作为平面线形要素之一的直线,在道路设计中被广泛采用。因为两点间直线最短,一般在定线时,只要地势平坦、无大的地物障碍,定线人员首先应考虑采用直线通过,且笔直的道路给人以短捷、直达的良好印象,在美学上直线也有其自身的特点,加之汽车在直线上行驶受力简单,方向明确,驾驶操作简易。因此,测设中,直线只需定出两点,就可方便地测定方向和距离,如图2.2.1所示。
但是,过长的直线并不好。在地形起伏较大的地区,直线难以与地形相适应,容易产生高填深挖路基,破坏自然景观。若长度运用不当,会影响线形的连续性。过长的直线会使驾驶员感到单调、疲倦和急躁,难以目测车间距离,增加夜间行车车灯炫目的危险,还会诱发超速行驶,从而导致交通事故的发生。当然,直线过短也不好,曲线间的短直线容易造成视觉不连续、驾驶员操纵困难等问题。所以,在定线中直线的运用、长度的确定,应慎重考虑。
在道路平面线形设计时,一般应根据沿线地形、地物条件和驾驶员的视觉、心理感受以及保证行车安全等因素,合理布设直线路段,对直线的最大长度与最小长度有所限制(图2.2.1)。
图2.2.1 直线
既然直线的长度不宜过长,则在长直线的应用上应有条件地加以限制。对于直线的最大长度(以m计),日本、德国规定不宜超过20 V ( V 是设计速度,单位为km/h),即72s的行程;西班牙规定不宜超过80%的设计速度的90s的行程;法国认为长直线宜采用半径5000m以上的圆曲线代替。一些土地资源丰富的国家一般都采用宽中央分隔带改善路容,设置低路堤缓边坡增加直线上高速行车的安全度,这方面显然不适合我国国情。我国地域辽阔,地形差异较大,对直线长度很难做出统一规定。因此,《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》中均未对直线的最大长度规定具体的数值。
我国已建成的高速公路如京津塘和济青高速公路的直线长度不超过3200m;沈大高速公路多处出现5~8km的长直线,最大为13km。从运营效果看,也未导致严重的交通安全问题。在实际工作中,设计者可根据地形、地物、自然景观以及经验等决定直线的最大长度,既不追求长直线,也不强设平曲线。对于直线路段,应采用运行速度进行检查,以确保直线段与相邻曲线段线形设计的连续性。
经对不同路段调查,按100km/h的车速行驶时,驾驶员和乘客的心理反应和感受如下:
①位于城市附近的道路,作为城市干道部分,因路旁高大建筑和城市景观,无论路基高低均被纳入视线范围,驾驶员和乘客无直线过长希望驶出的不良反应。
②位于乡间平原区的公路,随季节和地区不同,驾驶员有不同反应。北方的冬季,植物枯萎,景色单调,过长的直线使人情绪受到影响。夏季有所改善,但驾驶员加速行驶,希望尽快驶出直线的心理依然普遍存在。
③位于戈壁、草原的公路,直线长度可达数十千米,驾驶员极易疲劳,车速往往会超过设计速度很多。但在这种特殊的地形条件下,除了直线别无其他选择,若故意设置弯道,不但不能改善其单调,反而增加路线长度。
因此,直线的最大长度(以m计),在城镇及其附近或其他景色有变化的地点,长度大于20 V 是可接受的;在景色单调的地点,长度最好控制在20 V 以内;而在特殊的地理条件下应特殊处理,不宜过度限制。
但必须强调,无论是高速公路还是低速公路,在任何情况下都要避免追求长直线的错误倾向。
考虑到线形的连续和驾驶的方便,相邻两曲线之间应有一定的直线长度。这个长度是指前一曲线的终点到后一曲线的起点之间的距离。
同向曲线是指两个转向相同的圆曲线中间用直线或缓和曲线衔接,或两圆曲线径向连接(径向连接指两个半径不同的圆曲线在其径向所指公切点处直接连接)而成的平面线形。同向曲线间的直线较短时,在视觉上容易形成直线与两端的曲线构成反弯的错觉,使整个组合线形缺乏连续性,形成所谓的“断背曲线”,如图2.2.2所示,易造成驾驶操作失误,应尽量避免。
图2.2.2 “断背曲线”的视觉效果
《公路路线设计规范》规定:当设计速度不小于60km/h时,同向圆曲线间的直线最小长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的6倍为宜。对于低速道路( V ≤40km/h),可参考执行。在受条件限制时,宜将同向曲线改为大半径曲线或将两曲线做成复曲线、卵形曲线或C形曲线。
对实际使用情况进行调研发现,平原区各级公路设计中均能满足曲线间直线长度设置要求,但山岭、重丘区受地形条件限制较严。当设计速度不小于60km/h时,局部路段同向曲线间很难达到6 V 要求,而且公路等级越高、设计速度越高就越难满足。使用中,若曲线间的直线长度难以达到规定要求时,应通过技术措施尽可能将同向曲线设计为复曲线。
反向曲线是指两个转向相反的圆曲线之间以直线或缓和曲线衔接,或两圆曲线径向连接而成的平面线形,如图2.2.3所示。由于两弯道转弯方向相反,考虑超高和加宽过渡的需要,以及驾驶员操作的方便,其间直线的最小长度应予限制。《公路路线设计规范》规定:当设计速度不小于60km/h时,反向圆曲线间直线最小长度(以m计)以不小于设计速度(以km/h计)的2倍为宜。当两反向曲线两端设有缓和曲线时,在受到限制的地点也可将两反向曲线首尾相接,构成S形曲线。但被连接的两缓和曲线和圆曲线宜满足一定的条件。
道路平面线形采用直线时,应注意线形与地形的关系,并应符合前述直线的最大长度和最小长度的采用原则。在运用直线线形并确定其长度时,必须慎重考虑,原则是宜直则直、宜曲则曲,一般不宜采用长直线,但在下列路段上宜采用直线:
图2.2.3 反向曲线
①路线完全不受地形、地物限制的平坦地区或山间的宽阔河谷地带;
②城镇及其近郊道路,或以直线为主体进行规划的地区;
③长大桥梁、隧道等构造物路段;
④路线交叉点及其附近;
⑤双车道公路提供超车的路段。
直线的最大长度应有所限制。当采用长的直线线形时,为弥补景观单调之缺陷,应结合沿线具体情况采取相应的技术措施并注意下列问题:
①在长直线上纵坡不宜过大,因长直线再加下陡坡行驶更易导致高速度。直线上的纵坡一般应小于3%。
②长直线与大半径凹形竖曲线组合为宜,这样可以使生硬呆板的直线得到一些缓和,如图2.2.4所示。
③道路两侧地形过于空旷时,宜采取种植不同树种或设置一定建筑物、雕塑、广告牌等措施,以改善单调的景观。
图2.2.4 长直线与凹形竖曲线组合
当不得已而采用了长直线时,应注意其对应的纵坡不宜过大;若两侧地形过于空旷时,宜采取种植不同树种的树木或设置一定建筑物等技术措施予以改善;定线时,应注意把能引起兴趣的自然风景或建筑物纳入驾驶员的视线范围之内。在长直线尽头设置的平曲线,除曲线半径、超高、视距等必须符合规定要求外,还必须采取设置标志、增大路面抗滑能力等安全保护措施,以确保行车安全。