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      公路設(shè)計(jì)與計(jì)算基礎(chǔ)知識

      新聞時(shí)間:2024-09-29 文章來源:網(wǎng)絡(luò) 文章作者:admin
      一、道路設(shè)計(jì)的基本步驟

      1、道路是三維空間的實(shí)體,路線是道路中線的空間位置

      路線平面:路線在水平方向的投影

      路線的縱斷面:沿道路中線豎直剖切再行展開

      中線上任意一點(diǎn)法向切面是道路在該點(diǎn)的橫斷面

      2、道路設(shè)計(jì)過程中,先確定平面的線形,再進(jìn)行縱斷面和橫斷面設(shè)計(jì)

      平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線三個(gè)要素組成

      3、線性設(shè)計(jì)

      公路平面線形設(shè)計(jì)

      直線—緩和曲線—圓曲線—緩和曲線—直線

      城市道路平面線形設(shè)計(jì)

      直線—圓曲線—直線   



      4、道路平面線形要素

      行駛中汽車的導(dǎo)向輪與車身縱軸之間的關(guān)系→汽車行駛軌跡

      角度為零→曲率為零→直線

      角度為常數(shù)→曲率為常數(shù)→圓曲線

      角度為變數(shù)→曲率為變數(shù)→緩和曲線

      現(xiàn)代道路平面線形正是由上述三種基本線形構(gòu)成的,稱為平面線形三要素。

      二、直線
      1、優(yōu)點(diǎn)

      線形直捷,布設(shè)方便,行車視距良好,行車平穩(wěn)

      2、缺點(diǎn)

      不能適應(yīng)地形變化,不便于避讓障礙,直線過長容易使駕駛員產(chǎn)生麻痹而放松警惕,發(fā)生行車事故,夜間行車時(shí),對向行車燈光眩目不利安全



      (一)直線運(yùn)用

      1、直線的最大長度

      在城鎮(zhèn)及附近或其它景色有變化的地點(diǎn),大于20V是可以接受的,在景色單調(diào)的地點(diǎn)最好控在在20V以內(nèi)

      2、直線的最小長度

      當(dāng)V≥60km/h時(shí),同向曲線的直線最小長度為6V,反向曲線的最小長度不小于2V

      3、注意的問題

      長直線或長下坡盡頭的平曲線 ,必須采取設(shè)置標(biāo)志、增加路面抗滑能力等安全措施

      長直線上坡不宜過長 ,直線上的縱坡一般應(yīng)小于3%

      長直線應(yīng)與大半徑凹曲線配合為宜


      (二)采用長直線線形應(yīng)注意的問題

      1、長直線宜與大半徑凹豎曲線組合使用


      2、避免“斷背曲線”


      三、圓曲線
      1、優(yōu)點(diǎn)

      布設(shè)方便,能很好地適應(yīng)地形,避讓障礙,與地形配合得當(dāng)可獲得圓滑、舒順、美觀的路線,又能降低工程造價(jià)

      使行車景觀不斷變化,使駕駛員保持適度的警惕,增加行車安全性,也可起到誘導(dǎo)行車視線的作用

      2、注意的問題

      半徑不可過小而影響行車安全



      (一)圓曲線的平面布設(shè)

      1、圓曲線上技術(shù)代號

      JD—交點(diǎn)(轉(zhuǎn)角點(diǎn))

      ZY—直圓(圓曲線起點(diǎn))

      QZ—曲中(圓曲線中點(diǎn))

      YZ—圓直(圓曲線終點(diǎn))



      (二)圓曲線的幾何要素及主點(diǎn)樁號里程計(jì)算

      1、幾何要素


      2、曲線主點(diǎn)樁號里程計(jì)算



      3、曲線主點(diǎn)樁計(jì)算校核



      (三)圓曲線半徑

      1、汽車在圓曲線路段行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力F


      2、曲線半徑指標(biāo)


      (四)橫向力系數(shù)μ的取值

      1、意義

      橫向力系數(shù)表示單位車重所受到的橫向力(離心力)

      其值越大對行車越不利

      2、取值大小的決定因素

      行車安全:確保行車不產(chǎn)生橫向滑移

      操作方便、行車經(jīng)濟(jì)

      行車平穩(wěn)、舒適

      3、取值

      一般取


      為控制值


      (五)公路圓曲線最小半徑

      1、三種平曲線最小半徑

      一般最小半徑:通常情況下推薦采用的最小半徑值

      極限最小半徑:能保證按設(shè)計(jì)速度行駛的車輛安全行駛的最小半徑

      不設(shè)超高最小半徑:當(dāng)路線的半徑大到一定值時(shí),即使汽車在曲線的外側(cè)時(shí),也能獲得足夠的安全性和很好的舒適性


      四、緩和曲線
      1、定義

      在直線與圓曲線、圓曲線與圓曲線之間設(shè)置的曲率連續(xù)變化的曲線

      2、特點(diǎn)

      易于適應(yīng)地形,能很好地與汽車行駛軌跡相適應(yīng),使線形連續(xù)、美觀,但緩和曲線計(jì)算、布設(shè)較繁瑣


      (一)緩和曲線的性質(zhì)

      路線設(shè)計(jì)符合汽車轉(zhuǎn)彎時(shí)的行駛軌跡,插入緩和曲線,使整條曲線的曲率形成一個(gè)連續(xù)變化的過程。

      汽車以等速轉(zhuǎn)彎時(shí),行駛軌跡曲線上任意一點(diǎn)所對應(yīng)的曲率半徑與行駛的距離(弧長)成反比,這一行駛軌跡特性正好與數(shù)學(xué)上回旋線方程性質(zhì)相同。

      回旋線作為緩和曲線 



      (二)帶緩和曲線的平曲線平面布設(shè)

      緩和曲線中心角


      曲線內(nèi)移值


      曲線切線增長值




      (三)設(shè)有緩和曲線的平曲線主點(diǎn)樁技術(shù)代號

      JD—交點(diǎn)(轉(zhuǎn)角點(diǎn))

      ZH—直緩(第一緩和曲線起點(diǎn))

      HY—緩圓(第一緩和曲線終點(diǎn))

      QZ—曲中(曲線中點(diǎn))

      YH—圓緩(第二緩和曲線起點(diǎn))

      HZ—緩直(第二緩和曲線終點(diǎn))

      (四)平曲線幾何要素計(jì)算



      (五)平曲線主點(diǎn)樁里程計(jì)算

      曲線主點(diǎn)樁里程計(jì)算


      曲線主點(diǎn)樁里程校核


      五、曲線超高
      1、定義

      為抵消車輛在平曲線路段上行駛時(shí)所產(chǎn)生的離心力,而在該路段橫斷面上設(shè)置的外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的單向橫坡

      2、作用

      用車重產(chǎn)生的向內(nèi)水平分力來抵消部分離心力,以利于行車安全與穩(wěn)定

      3、設(shè)置要求

      當(dāng)曲線半徑小于表2-20或表2-23中規(guī)定的不設(shè)超高最小半徑時(shí),均應(yīng)設(shè)置超高

      (一)平面曲線實(shí)例

      1、超高橫坡度計(jì)算



      2、車速的調(diào)整

      設(shè)計(jì)車速與實(shí)際車速之間的調(diào)整

      3、超高值計(jì)算式


      4、超高計(jì)算值取值要求

      任意半徑超高橫坡度不得大于極限超高橫坡度


      ,又不得小于路拱橫坡度



      (二)全超高橫坡度

      公路最大超高橫坡度


      城市道路最大超高橫坡度


      (三)超高的過渡

      平曲線路段超高緩和段的布置


      當(dāng)圓曲線上超高值和緩和段長度一定后,超高緩和應(yīng)在全長上布設(shè)

      在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)超高變化情況,計(jì)算出任意斷面上路肩兩側(cè)邊緣及路中點(diǎn)對原設(shè)計(jì)標(biāo)高(未加寬前路肩邊緣標(biāo)高)的相對高差,為施工放樣提供依據(jù)

      (四)公路超高設(shè)置方式

      無中間帶的公路

      1、超高橫坡等于路拱橫坡

      外側(cè)車道繞路中線旋轉(zhuǎn),直至超高橫坡

      2、超高橫坡大于路拱橫坡

      第一種:繞車道內(nèi)側(cè)邊軸旋轉(zhuǎn)

      第二種:繞中軸旋轉(zhuǎn)

      第三種:繞車道外側(cè)邊軸旋轉(zhuǎn)



      有中間帶的公路超高設(shè)置方式

      1、繞中間帶的中心線旋轉(zhuǎn)



      2、繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)



      3、繞各自行車道中線旋轉(zhuǎn)



      (五)城市道路超高布置方式

      城市道路超高方式應(yīng)根據(jù)地形狀況、車道數(shù)、超高橫坡值、橫斷面形式、便于排水、路容美觀等因素決定

      單幅路及三幅路機(jī)動(dòng)車道宜繞中軸旋轉(zhuǎn);雙輻路及四幅路機(jī)動(dòng)車道宜繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn),使兩側(cè)車行道各自成為獨(dú)立的超高橫斷面



      六、曲線加寬
      1、加寬值確定

      汽車輪跡需要

      汽車行駛擺動(dòng)需要

      2、加寬值計(jì)算



      3、加寬值選用規(guī)定

      當(dāng)圓曲線半徑大于250m時(shí),可不設(shè)加寬

      曲線路段加寬宜布置在彎道內(nèi)側(cè)

      各級公路的路面加寬后,路基也應(yīng)相應(yīng)加寬 



      (一)公路規(guī)范對加寬類別選用

      高速公路、一級公路、二級公路及設(shè)計(jì)速度為40km/h的三級公路應(yīng)采用第三類加寬值。

      對不經(jīng)常通行集裝箱、半掛車的公路,可采用第二類加寬值。

      四級公路和設(shè)計(jì)速度30km/h的三級公路可采用第一類加寬值。


      (二)城市道路加寬值


      (三)加寬緩和段

      1、加寬緩和段的長度

      加寬所需要的最小長度

      在不設(shè)緩和曲線或超高緩和段時(shí),加寬緩和段長度應(yīng)按漸變率1:15且不小于20米的要求設(shè)置

      設(shè)置緩和曲線或超高緩和段時(shí),加寬緩和段長度采用與緩和曲線或超高緩和段長度相同的數(shù)值

      不設(shè)緩和曲線,加寬緩和段長度取超高緩和段長度,漸變率不小于1:15,且長度不小于10米

      2、加寬過度方式

      按直線比列加寬


      高次拋物線加寬



      七、緩和段設(shè)置
      1、緩和段

      為了使行車能夠安全、平穩(wěn)、順利地由直線向曲線、由大半徑曲線向小半徑曲線行駛所設(shè)置的過渡段

      2、設(shè)置目的

      為消除行車轉(zhuǎn)彎時(shí)曲率突變,使行車能從容、順適地進(jìn)行曲率變化而設(shè)置的曲線緩和過渡段為緩和曲線

      為使行車平穩(wěn)、順適地進(jìn)行橫坡變化而設(shè)置的超高變化過渡段為超高緩和曲線

      為適應(yīng)行車軌跡,順適地進(jìn)行寬度變化而設(shè)置的加寬過渡段為加寬緩和段

      3、類型

      緩和曲線、超高緩和段、加寬緩和段

      (一)緩和段長度

      1、離心加速度變化的緩和長度


      2、操縱時(shí)間要求緩和段長度


      3、超高變化要求緩和段長度


      一般根據(jù)三方面緩和段長度的計(jì)算結(jié)果,取其中最長的并按5倍數(shù)取整后作為緩和段長度



      八、平曲線長度
      1、平曲線最小長度計(jì)算

      取一般駕駛員能從容操作方向的(左右轉(zhuǎn)動(dòng)方向)時(shí)間為6S


      2、相關(guān)規(guī)定



      小偏角時(shí)的平曲線長度

      當(dāng)?shù)缆忿D(zhuǎn)角小于7°時(shí),為防止駕駛員在視覺上產(chǎn)生急彎錯(cuò)覺,而導(dǎo)致操縱失誤,應(yīng)設(shè)較長的平曲線 

      相關(guān)規(guī)定



      九、平曲線形的連接

      平面線形設(shè)計(jì)整體上盡可能順直,選擇曲線半徑盡可能大些,應(yīng)與自然地形等高線相適應(yīng)為宜。

      在橋梁、隧道內(nèi)部與進(jìn)出口路段和平面交叉口前后路段 ,應(yīng)采用直線為宜。

      長直線盡頭不得設(shè)置小半徑曲線

      直線長度L<500m時(shí),最小半徑R=L

      直線長度L≥500m時(shí),最小半徑R=500

      一般平面線型設(shè)置的轉(zhuǎn)角不宜小于 10°

      十、平面視距
      1、定義

      為了行車安全,保證駕駛員能隨時(shí)看到前方一定距離的道路路段,發(fā)現(xiàn)道路上的障礙、迎面來車,及時(shí)采取制動(dòng)或避讓措施,所必須的是最短路段距離

      2、運(yùn)用

      在平面線形和縱斷面線形設(shè)計(jì)中,都應(yīng)有足夠的行車視距

      3、平面視距分類

      停車視距、會(huì)車視距、超車視距

      4、行車視距不足主要發(fā)生在下述幾種場合 

      (1)道路平面上的暗彎,即處于挖方路段的彎道和內(nèi)側(cè)有障礙物的彎道,見圖a

      (2)縱斷面上的凸型豎曲線,見圖b

      (3)下穿式立體交叉的凹型豎曲線,見圖c


      5、視距相關(guān)規(guī)定


      6、公路視距的運(yùn)用

      高速公路和一級公路滿足停車視距的要求

      二、三、四級公路,應(yīng)滿足會(huì)車視距的要求,在工程特別困難或受其他限制地段,可采用停車視距,但必須采取分道行駛措施

      對向行駛的雙車道公路,應(yīng)根據(jù)需要并結(jié)合地形,在適當(dāng)?shù)木嚯x內(nèi)設(shè)置具有超車視距的路段

      積雪冰凍地區(qū)的道路,停車視距應(yīng)適當(dāng)增長

      以大型車為主的公路,應(yīng)按貨車停車視距進(jìn)行檢驗(yàn)


      7、彎道內(nèi)側(cè)視距的保證

      清除彎道內(nèi)側(cè)一定范圍的障礙物

      最大橫凈距的確定

      解析法

      幾何法

      視距包絡(luò)圖


      8、開挖視距臺(tái)

      計(jì)算出凈橫距以后,按比例在各樁號的橫斷面圖上畫出視距臺(tái),以供施工放樣。


      十一、路線平面圖繪制步驟

      1、確定比例。

      公路工程一般山嶺地區(qū)采用1:2000,丘陵平原地區(qū)采用1:5000。

      2、城市道路一般采用1:1000或1:500。

      3、根據(jù)直線、曲線、轉(zhuǎn)角一覽表,按比例繪制道路中線圖。

      4、在道路中線圖上標(biāo)注出起點(diǎn)、里程表樁、百米樁、曲線主點(diǎn)樁、橋涵與人工構(gòu)造物樁號位置。

      5、按比例勾繪道路中線左右各100~200m范圍內(nèi)的地形等高線,標(biāo)注地物、地貌、建筑物與構(gòu)造物位置和名稱。

      6、對于城市道路平面圖,應(yīng)在現(xiàn)狀地形圖上,繪出道路設(shè)計(jì)紅線、中線、行車道與人行道的分界線,并繪出分隔帶、綠化帶、交通島、沿街建筑及出入口位置與外形。

      7、整理、修正(等高線、地物、建筑物、構(gòu)筑物等)圖紙



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