1、探讨公路平纵面线形设计摘 要: 公路线形是公路的骨架，支配着整个公路的规划，设计和施工。线形设计是否合理是公路的根本，它对汽车行驶的安全、舒适、经济以及公路的通行能力都起着决定性的影响。本文通过对公路的平、纵面线形设计以及公路平纵组合的论述，探讨了公路平面以及纵断面设计中需要注意的问题。 关键词:公路 平面线形设计纵断面设计 平纵组合 Abstract: The road is the framework of highway and dominates the whole highway planning. Linear design is reasonable is the road is
2、 essential. It is on driving safety, comfort, economy and road capacity plays a decisive impact. Based on the road flat, vertical alignment design and road horizontal and vertical combination of paper, discussed the need to pay attention to highway plane and vertical section design problems. Keyword
3、s: highway; alignment design; profile design; flat and longitudinal combination 中图分类号：U412.36 文献标识码：A 文章编号： 前 言 公路线形，在很大程度上决定了汽车行驶的安全性、舒适性及经济性。因此，线形设计的合理性与好坏往往是公路总体设计及效果的主要评价标准，特别是高等级公路，路线方案确定后，就进行路线线形设计。路线线形设计主要有平面线形和纵断面线形设计，一般先做平面线形设计。因为平面线形是公路的骨架，有了平面线形才能进行纵断面线形设计，之后研究平面线形和纵断面线形两者之间的相互组合问题。 1、平面设
4、计 公路的平面线形设计，是根据汽车行驶的力学特性和行驶轨迹要求，合理地确定平面线形三要素即直线、圆曲线和缓和曲线的几何参数，保持线形的均衡性和连续性，并注意使线形与地形、地物、环境和景观等协调。由于直线、圆曲线、缓和曲线各自不同的视觉、美觉等方面的特点，我们在设计时应该把握它们各自的优点，取长补短，以达到更加完美的使用功能和视觉效果。 1）两点间直线最短，而且采用直线能提高公路工程的经济性。首先在美学和视觉上，直线能形成短捷直达的效果；其次汽车在直线上行驶时受力简单，方向明确，驾驶操作简易，因此，直线在公路设计中使用较多。但是直线过长并不好，尤其在地形起伏较大的山地地区，直线很难与地形相结合，
5、不仅产生高填深挖的路基，填挖难以平衡，而且会破坏公路周围的自然景观；另外在驾驶者的视觉中，过长的直线会使其产生单调、疲倦和急躁的情绪，易激使其超速行驶，对安全行车产生不利影响。因而，在公路平面线形设计时，我们应当根据沿线的地形、地物条件、驾驶员的视觉和心理感受以及行车安全等各个方面的因素，合理布设直线路段，对直线的最大长度和最小长度加以限制。 对于城市附近的公路，由于城市的高楼大厦和优美景观，可根据情况使用较长的直线；对于乡间公路，由于季节变化所带来的景观对视觉和美觉的影响较大，尤其在冬季时，驾驶员容易急躁而超速，因此不宜采用过长的直线；位于戈壁、沙漠等人烟稀少的地带，由于车辆稀少和环境所带来
6、的双重不利影响，但增加弯道等设施并不能减少单调情绪，可适当多设置休息处。此外，我们在考虑路线平面设计时可根据实际情况将尽可能多的建筑物和自然风景纳入驾驶员的视线范围内。 2）圆曲线由于具有可以圆滑地改变线路的方向，比直线有着更能够适应地形的能力，尤其是由多个不同半径圆曲线组合而成的复合曲线，对地形、地物和环境有更强的适应性。此外，圆曲线线条较为优美，驾驶员在圆曲线路段行驶时注意力也由于其方向的改变而更加集中。但是圆曲线也有其缺点，就是汽车在圆曲线路段行驶时，由于受到重力和离心力的共同作用，会对行车的安全性和舒适性产生不利影响，而且在小半径的圆曲线内侧行驶时，视距条件较差，视线会被路堑边坡或其它
7、路边障碍物遮挡，易发生交通事故。 在公路的勘测设计过程中，我们应结合当地的地形、地物等条件，尽量选用大半径的圆曲线，以保证行车的安全性和舒适性。在确定圆曲线的半径时，既要做到技术合理，又要经济适用，既不因为美观而增加不必要的工程量，也不能只为提高经济性而采用低标准。与此同时，最基本的还是应该与公路的设计速度相适应，与相衔接路段的平纵线形要素相协调，构成连续、均衡和合理的曲线。 3）缓和曲线是设置在直线和圆曲线之间或半径相差较大、转向相同的两圆曲线之间的曲率连续变化的曲线。缓和曲线由于曲率的连续变化，离心加速度逐渐变化，旅客和驾驶者感觉更加舒适且车辆更容易遵循，车辆的行驶更加平稳。此外，缓和曲线
8、与圆曲线结合，使公路的线形也更加优美，视觉效果好。 在设计采用缓和曲线时，我们应考虑车辆在其上行驶时所需要的曲率的不断过渡，缓和曲线应有足够的长度，以使驾驶者能够从容的打方向盘，令乘客感觉安全舒适，使得线形美观流畅。所以，应规定缓和曲线的最小长度，而最小长度的选取应以旅客的安全舒适、缓和曲线的曲率变化率、行驶时间以及施工难易程度等因素为主要依据。 2、纵断面设计 路线的纵断面是一条有明显起伏的的空间线。在路线的纵断面图上一般存在着两条主要线：一条是根据中线上各桩点的高程而点绘的不规矩折线，反映的是路线确定前地面的起伏变化状况；另一条是设计者在考虑技术、经济以及视觉美学等各个方面因素的影响下确定
9、的一条有规矩形状的几何线，也称为设计线，它反映路面线形的起伏状况。设计线由直坡线和竖曲线组成，因此公路的纵断面设计主要是对纵坡和竖曲线的设计。 纵坡的坡度和坡长的设计是纵断面设计的主要对象，而汽车作为公路的直接服务对象，是纵坡设计时的考虑主体，汽车的动力、汽车的行驶阻力、汽车的行驶条件等也成为设计时考虑的主要因素。首先根据汽车的行驶特性，要求路面平整而坚实以减少行驶阻力，同时要求路面粗糙不滑以增大附着力。其次在动视觉的角度上，纵坡的大小和长度不仅会影响视觉上的美感，而且会影响行车的安全及舒适性，因此，应控制纵坡的坡度和坡长。 竖曲线是指在公路纵坡的变坡处设置的竖向曲线。竖曲线从动视觉的角度上来
10、说，可以满足行车平顺、舒适和视距上的要求，是公路看上去丰满，曲直有序。通常的竖曲线采用圆曲线或者抛物线。 竖曲线的半径是竖曲线设计的主要对象，合理的选取半径不仅可以使汽车行驶方便快捷，而且使得公路产生良好的视觉效果。汽车行驶至竖曲线处时，旅客会由于离心加速度而产生增重或减轻的感觉，产生不适；当竖曲线的长度太小时，汽车疾驰而过，驾驶者会产生变坡很急的错觉，旅客也会产生不适；凸形竖曲线若半径太小会影响驾驶者的视距；若凹形竖曲线起伏太大对夜间行车不利。因此，应综合以上各不利因素考虑并合理地选取竖曲线的半径。 3、平纵面线形的组合 平面线形与纵断面线形的组合设计，是线形设计的最后阶段。在公路进行线形组
11、合设计，突出的问题是要满足驾驶人员的视觉与心理方面的要求，这是因为驾驶人员以高速行车时，是通过视觉、运动感觉和时间变化的感觉来判断线形的。视觉是连接公路与汽车的媒介，公路线形、周围景观、标志的表示以及其他有关公路的情报，差不多都是通过驾驶人员的眼睛为媒介从视觉感受到的。总的要求是: 线形组合设计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、舒适、与周围环境的协调和满足良好的排水条件。 为此，平、纵面线形组合的基本原则是: 1.竖曲线应包含在同一段平面曲线内，即竖曲线不能同时跨越平面直线和平面曲线，简称“平包纵” ；若竖曲线同时跨越平面直线和曲线，则会造成驾驶人视觉上的不
12、连续，甚至造成视距不足，合成坡度较大的现象，严重影响行车的安全性和舒适性。2.在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视线的连续性，因为任何使驾驶员感到迷惑和判断失误的线形都有可能导致操作的失误，最终导致交通事故。3.保持平、纵线形的技术指标大小均衡。它不仅影响线形的平顺性，而且与工程费用密切相关，任何单一提高某方面的技术指标都是毫无意义的。4.为保证路面排水和行车安全，必须选择适合的合成坡度。5.注意和周围环境的配合，以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度。特别是在路堑地段，要注意路堑边坡的美化设计。 4、结语 综上所述，做好平纵设计，主要是要在平面设计时，紧抓其三要素，即充分利用直线、圆曲线和缓和曲
13、线各自的视觉优点，并且做好它们的完美结合，取长补短；在纵断面设计时，结合纵坡和竖曲线的影响因素，尽可能的使公路在功能上和视觉上，尤其是在驾驶者和旅客的视觉上，达到相应的设计要求。只有同时满足汽车的行驶要求、驾驶员和旅客的行车舒适性以及人们的视觉要求的路线，才是一条真正符合要求的合理路线。 参考文献: 1 中华人民共和国交通部. 公路路线设计规范 （JTG D20-2006）. 人民交通出版社，2006.10 2 高速公路丛书编委会. 高速公路规划与设计 M . 人民交通出版社，2003.1 3 交通部第二公路勘察设计院，公路勘察设计论文集 . 1994 . 65- 135. 4 中交公路规划设计院. 公路路线设计规范 M . 人民交通出版社，2007.1 5 张雨化. 道路勘测设计M . 人民交通出版社，2000.1
