城市道路平面线形规划设计

城市道路平面线形规划设计

第四章 城市道路平面线形规划设计 交通流的基本概念 行人交通流特征 第一节 平面线形规划设计的内容 道路线形指道路路幅中心线（又称中线）的立体形状。道路平面线形指道路中线在平面上的投影形状。在城市道路规划设计中，由于经常会碰到山体、丘陵、河流和需要保留的建筑，有时还因地质条件差而需要避开不宜建设的地方，所以无论城市道路还是公路不可避免要发生转折，因此就需要在平面上设置曲线，所以平面线形是由直线和曲线组合而成的。 平曲线通常由圆曲线及两端缓和曲线组成。当圆曲线半径足够大时可以使直线与圆曲线直接衔接（相切）；当设计车速较高、圆曲线半径较小时，直线与圆曲线之间以及圆曲线之间要插设缓和曲线。 第一节 平面线形规划设计的内容 如果城市道路转折角度不大，可把转折点设在交叉口，使道路线形呈折线状，这样可以减少道路上的弯道，便于道路施工和管线埋设，也有利于道路两侧建筑的布置。如果转折点必须设置在路段上，则需要根据车辆运行要求设置成曲线，曲线又可分为曲率半径为常数的圆曲线和曲率半径为变数的缓和曲线。 第一节 平面线形规划设计的内容 城市道路平面线形规划设计的主要任务为：根据道路网规划确定的道路走向、道路之间的方位关系，以道路中线为准，考虑地形、地物、城市建设用地的影响，根据行车技术要求确定道路用地范围内的平面线形，以及组成这些线形的直线、曲线和它们之间的衔接关系；对于小半径曲线，还应当考虑行车视距、路段的加宽和道路超高设置等要求。 第一节 平面线形规划设计的内容 城市道路平面线形规划可划分为总体规划、详细规划两个阶段。总体规划阶段的城市道路平面线形规划主要是根据城市主要交通联系方向确定城市主要道路中心线的走向 , 并进一步确定城市路网。详细规划阶段的城市道路平面线形规划设计，一般是在上一层次已经确定的城市道路网规划基础上进行的，需要进一步详细确定用地范围内各级道路主要特征点的坐标、曲线要素等内容，便于进一步的道路方案设计。 第二节 平曲线规划设计 在城市道路规划设计中，一般采用圆弧曲线连接直线路段，为了使线形平顺，必须是切点相连。 1 、圆曲线的半径与长度 汽车在弯道上行驶时，驾驶员转动方向盘，使汽车作圆周运动。由于离心力的作用，车上的乘客与货物同样受到离心力的作用，同时汽车也可能产生横向滑移。汽车在弯道上行驶时，作用在汽车横截面上的力，有垂直向下的汽车重力和水平方向的离心力，以及轮胎和路面之间的横向摩阻力，如下图所示： 第二节 平曲线规划设计 （ a ）弯道内侧 （ b ）弯道外侧 汽车行驶受力分析 第二节 平曲线规划设计 作用在汽车上的离心力为： 式中 —— 汽车的质量（ kg ）； —— 汽车的重量（ N ）； —— 重力加速度（ 9.8m/s2 ）； —— 计算行车速度（ m/s ）； —— 计算行车速度（ km/h ）； —— 平曲线半径（ m ）。 第二节 平曲线规划设计 把作用在汽车上（通过重心）的汽车重力和水平方向的离心力沿垂直于路面方向和平行于路面方向进行分解，可以把离心力所提供的、指向运动轨迹外侧的水平力称为横向力。则横向力为： 由于 很小，故 , 。 于是有： 第二节 平曲线规划设计 式中 —— 道路横坡， “ –” 表示车辆在弯道内侧车道上行驶； “ + ” 表示车辆在未设超高的曲线外侧车道上行驶。 单位车重的横向力称为横向力系数，表示汽车在做圆周运动时，每单位车辆总重所受的横向力即汽车、乘客、车上装载物所受到的横向力与其自身重量的比值。 第二节 平曲线规划设计 如果横向力系数为 0.1 ，那么就相当于体重为 50kg 的人，有 5kg 的横向力在推他，如果横向力继续增加，那么，人会感觉不舒服、横向不稳定。因此，横向力系数的大小是判定道路设计转弯半径是否符合要求的基本条件，若横向力系数的大小对汽车不产生横向滑移或倾覆，说明道路转弯半径设计符合基本要求。 第二节 平曲线规划设计 第二节 平曲线规划设计 圆曲线半径的计算公式 ： 式中 —— 计算行车速度（ km/h ）； —— 横向力系数； —— 道路横坡， “ –” 表示车辆在未设超高的曲线外侧车道上行驶； “ + ” 表示车辆在曲线外内车道上行驶。 （ m ） 第二节 平曲线规划设计 汽车所受的横向力使汽车向弯道外侧滑动，而轮胎和路面之间的摩阻力阻止汽车滑移，因此，汽车不产生横向滑移的必要条件是： 式中 —— 横向摩阻系数，与车速、路面种类及状态、轮胎状况等有关。 由于，上式可写成： 第二节 平曲线规划设计 由于轮胎在纵向和横向的刚度和轮胎花纹等的影响不同，横向摩阻系数与纵向摩阻系数的数值不同，它们与第一章所述的附着系数有着如下的关系： 第二节 平曲线规划设计 圆曲线半径分为不设超高的最小半径，极限最小半径和一般最小半径。 （ m ） 第二节 平曲线规划设计 不设超高的最小半径：指道路半径较大，离心力较小时，汽车若沿双向路拱外侧行驶时，路面的摩擦力足以保证汽车安全行驶所采用的最小半径。在计算过程中，公路一般采用 0.035 ，城市道路一般采用 0.067 。在城市建成区，城市道路两侧建筑物已经形成，故尽可能不设超高，以免与建筑物标高不协调，影响街景美观。 极限最小半径：指圆曲线半径采用的极限最小值，当地形困难或条件受限制时方可使用。采用极限最小半径时，设置最大超高。城市道路在郊区的超高横坡度可采用 2%~6% ， μ 一般采用 0.15 。 第二节 平曲线规划设计 一般最小半径：指设超高时的推荐半径，其数值介于不设超高的最小半径和极限最小半径之间。超高值随半径增大而按比例减少。 由式 算出的 R 值，称为圆曲线不设超高容许的最小半径。 选用圆曲线的半径值，应与当地地形、经济等条件相适应，并应尽量采用大半径曲线以提高道路使用质量。一般只有在设计条件比较苛刻的情况下才通过计算确定弯道半径。但最大半径不宜超过 10000m 。 第二节 平曲线规划设计 第二节 平曲线规划设计 2 、小半径弯道路面的超高与加宽 超高设置 如果因为地形、地物的原因，道路实际允许的最大转弯半径小于上述不设超高的圆曲线的最小半径时，车辆在弯道外侧行驶就要减速，否则就会产生过大的横向力。为了减少横向力，就需要把弯道外侧横坡做成与内侧同向的单向横坡，这就称为超高横坡度 （ % ）。 超高横坡度 计算公式如下： （ % ） 第二节 平曲线规划设计 式中 —— 计算行车速度（ km/h ）； —— 圆曲线半径（ m ）； —— 横向力系数。 当计算所得到的超高横坡度小于路拱横坡时，宜选用等于路拱横坡的超高，以利于测设。 设置超高使重力的水平分力与离心力方向相反，横向力将减少。但是超高不能无限增大，因为如果碰到雨雪等天气，汽车的行驶速度降低，重力作用可能造成汽车向道路弯道内侧滑移。所以超高的最大值存在合理的范围，我国的城市道路的超高坡度一般取 2%~6% 。 第二节 平曲线规划设计 城市道路一般较宽，设置超高可能会导致道路两侧用地高差变化较大，不利于道路两侧用地车辆的进出与地面排水，也不利于街道景观组织，所以城市道路一般通过增大道路转弯半径的办法，解决车辆行驶要求，很少设置超高，超高往往是设置在立交的匝道上和山地风景区道路上。为了使道路从直线段的双坡面顺利转换到具有超高的单坡面，需要一个渐变的过渡段，称为超高缓和段。 第二节 平曲线规划设计 超高缓和段长度的计算随超高横坡过渡方式之不同而异，通常超高横坡有下述两种过渡方法： 一、绕内边缘旋转 先将外侧车道绕路中线旋转，当达到与内侧车道同样的单向横坡后，整个断面绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直至超高横坡值。在纵断面设计时，应注意中心线标高设计应符合超高横坡过渡的要求。此时，超高缓和段长度可按下列公式计算： 超高缓和段的设置 第二节 平曲线规划设计 式中 —— 超高缓和段长度（ m ）； —— 路面宽度（ m ）； —— 与 的代数差； — 超高渐变率，即旋转轴与车行道（设置路缘带时，则为路缘带）外侧边缘之间相对升降的比率。 （ m ） 第二节 平曲线规划设计 二、绕中线旋转 先将外侧车道绕中线旋转，当达到与内侧车道构成单向横坡时，整个断面一同绕路中线旋转，直至达到超高横坡值。一般多用于旧路改建工程。 超高缓和段 计算公式如下 : （ m ） 第二节 平曲线规划设计 式中 B —— 路面宽度； —— 道路横坡度（ % ）。 有超高缓和段长度计算公式可知，绕中线旋转的方式，在同样超高值下，缓和段长度较短，但内缘降低较多，在纵坡不大的挖方路段将不利于排水。这种绕中线旋转的方式，对纵断面线形设计标高无影响。所以，在设计时，要综合考虑边沟排水、构造物控制标高等因素，合理选择旋转方式。 第二节 平曲线规划设计 （ a ）绕路边旋转 （ b ）绕中线旋转 超高方式 第二节 平曲线规划设计 加宽设置 汽车在弯道上行驶时，各个车轮的行驶轨迹不同，在弯道内侧的后轮行驶轨迹半径最小，而靠近弯道外侧的前轮行驶轨迹半径最大。当弯道半径较小时，这一现象表现得更为突出。为了保证汽车在转弯时不侵占相邻车道，凡小于 250m 半径的曲线路段 小半径弯道加宽 均需要加宽。对于双车道路面总加宽值可按 对于双车道 第二节 平曲线规划设计 （ m ） 式中 e —— 双车道加宽值（ m ）； V —— 计算行车速度（ km/h ）； L —— 小型汽车、普通汽车前保险杠至后轴轴心线的距离，铰接车前保险杠到中轴轴心线的距离（ m ）； R —— 设加宽的圆曲线半径（ m ）。 当道路有三、四条车道时，可按 e 的一倍半，两倍来计算车道总加宽值，更多车道可以此类推。 路面总加宽值可按下式确定： 第二节 平曲线规划设计 在城市道路中，当机动车、非机动车混和行驶时，一般不考虑加宽。车道加宽一般仅限于快速交通干道、山城道路、郊区道路以及立交的匝道。 第二节 平曲线规划设计 为了适应车辆在弯道上行驶时后轮轨迹偏向弯道内侧的需要，通常公路的加宽设在弯道内侧。城市道路为了便于拆迁和实施，有时两侧同时加宽。在圆曲线内加宽为不变的全加宽值，两端设置的加宽缓和段由直线段加宽为 0 ，逐步按比例增加到圆曲线的全加宽值。当设缓和曲线和超高缓和段时，加宽缓和段与其相等，否则，加宽缓和段长度按渐变率 1 ： 15 设置、且长度不小于 10m 。 为了提高行车安全性，在道路设计中考虑超高与加宽的同时，也要考虑立面要素的引导作用。通过植物、路堑、边坡、路缘石、挡土墙、护拦、岩壁、建筑物等立面要素，把道路线形的形象突出表现出来，从而对诱导驾驶员的视线起到关键作用，减少交通事故的发生。