美国高速公路几何设计

6200～10500 3700～5100
8000～15100 4300～6200
10200～20200 5000～7300
在高速公路设计中，只要所选取的竖曲线能满足设计规范的要求，则在纵断面上足
以保证停车视距，但在平曲线设计时，对视距的保证则往往被设计者所忽略。美国绿皮 书为此作了专门的论述，并提供了计算平曲线最内侧行车道中心线至路边障碍物距离 M
乡区高速公路则一般采用地平式和路堑式等。
4 一般设计指标
4．1 设计速度
美国高速公路设计速度的选择仍然以地形作为主要依据。对于城市高速公路，过去 按照市中心、市区和郊区分别采用 80 km/h 、100 km/h 和 120 km/h，而现在则不分城内 和城外，基本采用一致的设计速度。美国高速公路设计速度一般为 110km/h。绿皮书认为：
随着汽车性能的不断改善和交通管理水平的不断提高，美国公路设计标准所推荐的
高速公路每车道最大通行能力（服务水平为 E 级）也呈逐年加大的趋势。1985 年版的《公
路通行能力手册》中高速公路每车道最大通行能力为 2000 辆/h，1984 年版则推荐四车道
为 2200 辆/h，六车道为 2300 辆/h，1997 年的最新研究成果则为 2400 辆/h。
a) 设计速度 b) 车道宽度 c) 路肩宽度 d) 桥梁宽度 e) 结构性能
f) 平曲线指标 g) 竖曲线指标 h) 纵坡 i) 停车视距 j) 路面横坡
k) 超高
l) 横、竖向净空
除绿皮书以外，指导全美公路几何设计的还有另外一些重要手册，如由美国运输研 究所 TRB(Transportation Research Board)出版的《公路通行能力手册》等。
计规则，亦即： ① 在规定的设计速度内，小客车设计速度的变化不超过 10 英里/h。 ② 相邻路段设计速度的改变不超过 10 英里/h。 ③大车的平均速度比小客车的平均速度在任何时候都不低于 10 英里/h。
4．2 服务水平
在美国高速公路的设计标准中，原则上强调在条件许可的情况下尽可能采用较高的
服务水平，绿皮书具体推荐的设计服务水平如表 3。
2 技术标准
美国公路几何设计标准与政策一般由成立于 1937 年的规划与设计政策委员会 （Committee on Planning and Design Policies）负责规定和推荐，而其制定和出版则通常由 美国各州公路与运输工作者协会 AASHTO（American Association of State Highway and Transportation Officials）来完成。自 30 年代以来，AASHTO 以不同形式陆续发表了大量 有关公路几何设计的指南，其中以 1984 年开始出版的《公路与城市道路几何设计政策》 最为权威，该书俗称绿皮书，一般每隔 5~6 年要被修订一次。通常被视为美国公路几何
表 3 和表 4 即可按下式推得当设计车速为 120km/h 时，各类高速公路的参考交通量如表 5。
DHV = CD·N AADT = DHV / (K·D)
式中，DHV—单向设计交通量；
AADT—双向年平均日交通量；
CD—在规定服务水平下，每车道通行能力，由表 4 查得； N—单向车道数。
公路类别
30 年代末至 40 年代初，有多条高速公路已有意识地按高速公路路网系统的一部分来 修建，同时大量出现了不同形式的互通式立交。当时最有代表性的高速公路系统是五角 大楼路网，这是一条长 16 公里，带有 21 座分离式立交和 11 座互通式立交的路网系统。 多年以后，这条高速公路成为运行实验和研究的露天实验室，并影响着美国高速公路设 计技术标准的不断改变与提高。
70 年代初，美国高速公路路网系统已经建成了目前总量的 90%，而到了 70 年代末， 则开始了对早期高速公路的大规模改造，尤其按 40 年代前公路标准修建的高速公路，在 物理、运行和几何等方面越来越显示出与现代公路运输的不相适应。直到今天，美国还 在不断对过去修建的高速公路进行改建，其重点多为改善线形和增加车道数。
5．2 线形要素 由 AASHTO 推荐的高速公路平纵面线形设计控制指标如表 6。由于我国极限最小平 曲线半径是按超高为 8%计算得来的，为便于对照，表中仅列出了最大超高为 8%时的最 小平曲线半径。
美国高速公路主要平纵面设计指标表
最小平曲线 设计速度
最大纵坡（%）
半径
(km/h)
平原 丘陵 山区 （m）
高速公路设计服务水平一览表
表3
地区类型 服务水平
平原 B
乡
区
丘陵 B
山岭 C
市区和郊区 高速公路 C
上表为高速公路基本路段的服务水平，对于匝道、主干线交织段和市区或郊区集散 道路等辅助设施，一般按 C 级服务水平设计，乡区高速公路的辅助车道服务水平则与高 速公路基本路段相同，但在特大交通条件下可以采用 C 级。在大城市高度发达地段，服 务水平可酌情降为 D 级。
表 4 为美国高速公路基本路段服务水平的最新标准（自由流速度为 120km/h 时）：
高速公路基本路段服务水平 1997 年标准
表4
服务水平 c
A B C D E F
最大密度
辆/英里/车道 辆/km/车道
10
6
16
10
24
15
32
20
45
28
＞45
＞28
最小速度
英里/h
km/h
75
120
75
120
71
停车视距 （m）
80
230
4
5
6 112.8～139.4
90
305
4
5
6 131.2～168.7
100
395
3
4
6 157.0～205.0
110
500
3
4
5 179.5～246.4
120
665
3
4 — 202.9～285.6
表6
最小竖曲线半径（m）
凸形
凹形
3200～4900 2500～3200
4300～7100 3000～4000
5112
85200
表5
双向 8 车道
单向 （辆/h）
4800 6816
双向 (辆/日) 67000 95000
6816 113600
5 设计要素
5．1 最大超高 为给设计者有一个灵活使用的范围，AASHTO 规定有 4%、6%、8%、10%和 12%五 种最大超高值可供设计选用，同时给出了五种相应的平曲线标准。高速公路的最大超高 则规定为 8%、10%或 12%，高架桥的最大超高为 6%或 8%。值得注意的是，12%是在最 新标准中增加上去的，这反映了适应高速行驶的设计指标正越来越成为公路的需要。
3 高速公路的类型
美国高速公路基本分为乡区高速公路和市区高速公路两种。美国高速公路的兴建最 早是由市区开始的，因此市区高速公路设计技术的研究和发展比较早，技术也比较成熟。 乡区高速公路的大规模兴建始于二战结束以后，其设计技术的成熟相对要晚一些。
市区高速公路由于现场条件的不同，以及由于交通密集、交通流分布复杂等因素的 影响，通常又可分为较多的形式。从适应现场条件出发，一般可分为路堑式、高架式、 地平式或这些形式的混合式等，其中高架式由于对环境空间的影响较大，被认为是在不 得已情况下才采用的形式，因此，路堑式是采用得较为普遍的形式之一。受交通条件的 影响，有些大城市还修建有带变向交通车道的高速公路和复式分隔行驶的高速公路等。
4．3 通行能力
美国一些交通统计报告表明，有相当一部分市区高速公路平均每车道的交通量是非 常大的。例如，在 40 号州际高速公路通过田纳西州的纳什维尔（Nashville）市区路段， 平均每车道每小时交通量是 2035 辆，而一个车道的最大小时交通量竟高达 2664 辆。当 然，这个数据一定是在交通饱和状态下亦即服务水平达到 E 或 F 级时的交通量。
采用较低年限的。
设计交通量（DHV）一般采用设计年限第 30 位高峰小时交通量，高峰小时系数 K
一般为： 8%~12%（市区）、10%~15%（郊区）或 12%~18%（乡区）。
方向分配系数 D 一般为： 67%（市区）、55%（郊区）或 70%（乡区）。
在我国，D 值一般为 0.6，K 值一般为： 0.1（市区）或 0.12（乡区）。按此值并根据
乡区高速公路平丘区 乡区高速公路山岭区 市区和郊区高速公路
各类高速公路交通量一览表（V=120km/h）
服务 水平
B Cபைடு நூலகம்
双向 4 车道
单向 （辆/h）
2400
双向 (辆/日) 34000
3408
48000
双向 6 车道
单向 （辆/h）
3600
双向 (辆/日) 50000
5112
71000
C
3408
56800
美国高速公路几何设计
刘子剑
1 发展历程
美国完全控制出入的公路最早出现在 20 世纪 20 年代，其与被交叉公路或街道的交 叉均为完全分离式立交，此即为高速公路的雏形。直到 1928 年，才在新泽西州的伍德布 利杰（Woodbridge）修建了第一座互通式立交，该立交形式为完全苜蓿叶形，其匝道最 小半径为 18 米。到了 30 年代，高速公路才同时采用分离式立交和互通式立交作为与其 他公路的交叉方式，这一时期高速公路的平纵面几何指标和横断面要素与其他较低等级 的公路相差无几，且里程较短，尚无构成高速路网的设想。
虽然各州 DOT 已经或正在制定本州的公路设计标准，但对于国家公路系统 NHS(National Highway System)的设计标准，须通过联邦公路局（FHWA）的审查，尤
其对于绿皮书之外的一些设计指南和规范，必须具有一定形式的文件承认其合法性。
其中特别需要由 FHWA 批准的设计控制指标有：
高速公路设计速度如果低于这个值，其安全性会差一些，同时规定设计速度绝不应小于 80km/h。各种条件下的设计速度如表 2。
地形条件
设计速度 （km/h）
乡区 市区
最小设计速度一览表
平原 110～130
110
丘陵 100～110 100～110
表2
山区 80～100 80～100
在设计速度应用方面，美国第 56 届 TRB 年会曾提出著名的 10 英里/h（16km/h）设
从第二次世界大战结束到 60 年代，美国高速公路的建设到了一个飞跃发展时期。1956 年，国会通过立法，正式开始全国高速公路网的建设。至 1965 年，已有 43500 公里的高 速公路被相继建成，此时已经获得了相当多的高速公路系统运行经验和研究成果，着重 研究了几何、运行和安全之间的联系，重新修订了 40 至 50 年代的技术标准。
115
65
105
53
85
＜53
＜85
最大交通量 v (辆/h/车道)
750 1200 1704 2080 2400 ＜2400
最大 v/c 率
0.31 0.50 0.71 0.87 1.00 ＜1.00
4．4 设计交通量 美国高速公路的新建项目通常按 20 年年限的交通量规划和设计，有些改建项目也有
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。
与我国公路技术标准不同的是，绿皮书仅仅是一本设计指南，一些设计技术指标仅 推荐一个参考值的范围，尤其是 1994 年版允许根据当地特点作自主调整，以给设计者在 本州的公路设计中有更大的灵活性和创造性。此种情况源于 1991 年由布什总统批准通过 的地面联合运输效益法案 ISTEA(The Intermodal Surface Transportation Efficiency Act)。从 一些州运输局（DOT）已经发布的设计标准来看，在部分指标上与绿皮书有较大的出入， 但均以绿皮书作为基本标准或参考标准。以用于公路设计的停车视距为例（表 1）， AASHTO 仅提供了一个范围，但一些州标准均为一个明确的指标，其值大多在 AASHTO 范围之内，其中加州指标最大，根据本州特点，高速公路最大车速采用了 130km/h，超过 了 AASHTO 所规定的最大设计车速。
设计车速 （km/h）
80 100 120 130
AASHTO 与部分州标准最小视距对照表
停 车 视 距 （m）
AASHTO
加利福尼亚州 DOT 俄勒冈州 DOT
112.8～139.4
130
120
157.0～205.0
190
160
202.9～285.6
255
——
290
210 ——
表1
弗吉尼亚州 DOT 120 160 210 ——
美国现代高速公路关注的重点是努力满足现代的和世界范围的运输需求，从而引出 了服务水平的概念，大量考虑司乘者的舒适和便利，并贯彻到高速公路的规划和设计当 中去。与之相应的设计重点是安全和美学。在可以预见的将来，则是信息化和智能化运 行，亦即人们通常所称的智能化运输系统 ITS（Intelligent Transportation Systems）。