道路工程概述

道路工程概述【内容提要和学习指导】2.1道路平面基本线形与定线1．道路平面基本线形道路的平面线形，通常指的是道路中线的平面投影，主要由直线和圆曲线两部分组成。

对于等级较高的路线，在直线和圆曲线间还要插入缓和曲线，此时，该平面线形则由直线、圆曲线和缓和曲线三部分组成。

2．道路平面设计的主要内容平面设计的主要内容包括以下几个方面：1.图上和实地放线:即确定所设计路线的起、终点及中间各控制点在地形图上和实地上的具体位置。

2.平曲线半径的选定以及曲线与直线的衔接，依情况设置超高、加宽和缓和曲线等。

3.验算弯道内侧的安全行车视距及障碍物的清除范围。

4.进行沿线桥梁、道口、交叉口和广场的平面布置，道路绿化和照明布置，以及加油站和汽车停车场等公用设施的布置。

5.绘制道路平面设计图。

道路平面设计图的比例可根据具体需要而定，一般为1:500或1:1000。

3．道路平面设计的基本要求（1）道路平面设计必须遵循保证行车安全、迅速、经济以及舒适的线形设计的总原则，并符合设计任务书和设计规范、技术标准等有关文件的各项有关规定和要求。

（2）道路平面线形应适应相应等级的设计行车速度。

（3）综合考虑平、纵、横三个断面的相互关系。

在平面线形设计中，应兼顾其他两个断面在线形上可能出现的问题。

（4）道路平面线形确定后，将会影响交通组织和沿街建筑物、地上地下管线网以及绿化、照明等设施的布置，所以平面定线时须综合分析有关因素的影响，做出适当的处理。

4．道路平面定线道路路线基本走向的选择，应根据指定的路线总方向和道路等级等因素综合考虑，并结合铁路、城镇、工矿企业、地形、地物等自然条件，选择一条最优的路线走向。

在平面定线时，一般是先在地形图上进行纸上定线，然后进行实地放线。

2.2 平曲线设计在道路平面设计中，应在相交的两直线段交汇点处，用曲线将其平顺地连接起来，以利于汽车安全正常地通过，这段曲线称为平曲线。

平曲线一般为一段圆弧线，为了进一步提高使用质量，在圆曲线与两端的直线之间，还应插入一段过渡性的缓和曲线，以便更好地保证行车的安全和舒适。

1．汽车行驶理论汽车在弯道上行驶时，除有重力外还受到离心力的影响。

由于离心力的产生，使汽车在平曲线上行驶时横向产生两种不稳定的危险:一是汽车向外滑移；二是向外倾覆。

要使汽车在平曲线上行驶时达到横向安全状态，即确保汽车无侧滑和倾覆的危险，就必须分析汽车行驶在平曲线上的横向受力状态。

(1)离心力：当汽车沿曲线行驶时，即产生离心力，它除了使车辆可能产生横向滑移与汽车在平曲线上行驶的受力情况倾覆外，还会增大燃料的消耗，加剧车辆的磨耗、机件磨损等，并使乘客感到不舒适。

(2)横向力系数：横向力与竖向力之比值称为横向力系数μ。

横向力系数μ表示汽车转弯行驶时单位重量上所受到的横向力。

μ值取决于行驶稳定性、乘客的舒适程度及运营经济。

(3)行驶稳定性1) 横向倾覆分析在翻车危险状态时：μ≥1.0。

2)横向滑动分析保证汽车不产生横向滑移的必要条件是：φ0----路面横向摩阻系数3）乘客舒适程度当μ<0.10时，转弯不感到有曲线存在，很平稳；当μ=0.15时，转弯略感到有曲线存在，但尚平稳；当μ=0.20时，转弯已感到有曲线存在，乘客稍感到不稳定；当μ=0.35时，转弯感到有曲线存在，乘客已感到不稳定；当μ=0.40时，转弯已非常不稳定，站立不稳，而有倾倒的危险。

4）运营经济实验得知μ≯0.15较经济。

经综合分析，μ值大小与行车安全、经济与舒适密切相关。

因此，μ值的选用应根据行车速度、圆曲线半径及超高横坡度的大小，在合理的范围内选择。

2.平曲线最小半径道路平曲线半径的计算公式：(m)式中“+”指汽车在弯道内侧行驶，“-”指汽车在弯道的外侧行驶。

综合分析，为了满足设计人员对平曲线半径的不同使用目的与要求，《城规》和《路规》中规定了几种平曲线半径的最小值。

《路规》规定不设超高的圆曲线半径是按μ=0.035,i超=-0.015按公式计算取整后得到；《城规》规定的不设超高的圆曲线半径是按μ=0.06,i超=-0.015按公式计算取整后得到。

所谓不设超高的圆曲线半径，是考虑圆曲线半径较大时，离心力的影响较小，路面的摩阻力可以保证汽车有足够的稳定性，这时就不需要设置超高。

汽车在不设超高的平曲线上行驶时，由于此半径是考虑汽车在最不利情况下计算出的，即使沿路拱外侧行驶，只要在规定的车速下，行驶还是安全的。

所谓极限最小半径是指能保证以设计车速行驶的车辆，安全行驶的最小半径。

它是设计采用的极限值。

曲线半径为极限最小半径时，应设置最大超高。

所谓一般最小半径是指在通常情况下采用的最小半径，当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高，超高的横坡度按设计行车速度、半径大小、结合路面类型、自然条件等情况确定。

3．缓和曲线与缓和段缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或大圆曲线与大圆曲线之间，由较大圆曲线向较小圆曲线过渡的线形，是道路平面线形要素之一。

它的主要特征是曲率均匀变化。

设置缓和曲线的作用有:1.便于驾驶员操纵转向盘，使司机有足够的时间和距离来操纵方向盘，让汽车按行车理论轨迹线顺畅地驶入或驶出圆曲线；2.满足乘客乘车的舒适与稳定的需要；3.满足超高、加宽缓和段的过渡，利于平稳行车；4.与圆曲线配合得当，增加线形美观。

缓和曲线的形式有回旋线、双纽线、三次抛物线等。

现在我国普遍使用的是回旋线。

回旋线的曲率由小到大，随弧长作直线变化，曲线和曲率都是连续的，它能提供一条连续的圆滑线，这就为曲率由ρ=0变化到ρ=1/R 具备了几何条件。

从道路设计考虑，缓和曲线的长度应长些，一般应能满足三个基本条件： (1)驾驶员操作轻松、乘客感觉舒适；(2)汽车行驶的时间不宜过短，至少6s；(3)超高的附加纵坡不宜过陡。

在城市道路上，当圆曲线半径小于不设缓和曲线的最小半径时，且设计车速V≥40km／h，应设置缓和曲线，如设计车速V＜40km/h 时，可设置直线缓和段，而当圆曲线半径大于不设缓和曲线的最小半径时，直线和圆曲线可以径向连接。

4．平曲线半径的选择及其要素计算（1）平曲线半径的选用原则图2-2-2 道路平曲线要素示意图平曲线半径的选择在平面设计中是一个值得重视的问题，一般来说，应结合当地的地形、经济等具体情况和要求来定。

对各个等级的道路平曲线，原则上应尽可能采用较大的半径，以提高道路的使用质量。

城市道路设计中规定：凡规划区内道路的圆曲线，应采用大于或等于不设超高圆曲线最小半径值。

当受地形条件限制时，可采用设超高推荐半径，地形条件特别困难时，方可采用设超高最小半径值。

一般来说，选择平曲线半径主要考虑两点因素：一是道路的等级和它所要求的设计车速；二是地形、地物的条件。

根据这两点因素来选定一个较大的比最小半径大一些的平曲线半径。

尽可能选用大于或等于不设超高的平曲线最小半径值，但最大半径不宜超过10000m。

通过计算得到的平曲线半径值一般应采用整数。

当半径在125m以下时，应取5的整倍数；在125m至250m时取10的整倍数；在250m至1000m时取50的整倍数；在1000m以上时取10的整倍数，零碎之数除设置复曲线可用外，一般因不便于测设计算，都不采用。

（2）平曲线要素计算当平曲线的半径R和路线转折角α确定后，即可进行平曲线各要素的计算。

如设有缓和曲线时，还需确定缓和曲线的长度Lc值。

按照几何关系可算平曲线各要素见下表。

为了便于应用，公路曲线测设用表中按不同的R和α(以及Lc 值)将相应的各要素值编制成表以备查用。

平曲线要素公式式中 p——圆曲线内移值，q——内移前圆曲线的起点到缓和曲线起点的距离，；β0——缓和曲线角，β0=L/2R*180/pi ；(度)。

ZH——第一缓和曲线起点（直缓点）HY——第一缓和曲线终点（缓圆点）QZ——圆曲线中点（曲中点）YH——第二缓和曲线起点（圆缓点）HZ——第二缓和曲线终点（缓直点）4．平曲线最小长度平曲线长度包括圆曲线的长度和缓和曲线的长度。

当汽车在平曲线上行驶时，如果曲线很短，则司机操作方向盘很频繁，在高速驾驶的情况下是相当危险的。

因此，平曲线的长度除了满足平曲线的转弯半径R和路线转角α等几何因素外，还应满足另外两方面的要求，一是使司机有足够的时间从容地操作方向盘，一般曲线长至少要有6s的路程，；二是保证缓和曲线的最小长度，缓和曲线由于曲率的变化引起了离心力的变化，而所产生的离心加速度不应超过规定的数值，以保证乘客的舒适。

为了使路线顺直，在地形等条件许可的情况下，应尽量使路线转角小一些，但当转角过小时，往往容易引起司机在视觉上产生急弯的错觉，此时应设置较长的平曲线，使司机感到道路是顺适地转弯，其长度应大于规定值。

2.3 弯道的超高和加宽1．平曲线超高（1）超高的概念在弯道上当汽车沿着双向横坡的外侧车道行驶时，由于车重的水平分力与离心力的方向相同，且均指向曲线外侧，影响行车的横向稳定。

因此，为了使汽车能够在弯道上不减速，获得一个向着平曲线内侧的自重分力以抵消一部分离心力的作用，也为了使乘客在弯道上没有不舒服的感觉，使汽车能安全地行驶，就需要把该部分的路面做成向曲线内侧倾斜的单向坡面，这就称为平曲线的超高。

超高的位置应设置在全部圆曲线（HY至YH）范围内，这段单向超高横坡的路段称为全超高路段，其内各断面形式都相同，也可称为全超高断面。

从直线段的双坡断面向圆曲线的单向超高横坡断面逐渐过渡须有一个渐变的过渡段。

一般情况下，圆曲线两端的超高缓和段是对称的，因此平曲线上路面超高设计是由三部分组成的。

2. 超高横坡度超高横坡度可用下式计算得到：对某一确定的道路来说，设计车速V和横向力系数μ是确定的，超高横坡度i b就只随平曲线半径R的变化而变化，当R越小，所需的超高横坡度就大，但如果横坡度过大，当汽车以等于或低于设计车速在弯道上行驶或停车时，汽车就有向弯道内侧滑动的危险，所以《城规》规定了城市道路的最大超高横坡度。

反之，平曲线半径R越大，所需要的i超就越小，当R大到一定程度时，就不需要设置超高了，此时汽车即使在弯道外侧行驶也是很安全的。

3. 超高的过渡方式超高的过渡方式应根据地形状况、车道数、i超值、横断面形式、便于排水、路容美观等因素决定，按其超高旋转轴在道路横断面组成中的位置可分为几种情况：（1）无分车带的超高方式1) 超高横坡度等于路拱横坡度时，将外侧车道绕路中线旋转，直至达到超高横坡度值。

2) 超高横坡度大于路拱横坡度时，有以下三种过渡方式：a) 绕内边缘旋转：先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至达到超高横坡度值。

一般新建工程多采用此方式。

b) 绕中线旋转：先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面一同绕路中线旋转，直至达到超高横坡度值。