纵面线形组合设计

道路的空间线形是指由道路的平面线形和纵面线形所组成的空间立体形状。 道路线形设计首先是从路线规划开始的，然后经选线、平面线形设计、纵面线形设计和平纵线形组合设计的过程，最终以平、纵组合的立体线形展现出来的。 行驶过程中，驾驶员所选择的实际行驶速度，是由他对立体线形的判断作出的，因此，设计中仅仅满足平面、纵面线形标准还是不够的。道路的空间线形应能保持视觉的连续性，并有足够的舒适感和安全感。

设计速度不小于60km／h的公路，应注重空间线形设计，不仅要满足汽车运动学和力学要求，而且应充分考虑驾驶者在视觉和心理上的要求，尽量做到线形连续、指标均衡、视觉良好、景观协调、安全舒适。 设计车速越高，平纵组合设计所考虑的因素越应周全。 当设计车速不大于40km／h，首先应在保证行驶安全的前提下，正确运用线形要素规定值，在条件允许的情况下力求做到各种线形要素的合理组合，并尽量避免和减少不利组合。

道路平面线形和纵面线形的组合设计，就是要得到一个既满足汽车行驶安全、舒适的要求，能使工程造价及运营费用经济，能在司机视觉和心理状态方面引起良好反映，同时使道路与沿线周围环境和景观相协调的道路立体线形，从而达到安全、舒适、快速和经济的目的。

1.组合设计的原则

①应在视觉上能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。 这样可以使驾驶员及时和准确地判断路线的变化情况，不致因错觉而发生事故。 任何使驾驶员感到茫然、迷惑或判断失误的线形，都必须尽力避免。 在视觉上能否自然地诱导驾驶员的视线，是衡量平、纵线形组合好否的基本条件。

②平、纵面线形的技术指标应大小均衡，使线形在视觉上、心理上保持协调。

平曲线与竖曲线的大小如果不均衡，会给人以不愉快的感觉，失去了视觉上的均衡性。 对于纵面线形反复起伏，而平面上却采用高标准的线形是无意义的，反之亦然。

③合成坡度应组合得当，以利于路面排水和行车安全。 合成坡度过大，对行车不利，合成坡度过小则对排水不利也影响行车。 在进行平纵组合设计时，如条件可能，一般最大合成坡度不宜大于8％，最小合成坡度不宜小于0.5％。

④注意与道路周围环境的配合。 配合得好，它可以减轻驾驶员的疲劳和紧张程度，还可以起到引导视线的作用。

2.线形组合设计要点

（1）平曲线与竖曲线的组合

①平曲线与竖曲线应相互重合，且平曲线应稍长于竖曲线，如图4.9所示。

图4.9 平曲线与竖曲线的组合

这种组合是使竖曲线和平曲线对应，最好使竖曲线的起、终点分别放在平曲线的两个缓和曲线内，即所谓的“平包竖”。 对于等级较高的道路应尽量做到这种组合，并使平、竖曲线半径都大一些才显得协调，特别是凹形竖曲线处车速较高，二者半径更应该大一些。

②平曲线与竖曲线大小应保持均衡

所谓均衡，是指平、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。

根据德国计算统计，若平曲线半径小于1000m，竖曲线半径大约为平曲线半径的10～20倍时，便可达到均衡的目的。 德国的具体经验列于表4.18，可作设计参考。

③暗、明弯与凸、凹竖曲线

暗弯与凸形竖曲线及明弯与凹形竖曲线的组合是合理、悦目的。

对暗与凹、明与凸的组合，当坡差较大时，会给人留下舍坦坡、近路不走，而故意爬坡、绕弯的感觉。 此种组合在山区难以避免，只要坡差不大，矛盾就不突出。

④平、竖曲线应避免的组合

a.设计速度≥40km／h的公路，凸形竖曲线的顶部和凹形竖曲线的底部，不得插入小半径平曲线。

表4.18 平、竖曲线半径的均衡

b.凸形竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部，不得与反向平曲线的拐点重合。

c.小半径竖曲线不宜与缓和曲线相互重叠。

d.平面转角小于7°的平曲线不宜与坡度角较大的凹形竖曲线组合在一起。

e.在完全通视的条件下，长上（下）坡路段的平面线形多次转向形成蛇形的组合线形，应极力避免。

（2）直线与纵断面的组合

平面的长直线与纵面的直坡线配合，对双车道公路超车方便，在平坦地区易与地形相适应，但行车单调乏味，易疲劳。 直线上一次变坡是较好的平、纵组合，从美学观点讲以包括一个凸形竖曲线为好，而包括一个凹形线次之；直线中短距离内二次以上变坡会形成反复凸凹的“驼峰”和“凹陷”，看上去线形既不美观也不连贯，还会使驾驶员的视线中断。 因此，只要路线有起有伏，就不要采用长直线，最好使平面路线随纵坡的变化略加转折，并把平、竖曲线合理地组合。 使用时，应避免：

①长直线配长坡。

②直线上短距离内多次变坡。

③直线段内不能插入短的竖曲线。

④在长直线上设置坡陡及曲线长度短、半径小的凹形竖曲线。

⑤直线上的纵断面线形应避免出现驼峰、暗凹、跳跃等使驾驶者视觉中断的线形。

（3）平、纵线形组合与景观的协调配合

道路作为一种线形构造物，应将其视为景观的对象来研究。 修建道路会对自然景观产生影响，有时会产生一定破坏作用。 而道路两侧的自然景观会影响道路上汽车的行驶，特别是对驾驶员的视觉、心理以及驾驶操作等都有很大影响。

平、纵线形组合必须是在充分与道路所经地区的景观相配合的基础上进行。 否则，即使线形组合满足了有关规定，也不一定是良好设计。 对于驾驶员来说，只有看上去具有连续而流畅的线形和优美的景观，才能称为舒适和安全的道路。 对计算行车速度高的道路，驾驶员的精力会高度集中，视角减少而视点增长，平、纵线形组合设计与周围景观配合尤为重要。

道路景观工程包括内部协调和外部协调两方面。 其中内部协调主要指平、纵线形视觉的连续性和立体协调；而外部协调是指道路与其两侧坡面、路肩、中间带、沿线设施等的协调以及道路宏观位置。 实践证明，线形与景观的配合应遵循以下原则：

①应在道路的规划、选线、设计、施工全过程中重视景观要求。 尤其在规划和选线阶段，比如对风景旅游区、自然保护区、名胜古迹区、文物保护区等景点和其他特殊地区，一般以绕避为主。

②在选定路线时，应充分地利用自然风景，如孤山、湖泊、大树等，或人工建筑物如水坝、桥梁、农舍等，尽量做到路线与大自然融为一体，不产生生硬感和隔断大自然。 特别是在长直线路段上，应使驾驶者能看到前方显著的景物。 必要时，路旁可设置一些设施，以消除单调感。

③对道路本身不能仅把它当作技术对象，还应把它作为景观来看待，为此道路修建时要少破坏沿线自然景观，纵面尽量避免高填深挖。

④横面设计要使边坡造型和绿化与现有景观相适应，弥补填挖对自然景观的破坏。 有条件时，可适当放缓边坡或将边坡的变坡点修整圆滑，使边坡接近于自然地面的形式，增进路容美观。 不得已时，可采用修整、植草皮、种树等措施加以补救。

⑤应进行综合绿化处理，避免形式和内容上的单一化，应将绿化作为诱导视线、点缀风景以及改造环境的一种措施而进行专门设计。 中央分隔带的植树除符合防眩要求外，也应考虑景观要求，种植常青植物丛并注意形态的适当变化。

⑥应根据技术和景观要求合理选定构造物的造型、色彩，使道路构造物成为对自然景观的补充。 如跨线桥、跨河桥、服务区、沿线设施等作为道路上的景点要讲究艺术造型，避免单一化。