《高速公路规划与设计》课程讲义640页PPT_ppt

1、高速公路规划与设计课程讲解结构第一讲 绪论第二讲 高速公路的设计依据第三讲 高速公路的规划与勘测设计第四讲 高速公路平面线形设计第五讲 高速公路纵断面设计第六讲 高速公路横断面设计第七讲 高速公路立体线形组合设计第八讲 高速公路立体交叉设计第九讲 高速公路路基路面设计第十讲 高速公路的安全第十一讲 高速公路的沿线设施上级 上页 下页第一讲 绪论第一节 国内外高速公路发展概况 第二节 高速公路的特点 第三节 高速公路的效益和意义上级 上页 下页第一节 国内外高速公路发展概况1.高速公路定义2.近代公路运输发展的特点 3.高速公路的产生与发展 4.我国高速公路的发展 上级 上页 下页1.高速公路定

2、义公路工程技术标准（JTJ 001-97）定义：专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入的干线公路。 公路工程名词术语（JTJ 002-87）定义：具有四个或四个以上车道，并设有中央分隔带，全部立体交叉并具有完善的交通安全设施与管理设施、服务设施，全部控制出入，专供汽车高速行驶的公路。 中国大百科全书土木工程定义：中央设置有一定宽度的分隔带，两侧各配备两条或两条以上的车道，分别供大量上下行汽车高速、连续、安全、舒适的运行，并全部设置立体交叉和控制出入的公路。 上级 上页 下页1.高速公路定义国外：英国“Motorway”；法国“Autoroute”；德国“Autobahn”；意大利“Autost

3、rata”；瑞典等“Expressway”；美国“Superhighway”，收费公路“Turnpike”。 1968年统一：部分控制出入“Expressway”，全部控制出入“Freeway”。 共同点：汽车专用、各行其道、控制出入。 上级 上页 下页2.近代公路运输发展的特点交通运输的五种形式: 公路、铁路、水运、航空和管道公路运输特点： 机动、迅速、直达、方便、投资少、周转速度快、便于分期修建、技术改造比较容易。 在各种运输方式中占主导地位。 现代公路运输发展特点： 汽车工业发展迅速（见表1-1、1-2图1-2P2） 生产量和保有量大幅度增长； 汽车载重量向两极分化； 发展速度快 行车事

4、故剧增 上级 上页 下页汽车拥有量世界前八位国家上级 上页 下页3.高速公路的产生与发展一般公路存在的问题： 1)混合交通车流内部干扰大 2)对向车辆无分隔行驶 3)侧向干扰大高速公路产生的必要性： 1)公路运输连续、大量、安全、快速以及舒适的要求 2)汽车工业和汽车运输发展需要各国高速公路发展情况：（表1-5 1-6 P7） 德国：世界上第一条高速公路；表1-3 P5。 美国：“The country on wheels”，高速公路最发达的国家；表1-4 P6。 上级 上页 下页3.高速公路的产生与发展高速公路发展特征： 1)城市高速公路发展异常迅速 2)国际高速公路网正在逐步形成 如： 欧

5、洲高速公路网 欧亚大陆公路网 泛美公路网 亚洲公路网等。 上级 上页 下页公路总里程居前10位的国家上级 上页 下页高速公路总里程居前10位的国家上级 上页 下页4.我国高速公路的发展中国高速公路大事记我国整个公路发展特点： 1) 高速公路发展迅速 2) 路网整体水平和公路通行能力有明显提高 3) 桥隧建设水平上了一个新台阶 4) 筹资力度进一步加大 5) 公路勘测设计水平和施工水平迅速提高我国高速公路网规划： 30年左右时间，建成“五纵七横”共十二条路线，长3.5万公里的国道主干线。 上级 上页 下页4.我国高速公路的发展五纵： 同江三亚，约5700km 北京福州，约2600km 北京珠海，

6、约2400km； 二连浩特河口，约3700km 重庆湛江，约1500km七横： 绥芬河满州里，约1300km 丹东拉萨，约4600km 青岛银川，约1700km 上海成都，约3000km 上海瑞丽，约4100km 衡阳昆明，约2000km 连云港霍尔果斯，约400km上级 上页 下页4.我国高速公路的发展西部大开发战略： 用510年时间，使西部地区交通基础设施有明显改善， 再用10年左右的时间，即到2020年初步建成西部地区公路骨架网络， 再用30年左右时间，即到21世纪中叶，建成现代化公路运输网络。 其前10年重点任务： 1)加快西部地区国道主干线建设； 2)加快西部地区区域路网的改造； 3

7、)加快西部地区实施乡村公路通达工程，建设长度约15万公路。上级 上页 下页中国高速公路大记事上级 上页 下页国家高速公路规划图上级 上页 下页第二节 高速公路的特点高速公路与普通公路的区别：如图片 (1)汽车专用 (2)分道行驶 (3)控制出入 (4)完善的设施高速公路具有突出的优点： (1)行车速度高、通行能力大 (2)交通事故降低，安全性较好 (3)运输效益提高上级 上页 下页第二节 高速公路的特点高速公路缺点： (1)投资大，造价高 (2)对环境影响大上级 上页 下页第三节 高速公路的效益和意义高速公路的效益和意义 1.良好的投资效益（见图1-5，图1-6） 投资回收有了根本保证 2.对

8、国民经济发展的促进作用 消耗许多原材料，如钢铁、水泥、木材、石料、沥青等，带动相关产业和劳动力市场等。 3.带动沿线地方社会和经济发展 日本、法国 4.有利于城市人口的分散和卫星城镇的开发 5.有利于国防 日本上级 上页 下页我国公路运输量增长图上级 上页 下页我国公路运输周转量增长图上级 上页 下页第二章 高速公路设计依据24第二章 速公路设计依据主要授课内容：设计车速设计车型公路用地与建筑界限交通量、通行能力与服务水平25第一节 设计车速1.定义 设计车速：(计算行车速度)是公路设计最基本的设计依据。中 国：在天气良好、交通量小、路面干净的条件下，中等技术水平的驾驶员在道路受限制部分能够保

9、持安全而舒适行驶的最大速度。美 国：当道路条件良好，行车只受公路的设计特征控制时，公路的特定路段上能保持的最高安全速度。德 国：设计速度是根据道路的交通要求，从经济的观点出发选择的标难设计值，相当于85%的小客车不会超过的速度。 26最高时速 汽车的机械性能所能达到的最高速度。经济时速 汽车的机械损耗和燃油消耗为最小的车速。 设计车速是决定公路几何形状的基本依据，曲线半径、超高、视距等技术指标都起着决定的作用，同时也影响着车道的尺寸和数目以及路肩宽度等指标的确定。其他如车道宽度、路肩宽度等虽与设计车速无直接关系，但他们影响行车速度。第一节 设计车速27设计车速确定方法 (1)设计车速应该是最高

10、时速与经济时速之间的一个速度 (2)考虑因素：公路性质、等级和地形等。 1)远离城市，设计车速相对较高； 2)市郊公路，设计车速则相对较低； 3)公路等级高，多考虑行车要求，反之，多考虑经济要求； 4)平原区，设计车速可定高，山岭区，设计车速可定低。第一节 设计车速28确定设计车速的统计法 车速分布是正态分布，分布曲线和累计频率曲线如图2-1图2-1 公路车速分布与累计频率曲线第一节 设计车速29 设计车速的确定考虑了汽车行驶的实际需要和经济性，是汽车行驶要求与经济性平衡的结果。公路等级搞考虑行车要求公路等级低考虑经济性第一节 设计车速302、高速公路设计车速高速公路在设计、施工、运营管理上与

11、一般公路有所不同，按高速公路的运营要求和交通需要的变化把计算行车速度分为四档，即120km/h、100km/h、80km/h和60km/h。高速公路的计算行车速度不与地形直接挂钩，设计时设计人员应结合交通需求的变化，考虑技术经济的合理性，更好地与地形景观相配合，作出更合理的设计。 一般情况下应选用120km/h的计算行车速度，当受地形、地物、工程造价等条件限制时，交通量又相对的小一些，可选用100km/h甚至是80km/h的计算行车速度。对于条件特殊困难地段，经技术、经济论证可选用60km/h的计算行车速度。第一节 设计车速31高速公路设计车速特点：特点：不与地形直接相关，直接制定。设计车型：

12、小客车若途经路段复杂，可分段确定设计车速，方法如下：第一节 设计车速32 (1) 分段之间的设计速度差一般按20km/h为一级，并应设置相应的限速标志； (2) 不同设计车速分段不宜过短，通常高速公路分段长度不宜小于20km； (3) 需要改变计算行车速度时，应设置过渡段，过渡段长度可根据具体地形条件结合各方面的使用效果灵活确定； (4) 计算行车速度变更点的位置，应选择在驾驶人员能够明显判断路况发生变化而需要改变行车速度的地点，如村镇、车站、交叉口或地形明显变化等处，并应设置相应的标志。第一节 设计车速333. 运行车速（1）运行车速的定义 运行车速是指在一定的道路几何条件下，某种车辆的实际

13、行驶速度。实际应用中常取某个代表性的速度，如实测的85位车速为运行车速。第一节 设计车速34（2）运行车速与设计车速关系 运行车速与设计车速既是不同的，又是有联系的。区别：运行车速是实际车速，设计车速是理论车速； 运行车速是变化的，设计车速是固定的。联系：设计车速是最大的安全运行车速，运行车速是几何设 计实现设计车速程度的反映。应用：运行车速在定程度上综合反映了设计的质量，有助 于对道路设计成果进行评价。第一节 设计车速35定义：设计车型是道路几何设计时选择的有代表件的车型，它是根据当前本国行驶车辆的状况、汽车发展的趋势和国民经济发展水平等因素所确定的。 设计车型实际上并不一定是某一种具体牌号

14、的汽车，其外型尺寸往往是虚构的，但能代表某一类的汽车。第二节 设计车型36第二节 设计车型37汽车主要外型参数第二节 设计车型38第三节 公路用地与建筑限界1、公路用地 通常，公路两侧排水沟外边缘(无排水沟时为路堤式护坡道坡脚)，或路堑坡顶截水沟外边缘(无截水沟时为挖方坡的坡顶)，加上一定的附加宽度后的土地为公路的用地。附加宽度通常不小于1m。392、高速公路用地 对高速公路，除公路用地包括的范围外，附加宽度宜大于等于3m 高速公路用地还应包括：立体交叉、服务设施、安全设施、交通管理设施、停车设施、公路养护管理、公路绿化和苗圃等工程用地。第三节 公路用地与建筑限界403、其它还包括： 设置绿化

15、带设置防护林，种植固沙植物、安牧固沙网、防沙或防空栅栏等设施，也应属于高速公路用地。 在高速公路用地范围内，不得修建非路用构筑物。第三节 公路用地与建筑限界414、高速公路的建筑限界 高速公路的建筑限界，是在保证路上汽午交通正常运行的安全条件下所规定的空间限界。空间限界包括宽度和高度，在此中间限界内不得有任何部件侵入。例如：在净主范围内不得设置桥墩、照明灯杆、交通标志防护栏等。 高速公路的建筑限界见图2-2第三节 公路用地与建筑限界42第三节 公路用地与建筑限界图2-2 高速公路的建筑限界限43第四节 交通量、通向能力与服务水平1、交通量 定 义：指道路上某一断面在单位时间内通过的车辆数量，如

16、小时交通量、月交通量。 根据观测方法和观测时间的不同最常用的交通量有：AADT 年平均的交通量PHT 高峰小时交通ADT 平均日交通量DAHV 平均小时交通量30th HAHV第30值高峰小时交通量 44 交通量反映了某条公路上的交通荷载，也反映了汽车运输时对公路设施的要求。 交通量、交通调查、分析和交通预测是公路建设项目可行性研究阶段进行现状评价、综合分析建设项目的必要性和可行性的基础，也是确定公路建设项目的建设规模、技术等级、工程设施、经济效益评价及公路几何线形设计的主要依据。第四节 交通量、通向能力与服务水平452、交通设计量 定 义：一条公路交通量的普遍计量单位是年平均日交通量（简写为

17、AADT），用全年总交通量除以365而得。交通设计量是指欲建公路到达远景设计年限时能达到的年平均日交通量（辆日）。远景设计年限(高速公路为20年)的预测交通量，世界上大部分国家在高速公路设计中均以小时交通量为设计交通量，而且大多采用第30位高峰小时交通量。第四节 交通量、通向能力与服务水平46第30位高峰小时交通量确定方法：(1)对一条公路的交通量观测调查基础上，将一年8760(24x365)h的交通量 按大小次序排列通常可得如图25所示的曲线。(2)取第30位高峰小时交通量作为设计交通量。第四节 交通量、通向能力与服务水平突 变47原 因：如采用第30位高峰小时交通量作为设计交通量，则全年只

18、有29个小时的实际交通里超过设计值，有可能造成交通拥阻，拥阻时间仅占全年的0.33，也就是说能顺利通过的保证率达9967。如采用小于30位高峰小时的交通量作为设计交通量，则每减少一个小时档，设计交通量值就将急剧增加；反之，采用大于30位高峰小时的交通量作为设计交通量每减小少量的交通量值，可能的拥阻时间就会大大增加。因此，选择第30仿高峰小时交通量作为设计交通量，无论从满足技术要求还是考虑经济合理性均是合适的。第四节 交通量、通向能力与服务水平483、车辆换算为使交通量具有可比性，通常将实际的混合交通换算成标准车型交通量。高速公路采用小客车作为标准车型，考虑车辆的外廓尺寸、行驶速度等因素，我国公

19、路上采用的换算成小客车的当量系数如表22。第四节 交通量、通向能力与服务水平车型中型汽车小客车拖挂车摩托车大中小型拖拉机畜力 车人力车自行车换算系数1.00.503.00.51.02.00.50.1494、通行能力 定 义： 通行能力是指在一定的通路、交通、控制和环境条件下，对应于一定的行驶质量即服务水平，在某道路断面上单位时间(常用1h)所能通过的最大车辆数。通行能力反映了道路所能承受的交通负荷能力。第四节 交通量、通向能力与服务水平50分析通行能力的条件： (1) 高速公路、一级公路的路段； (2) 高速公路和一级公路的互通式立体交叉匝道； (3) 高速公路和一级公路的交织区段； (4)

20、一般公路的路段设计时也宜对通行能力和服务水平进行分析计算。分 类： 1.基本通行能力 2.可能通行能力 3.设计通行能力第四节 交通量、通向能力与服务水平51基本通行能力 机动车的基本通行能力也称理论通行能力，即：在道路、交通、环境和气候均处于理想条件下，不考虑服务水平，标准车辆在单位时间通过一条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数，它是道路所能承受的交通负荷极限。确定方法： 车头时距法、 车头间距法第四节 交通量、通向能力与服务水平52车头时距法: 指连续两车通过车道或道路上同一地点的间间隔。以车头时距计算一条车道的通行能力： N=3600t (辆/h）式中：t 连续车流平均车头间隔时间（s

21、），可通过观测求得。车头间距法： 是连续车流中，前后两车保持行车安全的车头之间的距离。以车头间距计算一条车道的通行能力： C=3600/（Lv）式中：L 连续车流平均车头间隔距离（m），可通过观测求得。 v 行车速度m/s第四节 交通量、通向能力与服务水平53（2）可能通行能力定 义： 在实际外境或预计的道路、交通条件和良好的气候条件下，不考虑服务水平，标准车辆在单位时间内通过一条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数。区别于基本通行能力： 根本不同在于道路、交通和环境条件。它是考虑了诸如车道宽度、侧向净宽、大型车混入、交通安全设施等修正后的实际通行能力。第四节 交通量、通向能力与服务水平54（

22、3）设计通行能力1）定 义： 在良好的气候条件下，交通运行状态保持在一定的服务水平上，标准车辆在单位时间里通过有代表性的、均匀路面上的条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数。区别于基本、可能通行能力： 考虑了公路运行质量要求、技术可能性、经济合理性和行驶安全等因素后，能符合现划设计要求的通行能力，是公路线形设计的依据，设计通行能力是相对一定的服务水平而言的。第四节 交通量、通向能力与服务水平552）服务水平及服务交通量： 是对车辆在交通流中的运行条件和驾驶员与乘客所感受的行车质量的量度。 我国公路服务水平分为一级、二级、三级和四级。参考美国规范。根据从小交通量自由流至交通量达到可能状态的受限制

23、车流这一运行条件范围分为四级服务水平。 决定因素：运行速度、运行时间、驾驶自由度、交通间断、舒适、安全、方便。第四节 交通量、通向能力与服务水平56 通常采用 v/C（运行速度) / (交通量)来描述服务水平。第四节 交通量、通向能力与服务水平57第四节 交通量、通向能力与服务水平58第四节 交通量、通向能力与服务水平59第四节 交通量、通向能力与服务水平603）设计通行能力设计通行能力是指公路交通的运行状态保持在某一设计的服务水平时，单位时间内公路上某一路段可以通过的最大车辆数。设计通行能力是实际道路可能接受的通过能力，考虑了人为主观对道路的要求，按照道路运行质量要求及经济、安全、出人口交通

24、条件等因素而确定作为设计依据的。CD（设计通行能力）=CB（可能通行能力）（V/C） CD - 单车道设计通行能力 CB - 单车道基本通行能力 V/C - 在理想条件下，各级服务水平最大服务交通量与基 本通行能力之比。 第四节 交通量、通向能力与服务水平614）高速公路的适应交通量在进行高速公路规划设计时，要保证必要的交通服务水平和车辆运行质量，同时要考虑我国的经济水平和公路建设投资力量，并要避免高速公路不入因交通量不适应造成交通阻塞。 公路路线设计规范JTJ011-94规定我国公路服务水平分为一级、二级、三级、四级。 根据我国国情，高速公路的适应交通量宜按二级（相当于美国的C级）来考虑，即

25、计算行车速度为120km/h时，高速公路服务水平V/C比为0.8；计算行车速度为100km/h、80km/h和60km/h时，其V/C比应为0.72、0.68、0.64。最大服务交通量1600，1400，1300，1150。按照美国最近研究结果，高速公路上每车道以小客车计的基本通行能力大约为2200辆/h。 我国交通状况下的通行能力按每车道2000辆/h计（120100km/h）；80km/h1900，60km/h1800。第四节 交通量、通向能力与服务水平62 目前世界上高速公路基本按单向单车道的设计小时交通量来考虑，但一方面因我国对某些参数尚待进一步研究，另一方面为便于进行公路规划设计并与

26、我国一直延用的适应交通量指标相衔接。因而用适应交通量作为高速公路选用的指标。其值按下式计算：第四节 交通量、通向能力与服务水平63式中：AADT远景年限的设计年平均日交通量（辆/日）； CD单车道设计通行能力（小客车/每车道/小时）； CD=CB（V/C） CB理想备件下一个车道的基本能行能力，计算行车速度120km/h为2000小客车/小时； N单向车道数； K设计小时交通量系数，K值大约在0.0950.135之间，具体应用时，可根据当地的交通量观测资料作适当调整；D交通量方向分布系数，根据我国实际交通调查情况，交通流方向分布系数D一般取0.6，具体应用时，可根据当地的交通量预测资料确定。第

27、四节 交通量、通向能力与服务水平高速公路适应的交通量计算公式： 64高速公路远景年限的设计年平均日交通量范围 单位：小客车辆/日 第四节 交通量、通向能力与服务水平计算行车速度四车道六车道八车道120km/h4000055000600008000075000100000以上100km/h350005000055000700007000090000 80km/h300004500050000650006500085000 60km/h25000400004500060000600008000065京藏高速大堵车 京藏高速公路是一条首都放射型高速公路（国家高速公路网编号G6，简称京藏高速，亦称京拉

28、高速）。起点为北京，终点为西藏自治区拉萨，途经北京、河北、内蒙古、宁夏、甘肃、青海、西藏7省区，全长约3710公里。该高速公路为是国家高速公路网的重要组成部分。 目前，北京至西宁段已全线通车，西宁至拉萨段因地质条件等原因尚处在规划阶段，没有具体的开工日期。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 2010年8月至今进京方向河北内蒙古境内发生了严重的堵车。66堵车原因：1、G110路面大修（北京-银川）；2、旅游升温，自驾游增多； 3、内蒙古发现煤田，中国一半 的运煤车都去拉煤。4、规划与设计对交通量预计不足；5、其它原因。第四节 交通量、通向能力与服务水平第三章 高速公路的规划与总体设计高速公路的

29、规划与总体设计 基本建设程序一般分为三个阶段： 建设前期（规划与研究阶段） 投资建设期（设计及建设阶段） 生产运营期。3.1 高速公路规划目的、任务、重要性基本原则 （1）先行于社会经济发展原则 （2）系统协调与长远发展原则 （3）工程经济原则 （4）环境保护原则主要依据 （1）国家政策法规 （2）社会经济发展与综合交通运输规划 （3）公路建设工作的有关技术标准和规定3.1 高速公路规划高速公路规划程序 3.1 高速公路规划（1）公路网现状分析与评价（2）社会经济发展趋势预测（3）公路交通量预测（4）高速公路布局优化（5）高速公路规划分期实施（6）实施高速公路规划的对策与措施（7）高速公路规划

30、的综合评价（8）跟踪调整高速公路规划的主要内容3.1 高速公路规划高速公路规划的理论与方法1. 公路规划的理论 ： 两大体系：即四阶段模式法和总量控制法。2. 公路规划的方法 （1）四阶段模式法 （2）总量控制法3.2 项目可行性研究1.含义2.作用1. 作为项目建设投资决策和编制设计任务书的依据。2. 作为向银行申请贷款的依据。3. 作为建设项目初步设计的依据。4. 作为采用新技术、新设备研制计划的依据。3.2 项目可行性研究3.工作内容、阶段4.研究程序3.3 高速公路总体设计考虑因素（6），总体要点（11）主要内容 1. 路线方案（1）起终点的位置 （2）跨界公路接线点位置 （3）经由城

31、镇时的路线布置 （4）高速公路立体交叉 （5）集散道路（辅道）路线布置2. 线形设计（基本原则）3. 景观设计4. 沿线设施5. 高速公路分期修建 3.4 高速公路选线 基本原则（8） 选线步骤1. 全面布局2. 逐段安排3. 具体定线3.4.1平原微丘区选线1. 平原区地形、地质及路线特征2. 平原区路线布设要点（1）以平面为主安排路线（2）处理好路线与农业的关系（3）处理好路线与城镇的关系（4）处理好路线与桥位的关系（5）注意水文土壤条件3.4.2 微丘区选线微丘区地形指起伏不大的丘陵，地面自然坡度在20以下，相对高差在100m以下，选线条件与平原区基本相同，布线一般不受地形限制，较平原应

32、有较大的自由度。但应注意利用地形协调平、纵线形的组合，既不宜过分迎合微小地形变化，造成纵面不必要的起伏，也不宜过分追求直线，造成工程量不必要的增加。3.4.3 山岭区选线1. 地形特点山高谷深、坡陡流急、地面自然坡度大（20o以上）、地形复杂、山脉水系清晰、日温差和年温差较大、暴雨多、河流水位变化幅度大。2. 路线特点弯多坡陡、线形差、技术指标低，工程量大，由于受山岭区地形、水文、地质、气候等因素的影响，使得路线平、纵、横线形大部分受地形限制。在路线布设时，一般多以纵面线形为主安排路线，其次是横面和平面。3.4.3 山岭区选线3. 布设要点（1）沿河线1）河岸选择2）线位高低3）跨河换岸桥位（

33、2）越岭线1）垭口选择2）过岭标高的选择3）垭口两侧展线方案3.4.4 重丘区选线1. 地形与路线特点 山丘连绵，岗坳交错，此起彼伏，山形迂回曲折，一般自然坡度较陡，具有低山区的基本特征。路线平、纵面大部分受地形限制，路线走向不似山岭区明显，局部方案多，路线平面以曲线为主，纵面多起伏，采用技术指标的活动余地较大。3.4.4 重丘区选线2. 布设要点（1）注意横向填挖的平衡。（2）平、纵、横三个面应综合考虑（3）冲沟发育的地段，应考虑采用高路堤或高架桥的直穿方案，当必须绕避时，要注意线形舒顺。（4）地质不良地段，应以绕避为主。（5）布线要注意支援农业，和当地的整田造林及水利规划相结合。3.1 高

34、速公路规划的基本原则、程序及主要内容？3.2 高速公路规划的方法有哪些？3.3 什么是工程可行性研究？主要内容包括什么？3.4 高速公路总体设计应考虑哪些因素？3.5 高速公路总体设计的主要内容与设计要点是什么？3.6 高速公路选线的基本原则有哪些？如何进行不同地形条件下的高速公路选线？ 思考题第四章 高速公路的平面线形设计 41 平面线形要素高速公路平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线构成的，称之为平面线形三要素，平面线形设计就是从线形的角度去研究三个要素的选用和相互间的组合等问题。为保证汽车在弯道上行驶的横向稳定性，还需要设置超高和加宽一、直 线高速公路设计原则：满足技术标准；安全；美观。直

35、线优缺点：优点： 直线距离短、方向明确、视野宽广、节省行车时间、降低道路造价缺点： 宜引起驾驶员疲劳麻痹，或容易超速；目测出现误差；增加夜间眩光危险；景色单调，线形呆板，灵活性差。对于高速公路的线形： 宜尽量避免采用长直线，甚至倾向于全部设在曲线上可以采用直线地段的规定(1)地形、地物完全不受限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带。(2)公路通过市区或近郊按直线形规划的地区，为节约用地和与周围人工景观协调，也宜采用直线。(3)在长大桥梁或长的高架构造物、隧道等地段，从施工的方便与经济性考虑也宜用直线。一、直 线一、直 线直线的最大长度各国规定：德国规定不超过计算行车速度（km/h）的20倍，前苏联

36、规定为8km，美国为3mile（4.83km）。我国规范也指出：“直线的最大长度应有所限制；当采用长的直线线形时，为弥补景观单调之缺陷，应结合沿线具体情况采取相应的技术措施。一、直 线直线的最大长度解决措施：（了解）（1）长直线上纵坡不宜过大，因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度。（2）长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜，可以使生硬呆板的直线得到一些缓和。（3）两侧地形过于空旷时，宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施予以改善。（4）长直线或长下坡尽头的平曲线，必须采取设置标志、增加路面抗滑能力等安全保护措施，以确保行车安全。一、直 线直线的最小长度考虑到线形的连续和驾驶的方便，

37、相邻两曲线之间采用直线时应保持一定长度。规范规定：两圆曲线间以直线径相连接时，直线的长度不宜过短。（1）同向曲线间的直线最小长度定义：同向曲线是指两个转向相同的相邻曲线之间连以直线而形成的平曲线.规定：当设计速度大于或等于60km/h时，同向圆曲线间最小直线长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜。在受到条件限制时， 宜将同向曲线改成大半径曲线或将两曲线作成复曲线、卵形曲线或C形曲线。一、直 线直线的最小长度（2）反向曲线间的直线最小长度 两相反曲线之间，考虑到为设置超高和加宽缓和的需要以及驾驶人员转向操作的需要，其间的直线最小长度应予限制。规范规定：当设计速度大于或等于60k

38、m/h时，反向曲线间的直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜。当直线两端设有缓和曲线时，可直接相连，构成S曲线，即两个反向圆曲线用缓和曲线直接相连。二、圆曲线在高速公路平面定线中，大半径的圆曲线是首选要素。圆曲线优缺点：优点： 柔和的几何线形、较好地适应地形、匀顺圆滑的线形、灵活变换方向、自然地诱导视线、景色多样有趣。缺点： 会增长距离、受力比较复杂，会增加轮胎的磨损和路面的破坏。应尽量选用较大的半径，以改善车辆在曲线上的行驶条件。圆曲线半径确定P63确定方法：根据汽车行驶横向稳定性(滑移、倾覆)而定，并以滑移稳定控制。Wp=Fp(2) WpFp应考虑横向力系数u横向

39、力系数计算公式：图4-1平曲线半径计算公式：横向力系数 P51取决于行驶稳定性、乘客舒适程度以及运营经济。当汽车在双向路拱的外侧（不设超高）时：思考： 请大家推导一下该公式？二、圆曲线圆曲线最小半径从汽车行驶稳定性出发，圆曲线半径越大越好。但有时因受地形、地质、地物等因素的限制，圆曲线半径不可能设置得很大 我国标准规定了圆曲线最小半径有三类：极限最小半径、一般最小半径和不设超高的最小半径。极限最小半径:指圆曲线半径采用的最小极限值，是在特殊困难条件下不得已才使用的，一般不轻易采用。如要运用接近极限最小半径的值时，必须充分论证对行车安全的影响。般最小半径:指在通常情况下汽车依设计车速能安全、舒适

40、行驶的最小半径。在实际的设计中，可以采用等于或接近一般最小半径值。最小半径选择极限最小半径：指圆曲线半径采用的最小极限值。一般最小半径：指在通常情况下汽车依设计车速能安全、舒适行驶的最小半径。不设超高的最小半径：指道路曲线半径较大、离心力较小时，汽车沿双向路拱(不设超高)外侧行驶的路面摩擦力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。二、圆曲线圆曲线最小半径不设超高的最小半径:指曲线半径较大、离心力较小时，汽车沿双向路拱（不设超高）外侧行驶的路面摩擦力足以保证汽车行驶安全稳定所采用的最小半径。我国标准对高速公路平面圆曲线的三个最小半径作出了规定:设计速度/（km/h）12010080极限最小半径

41、/m650400250一般最小半径/m1000700400不设超高的最小半径/m路拱2%550040002500路拱2%750052503350二、圆曲线圆曲线最小半径选用圆曲线半径时，在与地形、地物等条件相适应的前提下，应尽量采用大半径，但半径大到一定程度时，其几何性质与直线已无太大区别，容易给驾驶人员造成判断上的错误反而带来不良后果，同时也不便于测设及道路养护维修，所以规范规定，圆曲线最大半径不宜超过10000m为宜。同时要注意前后线形要素间的协调和相互关系。 二、圆曲线圆曲线半径的运用平面设计时，应根据沿线地形、地物、地质等条件，合理选择圆曲线半径，在确定圆曲线半径时应注意以下几点：（1

42、）一般情况下宜采用极限最小半径的48倍或超高为24%的圆曲线半径。（2）在预计交通量很大的区间，应尽量避免采用小半径曲线，避免产生交通阻塞。（3）应注意前后线形要素相协调，使之构成连续、均衡的曲线线形。当前后线形都比较好时，必须避免在局部路段采用半径很小的曲线。应注意线形指标的渐变，给驾驶员一个适应的过程。（4）应同纵断面线形相配合，特别注意避免小半径与陡坡相重合的立体线形组合。（5）选用圆曲线半径时，在与地形等条件相适应的前提下，尽量取大值，但最大不超过10000米。二、圆曲线圆曲线半径的运用山区高速公路在以下情况可以考虑采用大于或等于极限最小半径而小于一般最小半径的半径值。（1）地形陡峻、

43、地质条件较差的路段，选用大半径会导致高边坡、开挖极易发生坍塌或滑坡灾害，并且受到前后路线设计和工程设置的影响不可能设置隧道工程，或者会使路线临河（沟谷）一侧设置大型支挡工程及纵向桥梁时，经工程设置、地质灾害、环境保护等方面进行综合论证比较后，可采用极限最小半径。（2）视野开阔，驾驶员的视线无地形、地物等的阻断，能在有效的视觉范围内清晰辨明前方路线的总体变化情况。（3）设计路段内技术指标普遍较低。路段广泛采用了等于或略大于最小半径的圆曲线，驾驶员的操作状态会随着公路几何线形的变化及自然条件得到调整，并能对行驶速度进行有效的控制，在进入小半径曲线前有充分的心理准备，只需对速度稍加调整就可平稳通过。

44、 第二节 圆曲线四、视觉舒顺所要求的曲线半径（P65）从道路路线线形视觉舒顺与美感考虑，前苏联研究得出：设计车速、曲线半径与纵坡的关系： 式中：V-计算行车速度（km/h）;i-纵坡度（%）三、缓和曲线当汽车从直线段进入圆曲线时，司机应将前轮转一个角度，使其逐渐适应相应半径的曲线。直线上半径为无穷大，圆曲线段半径为R。前轮的逐渐转向适应曲率半径不断变化的行驶轨迹，这一变化路段即为缓和曲线。定义（？）：缓和曲线为直线与圆曲线或者半径不同的圆曲线相互连接时，为适应汽车行驶轨迹曲率变化所采用的半径逐渐变化的过度曲线。三、缓和曲线缓和曲线的作用缓和曲线的作用（？）：曲率的逐渐变化，便于驾驶与路线顺杨，

45、以构成最佳的线形；离心加速度的逐渐变化，使汽车不致产生侧向滑移；作为行车道横坡变化的过渡，减少行车振荡。段，以减少行车震荡。三、缓和曲线缓和曲线的形式缓和曲线的形式有回旋线、三次抛物线、双纽线、正弦形曲线等。回旋线的特点是曲率半径随曲线长度的增长而减小，即半径与长度成反比。基本公式为： 式中： 回旋线上任意点的曲率半径（m）； 回旋线上某点到原点的曲线长（m）； 回旋线参数，表示回旋线曲率变化的缓急程度。为长度量纲。我国标准推荐的缓和曲线是回旋线 缓和曲线最小长度按下述三个条件确定（？）：（1）依司机操作反应，取操作反应时间为3s（2）依离心加速变化率，取离心加速变化率p=0.5(m/s3)（

46、3）依道路曲线偏角对人的视觉而定三、缓和曲线缓和曲线的长度 高速公路上的缓和曲线要有足够的长度，以使驾驶操作从容，感觉舒适。三、缓和曲线缓和曲线的长度（1）控制离心加速度变化率汽车在缓和曲线上行驶，其离心加速度随缓和曲线曲率变化而变化，离心加速度的变化率应控制在一定的范围之内。 离心加速度的变化率 我国高速公路上一般取， 三、缓和曲线缓和曲线的长度（2）保证驾驶员操作反应时间缓和曲线长度应使驾驶员在其上行驶时操作从容，不能过于匆忙，一般情况下以3s行程控制，代入上式则有：（3）满足视觉要求根据视觉条件和实践研究可知：缓：圆：缓 = 1:1:1 我国标准规定高速公路缓和曲线最小长度 设计速度/（

47、km/h）12010080缓和曲线最小长度/m1008570省略：当内移值与已包括在车道中的富裕宽度相比为很小时，则可将中间的缓和曲线省略。（P66表）三、缓和曲线缓和曲线的省略三、缓和曲线缓和曲线的省略在直线和圆曲线之间设置缓和曲线后，圆曲线产生了内移值,在一定的情况下，与圆曲线半径成反比，当大到一定程度时，值甚微，即使直线与圆曲线径相连接，汽车也能完成缓和曲线的行驶，因为在路面的富余宽度中已经包含了这个内移值。所以规范规定，在下列情况下可不设缓和曲线：（1）在直线与圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于“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

48、径”时，直线与圆曲线间和大圆与小圆间均不设缓和曲线；三、缓和曲线缓和曲线的省略(P66)（3）小圆半径大于表4-5中所列临界曲线半径，且符合下列条件之一时，大圆与小圆间不设缓和曲线： 1）小圆曲线按规定设置相当于最小缓和曲线长的回旋线时，其大圆与小圆的内移值之差不超过0.10m。 2）计算行车速度80时，大圆半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于1.5； 3）计算行车速度80 时，大回半径(R1)与小圆半径(R2)之比小于2。表4-5 高速公路临界曲线半径 设计速度/（km/h）12010080临界曲线半径/m21001500900三、缓和曲线缓和曲线的参数A值缓和曲线参数值决定了回旋线曲率变

49、化的缓急程度。 由公式其相应地确定了缓和曲线最小参数设计参考值设计速度/（km/h）12010080缓和曲线A最小值/m260200140经验认为： 和与之连接的圆曲线之间只要保持 加入缓和曲线后 圆曲线R半径不变, 圆心内移, 插入缓和曲线 R变化1：圆心移动变化2：园曲线减短l0变化3：曲线总长度增加l0三、缓和曲线缓和曲线的要素计算道路平面线形的基本组合为：直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线 ：切线总长：外矢距：曲线总长：超距： 三、缓和曲线缓和曲线的要素计算四、平曲线长度确定高速公路平曲线包括圆曲线和缓和曲线。汽车在曲线路段上行驶时，如果曲线很短，则驾驶员操作方向盘频繁而紧张，这在高速行驶

50、的情况下是不安全的；同时，为保证乘客良好的心理状况，须设置足够长的缓和曲线以使离心加速变化率小于一定数值。四、平曲线长度确定平曲线最小长度根据经验，在每段曲线上驾驶员操作方向盘不感到困难至少需要3s的时间，全长需要9s。如果中间的圆曲线长度为零，形成凸型曲线，至少也要6s的行程。一般情况下，对于高速公路设计，很少采用凸型曲线，如果考虑不小于3s行程的圆曲线长度，平曲线的极限长度采用3倍最小回旋线长度较合适，计算值如表4-6所示。(P69)四、平曲线长度确定平曲线最小长度规范给定的平曲线长度最小长度值如表4-7所示。 表4-7 高速公路平曲线最小长度 设计速度/（km/h）12010080极限最

51、小平曲线长度/m一般值600500400最小值200170140设计速度/（km/h）12010080极限最小平曲线长度/m300255210表4-6 高速公路平曲线长度 四、平曲线长度确定偏角小于7时的平曲线长度当路线转角小于7时，不仅容易使曲线设得过短，而且会将曲线长度和半径看的比实际的要小，使驾驶员产生急剧转弯的错觉。表4-8中的“一般值”的规定。当受地形条件及其他特殊情况限制时，可采用表中的“最小值”。 表4-8 偏角等于或小于7时的平曲线长度 1400/1200/1000/设计速度/（km/h）12010080平曲线最小长度/m一般值最小值200170140对于高速公路，一般情况下，

52、采用1000m2000m曲线长度比较合适，当曲线半径较小，纵断面起伏较大时，再短一些的曲线长度也是可以接受的。(P70下) 四、曲线的超高与加宽在公路的圆曲线路段，为了抵抗离心力的作用，将路面做成向圆心倾斜的单向横坡，称为超高。超高横坡度的大小可按下式计算得到：1、超高(1)何谓超高？高速公路的最大超高值，一般地区为10，积雪冰冻地区为6。 从直线上路拱双坡断面，过渡到曲线上具有超高横坡的单坡断面，要有一个逐渐变化的区段，这一变化段为超高缓和段。超高缓和段长度可按下式计算：P72（2）超高缓和段超高渐变率超高渐变率是旋转轴与行车道外侧边缘线之间相对升降的比率，用P表示。我国规范规定，路段的超高

53、率不应小于1/330.（3）超高横坡变化的旋转轴绕中间带中心线旋转绕中央分隔带边缘旋转绕各自行车道中线旋转 曲线上双车道路面加宽值计算式为： 2、加宽 在曲线上行驶的汽车占有较大的宽度必须将车道宽度加宽。公路路线设计规范规定：平曲线半径小于等于250m时，应在曲线内侧加宽。高速公路主线仅在V60km/h的山区，当R250m曲线段时予以考虑加宽。高速公路一般采用第3类加宽值；在圆曲线范围内加宽为不变的全加宽值，两端设置加宽缓和段。路面加宽值由直线段加宽为0逐渐按比例增加到圆曲线起点处的全加宽值。为使路面边缘圆滑、舒顺，任一点加宽值为： 42 平面线形的组合平面线形要素包括直线、缓和曲线和圆曲线，

54、可以得到很多种平面线形的组合形式。具体可选用如下组合形式。按直线缓和曲线圆曲线缓和曲线直线的顺序组合起来的形式称基本型，如图4-2所示。基本型中的缓和曲线参数、圆曲线最小长度都应符合有关规定。基本型的两个缓和曲线参数可以相等，也可以根据地形条件设计成不相等的非对称形曲线，此时A1：A2应不大于2.0。为使线形协调，当选用基本组合时尽可能满足：回旋线：圆曲线：回旋线1：1：1。一、基本型线形组合:直线一回旋线一圆曲线一回旋线一直线回旋线一圆曲线一回旋线=1:1:1形式:对称 圆曲线两侧的回旋线 长度相等不对称也可以根据地形条件设计成不相等的非对称形曲线，此时A1：A2应不大于2.0。为使线形协调

55、，当选用基本组合时尽可能满足二、S型线形组合:两个回旋线连接两个反向圆曲线注意事项:两个回旋线参数A1与A2宜相等若不相等时, A1/A21.5 or S。3.凹形竖曲线半径限值确定方法： 在确定竖曲线的半径时，考虑缓冲要求，可按式5-8计算，同时应保证夜间灯光照射及跨线桥下的视距要求。前灯照射要求 图57 当 时3.凹形竖曲线半径限值跨线桥下的视距要求图5-8当 时当C4.5m，h11.5m时高速公路竖曲线半径P84纵断面设计竖曲线设计竖曲线极限最小半径只有在地形受到限制或其他特殊困难，不得已时才采用，当条件许可时，竖曲线半径应尽量大于竖曲线的一般最小值，它是通常情况下所采用的最小半径，其值

56、均为极限最小半径的1.52.0倍。对行车速度较高的公路，为了使公路的线形获得理想的视觉效果，还须从视觉观点确定最小半径值，在有条件的情况下，为获得连续而平顺的纵断面线形，可参照表来选取。纵断面设计竖曲线设计设计车速/（km/h）竖曲线半径/m凸形凹形1202000012000100160001000080120008000视觉要求的最小竖曲线半径值4.竖曲线最小长度竖曲线最小长度按计算车速运行3s的距离计算：表5-10注意事项：实际应用应采用最小值的1.52倍或更大，对于v120km/h时，最小竖曲线长不小于400m。五、爬坡车道 爬坡车道是在陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载重汽车行驶的专用

57、车道，载重汽车爬坡时须克服较大的坡度阻力，致使单位车重的马力数降低，车速也随之下降，结果造成路上压车，直接影响车流的正常运行，使小汽车行驶的自由度得不到保证，不仅增加了行车的不安全性，也使公路的通行能力降低。五、爬坡车道定义：在纵坡大于4的陡坡路段于正线行车道一侧增设的供载重汽车行驶的专用车道。设置条件：当上坡方向载重汽车的行驶速度降低到表511的容许最低速度以下时；上坡路段的设计小时交通量超过设计通行能力时；对六车道及六车道以上高速公路可不设爬坡车道。五、爬坡车道爬坡车道的构造横断面构成图5-9 设置在路右侧，一般 宽3.5m超高与加宽表5-12五、爬坡车道平面布置与长度P85 L1LL2

58、其中： L145m L2根据表5-13确定五、爬坡车道L确定方法P86 通过图解法，步骤如下：绘制纵断面图；绘制分段换算坡度图；绘制速度曲线图；确定爬坡车道范围与长度；检验其它条件是否符合。纵断面设计纵断面布局高速公路线形标准高，车道多，路幅宽，在与其他道路相交时必须全部采用立体交叉，因而，在纵断面设计时，有其独特之处。在平原地区，跨越的河流、道路和其他通道很多，在纵断面布局上会产生很多矛盾。在山岭和重丘陵地区，由于地形切割，地面起伏大，如何安排宽幅的多个车道，如何设置隧道，在纵断面设计上也有不少困难。纵断面设计纵断面布局平原地区高速公路填土高度高速公路路堤高度直接影响其造价和经济效益，由于地

59、方经济快速增长，地方路网不断加密，平原地区高速公路设置大量的通道、立交桥，导致路基填土高度日趋增高。一般采用平均填土高度 34m以上，其实这种做法既不科学也不尽合理，无形中在抬高高速公路路基填土高度的同时，也提高了高速公路的建设费用，造成了对大自然生态环境的巨大破坏。纵断面设计纵断面布局1. 高填路基与低填路基的分析比较高填路基高速公路与低填路基高速公路相比，存在以下几个方面的缺点和不足：土方量大；占地多；噪声波及远；破坏景观和环境中的生态平衡；土基施工压实难度大，遇到软土基时易出现过大及不均匀沉降。纵断面设计纵断面布局国外在平原地区修筑高速公路时，大多采用浅路堑或低路堤方案。采用如图所示的浅

60、路堑或低路堤方案的突出优点是：纵断面设计纵断面布局（1）可使土石方横向平衡，不需远距离取土或弃土；（2）将挖出的土在两侧修筑成缓坡土堤，可将噪声阻隔在道路通道之中；（3）方便上跨跨线桥的修筑；（4）侧面缓坡土堤外侧修成1：10的缓坡，可归还农村种植庄稼；（5）土坡上也可种植绿化，美化环境。纵断面设计纵断面布局2. 上跨与下穿的比较分离式立交究竟是采用上跨还是下穿，主要取决于高速公路的线位。目前国外高速公路在线位方案比选时，一般推荐低线位方案。跨线桥由于上部一般都不复杂，其基础不受冲刷影响，埋深较浅，因而施工方便、快捷。与下穿相比有一定的优越性，而且还可以为高速公路增加景观，消除行车的单调感。一