【正文】 第二章 平面設計 一、路 線 ? 道路是一條三維空間的實體 。 ? 它是由路基 、 路面 、 橋梁 、 涵 洞 、 隧道和沿線設施所組成的線形構(gòu)造物 。 ? 路線 ： 是指道路中線的空間位置 。 ? 路線平面圖： 路線在水平面上的投影 。 ? 路線縱斷面圖： 沿道路中線的豎向剖面圖，再行展開即是路線的縱斷面。 ? 路線橫斷面圖： 道路中線上任意一點的法向切面是道路在該點橫斷面。 第一節(jié) 道路平面線形概述 ? 路線平面設計： 在路線平面圖上研究道路的基本走向及線形的過程 。 ? 路線縱斷面設計： 在路線縱斷面圖上研究道路縱坡及坡長的過程 。 ? 路線橫斷面設計： 在路線橫斷面圖上研究路基斷面形狀的過程。 ? 路線設計： 指確定路線空間位置和各部分幾何尺寸的工作 。 二、平面線形設計的基本要求 ?行駛中汽車的軌跡的幾何特征： ?（ 1） 軌跡連續(xù) 。 這個軌跡是連續(xù)的和圓滑的 ， 即在任何一點上下出現(xiàn)錯頭和破折； （ 一 ） 汽車行駛軌跡 ?（ 2） 曲率連續(xù) 。 其曲率是連續(xù)的 ， 即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率的值 。 ?（ 3） 曲率變化連續(xù) 。 其曲率的變化率是連續(xù)的 ，即軌跡上任一點不出現(xiàn)兩個曲率變化率的值 。 （二）平面線形要素 ?行駛中汽車 的 導向輪與車身縱軸之間 的 關系： ? 1． 角度為零： ? 2． 角度為常數(shù)： ? 3． 角度為變數(shù)： ?汽車行駛軌跡線 曲率為 0——直線 曲率為常數(shù) ——圓曲線 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 。 第二節(jié) 直線 一 、 直線的特點 ? 直線距離短，直 捷 ，通視條件好 。 ? 汽車在直線上行駛受力簡單，方向明確，駕駛操作簡易。 ? 便 于測設 。 ?直線線形大多難于與地形相協(xié)調(diào) ， 若長度運用不當 ，不僅破壞了線形的連續(xù)性 ， 也不便達到線形設計自身的協(xié)調(diào) 。 ?過長的直線易使駕駛?cè)烁械絾握{(diào) 、 疲倦 ， 難以目測車間距離 。 三 .直線設計及計算 : 選線人員根據(jù)道路等級和地形條件定出一系列直線，相鄰兩直線相交得到各個交點 (JD JD …) ，通過測量交點的距離，確定交點之間的關系；或通過測量交點與導線點的坐標關系，確定交點坐標，再根據(jù)相鄰交點坐標算出交點偏角和距離。 右右右左 ＝，－＝ ???? ??? 180180偏角的測量： 偏角或稱轉(zhuǎn)角，是指路線由一個方向偏向另一個方向時，偏轉(zhuǎn)后的方向與原方向的夾角。偏轉(zhuǎn)后的方向位于原方向左側(cè)時，稱左偏，位于原方向右側(cè)時，稱右偏。在路線測量中，一般規(guī)定測交點右角，由右角計算偏角。右角是指前進方向右側(cè)夾角，一般用全測回法測量。右角大小為，右角＝（后視讀數(shù)）－（前視讀數(shù)），當后視讀數(shù)小于前視讀數(shù)時，上式為，右角＝(后視讀數(shù)＋ 360176。 )－（前視讀數(shù)）。 偏角按下式計算： 以直線為主定交點 ：主要用于平原、微丘區(qū)，是根據(jù)地形、地物條件，選設定作為路線基本軸線的直線，再根據(jù)兩兩直線相交得交點，繼而設置圓曲線和緩和曲線，該方法稱以直線為主定交點法，也是傳統(tǒng)的方法。 以曲線為主定交點 ：常用于互通立交匝道布線、定線或山嶺、重丘區(qū)高速公路、一級公路選線、定線，是根據(jù)地形及環(huán)境條件和路線技術要求設置圓曲線（或圓曲線與緩和曲線組合）作為基本軸線，再把曲線的切線畫出，延長各切線兩兩相交定出交點。 路線偏角的計算 ：已知相鄰兩邊方位角 θi和θi+1，計算該交點的偏角 α。 α = θi+1θi 當 α 0時，路線為右偏 R；當 α 0時，路線為左偏 L。 二 、 直線的運用 ? 1. 宜采用直線線形的路段： ?（ 1） 不受地形 、 地物限制的平坦地區(qū)或山間的開闊谷地； ?（ 2） 市鎮(zhèn)及其近郊 ， 或規(guī)劃方正的農(nóng)耕區(qū)等以直線條為主的地區(qū)； ?（ 3） 長的橋梁 、 隧道等構(gòu)造物路段； ?（ 4） 路線交叉點及其前后； ?（ 5） 雙車道公路提供超車的路段 。 ?（ 1） 在直線上縱坡不宜過大 ， 因長直線再加下陡坡更易導致高速度 。 ?（ 2） 長直線與大半徑凹豎曲線組合為宜 ， 這樣可以使生硬呆板的直線得到一些緩和 。 ?2. 當采用長的直線線形時 ， 應注意的問題 ： ?2. 當采用長的直線線形時 ， 應注意的問題 ： ?（ 3） 道路兩側(cè)過于空曠時 ， 宜采取植不同樹種或設置一定建筑物 、 雕塑 、 廣告牌等措施 ， 以改善單調(diào)的景觀 。 ?（ 4）長直線或長下坡的盡頭的平曲線，除曲線半徑、超高、視距等必須符合規(guī)定外，還必須采取設置標志、增加路面抗滑能力等安全措施。 ?（ 1） 在直線上縱坡不宜過大 ， 因長直線再加下陡坡更易導致高速度 。 ?（ 2） 長直線與大半徑凹豎曲線組合為宜 ， 這樣可以使生硬呆板的直線得到一些緩和 。 ? 《 標準 》 規(guī)定：直線的最大與最小長度應有所限制 。一條公路的直線與曲線的長度設計應合理 。 ? 德國規(guī)定直線的最大長度 （ 以米計 ） 為 20V（ 計算行車速度 ， km/h） （ 適于高速公路 V≥ 100km/h） 。 ? 公路線形首先考慮的不是在平面線形上盡量多采用直線 ， 或者是必須由連續(xù)的曲線所構(gòu)成 ， 而是 必須采用與自然地形相協(xié)調(diào)的線形 。 ? 合理利用地形和避免采用長直線 。 3. 最大直線長度問題： ? 1． 同向曲線間的直線最小長度 ? 《 規(guī)范 》 ：同向曲線間的最短直線長度以不小于設計速度的 6倍為宜 （ 6V） 。 三 、 直線的最小長度 2． 反向曲線間的直線最小長度 ?《 規(guī)范 》 規(guī)定：反向曲線間最小直線長度 （ 以 m計 ）以不小于設計速度 （ 以 km／ h計 ） 的 2倍為宜 。 ? 一 、 圓曲線的幾何元素 ?各級公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應設置平曲線 ， 而圓曲線是平曲線中的主要組成部分 。 ?路線平面線形中常用的單曲線 、 復曲線 、 雙交點或多交點曲線 、 虛交點曲線 、 回頭曲線等中一般均包含了圓曲線 。 ?圓曲線具有易與地形相適應 、 可循性好 、 線形美觀 、 易于測設等優(yōu)點 ， 使用十分普遍 。 第三節(jié) 圓曲線 ?圓曲線幾何元素為： L2TJ1)2αR ( s e cERα1 8 0πL2αR t gT??????? 計算基點為交點里程樁號 ， 記為 JD， ? ZY=JDT ? YZ=ZY+L ? QZ=ZY+L/2 ? JD=QZ+J/2 ?曲線主點里程樁號計算： X Y （ 一 ） 計算 公式與因素 ?根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式 計算曲線半徑 ： 二 、 圓曲線半徑 αG s i nαF c o sX ??)igRvG(GigRGvGiFXh2h2h??????h2iR1 27V ????（ 一 ） 計算 公式與因素 ?根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式 計算曲線半徑 ： )(12 72hiVR????式中： V—— 計算行車速度 ， （ km/h） ； ? μ—— 橫向力系數(shù)； ? ih—— 超高橫坡度； ? i1—— 路面橫坡度 。 ?當設超高時 ： 一 、 圓曲線的幾何元素 ?各級公路和城市道路不論轉(zhuǎn)角大小均應設置平曲線 ， 而圓曲線是平曲線中的主要組成部分 。 ?路線平面線形中常用的單曲線 、 復曲線 、 雙交點或多交點曲線 、 虛交點曲線 、 回頭曲線等中一般均包含了圓曲線 。 ?圓曲線具有易與地形相適應 、 可循性好 、 線形美觀 、 易于測設等優(yōu)點 ， 使用十分普遍 。 第三節(jié) 圓曲線 ?圓曲線幾何元素為： L2TJ1)2αR ( s e cERα1 8 0πL2αR t gT??????? 計算基點為交點里程樁號 ， 記為 JD， ? ZY=JDT ? YZ=ZY+L ? QZ=ZY+L/2 ? JD=QZ+J/2 ?曲線主點里程樁號計算： X Y （ 一 ） 計算 公式與因素 ?根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式 計算曲線半徑 ： 二 、 圓曲線半徑 αG s i nαF c o sX ??)igRvG(GigRGvGiFXh2h2h??????h2iR1 27V ????（ 一 ） 計算 公式與因素 ?根據(jù)汽車行駛在曲線上力的平衡式 計算曲線半徑 ： )(12 72hiVR?? ??式中： V—— 計算行車速度 ， （ km/h） ； ? μ—— 橫向力系數(shù)； ? ih—— 超高橫坡度； ? i1—— 路面橫坡度 。 ?當設超高時 ： )(12 7 12iVR?? ??不設超高時 ： ?（ 1） 危及行車安全 ? 汽車能在彎道上行駛的基本前提是輪胎不在路面上滑移 ， 這就要求橫向力系數(shù) μ 低于輪胎與路面之間所能提供的橫向摩阻系數(shù) f: ? μ ≤ f ? f與車速 、 路面種類及狀態(tài) 、 輪胎狀態(tài)等有關 ，一般在干燥路面上約為 ～ ， 在潮濕的黑色路面上汽車高速行駛時 ， 降低到 ～ 。 路面結(jié)冰和積雪時 ， 降到 ， 在光滑的冰面上可降到 （ 不加防滑鏈 ） 。 1．橫向力系數(shù) μ 對行車 的 影響及其值的 確定： （ 2） 增加駕駛操縱的困難 ?彎道上行駛的汽車 ， 在橫向力作用下 ， 彈性的輪胎會產(chǎn)生橫向變形 ， 使輪胎的中間平面與輪跡前進方向形成一個橫向偏移角 。 ?（ 3）增加燃料消耗和輪胎磨損 ? μ 使車輛的燃油消耗和輪胎磨損增加 。 ? 橫向力系數(shù) μ 燃料消耗 （ %） 輪胎磨損 （ %） ? 0 100 100 ? 105 160 ? 110 220 ? 115 300 ? 120 390 （ 4）行旅不舒適 ? μ 值的增大，乘 車 舒適 感惡化。 ? 當 μ 〈 ， 不感到有曲線存在 ， 很平穩(wěn)； ? 當 μ = ， 稍感到有曲線存在 ， 尚平穩(wěn)； ? 當 μ = ， 己感到有曲線存在 ， 稍感不穩(wěn)定； ? 當 μ = ， 感到有曲線存在 ， 不穩(wěn)定； ? 當 μ = ， 非常不穩(wěn)定 ， 有傾車的危險感 。 ?μ的舒適界限，由 ，設計中對高、低速路可取不同的數(shù)值。 ?美國 AASHTO認為 V≤ 70km/h 時 μ =， V=80 km/h時， μ = 。 ?《 標準 》 規(guī)定： ? 高速公路 、 一級公路的超高橫坡度不應大于 10%， ? 其它各級公路不應大于 8%。 ? 在 積雪冰凍地區(qū) ， 最大超高橫坡度不宜大于 6%。 2． 關于最大超高 ： ih ?《 標準 》 中規(guī)定的最小平曲線半徑是汽車在曲線部分能安全而又順適的行駛的條件而確定的 。 ?最小平曲線半徑的實質(zhì)是汽車行駛在公路曲線部分時 ， 所產(chǎn)生的離心力等橫向力不超過輪胎與路面的摩阻力所允許的界限 ， 并使乘車人感覺良好的曲線半徑值 。 （ 二 ） 最小半徑的計算 )iμ12 7(VRh2???是各級公路按 設計 速度行駛的車輛能保證安全行車的最小允許半徑 。 1． 極限最小半徑 )i12 7(VRh2??μ? 一般最小半徑是指各級公路按 設計 速度行駛的車輛能保證安全 、 舒適行車的最小允許半徑 。 2． 一般最小半徑 )iμ12 7(VRh2??? 圓曲線半徑大于一定數(shù)值時 ， 可以不設置超高 ， 而允許設置等于直線路段路拱的反超高 。 ? 從行駛的舒適性考慮 ， 必須把橫向力系數(shù)控制到最小值 。 3． 不設超高的最小半徑 半徑 指標的應用 半徑 指標的應用 ?（ 1） 公路線形設計時應根據(jù)沿線地形等情況 ， 盡量選用較大半徑 。 在不得已情況下方可使用極限最小半徑； ?（ 2） 當?shù)匦螚l件許可時 ， 應盡量采用大于