公路勘测设计讲义第二章公路平面设计

第二章平面设计

★公路在水平面上的投影构成路线的平面线形，其线形设计即平面设计；

★沿公路中心线竖直剖切并展开构成纵断面线形，其线形设计即纵断面设计；

★公路中心线上任意点的法向切面构成横断面线形，其线形设计即横断面设计；

★对公路平面线形来说：可分解为直线、圆曲线、缓和曲线。直线、圆曲线、缓和曲线称为公路平面线形的三要素。（1）以最短的距离连接两目的地，即路线短捷、缩短里程和行车方向明确等；

（2）视距良好、行车快速、易于排水等；（3）已知两点就可以确定一条直线，因而直线线形简单，容易测设；（4）从行车的安全和线形美观来看，过长的直线，线性呆板，行车单调，安全性较差；（5）直线难以与地形及周围环境相协调；（6）直线型公路给人以简捷、直达、刚劲的良好印象，在美学上有其自身的视觉特点。

一、直线1、直线的线形特征直线的最大长度没有限制，其总的选取原则是：

公路线形应与地形相适应，与景观相协调，直线的最大长度应有所限制，当采用长直线时，为弥补景观单调的缺陷，应结合具体情况采取相应的技术措施。

一、直线2、直线长度限制（1）直线最大长度

①同向曲线间的直线最小长度◆同向曲线是指两个转向相同的相邻曲线间以直线形成的平面的线形。◆同向曲线间直线长度就是指前一曲线的终点至后一曲线的起点之间的长度。◆《规范》规定，当设计速度≥60km/h时，同向曲线间直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的6倍为宜，当设计速度≤40km/h时，可参照上述规定执行。

一、直线（2）直线的最小长度同向曲线

一、直线

②反向曲线间的直线最小长度◆反向曲线是指两个转向相反的相邻曲线间以直线形成的平面的线形。◆《规定》规定，当设计速度≥60km/h时，反向曲线直线最小长度（以m计）以不小于设计速度（以km/h计）的2倍为宜，当设计速度≤40km/h时，可参照上述规定执行。

一、直线

一、直线直线长度公路等级一般值/m低限值/m二级公路200120三级公路150100四级公路10080◆回头曲线线是指山区区公路为克克服高差在在同一坡面面上回头展展线时所采采用的曲线线。◆《规范》规定，在回回头曲线之之间，前一一回头曲线线的终点至至后一回头头曲线起点点的距离宜宜满足:回头曲线间间最小直线线长度一、直线线（3）相邻回头头曲线间的的直线最小小长度一、直线线◆路线不受受地形、地地物限制的的平原区或或山间的开开阔谷地；；◆市镇及其其邻近或规规划方正的的农耕区等等以直线为为主体的地地区；◆为缩短构构造物长度度以便于施施工的长大大桥梁、隧隧道路段；；◆为争取较较好的行车车和通视条条件的平面面交叉前后后；◆双车道公公路在适当当间隔内设设置一定长长度的直线线，以提供供较好条件件的超车路路段。一、直线线3、直线设计计要点（1）适用条件件◆应正确处理理直线与地地形的关系系，并不宜宜采用长直直线；◆长直线或长长下坡尽头头的平面曲曲线，必须须符合规定定要求及设设置标志、、增加路面面抗滑能力力等措施；；◆长直线上纵纵坡不宜过过大以免导导致超速行行车；◆长直线与大大半径凹形形竖曲线组组合为宜；；◆公路两侧地地形过于空空旷时宜采采取措施改改善单调的的景观；◆关于“长直线”的量化问题题。总的原原则是：公公路线形应应该与地形形相适应，，与景观相相协调，不不强求长直直线，也不不硬性去掉掉直线而设设置曲线；；◆直线长度亦亦不宜过短短，特别是是同向圆曲曲线间不得得设置短的的直线。一、直线线（2）直线运用用应注意的的问题一、直线线一、直线线圆曲线是公路平面面设计中最最常用的线线形之一二、圆曲线线设计二、圆曲线线设计1、圆曲线的的几何要素素及计算式式二、圆曲线线设计2、圆曲线半半径的计算算公式与影影响因素横向力系数数可近似为为单位车重重上受到的的横向力。。横向力的存存在对行车车产生不利利影响，而而且越大越越不利，主主要表现在在以下几方方面：①考虑汽车行行驶的横向向稳定性；；②考虑驾驶员员操作；③考虑燃料消消耗和轮胎胎磨损；④考虑乘车的的舒适性。。二、圆曲线线设计（1）关于横向向力系数二、圆曲线线设计（2）超高横坡坡度ib《公路工程技技术标准》规定了两种圆曲线最小小半径，即即：★圆曲线最小半径；★不设超高最最小半径。。二、圆曲线线设计3、圆曲线最最小半径二、圆曲线线设计（1）圆曲线最小半径二、圆曲线线设计（2）不设超高的的最小半径径在地形、地物物等条件许许可时，优优先选用大大于或等于于不设超高高的最小半半径;一般情况下宜采用圆曲线线最小曲线线半径的4—8倍或超高为2%—4%的圆曲线半半径；在自然条件特特殊困难或或受其他条条件严格限限制而不得得已时，方方可采用圆曲线线最小半径；《规范》规定圆曲线线最大半径径不宜超过过10000m。二、圆曲线线设计4、圆曲线半半径的选用用缓和曲线是设置在直直线与圆曲曲线之间或或大圆曲线线与小圆曲曲线之间，，由较大圆圆曲线向较较小圆曲线线过渡的线线形，是道道路平面线线形要素之之一。缓和曲线的主要特征征是曲率均均匀变化。。三、缓和曲曲线设计《公路工程技技术标准》规定：直线线与小于不不设超高的的圆曲线最最小半径相相衔接处，，应设置缓缓和曲线（（回旋线））；四级公路的的直线与小小于不设超超高的圆曲曲线最小半半径相衔接接处，可不不设置缓和和曲线（回回旋线），，用超高、、加宽缓和和段径相连连接。三、缓和曲曲线设计（一)设置缓和曲曲线的目的的和条件1、设置缓和和曲线的条条件（1）有利于驾驾驶员操纵纵方向盘；；（2）消除离心心力的突变变，提高舒舒适性；（3）完成超高高和加宽的的过渡；（4）与圆曲线线配合得当当，增加线线形美观。。三、缓和曲曲线设计2、设置缓和和曲线的目目的三、缓和曲曲线设计（二）缓和曲线的性质1、汽车转弯弯时行驶的的理论轨迹迹方程三、缓和曲曲线设计2、回旋线作作为缓和曲曲线确定缓和曲线最最小长度应应从如下四四个方面考考虑：1、使汽车平平顺地由直直线段过渡渡到到圆曲曲线段，并并对离心力力的增长有有一定的限限制，即控控制离心加加速度增长长率，满足足旅客舒适适要求；三、缓和曲曲线设计（三）缓和曲线线最小长度三、缓和曲曲线设计2、从视觉上应应有平顺感感的要求考考虑三、缓和曲曲线设计3、根据超高高渐变率适适中三、缓和曲曲线设计4、从视觉上上应有平顺顺感的要求求考虑三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计（四）直角坐标与缓和曲线线常数1、切线角三、缓和曲曲线设计2、缓和曲线线直角坐标标三、缓和曲曲线设计3、缓和曲线线常数三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计4、设置有缓缓和曲线的的公路平曲曲线要素计计算三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计三、缓和曲曲线设计（1）四级公路路无论圆曲曲线半径的的大小可不不考虑设计计缓和曲线线；（2）在直线和和圆曲线间间当圆曲线线半径大于于或等于“不设超高最最小半径”时，缓和曲曲线无条件件省略；（3）半径不同同的圆曲线线径相连接接处，应设设置缓和曲曲线，但符符合下述条条件时可以以省略不设设缓和曲线线：①小圆半径径大于所列列“不设超高最最小半径”时；三、缓和曲曲线设计（五）缓和曲曲线省略条件1、缓和曲线线的省略条条件三、缓和曲曲线设计设置缓和曲线的的作用是缓缓和人体感感到的离心心加速度的的急剧变化化，且使驾驾驶员容易易做到匀顺顺地操纵方方向盘，提提高视觉的的平顺度，，保持线形形的连续性性。在运用回旋旋线时应注注意：（1）当圆曲线线半径R较大或接近近于100m时，回旋线线参数应取取等于R；当R小于100m时，则取A等于或大于于R。（2）当圆曲线线半径R较大或接近近于3000m时，回旋线线参数A应取等于R/3；当R大于3000m时，则取A小于R/3。三、缓和曲曲线设计2、缓和曲线线的运用实操训练：编编制《直线、曲线线及转角一一览表》，资料如下下：三、缓和曲曲线设计四、公路横断面上的的超高设计计1、超高值定义义指设置超高高后路中线线、路面边边缘及路肩肩边缘等计计算点的标标高与路基基设计标高高的差值。。2、新建公路路的路基设设计标高位位置高速公路和和一级公路路采用中央央分隔带的的外侧边缘缘标高；二、三、四四级公路采采用路基边边缘标高，，在设置超超高、加宽宽地段为设设超高、加加宽前该处处边缘标高高。3、横断面超超高值的计计算公式与与超高方式式有关四、公路横断面上的的超高设计计4、直线段与与未设超高高的圆曲线线段超高值值计算路面路面路肩路肩四、公路横断面上的的超高设计计5、设有缓和和曲线的平平曲线ZH（或HZ）点超高值值计算四、公路横断面上的的超高设计计6、绕内边轴轴旋转时HY至YH段超高值计算算（即圆曲线线段的全超超高值）四、公路横断面上的的超高设计计7、绕内边轴轴旋转时ZH至HY(或YH至HZ)段超高值计算算①先算出由双双向路拱旋旋转至单向向路拱所需需的长度：：②再根据比例例或相应断断面位置计计算超高值值如下：四、公路横断面上的的超高设计计8、绕中轴旋旋转时HY至YH段超高值计算算（即圆曲线线段全超高高值）四、公路横断面上的的超高设计计9、绕中轴旋旋转时ZH至HY(或YH至HZ)段超高值计算算①先算出由双双向路拱旋旋转至单向向路拱所需需的长度：：②再根据比比例或相应应断面位置置计算超高高值如下：：四、公路横断面上的的超高设计计10、横断面超超高值计算算公式综合合如下：四、公路横断面上的的超高设计计四、公路横断面上的的超高设计计四、公路横断面上的的超高设计计【案例】某二级公路路设计资料料如下：请完善如下下《路基设计表表》中11、12、13纵栏。四、公路路横断面上上的超高高设计四、公路路横断面上上的超高高设计（1）直线段段超高值值计算如如下：四、公路路横断面上上的超高高设计（2）ZH(HZ)断面超高高值计算算如下：：四、公路路横断面上上的超高高设计（3）圆曲线线段----路基外边边缘超高高值计算算如下：：四、公路路横断面上上的超高高设计（4）圆曲线线段---路中心超超高值计计算如下下：四、公路路横断面上上的超高高设计（5）圆曲线线段---路基内边边缘超高高值计算算如下：：四、公路路横断面上上的超高高设计（6）缓和曲曲线段---如K2+740.000断面超高高值的计计算如下下：四、公路路横断面上上的超高高设计（7）缓和曲曲线段---如K2+920.000断面超高高值计算算如下：：四、公路路横断面上上的超高高设计四、公路路横断面上上的超高高设计五、公路横断断面加宽宽设计汽车在曲线上上行驶时时需要比比在直线线上行车车更宽的的路面以以利安全全，这种种适当拓拓宽的路路面形式式即称为为平曲线加加宽。五、公路横断断面加宽宽设计（一）平平曲线上上的加宽宽1、平曲线线加宽汽车进入入圆曲线线后，其其行驶的的车轮转转角保持持不变时时，其圆圆曲线起起点至圆圆曲线终终点的路路面加宽宽值也保保持一个个定值，，这个定定值称为为圆曲线上上的全加加宽值。五、公路路横断面面加宽设设计2、圆曲线线上的全全加宽值值（1）会车时时两辆汽汽车之间间的距离离；（2）汽车与与路面边边缘之间间的间距距；（3）圆曲线线的半径径、车型型、行车车速度。。五、公路路横断面面加宽设设计3、确定全全加宽值值的因素素（1）汽车在在曲线上上行驶时时，在车车道内侧侧需要更更宽一些些的行车车道以供供后轴内内侧车轮轮的行驶驶轨迹要要求，所所以需要要加宽曲曲线上的的行车道道；（2）汽车在在曲线上上行驶时时，前轴轴中心的的轨迹并并不完全全符合理理论轨迹迹而是有有较大的的摆动偏偏移，所所以也需需要加宽宽曲线上上的行车车道，以以利车辆辆摆动偏偏移时的的安全。。五、公路路横断面面加宽设设计4、圆曲线线上设置置加宽的的原因5、园曲曲线上设设置加宽宽的条件件我国《标准》规定，当当平曲线线半径小小于或等等于250m时，应在在平曲线线内侧设设置加宽宽。6、全加加宽值的的确定（1）根据汽汽车交会会时相对对位置所所需的加加宽值设汽车后后轴至前前保险杠杠之距为为d，圆曲线线半径R，有双车车道上的的加宽值值为：五、公路路横断面面加宽设设计（2）根据不不同车速速摆动偏偏移所需需的加宽宽值根据试验验和行车车调查，，行驶速速度引起起的汽车车摆动幅幅度的变变化值为为：（3）圆曲线线上的全全加宽值值:五、公路路横断面面加宽设设计（4）对于有有半挂车车的汽车车，对行行车道的的加宽要要求由牵牵引车、、拖车、、汽车摆摆动幅度度的变化化值三部部分组成成，即：其中：——牵引车后后轴至保保险杠前前缘之距距离；——拖车后轴轴至牵引引车后轴轴之距离离。五、公路路横断面面加宽设设计7、加宽的的规定与与要求（1）平曲线线半径等等于或小小于250米时，统统一在平平曲线内内侧加宽宽；（2）四级公公路和山山岭重丘丘区的三三级公路路采用第第一类加加宽值，，其余各各级公路路采用第第三类加加宽值；；对于不不经常通通行集装装箱运输输半挂车车的公路路，可采采用第二二类加宽宽值；（3）加宽应应设置在在圆曲线线内侧且且路面和和路基一一起加宽宽；五、公路路横断面面加宽设设计（4）由三条条以上车车道构成成的行车车道，其其加宽值值应另行行计算。。（5）四级公公路路基基采用6.5m以上宽度度时，当当路面加加宽后剩剩余的路路肩宽度度不小于于0.5m时则路基基可不予予加宽；；（6）小于0.5m时则应加加宽路基基以保证证路肩宽宽度不小小于0.5m。五、公路路横断面面加宽设设计（1）当圆曲曲线段设设置全加加宽时，，为了使使路面由由直线段段正常宽宽度断面面过渡到到圆曲线线段全加加宽断面面，需要要在直线线和圆曲曲线之间间设置加加宽缓和和段。五、公路路横断面面加宽设设计（二）加加宽缓和和段1、加宽缓缓和段设设置原因因2、加宽宽缓和段段形式（1）比例例过渡对于二、、三、四四级公路路，采用用在加宽宽缓和段段全长范范围内按按其长度度成正比比例增加加的方法法,即：——缓和段上上加宽值值；——缓和段上上任意点点至缓和和段起点点之间的的距离；；——加宽缓和和段长度度；——全加宽值值。五、公路路横断面面加宽设设计（2）高次抛抛物线过过渡对于高等等级公路路，采用用高次抛抛物线过过渡形式式,即：式中：——加宽值参参数，，五、公路路横断面面加宽设设计3、加宽缓缓和段长长度（1）对于设设置有缓缓和曲线线的平曲曲线，加加宽缓和和段应采采用缓和和曲线相相同的长长度。（2）对于不不设缓和和曲线的的平曲线线，但设设置有超超高缓和和段的平平曲线，，可采用用于超高高缓和段段相同的的长度。。（3）对于不不设缓和和曲线的的平曲线线，又不不设置超超高缓和和段的平平曲线时时，其加加宽和段段长度应应按渐变变率为1：15且长度不不小于10m的要求设设置。五、公路路横断面面加宽设设计五、公路路横断面面加宽设设计即：地面点点在地球球表面上上的投影影位置用用大地经经度和大大地纬度度来表示示，由大大地坐标标原点推推算而得得。我国大地地坐标原原点位于于陕西泾泾阳县永永乐镇境境内，在在西安市市以北约约40Km处。六、路线中桩坐标标的计算算(一)测量坐标标系统1、大地坐坐标系统统即：以高斯斯投影的的方法建建立高斯斯直角坐坐标系统统。高速公路路的勘测测设计和和施工放放样都采采用高斯斯平面直直角坐标标系统进进行的。。六、路线线中桩坐标标的计算算2、高斯3°平面直角角坐标系系统在测量范围围较小、、三级和和三级以以下公路路、独立立桥梁隧隧道及其其它构造造物，可可以把该该测区的的球面当当作平面面看待进进行直接接投影，，采用平平面直角角坐标系系统。六、路线线中桩坐标标的计算算3、平面直直角坐标标系统六、路线线中桩坐标标的计算算(二)中桩坐标计计算1、计算导导线点的的坐标（2）坐标计计算：Xi+1=Xi+DCosAiYi+1=Yi+DSinAi(D：两导线线点间的的水平距距离)六、路线线中桩坐标标的计算算（1）未设缓缓和曲线线的单圆圆曲线坐坐标计算算①圆曲线线起、终终点坐标标计算JDi的坐标为为（XJDi、YJDi），交点点前后直直线边的的方位角角分别为为Ai-1、Ai，圆曲线线的半径径为R，平曲线线切线长长为Ti,曲线起、、终点的的坐标可可用下式式计算：：圆曲线起起点的坐坐标：XZYi=XJDi－TiCosAi-1YZYi=YJDi－TiSinAi-1圆曲线终终点的坐坐标：XYZi=XJdi+TiCosAiYYZi=YJdi+TiSinAi六、路线线中桩坐标标的计算算2、计算中中桩坐标标六、路线线中桩坐标标的计算算六、路线线中桩坐标标的计算算六、路线线中桩坐标的计计算（2）设缓和曲线线的单圆曲线线坐标计算六、路线中桩坐标的计计算六、路线中桩坐标的计计算六、路线中桩坐标的计计算（3）直线段中桩桩坐标的计算算位于ZH之前或HZ点之后的直线线段可利用JD点的坐标或ZH、HZ点的坐标与该该点的距离计计算出该点的的标坐。N六、路线中桩坐标的计计算（1）计算路线转转角：六、路线中桩坐标的计计算（2）计算缓和曲曲线常数六、路线中桩坐标的计计算（3）计算平曲线线要素六、路线中桩坐标的计计算（4）计算主点桩桩桩号六、路线中桩坐标的计计算（5）中桩坐标及及方位角：六、路线中桩坐标的计计算六、路线中桩坐标的计计算六、路线中桩坐标的计计算六、路线中桩坐标的计计算六、路线中桩坐标的计计算实操训练：完完善《直线、曲线及及转角一览表表》，资料如下：：QD坐标为：X=10000.000；Y=10000.00QD——JD1的方位角：A01=45°00′00″六、路线中桩坐标的计计算（1）平面形应直直捷、连续、、顺适，并与与地形、地物物相适应，与与周围环境相相协调；（2）保持平面线线形的均衡与与连贯；（3）应避免连续续急弯的线形形；七、平面线形的组合设计与平面设计成果果(一)平面线形设计要点1、平面线形设设计一般原则则（4）平曲线应有有足够的长度度。《规范》规定了平曲线线最小长度如如下表所示。。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果当路线转角≤≤7°时，应设置较较长的平曲线线，其长度规规定如下：七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果可根据具体情情况选用下述述几种线形组组合形式：（1）基本型基本型是按“直线—回旋线—圆曲线—回旋线—直线”的顺序组合的的。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果2、平面线形组组合类型两个回旋线的的参数值可以以根据地形条条件设计成对对称型（A1=A2）或非对称型型（A1≠A2）曲线；为使线形连续续协调，回旋旋线—圆曲线—回旋线的长度度之比宜为1∶1∶1左右；设置基本型的的几何条件：：α＞2β0（α为圆曲线转角角，β0为缓和曲线角角）七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果（2）S型两个反向圆曲曲线用回旋线线连接起来的的组合线形为为S型。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果S型相邻两个回回旋线参数A1与A2宜相等，当采采用不同的参参数时，A1与A2之比应小于2.0，有条件时宜宜小于1.5。当条件受限时时S型的两个反向向回旋线间可可以用直线或或回旋线部分分重合，但长长度应符合：：L≤(A1+A2)/40式中：L—反向回旋线间间短直线或重重合段的长度度，m；A1、A2—回旋线参数两圆曲线半径径之比不宜过过大，以1--1/3为宜。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果（3）复曲线①直线与两同同向圆曲线直直接相连形式式（lF=0，ls=0）：直线—圆曲线R1—圆曲线R2—直线七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果②两同向圆曲线线两端设置缓缓和曲线形式式（lF=0，ls≠0）：直线—回旋线A1—圆曲线R1—圆曲线R2—回旋线A2－直线七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果③卵型用一个回旋线线连接两个同同向圆曲线的的组合形式。。直线—回旋线A1—圆曲线R1—回旋线—圆曲线R2—回旋线A2—直线七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果卵型组合的回回旋线参数宜宜符合：R2/2≤A≤R2式中：A—回旋线参数；；R2—小圆曲线半径径，(m)；两圆曲线半径径之比，以0.2--0.8为宜。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果（4）凸型两个同向回旋旋线间不插入入圆曲线而径径相衔接的线线形称为凸型型。有：α=2β0（α为圆曲线转角角，β0为缓和曲线角角）七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果（5）复合型两个及两个以以上同向回旋旋线，在曲率率相等处相互互连接的形式式称为复合型型。复合型的两个个回旋线参数数之比以小于于1∶1.5为宜。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果（6）C型同向曲线的两两个回旋线在在曲率为零处处径相衔接（（即连接处曲曲率为0，R=∞）的形式称为为C型。C型的线形组合合方式只有在在特殊地形条条件下方可采采用。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果“直线、曲线及及转角一览表表”全面反映路线线的平面位置置和路线平面面线形的各项项指标，它是是公路设计的的主要成果之之一。完成该该表后才能计计算“逐桩坐标表”和绘制“路线平面设计计图”。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果（二）公路平平面设计成果果1、直线、曲线线及转角一览览表高速、一级公公路的线形指指标高，在测测设和放线时时需采用坐标标法才能保证证测设精度。。所以平面设设计成果必须须提供一份“逐桩坐标表”。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果2、逐桩坐标表表路线平面图是是公路设计文文件的重要组组成部分，该该图全面、清清晰地反映公公路平面位置置和经过地区区的地形、地地物等，它是是平面设计的的重要成果之之一。七、平面线形形的组合设计与平面设计成果果3、路线平面设设计图(1)平面图的比例例尺和测绘范范围路线平面图指指包括公路中中线在内的有有一定宽度带带状地形。①比例尺的采采用工程可行性研研究采用1∶10000的比例尺测绘绘；初步设计、施