高速公路_工程技术

[拼音]：gaosu gonglu

[外文]：freeway

供汽车高速、安全、顺畅运行的现代化公路类型。世界各国的高速公路没有统一的标准，命名也不尽相同。例如，美国、加拿大、澳大利亚把高速公路命名为freeway，德国命名为autobahn，法国命名为autoroute，英国命名为motorway。这些国家尽管对高速公路命名不同，但都是专指有 4车道以上、两向分隔行驶、完全控制出入口、全部采用立体交叉的公路。此外，有不少国家对部分控制出入口、非全部采用立体交叉的直达干线也称为高速公路。国际道路联合会在历年的统计年报中，把直达干线也列入高速公路范畴。

发展概况

20世纪30年代，随着汽车工业的迅速发展，公路运量猛增，形成车多路少的局面。原来的公路形式不仅不能满足运输的需求，而且交通肇事死亡率大大增高。在这种情况下出现高速公路这种新形式。德国于1933年修建了汉堡至柏林的高速公路。随后，美国于1937年修建了加州高速公路。40年代以后，不少国家相继兴建高速公路，里程不断增长。目前，有些国家已建成或即将建成本国的高速公路网，并与邻国接通。美国是全世界拥有高速公路里程最长的国家，以高速公路为主的全国州际与国防公路网，全长68425公里，现已完成98％以上。据国际路联1982年不完全统计，全世界已有42个国家修建了高速公路，共长111029公里。目前拥有高速公路2000公里以上的国家有美国、联邦德国、意大利、法国、日本、英国、西班牙等，拥有1000公里以上的国家有荷兰、瑞士、南非、韩国、比利时、委内瑞拉等国。中国台湾省也有高速公路373公里。

功能和经济效益

公路运输具有门到门直达运输的灵活性，尤其适宜于客运和鲜货、集装箱的零担运输。这种功能，高速公路更为突出。有些发达国家在较长运距的运输中，公路比铁路的效率高、运量大、成本低。据统计，1970～1972年有19个发达国家的公路与铁路客、货运输周转量年平均值之比分别为9.2:1和2.9:1。

高速公路在运输速度方面有很大的提高，如日本名神高速公路建成后比原有公路节约旅程时间约75％。高速公路比其他公路肇事率和死亡率也低得多，美国1965年高速公路同其他公路肇事比较(百万车公里)如表1。

高速公路造价很高，占用土地很多，但服务水平高，能大大地提高运量，加快运输速度，降低运输成本，一般8～12年即可偿还投资。因此，许多国家当交通量发展到一定程度时，只要财力许可就修建高速公路。高速公路通常采取分段分期办法修建，以避免积压资金。资金来源，除国家投资或资助外，有些国家还采取由私人集资的办法筹集资金，定期若干年内收取过路费，期满后收归国家管理。

高速公路设计

高速公路设计有它的特点，不同于一般公路设计。

设计基本依据

车速、交通量、通行能力是高速公路设计的基本依据。三者之间又是互为因果的。

（1）车速：指在正常情况下能保证安全运行的最高车速。目前，多数国家的设计车速，在平原区采用120公里/小时，在山区采用80～100公里/小时。意大利、法国等少数国家曾规定，平原区的行车速度为140及160公里/小时。终因肇事过多而降了下来，至今各国设计车速标准很少变动。

（2）交通量:交通量既要考虑年平均日交通量(ADT)也要考虑高峰时刻的交通量，以免发生短暂的拥挤。美国进行了多年研究，将拟建公路全年每日高峰小时（分上、下午）的交通量按其大小顺序排列，求出最有代表性的高峰小时的交通量，称为设计小时交通量(DHV)。DHV与ADT的比值K并非一个常数，视条件之不同，变化较大。对于野外高速公路，K变化于12％～18％，平均选用15％。设计小时交通量可考虑用ADT与K的乘积。

设计小时交通量只能代表现时的交通量。当高速公路建成后，由于吸引各方面的车辆驶入，交通量会不断增大。一般按20年为期，选择适当的增长率，推算设计交通量。此法美国已于60年代采用，许多国家也相继采用。

（3）通行能力：又称交通容量，是单位时间内，公路在大多数的路幅条件和一般行车条件下都能合理通过所期望的最多车辆数。路幅条件是指影响通行能力的车道和路肩宽度，以及视距、纵坡等几何特征；行车条件是指反映大小车辆的比例随时变化的车流特性。

在不同车速运行时，交通量V与通行能力C之间的关系以比值V/C表示。当车速愈高，车辆间距愈大，在一定路长所能容纳的车辆数愈少，则比值V/C愈小，但车流愈稳定，服务水平等级愈高。反之，V/C愈大。因此，高速公路的通行能力取决于V/C值，而不是机械地取决于通过某一断面的车辆数。高速公路的 V/C值任何时候都不允许大于1，以免达到过饱和程度而发生拥塞；但也不宜太小，以致服务水平超过需求而造成浪费。在正常情况下，V/C值为0.5～0.75左右为宜。美国高速公路交通量与车流稳定性分级标准见表2。

几何设计标准

高速公路的几何设计标准和要求，同一般公路有较大差别。在各国之间，由于对交通要求的不同，以及所处的自然环境、经济条件和生活习惯的不同，设计标准也有差别。表3

是一些国家高速公路的几何设计标准。这些标准，不是简单地根据设计车速推导出来的，而是在设计车速的基础上，从运行的安全、舒适、美观的需要考虑的。但在实际运用时很少采用极限值。

总体设计

高速公路的总体设计包括：

（1）从缩短旅程时间，降低运输费用着眼来考虑线路的最短距离。在一般情况下，桥梁工程服从于线路的走向。通过造价与长远经济效益分析，优选设计方案。

（2）线路通过较大山谷时，往往由于地形所限，不采用升降坡绕过山谷，而采用建桥跨越。桥墩有时高达几十米乃至超过百米。

（3）高山越岭线因受曲线半径所限，不用回头曲线展线越过垭口，而是在山腰用隧道穿过。隧道长度有时达十几公里，甚至更长。

（4）通过城镇，往往采用高架道路，比地面道路处理房屋和街道交通问题更易解决，也可设置定向型立体交叉。

（5）为了保护自然环境的优美景色，一般不采用大填大挖的路基设计。在山坡较陡路段，常常傍山设高架道路而不用半填半挖断面，在土质不稳定路段，采用成排的长锚杆加固边坡。锚入深度有的达 100米以上。

（6）考虑远景交通量的发展，征购公路用地宜预留较宽的范围。

线形和纵断面设计

主要内容为：

（1）平、竖曲线的配合。平、竖曲线最小半径的标准比一般公路大得多，基本上没有急弯。曲线长度和曲线半径宜有一定比例关系。意大利学者认为长度为半径的平方根最理想。圆曲线不宜直接与直线连接，两者之间一般都插入缓和曲线。连续纵坡宜与平曲线相配合，使纵坡起伏容易看清楚。平曲线长度一般宜短于竖曲线长度，设计时应非常注意良好的配合，以增加运行舒适感，一般先描绘透视图进行比较，然后选择最优方案。

（2）行车道。行车道的命名有两种含义，一种是按汽车横向排列辆数，用地标线划分的，称为车道，其宽度只能通行一辆汽车的称为单车道，并行两辆汽车的称为双车道，余类推；另一种是用隔离设施分隔行驶的称为车行道。无分隔的行车道，不论有多少个车道，都称为单幅道(俗称一块板)。两个车行道的称为双幅道（俗称两块板），余类推。一个车行道内，可以有若干个车道。高速公路至少应是双幅道和 4车道（通常按两向总数计）。

多车道的交通量出现高峰的时间，往往是一个方向在上午，另一个方向在下午。为了调节两个方向的通行能力，可以根据不同时间采用变向车道数。例如，美国芝加哥的8车道高速公路，平时双幅道为4-4车道，上午高峰时刻变为6-2车道，下午变为2-6车道。变向车道是用电动液压路缘装置隔离的。有的高速公路在适当地点设置变字标志，按时发出信号，指挥车辆改变车道方向，以达到分向分流的目的。这种设施在技术上比较复杂。

（3）视距和视野。高速公路没有逆向车流，无需会车视距，只需考虑停车视距和超车视距。停车视距是车速、车轮与路面摩擦系数和纵坡的函数，但实际停车视距并非根据这些数据机械地计算决定，而是根据驾驶人的反应速度和操纵制动机械的快慢来决定。反应速度和操纵的快慢，因人而异。一般平均按2.5秒计算，并乘以安全系数。速度愈快，安全系数愈大。据美国规定，车速从48公里/小时提高到112公里/小时，安全系数相应从1.0增加到1.4。超车视距却随车速的提高而下降。在线形设计和设置道路标志、号志或对有碍行车视线的构造物都要考虑有关视距。

高速公路的视野不仅涉及行车安全，而且涉及到公路美学和环境保护。公路美学的观点认为，高速公路应该创造优美的景色，但又不能形成使驾驶人分心的太广阔的视野，这样对行车安全有利。有人进行专门的研究表明，在单调的环境中高速运行2小时后，司机的脑波反应迟钝，脉搏加快，有时会进入初眠状态，这是危险的信号。然而在优美的景色中运行却产生轻快感觉，可以大大地减轻疲劳，间接起到增加安全作用。

高速行车的视野范围，一般认为在周围400米以内应创造良好环境条件。施工时的取土坑，填挖中暴露的遗留痕迹，开采料场破坏的自然景色，以及使人看而生厌的景物，都应该尽量采取措施，用植被或其他美化屏障加以遮蔽。这是高速公路设计中体现其技术水平和艺术水平不可忽视的内容。

（4）超高。高速公路的弯道超高不仅要考虑设计车速和曲线半径的计算值，还要考虑当地的气候（积聚冰雪情况）、地形、地区（城镇还是野外）等条件，以便选用相应的数值。在一般情况下，野外高速公路不宜超过6％～8％。只有在地形受限制而采用较小半径时才用较大超高值。冰雪地区，车辆要减速运行，超高不宜过大，以免车辆发生向内侧倾滑的危险。

（5）中央分隔带。设在双幅道中央，分隔上下行车流，以防止逆向车辆碰撞和车灯眩光的隔离地带。有足够宽度的分隔带，可在较长距离处设置开口，以供车辆转向。开口宽度和半径须有足够长度。各国要求不一，没有统一的规定。分隔带宽度如用地许可，以宽为好，一般不宜小于2～3米。最好能利用地形，在不同标高或相距较远处分别建成单向车行道，成为天然的分隔带，这样既保安全，又节省造价。分隔带边缘大多设置缘石和高约1米的金属隔离栅栏。其内栽植草皮或花卉，但不得种植乔木，因为树影有伤目力。最好密植常绿矮灌木（高约1.5米），既有防止车灯眩光的作用，又有吸收车辆冲击力的功用。

宽分隔带可作成横坡向内的凹型，在带内排水；窄分隔带应作成横坡向外的凸型，在路边排水。

（6）立体交叉。高速公路与铁路和其他道路相交时所设置的立体交换道（见彩图）。立体交叉形式有苜蓿叶形、半苜蓿叶形、菱形、环形、T形、Y形、定向形等基本形式。

立体交叉的组成部分，包括联接各交叉路口的匝道（有单向或双向两种形式），从匝道驶入高速公路、为准备插入同向车流的加速车道，从高速公路驶出、为准备进入匝道的减速车道，上跨或下穿式的立交桥和渠化交通设施。

立体交叉的形式和位置的选定，至关重要。由于立体交叉占地很多，造价很高，而且所在地往往高层建筑或厂房林立，因此，多数高速公路的立体交叉间的距离往往在10公里以上。立体交叉要在专门调查研究的基础上，进行专门设计，并提出比较方案，优选采用。

路面铺装

高速公路路面必须保证常年昼夜间都能畅通。在频繁交通下，难以进入路上进行修理和养护工作，因此，路面必须满足强度大、平整度高、抗滑性好、寿命长等要求。路面类型均采用沥青混凝土或水泥混凝土等高级路面。近十多年以来，多采用磨光值高的坚质材料，如玄武岩、辉绿岩、煅烧铝矾土人工石料等和掺入高分子聚合物的改良沥青，铺筑开级配薄磨耗层。这种新型结构可以延长耐用性能并能在结构内部排水，以减少路表液面飘滑和射水现象，有助于提高行车安全。

安全设施

高速公路全线都有完备的反光安全标志、号志和地标线。在立交区或危险区有高亮度照明和安全栅栏。先进的监控设施是在交通控制点和隧道内外设电视监控装置，由控制中心遥控，一旦发生事故，用发光可变标志或广播传递信息，指挥行车。汽车只要对准频率，打开收音机，随时可以听到指挥行车的信息。广播采用几国语言的频率，以供外国驾驶人员收听。此外，还用直升飞机和巡逻车进行重点地区的监控，一旦发生行车事故，可在10分钟内将肇事现场清理完毕，恢复交通。

服务设施

为了旅行者的安全和方便，高速公路一般都在沿线，尤其在隧道内设有直通管理机构的应急电话。在适当地点设有停车场、饮食店、小卖部、加油站、厕所等，供旅客使用。收过路费的高速公路，还分段设收费站。路线较长的野外旅游区高速公路，通常设有旅馆，供旅客休息、用膳或住宿。美国的州际和国防公路网，有的休息区规模很大，可作战时疏散人口之用。