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道路线形设计中安全问题研究综述

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湖南大学土木工程学院
2024-04-09

前言
线形是道路的骨架，它对行车的安全、舒适、经济及道路的通行能力起决定性的影响。城市道路线形是由直线与曲线连接而成的空间立体线形形状，也就是道路中心线的空间描绘。线形设计不好，轻者乘客会感到不舒服，严重则影响车辆行驶的安全性，甚至造成交通事故。究其原因，道路设计规范只对某些技术指标，如:平曲线半径、竖曲线半径、纵坡坡度、坡长等分别做了规定，而对这些指标之间的组合以及特殊性考虑甚少，如果设计人员不从行驶车辆的安全性上考虑，那么，设计出的道路就不会是一条好的道路。一条线形好的道路，应该首先保证车辆安全、迅速、舒适的行驶。因此，道路设计者对道路路安全问题有着不可推卸的责任。

目录
插图索引…………………………………………………………………………………4
附表索引…………………………………………………………………………………5
1.绪论……………………………………………………………………………………6
1.1背景及目的 …………………………………………………………………………6
1.2国内外研究状况……………………………………………………………………8
1.3主要内容及结构……………………………………………………………………10
2.道路平面设计中的安全问题………………………………………………………11
2.1直线线形与安全……………………………………………………………………11
2.1.1长直线的安全问题………………………………………………………………11
2.1.2短直线的安全问题………………………………………………………………12
2.2平曲线的安全问题…………………………………………………………………12
2.2.1平曲线半径与安全………………………………………………………………12
2.2.2平曲线长度与安全………………………………………………………………14
3、道路纵断面设计中的安全问题……………………………………………………17
3.1纵坡、坡长与安全问题……………………………………………………………17
3.2竖曲线的设计与安全问题…………………………………………………………21
3.3爬坡车道与避险车道设计中的安全问题…………………………………………24
4、道路横断面设计中的安全问题……………………………………………………25
4.1车道、路肩及中间带宽度与安全…………………………………………………25
4.2平曲线加宽、超高与安全…………………………………………………………26
4.3道路视距与行车安全………………………………………………………………27
5、道路线形组合与行车安全…………………………………………………………29
5.1平纵线形组合的基本要求…………………………………………………………29
5.2纵断面线形组合……………………………………………………………………30
5.3平面线形与纵断面线形组合………………………………………………………30
6、总结及展望…………………………………………………………………………33
致谢……………………………………………………………………………………34
参考文献………………………………………………………………………………35
插图索引
图1.1 恶性交通事故………………………………………………………………………7
图1.2 良好纵断面…………………………………………………………………………8
图2.1 各级公路圆曲线最小半径…………………………………………………………13
图3.1 纵断面示意图………………………………………………………………………18
图4.3.1各级公路的停车视距表…………………………………………………………28
图4.3.2各级公路的停车视距表…………………………………………………………28

附表索引
表2.2各级公路缓和曲线最小长度………………………………………………………………14
表2.3 城市道路缓和曲线最小长度表…………………………………………………………14
表2.4城市道路不设缓和曲线最小圆曲线半径表………………………………………………15
表3.3最小纵坡限制值…………………………………………………………………………19
表3.4城市道路纵坡段最小长度………………………………………………………………20
表3.5各级公路合成坡度限制值………………………………………………………………21
表3.6竖曲线半径值……………………………………………………………………………23
表4.1城市道路机动车车道宽度………………………………………………………………25

1、绪论

1.1背景及目的

在最近十几年内，我国的道路发展取得了令世人瞩目的巨大成就。到2003年，我国高速道路通车和在建总里程接近3万km。与此相伴的是汽车运输业的突飞猛进地发展。但是在欣欣向荣快速发展的背后，道路交通安全形势却不容乐观，道路交通事故连续多年呈现上升趋势。交通事故起数从1986年的29万起上升到2002年的77万多起，年均增长6.3%；死亡人数由5万人上升到10.9万人，年均增长5%。去年全国因道路交通事故死亡10.9万人，受伤56.2万人，直接经济损失33.2亿元。目前，我国交通安全状况已经非常严峻。中国道路典型安全特征为：1.事故率高；2.严重事故与事故死亡率高；3.事故率增长率高；如果任凭状况如此发展，后果将不堪设想。
那么，我国的道路交通安全到底存在哪些问题呢？在我国，相当一部分交通量都集中在主要的国家高速和省级干线道路上，较多的省道和地区及县乡道路的交通量都相对较小。根据2002年我国道路安全事故调查统计结果，我国总的交通安全事故数为770,000起，一般公路就占了约90％。实际情况表明，占公路总里程绝大多数的一般道路所发生的绝对交通事故数远远高于高速公路。其中,由于道路设计的缺陷所致的交通事故占了一定比道路线形设计是道路设计的核心和主干，线形设计应注重遵循连续性、均衡性和协调性原则，保证行车安全。当前道路线形设计的安全评价研究通常是通过事后统计分析道路交通事故数据来完成的，国内现在还没有成熟的对线形设计的安全性进行评价的方法。设计质量与安全尚无检查依据和判定标准，使线形设计存在隐性安全问题。实际上，根据事故成因关联性分析，直接或者问接由道路因素引起的交通事故达到３０％左右甚至更高。因此；深入研究道路安全就不可避免的研究道路条件在道路交通事故中的作用，特别是在道路设计的各个重要方面其对道路安全的影响，这正是本研究的关键所在。虽然人的因素不能排除，但是可以通过改善道路条件以使驾驶员在驾驶中减少犯错误的可能性，从而使交通事故大大减少。线形作为道路的骨架，其平、纵、横线形是永久性的设计要素，在道路建成后很难再来改善线形的缺陷，为使线形在设计阶段工程造价具有晟优经济性的同时，其使用质量及服务水平在运营阶段也具有最佳的安全性，设计阶段就应对线形的安全问题进行研究。通过线形的安全问题进行研究，从而使得线形元素的选取以及它们之问的搭配在安全上尽量满足各项需求，优化、改进线形设计，预防交通事故的发生，减少人员伤亡和财产损失。

图1.1 恶性交通事故

因此，随着道路建设的发展，道路交通安全问题越来越受到人们的关注。我国交通部《道路勘察设计典型示范工程咨询示范要点》明确提出了“安全、环保、舒适、和谐”的设计理念。交通部副部长强调，在交通发展的新理念上，勘察设计工作必须做到“六个坚持，六个树立”。第一个即是“坚持以人为本，树立安全至上的理念”可见安全问题已经被提到首要重要地位了。因此，在大力发展交通事业的同时，必须将“安全意识”引入道路的设计中，通过完善的道路设计，来有效地控制交通安全，减少交通事故，减少经济损失。
图1.2 良好纵断面

1.2国内外研究状况

在国外，欧、美、日等国家的汽车工业和道路建设发展迅速。开展道路安全研究的工作也较早，其研究主要集中在以下几个方面：(1)道路线形几何因素与交通安全德国的Rafroos教授采用计算机可视化技术。对道路空间线形进行优化设计，以提高道路设计的安全性。Roos教授所在的大学开发了一套可视化设计软件，设计者可以从驾驶员的视点观察道路景观，报据视觉规则可以定量地评价道路几何线形设计的好坏，这使得计者能够及时发现设计中驾驶员视距不足的安全隐患。研究发现：当平曲线与凸型竖曲线组合时，驾驶员会判断失误，认为平曲线半径比实际小相反，当平曲线与凹型竖曲线组合时，驾驶员则认为半径比实际大哪。美国的Andrew和Joe对双车道公路事故、线形、路侧环境进行了统计和分析，建立了双车道公路事故预测模型。该模型不仅考虑了空间线形对道路安全的影响，而且把路侧环境因素（危险度）；lla模型中。对道路的设计和改建具有较大的指导意义。但该模型只是针对双车道的公路。对空间线形组合产生的叠加效应考虑不足，需要进一步的修正和验证。（2）运行车速与交通安全由于车速与道路交通安全有着比较密切的关系。因此，不少学者把运行车速作为研究道路安全的一个重要指标。澳大利亚通过研究建立了运行车速预测模型。研究表明交通事故率与超速行驶有着必然的联系。美国、瑞士和澳大利亚等国家将相邻路段问运行车速差△v作为评价道路安全性的指标。（3）交通冲突与交通安全交通冲突技术是国际交通安全领域中新近开发出的一种非事故统计评价理论方法。经过西方各国交通安全专家们的多年努力，现己趋于成熟完善。通过一定周期的观测，结合己有的事故统计资料，对事故数、交通冲突数和冲突严重程度进行回归分析，从而评价全无控制交叉口、信号控制交叉口、环形交叉口的安全状况，并从减少冲突的角度出发，提出安全改进措施，最后运用前后分析法对改善措施的有效性进行评价，评价的标准仍为冲突数和冲突的严重程度。瑞典学者把冲突技术程序化，从冲突的评价标准，观测方法、评价方法等方面，建立了瑞典冲突技术进行道路交通安全改造。（4）道路安全审计较早的安全审计的概念产生于八十年代的英国。1987年，英国政府制订了力争在2000年将交通事故伤亡数降低三分之一的发展战略，为达到这一日标，有关安全检查的理论研究广泛地应用于实方法探索、立法程序等都相继开展起来。翌年，公路安全审计指南问世，安全审计有了系统的体系、方法与程序的支持。从1991年4月起，安全审计成为英国全境主干道、高速公路建设必须进行的程序，从而将安全审计的功能与作用在立法层次上得以确认，使英国成为安全审计重要的发起与发展国。澳大利亚、新西兰都是启动工程项目安全审计程序时间较早、发展较成熟的国家。澳大利亚的许多州在不同层次上开展了安全审计工作，国家交通机构已成立了一个专门的组织。致力于制订国家的安全审计指南嘲。
国内发展现状我国的道路工作尚处在初级阶段，但目前安全工作很受重视。在1996年于北京召开的第二届亚洲道路安全会议中，同济大学发表了。交通事故与道路条件的关系”的研究成果。该文章根据调查与统计分析的交通事故数据，建立了交通事故与道路条件的关系，提出了道路交通安全评价方法。分别就道路交通量、平曲线半径、纵坡、路面路肩宽度、路面摩擦系数、路旁建筑距路面边缘的距离及交叉口状况，确定备因素对道路交通事故率的影响系数。从而确定对交通事故率的综合影响系数ＫＩ。目前我国已展开了‘公路项目安全性评价标准’的研究工作，参照国外的safetyaudit的方法，探索对公路建设项目的设计成果进行安全性审查的评估指标和评估方法。目前湖南省交通工程学会已编撰出版了‘公路设计交通安全审查手册’一书。该书内容包括安全检查表、安全设计指南，安全审查实施程序，基本上届于定性分析。交通部委托同济大学交通运输工程学院编制了‘公路项目安全性评价指南’（征求意见稿k该指南把85％的车辆运行车速与设计车速的差值和相邻评价单元运行车速的差值作为评价指标，用以分析道路路线设计的安全性。北京工业大学交通工程所相继在几个硕士生的研究课题中，建立了。高速公路安全辅助决策支持系统”。这一系统的主体功能包括数据更新与维护、规律统计及显示、事故多发点判断，辅助决策方案提供等。该系统主要为高速公路提供安全管理的决策支持。通过事故数据库的支持。可以进行道路交通事故的统计规律计算，并进一步与道路线形数据库相结合，实施相关因素分析及相关模型的构筑。该系统通过设置事故多发点鉴别模块，可以筛选并显示出事故多发区段，供道路设计决策者参考。通过知识库的建立，为决策者提供了可供选择的方案及提示。这一系统的开发，提供了进行道路交通事故及其相关因素分析的工具，也提供了进行道路交通维护与管理的辅助平台。与此同时，我国道路设计规范也越来越重视道路路线设计与交通安全的关系，在道路设计规范修订过程中，遵照现阶段道路工程建设与发展政策，体现了安全，环保，可持续发展的理含。在吸收国内近年来的科研成果的同时，吸取引进国外先进理念和设计方法，引入“运行速度”和“安全性评价”等概念，在设计阶段体现了对安全的重视。

1.3主要内容及结构

本文主要研究对象是公路和城市道路。道路是一种带状工程结构物，主要包括几何设计和结构设计两部分。本文主要就道路空间几何形状的进行研究，探索分心设计过程中与道路安全的关系。总体分为道路平面设计中的安全问题、道路纵断面设计中的安全问题、道路横断面设计中的安全问题、道路视距与行车安全、道路线形组合与行车安全五个方面展开。

2、道路平面设计中的安全问题

2.1直线线形与安全

直线是道路设计中最常见的线型，其前进方向明确，里程最短，在道路设计中使用较多。一般在定线的时候，只要地势平坦、无大的地物障碍，首先考虑采用直线通过。笔直的道路会形成短捷、直达的美观效果。汽车在直线上行驶受力简单，方向明确，驾驶操作简易。但如果直线路段过长，因道路景观是静止的，容易因驾驶员麻痹松劲，打瞌睡，注意力分散，致使反应迟缓，一旦发生突然的交通情况，就会措手不及而发生事故。直线使用不当会因地形不适应时施工破坏自然景观，影响连续性的同时，更重要的是过长的直线，因道路景观是静止的，容易因驾驶员麻痹松劲，打瞌睡，注意力分散，致使反应迟缓，一旦发生突然的交通情况，就会措手不及而发生事故。驾驶员感到单调、疲倦和急躁，易超速行驶，对安全行车不利。而有时过短的直线也会对行车产生不利影响，比如用于连接两同向曲线间的直线过短时，在视觉上容易形成只限于两端曲线构成反弯的错觉以在道路平面设计时，直线的运用对行车安全具有一定影响。
在道路平面设计时，一般应根据沿线地形、地物条件，驾驶员的视觉、心理感受以及保证行车安全等因素，合理布设直线路段，限制直线的最大长度和最小长度。

2.1.1长直线的安全问题

我国由于地形差异较大，未对其作出统一规定，且在混合交通的道路上，超车、会车、错车以及避让非机动车和行人的机会甚多，驾驶员的感觉与国外也不尽相同。因此为安全起见，在设计不同道路的最大直线长度时根据驾驶员和乘客的心理反应和感受注意以下结果：位于城市附近的道路，由于路旁建筑及景物，驾驶员不会直线过长希望使出的不良反应，直线长度可根据情况任意设定；乡间平原区驾驶员有希望使出的直线的心理普遍存在，要对直线长度加以限制；隔壁草原区，驾驶员易疲劳，但此地性除了直线别无其他选择，人为设置弯道，不但不能改善其单调反而增加路线长度。综上，直线最大长度，在城镇附近以及其他景色有变化的地点可大于20v（v为道路设计速度），景色单调地点最好控制在20v以下。

2.1.2短直线的安全问题

两同向曲线间的直线，为控制直线较短时在视觉上在视觉上容易形成只限于两端曲线构成反弯的错觉而带来安全问题，《道路设计规范》规定：当设计速度>=60km/s时，同向曲线间的直线最小长度不小于6v。反向曲线间的直线，为驾驶员操作的方便，《规范》规定：设计速度>=60km/h时，反向圆曲线直线长度不小于设计速度2倍为宜。

2.2平曲线的安全问题

2.2.1平曲线半径与安全

道路设计时圆曲线的运用是很常见的,其测设的计算较简单，比直线更能适应地形地物的变化，但是其对行车安全有不利影响，汽车在圆曲线上行驶会产生离心力,作用在汽车重心,方向背离圆心，圆曲线半径越小、行车速度越高，行车越危险。而且，汽车在最小半径的圆曲线内侧行驶时，视距较差，易发生行车事故。因此要求设计道路超高适度、路面材料选择适当以保证摩擦力、圆曲线半径与设计速度和地形相适应以及驾驶员驾车操作合理以保证汽车在此段道路上保持正常行驶状态和方向，不至于失去控制产生滑移、倾覆等现象，保证行车安全。
离心力对汽车在圆曲线上行驶的稳定性影响很大,他可能使汽车向外侧滑移或倾覆.为抵消或减小离心力的作用,必须是圆曲线上路面做成合适的超高,使其重力的分力抵消一部分离心力的作用。而且，因横向力的存在，可能使汽车沿横向力的方向产生横向滑移。通过计算可得出不产生横向滑移的最小半径或最大行驶速度，以保证汽车行驶的横向稳定性。
超高值对平衡部分离心力以保证车辆在圆曲线上安全行驶有重要作用。设计速度较高的道路上采用较大超高。但是超高值又不能过大，防止车辆眼路面最大合成坡度下滑。制定超高值时充分考虑到设计速度，圆曲线半径，驾驶员乘客心理上的安全感，路面材料、气候条件带来摩擦力系数的变化以及不同地区非机动车行驶的道路等因素，选取最合适的超高值。
对于圆曲线的极限最小半径，一般最小半径和不舍超高的最小半径我国《标准》对不同等级的道路作出了规定（图2.1）

图 2.1各级公路圆曲线最小半径

另外，为使驾驶员产生错觉而操作失误带来交通事故，圆曲线最大半径值一般不宜超过10000m。
缓和曲线作为直线与圆曲线（或不同圆曲线）间的过渡段，在道路平面设计中科学、合理的应用，使行车方向的突变和离心力的突然产生与消失，确保高速行车的安全和舒适
，并且可以在一定程度上缓解道路安全问题。如果设计人员对缓和曲线的设计不当致使缓和曲线得不到合理应用，导致道路平面线形不够顺畅、直线与圆曲线（或不同圆曲线）的衔接生硬，能确保行车的不安全和舒适。
缓和曲线曲率连续变化,用于直线与圆曲线间或半径相差大、转向相同的两圆曲线间。由于曲率变化的连续性，便于车辆操作遵循，驾驶员视其形式和长度来操作方向盘，以保证汽车正确安全地在公路上行驶。在低速行驶时，驾驶员尚可利用路面的富裕宽度将汽车保持在正常车道内，缓和曲线似乎没有必要，但在高速行驶时，汽车有可能超越自己的车道时出一条很长的过渡性轨迹线。从安全考虑，设计合适的缓和曲线型易于驾驶员遵循，使车辆在进入或离开圆曲线时不至于侵入邻近的车道。缓和曲线的离心加速度逐渐变化，使旅客感觉舒适。汽车在圆曲线上行驶产生离心力，离心力的大小与圆曲线的曲率成正比。汽车由直线驶入或由圆曲线驶入直线，曲率的突变会使旅客有不舒适的感觉，而且也不利于驾驶员操作而产生安全隐患。所以，要根据情况设计出曲率变化率、长度合适的缓和曲线。

2.2.2平曲线长度与安全

车辆在缓和曲线上完成不同曲率的过度行驶，缓和曲线应有足够的长度，以使驾驶员能从容地打方向盘、乘客感觉舒适、线形美观流畅，圆曲线上的超高和加宽的过度也能在缓和曲线内平顺完成。所以，应规定缓和曲线最小长度。从以下几个方面考虑：（1）旅客感觉舒适。汽车在缓和曲线上行驶，其离心加速度随缓和曲线曲率的变化而变化，如变化过快会使乘客感到横向冲击。（2）超高渐变率适中。印在缓和曲线上设置超高过渡段，若过渡段太短则会因路面急剧的由双坡变为单坡而形成一种扭曲的面，对行车和陆容均不利。在超高过渡段上，路面挖侧逐渐抬高，从而形成一个“附加坡度”。当圆曲线上的超高值一定时，该附加坡度取决于过渡段长度。超高渐变率太大太小都不利，太大会使行车左右摇摆不安全，太小对排水不利。（3）行驶时间不过短。缓和曲线不管其参数如何，都不可使车辆在缓和曲线上的行驶时间过短，过短会使驾驶员操作不便，甚至造成家是操纵的紧张和忙乱。一般认为汽车在缓和曲线上的行驶时间至少应有3s。
根据影响缓和曲线长度的各项因素，《标准》制定了各级公路缓和曲线最小长度，如表2.2。《城规》规定了城市道路的最小缓和曲线长度，如表2.3。

表2.2各级公路缓和曲线最小长度
设计速度（km/h）
120
100
80
60
40
30
20
缓和曲线最小长度(m)
一般值
130
120
100
80
50
40
25
最小值
100
85
70
60
40
30
20

表2.3城市道路缓和曲线最小长度
设计速度（km/h）
80
60
50
40
30
20
缓和曲线最小长度（m）
70
50
45
45
25
20
在直线和圆曲线之间设置缓和曲线后，圆曲线产生内移值p，Ls一定情况下，p与圆曲线半径成反比；当R大于一定程度时，p值甚微，即使直线与圆曲线径相连接，汽车也能完成曲率渐变行驶，因为在车道富余宽度中以包含该内移值。所以规范规定，下列情况下不设缓和曲线：在直线与圆曲线间，当圆曲线半径大于或等于“不设超高最小半径”时；半径不同的同向曲线间，当小圆半径大于或等于“不设超高的最小半径”时；小圆半径大于规范规定的条件时。《城规》规定的不设缓和曲线最小圆曲线半径如表2.4
表2.4城市道路不设缓和曲线最小圆曲线半径
设计速度（km/h）
80
60
50
40
不设缓和曲线的最小圆曲线半径（m）
2000
1000
700
500

而且，公路平曲线长度除应满足设置回旋线或超高、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。各级公路平曲线最小长度是按回旋线最小长度的2倍控制，实际上是一种极限状态，此时曲线为凸形回旋线，驾驶者会感到操作突变且视觉亦不舒顺。因此最小平曲线长度理论上至少应该不小于3倍回旋线最小长度，即保证设置最小长度的回旋线后，仍保留一段相同长度的圆曲线。各级公路设计平曲线长度不宜过短，从线形设计要求方面考虑，曲线长度按最小值的5～8倍即1000～1500M较适宜，故本次修订列出平曲线最小长度的“一般值”，取“最小值”长度的3倍。
平曲线半径太小太大、长度不适、超高不适、视距不足都容易造成交通事故。所以，为保证行驶安全、旅客舒适以及线型美观等问题，道路是否安全和道路设计的标准是息息相关的，良好的设计标准能够降低和防止驾驶员出错时所造成的车祸伤亡。对上述数据资料的分析和研究表明，凡是道路线形比较复杂的路段，往往也是事故多发
地点。因此，必须采用科学有效的方法，确定道路设计的合理标准，并采取相应的交通安全技术对策以合理设计缓和曲线。

3、纵断面设计

3-1纵坡、坡长与竖曲线的设计与安全问题

沿着公路中线竖直剖切然后展开即为公路的纵断面。纵断面图是公路纵断面设计的主要成果，也是公路设计的重要技术文件之一。把公路的纵断面图与平面图结合起来，就能准确地定出公路的空间位置。在路线纵断面图上研究路线线位高度及坡度变化情况的过程。纵断面设计主要是解决公路线形在纵断面上的位置、形状和尺寸问题包括纵坡设计和竖曲线设计两项。纵断面设计的主要任务：纵断面设计的主要任务：根据汽车的动力特性、公路等级、地形、地物、水文地质，综合考虑路基稳定、排水以及工程经济性等，研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径以及与平面线形的组合关系，设计出纵坡合理、线形平顺圆滑的理想线形，以达到行车安全、快速、舒适、工程费较省、运营费用较少的目的。
纵断面设计线是由直线和竖曲线两种线形要素所组成。直线（即均坡度线）有上坡和下坡，是用水平长度及纵坡度表示的。纵坡度表征匀坡路段坡度的大小，用高差与水平长度之比量度，即hi=(%)l5在具体设计纵坡时，合理采用纵坡设计保证道理设计合理，达到提高安全性的目的。第一，对路基设计标高的规定。对于新建公路，高速公路和一级公路采用中央分隔带外侧边缘标高，二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高和加宽路段则是指在设置超高加宽之前该处标高；对于改建公路，一般按新建公路的规定办理，也可以采用中央分隔带中线或行车道中线标高。对城市道路而言，路基设计标高一般是指车行道中心。6第二，纵坡度的表示方式不用角度，而用百分数（％），即每一百米的路线长度其两端高差几米，就是该路段的纵坡，其上坡为“＋”，下坡为“－”。例如某段路线长度为８０米，高差为－２米，则纵坡度为－2.5％。第三，一般认为道路上３％的纵坡对汽车行驶不造成困难，即上坡时不必换档，下坡时不必刹车。对于小于３％的纵坡，可以不作特殊考虑，只是为了排水的需要（公路边沟的沟底纵坡与路线纵坡一般是相同的），一般要有一个不小于最小纵坡的坡度。如果排水上无困难，可以用平坡。但是采用了大于５％的纵坡时，必须慎重考虑，因为纵坡太大，上坡时汽车的燃料消耗过大，而下坡时又必须用刹车，重车或有拖挂车的车辆都易出事故，对运输经济与安全极为不利。路线纵断面图的构成：纵断面图上由两条主要的线和文字资料两部分构成；（1）地面线：它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线，反映了沿着中线地面的起伏变化情况；（2）设计线：路线上各点路基设计高程的连续线，是经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了公路路线的起伏变化情况。
下图3.1为纵断面示意图
图3.1纵断面示意图

地面线是根据中线上各桩点的高程而点汇的一条不规则的折线，反映了沿中线原地面的起伏变化情况；
设计线是设计者经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线，反映了道路路线的起伏变化情况。纵断面设计线是由直坡线和竖曲线组成。
理想最大纵坡是指涉及车型在油门全开的情况下，持续以希望速度等速行驶所能克服的纵坡，在不大于理想最大纵坡的坡道上行驶，可使载重汽车与小客车、重车与轻车之间的速差最小、相互干扰小，道路通行能力最大。不限长度最大纵坡是指涉及车型在油门全开的情况下，持续以容许速度等速行驶所能克服的纵坡。理想最大纵坡虽好，但常因地型等条件制约，不是总能争取到。所以有必要允许车速由希望速度降到容许速度，以获得较大纵坡。
最大纵坡是根据道路等级、自然条件、行车要求等因素所限定的路线纵坡最大值，它是道路纵断面设计的重要控制指标。在地形起伏较大的地区，直接影响路线的长短、使用质量、运输成本及造价。在确定最大纵坡时，不仅考虑汽车的动力特性、道路等级、自然条件，还要考虑工程和运营的经济等。具体来说，确定最大纵坡一般应考虑诸如以下的因素:（1）汽车的动力性能：考虑公路上行驶的车辆，按汽车行驶的必要条件和充分条件来确定。（2）公路等级：不同的公路等级要求的行车速度不同；公路等级越高、行车速度越大，要求的纵坡越平缓。（3）自然因素：公路所经过的地形、海拔高度、气温、雨量、湿度和其它自然因素，均影响汽车的行驶条件和上坡能力。
我国《标准》对最大纵坡作出规定如图3.2。设计时为保证安全以及其他条件要求时要按照下面要求进行。
图3.2各级公路最大纵坡

纵坡折减（1）高原纵坡在海拔3000米以上的高原地区，因为空气稀薄而使汽车输出功率降低，相应降低了汽车的爬坡的性能；此外，在高原地区行车，大气压强低水箱易开锅；所以，各级公路的最大纵坡应按下表的规定折减；最大纵坡折减后，如小于4%时，仍采用4%。海拔高度（m）3000～4000折减值（%）1>4000～500025000以上311（2）桥梁隧道纵坡大、中桥上的纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；位于市镇附近非汽车交通量较大的地段，桥上及桥头引道纵坡均不得大于3%；小桥涵纵坡随路线。隧道内的纵坡不应大于3%，并不得小于0.3%；独立的明洞和长度小于50米的隧道可不受上述限制。（3）非汽车交通量较大的路段纵坡非汽车交通量较大的路段纵坡，应根据具体情况将纵坡放缓；平原微丘区一般不大于2%—3%，山岭重丘区一般不大于4%—5%。（4）城市道路最大纵坡约相当于公路按设计速度计的最大纵坡减小1%。
最小纵坡为使公路上行车快速、安全和畅通，希望公路纵坡设计的小一些，但是，在长路堑低填方以及其它横向排水不畅通的地段，防止积水渗入路基而影响其稳定，规定各级公路的长路堑路段、以及其他横向排水不畅的路段，均应采用不小于0.3%的纵坡。当必须设计水平坡（0%）或小于0.3%的纵坡时，边沟排水设计应与纵坡设计一起综合考虑，其边沟应作纵向排水设计。依据降水量、路面类型和排水管径，我国《标准》对不同类型路面最小纵坡限制值作出了规定，见下表3.3。
表3.3最小纵坡限制值
路面类型
高级路面
料石路面
块石路面
砂石路面
最小纵坡（%）
0.3
0.4
0.5
0.6

坡长限制是指控制汽车在坡道上行驶，当车速下降到最低容许速度时所行驶的距离，主要是指对较陡纵坡的最大长度和较陡纵坡的最大长度最小长度加以限制。山岭重丘区公路，山岭重丘区公路，当连续纵坡大于5％时，汽车上坡时为发挥更大的牵引力，多用低速档（如一二档)。如坡长过长，长时间使用低速档会使发动机发热过分而使效率降低、水箱沸腾、间使用低速档会使发动机发热过分而使效率降低、水箱沸腾行驶无力。而下坡时、则因坡度过陡、坡段过长而使刹车频繁，响行车安全。因此，为保证行车安全，对较陡纵坡的坡长应加以限制，并应在表列坡长处设置缓和坡段。
最小坡长是指纵面线形上两个变坡点之间的最小长度。最小坡长是指纵面线形上两个变坡点之间的最小长度。纵断面上如变坡点太多，车辆行驶颠簸频繁，行车顺适性差，其长度太短，变坡点之间不能设置相邻两竖曲线的切线长，此外，对两凸形变坡点间的距离还应满足行车视距的要求。考虑上述因素，因此应对最小坡长加以限制。城市道路最小坡长限制规范规定如下表3.4。
表3.4城市道路纵坡段最小长度
计算行车速度（km/h）
80
60
50
40
30
20
城市道路坡段最小长度（m）
290
170
140
110
85
60

平均纵坡是指路段高差与水平距离之比是指路段高差与水平距离之比，它是路段高差与水平距离之比量的重要指标之一。为保证行车安全与平顺、避免过多地使用最大纵坡和缓和坡段，对山区公为保证行车安全与平顺、避免过多地使用最大纵坡和缓和坡段，路连续纵坡组合路段，给以平均坡度的限制。公路《标准》规定：为使连续升路连续纵坡组合路段，给以平均坡度的限制。公路《标准》规定：坡路段的纵坡运用合理，二、三、四级公路越岭路段的平均纵坡应符合下述规定：①越岭路段相对高差为200—500m时，平均纵坡以接近5.5％为宜；路段相对高差大于500m时，平均纵坡以接近5％为宜。②任一连续3km范围内的平均纵坡不宜大于5.5％。
合成坡度是指在有超高的平曲线上，路线纵坡与超高横坡所组成的坡度。如果在小半径弯道上且伴有较大纵坡时，由于离心力作用会给汽车行驶造成危险。为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控制在适当范围内，以确保安全。公路《标准》坡与纵坡的组合控制在适当范围内，以确保安全。合成坡度限制规定如下表3.5
表3.5各级公路合成坡度限制值
计算行车速度（km/h）
80
60
50
40
30
20
合成坡度（%）
6
6.5
6.5
7
7
8

纵面线形应与地形相适应，设计成视觉连续、平顺而圆滑的线形，并重视平纵面线形的组合。短距离内要避免线形起伏过于频繁，由于纵面线形连续起伏，使视线中断，视觉不良；避免能看得见近处和远处而看不见中间的凹陷路段，由于线形发生凹陷，出现隐蔽路段，使驾驶员视觉不适，产生莫测感，影响行车速度和安全；在较长的连续陡坡路段，宜将最陡的纵坡放在底部，接近顶部的纵坡放缓些；应注意与平面线形的配合。纵坡设计应结合自然条件综合考虑。为利于路面和边沟排水，一般情况下最小纵坡以不小于0.5％为宜。在受洪水影响的沿河路段及平原区的低洼路段，应保证路线的最低标高，以免受洪水冲刷，确保路基稳定。纵坡设计为保证路基稳定，应尽量减少深路堑和高填方，在设计中应重视纵、横向填挖的调配利用，争取填挖平衡，尽量利用挖方作就近填方，以减少借方和废方，降低工程造价。纵坡设计应结合道路沿线的实际情况和具体条件进行设计，并适当照顾农业机械、农田水利等方面的要求

3.2竖曲线的设计与安全问题

道路竖曲线设计必须满足汽车的行驶要求，在进行道路纵断面设计时，应研究汽车在道路上的行驶特性及其对道路纵坡设计的具体要求。
竖曲线设计纵断面上相邻两条纵坡线相交的转折处，为了行车平顺用一段曲线来缓和，这条连接两纵坡线的曲线叫竖曲线。竖曲线的形状，通常采用平曲线或二次抛物线两种。在设计和计算上为方便一般采用二次抛物线形式。纵断面上相邻两条纵坡线相交形成转坡点，其相交角用转坡角表示。当竖曲线转坡点在曲线上方时为凸形竖曲线，反之为凹形竖曲线。
为保证行车安全、舒适以及视距的需要，为保证行车安全、舒适以及视距的需要，在变坡处应该设置竖曲线。竖曲线的主要作用是：竖曲线。竖曲线的主要作用是：①缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的冲击作用；缓和纵向变坡处行车动量变化而产生的冲击作用；②确保道路纵向行车视距；确保道路纵向行车视距；③将竖曲线与平曲线恰当组合，将竖曲线与平曲线恰当组合，有利于路面排水和改善行车的视线诱导和舒适感。《标准》和《规范》均规定在变坡点处应设置竖曲线。《标准》《规范》均规定在变坡点处应设置竖曲线。
竖曲线的线形采用圆曲线或二次抛物线。竖曲线的线形采用圆曲线或二次抛物线。竖曲线根据其形状可有凸形竖曲线和凹形竖曲线之分。竖曲线根据其形状可有凸形竖曲线和凹形竖曲线之分。当ω＜0时为凸形竖曲线，ω＞0时为凹形竖曲线。由于在纵断面上只计水平距离和竖直高度，斜线不计角度而竖曲线的切线长与曲线长是其在水平面上的投影，切线支距是竖直的高程差，相邻两坡度线的交角用坡度差表示。切线支距是竖直的高程差，相邻两坡度线的交角用坡度差表示。
竖曲线的最小半径在纵断面设计中，在纵断面设计中，竖曲线的设计如最小半径或最小长度要受众多因素的限制。汽车行驶在凸形竖曲线上，如果半径太小，会阻挡司机的视线。当汽车行驶在凹形竖曲线上，也同样存在视距问题。对地形起伏较大地区的道路，在夜间行车若竖曲线半径过小，前灯照射距离近，影响行车速度和安全；在高速公路及城市道路上有许多跨线桥、门式交通标志及广告宣传牌等，如果它们正好处在凹形竖曲线上方，也会影响驾驶员的视线。因此满足缓和冲击、行驶时间足够、视距要求等因素合理确定竖曲线半径对安全行车有重要意义。
竖曲线最小长度与平曲线相似，当坡度角较小时，即使采用较大的竖曲线半径，竖曲线的长度也很短，这样容易使司机产生急促的变坡感觉；同时，竖曲线长度过短，易对行车造成冲击。我国公路按照汽车在竖曲线上3s得行程时间控制竖曲线的最小长度。《标准》和《城市道路设计规范》都对竖曲线的最小长度的规定。竖曲线设计的一般要求，竖曲线是否平顺，在视觉上是否良好，往往是构成纵面线形优劣的主要因素。竖曲线设计应满足以下要求：在不过分增加