平纵线形之组合设计.docx

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平纵线形之组合设计

第四节公路平、纵线形组合设计

教学目的：

掌握平、纵线形组合设计的原则、一般要求和组合方式等

重点难点：

1、平曲线和竖曲线结合的一般要求

2、平面直线和纵断面结合的一般要求

教学方法：

讲授+多媒体播放图片

教学课时：

2课时

教学过程：

Ⅰ复习提问：

1、什么是爬坡车道？

2、爬坡车道设置的条件

3、竖曲线的两种形式？

纵断面设计线是由什么组成的？

Ⅱ导入新课

公路的空间线形是指由公路的平面线形和纵断面线形及横断面所组成的空间带状结构物；公路设计是从路线规划开始的，然后经选线、平面线形设计、纵断面设计和平纵线形组合设计，最终以平、纵、横组合的立体线形展现出来。

汽车行驶过程中，驾驶员所选择的实际行车速度是他对立体线形的判断作出的，这样，立体线形组合的优劣最后集中反映在汽车的车速上。

因此，设计中不仅仅满足平面、纵断面线形标准，还必须满足公路空间线形视觉的连续性，并有足够的舒适感和安全感。

Ⅲ讲解新课

一、视觉分析

（一）视觉分析的意义

公路设计除应考虑自然条件、汽车行驶力学的要求外，还要把驾驶员在心理和视觉上的反应作为重要因素考虑。

汽车在公路上行驶时，驾驶员是通过视觉、运动感觉和时间的变化来判断线形。

公路的线形、周围景观、标志及其他有关信息，驾驶员几乎都是通过的视觉感受到的。

从视觉心理出发，对公路的空间线形及其与周围自然景观和沿线建筑的协调，保持视觉的连续性，使行车具有足够的舒适感和安全感的综合设计称为视觉分析。

（二）视觉与车速的动态规律

（1）驾驶员的注意力集中和心理紧的程度随着车速的增加而增加。

（2）驾驶员的注意力集中点随着车速增加而向远方移动。

当车速增加97km／h时，他的注意力集中点在前方600m以外的某一点。

（3）当车速超过97km／h时，对前景细节的视觉开始模糊起来。

（4）驾驶者的周界感随车速的增加而减少。

当车速达到72km/h时，驾驶者可以看到公路两侧视角30～40°的围，而当车速增加到97km/h时，视角减至20°以下。

当车速再增加，驾驶者的注意力随之引向景象中心而置两侧于不顾。

（三）视觉评价方法

所谓线形状况是指公路平面和纵断面线形所组成的立体形状，在汽车快速行驶中给驾驶员提供的连续不断的视觉印象。

设计者通过公路透视图评价线形组合是否顺势流畅，对易产生判断失误和茫然的地方，必须在设计阶段进行修改。

二、公路平、纵线形组合设计

（一）组合原则

平面与纵断面的线形组合是指在满足汽车运动学和力学要求的前提下，研究如何满足视觉和心理方面的连续性、舒适感，研究与周围环境的协调和良好的排水条件。

公路平、纵线形组合的基本原则是：

1.应能在视觉上自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性；

任何使驾驶员感到茫然、迷惑或者判断失误的线形，必须尽力避免。

在视觉上能否自然的诱导视线是衡量平、纵线形组合的最基本问题。

2.平面与纵断面线形的技术指标应大小均衡，不要悬殊太大，使线形在视觉上和心理上保持协调；

它不仅影响线形的平顺，而且与工程费用相关。

对纵断面线形反复起伏，在平面上却采用高标准的线形是无意义的。

反之亦然。

3.选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和安全行车。

（≥0.5%）

4.注意与道路周围环境的配合。

这样可以减轻驾驶员的疲劳和紧程度，并可起到引导视线的作用。

高速公路、一级公路以及设计速度≥60Km/h的公路，应注重立体线形设计，尽量做到线形连续、指标平衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。

设计速度愈高，线形设计所考虑的因素愈周全。

设计速度≤40Km/h的公路，首先应在保证行车安全的前提下，正确运用线形要素最小值，在条件许可，不过多增加工程量的情况下，力求做到各种线形要素合理组合，并尽量避免和减轻不利的组合，以期充分发挥投资效益。

（二）组合方式

1.平曲线和竖曲线组合

一般要求：

（1）平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线。

这种组合最好使竖曲线的起终点分别放在平曲线的两个缓和曲线，即“平包竖”。

若平竖错位，只要错开位置不大于平曲线上，则认为是可以的，半径大时可不受此限制。

这种立体线形不仅能起到诱导视线的作用，而且可取得平顺而流畅的效果。

对于等级较高的道路应尽量做到这种组合，并且使平、竖曲线半径都大一些才显得协调，特别是凹形竖曲线处车速较高，二者半径更应该大一些。

（2）平曲线与竖曲线大小应保持均衡。

根据德国研究结果，若平曲线半径小于1000米时，竖曲线半径大约为平曲线半径的10~20倍时，便可达到均衡的目的。

平曲线半径（m）

竖曲线半径（m）

平曲线半径（m）

竖曲线半径（m）

500

10000

1100

30000

700

12000

1200

40000

800

16000

1500

60000

900

20000

2000

100000

1000

25000

平曲线和竖曲线中其中一方大而平缓，那么另一方就不要形成多而小。

一个长的平曲线有两个以上竖曲线，或一个大的竖曲线含有两个以上平曲线，看上去非常别扭。

（3）暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理悦目的。

对暗与凹、明与凸的组合，当坡差较大时，会给人留下舍坦坡、近路不走，而故意爬坡、绕弯的感觉。

此种组合在山区难以避免，只要坡差不大，矛盾也不很突出。

（4）平、竖曲线应避免的组合

平、竖曲线重合是一种理想的组合，但由于地形等条件的限制，这种组合往往不是总能争取到的。

如果平曲线的中点与竖曲线的顶（底）点位置错开不超过平曲线长度的四分之一，仍然可以获得比较满意的外观。

设计时应注意以下几点：

1）要避免凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部与反向平曲线的拐点重合。

二者都存在不同程度的扭曲外观；前者会使驾驶员操作失误，引起交通事故；后者会使路面排水困难，产生积水。

2）小半径竖曲线不宜与缓和曲线相重叠。

对凸形竖曲线诱导性差，事故率高；对凹形竖曲线路面排水不良。

3）计算行车速度≥40km/h的道路，应避免在凸形竖曲线顶部或凹形竖曲线底部插入小半径的平曲线。

前者是去引导视线的作用，驾驶员必须接近坡顶才能发现平曲线，导致不必要的减速或交通事故；后者会出现汽车高速行驶时急转弯，行车不安全。

为了便于实际应用，把平曲线与竖曲线的组合形象的表示为下图所示。

竖曲线的起终点最好分别放在平曲线的两个缓和曲线，其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上，也不要放在圆弧段之。

若平、竖曲线半径都很大，则平、竖位置可不受上述限制；若做不到平、竖曲线较好的组合，宁可把二者拉开相当距离，使平曲线位于直坡段或竖曲线位于直线上。

4）避免在长直线或一个平曲设置多个竖曲线。

浪形

5）避免平面转角小于7°的平曲线与坡度较大的凹形竖曲线的组合。

6）从总体安全角度出发，尽量避免纵断面暗凹情况。

7）交叉口不应隐藏在凸曲线之后。

8）小的平曲线和小的竖曲线避免组合

9）在完全通视的条件下，应极力避免长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形。

蛇形

2.平面直线与纵断面的组合

平面的长直线与纵断面直坡段相配合，对双车道公路能提供超车方便，在平坦地区易与地形相适应，行车单调，驾驶员易疲劳。

直线上一次变坡是很好的平、纵组合，从美学的观点上，平面的直线与一个大半径的凸形竖曲线配合为好，与一个凹形竖曲线相配和次之；在直线中较短距离两次以上的变坡会形成反复凹凸的“驼峰”和“凹陷”，使线形视觉效果既不美观也不连续，使驾驶员的视线中断。

因此，只要路线有起有伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化而略加转折，并把平、竖曲线很好的组合。

但要避免教师元一眼就能看到路线方向转折两次以上或起伏三次以上。

平面直线与纵断面组合时应注意

1）平面长直线配纵面长坡时，线形单调、枯燥，容易使司机疲劳和超速行驶。

2）平面直线上短距离纵面多次变坡，有隐蔽路段，同时影响夜间行车前灯照射。

3）在平面直线段不能插入短的竖曲线。

4）在平面长直线上不能设置陡坡及竖曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。

5）在平面直线上的纵断面线形应避免出现驼峰、凹暗、跳跃等使驾驶员视觉中断的线形。

长坡配长直线

长直线多次边坡

锯齿形路段

暗凹路段

3．平、纵线形与景观的协调

（1）应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求。

尤其在规划和选线阶段。

（2）在选定路线时，应充分地利用自然风景，尽量作到路线与大自然融为一体，不产生生硬感和隔断大自然。

特别是在长直线路段上，应使驾驶者能看到前方显著的景物。

（3）对道路本身不能仅把它当作技术对象，还应把它作为景观来看待，修建时要少破坏沿线自然景观，尽量避免高填深挖。

（4）横面设计要使边坡造型和绿化与现有景观相适应，弥补填挖对自然景观的破坏。

（5）应进行综合绿化处理，避免形式和容上的单一化，应将绿化作为诱导视线、点缀风景以及改造环境的一种措施而进行专门设计。

（6）应根据技术和景观要求合理选定构造物的造型、色彩，使道路构造物成为对自然景观的补充。

三、平、纵线形组合形式、特征和注意问题

（1）-（3）是垂直平面的线形类。

（1）平面上为直线，总面上也是直线------构成具有恒等坡度的直线

A、线形单调、枯燥，在行车过程景观无变化，容易使司机产生疲劳；B、驾驶易超速行驶，超车频繁；C、但在交通比较错综复杂的路段（如交叉口），采用这种线形要素是有利的。

（2）平面上为直线，纵面上是凹形竖曲线-----构成凹下去的直线

A、具有较好的视距条件；B、线形不再生硬、呆板；C、给予驾驶员以动的视觉印象，提高了行车的舒适性。

（3）平面上为直线，纵面上是凸形竖曲线------构成凸起的直线

A、线形视距条件差，B、线形单调，应尽量避免。

无法避免时应采用较大的竖曲线半径；若与

（2）型组合时，应注意克服“驼峰”“暗凹”和“浪形”等不良现象出现。

94）-（6）是立体曲线。

（4）平面上为曲线，纵面上为直线-------构成具有恒等坡度的平曲线

A只要平曲线半径选择适当、平面的圆曲线与纵面直坡段组合其视觉效果是良好的。

B若平面的直线与圆曲线组合不当（如断背曲线）、或平曲线半径较小时与纵面直坡段组合将在视觉上产生折曲现象。

（5）平面上为曲线，纵面上为凹形竖曲线------构成凹下去的平曲线

（6）平面上为曲线，纵面上为凸形竖曲线------构成凸起的平曲线

（5）（6）A平包竖。

B注意平、纵曲线几何要素指标均衡、匀称、协调。

C注意凸形竖曲线顶部与凹形竖曲线底部，不得与反向平曲线的拐点重合。

D避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线；E、应避免出现“暗凹”、“跳跃”等不良现象。

Ⅳ课堂小结

1、组合原则

2、组合方式以及一般要求

Ⅴ作业布置

1、平、纵线形组合原则是什么？