城市道路平面与纵断面设计

城市道路平面与纵断面设计第一页，共40页。设计车速的大小对道路弯道半径、弯道超高、行车视距等线形要素的取值及设计起着决定作用。表5-1城市道路设计车速道路类别快速路主干路次干路支路道路级别——ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ设计车速km/h80，6060，5050，4040，3050，4040，3030，2040，3030，2020注：条件许可时，宜采用大值6.1设计车速道路设计车速，也称计算行车速度，是指道路几何设计所依据的车速。设计车速的高低直接反映出道路的类别、等级的高低，同时也与道路工程造价直接相关。车速越高，造价越高。在城市中，由于道路交叉口多，非机动车和行人交通量大，加之城市公交车辆的频繁停靠等因素影响，其实际车速一般不会太高，除快速路外，城市道路设计车速多在50km/h以下。第二页，共40页。6.2道路平面设计6.2.1平面设计原则及主要内容1.平面设计的原则1)道路平面位置应按城市总体规划道路网布设，即平面设计应遵循城市道路网规划。2)道路平面线形设计应与地形、地质、水文等结合起来，并应符合各类各级道路的技术指标。3)道路平面设计应处理好直线与平曲线的衔接，合理地设置缓和曲线、超高、加宽等，合理地确定行车视距并予以适当的保证措施。4)应根据道路类别、等级，合理地设置交叉口、沿线建筑物出入口、停车场出入口、分隔带断口、公共交通停靠站位置等。5)平面线形标准需分期实施时，应满足近期使用要求，兼顾远期发展，使远期工尽可以减少对前期工程的废弃。第三页，共40页。2.平面设计的主要内容1)平面线形设计，包括直线、圆曲线、缓和曲线各自的设计及其组合设计，同时要考虑行车视距问题。2)弯道部分的特别设计，如弯道加宽、弯道超高等。3)沿线桥梁、隧道、道口、平面交叉口、广场和停车场等的平面布设，还有分隔带以及其断口的平面布置、路侧带缘石断口的平面布置。4)道路照明及道路绿化的平面布置。6.2.2平面线形设计平面线形是指道路中心线在平面上的投影线形，一般由直线和平面曲线（简称平曲线）组成。1.直线:直线在城市道路平面线形中用得最多，也最简单。直线设计应注意两个问题：一个是一次直线长度不能太短，如在两个邻近的的圆曲线之间的直线，就存在这样的问题；另一个是一次直线不能太长，这主要是指车速较高的快速路上，因为长直线容易引起驾驶员的疲劳。第四页，共40页。当设计车速V≥60km/h时，直线长度宜满足下列要求：1)同向曲线间的最小直线长度（m）宜大于或等于设计车速(km/h)数值的6倍；2)反向曲线间的最小直线长度（m）宜大于或等于设计车速(km/h)数值的2倍；当设计车速小于60km/h，地形条件困难时，直线长度可不受上述限制，但应满足设置缓和曲线的需要。关于一次直线最大长度还没有统一的认识，国外有资料表明，直线最大长度以小于180秒（即3分钟）行程为限比较理想。另外，在长直线段还应通过变化周围环境，设置纵坡和竖曲线等措施来改善行车视觉效果，使驾驶人员不致很快疲劳。2.圆曲线主要内容是合理确定曲线半径和曲线长度。1)圆曲线上车辆的受力特性第五页，共40页。式中：F——离力力（N）；G——汽车的重量（N）；v——汽车行驶速度（m/s）；R——圆曲线半径（m）；g——重力加速度（≈9.81m/s2）将离心力与汽车重力分解为平行于路面的横向力（X）和垂直于路面的竖向力（Y），得：是路面的超高横坡度，于是第六页，共40页。v将车速化为V(km/h)：式中：V——车辆行驶速度（km/h）；R——道路圆曲线半径（m）；——弯道超高横坡度。为保证汽车在弯道上行车的安全和舒适，在确定圆曲线半径时，必须控制横力系数μ的大小，同时适当设置圆曲线超高。圆曲线最小半径的计算式可由公式（6-2）变换得来：μ值愈大，汽车在圆曲线路上的稳定性愈差，反之，稳定性愈好。2)圆曲线半径的确定第七页，共40页。当的朝向背向圆心方向时为负值。(1)μ值的确定在干燥状态的路面上，=0.4～0.8，潮湿的沥青类路面上高速行驶时，=0.25～0.40，路面积积雪结冰时，降至0.2以下。(2)值的确定《城市道路设计规范》规定的最大超高横坡度为2%～6%，详见表6-3。第八页，共40页。(3)圆曲线最小半径的计算弯道上道路横断面的形式有两种：二是与直线路段一样，做成路拱状双向坡面。3)圆曲线长度的确定一是设超高，超高倾向圆曲线圆心，这时，车行道顶面为单向坡面；对于直线与圆曲线直接切向连接的平面线形来说，圆曲线起着改变行车方向，缓和折线突变的作用，因此其长度不得太短。参照国外和国内的经验，圆曲线最小长度为车辆在设计车速状态下的3S行程3.缓和曲线设计的缓和曲线必须是：（1）有足够的长度；（2）有合理的曲线形式。1)缓和曲线的长度确定缓和曲线的长度一般从以下几方面去考虑：第九页，共40页。由上述公式，可以推出缓和曲线的长度公式之一：我国城市道路设计时，仍采用0.6，代入公式（6-8）有：(1)曲率逐渐变化，乘客感觉舒适

由于，，故：第十页，共40页。(1)缓和曲线的一般方程——前轮转角，以弧度计；A——汽车前后轴的距离(m)；r——汽车重心轨迹的曲率半径(m)；k——汽车重心轨迹的曲率，

（1/m）。(2)行车时间不宜太短

(3)超高的过渡宜平稳关于缓和曲线长度的确定，理论上应该兼顾上述三方面因素的要求。城市道路缓和曲线最小长度的计算详见表5-6。2)缓和曲线的形式第十一页，共40页。…回旋线是缓和曲线的常用形式。所有的回旋线在几何上都是相似的，参数c可以认为是回旋线长度的放大倍率，当R一定时，c愈大，则曲线愈长，弯曲度愈缓。C值的大小，直接关系到回旋线的实用效果，因此，应根据下述几个方面因素综合考虑最后加以确定。(2)回旋线的直角坐标方式(3)回旋线参数c的确定回旋线为曲率半径随曲线长度增加而减小的曲线，其直角坐标表达式推导过程如下（图6-3）：由图可知，回旋线微分参数方程为：将式代入得：第十二页，共40页。图6-5停车视距

S停=S1+S2+S0

（m）a.应考虑曲线上离心加速度的变化率；b.需考虑缓和曲线的视觉效果；

c.不设缓和曲线的圆曲线半径。4.行车视距所谓行车视距是指从驾驶员视线高度（1.1~1.2m），能见到汽车前方车道上高度为10cm的物体顶点的距离内，沿行车道中心线量得的长度，计算位常用米（m）。1)停车视距S停汽车在道路上行驶时，司机从发现前方障碍物，紧急制动到与障碍物保持一定安全间距，整个过程所需要的最短行车距离停车视距S停。停车视距大致可分为三个部分参见图6-5第十三页，共40页。图6-6会车距离2)会车视距当车辆汽车在同一条行车道上相对行驶，发现时来不及或无法错车，只能双方采取制动措施，使车辆在未相撞之前安全停车的最短距离称为会车视距。会车视距也由三部分组成图6-6：（1）双方司机反应时间所行驶的距离；（2）双方汽车的制动滑行距离；（3）安全距离。第十四页，共40页。全超车视距=最小超车视距=图6-7超车视距（1）加速行驶距离S13)超车视距第十五页，共40页。（2）超车汽车在对向车道上行驶的距离S2

：（3）超车完成时，超车汽车对向汽车之间的距离S3S3=15～60（m）（4）超车汽车从开始加速到超车完成，对向汽车的行驶距离S4S4可以近似取2/3S2，因为超汽车在对向车道上加速追上被超汽车后，一旦发现对向有来车且距离不足以实现超车时，可以减速退回原来的车道上。4)视距的保证道路上视距可能不足的情况有两类：一是平面曲线路段，即弯道内侧由于路侧的树木、建筑物、路堑边坡等的遮挡而引起的；二是纵向上坡接下坡的上坡路段或有立交桥（隧道）的路段上因视线受阻而产生的。第十六页，共40页。图6-8弯道平面视距离障碍的清除

b.从直线路段开始，在虚线上隔适当的距离，量一个视距S，并标上首尾点，如图6-9的1～1，2～2，3～3，……，10～10。间隔的距离视曲线半径大小和曲线长而定，通常能将半个曲线分10等分也就行了。（1）最大横净距的计算（2）视距包络线或视距曲线的绘制a.将弯道平面图以1：500～1：200的比例尺展绘在图纸上，标出内侧车道的中心线如图6-9中的虚线。第十七页，共40页。5.平曲线的计算城市道路上的平曲线主要是单圆曲线和带缓和曲线的圆曲线两种。下面就分别介绍这两种曲线的计算问题。1)单圆曲线（1）曲线要素计算（已知曲线半径R和曲线转角a）圆曲线长切线长外距超距d.作直线族的内切包络线，该线即为视距曲线。c.将上面标准的视距长度线的首尾点连以直线（表示司机的视线）。第十八页，共40页。（2）曲线主点桩号的计算（已知交点JD的桩号）曲线起点ZY（直圆）=JD-T曲线终点YZ（圆直）=ZY+L曲线中点QZ（曲中）=YZ-L/2交点桩号JD（交点）=QZ+D/2（校核用）（3）圆曲线详测计算：曲线上加设测点2)带缓和曲线的平曲线（1）曲线要素计算（已知曲线半径R和曲线转角a和缓和曲线长ls）圆曲线内移值切线改正值缓和曲线角详测方法有两种：偏角法和直角坐标法第十九页，共40页。曲线长外距超距（2）曲线主点桩号的计算（已知交点JD的桩号）曲线起点ZH（直缓）=JD-TsHY（缓圆）=ZH+lsYH（圆缓）=HY+(Ls-2ls)曲线终点HZ（缓直）=YH+ls曲线中点QZ（曲中）=HZ-Ls/2交点桩号JD（交点）=QZ+Ds/2（校核用）（3）曲线详测计算：曲线上加设测点切线长常用详测方法有两种：直角坐标法和偏角法。第二十页，共40页。6.平曲线最小长度平曲线包括圆曲线和缓和曲线。1)平曲线最小长度2)圆曲线最小长度对于不设缓和曲线的圆曲线，其最小长度也不宜太短，根据国内外资料表明，宜保证3s行程，否则驾驶操作不便，乘客感觉极不舒适。规范值是按3s行程来确定，详见表6-8。3)小转角平曲线最小长度道路设计时，在地形条件许可的情况下，路线的转角争取用得小一些，以便达到路线顺直的目的，但转角太小也有问题。各国基本上认为转角小于7°时，容易引起驾驶员的错觉，把曲线长度误认为又红又比实际的短，这对于车辆行驶安全显然是不利的，而且这种现象转角越小越明显。所以，转角越小越要插入长一些的曲线，使其产生道路在顺适转变的感觉。小转角曲线的最小长度与转角a成反比，规范值详见表6-9。当路线转角＜2°时，采用2°计算其长度，以避免曲线过长而产生负面效果。

第二十一页，共40页。6.2.3弯道特殊设计1.弯道超高设计1)超高缓和段的长度2)超高缓和段纵向过渡形式第二十二页，共40页。2.弯道加宽设计1)双车道路面加宽值的计算汽车在弯道上行驶时，其车体（车厢）实际上与道路轴线成一定夹角，故所占道路宽比直线路段为宽。因此，弯道上路面必须加宽以适应这种要求。加宽值的大小与车型、弯道半径有关。2)多车道路面加宽值的计算3)铰接式车辆在弯道上的加宽计算4)弯道加宽过渡段形式加宽部分通常是放在圆曲线路段的内侧，直线路段是不加宽的，其间必须设置一加宽过渡段（也称加宽缓和段）。加宽缓和段长度应采用与缓和曲线或超高缓和段长度相同值。加宽缓和段的形式有直接型和曲线型两大类。对于一般的城市道路，其加宽缓和段多采用直接线型，而对于城市快速路或大型立交桥上则采用曲线型。（1）直线型：第二十三页，共40页。6.2.4平面定线1.纸上定线1)注意贯彻执行有关的方针政策2)掌握好各项技术标准3)正确选定平面控制点4)合理布设直线和曲线5)综合考虑其它因素（1）参照交通量调查资料，布设路线时让尽可能多的客货流量走最短的路线；（2）在选择路线方位时，适当考虑风向和日照的影响；（3）为道路绿化、市政杆线、管道的布设提供有利条件；（4）为城市或道路所在区将来的发展留有余地。（2）曲线型：直线型加宽缓和段总的问题是，路面内侧边缘线不够圆顺。为了解决这个问题，便提出了曲线型加宽和段。第二十四页，共40页。2.实地实线（实地放线）实地定线操作方法通常有两种，即图解法和解析法（坐标法）。图解法:根据纸上定线已确定的设计路线与其附近地物的相对关系，在实地先找到地物参照点，然后据此放线的定线方法。其工作步骤如下：（1）定直线;（2）定交点;（3）量测各交点间的距离;（4）检核控制点和控制路线;（5）测设曲线;（6）编制里程桩号;（7）进行路线固定。第二十五页，共40页。（3）计算路线起、止点和中间特征点的坐标，作为路线实地定线的基本依据。（4）根据相交路线的方位角，算出路线各交叉口的相交角度。（5）编制测点的里程桩号。6.2.5城市道路平面设计图的绘制2)解析法（坐标法）具体步骤如下：（1）收集路线附近导线点的坐标和方位角资料，或者沿线敷设临时导线。（2）将路线起、止点和中间特征点与上述导线联测，取得距离和方位角等相对关系数据。第二十六页，共40页。6.3道路纵断面设计6.3.1设计原则1.道路纵断面设计应参照城市规划控制标高，并适应临街建筑物立面布置及沿线范围内地面水的排除。2.为保证行车安全、舒适，纵坡宜缓顺，起伏不宜频繁。山城道路及新辟道路的纵坡设计应综合考虑土石方工程量平衡和汽车运营经济效益等因素，合理确定路面设计标高。对于机动车和非机动车混合行驶的车行道，宜按非机动车爬坡能力设计道路纵坡。纵断面设计应对沿线地形、地物、地质、水文、气候、地下管线和排水要求综合考虑。第二十七页，共40页。山城道路应控制道路的平均纵坡。越岭道路的相对高差为200～500m时，平均纵坡宜取4.5%；相对高差＞500m时宜采用4%；任意连续3000m长路段的平均纵坡不宜大于4.5%。1)道路经过水文地质条件不良地段时，应适当提高路基标高以保证路基稳定。当受规划标高限制时，应采取稳定路基措施。2)旧路改建在旧路面上加铺结构层时，不得影响沿路范围的排水。3)沿河道路应根据路线位置确定路基标高。位于河堤顶的路基边缘应高于河道防洪水位0.5m，当岸边设置挡水设施时，可不受此限制。位于河岸外侧道路的标高按一般道路考虑，符合规划控制标高，并应根据情况解决地面水及河堤渗水对路基稳定的影响。4)道路纵断面设计要妥善处理地下管线覆土的要求。5)道路最小纵坡应≥0.5%，困难时可≥0.3%。纵坡＜0.3%时，应设置锯齿形偏沟或采取其他措施以加强道路的排水。第二十八页，共40页。6.3.2设计内容1.纵坡设计：包括坡度设计和坡长设计；竖曲线设计：在两条相邻坡度线的交汇处即变坡点处，设计适当曲率和适当长度的竖向曲线，以缓和坡的变化，保证行车的平稳和舒适；3.视距验算：纵断面上产生视距不足的情况主要在小半径的凸形曲线处和设置立交桥的凹形曲线路段，在这些地方应进行视距验算，避免出现视距不足的情况发生；锯齿形街沟的设计：在道路纵坡＜0.3%时，其街沟的纵向排水能力很差，为此，需要人为调整加大街沟沟底纵坡，锯齿形街沟（或称齿形街沟）便是一种好的办法；5.平面及纵断面配合设计。第二十九页，共40页。载重车

小客车

汽车的行驶阻力为3)惯性阻力2)道路阻力1)空气阻力2.汽车的行驶阻力（R）1.汽车行驶牵引力（T）6.3.3汽车在道路上的行驶特性第三十页，共40页。3.汽车的行驶条件4.汽车的动力因数汽车在道路上行驶中牵引力与行驶阻力应该总是平衡的，即：汽车在道路上行驶，必须有足够的牵引力来克服上述各项阻力，这是汽车行驶的第一必要条件，即T≥R。只有足够的牵引力还不够，若轮胎与路面间摩擦力不够力，车辆将在路面上打滑，使车辆不能正常行驶。所以，汽车的牵引力又受到驱动轮和路面磨擦力的限制，即牵引力不能大于驱动轮的磨擦力，这便是汽车行驶的第二必要条件，T≤φGK。其中φ

为轮胎与路面的磨擦系数；GK为驱动轮重量，小汽车为车辆总重的0.5～0.65，载重车为0.65～0.80。第三十一页，共40页。6.3.4坡度及坡长1.纵坡度道路纵坡度的设计包括最大纵坡和最小纵坡两个方面。《城市道路设计规范》规定城市道路最小纵坡为0.5%，困难地方为0.3%。2.坡长《城市道路设计规范》分别对机动车道纵坡限制长度和非机动车道纵坡限制长作了明确规定，详见表6-18和表6-19。6.3.5竖曲线设计竖曲线型式一般采用二次抛物线。设计内容包括抛物线参数的确定和竖曲线长度两个方面。1.抛物线参数及竖曲线诸要素另外，为避免齿形纵断面出现，对道路的最小纵坡长度也应进行限制，通常是按10秒行程来考虑的。详见表6-20。机动车最大纵坡见P196表6-16。合成坡度限制值见表6-17。1）抛物线参数：对其求两次导数得：一般方程为第三十二页，共40页。2.竖曲线的最小长度由竖线的作用可知，其长度Lv不能太短。在纵断面设计中，决定竖曲线最小长度的因素主要有三点：由高等数学曲线的曲率公式可得抛物线任一点的曲率半径：由于i处在i1与i2之间，故i也很小,可忽略2）竖曲线诸要素计算公式：相邻坡度线的坡度差：竖曲线长度：切线长度：中点竖距：任一点竖距：第三十三页，共40页。一般情况下，单位车重的离心力（F/G）控制在0.020～0.03之间，则最小竖曲线长度为：2)限制行程时间过程3)满足视距要求

3.竖曲线计算示例解：1)计算竖曲线的基本要素为凸曲线已知某城市快速路设计车速为80km/h，在道路上有一变坡点，桩号为K3+500，标高为36.50m，相邻坡段的纵坡度分别为i1=2.5%，i2=-3.5%。试设计该变坡点处的竖曲线。查表得：凸形竖曲线一般最小半径为4500m，现取R=5000m1)限制离心力过大《规范》对竖曲线的最小长度及竖曲线的最小半径规定见表6-21。第三十四页，共40页。3)求竖曲线范围内各桩号的设计标高2)求竖曲线起点和终点桩号竖曲线起点桩号:K3+500-T=3500-150=K3+350竖曲线终点桩号:K3+500+T=3500+150=K3+650(1)竖曲线起点K3+350切线标高：36.50-i1xT=36.50-0.025x150=32.75m起点K3+350桩的设计标高：32.75m(3)竖曲线终点K3+650切线标高：36.50-i2xT=36.50-0.035x150=31.25m终点K3+650桩的设计标高：31.25m(2)竖曲线中点K3+500切线标高：为变坡点标高即36.50m中点K3+500桩的设计标高：36.50-2.25=34.25m第三十五页，共40页。6.3.6锯齿形街沟设计1.设置条件及方法1)一般情况为根据已定的雨水口间距l设计锯齿形偏沟，故i1、i2、h1、h2、应互相协调，以适应值。2)h1应有一定高度要求，避免暴雨时路面水涌上步道，且偏沟横坡i`1不能为反坡，最好亦不为平坡。h1≥10cm。3)h2取值应保证立道牙有足够的埋深，h2不应太高。h2≤40cm。4)i2与i方向相反，其值应小，但应保证水流有一定坡度，即i2≥0.3%，过大则使h2及i1值增大。5)锯齿形偏沟宽b应视路面宽度而定，并考虑因h1、h2值影响路面横坡i1`、i2`的大小。一般不超过一条车道宽。6)一般情况下，锯齿形偏沟符合的条件为：i1`＞0、i2`≤5%、h1≥10cm、

h2≤40cm、i1及i2＜0.8%