【正文】 第二章 道路設(shè)計(jì) 學(xué)習(xí)目標(biāo) 了解汽車行駛的特性 ， 平面 、 縱斷面與橫斷面設(shè)計(jì)的規(guī)定與要求 。 了解平面交叉口的交通分析與常見形式 ， 立體交叉設(shè)計(jì)要求與分類 ， 道路沿線設(shè)施的種類 。 掌握道路設(shè)計(jì)的依據(jù) （ 設(shè)計(jì)車輛 、 設(shè)計(jì)速度 、 交通量 ） ， 平面線形三要素 （ 直線 、 圓曲線 、 緩和曲線 ） 的應(yīng)用 ， 道路平曲線加寬與超高的設(shè)計(jì) ， 行車視距的計(jì)算與保證 ， 縱斷面與橫斷面設(shè)計(jì)方法與步驟 。 本章重點(diǎn) 道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ， 平曲線幾何元素的計(jì)算 ， 縱坡設(shè)計(jì) ， 路基土石方數(shù)量計(jì)算與調(diào)配 。 本章難點(diǎn) 緩和曲線的性質(zhì) ， 平曲線超高的計(jì)算 ， 豎曲線設(shè)計(jì) ， 平縱組合設(shè)計(jì) 。 第二章 道路設(shè)計(jì) 第二節(jié) 第一節(jié) 概 述 平面設(shè)計(jì) 第三節(jié) 第四節(jié) 第五節(jié) 第六節(jié) 第七節(jié) 縱斷面設(shè)計(jì) 橫斷面設(shè)計(jì) 道路平面交叉設(shè)計(jì) 道路立體交叉設(shè)計(jì) 道路沿線設(shè)施設(shè)計(jì) 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) (一 ) 設(shè)計(jì)車輛 ? 設(shè)計(jì)所采用的有代表性的車型 ， 其外廓尺寸 、 載重量和運(yùn)行性能是用于確定道路幾何設(shè)計(jì) 、 交叉口設(shè)計(jì)和路基寬度確定的主要依據(jù) 。 根據(jù)我國(guó)行駛車輛的具體情況 、 汽車發(fā)展遠(yuǎn)景規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平 ， 出于經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的考慮 ， 設(shè)計(jì)車輛的外廓尺寸是按現(xiàn)有車型的尺寸進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后 ， 滿足 85%以上車型的外廓尺寸作為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) ， 見表 21所示 。 根據(jù)公路的使用任務(wù)與性質(zhì) ， 我國(guó)公路設(shè)計(jì)通常把小客車作為設(shè)計(jì)車輛 ， 而城市道路則以鉸接式汽車作為設(shè)計(jì)車輛 。 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) (二 ) 設(shè)計(jì)速度 ? 設(shè)計(jì)速度 是確定道路幾何線形的基本要素 。 它作為道路設(shè)計(jì)的基本依據(jù) ，直接或間接地決定了汽車行駛的曲線半徑 、 超高 、 視距 、 縱坡 、 合成坡度 、 路幅寬度和豎曲線設(shè)計(jì)等 ， 它是體現(xiàn)道路等級(jí)的一項(xiàng)重要指標(biāo) 。 ? 設(shè)計(jì)速度 是指在氣候正常 ， 交通密度小 ， 汽車運(yùn)行只受道路本身?xiàng)l件（ 幾何要素 、 路面 、 附屬設(shè)施等 ） 的影響時(shí) ， 一般駕駛員能保持安全而舒適地行駛的最大行駛速度 。 ? 從工程的難易程度 、 工程量大小及技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性考慮 ， 我國(guó)各級(jí)公路按不同的使用要求分為不同的設(shè)計(jì)速度 ， 二至四級(jí)公路分為兩種 ， 高速公路與一級(jí)公路由于設(shè)計(jì)的速度高 、 線形指標(biāo)高 、 工程造價(jià)大 ， 設(shè)計(jì)速度對(duì)其影響的程度相對(duì)較大 ， 將高速公路與一級(jí)公路的設(shè)計(jì)速度分為三種 ， 供設(shè)計(jì)時(shí)增加靈活度 、 更好地配合地形和景觀 、 合理優(yōu)化設(shè)計(jì)用 。 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ? 設(shè)計(jì)速度與行車速度是不同的兩個(gè)概念 。 ? 行車速度 是指在道路上的實(shí)際行駛速度 ， 它受氣候 、 地形 、 交通密度和道路本身?xiàng)l件的影響 ， 同時(shí)與駕駛員的技術(shù)也有很大關(guān)系 。 設(shè)計(jì)速度 是指在氣候和交通量正常 ， 汽車運(yùn)行只受道路自身?xiàng)l件 (幾何要素 、 路面狀況 、 附屬設(shè)施等 )影響時(shí) ， 一般駕駛員能保持安全和舒適行駛的最大速度 . ? 當(dāng)行車條件比較好時(shí) ， 行車速度能夠達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)速度；相反 ， 如果公路上行車條件較差則行車速度大多低于設(shè)計(jì)速度 。 ? 設(shè)計(jì)速度較高時(shí) ， 平均實(shí)際行車速度約為設(shè)計(jì)速度的 60%～ 70%；設(shè)計(jì)速度較低時(shí) ， 實(shí)際行車速度約為設(shè)計(jì)速度的 80%～ 90%， 甚至超過(guò)設(shè)計(jì)速度 。超過(guò)設(shè)計(jì)速度的情況是危險(xiǎn)的 ， 所以在地形良好 ， 線形順適 ， 視野開闊容易產(chǎn)生超速行駛 (超過(guò)設(shè)計(jì)速度 )的路段 ， 要特別注意曲線半徑 、 超高 、縱坡等方面的合理配置 。 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ? 我國(guó)各級(jí)公路的技術(shù)指標(biāo)是保證安全行駛的條件下 ， 考慮行車速度與設(shè)計(jì)速度間的關(guān)系后作適當(dāng)調(diào)整規(guī)定的 ，這樣的設(shè)計(jì)速度作為各級(jí)公路的技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算依據(jù)是合理的 。 ? 城市道路與公路相比 ， 具有功能多樣 、 組成復(fù)雜 、 行人交通量大 、 車輛多 、 類型復(fù)雜 、 車速差異大 、 道路交叉點(diǎn)多等特點(diǎn) ， 故行車速度比公路有較大的降低 。 ? 我國(guó) 《 標(biāo)準(zhǔn) 》 規(guī)定的各級(jí)公路設(shè)計(jì)速度見表 14所示 。 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) (三 ) 交通量 ? 交通量 是道路與交通工程中的一個(gè)基本交通參數(shù) ， 是確定公路等級(jí)的主要依據(jù) 。 交通量是指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)道路某地點(diǎn)或某斷面的車輛 、 行人數(shù)量 ， 一般是指機(jī)動(dòng)車交通量 ， 且為來(lái)往兩個(gè)方向的車輛數(shù) 。 單位時(shí)間可以是 1小時(shí)或 1日 （ 晝夜 ） ， 也可以是年平均日交通量；斷面可以是某條車道 ， 也可以是各車道合計(jì)；來(lái)往可以是單向 ， 也可以是雙向；數(shù)量可以是道路現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的交通調(diào)查 ， 也可以是根據(jù)道路規(guī)劃進(jìn)行的交通預(yù)測(cè) 。 ? 影響交通量因素主要有季節(jié) 、 氣候 、 時(shí)間 、 非機(jī)動(dòng)車等 。 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ⒈ 設(shè)計(jì)交通量 ? 設(shè)計(jì)交通量是擬建道路到達(dá)預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)年限時(shí)能達(dá)到的年平均日交通量 （ 輛 /日 ） 。 它具有確定道路等級(jí) 、論證道路的計(jì)劃費(fèi)用和論證各項(xiàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用 。 ? 預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)年限平均日交通量依據(jù)道路使用任務(wù)及性質(zhì) ，根據(jù)歷年交通觀測(cè)資料推算求得 ， 按年平均增長(zhǎng)率累計(jì)計(jì)算： Nd=N0(1+nr) 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ⒉ 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量 ? 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量是以小時(shí)為計(jì)算時(shí)段的交通量 。 高峰小時(shí)交通量是指一天內(nèi)的車流高峰期間連續(xù) 60min的最大交通量 (輛／小時(shí) )。它具有確定車道數(shù) 、 車道寬度和評(píng)價(jià)道路服務(wù)水平的作用 。 ? 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量的確定通常以通過(guò)觀測(cè)站觀測(cè)得到的第 30位小時(shí)交通量為準(zhǔn)；無(wú)觀測(cè)資料時(shí)則采用有關(guān)資料進(jìn)行推算 。 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量的計(jì)算公式如下： 第一節(jié) 概述 hdN N k D? ? ?? 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量 ? 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量 ? 交通量系數(shù) ? 方向不均系數(shù) 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ⒊ 交通量折算 ?我國(guó)道路多為混合交通 ， 非機(jī)動(dòng)車占有很大的比重 ， 為了求得交通量的統(tǒng)一尺度 ， 根據(jù)各種不同類型車輛的時(shí)速 、 行駛的規(guī)律性 、在車道上所占面積 、 影響通行能力的程度等因素 ， 將不同的車輛統(tǒng)一折算成小客車 ， 稱為交通量的折算 。 ?交通量折算采用小客車為標(biāo)準(zhǔn)車型確定公路等級(jí)的各汽車代表車型和車輛折算系數(shù)規(guī)定 : 第一節(jié) 概述 汽車代表車型 車輛折算系數(shù) 說(shuō) 明 小客車 ≤19座的客車和載質(zhì)量 ≤2t 的貨車 中型車 ＞ 19座的客車和載質(zhì)量＞ 2t ～ ≤7t 的貨車 大型車 載質(zhì)量＞ 7t ～ ≤14t 的貨車 拖掛車 載質(zhì)量＞ 14t的貨車 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) (四 ) 道路通行能力 ? 道路通行能力是在一定的道路和交通條件下 ， 道路上某一路段適應(yīng)車流的能力 ， 以單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)的最大車輛數(shù)表示 。 單位時(shí)間通常以小時(shí)計(jì) （ 輛 /小時(shí) ） 或以晝夜計(jì) （ 輛 /晝夜 ） 。 ? 交通密度 （ 行車密度 ） 是道路上車輛的密集程度 。 第一節(jié) 概述 Q K V??? 交通量 ? 交通密度 ? 行車速度 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ⒈ 基本通行能力 ? 基本通行能力是指道路組成部分在理想的道路 、 交通 、控制和環(huán)境條件下 ， 該組成部分的一條車道或一車道的均勻段上或一橫斷面上 ， 不論服務(wù)水平如何 ， 一小時(shí)所能通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)車輛的最大值 。 它是計(jì)算各種通行能力的基礎(chǔ) 。 ? 基本通行能力的計(jì)算采用 “ 車頭時(shí)距 ” 或 “ 車頭間距 ”推求 。 車頭時(shí)距是指連續(xù)兩車通過(guò)車道或道路上同一地點(diǎn)的時(shí)間間隔；車頭間距是指交通流中連續(xù)兩車之間的距離 。 如以車頭時(shí)距為例 ， 則一條車道的通行能力按下式計(jì)算： C=3600/T 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ⒉ 可能通行能力 ? 可能通行能力是指一條已知道路的組成部分在實(shí)際或預(yù)計(jì)的道路 、 交通 、 控制和環(huán)境條件下 ， 該組成部分的一條車道或一車行道對(duì)上述各條件有代表性的均勻段上或一橫斷面上 ， 不論服務(wù)水平如何 ， 一小時(shí)所能通過(guò)的車輛數(shù)最大值 (在混合交通道路上為標(biāo)準(zhǔn)汽車 )。 第一節(jié) 概述 一、道路設(shè)計(jì)的依據(jù) ⒊ 設(shè)計(jì)通行能力 （ 1） 服務(wù)水平及服務(wù)交通量 ? 《 公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范 》 （ JTG D20 –2022） 規(guī)定了各級(jí)公路設(shè)計(jì)采用的服務(wù)水平等級(jí) 。 服務(wù)交通量是與每一級(jí)服務(wù)水平相應(yīng)的交通量 。 （ 2） 設(shè)計(jì)通行能力 ? 設(shè)計(jì)通行能力是指設(shè)計(jì)中道路的組成部分在預(yù)計(jì)的道路 、 交通 、 控制和環(huán)境條件下 ， 該組成部分的一條車道或一車行道對(duì)上述各條件有代表性的均勻段上或一橫斷面上 ， 在設(shè)計(jì)服務(wù)水平下 ， 一小時(shí)所能通過(guò)的車輛數(shù)最大值 。 ? 設(shè)計(jì)通行能力由可能通行能力乘以與該服務(wù)水平相對(duì)應(yīng)的交通量和基本通行能力之比 V/C得到 。 當(dāng) V/C值小時(shí) ， 說(shuō)明服務(wù)交通量小 、車流運(yùn)行條件好 、 服務(wù)水平高；當(dāng) V/C值大時(shí) ， 說(shuō)明服務(wù)交通量大 、車流運(yùn)行條件差 、 服務(wù)水平低 。 第一節(jié) 概述 二、汽車行駛特性 ? 道路的路線設(shè)計(jì)主要是保證以下幾個(gè)方面： （ 1） 汽車行駛穩(wěn)定性 指汽車能沿道路安全行駛 ， 不致發(fā)生翻車 、 倒溜或側(cè)滑的性能 。 （ 2） 汽車盡可能提高車速 提高汽車的平均速度 ， 充分發(fā)揮汽車行駛的動(dòng)力特性 。 （ 3） 汽車行車暢通 足夠通行寬度 ， 減少平面交叉 ， 設(shè)置快慢車道 、 自行車道 。 （ 4） 汽車行車舒適 避免車輛行駛的離心力過(guò)大 ， 路面平整 、 少塵 。 ? 汽車行駛理論是道路線形設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ) ， 關(guān)系密切 。 汽車行駛的技術(shù)性能有動(dòng)力性能 、 穩(wěn)定性能 、 制動(dòng)性能 、 燃料經(jīng)濟(jì)性能等 。 各種車型不同 ， 其汽車的技術(shù)性能各不相同 。 第一節(jié) 概述 二、汽車行駛特性 （ 一 ） 汽車的驅(qū)動(dòng)力 ⒈ 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸扭矩 M ? 發(fā)動(dòng)機(jī)特性曲線是發(fā)動(dòng)機(jī)功率 N、 扭矩 M、 燃料消耗率 g及發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸轉(zhuǎn)速 n間的函數(shù)關(guān)系曲線 。 發(fā)動(dòng)機(jī)外特性曲線是油門全開時(shí)特性曲線；而發(fā)動(dòng)機(jī)部分負(fù)荷特性曲線是油門部分開啟 （ 部分供油 ） 時(shí)特性曲線 。 ⒉ 驅(qū)動(dòng)輪扭矩 MK ? 發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸上的扭矩 M經(jīng)過(guò)變速箱 、 主傳動(dòng)器兩次變速 ， 傳到驅(qū)動(dòng)輪上的扭矩為 Mk。 ⒊ 汽車的牽引力 T ? 牽引力 （ 驅(qū)動(dòng)力 ） 是作用在輪軸上推動(dòng)汽車前進(jìn)的力 。 第一節(jié) 概述 二、汽車行駛特性 （ 二 ） 汽車的行駛阻力 R ? 汽車行駛過(guò)程中受到空氣阻力 、 道路阻力 （ 滾動(dòng)阻力 、 坡度阻力 ） 、 慣性阻力的影響 。 ⒈ 空氣阻力 Rw ? 空氣阻力 是汽車在行駛中 ， 由于迎風(fēng)面空氣質(zhì)點(diǎn)的壓力 、 汽車后面的真空吸力及空氣質(zhì)點(diǎn)與車身表面的磨擦力 ， 共同阻礙汽車行進(jìn)的阻力 。 汽車速度越高 ， 空氣阻力也就越大 。 ? 空氣阻力構(gòu)成主要有： （ 1） 壓差阻力 （ 2） 干擾阻力 （ 3） 誘導(dǎo)阻力 （ 4） 摩擦阻力（ 5） 冷卻系阻力 第一節(jié) 概述 二、汽車行駛特性 ⒉ 道路阻力 Rr ? 道路阻力 是由彈性輪胎變形和道路的不同路面類型及坡度而產(chǎn)生的阻力 ， 包括滾動(dòng)阻力和坡度阻力 。 ? 滾動(dòng)阻力 是汽車在路面行駛中產(chǎn)生的輪胎變形和路面變形產(chǎn)生摩擦而產(chǎn)生的 。 ? 坡度阻力 是汽車上坡時(shí) ， 汽車重力在平行路面方向的分力與汽車行進(jìn)的方向相反 ， 阻礙汽車行駛的力；相反 ， 汽車下坡時(shí) ， 分力與汽車行進(jìn)的方向相同 ， 此時(shí)形成坡度助力 。 第一節(jié) 概述 二、汽車行駛特性 ⒊ 慣性阻力 Ri ? 慣性阻力 是汽車在變速行駛中需克服慣性力和慣性力矩而增加的阻力 ?汽車總的行駛阻力： R=Rw+Rr+Ri 第一節(jié) 概述 二、汽車行駛特性 （ 三 ） 汽車的運(yùn)動(dòng)方程式與行駛條件 ⒈ 汽車的運(yùn)動(dòng)方程式 ? 驅(qū)動(dòng)平衡是牽引力與各種行駛阻力之代數(shù)和相等時(shí)的平衡 。節(jié)流閥全開時(shí)： R=Rw+Rr+Ri此式稱為驅(qū)動(dòng)平衡方程式 。 ⒉ 汽車的行駛條件 ? 汽車行駛的必要條件 （ 驅(qū)動(dòng)條件 、 第一必要條件 ） 是有足夠的牽引力來(lái)克服各種行駛阻力 ， 即：牽引力 T≥行駛阻力 R；而汽車行駛的充分條件 （ 附著條件 、 第二必要條件 ） 則是牽引力不能大于輪胎與路面間的摩擦力 ， 即：牽引力 T≤摩擦力（ φ Gx） 。 ? 在道