通条件等均为良好的情况下，一般驾驶人员能安全、舒适行驶的最大行车速度。我国城市道路设计规范有关各类各级道路设计车速的规定参见表4-2。,2,3,4,5,6.2 道路平面设计6.2.1 平面设计原则及主要内容 1.平面设计的原则 道路平面位置应按城市总体规划道路网布设，即道路平面设计应遵循城市道路网规划。道路平面线形设计应与地形、地质、水文条件等结合起来进行，并应符合各类各级道路的技术指标。道路平面设计应处理好直线与平曲线的衔接，合理地设置缓和曲线、超高、加宽等，合理地确定行车视距并予以的保证。应根据道路类别、等级，合理地设置交叉口、沿线建筑物出入口、停车场出入口、分隔带断口、公共交通停靠站位置等。平面线形标准需分期实施时，应满足近期使用要求，兼顾远期发展，使远期工程尽可能减少对前期工程的废弃。,6,2.平面设计的主要内容 保证汽车行驶的安全、快速、经济和舒适是道路设计的总目标，平面设计也将围绕这个总目标来进行。平面设计的主要内容有：平面线形设计，包括直线、圆曲线、缓和曲线各自的设计及其组合设计，同时要考虑行车视距问题。弯道部分的特殊设计，如弯道加宽、弯道超高及其加宽、超高过渡设计等。沿线桥梁、隧道、道口、平面交叉口、广场和停车场等的平面布设，还有分隔带及其断口的平面布置、路侧带缘石断口的平面布置、公交站点的平面布置等。道路照明及道路绿化的平面布置。,7,6.2.2 平面线形设计 平面线形是指道路中心线在水平面上的投影线形，一般由直线和平面曲线(简称平曲线)组成。当道路设计车速不高(40kmh)时，平曲线主要是圆曲线，此时道路的平面线形可分解为一系列的直线和圆曲线；当车速较高时，由于车辆从直线路段向圆曲线段过渡时，其轨迹很难适应与圆曲线直接相切的方式，而产生行车轨迹与路线的偏离，车速越高、圆曲线半径越小，这种偏离就越大。因此，就需要有一种在直线与圆曲线之间连接过渡的曲线，也称缓和曲线，这种缓和曲线在不同半径曲线之间的衔接时也是必要的。这时，道路平面线形就是一系列的直线、缓和曲线和圆曲线了。平面线形设计就是关于这些线形及其组合关系的设计，同时兼顾纵断面与之组合的效果。,8,9,平面线形,直线,平曲线,圆曲线,缓和曲线,1.直线 直线在城市道路平面线形中用得最多，也最简单。直线设计应注意两个问题：*一次直线长度不能太短，即在两个邻近的圆曲线之间的直线，若太短则不利于在高速行驶中从容驾驶变换方向，也不利于判断直线与曲线的连接。,10,同向曲线间插入短直线,11,当设计车速V60kmh时，直线长度宜满足下列要求：同向曲线间的最小直线长度（m）宜大于或等于设计车速（kmh）数值的6倍；反向曲线间的最小直线长度（m）宜大于或等于设计车速（km h)数值的2倍。当设计车速小于60kmh，地形条件困难时，直线长度可不受上述限制，但应满足设置缓和曲线的需要。*一次直线不能太长，这主要是指车速较高的快速路上，因为长直线容易引起驾驶员的疲劳。国内关于一次直线的最大长度问题还没有统一的标准。国外有资料表明，一次直线最大长度以小于180秒（即3分种）行程为限比较理想。另外，在长直线段还应通过变化周围环境，设置纵坡和竖曲线等措施来改善行车视觉效果，使驾驶人员不致很快疲劳。,12,2.圆曲线 圆曲线具有测设简单、曲率固定的特点，它在道路设计中使用得非常普遍。由于车辆在平面圆曲线路段上行驶时有其明显的受力特点，尤其是在横向受力方面，而圆曲线的曲率半径和圆曲线长度对横向力作用的影响最大，因此，圆曲线设计的主要内容便是合理确定圆曲线半径和圆曲线长度。1）圆曲线上车辆的受力特性。,（m）,13,14,（6-2）,2）圆曲线半径的确定圆曲线最小半径的计算式：,式中：V为车速(kmh)；为横向力系数；iy为超高横坡度，当iy的朝向背向圆心方向时为负值。当公式（6-3）中的、iy同时取合适的最小值时，计算所得的半径便是最小半径。为了减小离心力的作用，弯道上的路面通常做成外侧高、内侧低呈单向横坡的形式，这就是所谓的“弯道超高”。,15,16,17,3）圆曲线长度的确定 对于直线与圆曲线直接切向连接的平面线形来说，圆曲线起着改变行车方向，缓和折线突变的作用，因此其长度不能太短。参照国外和国内的经验，圆曲线最小长度为车辆在设计车速状态下的3s行程（见表6-8）。简单的换算公式如下：,（m）,18,3.缓和曲线 汽车由直线进入圆曲线路段或由圆曲线驶入直线路段时，其运动轨迹是一条曲率逐渐变化的曲线，它的形式和长度视行车速度、圆曲线半径和司机转向的快慢而定。在中、低速情况下，一般驾驶人员都能把汽车保持在正常宽度的车道范围之内，但在高速行驶或圆曲线半径较小时，则有可能超出自己的车道驶出一条较长的过渡性轨迹线，这条轨迹线的最大特点就是曲率沿程渐变。这就是车速较高的道路上必需设置缓和曲线的理由。从以上的考虑出发，我们所设计的缓和曲线必须是：有足够的长度；有合理的曲线形式。,19,根据曲率逐渐变化，乘客感觉舒适和行车时间不宜太短分别计算缓和曲线最小长度如下表。,而缓和曲线的形式国内外通常采用回旋线，内容从略。,20,*不设缓和曲线的圆曲线半径 在直线与圆曲线间插入缓和曲线后，将产生一内移值R，若R与每一车道中的富裕宽度相比较而言“很小”时，则可省略缓和曲线，即直线与圆曲线可径向连接，因为此时已能满足汽车行驶的轨迹要求。关于R的临界值的取值，城市道路取0.20m（公路取0.1m）。,21,4.行车视距 所谓行车视距是指从驾驶员视线高度(1.11.2m)，能见到汽车前方车道上高为0.1m的物体顶点的距离内，沿行车道中心线量得的长度，计算单位常用米(m)。一定的行车视距是安全行车必要的保证条件。按车辆行驶状态要求，行车视距分为停车视距、会车视距和超车视距三种（城市道路设计中通常不考虑超车视距）。,22,1）停车视距S停 汽车在道路上行驶时，司机从发现前方障碍物、紧急制动、到停车后且与障碍物保持一定安全间距，整个过程所需要的最短行车距离称停车视距S停。,23,24,2）会车视距S会 当两辆汽车在同一条行车道上相对行驶，发现时来不及或无法错车，只能双方采取制动措施，使车辆在未相撞之前安全停车的最短距离称为会车视距。会车视距也由三部分组成（图6-6），即双方司机反应时间所行驶的距离；双方汽车的制动滑行距离；安全距离。由图6-6所示可知：,在实际应用中即取会车视距为停车视距的2倍。3）超车视距（略）,25,的，即道路平面视距保证问题；另一类是纵向上坡接下坡的上坡路段或有立交桥(隧道)的路段上因视线受阻而产生的，即道路纵断面视距保证问题。,4）平面视距的保证 道路上视距保证的问题分为两类：一类是平面曲线路段，即弯道内侧由于路侧的树木、建筑物、路堑边坡等的遮挡而引起,26,最大横净距,横净距,横净距：平曲线上，行车视距长度内，行车轨迹线与行车视距两端点连线间的垂直距离，其中最大值为最大横净距。,27,28,圆曲线几何元素为：,29,6.2.2 平面设计 6.平曲线最小长度（p181）*当仅有圆曲线，无缓和曲线时，圆曲线长度应满足表6-8中圆曲线最小值；*当既有圆曲线，又有缓和曲线时，应保证满足表6-8中平曲线最小值；*当无圆曲线，仅有缓和曲线时，亦应满足表6-8中平曲线最小值。换句话说，当无缓和曲线时，应保证设计车速的3秒行程；当有缓和曲线时，应保证设计车速的6秒行程；,30,小转角平曲线最小长度（p181）道路设计时，在地形条件许可的情况下，路线的转角争取用得小一些，以便达到路线顺直的目的。但转角太小，对于行车来说，也存在问题，主要是容易造成视觉错误。目前，各国基本上认为转角小于7时，容易引起驾驶员的错觉，把曲线长度误认为比实际的短，这对于车辆行驶安全显然是不利的，而且这种现象转角越小越明显。所以，转角越小越要插入长一些的曲线，使其产生道路在顺适转弯的感觉。小转角曲线的最小长度与转角成反比，规范值详见表6-9。当路线转角2时，采用2计算其长度，以避免曲线过长而产生负面效果。,31,32,6.2.3 弯道特殊设计超高、超高缓和段概念有超高(Rmin(80)=1000m)必有缓和曲线（Rmin(80)=2000m）,图6-13,33,弯道超高设计解决四个问题：本弯道是否需要设置超高？由表6-4确定；确定超高值？由表6-3确定；确定超高缓和段长度？由超高渐变率和超高横坡度可计算求得其长度，与该弯道曲线所应设的缓和曲线长度比较，二者取大值统一作为缓和曲线长和超高渐变段长。（见公式6-52和表6-10）超高方式及过渡方式（图6-14，图6-15）,34,35,加宽、加宽缓和段概念 汽车在弯道上行驶时，其车体(车厢)实际上与道路轴线成一定夹角，故所占道路宽度比直线路段要宽。因此，弯道上路面必须加宽以适应这种要求，否则弯道路段行车时，尤其是车辆并行时的横向安全距离就不够，容易造成交通事故。有加宽（R250m)必有超高和缓和曲线（除V40km/h，这时用直线代替了缓和曲线）。加宽通常在弯道内侧，圆曲线部分实现全值加宽，在直线和圆曲线之间设置加宽过渡段实现加宽过渡。加宽过渡段与超高缓和段和缓和曲线共长，在此长度内，以直线或曲线加宽形式完成加宽过渡。,36,37,38,6.3 道路纵断面设计6.3.1 设计原则（1）道路纵断面设计应参照城市规划控制标高，并适应临街建筑物立面布置及沿线范围内地面的排水。（2）为保证行车安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。（3）山城道路及新辟道路的纵坡设计应综合考虑土石方工程量平衡，合理确定路面设计标高。（4）对于机动车和非机动车混合行驶的车行道，应按非机动车爬坡能力设计道路纵坡。（5）纵断面设计应对沿线地形、地物、地质、水文、气候、地下管线和排水要求综合考虑。,39,6.2设计内容（1）纵坡设计：包括坡度设计和坡长设计；（2）竖曲线设计：在两条相邻坡度线的交汇处即变坡点处，设置适当曲率和适当长度的竖向曲线，以缓和坡度的变化，保证行车的平稳和舒适；（3）视距验算：纵断面上产生视距不足的情况主要在小半径的凸形曲线处和设置立交桥的凹形曲线路段，在这些地方应进行视距验算，避免出现视距不足的情况发生；（4）锯齿形街沟的设计：在道路纵坡0.3时，其街沟的纵向排水能力很差，为此，需要人为调整加大街沟沟底纵坡，锯齿形街沟(或称齿形街沟)便是一种好的办法；（5）平面及纵断面组合设计。,40,6.3.4 纵坡度及坡长 1.纵坡度 道路纵坡度的设计包括最大纵坡和最小纵坡两个方面。为保证车辆能以适当的车速在道路上安全行驶而确定的纵坡最大值称为最大纵坡，其数值大小与设计车型的动力性能有关。最小纵坡是针对城市道路的特殊排水方式而确定的。城市道路的雨水是通过道路范围内的街沟（或称偏沟）排除的，而一般情况下，街沟沟底纵坡与道路平行，倘若道路纵坡为零或者很小，则街沟水的纵向流动就会很缓慢，从而影响道路雨水的迅速排除。为此，城市道路设计规范规定城市道路最小纵坡为0.5，困难地方为0.3。,41,机动车道最大纵坡详见表6-16。非机动车最大纵坡城市道路设计规范规定为3.5。,当机动车与非机动车同一断面时，最大纵坡只能以非机动车为准。,42,43,2.坡长 受车辆动力性能的限制，当道路纵坡大于某一坡度值时，上坡车辆将作减速行驶，坡道越长，车速下降得越快，以至降到道路设计不能容许的车速；反之，下坡车辆将作加速行驶，坡道越长，车速增加越快，制动器长时间工作容易发热失灵，从而导致行车危险。从这个意义上讲，对于这一类纵坡度的路段，必须限制其坡段长度，以保证道路整体车速的均衡性及道路通行能力的一致性，这便是最大坡长限制。城市道路设计规范分别对机动车道纵坡限制长度和非机动车道纵坡限制长度作了明确规定，详见表6-18和表6-19。,44,表6-19略。,45,在道路纵断面设计过程中，两个坡度值较大的相邻、同坡向纵坡路段的中间，应设置一段较小坡度的路段，以便上坡车辆加速积蓄动能，继续爬坡；下坡车辆的制动器有歇息的机会，不致过热而失灵。这中间的较小坡度的路段，通常称作缓坡路段，其长度不能太短，否则达不到加速积蓄动能或减速利于制动的目的。另外，为避免齿形纵断面出现，每一坡度线长度也不应过短，坡长过短，道路纵坡变化频繁，将严重影响车辆行驶的平顺性及道路线形美观。因此，对道路的最小纵坡长度也应进行限制，通常是按10秒行程来考虑的。城市道路设计规范值详见表6-20。纵断面设计应注意：对于纵坡度而言，既不能太大，也不能太小；对于纵坡长而言，既不能太长，也不能太短。,46,6.3.5 竖曲线设计1.竖曲线参数及曲线要素计算向着路线前进方向，相邻两纵坡坡度值分别为,上坡为“+”，下坡为“-”；相邻两坡度代数差记为,为”+“，恒为凹形变坡；,为”-“，恒为凸形变坡。,47,2.竖曲线最小长度 竖曲线的功能：“缓和冲击力、保证行车视距、增加行车安全感和舒适感并且便于道路排水”（1）限制离心力过大（通过限制离心加速度实现）；（2）限制经行时间过短（不小于3秒）；（3）满足视距要求（以满足凸形竖曲线计算）。详见表6-21。,48,49,6.3.7 纵断面设计方法及纵断面设计图的绘制。1.平、纵线形组合设计要点 平、纵线形组合设计是指在满足汽车运动学和力学要求前提下，研究如何满足视觉和心理方面要求的连续、舒适、与周围环境的协调等条件，同时道路应具备良好的排水条件。设计要点如下：1在视觉上自然地引导驾驶员的视线。平曲线起点应设在竖曲线切点之前。急弯、反向曲线或挖方边坡应考虑视线的诱导，避免遮挡视线。,50,2为使平、竖曲线均衡，一般取竖曲线半径为平曲线半径的1020倍。3合理选择道路的纵、横坡度，既保证排水通畅，又应避免过大的合成坡度。4如平、竖曲线半径均大时，平、竖曲线宜重合，且应“平包竖”(详见图629)；平、竖曲线半径均小时，不得重合，应分开设置。5不宜在一个长的平曲线内设两个或两个以上凸、凹相邻的竖曲线，或者在一个长竖曲线内设两个或两个以上的反向平曲线，否则可能出现折断或扭曲的透视线形，不利驾驶员遵循。,51,52,（1）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。（2）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。,2.当采用长的直线线形时，应注意的问题：,53,