第三章 高速公路的设计标准

第三章高速公路的设计标准所谓公路的设计标准，就是在公路设计时为使各断面组成的线形要素之间保持相互均衡而制订的技术标准。不同的道路等级具有不同的技术标准，等级越高技术标准越高，而高速公路为最高。对于一个设计路段，设计标准应尽量保持一致。第一节设计车辆1、原因：设计道路最基本的目的就是使车辆能在其上行驶，所以，设计车辆是高速公路设计的重要依据之—。2、定义：是设计所采用的代表性车型。3、如果实际车辆尺寸与设计车辆不一致时，则以规定的设计车辆外廓尺寸、重量、转动特性等特征作为道路设计依据。我国的汽车种类很多，随着改革开放和汽车市场的日益国际化，汽车品种会不断增加和变化，设计车型应能代表这些汽车中的大部分。为了更好的作到这一点，设计车型实际上并不一定是某一种具体牌号的汽车，其外形尺寸往往是虚构的，但能代表某一类的汽车。4、作用：主要用于制定公路设计各项控制指标，其外形尺寸直接影响公路的平面设计，如曲线半径、车道宽度、弯道加宽、视距及净空高度等。设计车辆的动力性能则与纵断面的最大纵坡、坡长有关。5、几种设计车型：在设计时，必须考虑远景汽车交通的情况及有关指标的变化。目前，我国高速公路在设计时主要按小汽车和中型载重汽车考虑。小汽车主要从视距要求考虑，而中型载重汽车主要从外型尺寸和动力性能考虑，考虑到集装箱运输的发展，半挂车也应作为主要设计车型。我国目前采用的设计车型外廓尺寸见表3—1。设计车辆外廓尺寸（单位：m）表3—1尺寸类型总长总宽总高前悬轴距后悬小客车61.820.83.81.4载重车122.541.56.54半挂车162.541.24+8.82第二节设计车速为什么设计车速是设计依据？汽车在道路上以一定车速行驶，除了车辆本身要有良好的性能外，还要求道路提供相应的技术保证．例如行车部分的宽度、道路的平面线型、纵坡是否平缓，道路的几何形状乃至路面质量等均与行驶速度有关，即设计车速是确定公路线形几何设计的基本要素之一。行驶速度不同，对道路的要求亦不相同，因此道路设计前所确定的计算行车速度是道路设计的一项重要依据。一、设计车速的定义设计车速（又称计算行车速度）是公路设计最基本的设计依据。设计所采用的车速，称为计算行车速度，也称设计车速，它是在气候良好、交通量小、路面干净的条件下，中等技术水平的驾驶员在道路受限制部分能够保持安全、舒适行驶的最大速度。二、计车速的确定：（要考虑下述一系列问题）计算行车速度值会影响道路的规模，并影响道路建设投资。所以，1、设计车速的确定考虑了汽车行驶的实际需要和经济性，是汽车行驶要求与经济性平衡的结果。汽车的行驶要求表现为汽车的最高时速，即汽车的机械性能所能达到的最高速度。不同车辆的最高时速是不同的。公路的设计车速不可能也没有必要达到这一速度，但应尽量满足汽车机械性能的发挥。汽车行驶的经济性要求表现为汽车的经济时速，即：汽车的机械损耗和燃油消耗为最小的车速。汽车越接近经济时速运营费用越低。但通常经济时速较低，从时间效益考虑，通常驾驶员不会追求以经济时速行驶。因此，设计车速应该是最高时速与经济时速之间的一个速度。2、设计车速（计算行车速度）的取值要根据道路类别，级别，地形特征等具体情况决择，并在道路设计规范或技术标准一类文件中有所规定。远离城市的公路设计车速相对较高，而市郊公路的设计车速则相对较低；公路等级高，则多考虑行车要求，公路等级低，则多考虑经济性；平原区公路工程实施较容易，设计车速定的较高，山岭区地形起伏，工程实施困难，设计车速定的较低。二、高速公路设计车速根据高速公路的运营要求与交通需求的变化和上述确定设计车速的原则，我国《公路工程技术标准》(TIT001—97)(以下简称《标准》)规定：1、高速公路一般选用120km／h的计算行车速度，当受条件限制时，可选用100km／h或80km／h的计算行车速度，对个别特殊困难路段，允许采用60km／h的计算行车速度，但应经过技术经济论证。与以前的技术标准不同，现行技术标准中高速公路的设计车速不再与地形直接相关，设计人员可根据交通量、交通组成和性质，结合地区、地形特点，考虑技术和经济条件，选定合理的计算行车速度。2、对于高速公路，设计车速应以小客车为主考虑。虽然目前我国高速公路上行驶的车辆种类仍较多，大货车也有相当比例，但车辆性能正在不断地改善，实际运行车速呈增大趋势，以小客车作为确定高速公路设计车速的标准是合适的。3、对同一条高速公路，如果途经的地区地形有较大差异，设计车速可根据实际情况分段确定。但是，为了保证行车的连续性，应拄意以下几点：(1)分段之间的设计速度差÷般按20km/h；为一级，并应设置相应的限速标志；(2)不同设计车速分段不宜过短，通常高速公路分段长度不宜小于20km；(3)需要改变计算行车速度时，应设置过渡段，过渡段长度可根据具体地形条件结合各方面的使用效果，灵活确定；(4)计算行车速度变更点的位置，应选择在驾驶人员能够明显判断路况发生变化而需要改变行车速度的地点，如村镇、车站、交叉口或地形明显变化等处，并应设置相应的标志。各级公路计算行车速度表3—2公路等级高速公路一二三四计算行车速度120100806010060804060304020高速公路一般选用120km／h的计算行车速度，当受条件限制时，可选用100km／h或80km／h的计算行车速度。对个别特殊困难路段，允许采用60km／h的计算行车速度，但应经过技术经济论证。在平原微丘地区的一级、二级、三级、四级公路的计算行车速度应分别采用表3—2所列100km／h、80km／h，60km／h、0kin／h，山岭重丘地区的一级、二级、三级、四级公路的计算行车速度分别采用表列60kin／h、40km／h、30km／h、20km／h。第三节交通量一、交通量1、概念：交通量是指在单位时间内通过道路某一地点或某一断面的车辆数量或行人数量。前者称车流量，后者称人流量。（注意：双向交通量）2、交通量的作用及影响因素：⑴是道路规划、设计和交通规划、交通管理的依据。⑵交通量的大小与经济发展速度、文化生活水平、气候、物产等多方面因素有关，并且随时间的不同而变化。3、进行道路设计时，常用的交通量有：（1）平均交通量交通量不是一个静止的量，它是随时间变化的，在表达方式上通常取某—时段内的平均值作为该时段的代表交通量。如，年平均日交通量就是将一年内的交通量总数除以当年的总天数所得出的平均值。常用的平均日交通量还有月平均日交通量、周平均日交通量以及任意期间(依特定分析目的而定)的平均日交通量等。以上平均交通量可以概括成如下的表达式：平均日交通量=niiQn11式中：Qi—计算期内各单位时间的交通量；n—计算期内的单位时间总数。如果计算年平均日交通量(AADT)时，n为365或366，则年平均日交通量(AADT)=36513651iiQ（3-1）由此类推月平均日交通量(MADT)=301301iiQ（3-2）周平均日交通量(MADT)=7171iiQ（3-3）（2）高峰小时交通量：一天中各小时的交通量不均衡，一般上下午各有一个高峰，交通量呈现高峰的那一个小时称为高峰小时。所以，一定时间内(通常指一日或上午)交通量出现的最大小时交通量称为高峰小时交通量。（指一天内的交通高峰期间连续1h的最大小时交通量）（3）第30位小时交通量：将一年当中8760个小时的小时交通量，按大小次序排列，从大到小排列序号为第30位的那个小时的交通量，称为第30位小时交通量。将一年中8760小时交通量依大小次序排列，然后计算出每一个小时交通量与年平均日交通量之比值，称为小时交通量系数，以此为纵坐标，以排列次序为横坐标，可以绘制出一年中小时交通量曲线图(图3-1)。从图上可以发现：从第1到第30位左右的小时交通量减少的比较显著，即曲线斜率大；而从第30位以后，交通量减少得非常缓慢，曲线较为平直，即曲线斜率小。据此规律，美国和日本等选取第30位小时交通量为设计小时交通量。这样，使道路设计既满足了99.67%时间内的交通需求，将交通拥挤时间保持在最低限度(只占0．33％)，又大大降低了公路建设费用，经济合理。第30位小时交通量是国外经验数值，由于我国公路交通组成情况不同于国外，美国日本等国的交通组成中，小汽车所占比例很高，我国则以中型载货汽车为主，并有自行车、人力车等混合交通。其次，我国公路的技术状况也不同于国外，因此，在对我国交通量调查的基本数据作了系统处理与分析之后，分析资料表明小时交通量系数曲线的显著变化位置一般在第20位小时交通量附近，这时的系数值偏高，而第30位小时之后的曲线较平缓，考虑技术与经济效益方面的因素，确定设计小时交通量的位数一般取第30位小时，各地可根据当地具体情况，在第20至40位小时交通量之间，选用最为经济合理的位数，作为设计小时交通量的位数。二、设计交通量1、设计交通量作为道路规划和设计依据的交通量，称为设计交通量。进行道路规划和设计，必须考虑交通量随时间变化出现高峰的特点。若以平均日交通量或平均时交通量作为设计依据，必将在很大一部分时间内不能满足实际交通量的通行要求而发生交通拥挤阻塞；若按年最大的小时交通量作为设计依据，又嫌偏大而浪费。美国和日本的研究认为，取一年的第30位最大小时交通量作为设计小时交通量，即将一年中测得的8760小时交通量按大小顺序排列，取序号为第30位的小时交通量作为设计交通量。由图可以看出，在第30位以上，曲线斜率较大，而第30位以下，曲线变得平缓。采用第30位小时交通量做设计；全年只有29个小时的交通量超出交通设施的容量，保证率达99.67%。但我们在进行道路设计时，并不是用它去做设计小时交通量，因为它只是当年的交通量数据，我们设计道路是为了20年后也能够满足交通的需求，所以我们是在其基础上求出设计小时交通量，于是我们在此引入一个系数K值。2、系数K⑴第30位小时交通量与年平均巳交通量的比值，称为第30位小时交通量系数，以K表示。我国国家干线公路9个省的10个观测站资料统计得出，K值的分布为11%一15%，平均为13.3%。⑵我国《城市道路设计规范》把系数X称为设计高峰小时交通量与年平均日交通量的比值。K值的分布在9％一14％之间。当城市道路交通量饱和度较高时，则K值较小，当交通量饱和度较低时，则尺值较大，所以，K值一般可如下取值：城市道路用11％；公路：平原区用13％，山区用15％。各地区道路K值可取用上述平均值，也可自行长期观测统计得出。设计小时交通量，则根据X值和通过预测推算设计年限末预期的平均日交通量求得。3、设计年限年平均日交通量的推求：一般应由规划部门整理的OD调查表，并经远景出行分布分配到道路上的数据取得。如无此数据，改建道路可以调查年的交通量为准，推算增长交通量、吸引交通量与发展交通量，从而估算出远景年平均日交通量或平均日交通量；新建道路可根据邻近道路转移到新路的交通量进行估算。⑴增长交通量可按下列公式计算：Nt=Ni(1+γ)t-1（2-3-4）式中Nt——设计年限第t年的年平均日交通量(pcu／d)；Ni——起算年份的交通量(pcu／d)；t——设计年限(a)，指确定道路宽度而采用的交通量增长年限，在该年限内车行道的宽度能满足道路交通增长的要求；γ——交通量的年递增率。交通量年递增率r，应由各地分别确定。它与当地的社会经济发展有关，确定过程中宜用多种途径反复求证。⑵吸引交通量，是指道路改建后或新路出现时吸引过来的交通量，应从各项交通资料的综合分析得出。⑶发展交通量，是指随道路两侧建筑物发展而增加的交通量，可根据未来建筑物性质预估。（根据以上可求得设计年限末的年平均日交通量）4、方向分布系数δ一条道路往返两个方向的交通量，在较长的时间内可能是平衡的，但在某段时间内两个方向的交通量会有差别，这样我们就要考虑方向分布系数。主要方向交通量与断面双向交通量的比值，称为方向分布系数，以δ表示。按国外资料上下班路线δ=0.7，主要干道δ=0.6，市中心干道δ=0.5。我国郊区主要干道上来往变化不大，根据六个城市的观测资料，机动车高峰小时δ值为0.51—0.56，为