高速公路-第二章-高速公路设计依据.ppt

高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 1 1 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 课时：32课时 授课方式：多媒体教学 课堂讨论 课后自学 授课教师:马昆林 2 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第二章 高速公路设计依据 主要授课内容： 设计车速 设计车型 公路用地与建筑界限 交通量、通行能力与服务水平 3 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第一节 设计车速 1.定义 设计车速：(计算行车速度)是公路设计最基本的设计依据。 中 国：在天气良好、交通量小、路面干净的条件下，中等 技术水平的驾驶员在道路受限制部分能够保持安全而舒适行 驶的最大速度。 美 国：当道路条件良好，行车只受公路的设计特征控制时 ，公路的特定路段上能保持的最高安全速度。 德 国：设计速度是根据道路的交通要求，从经济的观点出 发选择的标难设计值，相当于85%的小客车不会超过的速度 。 4 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 最高时速 汽车的机械性能所能达到的最高速度。 经济时速 汽车的机械损耗和燃油消耗为最小的车速。 设计车速是决定公路几何形状的基本依据，曲线半径、超 高、视距等技术指标都起着决定的作用，同时也影响着车道的 尺寸和数目以及路肩宽度等指标的确定。其他如车道宽度、路 肩宽度等虽与设计车速无直接关系，但他们影响行车速度。 第一节 设计车速 5 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 设计车速确定方法 (1)设计车速应该是最高时速与经济时速之间的一个速度 (2)考虑因素：公路性质、等级和地形等。 1)远离城市，设计车速相对较高； 2)市郊公路，设计车速则相对较低； 3)公路等级高，多考虑行车要求，反之，多考虑经济要求 ； 4)平原区，设计车速可定高，山岭区，设计车速可定低。 第一节 设计车速 6 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 确定设计车速的统计法 车速分布是正态分布，分布曲线和累计频率曲线如图2-1 图2-1 公路车速分布与累计频率曲线 第一节 设计车速 7 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 设计车速的确定考虑了汽车行驶的实际需要和经济 性，是汽车行驶要求与经济性平衡的结果。 公路等级搞考虑行车要求 公路等级低考虑经济性 第一节 设计车速 8 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 2、高速公路设计车速 高速公路在设计、施工、运营管理上与一般公路有所不同， 按高速公路的运营要求和交通需要的变化把计算行车速度分 为四档，即120km/h、100km/h、80km/h和60km/h。 高速公路的计算行车速度不与地形直接挂钩，设计时设计人 员应结合交通需求的变化，考虑技术经济的合理性，更好地 与地形景观相配合，作出更合理的设计。 一般情况下应选用120km/h的计算行车速度，当受地形、地 物、工程造价等条件限制时，交通量又相对的小一些，可选 用100km/h甚至是80km/h的计算行车速度。对于条件特殊困 难地段，经技术、经济论证可选用60km/h的计算行车速度。 第一节 设计车速 9 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 高速公路设计车速特点： 特点：不与地形直接相关，直接制定。 设计车型：小客车 若途经路段复杂，可分段确定设计车速，方法如下： 第一节 设计车速 10 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 (1) 分段之间的设计速度差一般按20km/h为一级，并应设 置相应的限速标志； (2) 不同设计车速分段不宜过短，通常高速公路分段长度不 宜小于20km； (3) 需要改变计算行车速度时，应设置过渡段，过渡段长度 可根据具体地形条件结合各方面的使用效果灵活确定； (4) 计算行车速度变更点的位置，应选择在驾驶人员能够明 显判断路况发生变化而需要改变行车速度的地点，如村镇、车 站、交叉口或地形明显变化等处，并应设置相应的标志。 第一节 设计车速 11 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 3. 运行车速 （1）运行车速的定义 运行车速是指在一定的道路几何条件下，某种车辆的 实际行驶速度。实际应用中常取某个代表性的速度，如 实测的85位车速为运行车速。 第一节 设计车速 12 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 （2）运行车速与设计车速关系 运行车速与设计车速既是不同的，又是有联系的。 区别：运行车速是实际车速，设计车速是理论车速； 运行车速是变化的，设计车速是固定的。 联系：设计车速是最大的安全运行车速，运行车速是几何设 计实现设计车速程度的反映。 应用：运行车速在定程度上综合反映了设计的质量，有助 于对道路设计成果进行评价。 第一节 设计车速 13 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 定义： 设计车型是道路几何设计时选择的有代表件的车型，它是 根据当前本国行驶车辆的状况、汽车发展的趋势和国民经 济发展水平等因素所确定的。 设计车型实际上并不一定是某一种具体牌号的汽车，其外 型尺寸往往是虚构的，但能代表某一类的汽车。 第二节 设计车型 14 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第二节 设计车型 15 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 汽车主要外型参数 第二节 设计车型 16 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第三节 公路用地与建筑限界 1、公路用地 通常，公路两侧排水沟外边缘(无排水沟时为路 堤式护坡道坡脚)，或路堑坡顶截水沟外边缘(无截水 沟时为挖方坡的坡顶)，加上一定的附加宽度后的土 地为公路的用地。附加宽度通常不小于1m。 17 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 2、高速公路用地 对高速公路，除公路用地包括的范围外，附加宽度 宜大于等于3m 高速公路用地还应包括：立体交叉、服务设施、安全 设施、交通管理设施、停车设施、公路养护管理、公路 绿化和苗圃等工程用地。 第三节 公路用地与建筑限界 18 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 3、其它还包括： 设置绿化带设置防护林，种植固沙植物、安牧固沙 网、防沙或防空栅栏等设施，也应属于高速公路用地。 在高速公路用地范围内，不得修建非路用构筑物。 第三节 公路用地与建筑限界 19 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 4、高速公路的建筑限界 高速公路的建筑限界，是在保证路上汽午交通正常 运行的安全条件下所规定的空间限界。空间限界包括 宽度和高度，在此中间限界内不得有任何部件侵入。 例如：在净主范围内不得设置桥墩、照明灯杆、交通 标志防护栏等。 高速公路的建筑限界见图2-2 第三节 公路用地与建筑限界 20 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第三节 公路用地与建筑限界 图2-2 高速公路的建筑限界限 21 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第四节 交通量、通向能力与服务水平 1、交通量 定 义：指道路上某一断面在单位时间内通过的车辆数 量，如小时交通量、月交通量。 根据观测方法和观测时间的不同最常用的交通量有 ： AADT 年平均的交通量 PHT 高峰小时交通 ADT 平均日交通量 DAHV 平均小时交通量 30th HAHV第30值高峰小时交通量 22 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 交通量反映了某条公路上的交通荷载，也反映 了汽车运输时对公路设施的要求。 交通量、交通调查、分析和交通预测是公路建 设项目可行性研究阶段进行现状评价、综合分析 建设项目的必要性和可行性的基础，也是确定公 路建设项目的建设规模、技术等级、工程设施、 经济效益评价及公路几何线形设计的主要依据。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 23 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 2、交通设计量 定 义： 一条公路交通量的普遍计量单位是年平均日交通量（简写 为AADT），用全年总交通量除以365而得。 交通设计量是指欲建公路到达远景设计年限时能达到的年 平均日交通量（辆日）。 远景设计年限(高速公路为20年)的预测交通量，世界上大 部分国家在高速公路设计中均以小时交通量为设计交通量 ，而且大多采用第30位高峰小时交通量。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 24 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第30位高峰小时交通量确定方法： (1)对一条公路的交通量观测调查基础上，将一年8760(24x365)h的交通 量 按大小次序排列通常可得如图25所示的曲线。 (2)取第30位高峰小时交通量作为设计交通量。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 突 变 25 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 原 因： 如采用第30位高峰小时交通量作为设计交通量，则全年只 有29个小时的实际交通里超过设计值，有可能造成交通拥 阻，拥阻时间仅占全年的0.33，也就是说能顺利通过的 保证率达9967。 如采用小于30位高峰小时的交通量作为设计交通量，则每 减少一个小时档，设计交通量值就将急剧增加； 反之，采用大于30位高峰小时的交通量作为设计交通量 每减小少量的交通量值，可能的拥阻时间就会大大增加。 因此，选择第30仿高峰小时交通量作为设计交通量，无论 从满足技术要求还是考虑经济合理性均是合适的。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 26 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 3、车辆换算 为使交通量具有可比性，通常将实际的混合交通换算成标 准车型交通量。 高速公路采用小客车作为标准车型，考虑车辆的外廓尺寸 、行驶速度等因素，我国公路上采用的换算成小客车的当 量系数如表22。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 车型中型 汽车 小客 车 拖挂 车 摩托 车 大中小型 拖拉机 畜力 车 人力 车 自行 车 换算 系数 1.00.503.00.51.02.00.50.1 27 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 4、通行能力 定 义： 通行能力是指在一定的通路、交通、控制和环境条件 下，对应于一定的行驶质量即服务水平，在某道路断 面上单位时间(常用1h)所能通过的最大车辆数。通行能 力反映了道路所能承受的交通负荷能力。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 28 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 分析通行能力的条件： (1) 高速公路、一级公路的路段； (2) 高速公路和一级公路的互通式立体交叉匝道； (3) 高速公路和一级公路的交织区段； (4) 一般公路的路段设计时也宜对通行能力和服务水平 进行分析计算。 分 类： 1.基本通行能力 2.可能通行能力 3.设计通行能力 第四节 交通量、通向能力与服务水平 29 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 基本通行能力 机动车的基本通行能力也称理论通行能力，即：在 道路、交通、环境和气候均处于理想条件下，不考虑服 务水平，标准车辆在单位时间通过一条车道或一车行道 上某一断面的最大车辆数，它是道路所能承受的交通负 荷极限。 确定方法： 车头时距法、 车头间距法 第四节 交通量、通向能力与服务水平 30 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 车头时距法: 指连续两车通过车道或道路上同一地点的间间隔。 以车头时距计算一条车道的通行能力： N=3600t (辆/h） 式中：t 连续车流平均车头间隔时间（s），可通过观测求得。 车头间距法： 是连续车流中，前后两车保持行车安全的车头之间 的距离。 以车头间距计算一条车道的通行能力： C=3600/（Lv） 式中：L 连续车流平均车头间隔距离（m），可通过观测求得。 v 行车速度m/s 第四节 交通量、通向能力与服务水平 31 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 （2）可能通行能力 定 义： 在实际外境或预计的道路、交通条件和良好的气候条 件下，不考虑服务水平，标准车辆在单位时间内通过一 条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数。 区别于基本通行能力： 根本不同在于道路、交通和环境条件。它是考虑了诸 如车道宽度、侧向净宽、大型车混入、交通安全设施等 修正后的实际通行能力。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 32 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 （3）设计通行能力 1）定 义： 在良好的气候条件下，交通运行状态保持在一定的服务 水平上，标准车辆在单位时间里通过有代表性的、均匀路面 上的条车道或一车行道上某一断面的最大车辆数。 区别于基本、可能通行能力： 考虑了公路运行质量要求、技术可能性、经济合理性和 行驶安全等因素后，能符合现划设计要求的通行能力，是公 路线形设计的依据，设计通行能力是相对一定的服务水平而 言的。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 33 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 2）服务水平及服务交通量： 是对车辆在交通流中的运行条件和驾驶员与乘客所感受的行车质量 的量度。 我国公路服务水平分为一级、二级、三级和四级。参考美国规范 。根据从小交通量自由流至交通量达到可能状态的受限制车流这一运 行条件范围分为四级服务水平。 决定因素：运行速度、运行时间、驾驶自由度、交通间断、舒适、 安全、方便。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 34 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 通常采用 v/C（运行速度) / (交通量)来描述服务水平。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 35 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第四节 交通量、通向能力与服务水平 36 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第四节 交通量、通向能力与服务水平 37 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 第四节 交通量、通向能力与服务水平 38 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 3）设计通行能力 设计通行能力是指公路交通的运行状态保持在某一设计的 服务水平时，单位时间内公路上某一路段可以通过的最大 车辆数。 设计通行能力是实际道路可能接受的通过能力，考虑了人 为主观对道路的要求，按照道路运行质量要求及经济、安 全、出人口交通条件等因素而确定作为设计依据的。 CD（设计通行能力）=CB（可能通行能力）（V/C） CD - 单车道设计通行能力 CB - 单车道基本通行能力 V/C - 在理想条件下，各级服务水平最大服务交通量与基 本通行能力之比。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 39 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 4）高速公路的适应交通量 在进行高速公路规划设计时，要保证必要的交通服务水平和车辆运行质量，同时 要考虑我国的经济水平和公路建设投资力量，并要避免高速公路不入因交通量不 适应造成交通阻塞。 公路路线设计规范JTJ011-94规定我国公路服务水平分为一级、二级、三级 、四级。 根据我国国情，高速公路的适应交通量宜按二级（相当于美国的C级）来考虑， 即计算行车速度为120km/h时，高速公路服务水平V/C比为0.8；计算行车速度为 100km/h、80km/h和60km/h时，其V/C比应为0.72、0.68、0.64。最大服务交通 量1600，1400，1300，1150。 按照美国最近研究结果，高速公路上每车道以小客车计的基本通行能力大约为 2200辆/h。 我国交通状况下的通行能力按每车道2000辆/h计（120100km/h）；80km/h 1900，60km/h1800。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 40 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 目前世界上高速公路基本按单向单车道的设计小时交 通量来考虑，但一方面因我国对某些参数尚待进一步研究 ，另一方面为便于进行公路规划设计并与我国一直延用的 适应交通量指标相衔接。因而用适应交通量作为高速公路 选用的指标。其值按下式计算： 第四节 交通量、通向能力与服务水平 41 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 式中：AADT远景年限的设计年平均日交通量（辆/日）； CD单车道设计通行能力（小客车/每车道/小时）； CD=CB（V/C） CB理想备件下一个车道的基本能行能力，计算行车速度120km/h 为2000小客车/小时； N单向车道数； K设计小时交通量系数，K值大约在0.0950.135之间，具体应用 时，可根据当地的交通量观测资料作适当调整； D交通量方向分布系数，根据我国实际交通调查情况，交通流方 向分布系数D一般取0.6，具体应用时，可根据当地的交通量预测资料确定。 第四节 交通量、通向能力与服务水平 高速公路适应的交通量计算公式： 42 高速公路 EXPRESSWAY 土木建筑学院道路工程系 高速公路远景年限的设计年平均日交通