公路基础设施及重要构成

公路基础设施由公路、相关建筑物和交通控制设备组成。

1.公路的主要结构

公路指连接城市、乡村，主要供汽车行驶的具备一定技术条件和设施的道路，是一种建筑在大地上的带状空间结构物。公路主要承受各种汽车车轮荷载的重复作用，并经受各种自然因素的长期影响。

公路的结构主要包括：路基、路面、桥涵、隧道、排水工程（边沟、截水沟、排水沟、急流槽、盲沟、过水路面、渗水路堤、渡水槽等）、防护工程（护栏、挡土墙、护脚等）、路线交叉工程及公路沿线设施等。

（1）路基 路基是路面的基础。路基必须具有足够的强度和整体稳定性，以承受车辆荷载的作用。路基通常由天然土石材料修筑而成，其基本构造见图1-5。

（2）路面 路面是公路与汽车车轮直接接触的结构层，一般是用各种不同的材料铺筑于路基顶面的单层或多层结构（图1-6）。为承受车轮载荷和磨损，并保证车辆在其表面安全而舒适地行驶，路面应具有足够的强度、稳定性、平整度和粗糙度。

图1-5 路基构造的基本形式

图1-6 路面结构示意图

（3）桥梁、涵洞 公路跨越障碍物（如：河流、山谷、铁路、公路）时，需要修筑桥梁和涵洞。交通部JTG B01—2003《公路工程技术标准》规定，凡单孔跨径大于或等于5m或多孔跨径总长大于或等于8m者，都称之为桥梁；当小于上述值时则称为涵洞，如图1-7所示。

图1-7 桥梁与涵洞示意图

a）小桥 b）涵洞

（4）隧道 山区公路翻越垭口或穿越山梁时，往往采用隧道，如图1-8所示。隧道可以改善公路平面线形，减缓纵坡，缩短路线里程，提高路线标准，并能减少土石方开挖工程量，但隧道的施工技术和工程造价较高。

除上述基本构造物外，公路的构成还包括：交通安全设施、交通管理设施、防护设施、停车设施、公路养护和营运房屋等设施及公路绿化等。

2.公路的几何要素

（1）平面线形几何要素 公路的中心线在水平面上的投影称为公路路线的平面。公路的平面线形主要由直线、圆曲线、缓和曲线组成，见图1-9。

图1-8 公路隧道示意图

直线是平面线形中的基本线形，其长度应根据路线所处地段的地物、地貌，并结合土地利用、驾驶员的视觉、心理状态以及行车安全等合理布设。直线的最大长度（m）及曲线间直线的最小长度一般规定为设计车速（km/h）的若干倍；最大长度为20倍。对于同向曲线，最小长度一般为6倍，特殊路线则为2.5倍；对于反向曲线则为2倍。但很长的直线路段易于使驾驶员注意力不集中而不利于安全行车，所以高速公路应避免采用直长路线形。

图1-9 公路路线的平面线形

圆曲线在路线遇到障碍或需要改变方向时设置。车辆以一定速度沿圆曲线行驶时，会产生使之向外侧倾覆的离心力，其大小与车速的平方成正比，与圆曲线半径成反比。因而，可按照设计车速的要求，以车辆不至于因离心力作用而倾倒为目标，确定圆曲线半径的限制值。为平衡离心力作用，道路的横断面应向曲线内侧倾斜，称为超高。设置超高后，在一定设计速度条件下，圆曲线半径的限制值可以适当降低。汽车在弯道上曲线行驶时，受离心力作用可能会引起侧滑，汽车的操纵性恶化，乘员的舒适性降低，严重时可能翻车。平曲线半径过小时，车辆的轮胎在行驶中侧向变形增大，磨损增加，车轮滚动阻力增大，油耗增加；曲线路段还影响驾驶员的视线，夜间行车时的光照距离也比直线段短，不利于行车安全。图1-10描述了平曲线半径与交通事故率的关系。

图1-10 平曲线半径与交通事故率的关系

在直线段和圆曲线之间，须插入一段其曲率半径逐渐过渡的缓和曲线。缓和曲线采用回旋曲线，其长度应根据相应等级公路的计算行车速度求得。

（2）纵断面线形几何要素 纵断面指通过公路中线随地形的起伏而变化的竖向剖面（图1-11），由直线坡度段和相邻坡段间插入的抛物线或圆形竖曲线所组成，其几何要素包括：纵坡、纵坡长度、平均纵坡、合成坡度、竖曲线等。

图1-11 公路纵断面示意图

最大纵坡直接影响公路路线的长短、使用质量、行车安全、工程造价和运输成本。若纵坡过陡，车辆上坡行驶时需克服的坡度阻力增大，车速降低；若陡坡过长，汽车发动机易过热、燃油供给系易发生气阻。汽车沿长陡坡下坡时，为控制下坡速度需持续制动，制动器容易发热使制动性能下降。所以对山岭、重丘区的二、三、四级公路，当连续纵坡大于5%时，其坡长要给予限制，并要设置一定长度的缓和坡段。缓和坡段的纵坡不应大于3%。

合成坡度指由路线纵坡与弯道超高横坡所组成的斜向坡度。汽车在有超高的弯道上行驶时，为防止合成坡度过大引起行驶不适和危险，合成坡度值应满足限定值要求（在积雪、严寒地区，合成坡度不应大于8%）。

相邻两个纵坡之间要插入竖曲线（图1-12），以缓冲汽车行驶到纵坡变坡点时产生的冲击，保证行车视距，增加行车安全感和舒适感。竖曲线线形有凹凸之分。凸形竖曲线以改善纵坡顺适性和保证行车视距为依据；凹形竖曲线则由缓和冲击力和保证夜间行车灯光束照明视距、跨线桥视距的要求确定。

图1-12 竖曲线的形式

(3)行车视距驾驶员在行车过程中，从发现前方障碍物后而进行制动或绕避时，车辆所行驶的最小长度，称为行车视距。足够的视距和清晰的视野，是保障行车安全的重要因素。在平、竖曲线上超车时发生的道路交通事故常常与视距不足有关，视距不良的路段往往是事故多发路段。道路事故率与行车视距的关系见图1-13。行车视距分为以下3种：

图1-13 事故率与行车视距(www.xing528.com)

1）停车视距。汽车行驶时，从驾驶员看到前方障碍物时起至到达障碍物前安全停车止，所需的最短行车距离称为停车视距，见图1-14。分析停车视距时，驾驶员的视线高度取1.2m，障碍物的高度取0.1m。

2）会车视距。会车视距指两辆对向行驶的汽车能在同一车道上及时制动避免碰撞所必需的距离（图1-15）。会车视距一般取停车视距的两倍。

图1-14 停车视距

S₀—安全距离 S₁—反应距离 S₂—制动距离

3）超车视距。超车视距为：当后车在双车道公路上超越前车时，从开始驶离原车道的位置，至可见逆行来车并能在超车后安全驶回原车道所需的最短距离，如图1-16所示。分析超车视距时，驾驶员的视线高度和障碍物的高度都取1.2m。

图1-15 会车视距

S₁₁—车辆1的反应距离 S₁₂—车辆1的制动距离 S₂₁—车辆2的反应距离 S₂₂—车辆2的制动距离 S₀—安全距离

图1-16 超车视距

S₁—加速行驶的距离 S₂—超车汽车在对向车道上的行驶距离 S₃—超车结束时，超车汽车与对向汽车间的安全距离 S₄—超车汽车从开始加速到超车结束时对向汽车的行驶距离

（4）横断面几何要素 公路横断面包括路面（车道）、路肩、中央分隔带、路基等，见图1-17。

行车道宽度与汽车宽度、行驶速度、交通量、交通组成等因素有关，一般应有能满足对向车辆错车、超车或并列行驶所必需的余宽，大部分情况下为3.75m；山区公路通常取较小值，但不应小于3.5m。

车道数取决于公路的设计交通量和公路的技术等级。对于高速公路和一级公路一般采用四车道或六车道。

路肩设置于行车道两侧，位于行车道外缘至路基边缘，是具有一定宽度的带状结构物，起保障行车道的功能和临时停车的作用，并作为路面的横向支撑。

高速公路和一级公路应设置中间带，以分隔往返车流，保证安全，减少事故，提高通行能力。中间带由两条分设在各个方向行车道左侧的路缘带以及中央分隔带组成。路缘带具有诱导视线的作用。

路基指路面下的土基，是根据路线位置和技术要求修筑的带状构造物。为承受由路面传播下来的载荷，路基应有足够的强度、稳定性和耐久性。路基的宽度一般为车道宽度、路肩宽度和中央分隔带宽度之和。

公路横断面内的车道宽度、车道数和路肩宽度等技术特征对于公路的通过能力、汽车运行的平均技术速度、汽车行驶安全性和舒适性有很大影响。

图1-17 公路横断面

3.交叉

交叉分为平面交叉和立体交叉两类。平面交叉是各相交道路中心线在同一高程相交的交叉口；立体交叉是交叉道路在不同标高相交时的道路交叉口。平面交叉的来往车辆在同一平面上通过，因而形成较多的冲突点（钝角相交）和交织点（锐角相交），因此有车速低、易产生交通阻滞和交通事故的缺点。立体交叉能保证车辆安全、迅速地通过，是提高交叉口通行能力的最有效途径，对保证车辆安全畅通有重要意义。为适应不同通行能力、不同地形构造及相交道路的技术等级的要求，每一类交叉又有多种形式。图1-18所示为渠化十字交叉的一种类型，图1-19所示为互通式立体交叉。

4.公路等级及技术特征

（1）公路等级 公路等级是影响汽车运用的一切道路因素的基础，是对汽车的使用效果起决定性作用的道路条件。

根据JTG B01—2003《公路工程技术标准》，依据公路交通量及其公路交通所承担的任务、性质和相应的交通量，我国公路分为五个等级：高速公路、一级公路、二级公路、三级公路和四级公路。公路等级的选用应根据公路的功能、路网规划、交通量，并充分考虑公路所在地区的综合运输体系、远景发展等，经论证后确定。

图1-18 渠化十字交叉

图1-19 互通式立体交叉

1）高速公路。高速公路为专供汽车分向、分车道行驶，并应全部控制出入的多车道公路。四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆；六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量45000～80000辆；八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000～100000辆。

2）一级公路。一级公路为供汽车分向、分车道行驶，并可根据需要控制出入的多车道公路，一般为连接高速公路、大城市结合部、开发区经济带以及边远地区的干线公路。四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000～30000辆；六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆。

3）二级公路。二级公路为供汽车行驶的双车道公路，一般为连接中等城市的干线公路或通往大工矿区、港口的公路，或交通运输繁忙的城郊公路。二级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000～15000辆。

4）三级公路。三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路，一般为沟通县及城镇的集散公路。三级公路应能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量2000～6000辆。

5）四级公路。四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路，一般为沟通乡、村等地的地方支线公路。四级公路能适应将各种车辆折合成小客车的年平均日交通量为：双车道2000辆以下，单车道400辆以下。

（2）技术特性 JTG B01—2003《公路工程技术标准》对每级公路规定了相应的技术标准，如设计车速、车道宽、车道数、最小停车视距、纵坡、平曲线半径等，见表1-4。各级公路的设计速度和车道数应根据公路的功能、等级、交通量，并结合沿线地形、地质等状况，经论证后确定。