道路工程概述

道路工程概述

【内容提要和学习指导】

2.1道路平面基本线形与定线

1．道路平面基本线形

道路的平面线形，通常指的是道路中线的平面投影，主要由直线和圆曲线两部分组成。对于等级较高的路线，在直线和圆曲线间还要插入缓和曲线，此时，该平面线形则由直线、圆曲线和缓和曲线三部分组成。

2．道路平面设计的主要内容

平面设计的主要内容包括以下几个方面：

1.图上和实地放线:即确定所设计路线的起、终点及中间各控制点在地形图上和实地上的具体位置。

2.平曲线半径的选定以及曲线与直线的衔接，依情况设置超高、加宽和缓和曲线等。

3.验算弯道内侧的安全行车视距及障碍物的清除范围。

4.进行沿线桥梁、道口、交叉口和广场的平面布置，道路绿化和照明布置，以及加油站和汽车停车场等公用设施的布置。

5.绘制道路平面设计图。道路平面设计图的比例可根据具体需要而定，一般为1:500或1:1000。

3．道路平面设计的基本要求

（1）道路平面设计必须遵循保证行车安全、迅速、经济以及舒适的线形设计的总原则，并符合设计任务书和设计规范、技术标准等有关文件的各项有关规定和要求。

（2）道路平面线形应适应相应等级的设计行车速度。

（3）综合考虑平、纵、横三个断面的相互关系。在平面线形设计中，应兼顾其他两个断面在线形上可能出现的问题。

（4）道路平面线形确定后，将会影响交通组织和沿街建筑物、地上地下管线网以及绿化、照明等设施的布置，所以平面定线时须综合分析有关因素的影响，做出适当的处理。

4．道路平面定线

道路路线基本走向的选择，应根据指定的路线总方向和道路等级等因素综合考虑，并结合铁路、城镇、工矿企业、地形、地物等自然条件，选择一条最优的路线走向。在平面定线时，一般是先在地形图上进行纸上定线，然后进行实地放线。

2.2 平曲线设计

在道路平面设计中，应在相交的两直线段交汇点处，用曲线将其平顺地连接起来，以利于汽车安全正常地通过，这段曲线称为平曲线。平曲线一般为一段圆弧线，为了进一步提高使用质量，在圆曲线与两端的直线之间，还应插入一段过渡性的缓和曲线，以便更好地保证行车的安全和舒适。

1．汽车行驶理论

汽车在弯道上行驶时，除有重力外还受到离心力的影响。由于离心力的产生，使汽车在平曲线上行驶时横向产生两种不稳定的危险:一是汽车向外滑移；二是向外倾覆。要使汽车在平曲线上行驶时达到横向安全状态，即确保汽车无侧滑和倾覆的危险，就必须分析汽车行驶在平曲线上的横向受力状态。

(1)离心力：当汽车沿曲线行驶时，即产生离心力，它除了使车辆可能产生横向滑移与汽车在平曲线上行驶的受力情况倾覆外，还会增大燃料的消耗，加剧车辆的磨耗、机件磨损等，并使乘客感到不舒适。

(2)横向力系数：横向力与竖向力之比值称为横向力系数μ。

横向力系数μ表示汽车转弯行驶时单位重量上所受到的横向力。μ值取决于行驶稳定性、乘客的舒适程度及运营经济。

(3)行驶稳定性

1) 横向倾覆分析

在翻车危险状态时：μ≥1.0。

2)横向滑动分析

保证汽车不产生横向滑移的必要条件是：

φ0----路面横向摩阻系数

3）乘客舒适程度

当μ<0.10时，转弯不感到有曲线存在，很平稳；

当μ=0.15时，转弯略感到有曲线存在，但尚平稳；

当μ=0.20时，转弯已感到有曲线存在，乘客稍感到不稳定；

当μ=0.35时，转弯感到有曲线存在，乘客已感到不稳定；

当μ=0.40时，转弯已非常不稳定，站立不稳，而有倾倒的危险。

4）运营经济

实验得知μ≯0.15较经济。

经综合分析，μ值大小与行车安全、经济与舒适密切相关。因此，μ值的选用应根据行车速度、圆曲线半径及超高横坡度的大小，在合理的范围内选择。

2.平曲线最小半径

道路平曲线半径的计算公式： (m)

式中“+”指汽车在弯道内侧行驶，“-”指汽车在弯道的外侧行驶。

综合分析，为了满足设计人员对平曲线半径的不同使用目的与要求，《城规》和《路规》中规定了几种平曲线半径的最小值。

《路规》规定不设超高的圆曲线半径是按μ=0.035,i超=-0.015按公式计算取整后得到；《城规》规定的不设超高的圆曲线半径是按μ=0.06,i超=-0.015按公式计算取整后得到。所谓不设超高的圆曲线半径，是考虑圆曲线半径较大时，离心力的影响较小，路面的摩阻力可以保证汽车有足够的稳定性，这时就不需要设置超高。汽车在不设超高的平曲线上行驶时，由于此半径是考虑汽车在最不利情况下计算出的，即使沿路拱外侧行驶，只要在规定的车速下，行驶还是安全的。

所谓极限最小半径是指能保证以设计车速行驶的车辆，安全行驶的最小半径。它是设计采用的极限值。曲线半径为极限最小半径时，应设置最大超高。

所谓一般最小半径是指在通常情况下采用的最小半径，当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高，超高的横坡度按设计行车速度、半径大小、结合路面类型、自然条件等情况确定。

3．缓和曲线与缓和段

缓和曲线是设置在直线与圆曲线之间或大圆曲线与大圆曲线之间，由较大圆曲线向较小圆曲线过渡的线形，是道路平面线形要素之一。它的主要特征是曲率均匀变化。

设置缓和曲线的作用有:1.便于驾驶员操纵转向盘，使司机有足够的时间和距离来操纵方向盘，让汽车按行车理论轨迹线顺畅地驶入或驶出圆曲线；2.满足乘客乘车的舒适与稳定的需要；3.满足超高、加宽缓和段的过渡，利于平稳行车；4.与圆曲线配合得当，增加线形美观。

缓和曲线的形式有回旋线、双纽线、三次抛物线等。现在我国普遍使用的是回旋线。回旋线的曲率由小到大，随弧长作直线变化，曲线和曲率都是连续的，它能提供一条连续的圆滑线，这就为曲率由ρ=0变化到ρ=1/R 具备了几何条件。

从道路设计考虑，缓和曲线的长度应长些，一般应能满足三个基本条件： (1)驾驶员操作轻松、乘客感觉舒适；(2)汽车行驶的时间不宜过短，至少6s；(3)超高的附加纵坡不宜过陡。在城市道路上，当圆曲线半径小于不设缓和曲线的最小半径时，且设计车速V≥40km／h，应设置缓和曲线，如设计车速V＜40km/h 时，可设置直线缓和段，而当圆曲线半径大于不设缓和曲线的最小半径时，直线和圆曲线可以径向连接。

4．平曲线半径的选择及其要素计算

（1）平曲线半径的选用原则

图2-2-2 道路平曲线要素示意图

平曲线半径的选择在平面设计中是一个值得重视的问题，一般来说，应结合当地的地形、经济等具体情况和要求来定。对各个等级的道路平曲线，原则上应尽可能采用较大的半径，以提高道路的使用质量。城市道路设计中规定：凡规划区内道路的圆曲线，应采用大于或等于不设超高圆曲线最小半径值。当受地形条件限制时，可采用设超高推荐半径，地形条件特别困难时，方可采用设超高最小半径值。一般来说，选择平曲线半径主要考虑两点因素：一是道路的等级和它所要求的设计车速；二是地形、地物的条件。根据这两点因素来选定一个较大的比最小半径大一些的平曲线半径。尽可能选用大于或等于不设超高的平曲线最小半径值，但最大半径不宜超过10000m。

通过计算得到的平曲线半径值一般应采用整数。当半径在125m以下时，应取5的整倍数；在125m至250m时取10的整倍数；在250m至1000m时取50的整倍数；在1000m以上时取10的整倍数，零碎之数除设置复曲线可用外，一般因不便于测设计算，都不采用。

（2）平曲线要素计算

当平曲线的半径R和路线转折角α确定后，即可进行平曲线各要素的计算。如设有缓和曲线时，还需确定缓和曲线的长度Lc值。按照几何关系可算平曲线各要素见下表。为了便于应用，公路曲线测设用表中按不同的R和α(以及Lc 值)将相应的各要素值编制成表以备查用。

平曲线要素公式

式中 p——圆曲线内移值，

q——内移前圆曲线的起点到缓和曲线起点的距离，；

β0——缓和曲线角，β0=L/2R*180/pi ；(度)。

ZH——第一缓和曲线起点（直缓点）

HY——第一缓和曲线终点（缓圆点）

QZ——圆曲线中点（曲中点）

YH——第二缓和曲线起点（圆缓点）

HZ——第二缓和曲线终点（缓直点）

4．平曲线最小长度

平曲线长度包括圆曲线的长度和缓和曲线的长度。当汽车在平曲线上行驶时，如果曲线很短，则司机操作方向盘很频繁，在高速驾驶的情况下是相当危险的。因此，平曲线的长度除了满足平曲线的转弯半径R和路线转角α等几何因素外，还应满足另外两方面的要求，一是使司机有足够的时间从容地操作方向盘，一般曲线长至少要有6s的路程，；二是保证缓和曲线的最小长度，缓和曲线由于曲率的变化引起了离心力的变化，而所产生的离心加速度不应超过规定的数值，以保证乘客的舒适。

为了使路线顺直，在地形等条件许可的情况下，应尽量使路线转角小一些，但当转角过小时，往往容易引起司机在视觉上产生急弯的错觉，此时应设置较长的平曲线，使司机感到道路是顺适地转弯，其长度应大于规定值。

2.3 弯道的超高和加宽

1．平曲线超高

（1）超高的概念

在弯道上当汽车沿着双向横坡的外侧车道行驶时，由于车重的水平分力与离心力的方向相同，且均指向曲线外侧，影响行车的横向稳定。因此，为了使汽车能够在弯道上不减速，获得一个向着平曲线内侧的自重分力以抵消一部分离心力的作用，也为了使乘客在弯道上没有不舒服的感觉，使汽车能安全地行驶，就需要把该部分的路面做成向曲线内侧倾斜的单向坡面，这就称为平曲线的超高。

超高的位置应设置在全部圆曲线（HY至YH）范围内，这段单向超高横坡的路段称为全超高路段，其内各断面形式都相同，也可称为全超高断面。从直线段

的双坡断面向圆曲线的单向超高横坡断面逐渐过渡须有一个渐变的过渡段。一般情况下，圆曲线两端的超高缓和段是对称的，因此平曲线上路面超高设计是由三部分组成的。

2. 超高横坡度

超高横坡度可用下式计算得到：

对某一确定的道路来说，设计车速V和横向力系数μ是确定的，超高横坡度i b就只随平曲线半径R的变化而变化，当R越小，所需的超高横坡度就大，但如果横坡度过大，当汽车以等于或低于设计车速在弯道上行驶或停车时，汽车就有向弯道内侧滑动的危险，所以《城规》规定了城市道路的最大超高横坡度。

反之，平曲线半径R越大，所需要的i超就越小，当R大到一定程度时，就不需要设置超高了，此时汽车即使在弯道外侧行驶也是很安全的。

3. 超高的过渡方式

超高的过渡方式应根据地形状况、车道数、i超值、横断面形式、便于排水、路容美观等因素决定，按其超高旋转轴在道路横断面组成中的位置可分为几种情况：

（1）无分车带的超高方式

1) 超高横坡度等于路拱横坡度时，将外侧车道绕路中线旋转，直至达到超高横坡度值。

2) 超高横坡度大于路拱横坡度时，有以下三种过渡方式：

a) 绕内边缘旋转：先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至达到超高横坡度值。一般新建工程多采用此方式。

b) 绕中线旋转：先将外侧车道绕路中线旋转，待达到与内侧车道构成单向横坡后，整个断面一同绕路中线旋转，直至达到超高横坡度值。一般改建工程多采用此种方式。

c) 绕外边缘旋转：先将外侧车道绕外边缘旋转，与此同时，内侧车道随中线的降低而相应降坡，待达到单向横坡后，整个断面仍绕外侧车道边缘旋转，直至超高横坡值。此种方式仅在特殊设计时采用。

(2) 有分车带的超高方式

当道路有分车带时，其超高过渡方式有以下三种。

1) 绕中间带的中心线旋转；

2) 绕中央分隔带边缘旋转；

3) 绕各自行车道中线旋转；

城市道路单幅路路面宽度及三幅路机动车道路面宽度宜绕中线旋转；双幅路路面宽度及四幅路机动车道路面宽度宜绕中央分隔带边缘旋转，使两侧车行道各自成为独立的超高横断面。

4．超高渐变率及超高缓和段的长度Lc

由于路面外侧抬高，外侧边缘纵坡与路面原设计纵坡有一个差值，此差值称为超高渐变率，又称超高附加纵坡度。

行车道的超高缓和段或加宽缓和段一般应从缓和曲线起点开始设置。为保证排水，超高缓和段也可以从缓和曲线的某一点开始设置。

2．平曲线加宽

（1）加宽的原因

汽车在弯道上行驶时，汽车前轮的轨迹半径和后轮的轨迹半径不同，汽车前轮可以自由地转动一定的角度，而后轮只能直行，不能随便转动。因此汽车在弯道上行驶时前后轮迹不会重叠，后轮内轮轮迹底弧线半径比前外轮轮迹底弧线半径小一些。见图2-3-5。当汽车沿内侧车道行驶时，如果转弯半径较小，汽车的前轮轮迹在道路上，而内后轮轮迹就可能落到侧石线上了。另外，汽车在弯道上行驶，其轨迹也是很不稳定的，有较大的摆动和偏移。在这种情况下，弯道内侧的路面就应该加宽。《城规》规定，当道路圆曲线半径小于或等于250m时，应在圆曲线内侧加宽。城市道路对每条车道的加宽值作了规定，城市道路路面加宽后，人行道或路肩也应相应加宽，以保证行人交通和路容的美观。

（2）加宽缓和段长度

1）设置缓和曲线或超高缓和段时，加宽缓和段长度应采用与缓和曲线或超高缓和段相同值。

2）不设缓和曲线或超高缓和段但有加宽时，加宽缓和段长度应按加宽侧路面边缘宽度渐变率为1:15～1:30,且长度不得小于10m的要求设置。

一般在圆曲线（HY至YH）范围部分是全加宽段，而直线段的加宽值为零，所以在全加宽段的前后必须分别设置一段加宽过渡段，此过渡段即为加宽缓和段。加宽缓和段一般设在紧接圆曲线起点、终点的直线上。在地形困难地段，允许将加宽缓和段的一部分插入曲线，但插入长度不得超过加宽缓和段的一半。

2.4 平曲线上视距的保证

汽车在道路上行驶时，必须使司机能看清楚前方一定距离范围内道路表面，以便遇到意外情况可及时处理，从而避免事故的发生。这一确保汽车刹车时看得见、停得住的必要距离称为行车视距。在城市道路交叉口、弯道的内侧及道路上坡的转坡点等处均应保证行车视距的最短距离。

行车视距通常可分为停车视距、错车视距、会车视距和超车视距等多种。其中错车视距只在最低级的单车道公路上才考虑。目前，我国《城规》主要规定了停车视距和会车视距两种。

1．停车视距

从汽车驾驶员发现前方障碍物到汽车在障碍物前完全停住所需要的最短距离称为停车视距，驾驶员的视线高度为1.2m，障碍物的高度为0.1m。停车视距的长度包括反应距离、制动距离和安全距离三个部分。

（1）反应距离S1:驾驶员从发现障碍物到开始制动汽车所行驶的距离，称为反应距离。

（2）制动距离S2:驾驶员从采取措施开始制动至汽车完全停住所需要的距离称为制动离。

（3）安全距离S3:一般取S3=5～l0m，以保证汽车有一定的安全距离，在障碍物前停车而不致撞到障碍物上。

2．会车视距

会车视距在双车道且无明确划分车道线的道路上考虑，这是因为在双车道道路上，司机一般都在道路的中间行驶，只有当发现对方有来车时。才回到右侧车道上，这种从发现对方来车而至相互避开会车的最小距离叫做会车视距。会车视距的长度为停车视距的两倍。

3．弯道视距的保证

汽车在弯道上行驶时，其内侧行车视线可能被树木、建筑物、路堑边坡或其他障碍物所遮挡，因此，在设计时必须检查平曲线上的视距是否能满足要求。如不能满足时，则应清除视距范围内的障碍物，若无法清除则采取设置反光镜等措施，以保证汽车的行驶安全。

2.5 平曲线的类型及其组合

1.圆曲线

圆曲线是道路曲线的主要类型，各级道路不论转角大小，均应设置圆曲线。它的组合有：

（1）同向曲线:当一条道路上转向相同的两个圆曲线相邻时称为同向曲线，同向曲线之间有一定的直线段，当此直线段很短时，称为“断背曲线”，这种曲线对行车十分不利，应加以避免。

（2）反向曲线:当一条道路上转向不同的两个圆曲线相邻时称为反向曲线，半径大而无超高的反向曲线可以直接相连，否则应在反向曲线中间设置足够长的直线缓和段长度。

（3）复曲线:直接相连的两个或两个以上同向曲线称为复曲线。

2.缓和曲线

缓和曲线是汽车从直线段驶入圆曲线所需要的过渡段。我国道路设计中多用回旋线作为缓和曲线，常见形式有基本型、S型、卵型、凸型、复合型。

3.回头曲线

回头曲线是由一个主曲线、两个辅助曲线和主、辅曲线间所夹的直线段而组成的复杂曲线。回头曲线由于它的技术标准低，行车不便，施工养护也较困难，因此，工程中只有在不得已时才采用。

2．平曲线之间的连接原则

平曲线之间的连接要遵循连接原则。

1.同向曲线相连：当地形、地物或其他条件受限时，对于相邻的同向曲线，两圆曲线间最短直线长度至少保证有两个缓和曲线的长度即2Lc；对于两同向曲线间夹有直线时，应设置不小于最小直线长度的直线段。

断背曲线破坏了平曲线形线的连续性，设计中应设法调整曲线半径成单曲线或复曲线。

2.反向曲线相连：若半径大而无超高时，可径相衔接，两转点间的距离，能布置下两圆曲线的切线即可；若无超高有加宽时，中间应有长度不小于10m的加宽缓和段；对于两反向曲线间夹有直线时，应设置不小于最小直线长度的直线段；工程特殊困难的山岭区，低等级公路设置超高时，中间直线长度不得小于15m。

3.设计车速大于或等于40km／h时，半径不同的同向圆曲线连接处应设置缓和曲线。受地形限制并符合下述条件之一时，可采用复曲线。

（1）小圆半径大干或等于不设缓和曲线的最小圆曲线半径；

（2）小圆半径小于不设缓和曲线的最小圆曲线半径，但大圆与小圆的内移值之差小于或等于0.1m；

（3）大圆半径与小圆半径之比值小于或等于1.5。

（4）设计车速小于40km／h，且两圆半径都大于不设超高最小半径，可不设缓和曲线而构成复曲线。

3．平曲线与直线的连接

（1）平面线形应当是连续、平顺、直捷的，线形应力求与自然地形一致。当路线不受地形、地物的限制时一般均应采用直线形线。

（2）对于直线的最大长度，前面已经叙述过。并不是直线段的长度愈长愈好，不论是从地形、地物的要求还是从司机、乘客的心理来说，直线段的长度总有一个限制。设计中虽未明确规定具体数值，一般取值是当设计车速V >40km/h 时，直线段的最大长度应不超过20V(m)，约72s的行程。且长直线下坡尽头的平曲线半径应大于或等于不设超高的最小半径,在难以实施地段，应采取防护措施。

（3）避免使用连续急弯的线形。在一些受地形条件限制的地区，为了使连续的反向曲线设计得更为合理，可在曲线之间插入足够长的直线，或者设置较长的回旋曲线以改善线形。

（4）在转弯很急的路段不设置复曲线，应尽量将复曲线合成同半径的单曲线，避免两个小半径的反向曲线直接衔接，并注意曲线线形的连续性。

（5）紧接大、中桥和长度为50m以上隧道两端的平面线形应与桥隧协调。其两端的最小直线长度应满足要求。

2.6 城市道路平面设计图

在完成了平面的具体设计后，即可绘制平面设计图，绘制内容包括：

1.规划道路中线与设计道路中线及控制点坐标。

2.红线宽度，机动车道，辅路(非机动车道)，人行道(路肩)及道路各部分尺寸。

3.平曲线要素，路口路缘石曲线半径。

4.桥隧，立交的平面布置与尺寸，港湾停靠站、人行通道或人行天桥位置与尺寸。

5.各种管线和附属构筑物的位置与尺寸、拆迁房屋、迁移线杆，征地范围等。

6.相交的主要道路规划中线、红线宽度，道路宽度等。