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1、公路路线及存在的问题,主讲：杨少伟,公路路线必须满足汽车行驶的要求，保证汽车在公路上安全、迅速、经济和舒适地行驶。,与公路路线设计有关的汽车行驶特性主要包括：汽车的行驶轨迹、动力性能、加减速行程、行驶稳定性、制动性以及汽车本身的外廓尺寸等。,概 述,一、汽车行驶轨迹与公路平面线形,1汽车行驶轨迹特性,研究汽车的行驶轨迹特性，目的是为了解决公路平面线形的设计问题。通过大量试验和回归分析，对正常行驶的汽车，无论直行或转弯行驶，其重心留下的轨迹都是一条光滑连续的优美线形，在几何上有以下特性：轨迹是连续的，而且是光滑的；轨迹的曲率是连续的；轨迹的曲率变化率是连续的。,根据汽车行驶轨迹的三条特性，理想的
2、公路平面线形应该与汽车的行驶轨迹完全相符。汽车转变方向行驶是通过驾驶员转动方向盘实现的，当方向盘连续不断转动时，汽车沿不断变化的曲率半径转向行驶。汽车转变方向的操作过程，能使公路平面线形分段采用不同性质的几何形状，模拟汽车的行驶轨迹，适应汽车转向的简单操作过程。同时，这种公路平面线形不同性质几何形状的不断变换组合，能使公路线形适应自然条件的不断变化，实现公路平面线形满足汽车行驶轨迹和自然条件变化的要求。,2公路平面线形,一、汽车行驶轨迹与公路平面线形,公路平面线形采用不同性质的几何形状，即供汽车直线向前行驶的直线线形，其曲率为零；供汽车方向盘以某一不变转角转弯行驶的圆曲线线形，其曲率为定值；供
3、汽车连续不断转向行驶的缓和曲线线形，其曲率渐变。直线、缓和曲线及圆曲线构成的公路平面线形，满足汽车行驶轨迹特性的第（1）、（2）条，即轨迹的曲率是连续的，而在连接点ZH、HY、YH、HZ点不满足第（3）条曲率的变化率连续的特性。尽管不能满足第（3）条特性，但因其与理想的平面线形比较接近，同时汽车是在具有一定富余宽度的车道内行驶，足以满足线形误差，因此，目前世界各国普遍采用这种平面线形。,一、汽车行驶轨迹与公路平面线形,2公路平面线形,一、汽车行驶轨迹与公路平面线形,根据目前公路线形设计现状，下列问题需要进一步深入研究：目前国际上普遍采用回旋线作为缓和曲线，在使用精度范围内，回旋线可以 满足公路
4、线形设计需要，且数学公式简单，没有必要再寻求更精确的缓和曲线数学表达式，而应重点研究平面三要素的合理组合应用问题，如直线的最大长度、曲线间的直线长度、直线与圆曲线半径的协调配合等。从路基和边坡稳定性考虑，研究平面线形三要素与工程数量、填挖高度的关系。,3需进一步研究和注意的问题,一、汽车行驶轨迹与公路平面线形,从行车安全考虑，研究平面线形三要素与交通事故的关系，以指导公路线形设计。从生态环境考虑，研究公路线形与环保、生态、气候、地质等的问题，研究特殊地区和不良地质地区的公路平面线形。,3需进一步研究和注意的问题,二、汽车动力性能与公路纵坡度,汽车的动力性能是指汽车所具有的加速、上坡、最大速度等
5、性能。汽车的动力性愈好，速度就愈高，所能克服的行驶阻力也愈大。根据汽车运动方程式，公路上行驶中的汽车，当驱动力等于各种行驶阻力之和时，汽车等速行驶；当驱动力大于各种行驶阻力之和时，汽车加速行驶；当驱动力小于各种行驶阻力之和时，汽车减速行驶，直至停车。,1汽车的动力性能,二、汽车动力性能与公路纵坡度,各级公路允许的最大纵坡是根据汽车的动力性能、制动性能、公路等级、自然条件以及工程和运营经济等因素，通过综合分析，全面考虑，合理确定的。,2公路纵坡度,汽车的动力性能不同类型的汽车具有不同的动力性能和制动性能，其上坡时的爬坡能力和下坡时的制动效能也各不相同。按照公路上行驶的车辆类型及其所具有的动力性能
6、来确定汽车规定速度下的爬坡能力和下坡安全，是确定公路最大纵坡的常用方法。最大纵坡应能保证汽车在一定的速度下顺适、安全上下坡，并留有一定余地，不能按最低档位的最大爬坡能力确定，也应考虑汽车装载的适量超载，以策安全。,二、汽车动力性能与公路纵坡度,2公路纵坡度,公路等级不同的公路等级对应于不同的设计速度，而汽车的爬坡能力与行驶速度成反比，等级高时通行能力大，要求的行车速度也高，相应其纵坡应小。因此，不同等级、性质的公路，其最大纵坡的限制值不应相同。在确定最大纵坡时，必须把保证各级公路具有规定的设计速度作为前提。,二、汽车动力性能与公路纵坡度,2公路纵坡度,自然条件公路所经地区的地形、海拔高度、气温
7、、降雨、冰雪等自然因素对汽车的行驶条件和爬坡能力都会产生影响。,二、汽车动力性能与公路纵坡度,2公路纵坡度,公路最大纵坡与汽车的动力性能密切相关，但由于汽车系统动力学研究的滞后，使公路最大纵坡缺乏理论支持。目前关于最大纵坡的规定是通过调查得到的，需要在理论上根据系统动力学研究确定，然后通过实际调查数据加以修正。针对低等级的山区公路，根据工程和运营的经济性，以及行车的安全性，规定了平均纵坡5.0%5.5%，且任意连续3km的平均纵坡不大于5.5%。对于目前大量建设的高速公路，最大纵坡只有5.0%左右，显然过去的规定已不适用高速公路，迫切需要研究山区高速公路的平均纵坡规定。随着公路隧道大量修建，以
8、及长大隧道的出现，隧道内路线纵坡值也引起广大学者重视，目前正在研究的是基于汽车尾气排放的隧道内最大纵坡的研究。,二、汽车动力性能与公路纵坡度,3需进一步研究和注意的问题,三、汽车加、减速行程与公路坡长限制,根据动力因数D与行车速度V的关系，对不同的道路阻力，汽车的行驶状态有三种：当 D 时,a0,加速行驶；当 D 时,a0,等速行驶；当 D 时,a0,减速行驶。,1汽车的加、减速行程,最小坡长从行车角度，纵断面上变坡点过多、过近，使纵向起伏变化频繁，车辆行驶上、下颠簸，影响行车的舒适和安全，车速愈高表现愈明显。从公路线形角度，相邻变坡点之间的距离不应过短，以插入适当的竖曲线来缓和纵坡，也利于平
9、、纵线形合理的组合与布设。,三、汽车加、减速行程与公路坡长限制,2公路坡长限制,三、汽车加、减速行程与公路坡长限制,2公路坡长限制,最大坡长汽车上坡行驶时需克服坡度阻力，坡长过长，长时间采用低速档行驶，使发动机过热，水箱沸腾，爬坡无力；而下坡行驶时，因坡度过陡过长，汽车需频繁制动，易产生超速行驶或制动失效，影响行车安全。在高速公路以及快慢车混合行驶的公路上，长大纵坡还会影响行车速度和通行能力。,现行技术标准中关于最大坡长的限制是针对整体式断面制订的，当地形条件限制或为了减少开挖数量而采用分离式断面时，单方向只有上坡行驶或下坡行驶，因上、下坡汽车行驶特性不同，最大坡长限制也应不同，针对分离式断面
10、的坡长限制问题需进一步研究。从上坡恢复损失的速度和下坡缓和制动、保障行车安全考虑，陡坡之间缓坡的大小和长度需进一步研究。,三、汽车加、减速行程与公路坡长限制,3需进一步研究和注意的问题,三、汽车加、减速行程与公路坡长限制,3需进一步研究和注意的问题,根据汽车的动力性能，载重汽车在长大陡坡上上坡行驶时，因克服较大的坡度阻力，使行驶速度显著下降，在高速公路上会造成通行能力下降，服务水平降低，超车机会增多而影响行车安全。解决的方法是在长大陡坡的右侧设置爬坡车道，使重型车分离行驶，减少对正线车辆的干扰。但目前爬坡车道的设置条件主要是引用国外的规定，结合我国实际情况，研究符合实际、可操作性强的确定方法是
11、必要的。,四、汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标,汽车的行驶稳定性是指汽车在行驶过程中，在外力（重力、离心力等）作用下，汽车尚能保持正常行驶状态和方向，不致失去控制而产生滑移、倾覆等现象的能力。汽车行驶的纵向稳定性汽车行驶的横向稳定性汽车行驶的纵横组合向稳定性,1汽车的行驶稳定性,公路纵坡控制指标根据汽车行驶时纵向稳定性的条件=，公路设计纵坡,现代汽车前后轮均为制动轮，则条件变为。,四、汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标,2公路平、纵控制指标,四、汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标,2公路平、纵控制指标,公路平曲线控制指标汽车在平曲线上行驶上时，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力方向产生横向滑移。根
12、据汽车行驶时横向稳定性条件，必须使横向力小于轮胎和路面之间的横向附着力，即。,四、汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标,2公路平、纵控制指标,公路纵横组合控制指标当平曲线与纵坡组合时，为了防止汽车沿合成坡度方向滑移，应将超高横坡与纵坡的组合坡度控制在适当范围以内。根据受力分析，汽车沿纵横组合方向的稳定性条件为。,平、纵控制指标是保证安全的极限值，一般设计采用的指标均小于极限值，正常行驶状态下可以保证汽车行驶的稳定性。但在超高、超载、超速情况下可能出现行车危险。目前在我国的公路上，超高装载现象比较少，而超载和超速现象比较严重，引起的交通事故占到80%左右。因此，治超问题是目前急待解决的难题。汽车行驶
13、的纵向稳定性，是在汽车等速上坡正常行驶情况下推导的稳定条件，即假定惯性阻力为零，上坡车速低略去了空气阻力和滚动阻力。显然，最不利的情况是汽车下坡行驶且紧急制动时更易发生纵向滑移或倾覆的事故，这是以后应研究的问题。,四、汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标,3需进一步研究和注意的问题,四、汽车行驶稳定性与公路平纵控制指标,公路平、纵线形初定以后，采用什么方法检查和评价设计成果，保证汽车行驶的平顺和安全，实现公路线形的连续性设计，是目前急待深入研究的问题。运行速度的预测方法、评价方法与评价标准等，还需进一步完善。在公路设计阶段，当路线平、纵、横技术指标确定后，对设计路线如何限速、在何处限速、限速多少的
14、问题需要研究。,3需进一步研究和注意的问题,五、汽车制动性与公路视距和避险车道,汽车的制动性是指汽车行驶中，强制降低车速以至停车，且能维持行驶方向和在下坡时能保持一定速度行驶的能力。制动性直接关系到汽车的安全行驶，一些重大的交通事故常与制动距离太长有关。制动距离一般指汽车从制动生效到汽车安全停住这段时间内所走的距离，它是评价汽车制动性能基本的指标。,1汽车的制动性,五、汽车制动性与公路视距和避险车道,公路视距公路视距包括行车视距、会车视距、错车视距及超车视距，其中会车视距和错车视距约为停车视距的2倍，超车视距一般与制动距离没有关系，而停车视距与制动距离直接相关。,2公路的视距和避险车道,五、汽
15、车制动性与公路视距和避险车道,2公路的视距和避险车道,避险车道对于山区长、陡下坡路段，根据汽车动力性，汽车将加速行驶，为保持一定速度安全下坡，需要频繁制动以降低车速。这种强制减速的行驶状态，容易产生因汽车制动器发热引起制动失效，而使汽车行驶速度失控，或尽管汽车制动器未失效，但因超速过高减速不及而引起速度失控。速度失控的直接结果，遇到较小半径的平曲线时侧滑或侧翻到路外，或与行驶中的其它车辆相撞等，导致交通事故。为此，应考虑在长、陡下坡路段右侧适当地点设置避险车道，供速度失控车辆驶入，并强制减速，避免或减少交通事故。,隧道内因行车条件与洞外的变化，使得驾驶员的视觉和心理也与洞外产生一定差异，驾驶员
16、的反应时间可能受到影响，因此隧道内停车视距也会与洞外不同，需要深入研究。对于视距的要求是通过平面的视距曲线和纵断面的竖曲线半径保证的，当公路修建通车后，实际上是一个立体视距保证问题，平面或纵断面可能满足视距的要求，但在立体视距中有可能不满足。,五、汽车制动性与公路视距和避险车道,3需进一步研究和注意的问题,五、汽车制动性与公路视距和避险车道,3需进一步研究和注意的问题,在高速公路上，由于中央分隔带宽度内设有防撞护栏、绿化或防眩设施等，汽车在邻接中间带的超车车道上行驶时，可能因驾驶员视线受到阻挡而存在停车视距不足问题，给交通安全带来隐患。这种情况在山区高速公路小半径平曲线与凸形竖曲线组合时经常存
17、在，但未引起人们的重视，如何保证足够的停车视距，还需要进一步研究。避险车道是近几年在我国公路上采用的设施，处于探索阶段，关于避险车道的设置地点、设置条件、设置长度、设置型式、设置数量等问题，还需要深入研究。,六、汽车外廓尺寸与公路横断面,公路上行驶的车辆主要是汽车，汽车的行驶特性、外廓尺寸以及行驶于公路上不同类型车辆的组成对公路几何设计起决定作用，比如确定路幅组成、车道宽度、弯道加宽、行车视距等都与设计采用的车辆密切相关。因此，选择有代表性的车辆作为公路设计的依据是必要的，公路设计所采用的具有代表性的车辆称为设计车辆。,1汽车的外廓尺寸,行车道宽度路肩宽度平曲线加宽视线高度公路建筑限界建筑限界
18、又称净空，是由净高和净宽组成。公路建筑限界是为保证公路上各种车辆、人群的正常通行与安全，在一定高度和宽度范围内不允许有任何障碍物侵入的空间界线。在公路横断面及各组成部分设计中，绝对不允许桥台、桥墩以及照明灯柱、护栏、信号机、标志、行道树、电杆等设施侵入公路建筑限界以内。,六、汽车外廓尺寸与公路横断面,2公路横断面,在山区高速公路建设中，常会遇到沟谷狭窄的地形或横坡较陡的山坡地带，若按正常的路基横断面布设，会产生高填方、高边坡，使开挖工程量很大，造成边坡稳定性差、破坏自然生态环境等严重问题。除采用整体式横断面外，尽量采用分离式横断面，合理缩减路肩宽度或中间带宽度。对于分离式横断面设置、合理最小路肩宽度以及紧急停车带的设置等问题还需要深入研究。我国中间带的宽度及护栏高度是引用国外的规定制定的，需要结合我国通行车辆和用地使用实际，通过试验研究确定。,六、汽车外廓尺寸与公路横断面,3需进一步研究和注意的问题,谢谢,
