基于功能定位的公路市政化改造橫斷面設(shè)計(jì)研究

楊永紅,王杰聰,顧明恩,賀志勇

(1.華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640；2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 湖南 長(zhǎng)沙 410114；3.廣州市交通設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 廣州 511430)

自2014年國(guó)務(wù)院頒布《國(guó)家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014-2020年)》以來(lái)，中國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，城市道路范圍從城區(qū)持續(xù)向外擴(kuò)展，城郊公路面臨著從服務(wù)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”的公路交通轉(zhuǎn)變?yōu)榉?wù)“點(diǎn)對(duì)面”甚至“面對(duì)面”的城市交通的現(xiàn)狀需求，舊路交通組成復(fù)雜且各種交通形式混行嚴(yán)重，大幅降低了道路的通暢程度和安全系數(shù)[1]，公路城市化改造已成為促進(jìn)民生福利和城鎮(zhèn)化有序推進(jìn)的基本需求。公路與城市道路在功能定位、技術(shù)指標(biāo)等方面都存在著一系列差異，這些差異集中體現(xiàn)在橫斷面設(shè)計(jì)上，因此橫斷面的改造設(shè)計(jì)是公路市政化的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

公路市政化路段作為公路與城市道路的融合段，為滿(mǎn)足行人通行及市政設(shè)施走廊的要求，橫斷面需按照城市道路的要求進(jìn)行調(diào)整，增強(qiáng)其城市服務(wù)功能。舊路橫斷面需加入非機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)道、人行道和過(guò)街設(shè)施等[2]，因沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各設(shè)計(jì)、建設(shè)和管理單位在公路改造過(guò)程中處于兩難的境地。

表1 公路與城市道路的橫斷面差異Table 1 Cross section differences between highways and urban roads項(xiàng)目公路城市道路非機(jī)動(dòng)車(chē)道無(wú)有人行道無(wú)有側(cè)、邊綠化帶無(wú)有公交停靠站無(wú)有人行過(guò)街設(shè)施無(wú)有邊坡有無(wú)路肩有保護(hù)性路肩照明設(shè)施部分有有交叉口數(shù)量較少密集排水邊溝排水管道排水景觀行車(chē)瀏覽行車(chē)瀏覽、駐足觀看

橫斷面設(shè)計(jì)主要包括斷面布置形式和組分尺寸確定兩個(gè)工作。影響道路橫斷面布置形式的因素很多，如交通量、道路技術(shù)等級(jí)、功能定位、車(chē)輛類(lèi)型與組成、設(shè)計(jì)速度、城市用地布局、地形條件等[3]。此外，橫斷面布置還涉及到道路設(shè)施和交通規(guī)劃等各項(xiàng)工作。李偉強(qiáng)[4]以廣州市日益增多的公路市政化改造工程為出發(fā)點(diǎn)，分析了公路與市政道路在道路設(shè)施功能和應(yīng)用技術(shù)的差異，并提出了市政化改造工程在橫斷面等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方案。許富強(qiáng)[5]等分析了公路與市政道路在各組成部分尺寸上的差異，基于行人、非機(jī)動(dòng)車(chē)和機(jī)動(dòng)車(chē)交通量上的相對(duì)關(guān)系提出了五種公路橫斷面改造方案。 道路橫斷面的設(shè)計(jì)指標(biāo)選取直接關(guān)系著橫斷面功能的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量好壞，關(guān)于橫斷面各組成部分的寬度確定引起了研究人員的重視。吳金保[6]分析了城市道路常用的單幅路、雙福路、三幅路和四幅路這四種橫斷面形式的組成和適用情況，并以車(chē)輛行駛橫向安全距離為基礎(chǔ)研究了當(dāng)前規(guī)范中機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度取值的合理性。楊春風(fēng)[7]等研究了城郊高速公路在城市化改造過(guò)程中的橫斷面設(shè)計(jì)，從中分帶、機(jī)動(dòng)車(chē)道數(shù)和車(chē)道寬度等方面對(duì)改造指標(biāo)進(jìn)行了論述。

然而上述研究未從功能定位的角度出發(fā)對(duì)公路市政化改造橫斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)性研究，忽略了實(shí)際工程項(xiàng)目的應(yīng)用困境。本文以公路市政化改造工程的設(shè)計(jì)原則和決策因素為基礎(chǔ)，提出了適用于不同功能分類(lèi)和道路分級(jí)的橫斷面布置形式，并結(jié)合調(diào)研的車(chē)輛寬度和修正后的波良可夫模型對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度取值進(jìn)行了計(jì)算和推薦。

1 公路市政化改造橫斷面設(shè)計(jì)原則

公路市政化改造路段和其他公路及市政道路一樣，需要滿(mǎn)足安全可靠、以人為本、綠色環(huán)保、舒適和諧等基本要求。針對(duì)公路市政化改造工程的特殊性，提出在橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)著重考慮的4個(gè)設(shè)計(jì)原則。

a.功能性原則。橫斷面設(shè)計(jì)需要具體分析現(xiàn)狀公路和市政道路之間的功能差異，市政化改造工程就是實(shí)現(xiàn)公路市政功能的過(guò)程。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合區(qū)域交通出行需求，通過(guò)補(bǔ)全人行道、非機(jī)動(dòng)車(chē)道和側(cè)綠化帶等市政設(shè)施以實(shí)現(xiàn)功能性原則。

b.經(jīng)濟(jì)性原則。公路市政化改造的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)狀公路的橫斷面情況進(jìn)行綜合評(píng)估，盡量將現(xiàn)狀橫斷面作為新橫斷面的組成部分，充分利用舊路，在舊路原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行小范圍的改造和拓寬，需分析論證按照新路橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)劃的經(jīng)濟(jì)性。

c.協(xié)調(diào)性原則。公路市政化改造路段作為公路與市政道路的協(xié)調(diào)過(guò)渡段和連接段，橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)既要做好與現(xiàn)狀公路和市政道路的過(guò)渡漸變?cè)O(shè)計(jì)，也要注意做好與周邊環(huán)境和城市景觀之間的協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)。

d.前瞻性原則。公路市政化改造路段具有公路和市政道路的二元屬性，在進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)既要滿(mǎn)足近期公路屬性主導(dǎo)下的交通組成和需求，更要考慮遠(yuǎn)期完全作為市政道路的功能和設(shè)施要求，即近期設(shè)計(jì)應(yīng)預(yù)留遠(yuǎn)期改造空間。資金或工期緊張的項(xiàng)目可分為近期和遠(yuǎn)期橫斷面進(jìn)行分階段設(shè)計(jì)。

2 公路市政化改造橫斷面決策因素

橫斷面設(shè)計(jì)的決策涉及到城市規(guī)劃、用地規(guī)劃寬度、地下管線、經(jīng)濟(jì)和交通需求等各方面因素。

公路市政化改造橫斷面首先應(yīng)對(duì)區(qū)域的城市規(guī)劃進(jìn)行詳細(xì)分析，同時(shí)結(jié)合近遠(yuǎn)期交通量以及城鎮(zhèn)化發(fā)展趨勢(shì)來(lái)綜合考慮橫斷面布置形式。用地規(guī)劃寬度反映到橫斷面設(shè)計(jì)上即為道路紅線寬度，這是橫斷面寬度的上限，橫斷面布置也必須是在道路紅線寬度內(nèi)進(jìn)行車(chē)道和設(shè)施帶的設(shè)計(jì)。

地下管線是影響市政化公路橫斷面布置形式的又一大因素。考慮到不同管線之間的間距，即使地下管線可布置在路側(cè)帶下面，寬度也往往不夠。一般來(lái)說(shuō)，單幅路的各個(gè)部分下面可埋設(shè)各種類(lèi)型的管線；雙、三幅路的機(jī)動(dòng)車(chē)道下可埋設(shè)排水管線；四幅路的機(jī)動(dòng)車(chē)道下則不宜埋設(shè)任何管線。

綜合以上各類(lèi)影響因素，橫斷面決策最終會(huì)歸結(jié)到道路等級(jí)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)速度選擇。根據(jù)功能定位不同，道路的設(shè)計(jì)速度也呈階梯式變化，據(jù)此城市道路分級(jí)為快速路(KS)、主干路(ZG)、次干路(CG)和支路(ZL)，而公路分級(jí)為高速公路(G)、一級(jí)公路(I)、二級(jí)公路(II)、三級(jí)公路(III)和四級(jí)公路(IV)。公路市政化改造工程包涵了城市道路和公路的雙重性質(zhì)，即在滿(mǎn)足現(xiàn)狀公路的通行要求下，也要考慮到城市道路的交通組成和功能定位，因此確定公路市政化改造工程的道路分級(jí)和設(shè)計(jì)速度要同時(shí)兼顧二者的需求。公路市政化改造路段同時(shí)具有公路和城市道路的特點(diǎn)，但相比同等級(jí)公路，路網(wǎng)密度更高，交叉口間距減小，人非干擾增加，設(shè)計(jì)速度可適當(dāng)下降，因此建議取消高速公路120 km/h的設(shè)計(jì)速度。考慮到未來(lái)公路完全改造為城市道路的遠(yuǎn)景需求，加入50、20 km/h的設(shè)計(jì)速度，見(jiàn)表2。

表2 公路市政化改造道路分級(jí)和設(shè)計(jì)速度Table 2 Road classification and design speed of highway municipal reconstruction不同道路等級(jí)的設(shè)計(jì)速度/(km·h-1)G-KSI-KSI-ZGII-ZGII-CGIII-CGIII-ZLIV-ZL100801008060605060504050403040304030203020注:表中代號(hào),如II-CG,II指二級(jí)公路,CG指次干路,表示二級(jí)公路改造為具有城市次干路功能,以此類(lèi)推。

3 基于道路功能的改造橫斷面布置形式

道路功能類(lèi)別主要從路網(wǎng)規(guī)劃、交通流特征、區(qū)域城鎮(zhèn)化水平這幾大因素進(jìn)行確定[8]，據(jù)此將公路市政化改造路段分為市政功能為主和公路功能為主兩種。

3.1 市政功能為主的改造橫斷面形式

現(xiàn)狀公路如果在路網(wǎng)規(guī)劃中規(guī)劃性質(zhì)調(diào)整為城市道路，交通流可達(dá)性特征顯著增強(qiáng)，區(qū)域沿線用地的城鎮(zhèn)化水平高，則該路段改造時(shí)應(yīng)以市政功能為主，橫斷面布置形式以城市道路單、雙、三、四幅路為主。

根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20-2017)的橫斷面章節(jié)，出于行車(chē)速度和安全行駛的考慮，高速公路和一級(jí)公路的一般路基斷面形式往往設(shè)置了中央分隔帶，而二、三、四級(jí)公路往往采用車(chē)道線的形式分隔對(duì)向車(chē)道。分析《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 193-2012)中的相關(guān)章節(jié)發(fā)現(xiàn)，城市道路橫斷面形式中的雙幅路和四幅路設(shè)置了中央分隔帶而單幅路和三幅路則沒(méi)有相關(guān)設(shè)計(jì)。從改造難易程度和工程經(jīng)濟(jì)性的角度出發(fā)，保留中央分隔帶不動(dòng)或者拓寬的常規(guī)做法是高速公路和一級(jí)公路的市政化改造橫斷面形式宜采用雙幅路和四幅路，二、三、四級(jí)公路的市政化改造橫斷面形式宜采用單幅路和三幅路。另一種處理方式則是將原有舊路作為市政化公路的一幅，例如青峰大道的市政化改造項(xiàng)目就是在原有路基的一側(cè)進(jìn)行拓寬，需要考慮道路紅線等實(shí)際情況靈活處理。市政功能為主的改造橫斷面形式及適用情況如表3所示。

表3 市政功能為主的改造橫斷面布置形式Table 3 Reconstruction cross-section layout based on municipal functions布置形式推薦斷面示意圖單幅路適用情況:單幅路通過(guò)道路中央的單黃線或雙黃線分隔對(duì)向車(chē)道,適用于交通量不大的二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)公路改造為次干路、支路。II-CG、III-CG、III-ZL、IV-ZL雙幅路適用情況:雙幅路通過(guò)中央分隔帶分隔對(duì)向車(chē)道,行車(chē)更加安全,適用于高速、一級(jí)公路改造為快速路,以及機(jī)動(dòng)車(chē)交通量不大、非機(jī)動(dòng)車(chē)較少的一級(jí)公路改造為主干路。G-KS、I-KS、I-ZG三幅路適用情況:三幅路通過(guò)兩邊的側(cè)分帶分隔行車(chē)速度不同的輔道與主路,將道路橫斷面劃分為三塊板,適用于機(jī)動(dòng)車(chē)和非機(jī)動(dòng)車(chē)交通量較大的二級(jí)、三級(jí)公路改造為主干路或次干路和需設(shè)置輔路的公路改造為主干路以及紅線寬度較寬的公路改造為次干路。II-ZGII-CG、III-CG四幅路適用情況:四幅路通過(guò)中央分隔帶和兩側(cè)帶將道路橫斷面劃分為四塊獨(dú)立板,不僅行車(chē)安全和通行能力得到提高,分隔帶的綠化設(shè)計(jì)也使得道路更加美觀環(huán)保。適用于機(jī)動(dòng)車(chē)及非機(jī)動(dòng)車(chē)交通量較大、需設(shè)置輔路的高速、一級(jí)公路改造為快速路或主干路。G-KS、I-KS、I-ZG

以花都大道(機(jī)場(chǎng)北進(jìn)場(chǎng)路口至紅棉大道段)擴(kuò)建改造工程為例，舊路等級(jí)為一級(jí)公路，近期采用一級(jí)公路結(jié)合城市主干道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，遠(yuǎn)期為城市快速路。道路紅線寬度60 m，改造橫斷面采用四幅路斷面形式，并預(yù)留遠(yuǎn)期改造空間,見(jiàn)圖1。

3.2 公路功能為主的改造橫斷面形式

城郊公路若其路網(wǎng)規(guī)劃性質(zhì)沒(méi)有變化或者大部分路段仍為公路，交通流通過(guò)性功能顯著，區(qū)域沿線用地性質(zhì)以非城市化用地為主，則該路段改造時(shí)應(yīng)著重考慮公路連通不同城鎮(zhèn)節(jié)點(diǎn)之間的交通功能，橫斷面布置形式宜在現(xiàn)狀公路路基上進(jìn)行拼接拓寬。結(jié)合地方道路的布置，可選用路基式、高架式、路塹式和隧道式橫斷面形式。本文重點(diǎn)闡述路堤式橫斷面，限于本文篇幅，其他斷面形式不再贅述。

3.2.1路堤式橫斷面

路堤式橫斷面在公路建設(shè)中十分常見(jiàn)，此類(lèi)公路橫斷面改造為具有城市道路功能時(shí)，如果道路紅線寬度足夠，可以將原有路堤作為道路主路，在路堤一側(cè)或兩側(cè)修建輔路和其他市政設(shè)施，主路和輔路之間通過(guò)上下匝道相聯(lián)系，深圳市鹽壩高速公路市政化改造項(xiàng)目即采用了這種設(shè)計(jì)方案，在主路兩側(cè)增加了7.5 m的輔道和4.5 m的路側(cè)帶，改造示意圖如圖2所示。這種改造形式可以極大程度地保證改造施工期間現(xiàn)狀公路的交通通行，改造難度較小，但須做好現(xiàn)狀邊坡的支護(hù)以避免施工開(kāi)挖等對(duì)舊路路基的擾動(dòng)。

3.2.2加寬硬路肩式橫斷面

隨著共享單車(chē)和外賣(mài)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，自行車(chē)和電動(dòng)車(chē)交通量日益增多，非機(jī)動(dòng)車(chē)已成為道路橫斷面設(shè)計(jì)中不能忽視的因素。由于非機(jī)動(dòng)車(chē)與機(jī)動(dòng)車(chē)的運(yùn)行速度相差較大，機(jī)非混行的交通組織形式容易造成道路通行能力下降甚至引發(fā)交通事故，因此橫斷面布置時(shí)宜把機(jī)動(dòng)車(chē)道和非機(jī)動(dòng)車(chē)道相分隔。同理，非機(jī)動(dòng)車(chē)道和人行道出于安全考慮也應(yīng)該分隔開(kāi)，道路紅線受限路段不得不采取人非共板的布置形式時(shí)需設(shè)置樹(shù)穴、綠化帶、分隔柱等物理分隔設(shè)施，也可采用不同鋪裝類(lèi)型、平緣石及畫(huà)標(biāo)線等柔性措施。

研究建議在道路規(guī)劃紅線受限地區(qū)或城郊地區(qū)進(jìn)行公路市政化改造工程，道路斷面的布置可以將硬路肩適當(dāng)加寬作為混合交通流行駛或作為未來(lái)交通量增長(zhǎng)后的新增行車(chē)道，同時(shí)應(yīng)該設(shè)置隔離設(shè)施與機(jī)動(dòng)車(chē)道分隔。

圖2 路堤式橫斷面圖

圖3 加寬硬路肩的斷面改造形式

4 機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度研究

機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度是道路橫斷面寬度的最大組成部分，直接關(guān)系到道路改造擴(kuò)建工程的工程量、用地拆遷和造價(jià)投資問(wèn)題。機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度由車(chē)輛寬度和車(chē)輛橫向擺動(dòng)寬度組成，公路市政化改造路段由于交通組成復(fù)雜等特殊性，需要對(duì)車(chē)道寬度取值進(jìn)行安全性、合理性和經(jīng)濟(jì)性研究。

4.1 車(chē)輛寬度選取

城郊公路的車(chē)輛組成包括公路車(chē)輛和城市道路車(chē)輛，從設(shè)計(jì)車(chē)型上看，公路和城市道路均包含了小客車(chē)、大型客車(chē)和鉸接客車(chē)，車(chē)輛寬度基本一致，而公路多出了載重汽車(chē)和鉸接列車(chē)兩種車(chē)型。從兼顧城郊公路的過(guò)境公路屬性出發(fā)，提出市政化公路的設(shè)計(jì)車(chē)型應(yīng)以公路為準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)寬度如表4所示。

現(xiàn)行規(guī)范取小車(chē)1.8 m、大車(chē)2.5 m來(lái)分別計(jì)算小客車(chē)專(zhuān)用道和大型車(chē)或混行車(chē)道寬度。考慮車(chē)輛寬度和貨物在行駛過(guò)程中的擺動(dòng)，《汽車(chē)、掛車(chē)及汽車(chē)列車(chē)外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值》(GB 1589-2016)將貨車(chē)、(半)掛車(chē)、汽車(chē)列車(chē)的寬度限值統(tǒng)一調(diào)整為2 550 mm，故取2.55 m作為大車(chē)計(jì)算寬度。

表4 公路市政化改造設(shè)計(jì)車(chē)型寬度對(duì)應(yīng)表Table 4 Correspondence table of highway vehicle design不同車(chē)型的總寬/m小客車(chē)大型客車(chē)鉸接客車(chē)載重汽車(chē)鉸接列車(chē)1.82.552.52.52.55

隨著對(duì)轎車(chē)家用和空間的需求，越來(lái)越多的家庭選擇購(gòu)買(mǎi)運(yùn)動(dòng)型多用途汽車(chē),即SUV(Suburban Utility Vehicle)。這類(lèi)城郊實(shí)用汽車(chē)的保有量日益增長(zhǎng)，車(chē)道寬度也需要考慮到其寬度值。綜合保有量、品牌及口碑等相關(guān)因素，調(diào)研了22款SUV的車(chē)輛寬度。

分析可知,市面上主流的SUV寬度值在1 800～1 950 mm之間，從安全角度出發(fā)取大值，故取1.95 m作為小車(chē)計(jì)算寬度。

表5 市面上主流SUV車(chē)輛寬度Table 5 The mainstream SUV vehicle width in the market型號(hào)車(chē)輛寬度/m型號(hào)車(chē)輛寬度/m哈弗H61 860寶駿5101 740本田CR-V1 855榮威RX51 855大眾途觀L1 839別克昂科威1 839長(zhǎng)安CS751 850傳祺GS81 910日產(chǎn)奇駿1 820奧迪Q5L1 893吉利博越1 831奔馳GLC1 898豐田漢蘭達(dá)1 925寶馬X31 891三菱歐藍(lán)德1 810馬自達(dá)CX-41 855福特銳界1 925比亞迪唐1 940雷克薩斯UX1 840現(xiàn)代途勝1 850觀致51 869奇瑞瑞虎81 860

4.2 橫向擺動(dòng)安全寬度計(jì)算

現(xiàn)行規(guī)范中應(yīng)用波良可夫模型對(duì)橫向擺動(dòng)安全距離進(jìn)行計(jì)算。基本原理是駕駛員操作方向盤(pán)時(shí)的微小擺動(dòng)會(huì)引起車(chē)輛與道路的微小偏角，隨著車(chē)速提高，引起的車(chē)輛橫向擺動(dòng)也越大，基本模型如下。

{x0=0.7+0.02(v1+v2)0.75

d0=0.7+0.02v0.75

c0=0.4+0.02v0.75

(1)

式中:x0為對(duì)向行車(chē)橫向安全間距，m；d0為同向行車(chē)橫向安全間距，m；c0為車(chē)輛與中分帶或路緣帶的橫向安全間距，m；v為行車(chē)速度，v1、v2為對(duì)向車(chē)輛車(chē)速，km/h。

隨著現(xiàn)代道路工程和汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，汽車(chē)的行駛穩(wěn)定性大幅度提升，模型參數(shù)和擬合程度顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足要求。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，當(dāng)行車(chē)速度趨近于零時(shí)，最小橫向安全間距與原式不同[9、10]，修正后的計(jì)算模型如式(2)：

{x0=0.67+0.057 6(v1+v2)0.398 2

d=0.42+0.057v0.398 2

c=0.3+0.005 3v

(2)

式中各參數(shù)代號(hào)與式(1)一致。

城郊公路市政化改造后將同時(shí)具有公路和城市道路的特點(diǎn)，但相比同等級(jí)公路，路網(wǎng)密度更高，交叉口間距減小，人為干擾增加，小車(chē)超速行為較公路通行時(shí)少，行車(chē)速度一般與設(shè)計(jì)速度差別不大。大車(chē)由于性能和載重的影響行車(chē)速度會(huì)比小車(chē)速度低5～15 km/h，道路設(shè)計(jì)速度越高時(shí)速度差越明顯。故取道路設(shè)計(jì)速度作為小車(chē)計(jì)算速度，大車(chē)計(jì)算速度在此基礎(chǔ)上相應(yīng)減少。現(xiàn)行規(guī)范中規(guī)定高速公路、一級(jí)公路以及城市快速路必須設(shè)置中間分隔設(shè)施，故設(shè)計(jì)速度60 km/h及以上時(shí)不存在對(duì)向行車(chē)橫向安全距離x，最終得到橫向擺動(dòng)安全寬度計(jì)算結(jié)果如表6所示。

表6 不同運(yùn)行速度下的橫向擺動(dòng)安全寬度Table 6 Safe width of lateral swing at different running speeds橫向間距不同運(yùn)行速度(km/h)的橫向擺動(dòng)安全寬度/m100(85)80(70)60(55)50(45)403020x———1.03(1.02)1.000.960.92d0.78(0.76)0.75(0.73)0.71(0.70)0.69(0.68)0.670.640.61c0.83(0.75)0.72(0.67)0.62(0.59)0.57(0.54)0.510.460.41注: 表中括號(hào)內(nèi)為大車(chē)計(jì)算行車(chē)速度和橫向擺動(dòng)安全寬度,括號(hào)外為小車(chē)計(jì)算行車(chē)速度和橫向擺動(dòng)安全寬度。

4.3 基于位置和車(chē)型的行車(chē)道寬度計(jì)算

按照車(chē)道位置將車(chē)道分為內(nèi)側(cè)車(chē)道(左側(cè)靠近中分帶或雙黃線)、中間車(chē)道(兩側(cè)均為行車(chē)道，單向雙車(chē)道以上才存在)、外側(cè)車(chē)道(右側(cè)靠近路側(cè)帶)。

有中央分隔帶的內(nèi)側(cè)車(chē)道：w1=l+c+d/2;

無(wú)中央分隔帶的內(nèi)側(cè)車(chē)道：w2=l+x/2+d/2;

中間車(chē)道：w3=l+d;

外側(cè)車(chē)道：w4=l+d/2+c。

式中l(wèi)取值根據(jù)不同車(chē)型代入，計(jì)算小客車(chē)專(zhuān)用道寬度時(shí)代入小車(chē)計(jì)算寬度1.95 m，計(jì)算大型車(chē)或混行車(chē)道寬度時(shí)代入大車(chē)計(jì)算寬度2.55 m，得到表7所示的分車(chē)型行車(chē)道寬度計(jì)算表。

為規(guī)范和方便設(shè)計(jì)人員選用，綜合考慮行車(chē)安全和交通流特性，結(jié)合城郊公路市政化改造路段的特殊性，提出了不同設(shè)計(jì)速度、不同車(chē)道位置，不同車(chē)輛類(lèi)型情況下的行車(chē)道寬度推薦取值，見(jiàn)表8。

表7 不同設(shè)計(jì)速度下的行車(chē)道寬度Table 7 Lane width at different design speeds行車(chē)道寬度不同設(shè)計(jì)速度(km·h-1)的行車(chē)道寬值/m100806050403020W1/W43.17(3.68) 3.05(3.59) 2.93(3.49) 2.86(3.43) 2.80(3.40) 2.73(3.33) 2.66(3.26) W2———2.81(3.40) 2.79(3.39) 2.75(3.35) 2.72(3.32) W32.73(3.31) 2.70(3.28) 2.66(3.25) 2.64(3.23) 2.62(3.22) 2.59(3.19) 2.56(3.16) 注:表中括號(hào)內(nèi)為混行車(chē)道或大車(chē)專(zhuān)用道寬度,括號(hào)外為小客車(chē)專(zhuān)用道寬度。

表8 一條機(jī)動(dòng)車(chē)道最小寬度Table 8 Minimum width of a motorway 車(chē)道類(lèi)型不同設(shè)計(jì)速度(km·h-1)下的機(jī)動(dòng)車(chē)道最小寬度/m100、 8060、 5040、 30、 20大型車(chē)或混行車(chē)道3.753.53.5小客車(chē)專(zhuān)用車(chē)道3.2532.8中間車(chē)道3.53.253.25

4.4 縮減機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度的可行性分析

對(duì)比現(xiàn)行公路和城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范，本文推薦的機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度值在一定程度上進(jìn)行了縮減，尤其體現(xiàn)在小客車(chē)專(zhuān)用道寬度以及中間車(chē)道寬度的專(zhuān)門(mén)規(guī)定上。縮減機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度是否可行需要分析其對(duì)交通的影響，主要是通行能力、通行速度和交通安全性。

我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度比很多發(fā)達(dá)國(guó)家例如美國(guó)、日本、荷蘭等的規(guī)定都要大[11]，過(guò)寬的機(jī)動(dòng)車(chē)道不僅會(huì)加劇車(chē)輛跨線搶道行為，同時(shí)行人過(guò)街時(shí)間延長(zhǎng)，不利于交通安全，而且機(jī)動(dòng)車(chē)道達(dá)到一定寬度后，通行能力的增加并不明顯，投資效益比反而顯著下降。研究表明，3.5 m寬車(chē)道相對(duì)于3.75 m寬車(chē)道的通行能力差異很小，對(duì)于小客車(chē)專(zhuān)用道，2.8 m寬車(chē)道的通行能力仍然可以達(dá)到1 750輛/小時(shí)/車(chē)道[12]。同濟(jì)大學(xué)相關(guān)研究指出，隨著車(chē)道寬度增加，車(chē)流通行速度呈上升趨勢(shì)，而在3.2～3.5 m范圍內(nèi)，車(chē)道寬度已經(jīng)不是影響通行速度的主要因素[13]。在我國(guó)北京、上海、武漢、青島等城市已有縮減機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度的成功實(shí)踐，寬度調(diào)整后車(chē)輛運(yùn)行狀況良好，節(jié)約了大量建設(shè)用地和資金投入。本文基于車(chē)輛橫向擺動(dòng)間距計(jì)算行車(chē)道寬度，通過(guò)計(jì)算數(shù)值的富余取整充分考慮了交通安全性。合理的車(chē)道寬度可以規(guī)范駕駛行為，使車(chē)輛各行其道，能有效地將車(chē)速限制在規(guī)定范圍內(nèi)，一定程度上減少了事故的發(fā)生和嚴(yán)重程度。

綜上所述，本文提出的行車(chē)道寬度推薦值切實(shí)可行，合理地縮減了過(guò)寬的車(chē)道寬度，極大緩解了城郊公路改擴(kuò)建紅線壓力和工程造價(jià)，節(jié)約下來(lái)的建設(shè)寬度可以用于拓寬綠化帶、非機(jī)動(dòng)車(chē)道或人行道，增強(qiáng)改造公路的市政化服務(wù)功能。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)目前存在城郊公路改造為市政道路的現(xiàn)狀需求，然而公路市政化改造工程的開(kāi)展因其公路和市政道路的“二元”性質(zhì)而受到制約。本文據(jù)此重點(diǎn)研究了公路市政化改造工程的橫斷面布置方案和機(jī)動(dòng)車(chē)道寬度取值，可以為公路市政化改造工程提供設(shè)計(jì)參考，降低工程造價(jià)并實(shí)現(xiàn)更好的改造效果。

a.對(duì)比了公路和市政道路在橫斷面設(shè)計(jì)上的區(qū)別，根據(jù)公路市政化改造工程的特殊性和橫斷面基本設(shè)計(jì)理念，提出了針對(duì)改造工程的橫斷面設(shè)計(jì)原則。

b.從改造橫斷面的決策過(guò)程出發(fā)，分析了城市路網(wǎng)規(guī)劃、道路紅線寬度和地下管線等因素對(duì)橫斷面設(shè)計(jì)的影響，提出了公路市政化改造道路分級(jí)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)速度，并以相應(yīng)簡(jiǎn)化代號(hào)直觀表示。

c.基于路網(wǎng)規(guī)劃、交通流特征、區(qū)域城鎮(zhèn)化水平將城郊公路改造路段分為了市政功能為主和公路功能為主兩種，針對(duì)兩種分類(lèi)情況并結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目提出了適用的橫斷面布置形式和示意圖說(shuō)明。

d.調(diào)研和選取了公路市政化改造路段小型車(chē)及大型車(chē)的計(jì)算寬度，基于修正后的波良可夫模型計(jì)算了不同速度下車(chē)輛的橫向擺動(dòng)安全寬度，最后根據(jù)車(chē)道位置和車(chē)型分類(lèi)給出了一條機(jī)動(dòng)車(chē)道最小寬度的取值推薦表。