往前一直開一直開,然後開到水底下!學習大綱 道路設計程序及準則 道路設計程序及準則 道路橫斷面設計 平面曲線設計 超高設計 縱斷面設計縱斷面設計往1 峭壁 - 冰!! 峭壁 - 冰! 峭壁 - 珊瑚礁! 6 1
往上往上再往上! 然後快速通過! 知道為什麼這樣設計了嗎? 海浪來了來了啊! 高速開車太無聊! 所以故意作個 360 度的彎道, 讓你可以打打方向盤嗎? 名符其實的 髮夾灣髮夾灣! 用來賽車最恰當了! 這麼高的 高架道路高架道路 ( 米約橋橋墩高度最高 45M) 像不像在摩天大樓的頂端走鋼索! 這個路段應該只是設計用來觀賞風景用的吧!?
半邊橋 地震嗎?! 一定要開路?! 街車! 15 街道美化與寧靜 交通的作為! 加拿大賈斯伯國家公園 配合地形蜿蜒! 18 3
道路盡頭不見了! 加拿大賈斯伯國家公園 19 道路中段不見了! 豎曲線過短! 視距不足! 加拿大賈斯伯國家公園 0 加拿大賈斯伯國家公園 道路盡頭扭曲了! 平曲線長度大 凸豎曲線過短! 1 道路中段不見了! 豎曲線過短! 線形不順有折線! 加拿大賈斯伯國家公園 公路選線與規劃概念 公路與市區道路定義 公路與市區道路規範 公路 : 依 公路法公路法 指供車輛通行 公路與道路定義 指供車輛通行之道路及其用地範圍內之各項設施 道路 : 道路交通管理處罰條例道路交通管理處罰條例 市區道路及附屬工程設計標準市區道路及附屬工程設計標準 指公路 街道 巷衖 廣場 騎樓 走廊或其他供公眾通行之地方 公眾通行之地方 選線原則 選線案例說明 道路之定義涵蓋層面較公路廣 4
道路交通安全規則道路交通安全規則 車輛及汽車定義 車輛及汽車定義 電車 : 指以架線供應電力之無軌電車, 或依軌道行駛之地面電車 汽車 : 指在道路上不依軌道或電力架線而以原動機行駛之車輛 ( 包括 機器腳踏車 ) 機器腳踏車 : 重型 ( 普通 50cc~50cc 大型 50cc 以上 ) 輕型 (50cc 以下 ) 大型重型機器腳踏車 : 汽缸總排氣量 550cc 以上, 應比照小型汽車行駛規定 慢車 : 自行車 ( 腳踏自行車 電動輔助自行車 電動自行車 ) 三輪以上慢車 ( 人力 獸力 ) 車輛及汽車定義 機器腳踏車 : 重型 ( 普通 50cc~50cc 大型 50cc 以上 ) 輕型 (50cc 以下 ) 大型重型機器腳踏車 : 汽缸總排氣量 550cc 以上, 應比照小型汽車行駛規 定 慢車 : 車輛及汽車定義 自行車 ( 腳踏自行車 電動輔助自行車 電動自行車 ) 三輪以上慢車 ( 人力 獸力 ) 15c.c 50c.c 50c.c 550c.c 電動輔助自行車 電動自行車 公路與市區道路規範 道路功能定位 公路系統 : 100.04 交通部部頒 公路路線設計規範公路路線設計規範 市區道路系統 : 98.04.15 內政部訂定 市區道路及附屬工程設計標準市區道路及附屬工程設計標準 98.04.9 營建署訂定 市區道路及附屬工程設計規範市區道路及附屬工程設計規範 道路功能為決定公路 / 道路所扮演角色, 影響規劃設計走向及預期功能 影響因素 : 道路等級 : 一般道路於交通功能指標 實質條件 : 道路路型及線形限制條件 聯繫條件 : 依其聯接路網及服務範圍而扮演 不同功能 5
對社會影響因素 : 路線規劃需考慮的因素 公路除改善交通外, 附近地區社會情形亦將受其影響而改變 經濟效益的影響 : 選線要從節省工程建設費節省工程建設費及行車成本與旅行時間降低行車成本與旅行時間降低等為主要考量因素 交通工程的考量 : 路線的長度 車輛的速度 安全與舒適等均為公路設計基本要素, 是故對於路線的位置與交通聯絡設施計畫, 均應逐一考量 工程技術上的考量 (1/) 設計速率速差區間距離不能過短, 行駛後車輛必須經 常變化車速易於肇事 路線線形要適合適合其經過的其經過的地形與地勢 選線初步階段的線形設計要採用較大的設計標準數值 平面線形與縱斷線形的調和, 當平面線形採用較大曲 線半徑時, 其縱斷線行亦應配合增大 山嶺區路線設計不宜遷就高標準, 線形應配合地形 工程技術上的考量 (/) 公路興建與生態衝擊概述 河川地 土質軟弱地帶等技術上較難處理且經費頗鉅之地點, 選線時應盡可能將經過的面積減至最少 坍方 地面滑動 下陷等區域應盡量避免, 此區域不但 施工困難, 亦難養護 選線時如能選擇與舊有道路平行選擇與舊有道路平行, 發生事故有道路替代 公路是交通的動脈, 淹水足以使其失去效能, 不應使路線經過低窪地區 路線選線時土石方之取捨分配應多考量 對生態環境之衝擊 對生態環境衝擊減輕對策 生態化公路建設之觀念 案例說明 34 公路 - 生態殺手 公路興建與生態衝擊概述 對生態環境之衝擊 路廊切割效應影響 網絡縱橫密佈, 空間分隔衍生 邊緣效應 棲地零碎化 棲地孤立 棲地惡化與消滅 野生動物交通事故 柵欄效應 降低種群持續力, 加速生物脆弱性與生態系品質惡化 對敏感地區影響 公路建設具有 迫近效應與誘導效應 帶來人潮 車潮 建築 市集 高砂蟬 ( 聚光 ) 寄居蟹 35 攤販 垃圾及其他公害污染問題 36 6
對生態環境之衝擊 對野生動物影響 對生態環境之衝擊 對植物影響 公路施工及養護營運都需要用地, 開挖取走原有表土層, 原生 植遭到破壞失去原生存土壤條件, 直接減少植物種類與面積 公路由於佔用土地 人類活動增加, 直接使野生動物棲息地空間減少 ; 植物減少或污染破壞引起食物資源減少, 不利其生存 動物生活圈或行動圈 ( 森林 ) 被公路切割, 造成動物飲水 覓食 繁殖等行動困難 增加動物穿越道路時易被車輛衝撞以致死亡機會 開挖後地表裸露面增加, 對風力 水力作用抵抗性差, 水土流 失影響植被恢復, 邊坡裸露與阻塞水道, 不利植物群落演替, 間接減少生物棲息生存與活動空間, 生態環境惡化穩定性降低 37 38 對生態環境之衝擊 對生態環境之衝擊 對大氣 氣象影響 森林被公路切割, 原本蒼鬱一片 森林中間成為寬為數十公尺路廊, 強風容易直接吹入成為刮風通 道, 風速增強易導致森林內樹枝 折斷, 復加日照直接射入, 林內 逐漸產生乾燥化, 以致公路經過 周邊樹林有枯死可能 39 對水文影響 公路改變地面環境原有情勢, 易造成當地積水 淤塞 沖刷 等局部現象 對土壤的影響 直接或間接改變土壤發育方向與土壤環境條件, 會加速及擴大自然因素對土壤退 化與破壞作用 視覺美質與景觀環境 各種開發建設所引起景觀環境變化, 破壞生物圈自然美與環境美, 使觀察者產生一種或多種感官反應與評價 公路對自然環境影響 據國外調查報告顯示植生所受到影響約距公路端 15~50m50m 之間 ; 動物所受到影響約在叢林緣外 50~300m,, 大型動物或鳥類依季節演變可能達 1 公里以外 40 對整個生態系衝擊 對生態環境衝擊減輕對策 公路建設或公路網形成 對植物 動物個體個體造成很多影響與壓力 當個體影響累積到某一種程度就會影響群種 當個體數量減少使得群種無法維持 物種無法生存可能在該地區消失 41 減輕 ( 紓 解 ) 對策並不是替代方案, 是一種限制 減少 彌補開發行為不利環境影響主要措施 迴避原則 不採取某種行動或其中一部分行動, 以避免有加乘之影響 路廊儘量迴避穿越敏感性環境或生物多樣性豐富棲息地, 避免重大衝擊, 稱為迴避原則 最小化原則 限制開發行為實施程度或減縮其實施範圍, 以減少不利影響至最低程度 路廊須穿越山區或森林時, 選擇影響範圍最小對生態環境衝擊最輕微路線, 稱最小化原則 修正或恢復原則 藉修正 修復 更新 重建或還原受影響環境, 以消除其影響, 稱為修正或恢復原則 如為野生動物建造穿越公路箱涵或橋樑, 以減少野生動物衝撞事故 ; 在路線上大量綠化及 生態景觀設計, 均屬此原則之靈活運用 4 7
對生態環境衝擊減輕對策 對生態環境衝擊減輕對策 減少衝擊原則 在開發行為之生命週期內, 藉保護與維護等手段維持其相關附屬 設備正常操作, 避免作業中斷 減少或消除其影響, 稱為減少衝 擊原則 補償原則 以更換或提供替代資源或環境, 以補償其影響, 稱為補償原則 以生態環境為對象, 採取就地與異地兩種方式進行, 又稱為生態 補償 43 加拿大 荷蘭 44 對生態環境衝擊減輕對策 美國加州 45 加拿大賈斯伯國家公園 在主要的公路上, 每隔一段就有不有不供車輛通行, 而是方便動物從公路的這一邊遷徙到另一邊生物廊道生物廊道的橋,W50m L70m; ; 公路兩側都以鐵絲網封住, 避免 46 動物誤入公路而遭遇不測 對生態環境衝擊減輕對策 對生態環境衝擊減輕對策 47 台灣綠島螃蟹 48 8
國道六號案例 計畫概要 圖 大里 大 路堤路塹 里 橋梁 4 63 中投公路 交流道 3 霧峰 1 33 路線起 點 63 14 乙 國姓交流 道 14 14 乙 1 48 76 3 構築方式 草屯 工務段 隧道 4. 4.公里 公里 11% 公警隊 國姓 橋梁 6.4 6.4公里 公里 70% 14 63 甲 中興系統 交流道 1 33 1 36 中橫系統交流 道 東草屯交流 道 舊正交流道 14 二 工程 工程內容 內容 隧道 地磅站 霧峰系統 交流道 14 丁 例 6 國姓 一 號隧道 路工 7.0 7.0公里 公里 19% 埔里交流 道 北山交流道 14 國姓 二 號隧道 3 甲 埔里隧 道 車道配置 雙向 車道配置 雙向4 4車道 1 愛蘭交流 道 投 75 14 交流道 中橫系統 舊正 東草屯 埔里 14 路線終 點 中興新村 南投交流道 國姓 北山 愛蘭 及埔里共7 及埔里共7處 1 33 貓 14 乙 羅 3 甲 建設經費 建設經費366.49 366.49億元 億元 1 47 溪 1 3 1 31 南投 1 31 1 31 50 49 /11 節能減碳具體效益 /11 節能減碳具體效益 1/11 1/11 以國內銷售量高之小型車 以國內銷售量高之小型車((汽缸 汽缸1.8) 1.8)為例 市區模式之 為例 市區模式之 耗油率為11.1Km/l 耗油率為 11.1Km/l 高速公路模式則為 高速公路模式則為 14.9Km/l 一 提昇道路服務品質 節能減碳 國6通車後可提高能源使用效率 國6通車後提供便捷交通 大幅轉移臺 通車後提供便捷交通 大幅轉移臺14 14交通量 交通量 (50%~65%) 50%~65%) 提高能源使用效率 提高能源使用效率 減少 減少CO CO排放量 臺14 14草屯 草屯~ ~埔里路段現況交通量約 埔里路段現況交通量約34,000PCU/ 34,000PCU/日 日(雙向 ) 以 以50% 50%之臺 之臺14 14線 線交通量轉移行駛國 交通量轉移行駛國6 6估算 估算 每天約 每天約 減少CO 減少 CO排放量 排放量39.1 39.1噸 節省汽油 噸 節省汽油.4.4萬公升 萬公升 51 5 節能減碳具體效益 節能減碳具體 效益 4/11 4/11 節能減碳具體效益 3/11 3/11 單一旅次 單一旅次CO CO排放量之比較 排放量之比較((國6南投段 南投段V.S. V.S.臺 臺14 14線 線) 公路別 國道6號 臺14線 車種 旅行長度 CO排放係數 CO排放量 (公里) (公克/輛/公里) (公斤/輛) 小客車 38 03 7.7 大客車 38 744 8.3 小客車 44 8 10.0 大客車 44 764 33.6 二 新材料 爐石粉取代部分水泥 採用 採用自充填混凝土 自充填混凝土減少 減少CO CO排放 生產 生產1 1噸水泥 排放 排放0 0.89 89噸 噸 CO 350 350kg/cm kg/cm強度等級 強度等級 每方減少 每方減少0 0kg kg水泥 水泥 強度等級 每方減少 每方減少35 35kg kg水泥 水泥 40 40kg/cm kg/cm強度等級 總計約減少 總計約減少4 4.7萬噸水泥用量 傳統混凝 土施工 備註 小客車及大客車排放係數參考環保署TEDS 備註 小客車及大客車排放係數參考環保署 TEDS 6.1 臺灣地區排放量資料庫 推估 6.1 臺灣地區排放量資料庫 推估 國道6 國道 6號以 號以90 90 km/hr車速推估 km/hr車速推估 臺14 14線以草屯交流道 線以草屯交流道~ ~埔里路段平均速度 埔里路段平均速度40km/hr 40km/hr計 計 53 自充填混 凝土施工 減少 4.萬噸 CO排放 54 9
節能減碳具體效益 (5/11) 一般混凝土掺用爐石粉, 減少 CO 排放 : 生產 1 噸水泥 排放 0.89 噸 CO 爐石粉取代水泥比例約 6%, 總計約減少 19. 萬噸水泥用量 減少 17.1 萬噸 CO 排放 本計畫一般混凝土及自充填混凝土掺用爐石粉, 總計減少 CO 排放量約 1.3 萬噸 約相當於.1 萬公頃林地每年的 CO 固定量 ( 註 : 以單位面積林地 CO 固定量 7.45~14.9 公噸 / 公頃 / 年計算 ; 資料來源 : 農委會林務局網站 節能減碳具體效益 (6/11) 二 新材料 ( 輕質混凝土 ) 石灼巷跨越橋上構採用輕質混凝土 ( 水庫淤泥再生利用 ) 橋墩柱斷面積縮小 16.7%(400 10cm 400 100cm) 減少混凝土用量 55 56 節能減碳具體效益 (7/11) 節能減碳具體效益 (8/11) 三 綠化與植生 以原生喬木植栽混植, 加速回復原有森林景象 四 土方土方平衡 全線土方平衡, 充分利用資源, 減少土方運輸耗能 東草屯交流道 本計畫約種植喬木 9 千株 灌 木 16.5 萬株 其中喬木約可吸 收 4,30 噸 CO ( 以 1 顆樹平均 壽命 40 年計算 ) 埔里交流道 埔里隧道西口橋隧交接意象 57 58 節能減碳具體效益 (9/11) 五 保護綠資源 以橋隧為主, 減少地形 地貌與生物棲地破壞 橋梁 隧道合計 81% 主線路塹開挖段僅約 938 公尺 節能減碳具體效益 (10/11) 設置鋼棧橋保護既有地被生態 北山高架橋及國姓 號隧道 斗山高架橋 59 60 10
節能減碳具體效益 (11/11) 表土回收利用, 保存當地種子庫 原生林區表土係植群種資源庫, 富含腐質土, 為加速植群社會演替, 保留表土, 回舖於路堤邊坡 (( 中興顧問社提供, 王中和攝影 ) 61 小結 幾何線形影響行車安全 行車舒適經濟效益等, 和諧的線形足以調和地形使成優美景緻 道路車道配置是綜合功能定位 設計速率及定線標準 道路容量及服務水準分析後型式的具體表現, 因此應綜合各方因素後審慎配置, 以達最適化結果面 因應環保意識日益抬頭及生態永續考量, 工程的規劃設計, 仍然有很大的改善與進步空間 6 小結 小結小結 道路工程整體計畫, 從可行性研究 規劃 設計到施 工階段, 均是關鍵所在, 尤其是規劃設計階段調查與 地質情況的掌握, 更是工程是否能有效控制成本及掌 握工期先決條件 公路建設者應以順天應人的理念, 推動節能減碳 資源再生利用, 以達環境永續發展的目標 第三代高速公路, 落實環境與生態保育的永續理念, 規設考量對環境干擾最小化, 使用新材料 新工 法以節能減碳, 並運用生態工法生態工法 配合地方環境配合地方環境 人文意象與景觀特色, 構建一條符合環保 生態 63 景觀及交通需求的永續公路 64 道路設計程序 公路幾何設計流程 道路設計之程序, 主要分成兩大部分 : 初步設計 : 規劃方案產生 工地探勘 現地測量 地質鑽探 幾何配置設計在內 ; 細部設計 : 將選定之方案進行更細部的設計, 包括機電 土建等相關部分在內, 其詳細之程度必須足以作為發包與施工之依據 65 66 11
道路設計內容 (1/) 道路設計內容 (/) 道路設計內容, 可劃分為功能設計功能設計以及以及構造設計構造設計兩大類 功能設計可細分為以下六項 : 幾何構造 - 橫斷面 平面線形 縱斷面 路面構造 - 平坦性 防滑 交通功能設施 - 交流道 服務設施 停車場 公車站等 交通安全設施 - 道路照明 防護欄 防眩 視線誘導等 交通管理設施 - 標誌 標線 號誌 緊急電話等 環境保育 - 道路景觀 造園 公害防制設施等 構造設計可細分為以下四項 : 路工 - 路體構造 排水設施 路工構造物 防災設施 橋樑構造物 - 上 下部結構 隧道 - 主體構造 附屬結構 鋪面構造 67 68 公路幾何線形組成 道路幾何構造分類 直線 單曲線 平面線形 圓曲線 公路幾何線形 平面曲線 複曲線 反向曲線 直線 縱面線形 緩和曲線 豎曲線 69 公路及市區道路市區道路兩大類型之幾何構造可區分為三種 : 橫斷面 平面線形 縱斷面 無論是公路或市區道路都是由三度空間所構成 ( 橫斷面 平面線形與縱斷面 ) 在道路幾何設計中, 三者必須整合來考量, 缺一不可 70 公路 (1/6) 公路組成元素 : 1. 橫斷面 公路橫斷面所需考量之因素甚多, 例如 : 考量自然邊坡之構成因素 考量檔土邊坡之構成因素 考量劃設快 慢車道之構成因素 考量設置人行道 自行車道 停車設施之構成因素 公路橫斷面構成要素 ( 考量自然邊坡 ) 71 1
公路橫斷面構成要素 ( 考量擋土邊坡 ) 公路橫斷面構成要素 ( 考量劃設快 慢車道 ) 公路 (6/6). 平面線形 公路平面線形構成要素 公路橫斷面構成要素 ( 考量設置人行道 自行車道 停車設施 ) 76 市區道路 (1/3) 市區道路組成元素, 可區分三種 : 1. 橫斷面 市區道路之橫斷面構成要素 市區道路 (/3). 平面線形 平面線形設計應與發布實施之都市計畫圖說相互配合 市區道路之平面線形構成要素 77 78 13
市區道路 (3/3) 3. 縱斷面 市區道路之縱斷面構成要素 79 橫斷面最適化之定義 公路斷面服務功能的最適化 最適化的理念 交通運輸功能 空間使用功能 環境永續功能 提供人文活動 植栽景觀美化 公共設施 橫斷面最適化 空間使用 功能 人與貨物運輸交通安 全確保 交通運輸 功能 最適化 功能 最適化斷面的 基本理念 交通需求 ( 總量 車種 分配 ) 其他功能 ( 綠色運輸 植栽綠化 安全 ) 附屬設施空間 ( 照明 排水 交控 交通 ) 環境永續 功能 符合需求最小空間 社會公平 綠色運輸 節能減碳 80 車道寬 車道類型 車道種類包含 : 汽車道 輔助車道 慢車道 混合車道, 以及專用車道 ( 機車道 自行車道及公車專用道 ) 等在內 車道寬度影響 : 用路人之安全與舒適感 行車速率與交通容量 81 雙向雙車道公路道混合車道 混 多車道公路 8 雙向單車道公路 車道寬 ( 公尺 ) 樣本數 ( 公里 ) 車道寬與肇事率關係 交通事故件數 每公里肇事率 平均每日交通量 每百萬車公里肇事率.1 637 13 0.19 05.58.4 4,518 1,143 0.5 304.8.7 13,73 6,65 0.50 79 1.88 3.0 4,08 4,947 1.1 1,86 1.78 3.4 1,68,017 1.59 3,410 1.8 3.7 981 1,743 1.78 3,970 1.3 4.0 6 135.1 4,483 1.68 路肩 : 銜接行車道以外空間 路肩功能 : 穩固路基路面 增加行車道淨距提昇安全感及道路容量 拋錨停車 避開車禍臨時車道 增加挖方路段行車視距 路面養護及施工臨時便道 路肩 資料來源 :Charles V.Zegeer 83 84 14
路肩寬與肇事率關係 中央分隔帶 路肩寬 ( 公尺 ) 樣本數 ( 公里 ) 交通事故件數 每公里肇事率 平均每日交通量 每百萬車公里肇事率 0.0 17,887 8,790 0.49 751 1.79 0.3-0.9 6,661 6,610 0.99 1,578 1.7 1.-1.8 163 370.7 3,566 1.74.1-.7 138 188 1.36 3,693 1.01 3.0-3.7 553 964 1.74 4,088 1.17 資料來源 :Charles V.Zegeer 85 分隔帶 : 在公路用地範圍內, 為了區分車道 導引行車 分隔人車, 設置公共設施 植栽綠化等目的而設置之帶狀空間 其型態種類可分為中央分隔帶 (median) 車道分隔帶車道分隔帶 植栽綠帶 公共設施帶公共設施帶 邊緣帶邊緣帶等 中央分隔帶 : 介於車道分向邊線間之範圍, 作為公路分隔對向車道之用 公路設有內路肩時, 中央分隔帶則包含內路肩寬度 中央分隔帶設置規定如下 : 1. 一 二級公路應設置中央分隔帶 ; 其寬度應 1.8 公尺以上. 三級路四車道以上公路, 宜設置中央分隔帶 86 中央分隔帶 中央分隔帶 係公路為分隔對向車道, 於分向車道邊線間之範圍 公路設有內路肩時, 中央分隔帶包含內路肩寬 一 二級公路應設置中央分隔帶 ; 其寬度應 1.8 公尺以上 三級路四車道以上公路, 宜設置中央分隔帶 中央分隔帶主要功能 : 避免受到對向車流干擾 減少對撞機會 增加綠化空間及道路景觀 減少夜間車輛燈光照射 提供左轉或迴轉空間 失控車輛回復正常運轉場所 87 88 公共設施帶 道路用地寬度 依植栽 路燈 景觀及街道傢俱佈設需求, 劃設於人行道或分隔島等帶狀空間 宜以該路段公共設施最寬者為依據, 宜以 1.5m 為原則, 最小不宜小於 0.8m 道路用地寬度 : 稱為用地寬用地寬或路權寬路權寬 用地寬應考量行車道 路肩 分隔帶 邊坡, 以及交通工程 停車 排水 擋土或其他附屬設施所需之總寬度 89 90 15
用地寬 其他車道種類 行車道 路肩 分隔帶 邊坡, 以及交通工程 停車 排水 擋土或其他附屬設施所需總寬度 輔助車道 慢車道 人行道 91 自行車道 公車專用道 機車道 9 鋪面種類與路拱 路拱 (1/4) 路面設計 : 應綜合考量交通量交通量 交通特交通特性, 就近可使用之路面材料 建造成本及完工後維護成本等 路拱之設置與之設置與鋪面鋪面類型息息相關 路拱 : 基於排水因素之考量, 路面中某處需較兩側為高, 形成自中央由高處往兩邊之路緣傾斜之坡度 93 94 路拱 (/4) 路拱 (3/4) 路拱型態正常路拱水平路拱反向路拱全超高 圖示 公路典型之路拱 各種路拱型態示意圖 95 96 16
路拱 (4/4) 直線段路拱須依照鋪面種類設置 曲線段路拱則應依超高之規定設置 鋪面種類 路拱 (%) 瀝青混凝土 水泥混凝土 1.0~.5 碎石.0~4.0 鋪面種類與路拱 公路邊坡 公路之邊坡 (side slope): : 公路邊側之土 岩 人工護坡 設計規範如下 : 1. 公路邊坡以自然邊坡為宜, 坡度規劃應就地質狀況 地形條件 基礎土層 填方材料 土方處理 工程經濟 行車安全 視覺景觀 環境生態 天候水文及用地等條件分析. 填方邊坡之坡度依填方材料及填方高度而定, 並應對平台設置 坡表覆土及坡面排水等事項分析, 檢核邊坡穩定性 3. 挖方邊坡之坡度依地層之岩石與土壤性質 狀態及挖方高度而定, 並應對開挖坡面隨時間之變化分析, 檢核邊坡穩定性 4. 考量邊坡穩定性及用地條件, 設置必要之坡面保護措施或擋土設施 ( 型式應兼具工程安全 經濟 景觀及生態考量 ) 97 98 道路平面線形設計 (1/6) 單曲線 (Simple Curve) 道路之平面線形設計, 是以下兩者構成 直線 平曲線 單一半徑的圓曲線 I 道路平面線形之組成 R R 99 O 100 複曲線 (Compound Curve) 反向曲線 (Reverse Curve) I=I 1 +I I 不同半徑之兩個或兩個以上圓曲線相接, 圓心皆位於同一側 相鄰圓曲線間無緩和曲線 R 1 I 1 圓心分居於公路兩側所組成之圓曲線 相鄰圓曲線間無緩和曲線 I 1 R 1 R O O 1 R R R 1 O 1 I O 101 10 17
圓曲線 + 緩和曲線 IP 緩和曲線 TS SC CS S T 緩和曲線又稱介曲線 功能 緩和由直線進入圓曲線時離心力的變化 R R 做為超高漸變區間 做為曲線加寬路段區間 使曲線路段線形協調 103 104 緩和曲線 緩和曲線常用線形 螺旋曲線 (Spiral Curve) 或稱克羅梭曲線 (Clothoid curve) 雙葉曲線 (Lemniscate) 三次拋物線 (Cubic Parabola) 105 106 克羅梭曲線特性 克羅梭曲線 (Clothoid Curve) 基本型態 曲線上任一點, 曲率半徑都與曲線起點長度成反比 車輛行駛軌跡與克羅梭曲線相吻合 對稱型 不對稱型 克羅梭曲線可提高駕駛人對公路線形視覺效果 可緩和駕駛人感受離心加速度變化 1 R Ls C 以 A C R L A 1 s 式中 R= 克羅梭曲線上某點之曲率半徑 (m) Ls= 自克羅梭起點至緩和曲線某點之長度 (m) C= 比例常數 A= 克羅梭曲線參數或曲率通徑, 單位 m A 值決定緩和曲線之大小 107 蛋型 S 型 複合型 108 18
超高案例照片 超高 Wsinθ W Wcosθ θ WV cos g R θ WV g R sin 109 摩擦力 fr f W cos 下滑力 F f W cos W sin sin f W cos W cos cos F (tan f ) W cos ( e f ) W cos WV 離心力 g R WV 沿路面分力 cos g R 當車輛不滑出車道, 沿路面方量合力為零 WV cos ( e f ) W cos g R V ( e f ) g R V e f v f v f g R 3.6 9.8 R 17 R v e f 17 R fr : 摩擦力 θ W: : 車重 (Kg Kg) V:: 車速 (m/sec) fr v: 車速 (km/hr) WV g f:: 輪胎與路面之橫向摩擦係數 R:: 曲線半徑 (m) F: 沿路面之重力分力與摩擦力分力之合力 θ:: 路面斜度 ( ) e:: 超高率 =tan Θ g: 重力加速度 9.8m/sec R 1 110 e 超高路面設計基準線位置 超高路面設計基準線位置 無中央分隔帶 適合道路改建 有中央分隔帶 適合各種條件 以路面中心為基準線 以中央分隔帶邊緣為基準線 以路面內側為基準線 (R 較小一側 ) 有利排水 以中央分隔帶中心線為基準線 適合較窄分隔帶 以路面外側為基準線 (R 較大一側 ) 特殊高程考量 111 以兩側路面中心線為基準線 適合較寬隔帶及多車道 11 摩擦係數 (1/3) 摩擦係數 (/3) 側 ( 橫 ) 向摩擦係數 (side friction factor) 取決於許多因素, 如車速 路面型式及表面狀況 輪胎之品質及表面狀況等 研究顯示, 摩擦係數隨車速之增加而降低 一般在乾燥路面約為 0.4~0.8 在潮濕路面上約為 0.5~0.4 路面結冰或積雪時, 降到 0. 以下 在光滑的冰面上可降至 0.06 在公路設計時不可採用最大側向摩擦係數值, 因為由其所計算出之曲線半徑過短, 對駕駛人之安全與舒適皆不利 依照美國州公路及運輸官員協會 (AASHTO) 所設定之規範採用最大側向摩擦係數, 此一數值為駕駛人因曲線上之離心力而有不適感受時之速率為推求最大容許側向摩擦係數之選擇標準 113 114 19
摩擦係數 (3/3) 平曲線最短長度 設計速率與最大側向摩擦係數之關係 設計速率 Vd 側向摩擦係數 fs ( 公里 / 小時 ) 主線 匝環道 轉向彎道 * 10 110 100 90 0.100 0.110 0.10 0.130 80 0.140 0.140 70 0.146 0.146 60 0.15 0.15 0.173 50 0.158 0.158 0.197 40 0.164 0.164 0.30 30 0.170 0.170 0.76 5 0.173 0.173 0.307 0 0.180 0.180 0.350 * 轉向彎道 : 係指槽化路口供轉向且與主線分離之車道 註 : 市區道路之設計速率為 0~100( 公里 / 小時 ) 115 車輛沿曲線行駛時, 若曲線長度太短, 駕駛人即須將剛轉彎不久之方向盤立刻轉回, 此時的離心力變化太大會導致乘客不舒服, 且駕駛人操作方向盤之困難度亦較高, 故平曲線之最短長度有限制之必要 116 平曲線行車道加寬 超高設計 由於車輛後軸軌跡半徑較前輪小, 因此駕駛人會有向車道兩側偏離之自然傾向 為了在平曲線行車時能與直線行車一樣平穩, 在曲線路段須將行車道加寬 車輛行駛於平曲線時, 會產生離心力, 此時車輛將會產生滑出車道之傾向, 嚴重者甚至造成翻車 為避免此種情況發生, 有兩種方法可採用 : 1. 增加路面之側向摩擦力. 提高平曲線外側路面, 即設置超高 (superelevation),, 使產生向心力以抵消摩擦力產生向心力以抵消摩擦力 117 118 超高率 (1/) 超高率 (/) 最小超高率依正常路拱規定 正常路拱 : 道路鋪面中心線兩側之緩和斜坡, 用來協助排水之用 路拱之設計標準視排水需求而定, 通常介於 10.4~0.83(mm/m) 之間 最大超高率取決於以下因素 ( 周義華,007) 007): 氣候狀況, 如冰雪之頻率與數量 地形狀況, 如平原或山嶺 地區狀況, 如鄉區或市區 慢速車輛之數量 119 由上述可知, 最大超高率應綜合考量四類因素, 視情況選用不同的數值, 不可能以某一數值應用於全線公路 最大超高率依區位及氣候規定 最大超高率依區位及氣候規定 區位及氣候最大超高率 e max 一般地區 0.06~0.10 鄉區冰雪地區 0.06~0.08 市區 0.04~0.08 註 : 一般地區 : 無積雪結冰地區冰雪地區 : 有積雪結冰地區 10 0
超高漸變設置規定 超高漸變 (superelevation runoff) 應設置於緩和曲線路段 未設緩和曲線者, 超高漸變設置宜適當分配於直線路段與曲線路段 設置於曲線路段部份不得超過 50%,, 建議採 0%~40% 11 超高漸變長度 超高率在路段上之變化情形, 參見後圖 A 點 : 位於正常鋪面上 B 點之道路外緣已旋轉至道路中心線的高度, 但道路內緣仍維持正常路拱坡度 C 點的道路外緣 中心線 內緣之斜率相同且等於路拱坡度 D 點 : 位於平曲線之起點 E 點 : 達到全超高之點 A 點與 B 點之間的水平距離 : 正切伸出 (tangent runout) B 點與 E 點之間的水平距離 : 超高漸變 (superelevation 1 runoff) 一般說來, 簡單平曲線之超高漸變大約有 /3 是分配至直線路段上, 即 BD = /3BE, 另有 1/3 的超高漸變是分配至曲線路段上, 即 DE = 1/3BE 發展全超高的四種方法 超高之發展過程 道路縱斷面設計縱坡 (1/3) 縱坡 (/3) 道路之縱向坡度 ( 簡稱縱坡 ) (grade): 道路在長度方向之高低起伏 沿著道路中心線 ( 或稱縱坡基線 (profile grade line, PGL)) 路面之傾斜度, 以兩點之高程差與兩點間水平距離之百分比表示 正值表示上坡道 負值表示下坡道 15 1. 最小縱坡度 路塹及橋梁 隧道路段考慮排水之最小縱坡度以 0.3% 為宜. 最大縱坡度 最大縱坡度, 按設計速率規定如表 8-0 所示, 一般情況宜採用建議值 冰雪地區不得大於 8% 需要機械通風設施之隧道, 其縱坡度以小於 % 為宜 ; 無需機械通風之隧道, 縱坡度以小於 3% 為宜 16 1
最大縱坡度 註 : 市區道路之設計速率為 0~100 ( 公里 / 小時 ) 縱坡 (3/3) 設計速率 Vd 最大 縱坡度 Gmax (%) ( 公里 / 小時 ) 容許最大值 建議值 10 110 100 4 4.5 5 3 3.5 4 90 5.5 4.5 80 6 5 70 7 6 60 8 7 50 9 8 40 10 9 30 11 10 5 1 11 0 1 11 縱坡度與肇事率 德國公路縱坡度與肇事率關係 縱坡度 (%) 肇事率 ( 件 / 百萬車公里 ) 0-0.465-4 0.67 4-6 1.900 6-8.105 日本公路縱坡度與肇事率關係 縱坡度 (%) 肇事率 ( 件 / 百萬車公里 ) 0-1 0.81 1-0.76-3 0.93 3-4 1.06 4-5 1.08 17 爬坡車道之規劃與設計爬坡車道之規劃與設計, 李志隆, 台灣公路工程,94.03 18 重型車速差與肇事率 縱坡長度限制 (1/) 爬坡車道之規劃與設計爬坡車道之規劃與設計, 李志隆, 台灣公路工程,94.03 1. 設計載重車輛上坡速差, 以小於 15 公里 / 小時為宜, 最大不宜超過 5 公里 / 小時. 設計載重車輛產生速差達 15 公里 / 小時之上坡長度稱為縱坡臨界長 (L o ),, 產生速差達 5 公里 / 小時之上坡長度稱為縱坡限制長 (L i ) 3. 連續坡應按爬坡性能曲線決定其坡長 馬力載重比為 10 馬力 / 公噸 (P s /t) 之載重車輛, 進坡為水平時之縱坡臨界長與縱坡限制長, 參見後圖 (1 馬力 75 公斤 公尺 / 秒 ) 19 130 縱坡長度限制 (/) 8.7.1. 緩和區間緩和區間 縱坡度已達限制長度時, 宜以緩和區間銜接 該區間內之縱坡度宜小於 3%,, 其長度宜大於 60 公尺 縱坡臨界長與縱坡限制長 131 13
爬坡車道 爬坡車道設置時機 爬坡道 (climbing lane): : 專供載重慢速車行駛之車道 對於重車較多之道路而言, 若縱坡坡度大且車道又長, 則重車速率將嚴重降低, 影響其他車輛行進, 甚至造成道路壅塞等狀況 故應於坡道路段外側加設一車道, 供慢速車行駛 重車爬坡道示意圖 設計載重車輛行駛速率低於最低速限規定時, 應佈設爬坡車道 公路容量因受上坡影響而降低至設計服務水準以下時, 宜佈設爬坡車道 縱坡長度超過限制長度時宜佈設爬坡車道 縱坡長度超過臨界長度時得考慮佈設爬坡車道 133 134 爬坡車道設置方式 豎曲線 1. 設置爬坡車道時 起點宜設置於小型車與重車速差小於 15 公里 / 小時處, 最大速差不得超過 5 公里 / 小時 前置車道漸變段長寬比例以 V d /5 比 1 為宜. 設置爬坡車道時 爬坡車道終點終點宜設置於速差小於 15 公里 / 小時處, 最大速差不得超過 5 公里 / 小時 後置車道漸變段長寬比例以 V d / 比 1 為宜 3. 雙向雙車道公路爬坡車道終點之速差若大於 15 公里 / 小時時, 該終點處應符合最短超車視距之規定 4. 爬坡車道長度宜大於最短應變視距, 惟不得小於 00 公尺 5. 爬坡車道宜與主線車道同寬度, 最小不得小於 3.0 公尺, 其路肩不得小於 0.5 公尺 135 136 豎曲線案例照片 豎曲線案例照片 137 138 3
豎曲線案例照片 豎曲線案例照片 139 140 豎曲線定義 豎曲線線形種類與比較 公路為配合地形高低起伏, 以縱向坡度順應地形 公路幾何線形前後銜接坡度間形成折角, 影響行車安全及平順性 圓曲線 ( 台鐵 高鐵 ) 二次拋物線 ( 公路 市區道路 ) 螺旋曲線 為促進行車安全行車安全 舒適舒適及視覺美觀, 於於縱坡度變化 處設置一段曲線, 使縱坡度變化平順, 此曲線稱之為 豎曲線豎曲線 141 圓曲線 二次拋物線 螺旋曲線 計算難易 1 3 視距一致性 1 3 土方經濟性 挖方 3 1 填方 1 3 行車安全性 3 1 總排序 10 9 11 14 公路豎曲線分類 凸型豎曲線分類 PVI 凸型豎曲線 PVI G 1% BVC 凸型豎曲線 EVC G % G 1% BVC EVC G % BVC G 3% EVC PVI EVC G % 連續上坡凸型豎曲線 PVI 凹型豎曲線 BVC G 1% G 1% BVC PVI 143 連續下坡凸型豎曲線 EVC G % 144 4
G 1% G 1% BVC BVC G 1% BVC 連續下坡凹型豎曲線 凹型豎曲線分類 PVI 凹型豎曲線 PVI PVI G % EVC 連續上坡凹型豎曲線 EVC G % EVC G % 145 G 1% BVC h y v x l xp v 二次拋物線公式推導 A x B G % G1 % G G1 a L 00L v PVI M L v 二次拋物線基本方程式可表示成 0% 高程基準面 (Datum) y ax bx c 式中 a b c皆為常數邊界條件 1, x 0 y h h 0 a 0 b c c h 邊界條件, x 0 y G1 % y ax b a 0 b G1 % b G1 % 邊界條件 3, x Lv y G% y ax b a L G % G % 1 EVC G % 二次拋物線方程式 G G1 G1 y x x h 00Lv 100 當 x x G G1 G1 yx x x h -A B h 00Lv 100 G1 G 式中 A x : 切線支距 00Lv G1 B x : 切線高 100 146 豎曲線設計一般考量 縱面線形平順與否是影響視覺品質好壞主要因素 短小的豎曲線易形成曲折而不協調的線形 過多的豎曲線形成起伏跳躍感覺 不良的豎曲線形成駝峰 暗凹 斷背或折曲等視 覺中斷現象 縱面線形設計考量 縱坡度變化要平順, 避免距離內設置連續驟變的豎曲線 避免設置有隱藏坡降的縱坡 (Sight loss) 下坡道長度足以使車輛產生加速動能, 應評估交通安全 避免斷背或破背現象 (Broken-Back) Back) 導致視覺不佳 較長連續坡度底部採較陡縱坡為宜, 頂部縱坡宜稍緩 147 148 縱面線形設計考量 交叉路口縱坡度應適度降低 除非可提供排水, 開挖路段不宜設置凹豎曲線 橋梁兩端豎曲線應融為一體 平直路線不宜採用過短豎曲線, 以避免縱面線形急折現象 縱面線形需與平曲線形合併考慮 149 不良縱面線形案例 隱藏坡降的縱坡 150 5
不良縱面線形案例 短豎曲線, 縱斷面線形急折現象 不良縱面線形案例 短豎曲線, 縱斷面線形急折現象 151 15 不良縱面線形案例 不良縱面線形案例 隱藏坡降的縱坡 隱藏坡降的縱坡 153 154 不良縱面線形案例 不良縱面線形案例 短小的豎曲線易形成線形的曲折而不協調 隱藏坡降的縱坡 155 156 6
問題研討 相關考題 1. 請說明道路設計之程序. 道路設計內容可列分為幾個部分? 請分別詳細說明 之 3. 請說明道路橫斷面之構成要素及其設計準則 4. 試詳述道路平面設計的組成及其詳細內容 5. 請說明超高設置之相關規定與計算公式 6. 道路之縱向坡度 ( 簡稱縱坡 ) 設計所需注意的相關規定 有哪些? 7. 何謂爬坡車道, 其設置時機與設置方式為何? 8. 何謂豎曲線, 其設計之時機與相關規定有哪些? 157 1. 設計爬坡車道時, 應如何分析設置之需要性? 如何決定爬坡車道起點和終點之位置?(5 分 )(90 高三級第二試 ). 市區公車專用道之規劃應考量那些因素? 其於幾何設計及鋪面結構設計與一般車道有何不同?(5 分 )(93 高三級第二試 ) 3. 傳統上, 公路設計之主要控制有交通量 進出控制方式 設計速率 設計車輛特性與車種組成比例 請建議一套程序, 俾以將先進安全車輛之發展趨勢納入公路設計之主要考量中 (5 分 )(95 高三級 ) 4. 請說明公車專用道於道路橫斷面上的配置方式有幾種? 其優缺點及適用的時機及考慮因素為何?(0 分 )(95 專技高 ) 158 7