中美两国公路几何设计差异

公路几何设计

中美两国公路几何设计差异

摘 要：通过对中美两国高速公路几何设计方面的分析和比较，得出两个国家在高速公路设计上显然不同的地方，为我国的高速公路设计者开阔思路，在条件允许的情况下可以借鉴。

关键字：高速公路；几何设计；差异

0 引言

美国的高速公路不论是里程还是质量在全世界都是一流的,自1937年开始修建高速公路,到1995年高速公路里程达到8.85万km,占全国总里程的14%,占世界高速公路总里程的近一半,实现了州州通高速公路的目标,而且一般使用年限为15年左右,交通事故的发生率也相对较低,这与他们完善的路线几何设计是分不开的。

我国高速公路建设起步相对较晚,但是发展迅速。高速公路作为现代化的公路运输基础设施,其发生和发展是国民经济发展的必然结果, 自20世纪80年代以来,截止至2006年底,我国高速公路通车里程已达到4.64万km。而根据我国交通部制定的《国家高速公路网规划》,至2030年我国高速公路总里程将达到8.5万km,形成覆盖全国、布局合理的国家高速公路网。

公路线形设计是公路总体设计、总体布局的关键。线形设计是否合理不仅是关系到高速公路安全性问题的最主要因素,也是确定道路的经济性、道路的景观环境、道路的通行能力等方面的重要因素。通常在设计中追求的高指标公路并不一定是安全的公路,而高速公路线形指标的均衡性、一致性、线形的连续性及线形与环境景观的协调性才是满足汽车高速及安全行驶的重要保证。笔者才疏学浅，仅简单列出几点美国与我国公路设计截然不同的地方，仅供参考。

1 设计理念的差异

a、路线的连续性和均衡性

道路线形的连续性是路线设计的基本要求之一,连续的道路设计应确保驾驶员能够沿着路线以他们期望的速度行驶。我国目前所使用的《公路工程技术标准》(JTJ B01-2003)和《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)中虽已提出线形连续性,但对连续性的标准并没有明确提出。目前国内外对于现行连续性的众多研究中基于速度的研究比较成熟,因为道路线形连续与否对车辆产生的影响首要表现在车速上。车速变化的大小也就代表着线形连续程度。事故率大小是对道路线形连续

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性的直接检验结果,事故率比较大的事故多发地点,也必然代表着其线形在此存在问题。因此,美国等国均采用运行速度评价线形设计的连续性。

路线的均衡性是指公路路线自身各要素间的协调、配合,使公路线形能自然地诱导驾驶员的视线,并保持视觉的连续性,最大限度地保证行车安全。美国高速公路设计将环境提到了一个相当高的地位。其规范要求：公路的定线和设计可以而且应该能使环境更加完美,并作为改善环境的促进因素。同时认为,环境不仅仅指自然环境,它包括人类、植物和动物三类群体以及这三类群体起作用的各自力量。因此,美国高速公路设计的参考者,不仅有设计工程师,还有生物、化学、历史、考古学家和土地评估家,在某些情况下甚至还有社会学家。听取公众意见是方案确定阶段必不可少的程序。而在高速公路设计阶段,非常强调路线与地形及环境的协调,尽可能消除造成大填大挖的人为因素,注重对原有地貌的保护和尽可能恢复自然的外观。

美国公路线形设计强调在符合汽车行驶力学方面的要求外,还应考虑用路者的视觉、心理与生理方面的要求,以提高汽车行驶的安全、舒适与经济性。为了使线形连续、均衡,从根本上解决公路安全设计问题,通常采用运行速度理论检验公路线形设计。连续性和均衡性实质上也是强调公路灵活性设计以及景观环境设计的效果。这些对我国高速公路设计具有很好的借鉴作用。

b、线形设计的灵活性

美国联邦公路管理局（FHWA）充分认识到“在保护甚至是加强建设环境、自然风景、人文历史及社会资源的同时为公众提供安全、高效的交通运输服务是他们面临的一个巨大的挑战”，提出了公路设计灵活性的新理念。

美国各州公路与运输工作者协会(AASHTO)出版的《公路与城市道路几何设计政策》(俗称绿皮书)通常被视为美国公路几何设计标准,亦被国际上公认为现代适用的公路设计专业著作。该书在序言中就明确申明了此书的目的在于向设计人员提供指导方针,对关键尺寸设计给出了推荐的设计数值范围。允许充分的灵活性是为了鼓励针对具体情况做出合适的特殊设计方案。美国作为一个联邦制国家,各个州可以根据自己的实际情况制定自己的法律,包括自己的设计标准。由于各州的设计标准均以绿皮书作为基本标准或参考标准,这就给设计者在本州的公路设计中有更大的灵活性和创造性。举例如下表1。

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表1 一些州设计准则的差别 最小视距（米） 设计车速(km/h) 60 80 100 120 130 注：

（1）美国各州公路与运输工作者协会1994年版《公路与城市道路几何设计政策》，第120页，表III1。 （2）加利福尼亚州运输厅1993年12月15日出版的《几何设计临时公制标准》，第2页，表201.1 （3）俄勒冈州运输厅1994年出版的《公制道路设计指南》，第92页，图410

（4）佛吉尼亚州运输厅1994年8月出版的《道路设计指南，卷二（公制）》，第27页，表III1 （5）N.A=无规定

AASHTO 74.3-84.6 112.8-139.4 157-205 202.9-285.6 N.A. (5)(1)加利福尼亚州 俄勒冈州 85 130 190 255 290 80 120 160 210 N.A. (2)(3)佛吉尼亚州 80 120 160 210 N.A. (4)关于路线的灵活性设计我国尚在研究探索中, 未形成一套完整的设计方法。在我国以往的设计中,对标准的掌握也易存在一些不足，比如过分追求高标准，不能因地制宜地运用标准,选择合适的线形使之适应当地的地形、地质情况,使有限资金得到充分利用；对标准的各项指标理解不深刻,常常生搬硬套,导致设计的公路行车不舒适、不安全,也不美观。因此,美国的灵活性设计理念和方法对我国公路设计具有很好的借鉴作用。

c、线形设计的安全性

公路的安全性设计是指从改善环境安全入手,通过在设计阶段的公路安全性评价,优化公路设计,从而弥补行车安全、车辆安全的不足,消除存在安全性隐患的线形组合,提高道路运营的安全可靠性、提升高速公路的安全服务水平。

目前,我国高速公路的安全运营状况不容乐观。交通事故率呈上升趋势。从交通事故的统计和分析看,虽然造成交通事故的原因是多方面的,但是线形设计是否合理是关系到高速公路安全性问题的根本问题,也是安全性评价的重要指标。

鉴于基于计算行车速度的路线设计方法存在的缺陷,以运行车速设计方法作为我国现行设计方法的补充,是提高和改善我国高速公路行驶安全性的重要手段。

设计车速是高速公路线形设计的主要依据,而车辆的实际运行速度则是衡量线形设计质量的评价依据。目前,美国及很多发达国家在公路路线设计中均广泛采用运行车速进行道路线形的均衡性、连续性、安全性的检验,并根据各国的情

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况提出了各自的评价标准。我国在参考国外经验的基础上,经过研究,也提出了我国公路线形设计的评价标准。

2 设计概念的不同

a、要求不同

我国的公路与城市道路几何设计一般要求是在设计标准范围内尽量减少投资，即一方面强调满足设计标准，线性美观，另一方面强调减少建设投资。而美国的公路工程师作公路设计时，要求在维护环境完整性的同时，力求最大限度地满足用路者的需要。即一是强调维护环境，二是满足用路者的需要，而且在美学上与周围的地形或市区环境融成一体，建设既对于用路者是安全和有效的，又对于非用路者和环境保护是满意的公路。

b、设计深度不同

我国的路线设计一般考虑的是本路线当前的“成本+效益”分析，特别是建设期的投资，而较少考虑用路者的风险预期资金，环境影响损失的无形资金，道路网的整体效益分析。而美国不但强调由用路者效益与成本相比较的传统方法，还扩展到反映非用路者和环境的需要。尽管增加了分析的复杂性，但这种更为完善的方法还考虑到特定项目的需要以及各种项目之间轻重缓急的关系，保证包括所拟项目的整个公路系统的最大效益。

3、横断面设计不同

我国公路的典型横断面如图1，可以说是一种简单的“折线型”横断面，一般边沟做成三角形或矩形。

图1 我国公路标准横断面图

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而美国公路广泛应用的是“流线型”横断面。在所有平面的相交处，如路肩边缘、沟底及边坡与原地面的相交处，都作成适当的弧形（图2）。这样既增进路基的稳定性，简化养护控制，又改善路容。

图2 美国公路典型横断面图

注：为便于了解美国公路断面，故图中单位仍保留了美制单位（未换算为公制）。

4 边坡设计不同

我国公路的边坡设计主要是保证道路的稳定性，较少的考虑到为失控车辆提供可穿越地带，并受到用地范围的限制，故坡比较小，切坡较高，如表2。同时，我国的这种边坡设计也表明我国在公路设计中，以人为本的宽容设计理念没有完全合理的融入其中，在这方面，我们还是要较多的吸取国外行之有效并适合我国的经验。

表2 我国公路土质挖方边坡坡比表

密实程度 <20 胶结 密实 中密 较密 1:0.3~1:0.5 1:0.5~1:0.75 1:0.75~1:1.0 1:1.0~1:1.5 边坡高度/m 20~30 1:0.5~1:0.75 1:0.75~1:1.0 1:1.0~1:1.5 1:1.5~1:1.75 注：路堤边坡一般为上部坡度1:1.5，下部坡度1:1.75。

而美国的边坡设计就更多的将人的安全因素考虑进去，除保证道路的稳定性外还要考虑为失控车辆的救险提供适当的机会，做成失控车辆可穿越的地带，而且可进行机械养护，故坡比较大，切坡较低，如表3。

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表3 美国公路土质边坡设计指导值

填挖高度/ft 平原或丘陵 0~4 4~10 10~15 15~20 >20 1:6 1:4 1:4 1:2* 1:2* 不同地带类型的土质边坡 中等陡峻 1:4 1:4 1:2.5 1:2* 1:2* 陡峻 1:4 1:2* 1:1.75* 1:1.75* 1:1.75* 注：*为了我安全，陡于1:2的边坡应进行土质稳定性分析和安全检查。

只有在当地条件不允许使用较缓的边坡的路段，才推荐使用陡于1：3的边坡，而且还要考虑设置路旁护栏作为安全标志。这一点与我国大不同。我国目前采用的边坡最大坡比为1：1.75，而且很多断面都是大填大挖，边坡高而陡，根本没有失控车辆可穿越的理念。

5 结语

相对我国公路路线设计而言,美国道路设计更注重路线与地形、环境的配合和协调。在设计中充分强调路线的一致性和连续性,强调设计的灵活性。路线线形指标充分考虑了地形、地貌条件,为了使道路与地形条件、景观环境相协调,在满足规范安全性的基础上,不惜放宽线形设计指标。另外,在设计中采用了汽车运行车速的理念,路线设计中追求各线形指标的相互配合协调、高低指标之间的过渡缓和、路线线形均衡,追求实际行驶车速相对平稳等,这对降低工程造价、克服超速现象、减少交通事故、保护生态环境和道路景观及与环境的相互协调具有重要的意义。

不管是过去的还是国外的理论和经验，我们都应根据具体情况“去其糟粕，取其精华”。本文所述美国的道路几何设计与我国的差异，可能是东西文化理念不同造成的，也可能是地形地貌条件不同造成的，还可能受国民经济条件的影响，但不论怎样，公路设计者们应有前瞻性和开拓性，集思广益，在中华大地上勾绘出一条条高速、舒适、安全、优美的交通枢纽。

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表3 美国公路土质边坡设计指导值

填挖高度/ft 平原或丘陵 0~4 4~10 10~15 15~20 >20 1:6 1:4 1:4 1:2* 1:2* 不同地带类型的土质边坡 中等陡峻 1:4 1:4 1:2.5 1:2* 1:2* 陡峻 1:4 1:2* 1:1.75* 1:1.75* 1:1.75* 注：*为了我安全，陡于1:2的边坡应进行土质稳定性分析和安全检查。

只有在当地条件不允许使用较缓的边坡的路段，才推荐使用陡于1：3的边坡，而且还要考虑设置路旁护栏作为安全标志。这一点与我国大不同。我国目前采用的边坡最大坡比为1：1.75，而且很多断面都是大填大挖，边坡高而陡，根本没有失控车辆可穿越的理念。

5 结语

相对我国公路路线设计而言,美国道路设计更注重路线与地形、环境的配合和协调。在设计中充分强调路线的一致性和连续性,强调设计的灵活性。路线线形指标充分考虑了地形、地貌条件,为了使道路与地形条件、景观环境相协调,在满足规范安全性的基础上,不惜放宽线形设计指标。另外,在设计中采用了汽车运行车速的理念,路线设计中追求各线形指标的相互配合协调、高低指标之间的过渡缓和、路线线形均衡,追求实际行驶车速相对平稳等,这对降低工程造价、克服超速现象、减少交通事故、保护生态环境和道路景观及与环境的相互协调具有重要的意义。

不管是过去的还是国外的理论和经验，我们都应根据具体情况“去其糟粕，取其精华”。本文所述美国的道路几何设计与我国的差异，可能是东西文化理念不同造成的，也可能是地形地貌条件不同造成的，还可能受国民经济条件的影响，但不论怎样，公路设计者们应有前瞻性和开拓性，集思广益，在中华大地上勾绘出一条条高速、舒适、安全、优美的交通枢纽。

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