行業(yè)資訊
公路平面線(xiàn)形及曲線(xiàn)要素
十二五期間,國家經(jīng)濟發(fā)展有了新的目標和方向,公路作為重要的基礎設施建設,因能帶動(dòng)地方經(jīng)濟發(fā)展的需要,持續被重視和發(fā)展。隨著(zhù)科技水平及人民生活水平的不斷提高,“以人為本”的理念在經(jīng)濟建設和城市公路發(fā)展中的地位日益突出,人們對公路的要求越來(lái)越高,不僅要求它具有安全性、舒適性、便捷性等實(shí)用功能,還要求它具有美觀(guān)性、環(huán)保性、協(xié)調性等能滿(mǎn)足人們心理需要的精神功能。
公路線(xiàn)形是公路的骨架,直接承載著(zhù)車(chē)輛的運行,它控制著(zhù)整個(gè)公路的路基、橋涵、交叉、沿線(xiàn)設施等構造物的規模和投資。同時(shí)對汽車(chē)行駛的安全、舒適、經(jīng)濟和道路的通行能力起著(zhù)決定性作用。公路線(xiàn)形建成后將長(cháng)期存在、無(wú)論好壞都很難改變。因此,做為設計者應特別重視線(xiàn)形設計質(zhì)量,任何一個(gè)不安全的因素或不良的組合設計,都將造成駕駛員視覺(jué)上的判斷失誤或心理效應上的不良反應,都可能形成交通安全隱患。
所謂設計即為設計者將各種因素綜合進(jìn)行考慮,創(chuàng )造性地進(jìn)行“各種技術(shù)指標的組合,公路平面線(xiàn)形的設計應具有創(chuàng )造性和靈活性。
1、路線(xiàn)平面線(xiàn)形選擇
路線(xiàn)平面線(xiàn)形通常是由直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)三種基本線(xiàn)形要素組合而成,其中直線(xiàn)是采用較多的線(xiàn)形,它具有最直接、方向最明確、易于布設等特點(diǎn),然而直線(xiàn)線(xiàn)形缺乏靈活性,難以適應地形、地物,不易與周?chē)木坝^(guān)相協(xié)調,因而在應用上會(huì )受到限制。而且直線(xiàn)過(guò)長(cháng)時(shí)。易造成車(chē)速過(guò)快,易使駕駛者感到疲勞犯困,使駕駛者目測車(chē)距容易產(chǎn)生誤差而引發(fā)事故;因此長(cháng)直線(xiàn)設計應該慎重。采用直線(xiàn)線(xiàn)形時(shí),應根據路線(xiàn)所處的地形、地貌、地物,并考慮駕駛者的視覺(jué)心理狀態(tài)等合理布設。當地形條件及其它特殊情況限制而采用長(cháng)直線(xiàn)時(shí),為彌補長(cháng)直線(xiàn)路段景觀(guān)單調缺陷,應結合沿線(xiàn)具體情況采取相應的技術(shù)措施。
以曲線(xiàn)為主的道路,要求駕駛者必須經(jīng)常移動(dòng)注意點(diǎn)來(lái)進(jìn)行駕駛操作,同時(shí)車(chē)輛在沿著(zhù)彎道行駛時(shí),展現在駕駛者前面的是經(jīng)常變化著(zhù)的自然景色,顯的更加有趣和多樣化。國外如日本、德國等一些發(fā)達國家,強調高速公路線(xiàn)形以曲線(xiàn)為主的新理念。從國內近年來(lái)設計的高速公路分析,以曲線(xiàn)為主的設計方法也正在被更多的采用。實(shí)踐證明,曲線(xiàn)線(xiàn)形舒順流暢、平縱線(xiàn)形配合優(yōu)美,能較好的適應地表、地物變化,具有柔和的幾何形態(tài),更符合駕乘人員的心理。
同樣的線(xiàn)形在不同的環(huán)境中給人的感覺(jué)不同。調查發(fā)現,由于線(xiàn)形與周?chē)坝^(guān)的不良配合,會(huì )給駕駛者造成精神壓力或因錯覺(jué)引發(fā)交通事故。線(xiàn)形與環(huán)境景觀(guān)的協(xié)調設計首先要考慮交通安全。在山嶺區以曲線(xiàn)為主的平面設計是較為理想的,也容易做到。在平原區,以曲線(xiàn)為主的平面設計應是方向,但在平原微丘區,一般都有規整的農田以及地方路網(wǎng),適當的采用直線(xiàn),避免對原有規劃的農田水利網(wǎng)及道路網(wǎng)進(jìn)行不必要的切割和破壞,影響其使用功能。直線(xiàn)和曲線(xiàn)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),很難單一的評論優(yōu)劣。采用何種線(xiàn)形,主要取決于路線(xiàn)與地形及周?chē)h(huán)境相適應的程度,以及平縱線(xiàn)形配合的情況。高速公路線(xiàn)形設計還要注意平面與縱面線(xiàn)形的配合。
2、曲線(xiàn)要素的運用
通常“直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)、緩和曲線(xiàn)”被稱(chēng)為平曲線(xiàn)的三要素。曲率為零的線(xiàn)形——直線(xiàn);曲率為常數的線(xiàn)形——圓曲線(xiàn);曲率為變數的線(xiàn)形——緩和曲線(xiàn)。
2.1直線(xiàn)的運用
直線(xiàn)在以往的公路設計中是最主要的設計線(xiàn)形,尤其在地形、地勢平坦的地帶采用更多。長(cháng)直線(xiàn)會(huì )使駕駛員感到單調乏味,容易造成車(chē)速過(guò)高,當在發(fā)現有障礙物(包括過(guò)路行人、車(chē)輛)或小半徑曲線(xiàn)的急轉彎路段時(shí),往往不能及時(shí)剎車(chē)制動(dòng)而發(fā)生車(chē)禍;另外直線(xiàn)不易適應復雜地形,也不易與周?chē)匀痪坝^(guān)很好地融合,不易保證道路線(xiàn)形的連續性,從而影響駕駛員和心理感受,造成判斷上的誤差,影響汽車(chē)的行駛安全性和運行速度。
2.1.1直線(xiàn)線(xiàn)形的特點(diǎn):
① 路線(xiàn)短捷、行車(chē)方向明確、視距良好、行車(chē)快速、駕駛操作簡(jiǎn)單。
② 線(xiàn)形簡(jiǎn)單,容易測設。
③ 直線(xiàn)路段能提供較好的超車(chē)條件(所以雙車(chē)道的公路間隔適當處要設置一定長(cháng)度的直線(xiàn))。
④ 從行車(chē)的安全和線(xiàn)形美觀(guān)來(lái)看:過(guò)長(cháng)的直線(xiàn),線(xiàn)形呆板,行車(chē)單調,易疲勞;也易發(fā)生超車(chē)和超速行駛,行車(chē)時(shí)司機難以估計車(chē)間距離;在直線(xiàn)上夜間對向行車(chē)易產(chǎn)生眩光。
⑤ 只能滿(mǎn)足兩個(gè)控制點(diǎn)的要求,難與地形及周?chē)h(huán)境相協(xié)調。
2.1.2直線(xiàn)最大長(cháng)度的標準規定:
總體原則:公路線(xiàn)形應與地形相適應,與景觀(guān)相協(xié)調,直線(xiàn)的最大長(cháng)度應有所限制,當采用長(cháng)的直線(xiàn)線(xiàn)形時(shí),為彌補景觀(guān)單調的缺陷,應結合具體情況采取相應的技術(shù)措施。
經(jīng)分析國外的實(shí)例發(fā)現,德國最大直線(xiàn)長(cháng)度是20V、前蘇聯(lián)是8km、美國是3mile。
2.1.3采用長(cháng)的直線(xiàn)線(xiàn)形時(shí),應注意的問(wèn)題:
① 長(cháng)直線(xiàn)上縱坡不宜過(guò)大,因長(cháng)直線(xiàn)再加下陡坡行駛更易導致高速行駛。
② 長(cháng)直線(xiàn)與大半徑凹形豎曲線(xiàn)組合為宜,可以使生硬呆板的直線(xiàn)得到一些緩和。
③ 兩側地形過(guò)于空曠時(shí),宜采取種植不同樹(shù)種或設置一定建筑物、 雕塑、廣告牌等措施,改善單調的景觀(guān)。
④ 長(cháng)直線(xiàn)或長(cháng)下坡盡頭的平曲線(xiàn)必須采取設置標志、增加路面抗滑能力等安全措施。

① 同向曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(cháng)度存在如下弊端:
a、早期的低等級公路設計,當不設置緩和曲線(xiàn)時(shí),如果兩同向圓曲線(xiàn)之間直線(xiàn)較短,超高緩和及其銜接比較困難。
斷背曲線(xiàn):互相通視的同向曲線(xiàn)間若插以短直線(xiàn),容易產(chǎn)生把直線(xiàn)和兩端的曲線(xiàn)看成為反向曲線(xiàn)的錯覺(jué),當直線(xiàn)過(guò)短時(shí)甚至把兩個(gè)曲線(xiàn)看成是一個(gè)曲線(xiàn),這種線(xiàn)形破壞了線(xiàn)形的連續性,且容易造成駕駛操作的失誤,通常稱(chēng)為斷背曲線(xiàn)。設計中應盡量避免。如圖所示:

② 當受條件限制,需在兩同向圓曲線(xiàn)間設置小于6v的直線(xiàn)段時(shí),可采取一些改善措施,如:
a、在滿(mǎn)足行車(chē)視距的前提下,采取借用曲線(xiàn)內側山丘地形或人工種植遮擋性樹(shù)木等手段,避免兩曲線(xiàn)和中間直線(xiàn)同時(shí)全部進(jìn)入駕駛人視野。
b、中間直線(xiàn)段上盡量避免設置凹型豎曲線(xiàn),以避免反彎錯覺(jué)的加劇。
③ 反向曲線(xiàn)間的直線(xiàn)最小長(cháng)度
反向曲線(xiàn)間設置直線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)是為駕駛人反向操作提供了緩和區段,其缺點(diǎn)是破壞了線(xiàn)形的連續、均衡、美觀(guān)。一般地,當運行速度較高、兩曲線(xiàn)指標差別較大時(shí)應盡量設置不小于2v的直線(xiàn)段;當兩平曲線(xiàn)指標比較均衡、運行速度不高時(shí)可徑向銜接;當兩反向平曲線(xiàn)布設緩和曲線(xiàn)時(shí),中間應設置不小于2v并滿(mǎn)足超高緩和的直線(xiàn)段。
2.2.1圓曲線(xiàn)特點(diǎn)
① 曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)的曲率半徑R=常數,故測設比緩和曲線(xiàn)簡(jiǎn)便。
③ 視距條件差,容易發(fā)生交通事故。
④ 較大半徑的長(cháng)緩圓曲線(xiàn)具有線(xiàn)形美觀(guān)、順適、行車(chē)舒適等特點(diǎn)。故常采用。
2.2.2 影響因素
汽車(chē)在曲線(xiàn)上行駛時(shí),橫向穩定性是考慮的主要因素,橫向穩定包括側翻、側滑以及乘客舒適程度等,影響汽車(chē)橫向穩定性的主要指標為運行速度、圓曲線(xiàn)半徑和超高橫坡值,相關(guān)關(guān)系的計算公式為:

研究資料表明,汽車(chē)在曲線(xiàn)上行駛時(shí),橫向力系數與乘客感覺(jué)的關(guān)系如下:
u<0.10時(shí),不感到有曲線(xiàn)存在,很平穩;
u=0.15時(shí),略感到有曲線(xiàn)存在,但尚平穩;
u=0.20時(shí),已感到有曲線(xiàn)存在,并感到不平穩;
u=0.35時(shí),感到有曲線(xiàn)存在,并感到不平穩;
u>0.4時(shí),非常不穩定,站不住,有傾倒的危險。
②能源消耗
研究資料表明,與在直線(xiàn)上行車(chē)相比
u=0.10:燃料消耗增加10%,輪胎磨耗增加1.2倍;
u=0.15:燃料消耗增加15%,輪胎磨耗增加2.0倍;
u=0.20:燃料消耗增加20%,輪胎磨耗增加2.9倍。從行車(chē)安全角度考慮,對于高速公路,橫向力系數不應超過(guò)0.15;對于低等級公路,橫向力系數不應超過(guò)0.20。
2.2.3 最小半徑確定
①極限最小半徑
按上述公式計算出極限最小半徑和規范中給定的極限最小半徑對比表如下:



其它車(chē)輛運行,可不設緩和曲線(xiàn)。一般情況下,該內移值可取0.2m,內移值的計算公式為: △R=A4/24·R3

對于“極限最小半徑”“一般最小半徑”在前面已經(jīng)做了詳細論述,在此著(zhù)重描述“安全適用半徑”、“最大半徑”。
①安全適用半徑
在沒(méi)有特殊的建設條件限制時(shí),采用多大的半徑較為合適?這個(gè)問(wèn)題很難給出明確的數據,因為即使建設條件屬于“一般”情況,也有平原、丘陵、山嶺等不同地貌的差別,另外還有不同的縱面要素組合,不應孤立地評價(jià)一個(gè)曲線(xiàn),而應綜合考慮前后線(xiàn)形的連續均衡,具體視情況而定。
如果將規范中提出的“一般最小半徑”作為一般情況下設計應采用的半徑值,則往往半徑偏小主要因為計算該值取用的超高值偏大,作為一般情況下推薦設計采用的半徑,可按2%超高(也有觀(guān)點(diǎn)提出2%~4%超高)對應的半徑選用,見(jiàn)表如下:

因此,平曲線(xiàn)半徑超高7000m的意義不大。
2.2.5平曲線(xiàn)長(cháng)度
① 最小平曲線(xiàn)長(cháng)度
規范中規定最小平曲線(xiàn)長(cháng)度取2倍最小緩和曲線(xiàn)長(cháng),這是考慮凸型線(xiàn)的極端情況。一般情況下,特別是高速公路設計,很少采用凸型線(xiàn),如果考慮不小于3S行程的圓曲線(xiàn)長(cháng)度,平曲線(xiàn)的極限長(cháng)度采用3倍最小緩和曲線(xiàn)長(cháng)度較合適,見(jiàn)下表:

②最大平曲線(xiàn)長(cháng)度
較長(cháng)平曲線(xiàn)有以下缺點(diǎn):線(xiàn)形過(guò)于彎曲,增加了路線(xiàn)繞行里程和總體線(xiàn)形美觀(guān)性差;較長(cháng)的平曲線(xiàn)不利于平縱組合的搭配,建議采用能更好配合縱面設計的多個(gè)不同曲線(xiàn)半徑和曲線(xiàn)長(cháng)度的平曲線(xiàn);較長(cháng)的平曲線(xiàn)如果半徑過(guò)大,則與長(cháng)直線(xiàn)一樣,會(huì )引起駕駛人單調、疲勞、注意力渙散不利于安全行車(chē)。
③適宜的平曲線(xiàn)長(cháng)度
平曲線(xiàn)半徑和長(cháng)度不是孤立的指標,應綜合考慮前后銜接路段的指標、縱面設計情況等多種影響因素后確定。對于高速公路,一般而言,采用1~2km曲線(xiàn)長(cháng)度比較合適。
2.3 緩和曲線(xiàn)的運用
緩和曲線(xiàn)分為三種線(xiàn)型:回旋曲線(xiàn)、三次拋物線(xiàn)、雙紐曲線(xiàn),常用的是回旋曲線(xiàn)。
緩和曲線(xiàn)是指在直線(xiàn)與圓曲線(xiàn)之間或者半徑相差較大的兩個(gè)轉向相同圓曲線(xiàn)之間設置的一種曲率連續變化的曲線(xiàn)。
2.3.1緩和曲線(xiàn)的特性
① 緩和曲線(xiàn)曲率漸變,設于直線(xiàn)與圓曲線(xiàn)間,其線(xiàn)形符合汽車(chē)轉彎時(shí)的行車(chē)軌跡,從而使線(xiàn)形緩和,消除了曲率突變點(diǎn)。
②由于曲率漸變,使道路線(xiàn)形順適美觀(guān),有良好的視覺(jué)效果和心理作用感。
③在直線(xiàn)和圓曲線(xiàn)間加入緩和曲線(xiàn)后,使平面線(xiàn)形更為靈活,線(xiàn)形自由度提高,更能與地形、地物及環(huán)境相適應、協(xié)調、配合,使平面布線(xiàn)更加靈活、經(jīng)濟、合理。
④與圓曲線(xiàn)相比,緩和曲線(xiàn)計算及測設均較復雜。

①曲率連續變化,視覺(jué)效果好。(線(xiàn)形緩和)


2.3.3緩和曲線(xiàn)的選擇
①緩和曲線(xiàn)軌跡特點(diǎn):由直線(xiàn)駛入圓曲線(xiàn)
轉彎時(shí),其軌跡上的任一點(diǎn)的曲率半徑與其行程(自轉彎開(kāi)始點(diǎn)算起)成反比,此軌跡方程為回旋曲線(xiàn)方程。因此我國《標準》規定緩和曲線(xiàn)采用回旋曲線(xiàn)。
②回旋曲線(xiàn)、三次拋物線(xiàn)和雙紐線(xiàn)線(xiàn)形比較:

b、隨著(zhù)極角的增加,三次拋物線(xiàn)的長(cháng)度比雙紐線(xiàn)的長(cháng)度增加的較快,而雙紐線(xiàn)的長(cháng)度又比回旋線(xiàn)的長(cháng)度增加得快些。
c、回旋線(xiàn)的半徑減小得最快,而三次拋物線(xiàn)則減小的最慢。從保證汽車(chē)平順過(guò)渡的角度看,三種曲線(xiàn)都可以作為緩和曲線(xiàn)。
d、此外,也有使用n次(n≥3)拋物線(xiàn)、正弦形曲線(xiàn)、多圓弧曲線(xiàn)作為緩和曲線(xiàn)的。但世界各國使用回旋曲線(xiàn)居多,我國《標準》規定的緩和曲線(xiàn)也是回旋線(xiàn)。

公式:A2=R·L
公式中R:圓曲線(xiàn)半徑 L:緩和曲線(xiàn)長(cháng)度
2.3.5緩和曲線(xiàn)的最小長(cháng)度

2.3.6超高緩和曲線(xiàn)長(cháng)度計算
依據規范分析超高緩和段計算視車(chē)道數按公式

如果是三車(chē)道,為雙車(chē)道公路緩和段長(cháng)的1.2倍;
如果是四車(chē)道,為雙車(chē)道公路緩和段長(cháng)的1.5倍。
如果是六車(chē)道,為雙車(chē)道公路緩和段長(cháng)的2.0倍。
2.3.7回旋曲線(xiàn)參數
ls太短,

ls過(guò)長(cháng),







設計中,回旋曲線(xiàn)所需的最小長(cháng)度和超高所需的長(cháng)度都必須滿(mǎn)足,如視覺(jué)所需又不增加過(guò)多的工程量可單用按視覺(jué)需要的回旋曲線(xiàn)長(cháng)度。如下表所示:

公路平面線(xiàn)形設計是公路設計、施工的主線(xiàn),它貫穿整個(gè)工程的始終,如果公路平面線(xiàn)形設計不理想或者留有安全隱患,在施工、運營(yíng)過(guò)程中都是無(wú)法彌補的。平面線(xiàn)設計過(guò)程中需謹慎、合理、靈活確定各個(gè)曲線(xiàn)要素的長(cháng)度以及各個(gè)要素之間的關(guān)系。2004年9月,全國公路勘察設計工作會(huì )議中提出了“六個(gè)堅持、六個(gè)樹(shù)立”的勘察設計新理念,是新時(shí)期公路勘察設計工作的理論核心,也是“堅持以人為本,樹(shù)立全面協(xié)調、可持續的科學(xué)發(fā)展觀(guān)”在公路設計和建設中的具體體現。其核心是僅僅圍繞科學(xué)發(fā)展觀(guān)的要求,通過(guò)靈活采用靈活設計和創(chuàng )造設計,實(shí)現“安全、環(huán)境優(yōu)美、節約資源、系統最優(yōu)”的目標。
1.人民交通出版社出版的《新理念公路設計指南》
3.中華人民共和國交通運輸部發(fā)布《公路路線(xiàn)設計細則》
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