城市道路路线设计中平面设计
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6.1 一般规定
6.1.1 平面设计应符合城市道路网规划、道路红线、道路功能,并应综合技术经济、土地利用、征地拆迁、文物保护、环境景观以及航道、水利、轨道等因素。
6.1.2 平面设计应与地形地物、水文地质、地域气候、地下管线、排水等结合,与周围环境协调,并应符合各级道路的技术指标,满足线形连续、均衡的要求。
6.1.3 平面设计应协调直线与平曲线的衔接,合理设置圆曲线、缓和曲线、超高、加宽等。
6.1.4 平面设计应结合交通组织设计,合理布置交叉口、出入口、分隔带开口、公交停靠站、人行设施等。
6.1.1~6.1.4 道路平面线形由直线、圆曲线、缓和曲线组成。平面线形几何设计应符合城市总体规划及路网规划,服从道路红线,综合技术经济、道路功能、土地利用、征地拆迁、航道、水利、轨道、景观、环保的要求,结合沿线地形、地物、地质、管线分布情况,注重线形的连续性与均衡性,处理直线、圆曲线、缓和曲线、超高、加宽的关系,营造安全、舒适、通畅的行车条件。
道路的服务对象为机动车、非机动车与行人。道路位于城市区域,路网密、流量高,因此城市道路平面设计应根据道路的功能、等级,运用交通工程的理念与手段,重点进行交通组织设计,并合理布置交叉口、出入口、分隔带开口、公交停靠站、人行设施,合理分配路权与布置交通空间,创造机动车、非机动车与行人的和谐交通环境,发挥更大的社会与经济效益。
6.2 直 线
6.2.1 两相邻平曲线间的直线段最小长度应大于或等于缓和曲线最小长度。
6.2.1 道路的短直线不能保证平面线形的连续性,使驾驶者操纵方向盘有困难,不利于行车安全。因此,对两相邻同向或反向平曲线(设置缓和曲线情况)之间的直线单元的最小直线长度做了规定。对于满足不设缓和曲线的圆曲线间的最小直线长度也应符合本规定要求。
6.2.2 两圆曲线间以直线径向连接时,直线的长度宜符合下列规定:
1 当设计速度大于或等于60km/h时,同向圆曲线间最小直线长度(以m计)不宜小于设计速度(以km/h计)数值的6倍;反向圆曲线间最小直线长度(以m计)不宜小于设计速度(以km/h计)数值的2倍。
2 当设计速度小于60km/h时,可不受上述限制。
6.2.2 城市道路的路线走向基本在路网规划阶段已经确定,设计阶段调整的余地不大。并且,不同路段的城市道路街景和设施处于变化中,长直线并不容易使驾驶员产生疲劳感。因此,城市道路对直线的最大长度不做规定。关键在于直线长度的选择应与地形相适应,与沿线建筑、绿化等相协调,加强与道路纵断面线形、横断面布置的组合设计,改善路容与行车环境,并考虑驾驶员的视觉、心理状态等合理布设。同时,长直线的线路走向还应考虑与太阳入射角的关系,避免驾驶员行车时阳光直射产生炫目。
6.3 平 曲 线
6.3.1 路线转角处应设置平曲线。当受现状道路红线或建筑物控制,设计速度小于或等于40km/h的路线转角位于交叉口范围内时,可不设置平曲线,但应保证交叉口范围直行车道的连续、顺直。
6.3.2 圆曲线设置应符合下列规定:
1 圆曲线最小半径应符合表6.3.2的规定。当地形条件受限制时,可采用设超高圆曲线最小半径的一般值;当地形条件特别困难时,可采用设超高圆曲线最小半径的极限值。
2 当设计速度大于或等于40km/h时,采用本规范表7.2.1机动车最大纵坡的下坡段尽头,其圆曲线半径应大于或等于不设超高的最小半径。当受条件限制而采用设超高最小半径时,应采取防护措施。
6.3.2 圆曲线
1 本规范规定了不设超高最小半径、设超高最小半径一般值、设超高最小半径极限值三类圆曲线最小半径,在工程设计中应结合具体情况合理选用。
圆曲线最小半径是以车辆在曲线上能安全又顺适地行驶为条件确定的,即车辆行驶在曲线部分时,所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩擦力所允许的界限。圆曲线最小半径按下式计算。
式中:R——圆曲线半径(m);
V——设计速度(km/h);
μ——横向力系数,取轮胎与路面之间的横向摩擦系数;
i——路面横坡或超高横坡。
在设计速度V确定的情况下,圆曲线最小半径R取决于横向力系数μ和横坡i的选值。横向力系数μ的选用不仅考虑汽车在弯道上行驶时的稳定性,还要考虑乘客的舒适性以及对燃料、轮胎消耗的影响。汽车在弯道上行驶时,不同的μ值对乘客的舒适感和对燃料、轮胎消耗的影响见表4和表5。
《公路工程技术标准》JTG B01-2003中的μ值按0.035~0.040取用,计算得出公路不设超高圆曲线最小半径值。结合我国城市道路大型客、货车较多的特点,城市道路不设超高圆曲线最小半径按μ=0.067和i=-2%计算得出。设超高圆曲线最小半径一般值按μ=0.067和i=2%~6%计算得出。城市道路由于非机动车的干扰,交叉口较多,一般车速偏低,因此μ值可加大些。本规范中,设超高圆曲线最小半径极限值按不同的设计速度,μ=0.14~0.16,i=2%~6%计算得出。圆曲线半径理论计算值与规范采用值见表6。
2 长直线下坡尽头接平曲线半径的线形组合在城市道路中较多,且较易产生交通事故,尤其在雨雪天等不利的气候条件下。对受条件限制时,可从提高路面抗滑性能、交通安全、交通管理等方面考虑采取防护措施。
6.3.3 缓和曲线设置应符合下列规定:
1 缓和曲线应采用回旋线。
2 直线与圆曲线或大半径圆曲线与小半径圆曲线之间应设置缓和曲线。当圆曲线半径大于表6.3.3-1不设缓和曲线的最小圆曲线半径时,直线与圆曲线可直接连接。
3 当设计速度大于或等于40km/h时,半径不同的同向圆曲线连接处应设置缓和曲线。当受地形限制并符合下列条件之一时,可采用复曲线:
1)小圆半径大于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 当设计速度小于40km/h时,缓和曲线可采用直线代替,直线长度应满足缓和曲线最小长度的要求。
5 缓和曲线最小长度应符合表6.3.3-2的规定。当圆曲线按规定需设置超高时,缓和曲线长度还应大于超高缓和段长度。
6 缓和曲线参数A宜根据线形要求和地形条件确定,并应与圆曲线半径相协调,宜满足R/3≤A≤R的要求。当圆曲线半径小于100m时,A宜接近R;当圆曲线半径大于3000m时,A宜接近R/3。
6.3.3 缓和曲线
1 不设缓和曲线的最小圆曲线半径
直线和圆曲线之间插入缓和曲线后,与直线和圆曲线直接相连接比较,产生位移量e。设置或不设置缓和曲线,以20cm的位移量为界限。位移量e<20cm可不设缓和曲线,位移量e≥20cm时设缓和曲线。
当e=0.2m及t=3s时,得出不设缓和曲线的最小圆曲线半径为:
R=0.144V2 ?(4)
为不影响驾驶员在视觉和行驶上的顺适,不设缓和曲线的最小半径值为式(4)计算值的2倍,不设缓和曲线的最小圆曲线半径计算值见表7。
对设计速度小于40km/h的支路,作为次干路与街坊路的连接线,以服务沿线地块、交通设施等为主,对其设置缓和曲线不做要求。
随着计算机辅助设计在道路几何设计中的应用,设计人员对于直线与圆曲线间或圆曲线与圆曲线间的连接都基本采用了缓和曲线的连接方式。因此,在低速状态下的直线与圆曲线或圆曲线与圆曲线的连接标准也可使用缓和曲线。
2 缓和曲线长度
车辆从直线段驶入圆曲线或从圆曲线驶入直线段,由大半径圆曲线驶入小半径圆曲线或由小半径圆曲线驶入大半径圆曲线,为了缓和行车方向和离心力的突变,确保行车的舒适和安全,在直线和圆曲线间或半径相差悬殊的圆曲线之间需设置符合车辆转向行驶轨迹和离心力渐变的缓和曲线。由离心力作为控制产生的缓和曲线最小长度应满足以下要求:
1)驾驶员易操作,乘客感觉舒适。汽车行驶在圆曲线上引起的离心力与缓和系数αP有关,见式(5)。
2)行驶时间不宜过短,汽车在缓和曲线上行驶时,使驾驶员有足够的时间转动方向盘,以适应前方线形的改变,也使乘客感到舒适。缓和曲线上行驶时间采用3s,按式(7)计算。
3 缓和曲线参数
调查表明,由于使用了长的缓和曲线,在视觉上线形变得自然平顺,行驶更加安全舒适,缓和曲线参数A值的灵活运用增加了线形设计的自由度,使得线形与地形更容易相适应。《公路路线设计规范》JTG D20-2006规定了“缓和曲线参数宜依据地形条件及线形要求确定,并与圆曲线半径相协调。”
即:
1)当R小于100m时,A宜大于或等于R。
2)当R接近于100m时,A宜等于R。
3)当R较大或接近于3000m时,A宜等于R/3。
4)当R大于3000m时,A宜小于R/3。
6.3.4 平曲线由圆曲线和两端缓和曲线组成,平曲线设置应符合下列规定:
1 平曲线与圆曲线最小长度应符合表6.3.4-1的规定。
2 道路中心线转角α小于或等于7°时,设计速度大于或等于60km/h的平曲线最小长度还应符合表6.3.4-2的规定。
6.3.4 平曲线长度
1 平曲线指道路线形上的曲线部分,完整的平曲线包括一个圆曲线和两个缓和曲线。汽车在平曲线上行驶时,如曲线过短,驾驶员操纵方向盘时变动频繁,在高速行驶时感到危险,加上离心加速度变化率过大,使乘客感到不舒适。因此,必须确定不同半径与设计速度条件下的平曲线最小长度。《日本公路技术标准的解说与运用》中认为,汽车通过平曲线的时间6s较为合适;汽车通过平曲线中间一段圆曲线的时间3s较为合适。平曲线和圆曲线的最小长度按下式计算。
平曲线长度除应满足设置缓和曲线或超高、加宽过渡的需要外,还应保留一段圆曲线,以保证汽车行驶状态的平稳过渡。平曲线最小长度是按缓和曲线最小长度的2倍控制,实际上是一种极限状态,此时曲线为凸形缓和曲线,驾驶者会感到操作突变且视觉亦不舒顺。因此,建议最小平曲线长度取值按理论上至少应该不小于3倍缓和曲线最小长度,即保证设置最小长度的缓和曲线后,仍保留一段相同长度的圆曲线。
平曲线及圆曲线最小长度计算值与规范采用值计算见表9。
2 在地形条件许可的情况下路线转角争取尽可能小,才能达到路线顺直。但转角太小,容易引起驾驶员的错觉,把曲线长度误认为比实际的短,或认为道路急转弯,造成驾驶员感觉道路在顺适地转弯,这种现象转角越小越显著。所以转角越小越要插入长的曲线,必须使其产生道路在顺适转弯的感觉。在转角小的曲线部分为使驾驶员识别出是曲线,应适当加大外距;特别是连续流交通的道路,更应注重小转角的影响。
引起驾驶员错觉的道路转角临界值采用7°,以7°作为引起驾驶者错觉的临界角度也只是一种经验值,因为通过选择合适的圆曲线半径,或设置足够的长度的曲线可以改善视觉效果,这才提出小转角的最小曲线长度的限制问题。
而一般城市道路受规划红线、用地条件的限制,存在小转角的情况是比较普遍的。要取消小转角,往往需要增加较大的工程量和巨大的动拆迁。另外,城市道路车辆密度较大,变换车道也较频繁,同时由于沿线交叉口的存在,驾驶员的注意力一般较为集中,因小转角的存在而发生交通安全事故的概率较小。因此,本次对设计速度小于60km/h的地面道路,不再做小转角的规定,只要满足平曲线规定的最小长度即可。
6.4 圆曲线超高
在道路曲线部分汽车行驶时所承受的离心力被路面超高使汽车产生的横向力及路面与轮胎之间的摩擦力抵消,因而能保持横向稳定,顺利行驶。超高设计及超高率计算应考虑把横向摩擦力减至最低程度。对于确定的设计速度,最大超高值的确定主要取决于曲线半径、路面粗糙率以及当地气候条件。在潮湿多雨以及季节性冰冻地区,过大的超高易引起车辆向内侧滑移,尤其是当拥堵造成弯道车速低甚至停止的情况下,所以应对超高横坡度加以限制。
快速路上行驶的汽车为了克服行车中较大的离心力,超高横坡度可较一般规定值略高。处于市区的城市道路因受交叉口、非机动车以及街道两侧建筑的影响,不宜采用过大的超高横坡度。综合各方面的情况后,拟定最大超高横坡度如下:设计速度100km/h、80km/h为6%,设计速度60km/h、50km/h为4%,设计速度小于或等于40km/h为2%。
对于通行大型货车比例较高的路段,如在高路堤、高架桥、跨线桥等曲线处,由于车辆超速行驶、集装箱车辆转锁装置未上锁,极易导致箱体滑脱、侧翻等甩箱情况的出现,对构筑物的曲线外侧或下方辅道或地面道路构成安全隐患。针对此类情况,可考虑提高一级设计速度进行超高值的验算,必要时应对道路平纵线形、横断面布置进行调整。
设超高时,应考虑超高渐变率,以确定超高缓和段长度。超高渐变率为旋转轴与路面边缘之间相对升降的比率。由于超高旋转轴、回转角速度以及车道数等因素不同,不可能做统一规定。立交匝道无论圆曲线半径大小,均应设置超高。
非机动车道、人行道不宜设置超高,但应满足设置正常路拱横坡的要求。
6.4.1 当圆曲线半径小于本规范表6.3.2中不设超高最小半径时,在圆曲线范围内应设超高,最大超高横坡度应符合表6.4.1的规定。当由直线段的正常路拱断面过渡到圆曲线上的超高断面时,必须设置超高缓和段。
6.4.2 超高的过渡方式应根据横断面形式、结合地形条件等因素决定,并应利于路面排水。单幅路及三幅路横断面形式超高旋转轴宜采用中线,双幅路及四幅路宜采用中间分隔带边缘线,使两侧车行道成为独立的超高横断面(图6.4.2)。
6.4.3 当由直线上的正常路拱断面过渡到圆曲线上的超高断面时,必须在其间设置超高缓和段。超高缓和段长度应按下式计算:
Le = b · △i/ε (6.4.3)
式中:Le——超高缓和段长度(m);
b——超高旋转轴至路面边缘的宽度(m);
△i——超高横坡度与路拱坡度的代数差(%);
ε——超高渐变率,超高旋转轴与路面边缘之间相对升降的比率,应符合表6.4.3的规定。
6.4.4 超高缓和段应满足路面排水要求,超高缓和段的纵向渐变率不得小于1/330。
6.4.5 超高缓和段应在缓和曲线全长范围内进行。当缓和曲线较长时,超高缓和段可设在缓和曲线的某一区段范围内进行。当设计速度小于40km/h时,超高缓和段可在直线段内进行。
6.4.6 超高缓和段长度与缓和曲线长度两者中应取大值作为缓和曲线的计算长度。
6.4.7 超高缓和段起终点处路面边缘应圆顺,不得出现竖向转折。
6.5 圆曲线加宽
汽车在平曲线上行驶时,各车轮行驶的轨迹不同。靠曲线内侧后轮的行驶曲线半径最小,靠曲线外侧前轮的行驶曲线半径最大。因此,汽车在曲线上行驶时所占的车道宽度比直线段大。为保证汽车在转弯过程中不侵占相邻车道,圆曲线半径小于或等于250m时,应在圆曲线内侧加宽。
根据汽车在圆曲线上行驶时的相对位置关系所需的加宽值bw1和不同车速情况下的汽车摆动偏移所需的加宽值bw2,每车道加宽值计算如下:
小客车、大型车的加宽值bw为:
式中:agc——小客车、大型车轴距加前悬的距离,或铰接车前轴距加前悬的距离(m);
acr——铰接车后轴距的距离(m);
V——设计速度(km/h);
R——设超高最小半径(m)。
本规范每车道加宽值是根据《城市道路工程设计规范》CJJ 37-2012中规定的车辆类型和上述公式计算得出的。加宽缓和段可采用线性加宽、抛物线加宽等方式。加宽缓和段的加宽值由直缓点(缓直点)加宽为零,按比例增加到缓圆点(圆缓点)全加宽值。
6.5.1 当圆曲线半径小于或等于250m时,应在圆曲线范围内设置加宽,每条车道加宽值应符合表6.5.1的规定。
6.5.2 圆曲线上的路面加宽应设置在圆曲线的内侧。当受条件限制时,次干路、支路可在圆曲线的两侧加宽。
6.5.3 圆曲线范围内的加宽应为不变的全加宽值,两端应设置加宽缓和段。
6.5.4 加宽缓和段的长度宜符合下列规定:
1 当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长度相同的数值。
2 当不设缓和曲线或超高缓和段时,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计算,且长度不应小于10m。
6.6 视 距
6.6.1 各级道路的停车视距不应小于表6. 6.1的规定值。
6.6.1 该条为强制性条文,主要是为了确保行车安全。当车辆行驶时,驾驶员一旦发现前方有障碍物,或迎面开来的车辆,应及时采取措施,防止车辆与障碍物或车辆与车辆相撞。完成此过程所需的最短行车距离称为停车视距。
停车视距由反应距离、制动距离及安全距离组成,按式(11)和式(12)计算:
6.6.2 积雪或冰冻地区的停车视距应适当增长,并应根据设计速度和路面状况计算取用。
6.6.2 我国幅员辽阔,在东北、内蒙古、新疆以及西北、西南高原等大面积国土上,冬季都存在着不同程度的降雪和冰冻,冰雪路面的附着系数明显下降,车辆制动距离显著增加。
冰雪路面摩擦系数与车速及路面状况有关。路面摩擦系数随车速的增加而减小,《公路路线设计规范》JTG D20-2006和《公路项目安全性评价指南》JTG/T B05-2004中对小客车停车视距的计算与评价,根据20km/h~100km/h不同的设计车速,其路面摩擦系数取0.44~0.30。
路面状况分为干燥、潮湿、冰雪等情况,而自然条件下的冰雪路面根据冰雪表态可以分为松软雪路面、压实雪路面和结冰路面等。冰雪路面的摩擦系数较干燥路面大大降低,根据有关研究,其摩擦系数一般为0.15~0.30。《公路项目安全性评价指南》JTG/T B05-2004中对货车停车视距评价,货车轮胎与路面的纵向摩擦系数,不论运行速度大小,一律取值为0.17。考虑到积雪或冰冻地区路段行驶的车速会有较大幅度的降低,停车视距应根据实际运行速度和路面状况,选取合适的摩擦系数,按式(12)进行计算。
6.6.3 当对向行驶的车辆有会车可能时,应采用会车视距,其值应为本规范表6.6.1中停车视距的2倍。
6.6.3 视距有停车视距、会车视距、错车视距和超车视距等。在城市道路设计中,主要考虑停车视距。如车行道上对向行驶的车辆有会车可能时,应采用会车视距,会车视距为停车视距的2倍。
6.6.4 平曲线内侧的路堑边坡、挡墙、绿化、声屏障、防眩设施等构筑物或建筑物均不得妨碍视线。
6.6.5 对设置平纵曲线可能影响行车视距路段,应进行视距验算。
6.6.4、6.6.5 视距是道路设计的主要技术指标之一,在道路的平面上和纵断面上都应保证必要的视距。如平面上挖方路段的弯道和内侧有障碍物的弯道,以及纵断面上的凸形变坡处、立交桥下凹形变坡处,均存在视距不足的问题,设计时应加以验算。验算时物高为0.1m,凸形竖曲线时目高为1.2m,凹形竖曲线时目高为1.9m。
在平曲线范围内为使停车视距规定值得到保证,应将平曲线内侧横净距范围内的障碍物予以清除,根据视距线绘出包络线图进行检验。
6.6.6 对以货运交通为主的道路,应验算下坡段货车的停车视距。下坡段货车的停车视距不应小于表6.6.6的规定值。
6.6.6 货车存在空载时制动性能差、轴间荷载难以保证均匀分布、一条轴侧滑会引发其他车轴失稳、半挂车铰接刹车不灵等现象。尽管货车驾驶者因眼睛位置高,比小客车驾驶者看得更远,但仍需要比小客车更长的停车视距,尤其是在下坡路段,应按下坡段货车停车视距进行验算。
《公路路线设计规范》JTG D20-2006停车视距计算参数采用运行车速,即按设计速度的85%~90%,纵向摩擦系数采用路面处于潮湿状态下计算得出小客车的停车视距。在此基础上对货车在不同纵坡下的停车视距进行修正。以货运交通为主的城市道路,也应考虑货车交通特征,对货车通行可能存在视距和减速距离潜在危险的区段,尤其是下坡路段进行视距检验。本规范参照《公路路线设计规范》JTG D20-2006,对货车停车视距做了规定。
货车停车视距的物高为0.1m,目高为2.0m。下列路段可按货车停车视距进行检查:
1)减速车道及出口端部;
2)主线下坡路段且纵断面竖曲线半径小于一般值的路段;
3)主线分、汇流处,车道数减少,且该处纵断面竖曲线半径小于一般值的路段;
4)要求保证视距的圆曲线内侧,当圆曲线半径小于2倍一般值或路堑边坡陡于1:1.5的路段;
5)道路与道路、道路与铁路平面交叉口附近。
6.7 分隔带及缘石开口
6.7.1 快速路宜在互通式立体交叉出口上游与入口下游、特大桥、隧道、道路路堑段两端、分离式路基的分离(汇合)处设置中间分隔带紧急开口。中间分隔带开口间距应视需要而定,最小间距不宜小于2km;开口长度应视道路宽度及可通行车辆确定,宜采用20m~30m;开口处应设置活动护栏。
6.7.2 主干路的两侧分隔带开口间距不宜小于300m,开口长度应满足车辆出入安全的要求。路侧带缘石开口距交叉口间距应大于进出口道展宽段长度,道路两侧建筑物出入口宜设在横向支路或街坊内部道路。
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