道路勘测设计教案(共71页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上第一章 绪论第一节 交通运输系统及道路运输一、 交通运输系统的组成及特点1.铁路运输：适用于远程的大宗货物及旅客运输。特点：运输量大；迅速；但需转运（二次、三次），装卸费用较高；因受铁路轨道控制，属线性运输。2.公路运输：适于客、货的各种运距的小批量运输。特点：机动、灵活，适应性强，直达，迅速；单车运量小；可实现门门运输，减少中转费用，属于平面服务；既可承担直达运输，又可承担其他运输方式的转运任务。3.水运：通航地区最廉价的运输方式，线性运输。特点：利用天然水运资源，只需加以整治，即可使用；通过能力高、运量大，耗能省、运输成本低；受自然因素制约大。方式：内河、海洋（近

2、海、远洋）4.航空运输：适于快速运送旅客及贵重紧急商品、货物，点对点运输。特点：速度最快；费用最高；舒适5.管道运输：运送液体、气体和粉状货物的专用方式。特点：专业性强（专用）；连续性强，运输成本低、损耗少，安全性好。二、 道路运输1.道路运输的作用（1）最便捷也是唯一具有直达功能的运输方式；（2）具有衔接其他运输方式的纽带作用；（3）通达深度广，覆盖面大；（4）是实现各种运输方式高效、快捷运转的重要手段，起主导作用；（5）是世界各国发展速度最快和主要的运输方式。2.道路的种类按用途分类第二节 我国道路的发展状况一、道路发展史古代：早在公元前2000年前，就有了可以行驶牛、马车的道路。秦始皇统

3、一六国后，大修驰道，颁布“车同轨”法令，使得道路建设得到一个较大的发展。近代：本世纪初（1902年）汽车输入我国，通行汽车的公路开始发展起来。从1906年在广西友谊关修建第一条公路开始建设。到1949年底，全国公路通车里程仅有8.1万公里。现代：中华人民共和国成立以后。为了迅速恢复和发展国民经济，巩固国防，国家对公路建设作出了很大努力，取得了显著成就。特别是改革开放后的十几年来，公路建设迅速发展。二、道路现状1数量少； 2公路网等级低、高等级公路少、路面质量差、标准低；3发展不平衡；4通行能力低；5服务水平低。三、发展规划1发展方向（1）提高等级与加大密度并举；（2）运输工具向专业化方向发展；

4、（3）运输服务向高效优质发展；（4）管理信息化发展。2发展规划（1）“五纵七横”国道主干线系统规划（2）“7918”国家高速公路网规划第三节 道路的功能与分级一、道路分级1.道路功能的概念道路功能：是指道路能为用路者提供交通服务的特性，它包括通过功能和通达功能。通过功能：是道路能为用路者提供安全、快捷、大量交通的特性。通达功能：是道路能为用路者提供与出行端点连接的特性。2.道路分类按功能分类二、道路分级1.公路分级2城市道路的分类3.城市道路分级除快速路外，各类道路按照所在城市的规模、设计交通量、地形等分为：I、II、III级。第四节 道路设计控制一、技术依据公路工程技术标准、公路路线设计规范

5、、城市道路设计规范。二、 自然条件（1） 地形；（2）气候；（3）水文；（4）地质；（5）；土壤；（6）植被。三、 交通特性1.设计车辆设计车辆是指道路设计所采用的具有代表性的车辆。我国国家标准GB1589-89对汽车的外廓尺寸限界作了如下规定：2.设计车速和运行速度设计车速：指在气候正常，交通密度小，汽车运行只受道路本身条件（几何要素、路面、附属设施等）的影响时，中等驾驶技术的驾驶员能保持安全而舒适地行驶的最大行驶速度。高速公路：设计速度采用120km/h或100km/h。一级公路：设计速度采用100km/h或80km/h。二级公路：设计速度采用80km/h。三级公路：设计速度采用40km/

6、h。四级公路：设计速度采用20km/h。运行速度：指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件，实际道路状况和交通条件下所能保持的安全速度。通常采用测定的第85百分位行驶速度作为运行速度。3.交通量（1）设计交通量交通量：指单位时间内通过道路某断面的交通流量（即单位时间通过道路某断面的车辆数目）。其具体数值由交通调查和交通预测确定。通常用年平均日交通量表示设计交通量：指拟建道路道预测年限时所能达到的年平均日交通量。预测年限规定：高速、干线功能的一级公路20年；集散功能一级及二、三公路15年；四级公路具体确定。（2）设计小时交通量小时交通量（辆/小时）是以小时为计算时段的交通量，是确定车道数和车道宽度

7、或评价服务水平时的依据。（3）车辆折算系数根据城规的相关规定按下表采用：4.通行能力与服务水平（1）通行能力道路通行能力：是在一定的道路和交通条件下，道路上某一路段适应车流的能力，以单位时间内通过的最大车辆数表示。基本通行能力：指在理想条件下，单位时间内一个车道或一条车道某一路段可以通过小客车的最大数，是计算各种通行能力的基础。可能通行能力：由于通常的道路和交通条件与理想条件有较大差距，考虑了影响通行能力的诸多因素如车道宽、侧向净宽和大型车混入后，对基本通行能力进行修正后的通行能力。设计通行能力：道路交通运行状态保持在某一设计的服务水平时，单位时间内道路上某一断面可以通过的最大车辆数。（2）服

8、务水平概念：车辆在道路上行驶过程中驾驶员和乘客所感受的质量量度。我国将服务水平划分为一、二、三、四级。四、道路网1.公路网公路网特指一定区域内的道路系统，简称为路网。区域内的城市、集镇以及某些隐式集散点乘坐节点。1）公路网的基本要求：四通八达、干支结合、布局合理、效益最佳2）公路网系统的特性：A.集合性：B.关联性：C.目标性；D.适应性。公路网的结构形式：三角形、棋网形、并列形、放射形、扇形、树杈形、条形。2.城市道路网与红线控制（1）城市道路网现在的城市道路网可归纳为四种基本类型：方格网式、环形放射式、自由式和混合式。（2）道路红线道路红线：城市道路用地分界控制线，红线之间宽度即道路用地范

9、围，亦可称道路的总宽度或称规划路幅。规划道路红线也就是规划道路的边线。红线设计内容1）确定道路红线宽度2）确定道路红线位置3）确定交叉口型式4）确定控制点的半径和标高规划道路中线的转折点和各条道路的相交点，就是控制点。五、道路建筑限界与道路用地1.道路建筑限界道路建筑限界又称净空：是为保证道路上各种车辆、人群的正常通行与安全，在一定的高度和宽度范围内不允许有任何障碍物侵入的空间界线。组成：道路建筑限界由净高和净宽两部分组成。2.道路用地道路用地：为维修、养护道路及布设沿线设施等规划所征用的土地。第二章 平面设计第一节 概述一、路线中线：道路是一条三维空间的带状实体，该实体表面的中线。路线：指道

10、路中线的空间位置。路线平面：路线在水平面上的投影。路线纵断面：沿中线竖直剖切再行展开在铅垂面上的投影路线横断面：道路中线上任意一点的法向切面。二、汽车行驶轨迹与道路平面线形研究表明，行驶中的汽车其重心的轨迹在几何性质上有以下特征：（1）这个轨迹是连续的而且是圆滑的；（2）曲率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率的值。（3）这个轨迹的曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。理想的公路平面线形是行车道的边缘能与汽车的前外轮和后内轮的轨迹线完全符合或相平行，即公路平面线形应与汽车轨迹相拟合。平面线形三要素：直线、圆曲线、缓和曲线。第二节 直线一、直线的特点1.路线短捷，缩短里

11、程，行车方向明确。2.线形简单，测设容易。3.从行车安全和线形美观来看，长直线：线形呆板、行车单调、易疲劳、易超速，难以估计车距、夜间眩光影响大、安全性差。4.虽然方向性明确，但只能满足两个控制点的要求，难以与地形、周围环境协调，特别是山岭重丘区，采用过长的直线，会严重破坏自然景观，不仅与环境协调差，而且造成大填大挖，增多构造物，不经济。二、直线的最大长度和最小长度1.直线的最大长度直线的最大长度，在城镇附近或其它景色有变化的地点大于20V是可以接受的；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，若作某种限制看来是不现实的。2.直线的最小长度（1）同向曲线间的直线最小

12、长度同向曲线：指两个转向相同的圆曲线中间用直线或缓和曲线或径相连接而成的平面线形。规范规定，当设计速度60km/h时，同向曲线间的直线间的最小直线长度以下小于6倍为宜。而对于低速道路(V40kmh)则有所放宽，参考执行即可。（2）反向曲线间的直线最小长度反向曲线：指两个转向相反的圆曲线之间以直线或缓和曲线或径相连接而成的平面线形。规范规定：当设计速度60km/h时，反向曲线间最小直线长度（以m计）以不小于行车速度（以kmh计）的2倍为宜。当曲线两端设有缓和曲线时，也可直线相连，构成S形曲线。3.直线的运用下述路段可采用直线线形：（1）不受地形、地物限制的平坦地区或山间的开阔谷地；（2）市镇及其

13、近郊，或规划方正的农耕区等以直线条为主的地区；（3）长的桥梁、隧道等构造物路段； （4）路线交叉点及其前后；（5）双车道公路提供超车的路段。第三节 汽车行驶的横向稳定性与圆曲线半径一、汽车行驶的横向稳定性汽车的行驶稳定性：指汽车在行驶过程中，在外部因素作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。1.汽车在圆曲线上行驶时力的平衡汽车在圆曲线上行驶时力的受力分析如下图所示：横向超高：为了减小离心力的作用，保证汽车在平曲线上稳定行驶，必须使平曲线上路面做成外侧高、内侧低呈单向横坡的形式。将离心力F与汽车重力G分解为平行于路面的横向力X和垂直于路面的竖向力Y，即由

14、于路面横向倾角一般很小，则sintg=ih，cos1，其中ih称为横向超高坡度（简称超高率），所以横向力X是汽车行驶的不稳定因素，竖向力是稳定因素。就横向力而言，只从其值的大小是无法反映不同重量汽车的稳定程度。于是采用横向力系数来衡量稳定性程度，其意义为单位车重的横向力，即将车速v(m/s)化成V（kmh），则上式表达了横向力系数与车速、平曲线半径及超高之间的关系，值愈大，汽车在平曲线上的稳定性愈差。2.横向倾覆条件分析汽车在具有超高的平曲线上行驶时，由于横向力的作用，可能使汽车绕外侧车轮触地点产生向外横向倾覆的危险，为使汽车不产生倾覆，必须使倾覆力矩小于或等于稳定力矩。即因Fih比G小得多，

15、可略去不计，则利用此式可计算汽车在平曲线上行驶时，不产生横向倾覆的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V。3.横向滑移条件分析为使汽车不产生横向滑移，必须使横向力小于或等于轮胎和路面之间的横向附着力，即利用此式可计算出汽车在平曲线上行驶时，不产生横向滑移的最小平曲线半径R或最大允许行驶速度V。4.横向稳定性的保证现代汽车在设计制造时重心较低，一般b2hg ，即b/2hg 1 ，而jh 0.5，所以jh b/2hg。也就是汽车在平曲线上行驶时，在发生横向倾覆之前先产生横向滑移现象，为此，在道路设计中应保证不产生横向倾覆的稳定性。二、圆曲线半径1.影响因素根据汽车行驶在曲线上力的平衡式得：1）最大横

16、向力系数横向力的存在对行车产生种种不利影响，越大越不利，表现在以下几方面：（1）危及行车安全；（2）增加驾驶操纵的困难；（3）增加燃料消耗和轮胎磨损；（4）行旅不舒适。研究指出：0.60，随行车速度而变化，设计中对高、低速路可取不同的数值。2）最大超高超高过大，超出轮胎与路面间的横向摩阻系数，车辆有沿着路面最大合成坡度下滑的危险，因此必须：2.最小半径的计算（1）极限最小半径极限最小半径是各级公路按计算行车速度行驶的车辆能保证安全行车的最小允许半径。极限最小半径是路线设计中的极限值，是在特殊困难的条件下不得己才使用的，一般不轻易采用。（2）一般最小半径一般最小半径是指各级公路按计算行车速度行驶

17、的车辆能保证安全、舒适行车的最小允许半径。（3）不设超高的最小半径路面上不设超高，对于行驶在曲线外侧车道上的车辆来说是“反超高”，其ih值应为负，大小与路拱坡度相同。3.圆曲线最大半径规范规定圆曲线的最大半在不宜超过10000m。4.圆曲线的最小长度圆曲线的最小长度一般要有3s行程，整个曲线要有9s行程。第四节 缓和曲线缓和曲线：设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。一、缓和曲线的作用与性质1.缓和曲线的作用（1）曲率连续变化，便于车辆行驶；（2）离心加速度逐渐变化，旅客感觉舒适；（3）超高横坡度逐渐变化，行车更加平稳；（4）与圆曲线配合得当，

18、增加线形美观。2.缓和曲线的性质当方向盘转动角度为j时，前轮相应转动角度为。，它们之间的关系为：=kj而j是在t时间后方向盘转动的角度，即               j=wt   （rad）此时汽车前轮的转向角为=kt   (rad)设汽车前后轮轴距为d，前轮转动t后，汽车的行驶轨迹曲线半径为r，可知：    （m）由于很小，可以近似地写为   （m）汽车

19、以v（ms）等速行驶，经时间t以后，其行驶距离（弧长）为l：             l=vt   (m)                          式中v、d、k、均为常数，令则  

20、0;           或               rl=C推证说明，汽车匀速从直线进入圆曲线（或相反）其行驶轨迹的弧长与曲线的曲率半径之乘积为一常数，这一性质与数学上的回旋线正好相符。二、缓和曲线的形式1.回旋线回旋线是公路路线设计中最常用的一种缓和曲线。我国标准规定缓和曲线采用回旋线。2. 三次抛物线三次抛物线的曲率半径与回旋线一样也是随长度由无穷

21、大逐渐减小的，但当缓和曲线角达到24°后，又开始增加，所以三次抛物线用作为缓和曲线只能在24°的条件下。3.双纽线当弯道转角较大、半径较小时，例如在回头曲线或立体交叉的匝道上可以采用双纽线设置整个弯道，代替两段缓和曲线和一段主曲线。三、缓和曲线的长度及参数1.缓和曲线的最小长度缓和曲线的最小长度，可从以下几方面考虑：（1）旅客感觉舒适离心加速度的变化率：在等速行驶的情况下：则 缓和曲线最小长度公式：（2）超高渐变率适中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： （3）行驶时间不过短缓和曲线不管其参数如何，都不可使车辆在缓和曲线上的行驶时间过短而使司机驾

22、驶操纵过于匆忙。一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s，于是：2.回旋曲线参数A的确定从适宜的缓和曲线角=3°29°这一区间可以推导出合适的A值。所以在回旋线终点，=0，将=3°和=29°分别代入上式，则大致有下面的关系： 。3.缓和曲线的省略标准规定，在下列情况下可不设缓和曲线：（1）在直线和圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于标准规定的“不设超高的最小半径”时；（2）半径不同的同向圆曲线间，当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时；（3）小圆半径大于表中2-5所列半径，且符合下列条件之一时：小圆曲线按规定设置相当于最小回旋线长的回旋线时，其大

23、圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。计算行车速度80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径(R2)之比小于1.5。计算行车速度<80km/h时，大圆半径（R1）与小圆半径(R2)之比小于2。【例题】设某二级公路，设计速度为80km/h，路面宽度B=9m，路拱横坡为2%，超高横坡为6%，当采用极限最小半径时，缓和曲线的长度应为多少？（加速度变化率为0.5，超高渐变率为1/150）解：查表2-1得，R=250m根据表2-3，一般值取100m，最小值取70，则可取Ls=110m。第五节 平面线形设计一、平面线形设计要点1.平面线形应直捷、流畅，与地形、地物相适应，与周围环境相协调直线、圆曲线

24、和缓和曲线的选用及合理组合，取决于地形地物等具体条件，片面强调线路以直为主或以区为主，或认为规定三者的比例都是不合适的。2.保持平面线形的均衡与连续1）直线与平曲线的组合设计时应避免以下组合：（1）长直线的尽头接小半径的圆曲线；（2）短直线接大半径的平曲线；2）平曲线与平曲线之间的组合相邻圆曲线大半径与小半径之比宜小于2，相邻回旋线参数之比宜小于2。3）高、低标准之间要有过渡3.注意与纵断面设计相协调4.平曲线应有足够的长度（1）汽车驾驶员在操纵方向盘时不感到困难平曲线一般最小长度为9s行程平曲线极限最小长度为6s行程（2）缓和曲线上离心加速度的变化率不超出规定值平曲线的最小长度应取最小缓和曲

25、线长度的两倍（3）转角小于7时的平曲线长度从线路直捷要求，平曲线转角小一些为宜。但转角过小，即使半径较大，驾驶员也会将平曲线的长度看成比实际的短，给其造成急转弯的错觉。因此，当路线转角小于7度时，应设置较长的平曲线。二、平面线形要素组合1.平面要素组合类型（1）基本型基本型按直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线的顺序组合。S形从线形的协调性看，宜将回旋线、圆曲线、回旋线之长度比设计成1：1：11：2：1，并注意满足设置基本型曲线的几何条件：2b< a。（2）S形两个反向圆曲线用两段回旋线连接的组合。       

26、0;  S形相邻两个回旋线参数A1与A2宜相等。当采用不同的参数时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时以小于1.5为宜。（3）卵形卵形用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合。卵形上的回旋线参数A不应小于该级公路关于回旋线最小参数的规定，同时宜在下列界限之内： R2/2AR2。两圆曲线半径之比宜在下列界限之内：R1/ R2=0.20.8。凸形两圆曲线的间距，宜在下列界限之内：D/ R2=0.0030.03。（4）凸形在两个同向回旋线间不插入圆曲线而径相衔接的组合。复合型凸形的回旋线的参数及其连接点的曲率半径，应分别符合容许最小回旋线参数和圆曲线一般最小半径的规定。一般只在路线严格受地形

27、、地物限制处方可采用。（5）复合型两个以上同向回旋线间在曲率相等处相互连接的形式。复合型的两个回旋线参数之比宜为： A2：A1=1：1.5C形复台型回旋线除了受地形和其它特殊限制的地方外一般很少使用，多出现在互通式立体交叉的匝道线形设计中。（6）C形同向曲线的两回旋线在曲率为零处径相衔接的形式。回头曲线其连接处的曲率为0，也就是R=，相当于两基本型的同向曲线中间直线长度为0，对行车和线形都带来一些不利影响，所以C形曲线只有在特殊地形条件下方可采用。（7）回头形山区道路为克服高差，在同一坡面上转角接近或大于180度，由主曲线和辅曲线的组合形式。回头曲线的上线应设辅曲线，以免出现长直下坡接小半径平

28、曲线的不安全组合。使用用范围：三、四级公路在自然展现无法争取到需要的距离以克服高差，或因地形、地质条件所限不能采用自然展现时。圆曲线几何要素2.平面线形要素组合计算（1）简单型（圆曲线的几何要素）切线长：曲线长：外距：对称基本型计算图式切曲差：（2）对称基本型内移值：切线增长值：缓和曲线角：切线长：平曲线长：外距：切曲差（校正值）：【例题】某平原微丘区二级公路，设计时速，其交点处转角（右转），桩号里程为K8+200.58，选定的平曲线半径，缓和曲线长度，试计算曲线要素以及主点桩号。解：（1）计算曲线要素内移值：切线增长值：缓和曲线角：切线长：平曲线长：外距：（2）计算主点桩号ZH点桩号=HY点

29、桩号=QZ点桩号=HZ点桩号=YH点桩号=第六节 道路平面设计成果一、道路平面设计的表格1.直线、曲线及转角表2.逐桩坐标表二、道路平面设计图1.公路平面设计图2.城市道路平面设计图第三章 纵断面设计第一节 概述路线纵断面：沿着道路中线竖向剖切然后展开得到的断面。地面线：根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况。设计线：经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。坡长：纵断面上同一坡段两点间的水平距离。纵坡：纵断面上同一坡段两点间的高差与其坡长的比值，以百分数表示。直线坡有上坡和下坡，其大小用纵

30、坡和坡长表示。第二节 汽车的动力特性与纵坡一、汽车的动力因素与最大纵坡1.汽车驱动力（1）发动机曲轴扭矩M汽车在道路上行驶时必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力，汽车行驶的驱动力来自其内燃发动机。对于不同类型的发动机，其输出功率不同，故产生的扭矩也不同。他们之间的关系为：（2）驱动轮扭矩Mk发动机曲轴上的扭矩M经过变速箱（速比）和主传动器（速比）两次变速，设这两次变速的总变速比为，传动系数的机械效率为，则传到驱动轮上的扭矩Mk为：此时，驱动轮上的转速为：相应的车速为：（3）汽车的驱动力T把驱动轮上的扭距Mk用一对力偶Ta和T代替，Ta作用在轮缘上与路面的水平反力F抗衡，T作用在轮轴上推动汽车前

31、进，称为驱动力，与汽车行驶阻力R抗衡。由上式可知，如要获得较大的驱动力T，必须要有较大的总变速比。但增大，车速v就降低，对同一发动机要得到较大的驱动力和高的车速，二者不可兼得。2.汽车的行驶阻力（1）空气阻力汽车在行驶中，由于迎面空气质点的压力，车后的真空吸力及空气质点与车身表面的摩擦力阻碍汽车前进，总称为空气阻力。由空气动力学的研究和试验可知，汽车在空气介质中运动时所产生的空气阻力Rw可以用下式计算：将车速v以kmh计并化简，得对汽车列车的空气阻力，一般可按每节挂车的空气阻力为其牵引车的20%折算。（2）道路阻力道路阻力是由弹性轮胎变形和道路的不同路面类型及纵坡度而产生的阻力，主要包括滚动阻

32、力和坡度阻力。滚动阻力滚动阻力与汽车的总重力成正比，若坡道倾角为时，其值可用下式计算。RfGfcos由于坡道倾角一般较小，认为cos1，则Rf=Gf （N）坡度阻力汽车在坡道倾角为的道路上行驶时，车重G在平行于路面方向的分力为Gsin，上坡时它与汽车前进方向相反，阻碍汽车行驶；而下坡时与前进方向相同，助推汽车行驶。坡度阻力可用下式计算：因坡道倾角一般较小，认为sintani，则滚动阻力和坡度阻力均与道路状况有关，且都与汽车的总重力成正比，将它们统称为道路阻力，以RR表示RR=G（f+i）式中：f+i统称道路阻力系数。（3）惯性阻力汽车变速行驶时，需要克服其质量变速运动时产生的惯性力和

33、惯性力矩称为惯性阻力，用RI表示。平移质量的惯性力 ：旋转质量的惯性力矩旋转质量的组成部分较多，计算比较复杂，为方便计算，一般给平移质量惯性乘以大于1的系数（惯性力系数），来代替旋转质量惯性力矩的影响。即惯性力系数主要与飞轮的转动惯量、车轮的转动惯量以及传动系的传动比有关，其值可用下式计算：这样，汽车的总行驶阻力R为R=Rw+RR+RI3.汽车行驶条件（1）汽车的运动方程式汽车在道路上行驶时，必须有足够的驱动力来克服各种行驶阻力。当驱动力与各种行驶阻力之代数和相等的时候，称为驱动平衡。其驱动平衡方程式（也称汽车的运动方程式）为T=R=Rw+RR+RI上式中驱动力T为节流阀全开的情况。如果节流阀

34、部分开启时，要对驱动力T进行修正，修正系数用U表示，称之为负荷率。即一般，负荷率U=80%90%。将有关公式代入上式，则汽车的运动方程式为（2）汽车的行驶条件要使汽车行驶，必须具有足够的驱动力来克服各种行驶阻力，即TR上式是汽车行驶的必要条件（即驱动条件）。汽车行驶的充分条件是驱动力小于或等于轮胎与路面之间的附着力，即TGk在实际工作中对路面提出了一定要求，从宏观上讲要求路面平整而坚实，从微观上讲又要求路面粗糙而不滑，以增大附着力。4.汽车的动力因数为便于分析，将式作如下改变T-Rw=RR+RI上式等号左端T-Rw称为汽车的后备驱动力，T、R之值均与汽车的构造和行驶速度有关。将右端行驶阻力表达

35、式代入，得为使不同类型汽车的动力性进行比较，且有相同的评价尺度，将上式两端分别除以车辆总重G，得令上式左端为D，即D称为动力因数，它表征某型汽车在海平面高程上，满载情况下，每单位车重克服道路阻力和惯性阻力的性能。将有关公式代入下式显然，D可以表示为V的二次函数，即D=PV2+QV+W为使用方便，也可用曲线表示D与V的函数关系，称为动力特性图。可直接查出各排档下不同车速对应的动力因数值。若道路所在地下在海平面上，汽车也不是满载，应对动力因数D进行修正。方法是给D乘以一个修正系数。称为动力因数D的海拔荷载修正系数，其值为。5.汽车的行驶状态由式可得式中道路阻力系数，。  

36、60; 对不同排档的D-V曲线，D值都有一定使用范围，档位愈低，D值愈大，而车速愈低。在某瞬时，当汽车的动力因数为D，道路阻力为，汽车的行驶状态有以下三种情况：    当D时：>0    加速行驶    当=D时:   a0    等速行驶当>D时：   <0 减速行驶与任意的D相应等速行驶的速度称为平衡速度，用VP表示。因为    D=PV2+QV+W则   

37、0;  D-=PV2+QV+W-=0解此，得临界速度：每一排档都存在各自的最大动力因数Dmax与之对应的速度，用Vk表示。若汽车以某一排档作等速行驶，当D2=2时，汽车可采用V1或V2的任一速度行驶。当采用V1Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车可在原来排档上降低车速，以获得较大D值来克服额外阻力，待阻力消失后可立即提高到V1的速度。这种行驶状态称为稳定行驶。当汽车采用V2<Vk的速度行驶时，若道路阻力额外增加，汽车减速行驶而D值随之减小，如果此时不换档或开大节流阀，汽车将因发动机熄火而停驶。这种行驶状态称不稳定行驶。如果道路阻力3更大，使得车速降低较快，若车速降至本档V

38、k时，需要换低档行驶；相反，道路阻力4更小时车速增加较快，当增至本档最高车速Vmax时需要换高档行驶。汽车的最高速度Vmax：是指节流阀全开、满载（不带挂车）、在表面平整坚实水平路段上作稳定行驶时的速度。某一排档的最高速度Vmax可由下式计算：  （km/h）汽车的最小稳定速度：是指满载（不带挂车）在路面平整坚实的水平路段上，稳定行驶时的最低速度（即临界速度Vk）。 （kmh）6.理想最大纵坡和不设长度最大纵坡理想最大纵坡：设计车型在油门全开的情况下，持续以希望速度等速行驶所能克服的纵坡。希望速度因等速行驶，则有a=0，即所以，。称为理想最大纵坡。不设长度最大纵坡：设计车型

39、在油门全开的情况下，持续以容许速度等速行驶所能克服的纵坡。容许速度：一般为设计速度的1/22/3，高速路取低限，低速路取高限。7.最大纵坡最大纵坡是根据道路等级、自然条件、行车要求等因素所限定的路线纵坡最大值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。各级公路的最大纵坡值见表3-9。二、坡长限制坡长：纵断面相邻变坡点的桩号之差，即水平距离。坡长限制：对一定纵坡长度的限制。1.最大坡长限制指控制汽车在坡道上行驶，当速度下降到最低容许速度时所行驶的距离。各级公路的坡长限制参见表3-11、表3-12和表3-13.2.缓和坡段在纵断面设计中，当纵坡的长度达到限制坡长时，按规定设置的较小纵坡路段。标准规定：缓和

40、坡段的纵坡不应大于3%，其长度应不小于最小坡长。若地形限制不严，当设计速度大于60km/h时缓和坡段宜小于2%，其长度宜为设置竖曲线以后直坡段的长度。3.最小坡长的限制最小坡长规定汽车以设计速度915s的行程为宜，高速路取小值，低速路取大值。各级公路的最小坡长见表3-14和表3-15。三、最小纵坡、平均纵坡和合成坡度1.最小坡度最小纵坡：为纵向排水的需要，对横向排水不畅的路段所规定的纵坡最小值。适用条件：横向排水不畅路段：路堑、桥梁、隧道、设超高的平曲线、路肩设截水墙等。最小纵坡值：0.3%，一般情况下0.5%为宜。干旱少雨地区最小纵坡可不受上述限制。2.平均纵坡指一定长度路段两端点的高差与该

41、路段长度的比值。标准规定：二、三、四级公路越岭路线的连续上坡或下坡路段相对高差为200500m时，平均纵坡不应大于5.5%；越岭路线相对高差大于500m时，平均纵坡不应大于5.0%，并注意任何连续3km的路段的平均纵坡不宜大于5.5。对于高速公路、一级公路的平均纵坡，目前尚无规定。3.合成坡度指道路纵坡和横坡的矢量和，其方向即为流水线方向。计算公式为：规范规定：合成坡度不得超过表3-16的规定，在积雪和冰冻地区，合成坡度不应大于8%。为保证路面排水，各级公路的最小合成坡度不宜小于0.5%，当小于0.5%时，应采用综合排水设施，以保证路面排水通畅。第三节 竖曲线竖曲线：道路纵坡的变坡处设置的竖向

42、曲线。作用：满足行车平顺、舒适及视距的需要。线形：可采用圆曲线和抛物线，一般采用圆曲线在设计和计算上比较方便。一、竖曲线计算要素的计算公式取xoy坐标系如下图所示，设边坡点相邻两直坡段坡度分别为i1和i2。它们的代数差用表示，即=i2-i1（后坡-前坡，上坡i为“+”，下坡i为“-”）。当为正时，表示凹形竖曲线；当为负时，表示凸型竖曲线。在图示坐标下，二次抛物线的一般方程为：竖曲线上任意一点P的斜率为：抛物线上任一点的曲率半径：将代入上式得：又因为i很小，其二次项可以略去不计，故有：当时，有，则即曲线长：又因为则切线长：竖距：外距：二、竖曲线的最小半径1.缓和冲击汽车在凹形竖曲线上行驶会超重，

43、在凸形竖曲线上行驶会出现失重，这种超重和失重在某种程度上会影响旅客的舒适度，并对汽车上的一些悬挂物也是不利的，因此，应对离心加速度加以控制。由，并将v用km/h表示，得考虑舒适性和视觉平顺性的要求，采用。2.行驶时间不过短汽车在竖曲线行驶的时间不应小于3s，故有3.满足视距的要求1）凸形竖曲线应满足停车视距的要求。（1）当时，（2）当时，规范规定的凸形竖曲线最小半径和最小长度见表3-17。2）凹形竖曲线（1）保证夜间行车安全，前灯照明应有足够的距离当时，当时，（2）跨线桥下行车视距的要求当时，当时，规范规定的凹形竖曲线最小半径和最小长度见表3-18。竖曲线要素和桩号设计高程的计算见教材71页例

44、题。第四节 爬坡车道爬坡车道：在陡坡路段主线外侧增设的供载重汽车使用的专用车道。设置爬坡车道的原因：道路中设置爬坡车道是由于陡坡路段，载重车速度下降，与小汽车速差增大，超车频率增加，不利于安全，影响通行能力。速差较大的车辆混合行驶，必然会减小快车的行驶自由度，导致通行能力下降。一、设置爬坡车道的条件规范规定：高速公路、一级公路纵坡长度受限制的路段，应对载重汽车上坡行驶速度的降低值和设计通行能力进行验算，符合下列情况之一者，可在上坡方向行车道右侧设置爬坡车道：（1）沿上坡方向载重汽车的行驶速度降低到下表的允许最低速度以下时，可设置爬坡车道；计算行车速度（km/h）1201008060允许最低速度

45、（km/h）6050504 0（2）上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时。（3）经设置爬坡车道与改善主线纵坡不设爬坡车道技术经济比较论证，设置爬坡车道的费用比、行车安全性较优时，可设爬坡车道。二、爬坡车道设计1.横断面的组成爬坡车道设于上坡方向正线行车道右侧，宽度一般为3.5m，包括设于其左侧路缘带的宽度0.5m，如图所示。由图可知：（1）爬坡车道的路肩和正线一样由硬路肩和土路肩组成，硬路肩标准可低于正线，宽度为1米即可；土路肩按正线标准；（2）窄路肩不能供停车之用，在长而连续的爬坡车道路段上，其右侧按规定设计紧急停车带。2.横坡度因爬坡车道的行车速度比正线小，为安全起见，规定高速公路正

46、线超高坡度与爬坡车道的超高坡度之间的对应关系：正线的超高坡度（）1098765432爬坡车道的坡度（）5432超高的旋转轴为爬坡车道的内侧边缘线。3.爬坡车道的平面布置如下图所示则爬坡车道总长度为：，即分流渐变段长度、爬坡车道长度和合流渐变段长度组成。爬坡车道的起点：设于陡坡路段上载重汽车运行速度降低到最低容许速度处。爬坡车道的起点：设于载重车爬经陡坡路段后恢复至最低容许速度处，或陡坡路段后延伸附加长度的端部。相邻两爬坡车道相距较近时，宜将爬坡车道直接相连，成为一个连续的爬坡车道。第五节 避险车道一、避险车道的作用及组成1.概念在长陡下坡路段行车道外侧增设的供速度失控车辆驶离正线安全减速的专用

47、车道。2.作用利用制动坡床的滚动阻力和坡度阻力迫使汽车减速停车，可避免或减轻车辆和人员损伤。3.组成引道、制动车道、服务车道及辅助设施（路侧护栏、防撞设施、施救锚栓、呼救电话、照明等）。二、避险车道的类型（1）上坡道型，所需长度短，为常用形式。（2）水平坡道型，所需长度较长，特殊情况下可采用。（3）下坡道型，所需长度更长，在不得已情况下论证采用。（4）砂堆型，所需时间更短，但因砂堆减速过于强烈，易发生二次事故，故较少采用。三、避险车道的设置1.制动器温度由坡顶下坡行驶，当制动器温度超过衰退温度的位置后，应设置避险车道。该行程可按下式计算。2.正线平面线形（1）一般应设置在直线路段上；（2）若设

48、置在平曲线路段，应在失控车辆不能安全转弯的平曲线之前或从该曲线切线方向切出；（3）应避免在避险车道端头和两侧下方人口稠密区；（4）应远离正线上的桥梁和隧道等构造物。3.沿线地形（1）右侧地形最好是高处路基边缘的山坡、山包、台地等，切易于开挖修筑；（2）低于路基边缘的浅沟或平地等，且容易填筑；（3）右侧为深沟、低于路基边缘的山坡等地形不易设置。四、避险车道的设计1.平纵面设计平面线形宜为直线。正线为直线时，流出角宜为3°5°；正线为曲线时，宜为其切线方向。制动车道纵断面宜为直坡段，且宜设为上坡，坡度一般为8%20%。2.避险车道的宽度避险车道宽一些为宜，一般以满足一辆车使用，

49、其宽度不宜小于4.5m。服务车道宜设置在制动车道右侧，宽度不小于3.5m。避险车道的横断面总宽度应不小于9.0m。3.避险车道长度根据能量守恒原理可得：对不同入口速度，避险车道长度计算值见表3-23。4.制动车道的引道引道设置在正道与制动车道之间，起连接作用，能给失控车辆驾驶员提供反应时间和足够空间沿引道安全驶入制动车道。驾驶员在引道起点清晰看到制动车道全貌，在进入引道前的正线上应有3s以上的行程距离，引道的最小长度应满足3s的行程。5.坡床的材料和厚度（1）材料具有较高滚动阻力系数、陷落小、不板结和不被雨水冲刷的非级配卵（砾）石材料，且无杂质。（2）厚度制动坡床的铺筑厚度一般为0.5m1.0

50、m，制动车道入口处铺筑厚度为0.1m，采用510m长的渐变段逐渐过渡到正常的坡床厚度。6.避险车道的其他设施（1）缓冲装置在制动车道末端设置的强制减弱装置，可用砂袋（桶）、废旧轮胎等堆砌，高度一般为1.21.5m。（2）避险车道排水一般应将制动车道底部设置成一侧倾斜的横坡，横坡度采用0.5%1%，低侧设置盲沟，在盲沟顶部设置盖板，并用土工织物进行覆盖。（3）标志禁止正常行驶车辆使用避险车道，提醒驾驶员前方设有避险车道。（4）锚栓为施救驶入制动车道的车辆，应在服务车道右侧每隔50m设置一处锚栓。（5）监控系统及呼救电话应在制动车道附近不超过50m范围内，设置求救电话和监控系统。（6）中央分隔带开

51、口在设置制动车道的正线上，道路视线良好路段的中央分隔带应开口，以供施救车辆通行。（7）照明第六节 纵断面设计方法及纵断面图一、纵断面设计方法、步骤1.拉坡前的准备工作2.标注控制点位置经济点：山区道路还有根据路基填挖平衡关系控制路中心填挖值的标高点。挖方点：山区道路还有宜挖不宜填的情况下的控制点。3.试坡，根据地形起伏情况及高程控制点，初拟纵坡线。4.调整，按平纵配合要求及标准执行情况等进行检查调整。5.核对，典型横断面核对。6.定坡，确定变坡点位置及变坡点高程或纵坡度。7.设置竖曲线。8.设计高程计算，编制路基设计表。二、纵断面图的绘制1.上部主要用来绘制地面线和纵坡设计线，在适当位置绘出一

52、下内容：（1）标注竖曲线及其要素；（2）坡度及坡长（有时标在下部）；（3）沿线桥涵及人工构造物的位置、结构类型、孔数和孔径；（4）与道路、铁路交叉的桩号及路名；（5）沿线跨越的河流名称、桩号、常水位和最高洪水位；（6）水准点位置、编号和标高；（7）断链桩位置、桩号及长短链关系等。2.下部主要用来填写有关内容，自下而上分别有：（1）直线及平曲线；（2）里程桩号；（3）地面高程；（4）设计高程；（5）填、挖高度；（6）纵坡、坡长；（7）土壤地质说明。作业：【1】见教材第83页，习题3-9。【2】见教材第83页，习题3-10。【3】见教材第84页，习题3-11。第四章 横断面设计第一节 横断面组成及

53、类型道路的横断面：指道路中线上各点垂直于路线前进方向的垂直剖面。它是由横断面设计线和地面线所组成的。横断面设计线包括行车道、路肩、分隔带、边沟边坡、截水沟、护坡道以及取土坑、弃土堆、环境保护等设施。地面线是表征地面起伏变化的那条线。一、公路横断面组成及类型横断面的形式1.公路横断面组成路幅：是指公路路基顶面两路肩外侧边缘之间的部分。整体式断面：用等宽同高的分隔带将上、下行车道分隔。分离式断面：将上、下行车道放在不同的平面上分隔。2.公路横断面的类型（1）单幅双车道单幅双车道公路指的是整体式的供双向行车的双车道公路。（2）双幅多车道（3）单车道 对交通量小、地形复杂、工程艰巨的山区公路或地方性道

54、路，可采用单车道。为错车的需要，应在不大于300m的距离内设置错车道，错车道的路基宽度不小于6.5m，有效长度不小于20m。二、城市道路横断面组成及类型1.城市道路横断面组成城市道路路线设计中的横断面设计是矛盾的主要方面，一般都放在平面和纵断面设计之前进行的。城市道路上供各种车辆行驶的部分统称行车道，一般分为机动车道、非机动车道和人行道。2. 城市道路横断面布置类型（1）单幅路（一块板）各种车辆在车道上混合行驶。（2）双幅路（两块板）在车道中心用分隔带或分隔墩将车行道分为两半，上、下行车辆分向行驶。各自再根据需要决定是否划分快、慢车道。（3）三幅路（三块板）中间为双向行驶的机动车道，两侧为靠右

55、侧行驶的非机动车车道。机动车道和非机动车道之间用分隔带或分隔墩分隔。（4）四幅路（四块板）在三幅路的基础上，再将中间机动车道分隔为二，分向行驶。3.横断面形式的选用一条道路宜采用相同形式的横断面。当道路横断面形式或横断面各组成部分的宽度变化时，应设置过渡段，过渡段的起、止点宜选择在交叉口或结构物处。第二节 机动车道、路肩与中间带一、机动车道行车道宽度行车道是道路上供各种车辆行驶部分的总称，包括快车道、慢车道（含非机动车道）。行车道宽度要根据车辆宽度、设计交通量、交通组成和汽车行驶速度来确定。1.一般双车道公路行车道宽度确定双车道公路的行车道宽度双车道公路的行车道宽度汽车宽度：载重汽车车厢的总宽度，一般为2.5m。富余宽度：对向行驶时两车厢之间的安全间隙、汽车轮胎至路面边缘的安全距离。各级公路的行车道宽度见教材表4-1。2.有中央分隔带的公路行车道宽度有中央分隔带的行车道宽度每条车道的宽度按教材表4-1取用。3.城市道路行车道宽度城市道路行车道宽度示意图1）靠路边的车道宽（1）一侧靠边，另一侧为反向行驶的车道（2）一侧靠边，另一侧为同向行驶的车道2）中心线的车道宽3）同向行驶的中间车道宽 根据实验观测得出x、d、y与车速之间的关系为：4.专用车道爬坡车道、变速车道的宽度