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第十五章公路设施的几何设计
几何设计涉及高速公路元素的尺寸，例如垂直和水平曲线，横截面，卡车攀爬车道，自行车道和停车设施。如第3章所述，驾驶员，行人，车辆和道路的特征是确定这些元素的物理尺寸的基础。例如，确定垂直曲线的长度或圆形曲线的半径，以确保为高速公路用户提供最小的停止视距以获得高速公路的设计速度。几何设计的基本目标是生产平稳流动且安全的公路设施，这一目标只有通过提供满足驾驶员和使用道路的车辆特征的一致设计标准才能实现。美国国家公路和运输官员协会（AASHTO）在制定公路几何设计指南和标准方面发挥着关键作用。AASHTO的成员包括来自美国各州和公路运输部门以及联邦公路管理局（FHWA）的代表。该协会有几个技术委员会，考虑各州的建议标准。当标准获得批准后，成员国将采用和使用该标准。AASHTO出版物“公路和街道几何设计政策”为高速公路的几何设计提供了标准。在本章中，水平和垂直对准设计中使用的原理和理论与AASHTO推荐的当前几何设计标准一起提出。如第3章所述，设计原则和标准也与驾驶员，行人，车辆和道路的特征相关联。
15.1影响公路设计的因素
公路设计基于指定的设计标准和控制，取决于以下道路系统因素：bull;功能分类bull;设计每小时交通量和车辆组合bull;设计速度bull;设计车辆bull;高速公路的横截面，如车道，肩部和中位数bull;陡坡上存在重型车辆bull;高速公路穿越区域的地形bull;服务水平bull;可用资金bull;安全bull;社会和环境因素这些因素通常是相互关联的。例如，设计速度取决于功能分类，功能分类通常与预期的交通量相关。设计速度也可能取决于地形，特别是在资金有限的情况下。在大多数情况下，用于确定特定高速公路将被设计的标准的主要因素是要提供的服务水平，预期交通量，设计速度和设计车辆。这些因素与驾驶员，车辆和道路的基本特征相结合，用于确定高速公路几何特征的标准，例如横截面和水平和垂直对齐。例如，应选择适当的几何标准，以维持不同类型车辆的已知比例分布的所需服务水平。
15.1.1公路功能分类
高速公路根据其提供的服务功能进行分类。分类系统有助于高速公路的系统开发和不同管辖区之间公路责任的逻辑分配。高速公路和街道分为农村或城市道路，具体取决于它们所在的区域。这种初步分类是必要的，因为城市和农村地区在土地利用类型和人口密度方面具有显着不同的特征，这反过来影响了旅行模式。在城市和乡村的分类中，高速公路分为以下几类：bull;主干道bull;小型干道bull;主要收集者bull;小型收集者bull;地方道路和街道高速公路未被列为单独的功能类别，因为它们通常被归类为主要的动脉系统。但是，它们具有独特的几何标准，需要特殊的设计考虑。738第4部分位置，几何和排水第15章公路设施的几何设计739城市道路功能系统城市道路包括城市地区的公路设施，由负责的州和地方官员指定，包括人口至少为5000人的社区。一些州使用其他值，例如，弗吉尼亚州交通部使用3500人口来定义城市区域。城市地区进一步细分为人口在5万或以上的城市化地区和人口在5000到50,000之间的小城市地区。城市道路在功能上分为主要干道，小型干道，收集器和当地道路。城市功能分类示意图如图15.1所示，适用于郊区环境。
城市主干道系统。该公路系统服务于城区的主要活动中心，主要由交通量最大的走廊组成。它占据了城市区域内总行驶里程的很大比例。图15.1郊区道路网络功能类别的示意图来源：公路和街道几何设计政策，美国国家公路和运输官员协会，华盛顿特区，2004年。经许可使用。包括市区内大多数出发地或目的地的旅行。该系统还可以绕过城市化区域的中央商务区（CBD）。所有受控通道设施都在这个系统内，尽管受控通道不一定是高速公路被归类为城市主干道的条件。该系统内的公路进一步分为三个子类，主要基于对设施的访问类型：（1）州际公路，具有完全控制的通道和分级交换;（2）高速公路，可控制通道，但也可包括地面交叉口;（3）其他主干道（部分或无控制通道）。城市小型动脉系统。与城市主干道相互连接和增强的街道和高速公路被归类为城市小型干道。该系统适用于中等长度的旅行，并且比主要动脉系统更强调陆地通道。所有未归类为主要动脉的动脉都包括在本课程中。虽然该系统内的高速公路可以作为当地公交线路，并且可以连接市区内的社区，但它们通常不会通过可识别的社区。在完全发达的地区，小干道的间距通常不小于1英里，但在郊区边缘的间距可以是2至3英里。城市收藏家街道系统。该系统内街道的主要目的是收集居民区或CBD中当地街道的交通量，并将其传送到动脉系统。因此，收集器街道通常穿过住宅区并促进住宅，商业和工业区域内的交通流通。城市地方街道系统。该系统由市区内的所有其他街道组成，这些街道不包括在前面描述的三个系统中。这些街道的主要目的是提供通往邻近的土地和收集街道的通道。在这些街道上不鼓励乘车。农村道路功能系统城市以外的公路设施包括农村道路系统。这些高速公路分为主要干道，小型干道，主要收集者，小型收集者和当地人。图15.2是功能分类的农村公路网络的示意图。农村主要动脉系统。该系统包括一个高速公路网络，为大多数州际旅行提供服务，并提供大量的州内旅行。实际上，城市化区域之间的所有公路旅行以及人口在25,000或以上的小城市区域之间的高比例旅行都是在该系统上进行的。该系统进一步划分为高速公路（分为高速公路，完全控制通道，没有地面交叉口）和其他未归类为高速公路的主干道。农村小型动脉系统。这种道路系统增强了主要干道系统，形成了连接城市，大城镇和其他交通发电机（如大型度假村）的道路网络。这些道路上的行驶速度相对较高，对运动的干扰最小。
图15.2功能分类农村公路网的示意图
资料来源：公路和街道几何设计政策，美国国家公路和运输官员协会，华盛顿特区，2004年。经许可使用。
农村收藏家制度。该系统内的高速公路主要在各个县内进行交通，行程距离通常比主干道路上的行程距离短。这种道路系统又分为主要的收集道路和小型收集道路。农村主要收藏家制度。该系统下的路线主要通往县城和大型城市的交通，这些城市不是由动脉系统直接服务的。该系统还承载主要的内部流量。农村小型收藏家制度。该系统包括从当地道路收集交通并将其运送到其他设施的路线。小型收集道路的一个重要功能是它们提供农村腹地与当地重要交通发电机构（如小社区）之间的联系。农村地方道路系统。该系统包括农村地区内未归入其他系统的所有道路。这些道路提供相对较短距离的行程，并将相邻的土地与收集道路连接起来。图15.2功能分类农村公路网的示意图来源：公路和街道几何设计政策，美国国家公路和运输官员协会，华盛顿特区，2004年。经许可使用。742第4部分位置，几何和排水15.1.2公路设计标准选择适当的几何设计标准是任何公路设计的第一步。这是必不可少的，因为没有一套几何标准可用于所有高速公路。例如，可能适用于具有低平均日交通量（ADT）的风景秀丽的山路的几何标准对于承载繁忙交通的高速公路是不够的。因此，在选择几何设计标准时应考虑高速公路的特性。设计每小时体积设计每小时体积（DHV）是用于设计的预计每小时体积。该量通常被视为高速公路上预期ADT的百分比。图15.3显示了最高小时数量与ADT之间的关系。这种关系是根据广泛的体积和地理条件下的交通计数数据分析计算出来的。例如，图15.3显示，在全年20小时内，85％的地点超过了ADT的12％的每小时体积。该曲线还显示，在交通量最高的0到20小时之间，该小时数的小幅增加导致ADT百分比显着降低，而小于30的小时数相对大幅增加 - 最高时数导致ADT百分比略有下降。曲线的这种独特的特征表明它是
图15.3高峰时段与农村公路年平均日交通量之间的关系来源：公路和街道几何设计政策，美国国家公路和交通官员协会，华盛顿特区，2004年。经许可使用。
选择DHV大于一年29小时内将超过的DHV是不经济的。因此，通常选择第30高的每小时体积作为DHV。经验还表明，即使ADT发生显着变化，每小时体积的30倍作为ADT的百分比也只是略有不同。还有研究表明，除了交通量波动异常高或低的农村公路外，农村公路的30小时通货量通常在ADT的12％到18％之间，平均为15％。不应该不加区分地使用30小时的每小时体积作为DHV，特别是在交通流量中具有异常或高季节性波动的高速公路上。虽然这些高速公路上每小时平均30小时量的年平均日交通量（AADT）百分比可能与大多数农村道路上的显着不同，但这个标准可能不适用，因为季节性波动导致高百分比大批量小时和低小时小时数。例如，经济上的考虑可能不允许设计以第30高的每小时体积进行，但同时，设计不应该在高峰时段发生严重的拥堵。折衷方案是选择DHV，这将导致交通运行的服务水平略低于通常存在于正常波动的乡村道路上的交通。对于这种类型的乡村道路，最好选择在设计年度仅几个高峰时段发生的50％的体积作为DHV，即使这可能不等于第30个最高的每小时体积。这可能会导致高峰时段出现一些拥堵，但通常不会超过高速公路的容量。30小时的每小时体积也可用作城市高速公路的DHV。通常通过向ADT施加8％至12％来确定。然而，其他关系可用于交通流量季节性波动的高速公路，与农村道路的交通流量大不相同。一种替代方案是使用一年中每周最高午后高峰时段的平均值作为DHV。设计速度设计速度定义为选定的速度，以确定道路的各种几何特征。设计速度取决于高速公路的功能分类，高速公路所在区域的地形以及相邻区域的土地利用。对于公路设计，地形通常分为三组：水平，滚动和山地地形。水平地形相对平坦。水平和垂直视距通常很长或者可以在没有太多施工难度或主要费用的情况下实现。碾压地形具有自然斜坡，其通常高于和低于公路等级，偶尔陡峭的斜坡限制了正常的垂直和水平对齐。山区地形在纵向和横向都有突然的地面高度变化，因此需要频繁的山坡挖掘才能实现可接受的水平和垂直对齐。选择的设计速度应与驾驶者期望驾驶的速度一致。例如，由于道路位于平坦的地形区域，因此不应该选择低设计速度用于农村集水道路，因为驾车者将倾向于以更高的速度行驶。高速公路744第4部分位置，几何和排水的平均行程长度是选择设计速度时应考虑的另一个因素。一般而言，平均行程较长的高速公路应设计为更高的速度。设计速度范围从20英里/小时到70英里/小时，中间值为5英里/小时增量。当增量小于10英里/小时时，设计元素显示出很小的差异，但是以15英里/小时或更高的增量表现出非常大的差异。然而，一般而言，高速公路设计为60至70英里/小时，而其他主干道路的设计速度范围为30英里/小时至60英里/小时。表15.1提供了基于设计体积的农村收集道路的设计速度范围，表15.2提供了各种功能分类的最小设计速度范围的推荐值。
表15.1农村收集者道路的最低设计速度指定设计体积的设计速度（mi / h）（车辆/日）地形类型0至400 400至2000超过2000等级40 50 60滚动30 40 50山区20 30 40注：在可行的情况下，应考虑设计速度高于所示的速度。资料来源：改编自公路和街道几何设计政策，美国国家公路和运输官员协会，华盛顿特区，2004年。经许可使用。表15.2各种功能分类的最低设计速度速度（mi / h）等级20 30 40 50 60 70农村主要动脉最小50英里/小时高速公路xxxx农村小动脉xxxx DHV超过400 xxx农村DHV 20-400 xxx收集器DHV 100 -200 xxx道路当前ADT超过400 xxx当前ADT低于400 xxx DHV超过400 xxx DHV 200-400 xxx农村DHV 100-200 xxx本地电流ADT超过400 xxx道路电流ADT 250-400 xxx当前ADT 50-250 xx当前ADT低于50 xx城市主干道xxxxx高速公路最低50英里/小时城市小动脉xxxx城市收集街道xxx城市当地街道xx消息来源：弗吉尼亚州里士满弗吉尼亚州交通部道路设计手册。（有关最新版本，请参见www .virginiadot.org / business / locdes / rdmanual-index.asp。）第15章公路设施的几何设计745选择设计速度以在高速公路上实现所需的操作和安全水平。它是设计过程中选择的首批参数之一，因为它对其他设计变量有影响。设计车辆选择设计车辆来代表高速公路上的所有车辆。其重量，尺寸和操作特性用于建立高速公路的设计标准。第3章讨论了不同类别的车辆及其尺寸。选择作为设计车辆的车型是可能以相当频率使用高速公路的最大车型。选定的设计车辆用于确定关键设计特征，例如交叉口和转弯道路以及高速公路等级的半径。选择设计车辆时，以下准则适用：bull;当停车场或一系列停车场是主要交通发电机时，可以使用乘用车。bull;对于当地街道和公园道路交叉口的设计，可以使用单件卡车。bull;在国家高速公路和城市街道交叉口为大型卡车相对较少的公交车提供服务时，可以使用城市公交车。bull;在高速公路和低容量县道路或乡镇/地方道路的交叉口，ADT少于400，可以使用40英尺长的84名乘客大型校车或36英尺长的65名乘客。这些中的任何一个的选择将取决于设施的预期用途。bull;在高速公路匝道终点站和主干道十字路口的交叉口，以及交通量大的州高速公路和工业化街道的交叉口，设计车辆的最小尺寸应为WB-20。
横截面元素公路横断面的主要元素包括行车道，肩部和中间层（对于一些多车道高速公路）。边缘元素包括中间和路边障碍，路缘，排水沟，护栏，人行道和侧坡。图15.4显示了双车道高速公路的典型横截面，下一页的图15.5显示了多车道高速公路。图15.4双车道公路的典型横截面746第4部分行驶车道的位置，几何和排水宽度。行车道宽度通常在9到12英尺之间。大多数主干道都有12英尺的行车道，因为在10英尺车道上建造12英尺车道的额外费用通常会被肩部和路面的维护成本降低所抵消，从而导致减少路面边缘的车轮浓度。在双向乡村道路上，可以使用10英尺或11英尺的车道宽度，但在选择宽度小于12英尺的车道宽度时必须考虑两个因素。当路面小于22英尺时，大型卡车的碰撞率趋于增加，并且随着车道宽度从12英尺减小，高速公路的容量显着降低。因此，10英尺的车道宽度仅用于低速设施。如果交通量较低并且存在极端的通行权限制，则偶尔在城市地区使用9英尺宽的车道。肩膀上。路面横断面的肩部总是与行驶车道邻接
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