公路设计与计算基础知识

公路设计与计算基础知识

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/hjpqindong/article/details/134659219

公路设计是一项复杂而精细的工作，涉及多个方面的专业知识。本文将详细介绍公路设计与计算的基础知识，包括道路设计的基本步骤、直线、圆曲线、缓和曲线、曲线超高、曲线加宽、缓和段设置、平曲线长度、平面视距等多个方面。

道路设计的基本步骤

1. 道路是三维空间的实体，路线是道路中线的空间位置

• 路线平面：路线在水平方向的投影
• 路线的纵断面：沿道路中线竖直剖切再行展开
• 中线上任意一点法向切面是道路在该点的横断面

2. 道路设计过程中，先确定平面的线形，再进行纵断面和横断面设计

• 平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线三个要素组成

3. 线性设计

• 公路平面线形设计：直线—缓和曲线—圆曲线—缓和曲线—直线
• 城市道路平面线形设计：直线—圆曲线—直线

4. 道路平面线形要素

• 行驶中汽车的导向轮与车身纵轴之间的关系→汽车行驶轨迹
• 角度为零→曲率为零→直线
• 角度为常数→曲率为常数→圆曲线
• 角度为变数→曲率为变数→缓和曲线
• 现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。

直线

1. 优点

• 线形直捷，布设方便，行车视距良好，行车平稳

2. 缺点

• 不能适应地形变化，不便于避让障碍，直线过长容易使驾驶员产生麻痹而放松警惕，发生行车事故，夜间行车时，对向行车灯光眩目不利安全

直线运用

1. 直线的最大长度

• 在城镇及附近或其它景色有变化的地点，大于20V是可以接受的，在景色单调的地点最好控在在20V以内

2. 直线的最小长度

• 当V≥60km/h时，同向曲线的直线最小长度为6V，反向曲线的最小长度不小于2V

3. 注意的问题

• 长直线或长下坡尽头的平曲线 ，必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全措施
• 长直线上坡不宜过长 ，直线上的纵坡一般应小于3%
• 长直线应与大半径凹曲线配合为宜

采用长直线线形应注意的问题

1. 长直线宜与大半径凹竖曲线组合使用
2. 避免“断背曲线”

圆曲线

1. 优点

• 布设方便，能很好地适应地形，避让障碍，与地形配合得当可获得圆滑、舒顺、美观的路线，又能降低工程造价
• 使行车景观不断变化，使驾驶员保持适度的警惕，增加行车安全性，也可起到诱导行车视线的作用

2. 注意的问题

• 半径不可过小而影响行车安全

圆曲线的平面布设

1. 圆曲线上技术代号

• JD—交点（转角点）
• ZY—直圆（圆曲线起点）
• QZ—曲中（圆曲线中点）
• YZ—圆直（圆曲线终点）

圆曲线的几何要素及主点桩号里程计算

1. 几何要素
2. 曲线主点桩号里程计算
3. 曲线主点桩计算校核

圆曲线半径

1. 汽车在圆曲线路段行驶时会产生离心力F
2. 曲线半径指标

横向力系数μ的取值

1. 意义

• 横向力系数表示单位车重所受到的横向力（离心力）
• 其值越大对行车越不利

2. 取值大小的决定因素

• 行车安全：确保行车不产生横向滑移
• 操作方便、行车经济
• 行车平稳、舒适

3. 取值

• 一般取
• 为控制值

公路圆曲线最小半径

1. 三种平曲线最小半径

• 一般最小半径：通常情况下推荐采用的最小半径值
• 极限最小半径：能保证按设计速度行驶的车辆安全行驶的最小半径
• 不设超高最小半径：当路线的半径大到一定值时，即使汽车在曲线的外侧时，也能获得足够的安全性和很好的舒适性

缓和曲线

1. 定义

• 在直线与圆曲线、圆曲线与圆曲线之间设置的曲率连续变化的曲线

2. 特点

• 易于适应地形，能很好地与汽车行驶轨迹相适应，使线形连续、美观，但缓和曲线计算、布设较繁琐

缓和曲线的性质

• 路线设计符合汽车转弯时的行驶轨迹，插入缓和曲线，使整条曲线的曲率形成一个连续变化的过程。
• 汽车以等速转弯时，行驶轨迹曲线上任意一点所对应的曲率半径与行驶的距离（弧长）成反比，这一行驶轨迹特性正好与数学上回旋线方程性质相同。
• 回旋线作为缓和曲线

带缓和曲线的平曲线平面布设

• 缓和曲线中心角
• 曲线内移值
• 曲线切线增长值

设有缓和曲线的平曲线主点桩技术代号

• JD—交点（转角点）
• ZH—直缓（第一缓和曲线起点）
• HY—缓圆（第一缓和曲线终点）
• QZ—曲中（曲线中点）
• YH—圆缓（第二缓和曲线起点）
• HZ—缓直（第二缓和曲线终点）

平曲线几何要素计算

平曲线主点桩里程计算

• 曲线主点桩里程计算
• 曲线主点桩里程校核

曲线超高

1. 定义

• 为抵消车辆在平曲线路段上行驶时所产生的离心力，而在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横坡

2. 作用

• 用车重产生的向内水平分力来抵消部分离心力，以利于行车安全与稳定

3. 设置要求

• 当曲线半径小于表2-20或表2-23中规定的不设超高最小半径时，均应设置超高

平面曲线实例

1. 超高横坡度计算
2. 车速的调整

• 设计车速与实际车速之间的调整

3. 超高值计算式
4. 超高计算值取值要求

• 任意半径超高横坡度不得大于极限超高横坡度
• ，又不得小于路拱横坡度

全超高横坡度

• 公路最大超高横坡度

• 城市道路最大超高横坡度

超高的过渡

• 平曲线路段超高缓和段的布置

• 当圆曲线上超高值和缓和段长度一定后，超高缓和应在全长上布设
• 在设计中应根据超高变化情况，计算出任意断面上路肩两侧边缘及路中点对原设计标高（未加宽前路肩边缘标高）的相对高差，为施工放样提供依据

公路超高设置方式

• 无中间带的公路

  1. 超高横坡等于路拱横坡

• 外侧车道绕路中线旋转，直至超高横坡

  2. 超高横坡大于路拱横坡

• 第一种：绕车道内侧边轴旋转

• 第二种：绕中轴旋转

• 第三种：绕车道外侧边轴旋转

• 有中间带的公路超高设置方式

  1. 绕中间带的中心线旋转
  2. 绕中央分隔带边缘旋转
  3. 绕各自行车道中线旋转

城市道路超高布置方式

• 城市道路超高方式应根据地形状况、车道数、超高横坡值、横断面形式、便于排水、路容美观等因素决定
• 单幅路及三幅路机动车道宜绕中轴旋转；双辐路及四幅路机动车道宜绕中央分隔带边缘旋转，使两侧车行道各自成为独立的超高横断面

曲线加宽

1. 加宽值确定

• 汽车轮迹需要
• 汽车行驶摆动需要

2. 加宽值计算

3. 加宽值选用规定

• 当圆曲线半径大于250m时，可不设加宽
• 曲线路段加宽宜布置在弯道内侧
• 各级公路的路面加宽后，路基也应相应加宽

公路规范对加宽类别选用

• 高速公路、一级公路、二级公路及设计速度为40km/h的三级公路应采用第三类加宽值。
• 对不经常通行集装箱、半挂车的公路，可采用第二类加宽值。
• 四级公路和设计速度30km/h的三级公路可采用第一类加宽值。

城市道路加宽值

加宽缓和段

1. 加宽缓和段的长度

• 加宽所需要的最小长度
• 在不设缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应按渐变率1：15且不小于20米的要求设置
• 设置缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段长度采用与缓和曲线或超高缓和段长度相同的数值
• 不设缓和曲线，加宽缓和段长度取超高缓和段长度，渐变率不小于1：15，且长度不小于10米

2. 加宽过度方式

• 按直线比列加宽
• 高次抛物线加宽

缓和段设置

1. 缓和段

• 为了使行车能够安全、平稳、顺利地由直线向曲线、由大半径曲线向小半径曲线行驶所设置的过渡段

2. 设置目的

• 为消除行车转弯时曲率突变，使行车能从容、顺适地进行曲率变化而设置的曲线缓和过渡段为缓和曲线
• 为使行车平稳、顺适地进行横坡变化而设置的超高变化过渡段为超高缓和曲线
• 为适应行车轨迹，顺适地进行宽度变化而设置的加宽过渡段为加宽缓和段

3. 类型

• 缓和曲线、超高缓和段、加宽缓和段

缓和段长度

1. 离心加速度变化的缓和长度
2. 操纵时间要求缓和段长度
3. 超高变化要求缓和段长度
4. 一般根据三方面缓和段长度的计算结果，取其中最长的并按5倍数取整后作为缓和段长度

平曲线长度

1. 平曲线最小长度计算

• 取一般驾驶员能从容操作方向的（左右转动方向）时间为6S

2. 相关规定

小偏角时的平曲线长度

• 当道路转角小于7°时，为防止驾驶员在视觉上产生急弯错觉，而导致操纵失误，应设较长的平曲线

相关规定

平曲线形的连接

• 平面线形设计整体上尽可能顺直，选择曲线半径尽可能大些，应与自然地形等高线相适应为宜。
• 在桥梁、隧道内部与进出口路段和平面交叉口前后路段 ,应采用直线为宜。
• 长直线尽头不得设置小半径曲线
• 直线长度L<500m时，最小半径R=L
• 直线长度L≥500m时，最小半径R=500
• 一般平面线型设置的转角不宜小于 10°

平面视距

1. 定义

• 为了行车安全，保证驾驶员能随时看到前方一定距离的道路路段，发现道路上的障碍、迎面来车，及时采取制动或避让措施，所必须的是最短路段距离

2. 运用

• 在平面线形和纵断面线形设计中，都应有足够的行车视距

3. 平面视距分类

• 停车视距、会车视距、超车视距

4. 行车视距不足主要发生在下述几种场合

• （1）道路平面上的暗弯，即处于挖方路段的弯道和内侧有障碍物的弯道，见图a
• （2）纵断面上的凸型竖曲线，见图b
• （3）下穿式立体交叉的凹型竖曲线，见图c

5. 视距相关规定

6. 公路视距的运用

• 高速公路和一级公路满足停车视距的要求
• 二、三、四级公路，应满足会车视距的要求，在工程特别困难或受其他限制地段，可采用停车视距，但必须采取分道行驶措施
• 对向行驶的双车道公路，应根据需要并结合地形，在适当的距离内设置具有超车视距的路段
• 积雪冰冻地区的道路，停车视距应适当增长
• 以大型车为主的公路，应按货车停车视距进行检验

7. 弯道内侧视距的保证

• 清除弯道内侧一定范围的障碍物
• 最大横净距的确定
• 解析法
• 几何法
• 视距包络图

8. 开挖视距台

• 计算出净横距以后，按比例在各桩号的横断面图上画出视距台，以供施工放样。

路线平面图绘制步骤

1. 确定比例

• 公路工程一般山岭地区采用1：2000，丘陵平原地区采用1：5000。
• 城市道路一般采用1：1000或1：500。

2. 根据直线、曲线、转角一览表，按比例绘制道路中线图

3. 在道路中线图上标注出起点、里程表桩、百米桩、曲线主点桩、桥涵与人工构造物桩号位置

4. 按比例勾绘道路中线左右各100～200m范围内的地形等高线，标注地物、地貌、建筑物与构造物位置和名称

5. 对于城市道路平面图，应在现状地形图上，绘出道路设计红线、中线、行车道与人行道的分界线，并绘出分隔带、绿化带、交通岛、沿街建筑及出入口位置与外形

6. 整理、修正（等高线、地物、建筑物、构筑物等）图纸