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CHAPTER 8

FREEWAYS

INTRODUCTION

Freeways are arterial highways with full control of access. They are intended to provide for high levels of safety and efficiency in the movement of large volumes of traffx at high speeds.Control of access refers to the regulation of public access rights to and from properties abutting the highway. With full control of access, preference is given to through traffic by providing access connections with selected public roads only and by prohibiting crossings at grade and direct private driveway connections.

The principal advantages of access control include preservation of highway capacity, higher speeds, and improved safety for highway users. Highways with fully controlled access have grade separations at all railroads and grade separations or interchanges at selected public crossroads.The remaining crossroads are interconnected or terminated.

Essential freeway elements include the roadway, medians, grade separations at crossroads,ramps to and from the traveled way at selected locations, and in some cases, frontage roads.Chapters 2, 3, and 4 describe roadway design elements, controls, and criteria applicable to all highway classes. This chapter identifies the various types of freeways, emphasizes selected features, and discusses other design details unique to freeways. The design of freeway interchanges is discussed in Chapter 10.

This chapter is organized with an introductory section on the general design considerations for freeways, followed by separate discussions of the design of rural and urban freeways.

GENERAL DESIGN CONSIDERATIONS

Design Speed

As a general consideration, the design speed of urban freeways should not be so high as to exceed the limits of prudent construction, right-of-way, and socioeconomic costs. However, this design speed should not be less than 80 km/h [50 mph]. Wherever this minimum design speed is used, it is important to have a properly posted speed limit, which is enforced during off-peak hours. On many urban freeways, particularly in developing areas, a design speed of 1OOkmih[60 mph] or higher can be provided with little additional cost. In addition, the corridor of the main line may be relatively straight with the character of the roadway and location of interchanges permitting an even higher design speed. Under these conditions, a design speed of 110 km/h [70 mph] is desirable because higher design speeds are closely related to the overall quality and safety of a facility. For rural freeways, a design speed of 110 km/h 170 mph] should be used. In mountainous terrain, a design speed of 80 to 100 km/h [50 to 60 mph], which is consistent with driver expectancy, may be used.

Design Traffic Volumes

Both urban and rural freeways should normally be designed to accommodate traffic

projections for a 20-year period, particularly in the case of new construction. However, some

elements of freeway reconstruction may be based on a lesser design period. For further guidance on the selection of appropriate periods for forecasting design traffic volumes, refer to Chapter 2.Specific capacity needs should be determined from directional design hourly volumes (DDHV) for the appropriate design period. In large metropolitan areas, the selection of appropriate design traffic volumes and design periods may be influenced by system planning. Segments of figrave;-eeways may be constructed or reconstructed to be commensurate with either intermediate traffic demands or traffic based on the completed systems, whichever may be most appropriate.

Levels of Service

Procedures for traffic operational analyses for freeways, including appropriate adjustments for operational and highway factors, are found in the Highway Capacity Manual (HCM) (1), which also presents a thorough discussion of the level-of-service concept. Designers should strive to provide the highest level of service practical and consistent with anticipated conditions. The levels of service concept is discussed in Chapter 2 and the levels of service are summarized in Exhibit 2-3 1. For acceptable degrees of congestion, freeways and their auxiliary facilities (i.e., ramps, mainline weaving sections, and collector-distributor (C-D) roads in urban and developing areas) should generally be designed for level-of-service C. In heavily developed sections of metropolitan areas, achievement of level-of-service C may not be practical and the use of level-of-service D may be appropriate. In rural areas, level-of-service B is desirable for through and auxiliary lanes, although level-of-service C may be acceptable on auxiliary facilities carrying unusually high volumes.Pavement and Shoulders Freeways should have a minimum of two through-traffic lanes for each direction of travel. Through-traffic lanes should be 3.6 m [12 ft] wide. Pavements should have a high-type surface with adequate skid resistance and provide a high degree of structural adequacy. Cross slopes should range between 1.5 and 2 percent on tangent sections, with the higher value recommended for areas with moderate rainfall. For areas of heavy rainfall, a cross slope of 2.5 percent may be needed to provide adequate pavement drainage. Appropriate cross-slope rates are discussed in Chapter 4. For elevated freeways on viaducts, two-lane pavements usually are sloped to drain the full width nf the roadway. OE wider faci!ities, particularly in areas with heavy rainfall, the crown may be located on the lane line at one-third or one-half the total width from one edge, thus providing two directions for surface drainage. In areas that experience snow, the median and cross slopes of the traveled way should be designed to prevent snow stored in the median from melting and draining across the roadw

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第八章 高速公路

sect;8.1引 言

高速公路是干线道路的最高级型式，其定义为完全控制进入的快速公路。

控制进入是指沿路的业主和地产主的进入公路权受到政府管理机构的完全控制或部分控制．完全控制进入就是管理机构只对选定的公用道路提供进路联接，并禁止设置平面交叉直接与私用道路联接。通过控制进入使直行交通得以优先通行。

控制进入的主要优点是能保持公路建成时的通行能力和较高的车速，并增进用路者的安全．完全控制进入的公路，与所有铁路设置有分离式立交，与指定的横交道路设置有分离式立交或互通式立交，其余横交道路只能间接联接或者中断。

高速公路的组成要素包括：中央分隔带，与横交道路的分离式立交，为互通式立交车辆进入直行车行道设置的匝道联接，有时还包括侧道。

高速公路运用于计划提供大交通量、安全有效和高速运行的主干线通道地段。

对所有公路等级采用的设计要素，控制和准则以及横断面要素，本书第二，兰，四等章均作了详述，本章着重阐述各种类型高速公路的不同特征，并只讨论高速公路特有的其它绍节．

$8．2一般设计根据

一、设计速度

通常考虑，市区高速公路的设计速度应反映非高峰小时期间要求的安全运行速度，不应高得超过旄工经济、用地和社会经济的限度，因为在高蜂流量期间必须采用较低速度可容纳大部分车辆。设计速度不应小于50英里／小时．凡采用最小设计速度的地段，为考虑安全的重要性必须正确标示速度限制，并在非高峰小时期间实行速度限制。有许多市区高速公路，特别是在近郊区，增加造价不多即可达到60英里／小时或更高些的设计速度。主线通道地段比较顺直，而且互通式立交的特性及其位置也允许按高速设计。这类公路宜采用70英里/小时的设计速度,因为采用较高的设计速度是同道路设施的总体质量和安全相关的。乡区高速公路应采用70英里／小时的设计速度。在山区可采用符合驾驶人期望的英里／小时或50英里／小时的设计速度，。

二、设计变通量

如何选定适当的公路设计年限和设计交通量，巳在第二章建供了一般性的指导；不论市和乡区的高速公路，特别是新建路线，通常按20年年限的交通盗规划设计．有些高速公路建的设计要素可按较低昀设计年限考虑。具体的设计要求应取决于同设计年限相适应的设计小时交通量(DHV)．在大城市地区，适当的设计交通量和设计年限受道路系统规划影响。各段高速公路新建或改建时，究竟按路段区间的交通量还是按全路建成系统的交通需求量设计，应视何者最为适当而定。

三，服务水平

关于调整运行素和公路因素以适应不同于理想交通条件的方法和程序，见《道路通行能力手册》(HCM)。该手册对服务水平的概念作了充分讨论。尽管《手册》已向使用者提供设计服务水平的选择，但设计者仍应努力提供符合预期条件可行的最高服务水平。各种服务水平特征参见第二章表2-5。考虑到容许的交通拥挤程发，高速公路及其辅助设施包括匝道，主干线交织段和市区或郊区集散道路，一般应按c级服务水平设计。在大城市地区高度发达地段，可按条件需要采用D级服务水平。乡区的直行车道和辅助车道宜采用B级服务水平，不过，通过特大交通量的辅助车道则可采用C级服务水平。

四、路面与路肩

高速公路每一运行方向最少应有两个直行车道。每个直行车道宽度应有12英尺．路面

应是具有足够抗滑阻力和结构强度的高级路面。直线段路面横坡应为1.5～2%，每—方向有两个车道，并在路面中线设置路拱。在中等降雨地区，推荐采用高值。在严重降雨地区，横坡有必要采用2.5%，以利路面排水。适当的横坡率已在第四章讨论过。对于高架挢式高速公路，双车道路面通常斜向一边以保证车行道全宽排水．如路面较宽，特别是在暴雨区，每一车行道的路面均可采取双向排水，路拱设在距一侧1/3或1／2路宽处的车道线上·在降雪地区，每一车行道的路面应采取双向排水，以免中央分隔带的积雪融化而流过车行道，或者在中央分割带设计上应采取防范措施． ． ，

在所有高速公路设施的左右侧均应设有连续铺的路肩。右路肩有效铺砌宽度应至少为10英尺，而在载重车交通量超过250 DHV处最好为12英尺。四车道高速公路的中央分隔带路肩或左路肩通常为4～8英尺宽，至少应铺砌英尺，其余宽度也应作适当铺装．六车道或更多车道的高速公路，其中央分隔带路肩有效铺砌宽度也应为10英尺，而在载重汽车交通量超过250设计小时交通量(DHV)处最好为12英尺。匝道路肩宽度通常连接加速车道和减速车道修筑，与高速公路路肩宽度在渐变段端部衔接．路肩横坡应为2～6%，最少比直线段路面横坡大1%，以利排水。路肩的颜色或纹理最好与直行车道有所区别。在高架桥上，车行道和路肩有时利用条纹线，路面标线或波纹带来区分。． rsquo;

五、缘石

高速公路上不应采用栏式缘石，如因特殊情况需要设置这种缘石，则不应紧靠路肩的外边缘。采用斜式缘石业应设在路肩的外边缘。可参见第四章有关缘石位置的讨论。

六、超高

全超高率只在路堑式、地平式和堤式高速公路上使用，一般不用于高架桥式高速公路，为路的外观和周围的开发区多少限制了多车道路面边缘之间的高差。高架桥上的最大超高一般为0.06-0.08，可能出现冻融的地区则应采用低值，因为桥面一般比其他路段冻结更快些，应避免设计速度与曲率相结合所需要的超高率超过上述限制。在间断出现高架桥式高速公路上应始终采用较低的超高率，以促进始终安全运行．郊区高速公路可考虑采用乡区设计准则．如无冰雪因素，最大超高率可采用0. 08～0. 10. 在低速情况下，6％的最大超高速率可以适用。

七、纵坡

市区高速公路的纵坡应与设计速度相同的乡区高速公路的纵坡进行比较．在市区容许采

用较陡的纵坡，但由于互通式立交设施的间隔{近且需频繁变速，因而可能时最好采用平缓

纵坡。不同设计速度和地带类型采用的最大纵坡参见表8一1．在必须持续上坡的路段，正如第三章所讨论的，则应考虑设置爬坡车道．

八、构造物

桥梁、涵洞、挡墙、隧道和其它构造物应按照现行的《公路桥槊标准技术规范》设计．

承担高速公路交通的构造物设计荷载为HS-20． rsquo;

承担高速公路交通的桥梁，其净宽应与引道路面及铺砌路肩同宽，参见第十章的讨论，对长桥修一座桥而不修并排两座桥，可节省下部构造物的造价。这样，可提供相同的路肩宽度，且分隔带隔栏也跨越全桥．

带匝道的构造物应提供与匝道和铺砌路肩相等的净宽．带辅助车道的桥式构造物净室将在第十章讨论．

对于上跨或下穿高速公路的公路和城市道路：其构造物净宽与侧向净空，正如第五、六、七各章所讨论的，可根据公路或城市道路的功能类型而定． ．

九，竖向净空

跨越高速公路的构造物竖向净空应不小于16英尺．其横向范围包括辅助车道和路肩有效宽度在内的全部车行道宽度．但在高度发达的市区，要达到16英尺净空就会不合理地增大造价．如果周围有16英尺最小净空的高速公路，则可采用14英尺的最小竖向净空。

跨路标志桁架和人行天桥的竖向净空应为17英尺，因为这些构造物冲击抗力较小，从

桥面到下承式桁架桥交叉支撑之问的最小竖向净空也应为17英尺．为适应将来重修路面的需要，所有竖向净空均应增加6英寸的留量。

十、距障碍物的侧向净空

市区地平武高速公路和乡区高速公路也具有符合运行速度和边坡要求的无障碍区·宽度。可参见第四章有关这种侧向净空的讨论。尽管设置护栏会有小危险，但仍应设置适当的防护以防止在无障碍区内发生车辆失控越出范围的事故。不能改移到无障碍区以外的固定物，应做成lsquo;解体消能”式，或以栅栏或缓冲装置加以防护。桥墩和桥台应按照实际尽可能靠近无障区边缘设置。在中央分隔带的宽度达不到无障碍区宽度两倍之处，分隔带中间的墩柱可能需要视分隔带宽度和交通量大小加以防护。

市区堑式高速公路的用地受到更大限制，可能需要在无障碍区范围内设置挡墙或桥墩，这些挡墙和桥墩不应紧靠路肩外边缘设置，最好在2英尺以外．挡墙和桥墩防护墙都应做成整体混凝土拦墙型式，或应将其从路肩外移以容许设置护栏（参见第十章有关侧向净空的讨论）．无障碍区以外设有挡墙或无须设置挡墙的地段，内边坡应做成可横越的，而且无障碍区范围内的固定物应按解体消能式设计或加以防护．

路堤上高架高速公路，当边坡值陡于3：1（即横3竖1），或当留在无障碍区范围内的坡脚以外地带不得越过时，一般都需要设置路旁护栏。用于连接路堤断面的挡墙，其顶部不应靠近路肩外边缘设置，而应安装成混凝土护栏型式或加以适当防护．

十一、匝道与端点 rsquo;

有关所有类型高速公路的匝道及其联接设计可参见第十章．

十二、外分隔带、路边带与侧道

外分隔带是指直行车行道与侧道之间的地带．而路边带是指砒连车行道与沿路私用开发区之间的地带。在没有临街道路或市内街道承担侧道功能的地段，则主车道的车行道与用地界之间的地带就应称为路边带。由于市区高速公路沿线高度发达，侧道往往需要用来维持地方服务性交通和集散进出高速公路的匝道交通。在高速公路占用整个街区的地段，邻近的平行街道通常保留作为侧道使用．这在第四章已讨论过。 一

外分隔带或路边带可用于设置路肩边坡、排水、控制进入栅栏，而在市区则可用于设置挡墙和匝道．在某些敏感地区，设置外分隔带或路边带也可作为减除噪音的措施．通常，外分隔带是市区高速公路断面机动性最大的组成部分。如必须穿过繁华地区，通常可通过改变外分隔带宽度来调节用地宽度。

只要经济上可能，外分隔带或路边带应尽量宽些，使在高速公路和沿线地区之间能提供缓冲绿带。路边带应延伸到建筑界限以外，这样，就可能有利于养护操作和安全．宽的外分隔带还可用于在高速公路与侧道之间布设高标准匝道。常用的外分隔带宽度为80 -150英尺，在市区如设有挡墙则采用宽度还可减窄些。在乡区挖方地段，通过边沟排水．内外边坡与边沟外形应能满足提供救险场地的要求，以防万一驾驶人失控将车辆驶出车行道。如果高速公路的用地不足以提供集水洼地，通常沿路肩外边缘边沟排水。边沟断面细节参见第四章有关缘石的讨论．

乡村高速公路

农村高速公路在概念上与城市地面高速公路类似，但调整和横断面设计更灵活，具有较高设计速度和通行权。凡地形容许，乡村高速公路设计速度应为10公里每小时[70英里每小时]， 高速高速公路安全度将超过低速高速公路。在某种情况下，少量的车道会提供交通量期望的服务水平，通常农村高速公路服务水平为B级。为了增加安全度和通行能力，

给定的服务水平下较高的设计速度会更舒适，降低燃料消耗和操作成本。高速公路最初设计使用年限约20年，并服务更长的时间。通过设计速度节约的成本可通过成本高，对环境的破坏，以及不便的交通等公司所需考虑的所抵消。虽然农村高速公路B级服务水平是可取的，当交通量不高C级服务水平是合适的。农村高速公路一般有四个车道，大都市区有六个或更多车道。交叉的高速公路通常设置较高的立交。地方道路可能会在高速公路被终止，连接到临街道路或其他地方道路通过上穿或者下穿保持道路的连续性。

一、调整和轮廓

农村高速公路一般设计为较高交通量和高速。他们应在横断面和纵断面调整流畅。正确的组合平曲线，短切线，道路等级，宽度，车道增高，以提高高速公路的安全性和美观。利用有利的地形条件，以达到预期的设计目标。应避免道路中线的调整使道路扭曲。因为与城市道路相比在修建农村公路网络通常受到较少的物理限制，农村高速公路通常可以接近地面水平构建光滑平坦的曲线。农村高速公路的轮廓受排水和地理环境控制，不需要频繁更换道路等级和交叉。如果出现需要升高或降低的部分，可以参照城市高速公路。

即使可以设计控制所有轮廓，如果使用最低标竖向调整可能会出现强迫和角度。设计者应检查长连续曲线来避免上述问题和不顺滑的纵断面。水平线和垂直线的关系应同时研究，以获得理想的组合。图表8-2说明了一个典型的地面农村高速公路的曲线调整

三、边坡

扁平或者圆形的边坡适应地貌并容易建设，农村高速公路应修建。在切段处应修建1V：6H或者更平缓的前坡，在第4章讨论。填土高度中等，可恢复和不可恢复的组合斜坡可以被用做可接受的车辆恢复区，（见AASHTO路边设计指南[4]获取更多信息）。对于高填充，需要通过护栏保护陡坡。此外，1V：3H或者更平缓的后坡，易于控制和维护园林绿化和水土流失。在高产的农业地区，可以使用陡坡，但前后坡的组合和沟渠的布置应该允许车辆通过。当遇到岩石或黄土沉积，后坡几乎是垂直的，但是，在实际中应为失控车辆提供缓冲区。

四、支线公路

跨越和沿着农村高速公路的需要通常相比小于沿高度发达的城市高速的需要。因此，沿着农村高速公路，临街道路通常是断断续续的并且比较短。他们要么提供给一个或多个断断续续的入口或通过立交连接起来。农村高速公路平行布置并毗邻一个主高速公路，通常主高速公路连接这支线公路两端。因为提供间断性的服务，高速公路连接了农村。。分级分离式支线公路集运营比较复杂，这样的支线公路集一般都尽量远离分级分离结构和立交匝道。农村支线公路一般都在控制接入线外，但有限制。农村支线路设计细节类似于那些地方道路， 第3和5章讨论。

市区高速公路

一、一般特征

市区高速公路能承载大交通量，可设置4 --16条直行车道，但只有很少情况在同一方

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