摘  要：美國AASHTO規(guī)范與中國規(guī)范在公路幾何設(shè)計方面的基礎(chǔ)理論是一致的，只是側(cè)重點和表現(xiàn)形式略有不同，部分設(shè)計理念差異較大。AASHTO規(guī)范較為靈活，相關(guān)條文不苛求具體詳盡，給設(shè)計人員提供了充分的靈活設(shè)計空間。為達到對標準和各項指標的靈活掌握應(yīng)用，依托巴基斯坦卡拉奇-拉合爾高速公路，介紹了美國AASHTO規(guī)范中的高速公路幾何設(shè)計的技術(shù)要點，供設(shè)計人員參考。

關(guān)鍵詞：AASHTO  卡拉高速公路  幾何設(shè)計  技術(shù)要點

中圖分類號：U412.36                               文獻標識碼：A                        文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0054-03

根據(jù)EPC模式/“交鑰匙”工程招標文件的規(guī)定，巴基斯坦卡拉奇-拉合爾高速公路勘察設(shè)計采用美國規(guī)范，按照業(yè)主要求，幾何設(shè)計規(guī)范采用《AASHTO A Policy on Geometric Design of Highways and Streets 2011》。

1  設(shè)計依據(jù)

1.1 道路功能

AASHTO規(guī)范比較側(cè)重道路功能的分類及其協(xié)調(diào)關(guān)系，認為道路功能是幾何設(shè)計標準選取的最基礎(chǔ)、最重要的控制因素。

AASHTO規(guī)定高速公路屬于主要干線系統(tǒng)，完全控制出入，其主要目的是保證車輛在交通量大的地段高速行駛時的安全性和高效性。完全控制就是管理機構(gòu)只對選定的公用道路提供進路連接，并禁止設(shè)置平面交叉或直接與私用道路連接，通過控制出入使直行車輛得以優(yōu)先通行。

1.2 設(shè)計車輛

AASHTO規(guī)定的設(shè)計車輛分為小客車、公共汽車、載重汽車和旅游車四大類，并細化提供了代表這些通用類型汽車的20種設(shè)計車輛的尺寸。一般情況下采用載重汽車WB-19為設(shè)計車輛。

1.3 設(shè)計速度與設(shè)計交通量

AASHTO認為設(shè)計速度是用來確定道路不同幾何設(shè)計特征的。設(shè)計速度應(yīng)該是一個合乎邏輯的速度，反映地形、預(yù)期運行速度以及臨近土地使用和公路功能分類的特征，在建設(shè)初期采用較低的設(shè)計速度而節(jié)約資金是不可取的，因為后期由于環(huán)境破壞及交通不便要求改建主要公路設(shè)施時，所花費的成本將會更大。

鄉(xiāng)區(qū)高速公路設(shè)計速度選取范圍為80～130km/h，只要地形允許，應(yīng)采用110km/h的設(shè)計速度，山區(qū)段可采用符合駕駛員期望的80～100km/h的設(shè)計速度。

鄉(xiāng)區(qū)高速公路通常按設(shè)計年限20年的規(guī)劃交通量設(shè)計，并提供更長的服務(wù)時間。

1.4 服務(wù)水平

AASHTO將服務(wù)水平劃分為A（最不擁擠）～F（最擁擠）6個等級，并根據(jù)公路功能級別、地形條件推薦選用相應(yīng)的設(shè)計服務(wù)水平。

鄉(xiāng)區(qū)高速公路宜采用B級服務(wù)水平，但對于交通量較大的輔道可采用C級服務(wù)水平。

2  平面

2.1 線形要素

高速公路為道路使用者提供安全、高效、舒適的使用環(huán)境，其平面線形應(yīng)與地形特征相適應(yīng)。組成平面線形的要素有直線、圓曲線和緩和曲線3種。

2.2 圓曲線

AASHTO規(guī)定的圓曲線最小半徑有以下4種：

（1）最小圓曲線半徑，由最大超高和橫向摩擦系數(shù)確定。

（2）不設(shè)超高的最小圓曲線半徑。

（3）取消反向路拱的最小圓曲線半徑，是超高值為正常路拱橫坡時的最小圓曲線半徑。

（4）不設(shè)緩和曲線的最小圓曲線半徑。

、、的取值均與最大超高和設(shè)計速度有關(guān)，而僅與設(shè)計速度有關(guān)。詳見表1。

2.3 緩和曲線

AASHTO規(guī)定，當圓曲線半徑小于不設(shè)緩和曲線的最小圓曲線半徑時，為了適應(yīng)車輛的行駛軌跡及滿足超高過渡的需要，平曲線應(yīng)設(shè)置緩和曲線。一般采用回旋線作為緩和曲線。

AASHTO規(guī)范中關(guān)于回旋線長度的規(guī)定是基于駕駛的舒適度和車輛的偏移情況確定的。當車輛駛?cè)肭€，合適的回旋線長度不會讓駕駛員隨著向心加速度的增加產(chǎn)生不舒適的感覺，也能保證車輛在正常的軌跡下行駛，其側(cè)向偏移量不會超出自己的行車道，但回旋線長度過長會誤導(dǎo)駕駛員認為前方圓曲線的半徑較小，也會存在安全隱患。

（1）最小長度。

回旋線的最小長度取下列公式計算出的最大值：

式中：為回旋線的最小長度，m;

為車輛在直線和圓曲線之間的緩和曲線上的最小偏移量，取0.2m;

為圓曲線半徑，m;

為設(shè)計速度，km/h;

為向心加速度的最大變化率，取1.2m/s3。

（2）最大長度。

回旋線的最大長度按下式計算：

式中：為回旋線的最小長度，m;

為車輛在直線和圓曲線之間的緩和曲線上的最小偏移量，取0.2m;

為圓曲線半徑，m。

（3）期望長度。

AASHTO認為回旋曲線的長度是設(shè)計中的重要控制值，當回旋曲線長度大約等于車輛行駛中的自然軌跡長度時，車輛的行駛狀態(tài)是最理想的，如果這兩個長度相差過大，就會導(dǎo)致車輛的操作行駛問題，如在緩和曲線的末端，車輛產(chǎn)生過大的側(cè)向速度和側(cè)向位移。因此，AASHTO規(guī)范給出了期望的回旋曲線長度值，這些長度值是車輛在設(shè)計速度下2s的行駛長度。對于多數(shù)駕駛員來說，2s的運行時間代表了車輛行駛出自然的行駛軌跡所需要的時間（見表2）。

實際設(shè)計中，對于不同半徑的圓曲線，如果期望的回旋線長度小于由上述公式計算的最小值，設(shè)計中應(yīng)采用由公式計算所得的最小值。同時，建議回旋線長度應(yīng)與超高緩和段長度相同，如果超高緩和段長度小于由公式計算所得的回旋線最小值，應(yīng)適當調(diào)整超高緩和段長度，使其與回旋線長度相近。

2.4 平曲線長度

AASHTO規(guī)定，當公路轉(zhuǎn)角大于5°時，在主要公路上，平曲線的最小長度應(yīng)大約為設(shè)計速度（km/h）的3倍，即;在可以高速行駛的道路上，采用較緩的曲率時，考慮道路的美觀，平曲線的最小長度應(yīng)大約為設(shè)計速度（km/h）的6倍，即。當公路轉(zhuǎn)角為5°時，平曲線的最小長度應(yīng)不小于150m，并且轉(zhuǎn)角每減少1°，最小長度應(yīng)增加30m。

2.5 技術(shù)要點

（1）線形應(yīng)與地形地物相適應(yīng)，并盡可能直捷，曲線轉(zhuǎn)角應(yīng)盡量的小，但要采用足夠的平曲線長度。

（2）一般應(yīng)盡量采用平緩的圓曲線，要盡可能避免采用最小圓曲線半徑，僅在最困難的地方可采用最小圓曲線半徑。

（3）線形應(yīng)連貫，不應(yīng)在長直線的末端連接較急的轉(zhuǎn)向。

（4）在曲線半徑較小的路段最好避免使用復(fù)合曲線，必須采用時，相鄰圓曲線半徑比小于1.5。

（5）應(yīng)避免采用突然的反向線形，反向圓曲線間的最小間距應(yīng)等于超高緩和段長度和直線緩和段長度之和。

（6）同向圓曲線間應(yīng)設(shè)置足夠長的直線，避免“斷背”或“平背”曲線。

3  縱斷面

3.1 縱坡

（1）最大縱坡。

AASHTO對最大縱坡的規(guī)定是依據(jù)地形類別和設(shè)計速度確定的（見表3）。

受地形條件或其他特殊情況限制時，山嶺區(qū)最大縱坡可增加1%。

（2）最小縱坡。

AASHTO對最小縱坡的規(guī)定較為寬松，是綜合考慮后確定的。在不設(shè)路緣石的公路上，如果路拱有足夠的橫坡坡度滿足路面的橫向排水，那么設(shè)計中可以采用平緩的;在設(shè)有路緣石的公路上，則應(yīng)設(shè)置合適的最小縱坡以利于路面橫向排水，通常會采用0.5%的最小縱坡，但是在路基堅固，路拱設(shè)計要求精確的高級道路上，也可采用0.3%的最小縱坡。

3.2 坡長

AASHTO規(guī)定的坡長是指相鄰豎曲線間直線段長度，當豎曲線為坡長的一部分時，必須采用近似的當量直線段長度。對于Ⅱ、Ⅳ類型豎曲線，當其坡度差較小時，坡長可以取豎曲線交點之間的長度（VPI）;對于Ⅰ、Ⅲ類型豎曲線，考慮將豎曲線長度的1/4左右作為坡長的一部分（見圖1、圖2）。

AASHTO對最小坡長未做明確規(guī)定，對最大坡長的規(guī)定與設(shè)計速度無關(guān)，是以載重汽車速度低于平均速度的速度折減量為依據(jù)確定的。速度折減量的推薦值為15km/h。

3.3 豎曲線

AASHTO規(guī)范中豎曲線是用坡度變化率的倒數(shù)K值控制的，計算公式如下：

式中：為縱坡度變化1%所需的長度，m;

為豎曲線半徑，m;

為豎曲線長度，m;

為縱坡度代數(shù)差，%。

AASHTO關(guān)于凸形豎曲線的設(shè)計控制是以滿足停車視距要求確定的，關(guān)于凹形豎曲線的設(shè)計控制是綜合考慮車頭燈視距、駕乘人員的舒適性、排水要求和路容要求等4個因素確定的（見表4）。

凸形豎曲線最小長度：

凹型豎曲線最小長度：

公式（4）（5）中，為停車視距，m。

3.4 技術(shù)要點

（1）一般應(yīng)盡量采用平緩的縱坡，僅在地形限制情況下可采用最大縱坡和最大坡長。

（2）應(yīng)避免“慣性飛車”型、“暗凹”型或“斷背”型的縱斷面。

（3）連續(xù)長、大下坡中宜將最陡的縱坡放在底部，坡頂?shù)目v坡宜放緩，或者用短的緩坡段將連續(xù)的縱坡斷開，以代替均勻的、可能略小于容許最大縱坡的連續(xù)縱坡。

4  結(jié)語

美國AASHTO規(guī)范與中國規(guī)范在公路幾何設(shè)計方面的基礎(chǔ)理論是一致的，只是側(cè)重點和表現(xiàn)形式略有不同。由于中美經(jīng)濟、文化、地域等的差異，在幾何線形對行車安全影響方面的理解差異較大，導(dǎo)致部分設(shè)計理念差異較大，比如緩和曲線的使用。AASHTO規(guī)范較為靈活，其更側(cè)重對設(shè)計的引導(dǎo)，而非強制性限制，其相關(guān)條文規(guī)定多為介紹性規(guī)定，不是很具體詳盡，如平曲線長度、平面線形組合、相鄰圓曲線的最小間距（同向和反向）、坡長限制等，讓設(shè)計人員在具體設(shè)計指標的把握上稍顯困難，但給設(shè)計人員提供了充分的靈活設(shè)計空間。對于具體實施的項目，業(yè)主要求里會規(guī)定各項指標值，這些指標值是對規(guī)范規(guī)定的進一步細化，充分體現(xiàn)其靈活性。因此，對標準的掌握、指標的靈活運用，在美國AASHTO幾何設(shè)計中得到了真正的體現(xiàn)。