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

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

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

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

1  設計依據

1.1 道路功能

AASHTO規范比較側重道路功能的分類(lèi)及其協(xié)調關(guān)系，認為道路功能是幾何設計標準選取的最基礎、最重要的控制因素。

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

1.2 設計車(chē)輛

AASHTO規定的設計車(chē)輛分為小客車(chē)、公共汽車(chē)、載重汽車(chē)和旅游車(chē)四大類(lèi)，并細化提供了代表這些通用類(lèi)型汽車(chē)的20種設計車(chē)輛的尺寸。一般情況下采用載重汽車(chē)WB-19為設計車(chē)輛。

1.3 設計速度與設計交通量

AASHTO認為設計速度是用來(lái)確定道路不同幾何設計特征的。設計速度應該是一個(gè)合乎邏輯的速度，反映地形、預期運行速度以及臨近土地使用和公路功能分類(lèi)的特征，在建設初期采用較低的設計速度而節約資金是不可取的，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施時(shí)，所花費的成本將會(huì )更大。

鄉區高速公路設計速度選取范圍為80～130km/h，只要地形允許，應采用110km/h的設計速度，山區段可采用符合駕駛員期望的80～100km/h的設計速度。

鄉區高速公路通常按設計年限20年的規劃交通量設計，并提供更長(cháng)的服務(wù)時(shí)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(gè)等級，并根據公路功能級別、地形條件推薦選用相應的設計服務(wù)水平。

鄉區高速公路宜采用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(xiàn)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(xiàn)形應與地形特征相適應。組成平面線(xiàn)形的要素有直線(xiàn)、圓曲線(xiàn)和緩和曲線(xiàn)3種。

2.2 圓曲線(xiàn)

AASHTO規定的圓曲線(xiàn)最小半徑有以下4種：

（1）最小圓曲線(xiàn)半徑，由最大超高和橫向摩擦系數確定。

（2）不設超高的最小圓曲線(xiàn)半徑。

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

（4）不設緩和曲線(xiàn)的最小圓曲線(xiàn)半徑。

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

2.3 緩和曲線(xiàn)

AASHTO規定，當圓曲線(xiàn)半徑小于不設緩和曲線(xiàn)的最小圓曲線(xiàn)半徑時(shí)，為了適應車(chē)輛的行駛軌跡及滿(mǎn)足超高過(guò)渡的需要，平曲線(xiàn)應設置緩和曲線(xiàn)。一般采用回旋線(xiàn)作為緩和曲線(xiàn)。

AASHTO規范中關(guān)于回旋線(xiàn)長(cháng)度的規定是基于駕駛的舒適度和車(chē)輛的偏移情況確定的。當車(chē)輛駛入曲線(xiàn)，合適的回旋線(xiàn)長(cháng)度不會(huì )讓駕駛員隨著(zhù)向心加速度的增加產(chǎn)生不舒適的感覺(jué)，也能保證車(chē)輛在正常的軌跡下行駛，其側向偏移量不會(huì )超出自己的行車(chē)道，但回旋線(xiàn)長(cháng)度過(guò)長(cháng)會(huì )誤導駕駛員認為前方圓曲線(xiàn)的半徑較小，也會(huì )存在安全隱患。

（1）最小長(cháng)度。

回旋線(xiàn)的最小長(cháng)度取下列公式計算出的最大值：

式中：為回旋線(xiàn)的最小長(cháng)度，m;

為車(chē)輛在直線(xiàn)和圓曲線(xiàn)之間的緩和曲線(xiàn)上的最小偏移量，取0.2m;

為圓曲線(xiàn)半徑，m;

為設計速度，km/h;

為向心加速度的最大變化率，取1.2m/s3。

（2）最大長(cháng)度。

回旋線(xiàn)的最大長(cháng)度按下式計算：

式中：為回旋線(xiàn)的最小長(cháng)度，m;

為車(chē)輛在直線(xiàn)和圓曲線(xiàn)之間的緩和曲線(xiàn)上的最小偏移量，取0.2m;

為圓曲線(xiàn)半徑，m。

（3）期望長(cháng)度。

AASHTO認為回旋曲線(xiàn)的長(cháng)度是設計中的重要控制值，當回旋曲線(xiàn)長(cháng)度大約等于車(chē)輛行駛中的自然軌跡長(cháng)度時(shí)，車(chē)輛的行駛狀態(tài)是最理想的，如果這兩個(gè)長(cháng)度相差過(guò)大，就會(huì )導致車(chē)輛的操作行駛問(wèn)題，如在緩和曲線(xiàn)的末端，車(chē)輛產(chǎn)生過(guò)大的側向速度和側向位移。因此，AASHTO規范給出了期望的回旋曲線(xiàn)長(cháng)度值，這些長(cháng)度值是車(chē)輛在設計速度下2s的行駛長(cháng)度。對于多數駕駛員來(lái)說(shuō)，2s的運行時(shí)間代表了車(chē)輛行駛出自然的行駛軌跡所需要的時(shí)間（見(jiàn)表2）。

實(shí)際設計中，對于不同半徑的圓曲線(xiàn)，如果期望的回旋線(xiàn)長(cháng)度小于由上述公式計算的最小值，設計中應采用由公式計算所得的最小值。同時(shí)，建議回旋線(xiàn)長(cháng)度應與超高緩和段長(cháng)度相同，如果超高緩和段長(cháng)度小于由公式計算所得的回旋線(xiàn)最小值，應適當調整超高緩和段長(cháng)度，使其與回旋線(xiàn)長(cháng)度相近。

2.4 平曲線(xiàn)長(cháng)度

AASHTO規定，當公路轉角大于5°時(shí)，在主要公路上，平曲線(xiàn)的最小長(cháng)度應大約為設計速度（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(shí)，考慮道路的美觀(guān)，平曲線(xiàn)的最小長(cháng)度應大約為設計速度（km/h）的6倍，即。當公路轉角為5°時(shí)，平曲線(xiàn)的最小長(cháng)度應不小于150m，并且轉角每減少1°，最小長(cháng)度應增加30m。

2.5 技術(shù)要點(diǎn)

（1）線(xiàn)形應與地形地物相適應，并盡可能直捷，曲線(xiàn)轉角應盡量的小，但要采用足夠的平曲線(xiàn)長(cháng)度。

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

（3）線(xiàn)形應連貫，不應在長(cháng)直線(xiàn)的末端連接較急的轉向。

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

（5）應避免采用突然的反向線(xiàn)形，反向圓曲線(xiàn)間的最小間距應等于超高緩和段長(cháng)度和直線(xiàn)緩和段長(cháng)度之和。

（6）同向圓曲線(xiàn)間應設置足夠長(cháng)的直線(xiàn)，避免“斷背”或“平背”曲線(xiàn)。

3  縱斷面

3.1 縱坡

（1）最大縱坡。

AASHTO對最大縱坡的規定是依據地形類(lèi)別和設計速度確定的（見(jiàn)表3）。

受地形條件或其他特殊情況限制時(shí)，山嶺區最大縱坡可增加1%。

（2）最小縱坡。

AASHTO對最小縱坡的規定較為寬松，是綜合考慮后確定的。在不設路緣石的公路上，如果路拱有足夠的橫坡坡度滿(mǎn)足路面的橫向排水，那么設計中可以采用平緩的;在設有路緣石的公路上，則應設置合適的最小縱坡以利于路面橫向排水，通常會(huì )采用0.5%的最小縱坡，但是在路基堅固，路拱設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(cháng)

AASHTO規定的坡長(cháng)是指相鄰豎曲線(xiàn)間直線(xiàn)段長(cháng)度，當豎曲線(xiàn)為坡長(cháng)的一部分時(shí)，必須采用近似的當量直線(xiàn)段長(cháng)度。對于Ⅱ、Ⅳ類(lèi)型豎曲線(xiàn)，當其坡度差較小時(shí)，坡長(cháng)可以取豎曲線(xiàn)交點(diǎn)之間的長(cháng)度（VPI）;對于Ⅰ、Ⅲ類(lèi)型豎曲線(xiàn)，考慮將豎曲線(xiàn)長(cháng)度的1/4左右作為坡長(cháng)的一部分（見(jiàn)圖1、圖2）。

AASHTO對最小坡長(cháng)未做明確規定，對最大坡長(cháng)的規定與設計速度無(wú)關(guān)，是以載重汽車(chē)速度低于平均速度的速度折減量為依據確定的。速度折減量的推薦值為15km/h。

3.3 豎曲線(xiàn)

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

式中：為縱坡度變化1%所需的長(cháng)度，m;

為豎曲線(xiàn)半徑，m;

為豎曲線(xiàn)長(cháng)度，m;

為縱坡度代數差，%。

AASHTO關(guān)于凸形豎曲線(xiàn)的設計控制是以滿(mǎn)足停車(chē)視距要求確定的，關(guān)于凹形豎曲線(xiàn)的設計控制是綜合考慮車(chē)頭燈視距、駕乘人員的舒適性、排水要求和路容要求等4個(gè)因素確定的（見(jiàn)表4）。

凸形豎曲線(xiàn)最小長(cháng)度：

凹型豎曲線(xiàn)最小長(cháng)度：

公式（4）（5）中，為停車(chē)視距，m。

3.4 技術(shù)要點(diǎn)

（1）一般應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(cháng)。

（2）應避免“慣性飛車(chē)”型、“暗凹”型或“斷背”型的縱斷面。

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

4  結語(yǔ)

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