纵断面设计——平、纵面线形组合设计
公路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，以保证汽车行驶的安全、舒适与经济。
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
驾驶员的视觉判断能力与车速密切相关，车速越高，其注意前方越远，而视角逐渐变小。驾驶员的注意力集中和心里紧张程度随车速的增加而增加，注意力集中点和视野距离随车速提高而增大，当汽车高速行驶时，驾驶员对前景细节的视觉开始变的模糊不清，而视角随车速逐渐变窄，已不能顾及两侧景象了。由此可见，对于快速公路来说，必须使驾驶员明白无误地了解线形，尽量避免由于判断错误而导致驾驶失误。
(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
平面与纵断面组合应遵循如下设计原则：
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；
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；
3. 选择组合得当的合成坡度，以利于路面排水和安全行车；
4．应注意线形与自然环境和景观的配合与协调。
（二）组合方式
1．平曲线与竖曲线组合
a 平曲线和竖曲线两者在一般情况下应相互重合，如图所示，宜将竖曲线的起、终点，放在平曲线的缓和段内；这种立体线形不仅能起到诱导视线的作用，而且可取得平顺和流畅的效果。
b 平曲线与竖曲线大小应保持均衡，平、竖曲线几何要素要大体平衡、匀称、协调，不要把过缓与过急、过长与过短的平曲线和竖曲线组合在一起。
c 当平曲线半径和竖曲线半径都很小时，平曲线和竖曲线两者不宜重叠，或必须增大平、竖曲线半径。
d 凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部不得插入小半径的平曲线，也不得与反向平曲线拐点相重合，以免失去引导驾驶员视线的作用，使驾驶员操作失误，引起交通事故。
2．平面直线与纵断面的组合
a 平面的长直线与纵面直坡段相配合，对双车道公路能提供超车方便，在平坦地区易于地形相适应，行车单调，驾驶员易疲劳。
b 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；
c 在直线中较短距离内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。
d 使用时应避免：①平面长直线配纵面长坡；②平面直线上短距离内纵面多次变坡；③在平面直线段内不能插入短的竖曲线；④在平面长直线上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出现驼峰、凹暗、跳跃等使驾驶员视觉中断的线形。
三、线形组合特征及注意问题
线形组合特征及注意问题如下：
空间线形组合——特征——注意问题
平面长直线与纵断面长坡段组合
1、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；
2、驾驶易超速行驶，超车频繁；
3、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。
1、 为调节单调的视觉，增设视线诱导设施，
2、 设计时用划车道线、设置标志；
3、 注意改变景观，分段绿化、注意与路旁建筑设施配合等方法来弥补。
平面直线与凹形竖曲线组合
1、 具有较好的视距条件；
2、 因此线形不再生硬、呆板；
3、 给予司机以动的视觉印象，提高了行车的舒适性。
1、注意避免采用较短的凹形竖曲线，以避免产生折点；
2、在两个凹形竖曲线间注意不要插入短直线。
平面直线与凸形竖曲线组合
1、 线形视距条件差，
2、 线形单调，应尽量避免。
注意采用较大的竖曲线半径，以保证有较好的视距。
平曲线与纵面直坡段组合
1、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。
2、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。
1、 要注意平曲线半径与纵坡度协调；
2、 要注意合成坡度的要求；
3、 要避免急弯与陡坡相组合。
平曲线与竖曲线组
平曲线与竖曲线组合的组合线形，如果平纵面几何要素的大小适当、均衡协调、位置适宜，可以获得视觉舒顺、诱导视线良好的空间线形。
2、 平曲线与竖曲线较小，则会出现一些不良的组合效果。
1、一般情况下，当平、纵曲线半径较大时，应使平、纵曲线对应重叠组合，并使平曲线较长些将竖曲线包起来。
2、注意平、纵曲线几何要素指标均衡、匀称、协调，不要把过缓与过急、过长与过短的平纵曲线组合在一起。
3、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。
4、避免在一个平曲线上连续出现多个凹、凸竖曲线；
5、应避免出现“暗凹”、“跳跃”等不良现象。
在公路设计中，平、纵面线形设计是十分重要的部分，如果两者配合不好，不但影响行车舒适等优点的发挥，而且会产生不良视觉，造成行车上的危险。因此，平、纵面线形的合理组合，对于设计速度 ≥60 km/h的公路尤其重要。
1 平纵组合路段汽车运动学分析
汽车行驶稳定性的定义：汽车在行驶过程中，受到外界扰动后，自行保持或迅速恢复原行驶状态，不发生失控，但产生侧滑、侧翻等现象的能力。行驶时，汽车稳定性的衡量可用纵向稳定性和横向稳定性指标表示。纵向稳定性：汽车在坡度较大的坡道上行驶时，抵抗绕后轴或者前轴倾翻及纵向倒溜的能力；横向稳定性：指汽车在转向或在具有横向坡度的道路上行驶时，抵抗发生侧向滑移和侧向翻车的能力。 2 公路线形设计的要求及公路线形作用
2.1 影响公路线形的因素
在公路线形设计中，要充分考虑公路应该具备的功能、作用，还有其影响因素包括公路线形、构造物、路线交叉、沿线设施及景观等。公路设计应根据地貌的实际情况进行充分考虑，设计时要考虑平面和纵面线形，综合进行评定其优劣，认真设计好每一个局部路段。
2.2 对平面线形的要求
平面线形设计，要求满足技术标准，并符合公路的实际地形。进行平面线形设计时，应灵活变换曲线，使平面线形适应实际的地形、地物及地貌条件，并与周边的景观相协调，达到舒适理想的视觉效果。平面线形应具有连续性的特点，在长直线的终点位置，禁止与小半径曲线相连接，并注意避免任何连续急弯的线形。反向曲线或同向曲线之间，应该插入足够长的直线。由于小偏角曲线容易使司机形成错误视觉，把曲率看得比实际要大，很容易造成交通事故，因此，设计时应避免出现小偏角曲线，如果小半径曲线不可避免，则应设置足够长度的的曲线，同时注意与纵断面线形的配合。
2.3 对纵断面线形的要求
纵断面线形设计时，需根据技术标准的要求，并考虑沿线景观等综合因素。纵断面线形设计尽量结合地形起伏情况，这样能使其与周边的自然景观协调一致，还能降低投入成本。行车时从安全、行车的舒适程度和良好视觉的考虑来看，纵断面线形设计应符合下列几方面要求：①在短距离路段禁止出现连续的凹凸反复情况，避免造成波浪式的视觉；②避免出现只能看到较近和较远处线形，而看不到中间凹下部分的线形，没法给司机行驶时安全感；③在两同向竖曲线之间禁止设置断直线坡度段。在同向凹曲线之间应将两曲线合并，并用同一大曲线代替，还要注意与平面线形相结合，达到完美的整体效果。
2.4 公路线形的重要性
公路线形是影响交通安全的其中一个因素。公路线形作为公路的主骨架，与公路交通安全紧密联系。公路线形包括：平纵横之间的协调及视距保证。
在平面线形中，应当考虑曲线半径、曲线偏角、曲线长度、缓和曲线、直线段长度、线形的连续性以及平面线形与地形的适应情况等。对于平均事故发生率，曲线段事故率是直线段的3倍，驶出公路的事故率则为4倍。同时在曲线段内还可能发生严重的因路面积水、结冰而发生的事故。
在纵断面线形中，应该考虑坡度、坡长、竖曲线半径等。事故发生率等都会随坡度的增大而增加。平、纵曲线组合设计，对安全的考虑要远大于单个平、纵曲线的影响，必须从总体上考虑平纵线形的均 衡性。
3 公路设计中平、纵面线形组合
3.1 平、纵面线形组合设计的要求
1）公路设计时根据汽车行驶力学和路面排水的要求设计适当的合成纵坡。在山岭重丘区，一般纵坡较大，如果再设置小半径平曲线，会使合成纵坡增大，阻碍车辆安全和顺畅行驶；而在平原微丘区，则纵坡较小，靠近平曲线起点附近的合成纵坡较小，容易造成排水不良。所以，在平、纵线形组合设计时要充分考虑合理的合成纵坡。
2）要求满足司乘人员的视觉和心理要求。在空间线形在视觉上，能对司机产生自然诱导，使司机能及时掌握路线变化情况，避免产生错觉和误会，使人产生连续、顺畅、美观且不单调的感觉。线形组合具有
使线形指标均衡合理、组合协调的特点，不会使驾驶者产生线形中断、扭曲等不良视觉现象。
3.2 公路线形设计的应用与意义
1）平面与纵面直线组合的应用。平、纵面线形过于单调、枯燥，容易使驾驶者产生幻觉，在行车过程中若线形一成不变，容易使人疲劳及频繁超车，导致交通事故。因此在交通复杂的路段，更应设计这种线形组合。
2）平面与纵断面凹形竖曲线组合的应用。平面与纵断面凹形竖曲线结合，大大提高车辆行车的舒适性，还具有较好的视距条件。但此组合有具体要求：①不能使用短的竖曲线，特别在长直线末端不宜插入小半径凹曲线；②凹曲线与凹曲线之间不得插入短直线。两凹形竖曲线如果能合二为一，能获得更好的视觉效果和行车效果。
3）平面与纵断面凸形竖曲线组合的应用。在丘陵起跌的山区，平面与纵断面凸形竖曲线组合视距条件较差，特别在连接平面直线和纵断面凹曲线的线形组合时，会出现“突峰”、“暗凹”或“波浪形”等不良视觉效果。所以，要尽量减少这种线形组合的运用，否则应设置较大的曲线半径，来改善视距条件。
4）平面与纵断面直线组合的应用。平面与纵断面直线组合，要求有良好的平面线形组合，及良好的视觉效果。这种中线形组合应注意合成纵坡的要求，不能使急弯与陡坡重合，还要确保合成纵坡的坡度，造成排水不畅顺。
5）平面与纵断面竖曲线组合的应用。平面与纵断面竖曲线组合较为常见、复杂。当平、纵线形几何要素大小搭配得当、均衡协调、位置适宜时，能够取得良好的空间线形。这种线形组合，需注意以下方面：①使平、纵曲线位置对应，并使竖曲线短于平曲线，这样才能把竖曲线包容起来，便于视线诱导和行车安全，确保线形舒适美观；②确保平、纵要素的均衡性：过急与过缓、过长与过短的平、纵曲线不能组合在一起；③避免纵面线形的变坡点和反向曲线的拐点重合一起，特别是避免出现凸形竖曲线，否则容易造成错误的视线诱导。
4 结束语
在实际设计中，我们在保证平竖曲线的合理组合的同时，也要考虑到实际地形中对曲线线形的限制因素，做到具体情况具体分析，不同地形不同设计，这样才能保证设计道路通车后曲线线形优美，车辆行驶安全。
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