道路平面线形设计

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道路平面线形设计

摘要：本文主要研究道路平面线形设计的基本理论和方法，通过对平面线形三要素——直线、圆曲线以及缓和曲线的研究，完善道路设计的理论和技术，从而使车辆在道路上行驶更加安全、稳定和舒适。

关键字：道路平面线形； 直线；圆曲线； 缓和曲线

1.选题背景和目的：道路线形是由直线圆曲线和缓和曲线连接而成的空间立体线形形状,也就是道路中心线的空间描绘。线形设计不好,轻者乘客会感到不舒服,严重则影响车辆行驶的安全性,甚至造成交通事故。究其原因,道路设计规范只对某些技术指标,如:平曲线半径、竖曲线半径、纵坡坡度、坡长等分别做了规定,而对这些指标之间的组合以及特殊性考虑甚少,如果设计人员不从行驶车辆的安全性上考虑,那么,设计出的道路就不会是一条好的道路。因此研究道路线形三要素——直线、圆曲线以及缓和曲线如何组合显得尤为重要。通过研究，完善道路设计的理论和技术，提高道路设计的质量和科学性， 从而使车辆在道路上行驶更加安全、稳定和舒适。 2. 基本概念

2.1公路平纵横的概念

2.1.1平面图：反应路线在平面上的形状、位置、尺寸的图形。 2.1.2纵断面图：反应路线在纵断面上的形状、位置、尺寸的图形。

2.1.3横断面图：反映道路在横断面上的结构、形状、位置、尺寸的图形。 2.2直线：点在空间内沿相同或相反方向运动的轨迹。

2.3圆曲线：指的是道路平面走向改变方向或竖向改变坡度时所设置的连接两相邻直线段的圆弧形曲线。

2.4缓和曲线：指的是平面线形中，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。

2.5坡度：两点的高程差与其水平距离的百分比。 2.6横向力系数（μ）：横向力与竖向力的比值。

2.7超高：为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，在该路段横断面上设置的外侧高于内侧的单向横波。

2.8平面线形三要素----直线、圆曲线和缓和曲线统称为平面曲线三要素。(插入图3-3)

3.基本理论

3.1直线 直线具有路线便捷，测设简单，施工容易的特点，但??长的直线易使驾驶人感到单调、疲倦，难以目测车间距离，从而产生尽快驶出直线的急燥情绪；??线线形大多难于与地形相协调。 3.1.2直线的运用

⑴受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地.

⑵市镇及其近郊，或规划方正的农耕区等以直线为条为主的地区. ⑶长大桥梁、隧道等构造物路段. ⑷路线交叉点及其前后.

⑸双车道公路提供超车的路段。 3.1.3直线的应用

直线的最大长度应有所限制。当采用长的直线线形时，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并注意下述问题：

⑴长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度。

⑵长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。 3.1.4“长直线”的量化

德国和日本规定直线的最大长度以米计为20v,前苏联为8km，美国为180s行程。我国地域辽阔，地形条件在不同的地区有很大的不同，对直线最大长度很难作出统一的规定。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20V是可以的，在景色单调的地点最好控制在20V以内，而在特殊的地理条件下应特殊处理。特别要注意的是，无论是高速公路还是一般公路在任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向。 3.1.5直线的最小长度

（1）同向曲线间的直线最小长度：互相通视的同向曲线间若插以短直线，容易产生把直线和两端的曲线看成为反向曲线的错觉，当直线过短时甚至把两个曲线看成是一个曲线，这种线形破坏了线形的连续性且容易造成驾驶操作的失误，通常称为断背曲线。设计中应尽量避免。《规范》推荐同向曲线间的最短直线长度以不小于6v为宜。

（2）反向曲线间的直线最小长度：转向相反的两圆曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和段的需要以及驾驶员转向操作的需要如无缓和曲线时，宜设置一定长度的直线。《规范》规定反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小行车速度（以km/h)的2倍为宜。

3.2圆曲线

3.2.1圆曲线的特点：圆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。

3.2.2确定曲线半径的依据：

3.2.2.1 横向力系数μ的确定：若μ值过大，增加了驾驶者在弯道行驶中的紧张。对于乘客来说μ值的增大，同样感到不舒适。乘客随μ的变化其心理反应如下： 当μ<0.10时??感到有曲线存在，很平稳。 当μ=0.15时??感到有曲线存在，尚平稳。

当μ=0.20时??感到有曲线存在，稍感不稳定。 当μ=0.35时??到有曲线存在，不稳定。 当μ≥0.40时 非常不稳定，有倾车的危险感。

综上所述μ值的采用关系到行车的安全、经济与舒适。为计算最小平曲线半径，应考虑各方面因素采用一个舒适的μ值。研究指出，μ值的舒适界限由0.11到0.16随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。 3.2.2.2 关于最大超高的确定 3.2.2.3 圆曲线最大半径的确定

选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下应尽量采用大半径，但半径大到一定程度时，其几何性质和行车条件与直线无太大区别，容易给驾驶员造成判断上的错误而带来不良后果，同时也无谓增加计算和测量上的麻烦。所以《规范》规定圆曲线的最大半径不宜超过10000m。

3.3 缓和曲线

3.3.1缓和曲线的特点：曲率连续变化，视觉效果好（线形缓和）；离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适（行车缓和）；超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳（超高缓和）。 3.3.2缓和曲线的长度及参数

3.3.2.1影响缓和曲线最小长度的因素

⑴乘客感觉舒适：通过控制离心加速度的变化率实现。

⑵超高渐变率适中：由于在缓和曲线上设置有超高缓和段，如果缓和段太短则会因路面急剧地由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，对行车和路容均不利。《规范》规定了适中的超高渐变率，由此可导出计算缓和段最小长度的公式(插入公式)

⑶行驶时间不过短：一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s，于是（插入公式）。《标准》制定的各级公路缓和曲线最小长度,如表3—6。(插入表格)

3.4 平面线形设计一般原则

3.4.1平面线形应便捷、连续、顺适，与周围环境相协调。 3.4.2安全要求是基本的，视觉和心理上的要求应尽量满足。 3.4.3保持平面线形的均衡与连贯。 3.4.4应避免连续急弯的线形。 3.4.5平曲线应有足够的长度。

3.5 平面线形的组合方式及应注意的问题

在高速公路的平面定线中广泛地采用圆曲线和回旋线以及它们的各种复杂组合形式，以便于它们可依地形、地物等具体情况而形成顺适圆滑的线形。具体可选用以下七种组合形式：基本型、S型、卵型、凸型、复合型、C型和回头型 。这些组合方式应注意的问题是：力求线形直捷、圆滑平顺。平面线形设计应根据不同条件选用线形要素(直线、圆曲线、缓和曲线)的合理组合，妥善运用，宜直则直，宜曲则曲，直中有曲，曲中有直，既不强拉直线，也不硬性设置不必要的曲线，以保证汽车的高速、安全行驶，并满足驾驶员和乘客视觉和心理上的美观、舒适要求。高速公路在适应地形条件下的圆曲线应尽量选用较大半径，只有在不得已时，方可采用极限最小半径。 3.6总结

线形设计是高速公路设计的关键，线形设计的好坏更是高速公路总体设计及其作用的主 要评价标准。高速公路的三维立体线形不仅要能保证行车安全、迅速、经济，还要能适应人体生理和心理上的要求，取得与地形景观的协调，使高速公路线形能达到行车的安全性与连续性、视觉的舒顺性和形态的优美性。随着电子设备的不断发展，用于道路和车辆的监控和安全设备将会大大增多，道路的设计将更加安全可靠。

参考文献：

[1]方福森.路面工程（第二版）[M].人民交通出版社，1987

[2]中华人民共和国交通部.道路工程制图标准GB50162-92[S].人民交通出版社，1993 [3]中华人民共和国交通部．公路工程技术标准JTGB 01-2003[S]．人民交通出版社，2003 [4]中华人民共和国交通部．公路路线设计规范 JTG D20-2006[S]．人民交通出版社，2006 [5]中华人民共和国建设部．城市道路设计规范 CJJ 37-90[S]．中国建筑工业出版社，1991

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