2.1 公路平面线形

2.1.1 公路路线基本概念

道路是一条三维空间的实体。它是由路基、路面、桥梁、涵洞、隧道和沿线设施所组成的线形构造物。一般所说的路线，是指道路中线的空间位置。

路线设计是指确定路线空间位置和各部分几何尺寸的工作。为研究方便，把它分为路线平面设计、路线纵断面设计和横断面设计，三者是相互关联的，既分别进行，又综合考虑。

路线平面图：路线在水平面上的投影称作路线的平面。

路线纵断面图：沿道路中线的竖向剖面图，再行展开即是路线的纵断面。

路线横断面图：道路中线上任意一点的法向切面是道路在该点的横断面。

在路线平面图上研究道路的基本走向及确定线形的过程，称为路线平面设计；在路线纵断面图上研究道路纵坡及坡长的过程，称为路线纵断面设计；在路线横断面图上研究路基断面形状的过程，称为路线横断面设计，如图2.1所示。

无论是公路还是城市道路，其路线位置受社会经济、自然地理和技术条件等因素的制约。设计者的任务就是在调查研究、掌握大量材料的基础上，设计出一条有一定技术标准、满足行车要求、工程费用最省的路线来。在设计的顺序上，一般是在尽量顾及纵、横断面平衡的前提下先定平面，沿这个平面线形进行高程测量和横断面测量，取得地面线和地质、水文及其他必要的资料后，再设计纵断面和横断面。力求线形的均衡和土石方数量的节省，必要时再修改平面，这样经过几次修改，即可得到一个满意的设计。路线设计的范围只限于路线的几何性质，不涉及结构。

2.1.2 平面线形设计的基本要求

现代道路是供汽车行驶的，所以研究汽车行驶规律是道路设计的基本课题，而在路线的平面设计中，主要考察汽车行驶轨迹。只有当平面线型与这个轨迹相符合或相接近时，才能保证行车的顺适与安全，特别是在高速行驶的情况下，对行驶轨迹的研究更显其重要。

经过大量的观测研究表明，行驶中的汽车，其轨迹在几何性质上有以下特征：

（1）轨迹连续。这个轨迹是连续、圆滑的，即在任何一点上下不会出现错头和破折。

（2）曲率连续。其曲率是连续的，即轨迹上任一点不会出现两个曲率值。

（3）曲率变化连续。其曲率的变化率是连续的，即轨迹上任一点不出现两个曲率变化率的值。

公路平面线形应与汽车轨迹相拟合。

同时满足特征（1）、（2）的路线如图2.2所示，但其曲率的变化率是不连续的，即不满足特征（3）的要求。现代高等级道路一般采用如图2.3类型的平面线形，它与汽车的行驶轨迹偏离不大，虽不是完全可循的，但实践证明却是较实用的线形。

2.1.3 平面线形要素

行驶中的汽车其导向轮旋转面与车身纵轴之间有下列三种关系：

（1）角度为零：汽车行驶轨迹线为直线。

（2）角度为常数：圆曲线。

（3）角度为变数：缓和曲线。

现代道路平面线形正是由上述三种基本线形构成的，称为平面线形三要素。

对于低等级道路，为简化设计，也可只使用直线和圆曲线两种要素，如四级公路、山岭重丘区三级公路及特殊困难路段。近代一些高速公路也有只用曲线而不用直线的，说明三要素是基本组成，各要素所占比例及使用频率并无规定。各要素应使用合理、配置得当，并满足汽车行驶要求。至于各要素的参数则要视地形情况和人的视觉、心理、道路技术等级来确定。