7公路平面
一般规定
公路平面线形由直线、圆曲线和回旋线三种要素组成。本规范只对有关线形要素的种类、性质和指标的“一般值”或“最小值”作出了规定,至于这些技术指标如何运用以及它们之间应当如何组合,则一并在第9章“线形设计”中论述。
平面线形各要素的选择应根据公路等级、设计速度,充分考虑沿线自然环境和社会环境,做到该直则直,该曲则曲,设计的平、纵面线形舒顺流畅,采用的平、纵指标高低均衡,并与地形、景观、环境等相协调。
直线
直线是平面线形基本要素之一,具有能以最短的距离连接两控制点和线形易于选定的特点。但由于直线线形缺乏变化,不易与地形相适应等原因,位于山岭重丘区的公路,往往造成工程量增大、破坏自然环境等弊端;在高速公路、一级公路行车速度快的情况下,更易使驾驶者感到单调、疲乏、难以准确目测车间间距,增加夜间行车车灯眩目的危险,还会导致出现超速行驶状态。因而在设计直线线形和确定直线长度时,必须慎重选用。
有些国家在长直线的运用上有条件地加以限制。像意大利和日本这样的多山之国,高速公路平面线形以曲线为主,如日本、德国规定直线最大长度不宜超过设计速度的20倍,即72s行程;西班牙规定不宜超过80%的设计速度的90s行程;法国认为长直线宜采用半径5 000m以上的圆曲线代替;美国规定线形应尽可能直捷,而应与地形一致;俄罗斯对直线的运用未作规定,且部分类似于高速公路的快速干道则不封闭,但都采用宽中央分隔带改善路容,设置低路堤、缓边坡以增加高速行车的安全度。
调研中,各省对长直线的运用存在不同看法,也确有直线长度远远超过20v的事例,但直线本身并无优劣之说,关键在于如何结合地形恰当地运用。本次修订对直线的最大长度未作明确限定,仅规定“直线的长度不宜过长”,给设计人员留下空间去作分析、判断,以使设计更加符合实际。
圆曲线间的直线长度不宜过短,是基于保证线形连续性而考虑的。本次修订在“规范用词严格程度”上仍维持“宜”,表示允许有选择,在有条件时首先应这样做。这对指导设计速度高,特别是车道数多的公路的线形设计是有利的。对设计速度小于或等于40km/h的公路,只规定“可参照执行”,从“规范用词严格程度”上讲相当于又降了一档。
圆曲线
圆曲线最小半径的“一般值”与“极限值”
圆曲线最小半径是以汽车在曲线上能安全而又顺适地行驶为条件确定的。圆曲线最小半径的实质是汽车行驶在曲线部分时,所产生的离心力等横向力不超过轮胎与路面的摩阻力所允许的界限。本规范给出的“极限值”与“一般值”的区别,在于曲线行车舒适性的差异。在设计车速v确定的情况下,圆曲线最小半径Rmin。取决于f和i的选值。从人的承受能力与舒适感考虑,横向力系数:当f<时,转弯不感到有曲线的存在,很平稳;当f=时,转弯感到有曲线的存在,但尚平稳;当f=时,已感到有曲线的存在,并感到不平稳;当f= 时,感到有曲线的存在,并感到不稳定;当f>时,转弯非常不稳定,有倾覆的危险。根据最大横向力系数fmax和最大超高imax值,即可计算得出极限最小半径值。《标准》(2003)规定的圆曲线最小半径“极限值”系在超高最大值为8%时经计算调整的取值。
圆曲线最小半径的“一般值”是使按设计速度行驶的车辆能保证其安全性与舒适性,而建议的采用值。参考国内外使用的经验,确定圆曲线最小半径的“一般值”采用的横向力系数值为~。经计算并取整数,即可得出一般最小半径值。
驾驶者在大半径圆曲线上行驶时,方向盘几乎与直线上一样无须调整。当圆曲
线半径大于9 000m时,视线集中的300~600m范围内的视觉效果同直线没有区别,因此圆曲线半径不宜过大。
回旋线
《标准》(97)中规定的不设超高圆曲线最小半径,其横向力系数f和超高i值是按f= ,i=- ,经代入公式进行计算、整理后得出的结果。
考虑到我国路拱坡度有大于或等于2%的情况,本次修订《标准》(97),增列了路拱大于2%时不设超高的圆曲线最小半径。在实际使用中,若路拱横坡采用2%,有条件时不设超高的圆曲线半径宜选用高一些。
复曲线中的小圆临界曲线半径,按下述条件计算确定:
(1)回旋线长度最小按3s行程计。
(2)小圆曲线的回旋线内移值按行驶力学上要求的小于lOcm计。
本规范规定复曲线间回旋线的省略,以设缓和曲线两圆位移差小于为条件。理由是从一个圆曲线过渡到另一个圆曲线,驾驶者在方向盘操作上,比从直线过渡到圆曲线困难;设计速度大于或等于80km/h时,大圆半径与小圆半径之比,仍规定小于时可省略回旋线,较澳大利亚推荐的半径比有所提高。理由是只要满足半径比小于,即能保证内移差不超过,同时半径比加大有利于复曲线半径组合的选择。
同旋线最小长度基本满足以双车道中线为旋转轴设置超高过渡的长度;但对以行车道边缘线为旋转轴,或者行车道数较多或较宽的公路,则可能超高所需过渡段长度应更长一些。因此应视计算结果而采用其中较长的一个。
圆曲线超高
对小于不设超高圆曲线半径的曲线设置超高,目的是以形成向心力平衡高速行驶车辆的离心力。曲线超高与行车速度和路面横向摩阻力密切相关,横向摩阻力的存在对于行驶车辆的稳定、行车的舒适等均有不利影响。超高设计及超高率计算应考虑把横向摩阻力减至最低程度。因此,对应于确定的行车速度,最大超高值的确定主要取决于曲线半径、路面粗糙率以及当地气候条件。美国认为对无冰雪地区公路通常使用的最大超高率为10%,以不超过12%为限;在潮湿多雨以及季节性冰冻地区,过大的超高易引起车辆向内侧滑移,采用最大超高率为8%。澳大利亚认为在超高较大的路段上,当货车的运行车速小于设计速度时,将受到向心加速度的作用,若超高达10%时,上述作用足以使货物发生位移并导致翻车。
根据为修订《标准》(97)而立项的《公路横向力系数》专题研究结论,并参考美国及澳大利亚的经验,本规范规定高速公路、一级公路最大超高值为8%和10%,正常情况下采用8%;对设计速度高,或经验算运行速度高的路段宜采用10%。二、三、四级公路限定最大超高为8%是适宜的。但对于积雪冰冻地区,考虑我国以货车为主的特点,限定最大超高为6%比较安全。
二、三、四级公路接近城镇且混合交通量较大的路段,车辆行驶速度会有所降
低,同时城镇路面排水也不允许设置大的超高,因此最大超高应适当降低。
圆曲线半径与超高值的对应关系曾按最大超高值为10%、8%、6%,路拱横坡为%,编制过一张表。考虑到各地应根据实际条件,或经检查、验算运行速度后再确定圆曲线半径与超高值,故不宜提供通用格式,而删去此表。设计人员可根据项目具体情况经计算后确定。
超高过渡段中的超高渐变率,其取值在%~%间变化。超高过渡段长
度,在选定旋转轴和超高值后即可按公式计算。但设计中对有硬路肩的公路,应考虑硬路肩随行车道超高过渡的需要,按实际情况的B值计算,则超高过渡段长度LC将相应增长。
回旋线过长,超高渐变率过小,将导致曲线段路面排水不畅。因此应按排水要
求的最小坡率%计,故规定超高渐变率不得小于%,即1/330。
高速公路、一级公路,当采用中央分隔带外缘为旋转轴时,即便超高渐变率大于
1/330,在纵坡较平缓的情况下,行车道排水也会因断面较宽而难以达到满意的效果。为避免这种不良现象,除采取减小超高过渡段长度、加大超高渐变率、在回旋线的某一区段内设置超高等措施外,还可以采用在行车道中间增设路拱线以减小流水行程,从而减轻路面积水的方法。国外多车道公路多采用增设1~2个路拱线以加速排水。故本规范规定:“六车道及其以上的公路宜增设路拱线”,以改善排水条件,如图7-1所示。
图7-1增设路拱的超高方式
分向行驶的多车道公路位于纵坡较大的路段,其上、下坡的运行速度会有明显的差异,故可采用不同的超高值,以策安全。
圆曲线加宽
在使用本规范表双车道路面加宽值时,应注意:
(1)四级公路和设计速度为30km/h的三级公路采用第1类加宽值,但交通量很小的单车道公路,受条件限制时可不加宽。
(2)不经常通行集装箱运输半挂车的公路,宜采用第2类加宽值。
(3)经常有大型集装箱运输半挂车行驶的公路,可采用第3类加宽值,港口、场站联络公路还应调查半挂车的类型,必要时应按大型超长车进行加宽验算。
分向行驶的公路,当圆曲线半径较小时,若将加宽仅设于曲线内侧,则内侧行车道宽度远超出车辆行驶转弯轨迹的需求,而外侧因不能侵占内侧车道则行车道宽度不能提供车辆转弯所需的宽度,因此,应按内、外两侧分别加宽。设计中如果平曲线加宽值本身较小,可采取内、外侧平均加宽的办法;若加宽值较大,应通过计算确定加宽值。
超高、加宽过渡段
四级公路不设回旋线,但应按规定设置超高、加宽过渡段。只设超高不加宽时,按本规范“圆曲线超高”有关条款执行;只设加宽不超高时,按本规范“圆曲线加宽”有关条款执行。
平曲线长度
公路平曲线长度除应满足设置回旋线或超高、加宽过渡的需要外,还应保留一段圆曲线,以保证汽车行驶状态的平稳过渡。各级公路平曲线最小长度是按回旋线最小长度的2倍控制,实际上是一种极限状态,此时曲线为凸形回旋线,驾驶者会感到操作突变且视觉亦不舒顺。因此最小平曲线长度理论上至少应该不小于3倍回旋线最小长度,即保证设置最小长度的回旋线后,仍保留一段相同长度的圆曲线。
各级公路设计平曲线长度不宜过短,从线形设计要求方面考虑,曲线长度按最小值的5~8倍即1 000~1 500m较适宜,故本次修订列出平曲线最小长度的“一般值”,取“最小值”长度的3倍。
平面设计中采用小转角、大半径圆曲线一般均属条件限制不得已而为之。小转角设置大半径圆曲线系曲线长度规定所致,否则路容将出现扭折,还会引起曲率看上去比实际大得多的错觉。鉴于小转角的不利的一面,对其使用还存在不同的看法,并把7°~10°转角亦归于小转角之列,要求少用。
以7°作为引起驾驶者错觉的临界角度也只是一种经验值,因为通过选择合适的圆曲线半径,或设置足够的长度的曲线可以改善视觉效果,这才提出小转角的最小曲线长度的限制问题。
视距
停车视距由两部分组成:①驾驶者在反应时间内行驶的距离;②开始制动到刹车停止所行驶的距离,即制动距离。另外,应增加安全距离5~lOm。通常按下式计算:
(7-1)
式中:f1——纵向摩阻系数,依车速及路面状况而定;
t——驾驶者反应时间,取(判断时间、运行时间)。
依上式计算,路面处于潮湿状态的小客车停车视距如表7-1。
表7-1 潮湿状态下的停车视距
设计速度
(km/h)
行驶速度
(km/h)
f1
计算值
(m)
规定值
120
102
210
100
85
160
80
68
110
60
54
75
40
36
40
30
30
30
20
20
20
制动停车距离随纵坡不同而变化,表列计算值是采用纵坡为零时的平坦路面而求得,理论上下坡路段是危险的,上坡则比较有保障。但因采用值尚较富裕,当属安全。
高速公路、一级公路,由于设有中央分隔带无对向车流,同向车辆只需考虑制动停车视距。
双向行驶的二、三、四级公路按相向的两辆汽车会车同时制动停车的视距考虑,所以会车视距应不小于停车视距的2倍。当受地形限制,无法保证会车视距时,允许采用停车视距,但该路段应采取划线等实施分道行驶。
货车存在空载时制动性能差、轴间荷载难以保证均匀分布、一条轴侧滑会引发其他车轴失稳、半挂车铰接刹车不灵等现象。尽管货车驾驶者因眼睛位置高,比小客车驾驶者看得更远,但仍需要比小客车更长的停车视距。
本次修订,货车停车视距的眼高规定为,物高规定为,并规定对下列相关路段进行视距检验:
(1)减速车道及出口端部;
(2)主线下坡路段且纵面竖曲线半径小于一般值的路段;
(3)主线分、汇流处,车道数减少,且该处纵面竖曲线半径小于一般值的路段;
(4)要求保证视距的圆曲线内侧,当圆曲线半径小于2倍“一般值”或路堑边坡陡于1:的路段;
(5)公路与公路、公路与铁路平面交叉附近。
双车道公路根据需要应结合地形,设置具有超车视距的路段。由于满足超车视距的路段较长,三级公路、四级公路很难达到要求,故采取划分允许超车路段和禁止超车路段的方式。
具干线功能的二级公路交通量较大时,宜提供一定数量的满足超车视距的路段;位于中、小交通量的路段则可适当减少;位于地形比较复杂的山区,可设禁止超车标志。一般情况下,至少在3 min的行驶时间里,应提供一次满足超车视距的路段,超车路段的总长度以不小于路线总长度的10% ~30%为宜。
平曲线上的视距是否足够,应按汽车沿曲线内侧行驶,假定驾驶者视线高出路
面(货车可取),距内侧路面未加宽前1/2车道宽处,汽车轨迹与视距线之间的横净距h进行检查。
回头曲线
回头曲线是越岭展线方法之一。当控制点间的高差大,靠自然展线无法取得需要的距离以克服高差,或因地形、地质条件限制,不宜采用自然展线时,三、四级公路可利用有利地形设置回头曲线进行展线。但回头曲线的缺点是,上、下线处于同一坡面且容易重叠,尤其在回头曲线前后的辅助曲线上,因受地形限制往往相距较近,对于施工、养护及行车均不利。
本次修订,增加了回头曲线设计速度为35km/h的技术指标,主要是考虑在国
道主干线建成后需要修建大量40km/h及30km/h的三级公路作为次一级路网,特别我国
西部国道、省道仍以二、三级公路为主,另外全国还有大量的三、四级公路及等外公路有待逐步改善提高等级,故增加一档以适应不同地区的需要。
8公路纵断面
一般规定
二、三、四级公路路基设计标高采用路基边缘标高,主要是考虑易于控制超高段路基的最低高度。改建公路则宜采用路基中心线标高作为路基设计标高。
本规范表所列设计洪水频率仅针对一般情况,路基边缘标高与地下水位的关系也只作了一般性规定。在具体设计中,应根据公路所在地区情况,充分考虑水文环境对路基的影响。若遇特殊地质、地理、气候条件,尚应进行专项水文分析,并采取相应的设计措施。
纵坡
各级公路的最大纵坡主要考虑载重汽车的爬坡性能和公路通行能力。一般公路偏重于考虑爬坡性能,高速公路、一级公路偏重于车辆的快速安全行驶。根据交通部公路科学研究所1991年《关于纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系的研究》实验分析结论,和2003年《公路纵坡坡度与坡长限制》专题研究的结论,各级公路最大纵坡的规定是合理的。研究结论显示,随着纵坡增大,每提高速度1km/h的油耗和每增加It货物的油耗将急剧增加,特别是纵坡坡度大于7%时尤其突出。考虑到我国交通组成中在较长的时间内仍将以“解放”和“东风”这类载重汽车为主体,所以当汽车交通量较大时,各级公路尽量采用较小的纵坡,对最大纵坡应慎用。
高原地区公路,随着海拔高度的增加,大气压力、空气温度和密度都逐渐减小。空气密度的减小,使汽车发动机的正常操作状态受到影响,从而使汽车的动力性能受到影响。研究及试运转表明,解放牌汽车发动机平均功率在海拔1 000m处,下降%;2 000m处下降%;3 000m处下降%;4 000m处下降%;4 500m处下降%。另外,空气密度变小,散热能力也降低,发动机易过热。经常持久使用低挡,特别容易使发动机过热,并使汽车水箱中的水易沸腾而破坏冷却系统。根据实验与分析,当海拔高度超过3 000m时,应考虑对纵坡予以折减。
桥上纵坡的规定主要从桥梁结构受力和构造方面考虑,而引道纵坡则主要考虑
行车方面的要求,并同桥上纵坡保持相同。在具体应用时,应根据桥型、结构受力特点和构造要求,选用合适的桥上纵坡。
位于市镇附近及混合交通量大的路段,桥上和引道的纵坡还应考虑非机动车的爬坡能力,故不宜过大。
隧道纵坡与汽车排放的废气量有关,其纵坡以接近3%为界限,纵坡再增大排放的废气量将急剧增加。对需要以机械通风换气的隧道,其最大纵坡最好小于3%。本次修订,对原规定的“隧道内的纵坡一般应大于%并小于3%;明洞和短于50m的隧道其纵坡不受此限”,前一句维持不变,只将后一句修订为“但短于lOOm的隧道不受此限”。并规定高速公路、一级公路的中、短隧道最大纵坡,当条件受限制时,经技术经济论证后最大纵坡可适当加大,但不宜大于4%。
公路纵断面设计,即使完全符合最大纵坡、坡长限制及缓和坡段的规定,也还不能保证使用质量。不少路段由于平均纵坡较大,上坡持续使用低速挡,也易导致车辆水箱开锅。下坡则因刹车过热、失效而导致交通事故发生。因此,有必要控制平均纵坡。
《公路纵坡坡度与坡长限制》专题研究认为,二、三、四级公路相对高差为200~500m时,以平均纵坡不应大于%进行控制是可行的。但对高速公路、一级公路由于缺乏调查样本数量,且鉴于当前我国交通组成以及车辆超限超载的状况等原因,尚无研究结论。在实际运用中只能采用运行速度对其安全性进行验算、评价,以策安全。
坡长
本规范所列坡长是指变坡点间的水平直线距离。在调研中,有设计者建议应对坡长予以折算,即由于变坡点前后设有竖曲线,而竖曲线上任一点的纵坡已不是直线坡而是该点处的切线坡,在采用陡坡处,该坡度值应予折减。对于这一当量坡长的折算方法,持不同意见者认为:其一不直观、不便于操作,增加推算限制坡长的设计工作量;其二是按变坡点间距确定限制坡长,设置竖曲线后纵面线形有所改善,对行车舒适性和行车安全有好处。经研究,本规范仍维持“坡长是指变坡点间的水平直线距离”的说法。
关于公路不同纵坡最大坡长的规定
在交通部公路科学研究所1991年《纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系的研究》以及2003年《公路纵坡坡度与坡长限制》专题研究中,根据东风和解放两种车型在不同纵坡上的试验结果,载重汽车在纵坡上行驶时存在一个稳定车速,与之相对应的有一个稳定坡长。从运行质量看,纵坡长度不宜超过稳定坡长,而稳定坡长的-长短则取决于车辆动力性能、驶入坡道的行车速度和坡顶要求达到的速度。车辆动力性能越好,上坡道起始速度越高,坡顶要求速度越低,则稳定坡长就越长。根据不同等级公路上实际观测到的载重汽车运行速度和今后汽车工业的发展,将85%位载重汽车车速作为起始速度,15%位载重汽车速度作为坡顶速度,结合减速冲坡的坡长与车辆运行速度变化的关系,并考虑车辆实际上坡行驶时车速要比冲坡试验时略小的调查结果和汽车工业发展的需要,提出了不同纵坡最大坡长的规定值。
爬坡车道
爬坡车道的设置是陡坡路段坡长受限制后的补充措施,即在陡坡路段满足坡长限制的规定后,行车速度和通行能力仍不能满足正常要求时,需考虑设置爬坡车道。本次修订,增列了二级公路设置爬坡车道规定。
车辆在公路上行驶的自由度不仅受交通量大小的制约,还要受载重车辆因在长大纵坡上减速慢行而产生的阻车限制,在双车道上表现尤为突出。小客车在上坡道上的速度变化不大,而载重汽车却会因爬坡能力不足而减速行驶,结果在坡道上两种车辆的速度差增大,超车需求增多、“强超硬会”的可能性增大,危及行车安全性。而多车道公路由于设置了超车车道,只有在交通量和重型车比例达到一定程度后,载重汽车才会对车流运行产生严重影响。因此,在长上坡上为低速车辆设置爬坡车道,将会缓解这种不利影响。从保证公路通行能力的角度出发,凡是上坡路段坡长超过限制坡长时都应设置爬坡车道,消除载重汽车对交通流的影响。但如果不考虑交通量和重型载重车的比例,则这种设计的经济性不好。因为从行车内心感受讲,多数驾驶者虽然难以承受整个公路长度内的拥堵,但可以忍受局部路段的跟驰排队行驶,特别是在山区地形环境下。即在交通量较小的公路上,即使纵坡长度超过了限制坡长,但阻车只是偶尔现象,可不设置爬坡车道。
爬坡车道的超高坡度是按爬坡车道的行车速度确定的,因爬坡车道行车速度低于主线行车速度,故爬坡车道的超高小于主线的超高。
爬坡车道的布设形式如图8-1所示。
图8-1典型爬坡车道
合成坡度
将合成坡度限制在某一范围之内的目的是尽可能地避免陡坡与急弯的组合对行车产生的不利影响。关于最大合成坡度的限值如何来确定,迄今为止,在理论计算上尚无确切的方法,一般是用粗略的横向和纵向受力分析计算,再根据公路等级和地形类别确定最大允许值。
合成纵坡的方向一般是斜向路基边缘,某些情况下,会给行车带来危险。冬季路面有积雪、结冰的地区,车辆横移性增大;自然横坡陡峻的傍山路段,斜滑后果严重;非汽车交通比率高的路段,斜移将对非机动车造成较大危害。在具体设计时,应多方面考虑,对由斜移形成斜滑易造成严重后果的路段,以采用较小合成坡度8%为宜。
合成坡度关系到路面排水。合成纵坡过小则排水不畅,路面积水易使汽车滑
移,前方车辆溅水造成的水幕影响通视,使行车中易发生事故。为此,应保证路面有
%~%的合成坡度。合成坡度较小时,必须在排水设计上多加考虑。
竖曲线
当汽车行驶在纵坡变坡点时,为了缓和因车辆动能变化而产生的冲击和保证视距,必须插入竖曲线。竖曲线一般采用圆曲线和二次抛物线两种。由于竖曲线的前后坡差很小,抛物线呈非常平缓的线形,因曲率变化较小,所以实际上与圆曲线几乎相同。在实际设计中,可根据计算的方便,采用抛物线或圆曲线。
本规范表所列各级公路的竖曲线最小半径的“极限值”,只是在地形等特殊原因不得已时方可采用。在实际设计中,为了安全和舒适,应采用表中所列“一般值”的~倍或更大值。
9线形设计
一般规定
一条公路可分段选用不同的公路等级、设计速度。对于一条公路,在地形复杂地段也选用较高的设计速度,将导致投资增加或对环境造成过大的破坏。同时,同一设计速度的设计路段长度又不宜过短,过短的设计路段使得运行速度变化太快。没有一个较为稳定的、能保持一定时段的运行速度,驾驶操作便较为紧张,不利于安全行驶。
公路立体线形的优劣,对驾驶者而言,就是能提供其安全性、快速性及舒适性的程度。而安全与舒适的感觉主要是通过视觉所获得的各种信息而得到的。公路路线透视图或动态连续透视图能直观地提供对视觉的检验与评价,因而对路线平、纵线形组合设计,采用路线透视图进行评价是直观而有效的。
《标准》(2003)引入了运行速度的概念。研究表明,行驶速度是一个随机变量。不同的车辆在行驶过程中采用的行驶速度是不相同的,一般呈正态分布。通常用各类小汽车在车速分布累计曲线上第85位百分点的车辆行驶速度作为运行速度(或称v85)。以运行速度来控制设计是考虑了绝大部分小汽车的实际运行速度,保证绝大部分小汽车的安全。各级公路平、纵面技术指标变化大的路段,运行速度的变化也大。研究表明,当运行速度(v85)与设计速度v之差大于20km/h时,就容易发生交通事故。所以,对受条件限制而采用平、纵技术指标最大值(或最小值)的路段,或平、纵线形组合有异议的路段,或实际行驶速度可能超出(或低于)设计速度的路段等,应采用运行速度进行检验。
平面线形设计
直线的运用
在长直线上,驾驶者一般都会加速行驶。如果纵坡坡度大于-3%,则更容易出现超速运行。众所周知,长直线下坡尽头是交通事故率高的地段,这就是超速运行所致。为确保安全,应对该路段的圆曲线半径、超高、视距等采用运行速度进行检验。为此,对长直线的运用应持谨慎态度。
圆曲线的运用
圆曲线半径的选用与设计速度、地形、相邻曲线的协调均衡、曲线长度、曲线间的直线长度、纵面线形的配合、公路横断面等诸多因素有关。单纯从某一方面来决定和评价其值的大小是片面的。
选用过大的圆曲线半径,常常会造成平曲线过长。曲线过长且地形平坦、景观单调
时,同样会使驾驶者感到疲劳、反应迟钝。调查表明,驾驶者并不希望在过长过缓的曲线上行驶。所以,选用大半径的圆曲线时,也应持谨慎的态度。
地形条件受限时,方可考虑采用圆曲线“一般值”;地形条件特殊困难而不得已时,方可采用“极限值”。所以对小半径圆曲线的运用也应持谨慎的态度,需强调的是采用小半径圆曲线时应特别注意同相邻圆曲线指标的均衡与协调,应使运行速度的变化小于10km/h。
回旋线的运用
本次修订遵照编制规范、细则的有关规定,将涉及“如何做”方面的内容删除,移至将编制的设计细则,本条只保留了基本的相关规定。
(1)调查表明,由于使用了长的回旋曲线,在视觉上线形变得自然平顺,行驶更加安全舒适,回旋线参数A值的灵活运用增加了线形设计的自由度,使得线形与地形更容易相适应。
(2)卵形曲线中,连接两个不同曲率的回旋线是缺失了R=∞到R=R2段的回旋线,
而规定R2/2≤A≤R2是为了使曲率的变化不致过于急促。
(3)凸形曲线中,当连接点的曲率半径较小,需要设置超高时,连接点附近的长度范围内,应保持相同的路面横坡度,这样便可以改善立体线形的连续性,克服凸形曲线连接点的线形的突变。
(4)一般来说,直线段(即尺=∞时)其路面横坡总是向外侧倾斜的。对C形曲线而言,其外侧车道就会出现短距离内改变路面横坡方向的问题。短距离内改变路面横坡方向,会使立体线形变的扭曲,对行车不利。为使路面横坡方向保持不变,并使公切点前后回旋线段内有相当长度的路段,采用同一横坡是必要的。
纵面线形设计
对行驶者而言,与平面线形相比,纵面线形是否平顺,在视觉上往往是影响线形质量好坏的主要因素。使人感到纵面线形不太好的主要原因是插入了小半径的竖曲线,形成了线形的折曲;或插入了过多的竖曲线,形成了线形的跳跃。纵面线形的驼峰、暗凹、跳跃、断背和折曲等会造成驾驶者视觉的中断,因此,应予以避免。
纵坡值的运用
纵坡坡度一般以平、缓为宜。最大纵坡与不同纵坡最大坡长一般不宜采用。因为大
于3%的纵坡路段的事故率是缓坡路段的2~3倍,甚至更高,而且能耗急剧增加,大气污染也随之变得严重,对于载重汽车而言,车速也会明显降低。通行能力、服务水平都明显下降。当不得已而设置陡坡时,应用运行速度进行检验,以确保高速公路的通行能力和服务水平符合要求。
竖曲线设计的要求
纵面线形的优劣很大程度上取决于竖曲线半径的大小。选用本规范条文中大于表所列的竖曲线半径,有利于获得视觉良好的线形。《标准》(2003)中给出竖曲线最小半径的“一般值”和“极限值”是满足停车视距所需的最小半径。
竖曲线长度太短,汽车行驶时会感到不适或视觉上存在问题。对于凹形竖曲线,如果半径较小,两个同向凹形竖曲线间存在直线坡段时,在视觉上会产生断背的感觉。对于反向竖曲线,竖曲线半径较小时,汽车从凹(凸)形竖曲线驶向凸(凹)形竖曲线,当离心力加速度的变化值大于0. 5m/s2时,应在反向竖曲线间设置直坡段。
横断面设计
公路横断面设计既受平、纵线形设计的制约,也对其起控制性作用。应最大限度地降低路堤高度,做好防护、排水、取土、弃土等的设计,减小对沿线生态的影响,防止水土流失,保护环境,使公路融入自然。路基边坡不宜过高、过陡,对出现的高填、深挖地段,应同高架桥、隧道以及分离式路基等多方案进行比选、论证。
调研资料表明,山区高速公路由于采用整体式路基断面而造成的深挖、高填所诱发的工程地质病害的教训不少。横断面的布置对于平坦地形而言,大多采用整体式路基断面形式。但是,对横坡较陡、地形起伏较大、工程地质复杂的地段,应充分考虑地形、地质、景观等因素的特点,选择最能适合该地形的横断面形式。高速公路可考虑采用傍山上下行分开且高度不同的分离式路基断面,从而可减小工程对自然环境的影响,避免工程引发的工程地质病害。
中间带宽度变化时,车道将发生偏移,为保证行驶安全,应设置过渡段使线形的变化顺畅圆滑。过渡段以设在回旋线范围内为宜,长度应与回旋线长度相等。条件受限制时,过渡段的渐变率不应大予1/100。
高速公路、一级公路的横断面设计,应提供足够宽的路侧安全区,让驶出路外的车辆能自行恢复正常行驶,不得已时则应设置护栏。二级公路、三级公路可结合工程具体情况,清除路肩边缘以外一定范围内的障碍物,以提供足够宽的无阻碍的路侧安全区。
路基边坡应根据自然、生态、地质等情况采用相适宜的坡率,且随纵、横向地势变化而变,不应采用单一坡率。低填方路段应尽量将边坡放缓;挖方路段边坡的坡脚、坡顶,应采用自然的圆弧过渡;边坡外形与周围环境融为一体。排水工程除应自成体系、满足功能要求外,设置在路侧安全区范围的边沟,其断面宜选用浅碟形或漫流等方式,否则应加盖板。路侧安全区以外的排水工程的断面形式等可因地制宜设置,并与周围环境相协调。
线形组合设计
公路线形设计的习惯做法是先进行平面线形设计,后进行纵面线形设计。因此,在做平面线形设计的同时考虑纵面线形设计的配合,就显得十分重要了。否则,只能以纵面来迁就平面,或者不得不“勉强凑合”了。因此,在做平面线形设计时,一定要考虑到纵面线形问题;同样在做纵面线形设计时,也一定要与平面线形协调配合。
平、纵线形组合设计的原则为“相互对应”,且平曲线稍长于竖曲线,即所谓的“平包竖”。国内、外研究资料表明,当平曲线半径小于2 000m、竖曲线半径小于15 000m时,平、竖曲线的相互对应对线形组合显得十分重要;随着平、竖曲线半径的增大,其影响逐渐减小;当平曲线半径大于6 000m、竖曲线半径为25 000m时,对线形的影响就显得不敏感了。因此,线形设计的“相互对应,且平包竖”的设计原则需视平、竖曲线的半径而掌握其对应、符合的程度。
线形与桥、隧的配合
高速公路、一级公路的行驶速度高,桥梁、桥头引道与路线衔接必须舒顺才能满足行车与安全的要求。因此,高速公路、一级公路上的桥梁线形除特殊大桥外,其布设应符合路线总体布设的要求,使桥梁、桥头引道与路线的线形连续、均衡;而特殊大桥则应尽量顺直,以方便桥梁结构设计。
高速公路设置护栏的路段,由于路基与桥涵的护栏设置位置的差异,会导致平面上出现外凸或内凹的现象,不仅影响美观,也影响安全。故要求桥涵与桥头引道的行车道(包括加减速车道、爬坡车道、慢车道、错车道等)、硬路肩或紧急停车带、中央分隔带、路缘带等对应的宽度应保持一致,使设置的护栏其平面宜为同一条基准线,避免出现凸形或凹形,即俗称的“内齐外不齐”。
隧道、隧道洞口连接线与路线的衔接应符合路线总体布设的要求。调查资料显示,隧道洞口内外是事故多发路段,为此对隧道洞口外连接线与隧道洞口内的平、纵线形应保持一致的长度作了相应规定。
线形与沿线设施的配合
要求主线收费站、服务区、停车区及公共汽车停靠站区段前后的路线线形连续流畅,无视觉不良的线形组合,是因为这些路段的车流状态比较复杂,公路使用者需要得到的信息比一般路段上多。流畅的线形、良好的视觉是安全的基础。
主线收费站选择在直线上,或不设超高的曲线上,或不得设在凹形竖曲线内的规定,是从路面排水方面考虑的。
线形与环境的协调
同样的线形在不同的环境中给人的感觉不同。调查发现,由于线形与环境景观的不良配合,会给驾驶者造成精神压力或因错觉引发交通事故。线形与环境景观的协调设计首先要考虑交通安全。
10公路与公路平面交叉
一般规定
平面交叉设计原则强调了在交叉中应减少冲突点,缩小冲突区,并分散和分隔冲突区实行渠化处理的规定。
我国当前公路平面交叉设计不够完善,规模小,难以适应交通需求。由于绝大多数未作渠化设计,使得驾驶者无指定行迹可循,也不知他人动向,因而不是抢道、占道行驶,便是彷徨择道或犹豫等待,致使交叉的空间得不到充分有效的利用,且频频出现交通事故。随着交通量的增长,非渠化交叉的不适应性越趋突出,已达到非作渠化设计不可的地步了。本次修订将平面交叉的渠化作为设计原则列入,并在后续条文中对渠化设计作了较为具体的规定。
交通管理方式决定了交叉的几何构造。即:交叉设计中首先应根据相交公路的功能、地位和交通特性来确定其交通管理方式,继而确定相应的交叉类型和几何细节设计。当然,在某些情况下,受场地条件限制时也有反过来决定交叉管理方式的。由此可见,交通管理方式是交叉设计的先决条件,因而必须为设计者所熟悉和在设计中所运用。随着交叉的交通量的增大和设施的复杂化,平面交叉中交通管理设施的作用及其被依赖的程度越趋明显。因此,对交通管理的方式作了较为明确的规定。同时,在一些接近城市郊区路段的公路上,从平面交叉使用信号控制所取得的效果来看,在某些条件下采用信号管理是非常必要的。因此,本次修订规定了采用信号设施的条件。
《路规》(94)对平面交叉相交公路的交角的规定迁就了当时既有公路的实际情况,而放得太松。近年来,在路网加密的新建公路和原有公路改建中出现了很多斜交角很小的交叉。这种交叉在使用中不仅出现不合理的交通延误、驾驶困难,更重要的是存在恶性交通事故隐患。因此对平面交叉的斜交角度必须严格限制。本次修订,参照国际通用的数值(交角为70°~110°,或80g~120g,即72°~108°),规定平面交叉的锐角不应小于70°,在特殊情况下可到60°。
平面交叉间距,除引用《标准》(2003)的有关规定外,强调了限制平面交叉和出入口数量的措施。对公路沿线开发程度高的路段,应将街道或小区用户道路布置在与公,路相交的支路上,或与公路平行而与公路间只提供有限出、入口的次要公路上。对此,公路管理部门应引起重视,并采取必要的行政手段使之得以遵循。
平面交叉处公路的线形
本条除规定了平面交叉范围内两相交公路的交角和线形要求外,还规定了新建公路与等级较低的既有公路(次要公路)之间出现斜交角很小的交叉时,应通过局部改移次要公路引道,使之符合交角的要求。
平面交叉范围内驾驶操作复杂,易发生交通事故。因此尽管行驶速度可以比一般路段低一些,但希望比一般路段有更好的纵面线形,使驾驶者能尽早看到交叉范围内的车流动向,以便于变速或停车。
视距
引道视距是使驾驶者在看到路面上的停车标线标记后能将车辆停下来所需的视距。因此引道视距的长度与看到路面上的障碍后能将车辆停下来的“停车视距”的值相同。但引道视距的物高为0,故保证引道视距所需的凸形竖曲线半径比停车视距的应大一些。
由于受条件限制而不能保证由相交两公路各自停车视距所组成的通视三角区时,可降低要求而保证安全交叉停车视距通视三角区的通视,但此时次要公路人口由“减速让行”管理改为“停车让行”。这一设计要求与节中的交通管理方式相呼应。
转弯设计
平面交叉中的转弯在绝大多数情况下都是急转弯,尤其是左转弯时。车辆在急弯状态下行驶,它所循线形和占用的路幅宽度时刻在变化,而且这一变化相当复杂,无简单的数学规律可循。即不能像公路一般曲线路段那样以一条圆弧或加上其两端的回旋线的中(准)线为基础,以两条平行于准线的车道基本边线,并赋之于一定的加宽来实现路幅设计,而应以车辆转弯时的实际行迹内、外缘轨迹所包的区域作为转弯路幅的设计控制。
不同车型以不同速度转弯时,其车辆的行迹都是不同的。因此转弯瞳线设计中首先应确定用来控制设计的代表性车型和合适的行驶速度。
一般公路上行驶的车辆有各种客车、货车和铰接式挂车。转弯设计中应采用其中尺寸较大的挂车,即《标准》(2003)中规定的总长为16m的“鞍式列车”作为设计车型。偶尔有超长车通行的交叉,用上述设计车型控制设计时,由于路幅有一定余宽,因而一般情况下能满足超长车以很慢的速度行驶时所循行迹的要求。对于转弯角度大(>90°)和半径小、路幅窄的曲线,应对超长车的通行作适当修正,如减缓路缘曲线和增设或加宽铺面路肩。增设或加宽铺面路肩后,路缘线仍保持不变。
转弯曲线所采用的设计速度分如下几种情况:
(1)左转弯有时是待机进行的,因而不必采用较高的设计速度。因此,一般采用5~15km/h的半挂车控制设计。设计中,左转弯的内缘曲线的最小半径为15m。大型车比例很小的公路(如旅游公路)可采用5km/h的半挂车控制设计,甚至用一般载重汽车的低速行驶的行迹控制设计,相应地可采用12m的极限半径。
(2)非渠化交叉或无分隔的右转弯车道的简单渠化交叉中,右转弯速度可与左转弯的相同或略高一些。转弯内缘曲线的主曲线最小半径也可为15m。
(3)渠化交叉中,在设置分隔的右转弯车道的情况下,应有较高的转弯速度。有的国家对此有“右转弯车道的设计速度不低于公路设计速度的50%”的规定。鉴于我国土地资源珍贵,规定了较低的右转弯速度,一般可控制在20~30km/h的范围内。
本条规定了转弯(右转弯)路面内缘的最小半径和线形。按转弯行迹而言,路面内缘是一条相当复杂,并无法用数学模型表达的曲线。在实用中无须十分精确,因而国外有两种简化的路面内缘曲线的模式。较多国家采用三心复曲线(三圆弧复合曲线);有的国家采用圆弧两端接特定参数的回旋线的线形。国外研究表明,三心复曲线的拟合性较好,条文中推荐采用三心复曲线。
非渠化交叉中,交通量较小或很小,转弯时允许“侵占”别的行迹,因而对路幅内缘的拟合不作要求或不作严格的要求。以长车控制设计的非渠化交叉中,上述“侵占”不可忽略,应采用与行迹大致吻合的双圆弧复曲线。
附加车道及交通岛
非渠化交叉或不设分隔的右转弯专用车道的简单渠化交叉中,当主要公路速度较高(如80km/h)且交通量较大时,即使右转弯交通量不大,也会由于右转弯的减速而影响直行车辆的速度并导致交通事故。这种情况下,增设的减速分流车道可避免车流紊乱。
渠化的右转弯附加车道由分隔的右转弯专用车道及其两端的变速车道所组成。
左转弯车道是在直行车道左侧开辟的供左转车辆分流、减速和等候左转的专用车道,由渐变段、减速段和等候段组成。
平面交叉中的变速车道长度,如表-1所列,比有些国家的短。有的国家的数值要大得多,不过在长度中包括了渐变段的长度。鉴于我国公路上的平交密集,增长变速车道后会使公路造价有相当比例的增加,同时我国有平交的公路上的行驶速度普遍较低。因此变速车道的长度仍保留《路规》(94)的规定,而且在条文中还规定可用汇流(加速)
当直行车道的通行能力有较大富裕且行驶速度低,或条件受限制而难以设置应有长度的加速车道时,可采用不短于50m的渐变段。但此时入口处往往需要采用“减速让行”管理。
《路规》(94)将交通岛分为导流岛和安全岛两类。由于任何交通岛都有增进安全的功能,故将某些岛专门称为安全岛的分类有欠妥之处。本次修订参考了国外较普遍的说法,将交通岛分为导流岛(分隔同向车流)和分隔岛(分隔对向车流)两种。
条文中将交通岛按结构类型而分为实体岛、隐形岛和浅碟式岛三种,并规定了_般情况下的使用场合。
在实体岛和隐形岛的适用场合上,国外有较明显的差别。但有这样的趋势,即四车道公路上用实体岛,双车道公路上多为隐形岛。实体岛对车流作强制性分隔,因而分隔效果好。但双车道公路采用实体岛当遇事故和车辆故障时,易引起交通阻塞,尤其是在我国无硬路肩和较宽的土路肩的情况下。同时,在渠化设计的推行过程中,使用实体岛容易被撞及,反而导致交通事故。因此双车道公路宜采用隐形岛。
平面交叉的改建
既有平面交叉由于本身规模太小和设施不齐全而导致过多的交通延误和存在事故隐患时,应采取相应措施改善平面交叉。若公路的设计速度高,交通量大,采取一定措施尚不能满足需要时,则应考虑将平面交叉改建为互通式立体交叉。
1 1 公路与公路立体交叉
一般规定
本条对互通式立体交叉按其功能不同而分为枢纽互通式立体交叉和一般互通式立体交叉。其中,前者系两条高速公路之间实现交通转换的互通式立体交叉,即美国所称的“系统互通立交”( System Interchanges);后者为高速公路、一级公路与其他公路相交,或其他公路相交的互通式立体交叉。其中高速公路与其他公路相交的立交也可称为服务型互通式立体交叉(即美国所称的Service Interchanges)。当一级公路作为国家或区域的主下线,且其上的平面交叉间距足够大(≥2 000m)时,则它与高速公路间的互通式立体交叉也应按枢纽互通式立体交叉设计。
互通式立体交叉的最小间距仍维持4km的规定。鉴于路网结构特殊等的限
制,修订中增加了两互通式立体交叉之间保持1 000m净交织长度的极限最小间距。条件更为特殊时,通过集散道将两个互通式立体交叉的所有出入口或主要出入口串联起来而成为复合式互通式立体交叉。执行本条时务须注意:保持1 000m的净交织长度的这种运行会对主线上的流态有明显的影响,尤其是主线交通量较大时。至于复合式互通式立体交叉,在集散道上依然存在交织。若被复合的两个互通式立体交叉或其中之一为高速公路间的,则交织运行会影响高速公路间转弯运行中所应有的流态。此外,复合式互通式立体交叉中存在标志设置困难的缺点。因此,“复合”是在不得已情况下的一种权宜措施。设计中遇到这种情况时,首先应从路网结点配置着手,解决交通转换,而不应轻易采用复合式互通式立体交叉。因此条文中特别强调了必须“经论证”这一条件。当然,如果被复合的两个互通式立体交叉均为一般互通式立体交叉且转弯交通量不大,那么复合式互通式立体交叉的主要缺点是造价上不经济。
隧道出口与前方互通式立体交叉的距离,在条件受限制时,也应使隧道出口至前方互通式立体交叉减速车道渐变段起点的距离保持不小于1 000m。地形条件特殊困难时,亦即无法通过调整两相交公路线位来保持距离的情况下,方可将部分甚至全部出口预告标志设在洞内,但隧道出口至分流鼻间必须有足够的识别视距。
本条对互通式立体交叉选型作了原则性规定。条文中的“直连式匝道”系指左,转弯匝道均从左方分流后左转而从左汇流的直连式匝道,或从右方分流略作右转弯后左转并从右方汇流的半直连式匝道组成的互通式立体交叉。混合式为左转弯车道中部分环形匝道的瓦通式立体交叉。单象限形是只在一个象限布置一条双向匝道的简单互通式立体交叉。
互通式立体交叉范围内的主线线形指标基本上保留了《路规》(94)中的规定,个别指标略有提高。主线线形指标是对立交范围内的视距、视觉、对前方路况应有预知性、变速车道的平纵线形及其与主线的衔接以及匝道关键段落的平纵线形等一系列形态要素的宏观控制,以保证车流顺畅平滑,变速从容,使整个立交具有良好的运行性能。
鉴于已建成营运的高速公路上,主线大下坡路段出口出现较多事故的事实,修订中对出口陡坡作了较为严格的限制,即增加了表中括号内的坡值限制。
《路规》(94)在执行中和修订征求意见中,有意见认为表的部分指标过高而难以满足。经再三考虑认为,作为宏观控制的指标,不应放松。在设计中若遇特殊情况或困难,少数指标呵采用“极限值”,但应有保证行驶安全的弥补措施。
视距
为使驾驶者及时发现互通式立体交叉的出口,按规定行迹驶离主线,从而防止误行,避免撞及分流鼻,保证行驶安全,互通式立体交叉的引道上应保证对出口位置的判断视距(其物高为0),这一视距应为“识别视距”。只有在条件受限时方能采用倍的停车视距。本次修订,将保证识别视距作为首先考虑的要求,这与《路规》(94)有所区别。
判断出口时,驾驶者应看到分流鼻端的标线,故物高为0。对此,在确定凸曲线半径时应注意。
识别视距的值为一范围值,表注中的“驾驶者需接受的信息较多”,系指引道上标志较多或上跨构造物的墩、台净距较小而需要驾驶者时时注意,因而可能会忽略出口的存在或难以估计至出口的距离的情况。
为保证汇流鼻前的通视三角区,设计中应注意:主线为下坡,匝道为上坡的情况下,通视区范围内的匝道纵坡不得与主线纵坡有较大的差别。尤其是当主线为桥梁并采用实体护栏时,护栏便完全遮挡匝道方的视线。最理想的通视条件是三角区范围内匝道的路面高于主线的路面。
对设置在跨线桥后的出口作了“匝道出口至跨线桥的距离不应小于150m”的规定。但如果跨线桥上或下的主线在平、纵面上均呈直线线形或很大半径的曲线,且墩、台并不压缩桥下主线驾驶者的视野,因而不影响驾驶者对出口的判断时,可不受这一规定所限。
匝道设计
首先必须强调,汽车在匝道上的行驶过程中客观上存在着变速,因此匝道设计速度实际上应是匝道线形受限制路段所能保证的最大安全速度,其余路段上应以与匝道中必然存在的变速行驶相适应的速度作为设计的控制值。接近自由流出人口附近的匝道部分应有较高的设计速度;接近收费站或平面交叉的匝道端部,设计速度可酌情降低。对此,设计者必须改变以往在确定匝道各部位要素时笼统地以一个固定的设计速度作为设计控制的做法。
匝道横断面的基本类型中增加了附紧急停车带的双车道断面类型。本条对横断而基本类型的选择作了明确的规定。同时还增加了匝道较长时为供超车之需而采用的单车道出人口的双车道匝道。在较陡的上坡匝道上,因载重汽车的明显降速而增加了小车超车的迫切性。因此虽然匝道长度未达规定值,也可采用单车道出入口的II型断面。
属主线分岔或合流的双(多)车道匝道,其车道和硬路肩的宽度应与主线的相同。T形交叉中,线形连续的两岔(过境路)上的出入口端部可用III型断面,在匝道上取一定长度作过渡,至接近“支路”的端部的段落具有与“支路”相同的车道和硬路肩的宽度。
国外使用经验表明,双车道环形匝道易发生交通事故,尤其是在半径较小的情况下,因而国外有“环形匝道只用于单车道匝道”的规定。我国土地资源珍贵,环形匝道的半径都较小(小于75m),因此条文中也作了这一规定。环形匝道的设计通行能力为一范围值,即800~1 000pcu/h,设计中可根据环形匝道的半径的大小而酌情选用。
匝道的平面线形设计中,强调了主线出入口至匝道平面线形紧迫路段之间,平面线形应与变化着的行驶速度相适应这一设计思想。
在设计速度高的匝道中,线形紧迫路段本身能适应较高的速度,加之高速匝道往往较长,因而驾驶者可按比“一般可能变速玑隋况下较为从容或松弛的变速方式和较小的加速度来驾驭车辆。因此在这种匝道上,其过渡段内出现的速度较高,因而应采用更为宽松的线形指标。当然,一般情况下是容易做到的。
此外,在主线出口往往有这样的情况,即驾驶者没有遵循“一般可能”减速的规律而及时采用发动机制动和采用较小减速度的制动器减速。这种看来是“失误”的驾驶行为是设计时应该考虑到的,应为之提供一定余地。为此,条文中对于分流鼻处的变速车道的曲率和尔后的线形过渡作了规定。对于直接式出口,由于强调了变速车道的线形与主线的一致而在分流鼻处不会存在曲率过大的问题。采用平行式出口时务须注意这一问题。
分流鼻处的曲率半径值,参考了美国和德国的规定,其值比《路规》(94)稍有增大,这也是基于已建的高速公路上邻接出口的匝道线形过渡太急的事实。
在出口接环形匝道的情况下,仅从匝道曲率与速度相适应的要求而言,分流鼻后的平面线形可为一条较长的回旋线。但英国和澳大利亚等国认为,较长的回旋线末端接小半径圆弧时,在回旋线上行驶的驾驶者难以判断前方圆弧的半径,往往偏于超速和偏离应循的行迹。因此澳大利亚认为,环形匝道的引线应含长度为lOOm的直线。不过此举将导致美学上的逊色和立交规模增大。北欧国家和法国则认为,回旋线的推导基于匀速行驶,这与出口的实际行驶状况有较大的出入。经研究后提出,出口(分流点后75m处)至环形匝道圆弧间设置一组参数逐一递减的三级复合回旋线(即所谓的“制动曲线”——“Braking Curve”)对变速中的曲率过渡有较好的吻合性。鉴于我国尚缺少这方面的研究和经验,且上述做法还未得到国际上的普遍认可,故本次修订中对上述两者均不推荐。不过,设计时可参考有关文献而仿效。
匝道的超高及其过渡
本次修订改变了《路规》(94)中匝道超高值独成体系的做法,而与公路上的相同,即按第条的规定设置匝道超高。然而设计者应注意,匝道上的超高应与匝道上变速过程中的行驶速度相适应。例如,收费站附近和匝道端部的平面交叉附近,其超高应小于按互通式立体交叉的类别和匝道形式而选定的设计速度所对应的超高值;接近分、汇流鼻处,超高就应大一些。
匝道出入口端部设计
(1)右方出入及分流鼻处主线和匝道铺面的偏置加宽
匝道在主线上的出、入口一般应位于主线行车道的右侧。当出、入口属主线分岔和合流时,则应视情况而定。由于匝道从左方出、入主线有其缺点,因而左出或左进的直连式匝道实际上很少采用。
至于偏置加宽,从以往的设计中反映出,有的设计人员对匝道方的偏置加宽与主线方的同样理解,认为匝道有的左路肩,已满足规定的~的偏置加宽的要求,因此不再另设加宽了。本次修订以大样图示出了主线和匝道的铺面偏置加宽的范围。
最近几年来,分流鼻位于构造物上的例子越来越多。由于《路规》(94)对这种分流鼻的处理未作规定,设计者对这种分流鼻采取了与土基上的同样处理的不正确做法。因为一旦车辆撞及护栏,轻者毁坏难以修复桥梁护栏,重者车辆掉至桥下,存在危险的隐患。本次修订参考了美国的资料,当分流鼻位于桥梁等构造物上时,增加了在分流鼻端处之后设置附加桥面系作为防撞缓冲设施预留区的规定。
当分流鼻位于路基地段时,若设置防撞垫等缓冲设施,应不致影响或改变误行回归区。
(2)出人口形式
出人口(或变速车道)的形式分直接式或平行式两种。直接式出人口有出入路线顺畅,驾驶操作单一而方便的优点。平行式出人口的渐变段有一线形转折,行驶时经历一段反向曲线,因而驾驶操作有些别扭;或者,以顺直的路线行驶而浪费了部分路面。但是渐,变段的线形突变有其不易被忽略,减少不及时出入主线的优点。由于两者各有利弊,各国对出入口形式有各自的偏好和习惯。美国联邦公路管理部门对此无统一的规定,各州的做法也有不同。德国和日本规定,单车道人口为平行式,其余为直接式。但德国新近规定,出入口均为平行式的。澳大利亚、英国和其他一些欧洲国家,则规定出入口均为直接式。
《路规》(94)中,出人口的形式参照日本的规定。通过二段时间的实践应用未发现什么不妥或不便,故本次修订仍维持原来的原则性规定。根据美、英等国的经验,半径较小的左弯(英国实行左向行驶,则为右弯)曲线,其出口为直接式时,易被误认为直行车道,因而规定采用平行式的。本次修订纳入了这一规定。此外,根据国外经验,平行式减速车道有其忽略减速的缺点,因此规定紧接环形匝道的出口不得采用平行式的。
(3)变速车道的长度
《路规》(94)中变速车道的长度仿照日本规定,也与当初德国的长度相同。此长度比多数国家的小,比少数国家的小得多。某些国家的固定出入口(无变速车道的说法)与主线共铺面的长度(即我们变速车道长度的定义)不见得比我们的大,但匝道的平面指标高,有充分的“预加速”和“继续减速”的余地。对于线形紧迫的匝道,如环形匝道,尚有如前述及的lOOm的直线或减速从容的制动曲线之类的规定,因此有足够的变速长度。
我国变速车道长度不足,在已建成的交通量较大的高速公路上已有明显的暴露。由于减速车道的长度较短,它所邻接的匝道的平面线形指标又较低,驾驶者见此情景后往往在进入减速车道之前就开始降速,影响后随直行车辆的正常行驶,潜在事故隐患。加速车道由于长度不足而使汇流欠有序。
鉴于上述,本次修订适当增长了变速车道,并作了在某些情况下增长变速车道的规定。在确定变速车道的长度时,考虑了如下因素:
①满足与主线运行速度相应的分流角和汇流角(即渐变率)的要求。
②在分、汇流鼻处,符合主线硬路肩宽度、分流鼻处主线和硬路肩的路面偏置加宽的要求。
③按以上确定的出、人口长度同时应满足按一般规律变速所需的变速长度的要求。
④加速车道在单车道情况下推荐采用平行式的,但不排除直接式,故入口长度仍按汇流角控制。
⑤《路规》(94)中变速车道的分流角和汇流角按主线运行速度的分档过粗,并与变速车道的规定长度脱节,本次修订对分档作了细化。
设计中应注意,尽管变速车道比以前增长了,但仍应使邻接变速车道的匝道部分具有较高的线形指标。匝道上没有良好的线形和足够长的过渡情况下,就不应采用过低的匝道设计速度,因为仅靠增大变速车道的长度来满足变速从容的要求未必奏效,而且往往是不经济的。
现规定的不同主线设计速度的变速车道的长度,从数值上看似乎与速差不相逻辑。这是考虑到实际行驶速度的需要。高速公路的一般路段上,设计速度越低时,行驶速度越接近甚至超过设计速度。互通立交范围内主线的线形指标往往高于一般路段,更有超速的可能。因此设计速度较低时,分、汇流点的速度往往高于设计速度。这一规律在我国已建的设计速度为60km/h、80km/h,甚至100km/h的高速公路也得到印证。
(4)变速车道的线形
变速车道的线形中,强调了在一般情况下直接式变速车道的线形与主线线形相同的原则规定,并以图示说明两者的几何关系。其目的在于避免以往设计中常存在的在同一条路(主线设计速度相同)上因变速车道的线形随意而出现不应有的渐变段和变速车道的长度不同的不规范做法。
条文中规定,主线为左弯曲线,且半径较小,或在其他特殊情况下,直接式变速车道邻接匝道部分的段落,其线形可与主线的有所差别。为保证不致因此而缩短变速车道的长度,可采取增大分、汇流鼻端的圆弧半径或增加其两侧的铺面偏置加宽,或略变动渐变率等措施。
平行式变速车道中,邻接匝道部分的线形较灵活,但曲率及其过渡应适应速度的需要。作为减速车道时,对分流鼻处的线形已作了规定。
本次修订纠正了以往欠妥的变速车道上特征断面的名称。渐变段宽度达到“一个车道宽”的断面称为分(汇)流点;变速车道和主线两者的铺面分岔点称为分(汇)流鼻。
基本车道数和车道数的平衡
条文中仅对高速公路规定了保持基本车道数的要求。《路规》(94)中对一级公路也有此要求。《标准》(2003)规定,一级公路可根据需要控制出入,若控制出入则不应在较短的路段内轻易改变车道数。
《路规》(94)对辅助车道的长度及长度量取范围的规定较为笼统,不便执行。修订时规定了它的量取范围,并参照有些国家的做法,按主线的设计速度划分辅助车道长度的档次。而且,由于出口驶离车辆对主线车流的影响较小,因而出口辅助车道的长度较人口的短。
辅助车道所需的长度与主线和匝道的交通量有密切的关系,规定的长度只是一般值。除了条文中所述的当出入口距离较近时应将辅助车道延长而将出入口的辅助车道贯通以外,遇主线和匝道的交通量较小(即通行能力有较大的富裕时,如双车道匝道的交通量略大于单车道的通行能力时),或受到场地等条件的严格限制时,也可酌情缩短,尤其是出口辅助车道。
辅助车道有相当的长度,而且主线基本车道数需增加时,往往由辅助车道延伸而成。同时,它与主线车道间只有在部分段落内标划分、汇流线,因而它与主线间不专设路缘带。所以它的宽度与主线车道的宽度相同。特殊情况下采用较短的辅助车道时,其幅宽可与平行式变速车道同样对待。
设置辅助车道后,主线断面的通行能力一般有充分的富裕,因此仿照美国的规定,当条件受限时,辅助车道的右侧硬路肩可酌情减窄,尤其是“贯通”段。
主线的分岔、合流和匝道间的分流、汇流
近年来枢纽互通式立体交叉渐趋增多,已出现高速公路间的双车道匝道三岔交叉。由于《路规》(94)中对这类交叉中出现的主线分岔和合流的具体方式和细节设计未作规定,且设计者也缺乏可供依循或仿效的国外资料,因而在设计中出现种种不合理或错误的做法。修订时增辟了这方面的内容。
条文中对主线分岔和合流的适用场合作了规定,并附图示以免设计者将此与高速公路上双车道高速匝道出人口相混淆。
多数情况下,主线分岔部和合流部均存在车道数的变化,即存在一个渐变过渡段。条文对渐变段的渐变率、路幅过渡方式及其双幅路段的线形过渡作了规定。
规定的匝道分汇流渐变段的长度基本上只是满足分、汇流中变换车道时车辆侧移所需的长度,比美国、德国等国的固定长度要短,因而条文中称之为最小长度。当分流前或汇流后的交通量接近通行能力时,应采用较长的渐变段。又如,速度较低或线形指标较低的单车道匝道从左方汇人高速匝道时应增长渐变段,必要时应增设一段附加车道,以调整汇流速度,使汇流从容有序。
相邻出人口的间距
对相邻出入口的最小间距规定了两套值,即“一般值”和“最小值”。其中“最小值”参考美国城市高速公路的规定,并按不同的主线设计速度分列。美国的规定比有些国家的低。例如,英国规定中主线上相邻出人口的间距为(m)。按此,主线设计速度为120km/h时,己L1=450m。加拿大的数值较为适中,因而取之作为“一般值”。设计时应尽量满足“一般值”;条件受限时,可小于“一般值”,甚至采用“最小值”。
设计中应注意,主线双车道出口至匝道上分流口间的距离以取大一点为宜,以避免超车和交织两种变换车道的矛盾而引起车流紊乱甚至事故。
互通式立体交叉中的平面交叉
互通式立体交叉中的平面交叉主要系指匝道与被交路连接之处的平面交叉,常出现在菱形、部分苜蓿叶形及单喇叭形互通式立交中。相对于互通式立交其他部位的设计,该部位的合理布置尚未受到大多数设计人员的足够重视。这一点可从部分设计文件或已竣工通车的立交中得到证实。事实上,由于出入互通式立体交叉的全部车辆均需通过平面交叉,因此,平面交叉的设计合理与否,直接影响上述互通式立体交叉的整体功能和服务水平,理应受到设计者的关注。修订中,对互通式立体交叉中的平面交叉形式作了进一步强调和明确,旨在避免再出现以往设计中的五花八门的不合理、欠规范的平交设计。与此同进还规定了各种互通式立体交叉中匝道端部平面交叉的渠化图式。对于平面交叉中的有关细部处理,应遵照第10章中的有关规定。
12公路与铁路、乡村道路、管线交叉
一般规定
公路与铁路交叉设计适用于公路同铁路网中1 435mm标准轨距的铁路相交叉的设计。根据国家标准《铁路线路设计规范》(GB 50090--2006)的规定,铁路旅客列车最高行车速度由140km/h提高到160km/h。本规范据此作了相应修订。
乡村道路是指位于乡村、农场范围内供各种农业机械及耕作人员等通行的道路。
关于管线交叉,根据现行电力行业标准《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T 5092--1999),中华人民共和国国家标准《输气管道工程设计规范》(GB 50251--2003)、《输油管道工程设计规范》(GB 50253--2003),石油天然气行业标准《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范一穿越工程》( SY/T --98)、《原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范一跨越工程》(SY/T --98)等规定,本次修订对原规定值进行了核对,并补充了相关内容。
公路、铁路立体交叉
根据公路、铁路近年来建设发展现状.,特别是对交通安全的关注,以及建设水平、建设条件等,公路、铁路相交时,应首先考虑采用立体交叉。
、明确规定了公路、铁路相交时设置立体交叉的条件,其目的是保障双方的行车安全。
公路与铁路立体交叉范围内存在的主要问题是平、纵面线形和视距问题。其视距必须满足停车视距的要求。公路、铁路在交叉范围内路线以直线为宜,交角也宜尽量正交。必须斜交时,其锐角应不小于70°;受地形条件或其他特殊情况限制时,应不小于60°。
公路、铁路平面交叉
公路与铁路平面相交,交叉角应尽量正交,这是考虑到尽量缩短道路口的长
度,使车辆与行人减少横穿铁路道口的距离和时间。另外,交叉角过小,可能产生轨枕间缝卡住车辆轮胎等危及安全的情况,同时过小的交角也存在交通事故隐患。本次修订对公路与铁路平面交叉的斜交角度作了严格限制,公路与铁路平面相交时,其交叉角以正交为宜。必须斜交时,其锐角应不小于70°;受地形条件或其他特殊情况限制时,应不小于60°。设计者应充分注意这一问题的重要性,应避免过小的交角,并设置相应交通安全设施。
相对于相交公路的路基宽度,道口铺砌宽度和公路行道宽度不得缩减。主要是考虑到缩减断面宽度,对于汽车与其他机动车、非机动车和行人通过道口的安全不利。即在对向同时有汽车,或道口上有性能差的机动车、非机动车占道时,应保证双向交通正常安全运行。对于公路交通量大的设置看守道口,道口处的公路断面应适当增宽。
公路、乡村道路交叉
各级公路与乡村道路交叉时,确定交叉方式的原则为:高速公路与乡村道路交叉必须采用分离式立交。
一级公路与乡村道路交叉时,应根据一级公路的功能与使用任务、性质确定。一级公路作为干线公路时,应按采取控制出入的设计原则设计,原则上应设置分离式立交,也可利用辅道合并交叉数量,其目的是控制平面交叉的数量和间距,尽量减少横向干扰,增强行车安全和提高道路通行能力。一级公路作为集散公路时,同交通繁忙的乡村道路交叉时,可采用分离式立体交叉;当符合设置平面交叉的条件而采用平面交叉时,必须设置齐备的交通安全设施。
二、三、四级公路与乡村道路交叉时,一般采用平面交叉;当地形条件有利时,也可采用分离式立体交叉。对于新建的具干线功能的二级公路,应创造有利条件,尽量减少平交数量。
通道设计要点
(1)交叉处公路两侧的乡村道路设置大于20m的水平段主要是出于安全考虑,设置的目的是拥有一段缓冲区段。若从利于平交口的细部设计和排水需要出发,将平坡段设置为不大于2%的平缓坡,与公路的路拱横坡相配合,也是好的设计。
(2)公路与乡村道路交叉的路基横断面,尤其是净空的选用,是一件事关群众生产、生活需要的敏感事情。规范提出的净宽是个推荐值,净高是个低限值。实际设计时,应根据地形、路线纵面等情况尽量争取较高的净高标准,避免为追求降低造价而普遍采用低限值的做法,并且注意使各类净空标准的交叉间距在路线纵向合理分布。
(3)机耕通道规定净宽应不小于4.OOm实际上是一个低限值。考虑到高速公路、一级公路的路基宽度较宽,通道长度较长,特别是四车道以上的多车道公路和高填方路段的通道长度更长,因之有条件时应增加净宽以改善通道内行车安全和采光、通风条件,更为今后道路发展提高留有余地。但是在路基宽度较窄的分离式路基上、人烟稀少的山区和荒漠地区等,也可选用净宽。
关于通道的净高,规定通行农用汽车,或拖拉机、畜力车时,其净高分别不小于、也是一个低限值。近年各地在实践中,已有部分地区根据当地条件和使用要求,对通道净高作了不同程度的提高,如汽车通道,机耕通道等。因此,确定净高标准时,对各类通道的净高可根据当地的交通组成特征、农业及其他机械的特殊要求等,拟定合理可行的净高值。
公路、管线交叉
架空送电线路导线距路面的最小垂直距离,本次修订重新同相关行业规范作了核对,最小垂直距离并无变化。其核对的相关行业规范是《66kV及以下架空电力线路设计规范》( GB 50061--97)第条;(110~500kV架空送电线路设计技术规程)(DL/T 5092--1999)第条;《架空送电线路运行规程》(DL/T 741--2001)附录A中的表A6。
关于原油、天然气输送管道与公路交叉,交通部、石油工业部于1978年5月23日曾共同颁发过《关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若干规定》(试行)[(78)交公路字698号文、(78)油化管道字452号文]。据查实,这一规定一直沿用至今,已成为在处理原油、天然气输送管道与二级公路、三级公路、四级公路的交叉中均共同遵循的依据文件。本次系根据该规定确定的原则,并参照近年来基础设施建设迅猛发展的现状和相关行业的有关规范进行了修订。
1981年颁发的《公路工程技术标准》列入了高速公路,自1990年实现高速公路“零”的突破以来,高速公路的建设有了迅猛的发展。鉴于高速公路对国民经济发展的重要性及其交通量大、不允许中断交通等特性,同时考虑到原油、天然气输送管道的检查、养护与维修工作能正常进行,并不致影响公路运营与安全,因此,原油、天然气输送管道以及供水、污水、化工等管线与高速公路、一级公路相交,应采用穿越方式,埋置地下专用通道,并在其两侧设置检查井和标识性标志;原油、天然气输送管道下穿二、三、四级公路时,应对管线采取设置保护套管等措施。另外,通信、监控、电力电缆等下穿各级公路时,亦应设置保护套管,并采取防渗漏、隔温、防损等保护措施。
上跨公路的各种管线,均应采取安全保护措施。如对水管应进行防腐、防漏等处理,对油气管道应采取防火、防爆措施和避免汽车撞击、行人接触的防护、隔离措施等,并使得管线检修、养护时,不得影n向公路交通的正常运行与安全。
条文中所要求的各种管线均不得侵入公路建筑限界,这是公路正常行车所不可缺少的条件。不得妨碍公路交通安全是指:如高压输电线路,虽然未侵入公路限界,但若跨越公路的高度不够,则会妨碍公路的交通安全;水渠、水管虽不在公路限界之内,但经常漏水,也会损害公路路基稳定或引起边坡失稳。不得对公路及其设施形成潜在威胁是指:如石油、天然气或其他管道挂附在公路桥梁上,或者敷设于公路隧道内,都会对公路及其设施构成潜在安全威胁;各种管线的设施,如水池、油气管线的加压站房等,对公路亦可能构成安全威胁,故不得建在公路用地范围内或附近。