《道路工程》——（一）绪论

绪论

道路运输特点

特点

一个完整的交通运输体系由 铁路、道路、航空、管道及水路等 运输方式构成。

名称	可达性 方便性	安全性	舒适性	运输能力	运输速度/（\(km \cdot h^{-1}\)）	能源消耗	货物	经济运距/\(km\)	投资
铁路	受地形限制	好	好，有餐厅	11.5万人/日 1500人/列车	160～350	低	集装箱 大宗散装货物	/	大
道路	门对门直达 运输方便	略差	差	2.5万人/日 60人/车	\(\leqslant 120\)	中	集装箱 散装货物	\(< 200\)或不限	中
水路	受可通航道和港口限制	好	好，有餐厅、游艺室	大	16~30	低	集装箱 散装货物	/	小
航空	受机场限制 直捷性好	尚可	中	小 200人/架	160~1000	高	贵重货物	500~1000	大
管道	普及面差	好	/	大	1.6~30	低	油、天然气	/	大

道路运输特点：

1. 机动灵活性大
2. 普及面广、适应性强
3. 速度快、造价低
4. 运量大

道路功能

1. 交通功能

   • 工作、学习、生活、娱乐出行
   • 货物运输

2. 形成国土结构

   • 用地结构的骨架
   • 组成街坊

3. 公共空间功能

   • 保证日照、通风、景观
   • 提供综合交通体系的空间（高架路、地面轨道、地下铁道）
   • 提供公用设施管线走廊（电力、电讯、煤气、给水、雨污水管）

4. 防灾功能

   • 保证消防活动、救援活动畅通无阻
   • 紧急疏散、避难场地
   • 防火带

5. 繁荣经济

   • 开发国土
   • 活跃市场

体系组成

道路分类

公路分类与分级

分类

公路分为：主要干线公路、次要干线公路、主要集散公路、次要集散公路和支线公路 。

干线公路按行政管理分为：

1. 国道 —— 具有全国性的政治、经济、国防意义，并经确定为国家主要干线的公路，以字母 “ G ” 表示。
2. 省道 —— 具有全省性的政治、经济、国防意义，并经确定为省级干线的公路，以字母 “ S ” 表示。
3. 县道 —— 具有全县性的政治、经济意义，并经确定为县级干线的公路。

支线公路 —— 指在公路网中起 连接作用 的公路。

分级

等级	高速	一级	二级	三级	四级
设计年限/年	20	15	15	15	10
设计速度/($km \cdot h^{-1} $ )	80,100,120	60,80,100	40,60,80	30,40	20,30
AADT /($ pcu \cdot d^{-1} $)	> 15000	> 15000	5000~15000	2000~6000	400~2000
出入口控制	完全控制	部分控制	部分控制或不控制	/	/

注：\(AADT\) 为标准车的年平均日交通量（双向），四级公路数字为双向单车道交通量，标准车辆一律用小客车。

城市道路分级

相关指标、参数

机动车设计车辆

非机动车车辆设计

设计速度

公路等级	高速公路	一级公路	二级公路	三级公路	四级公路
设计速度(\(km \cdot h^{-1}\))	120,100,80	100,80,60	80,60	40,30	30,20

交通量和通行能力

交通量

交通量是指在单位时间内通过道路某一点或某一断面的车辆数量或行人数量。

1. 年平均日交通量（\(AADT\)）—— 将全年统计的日交通量总和除以全年总天数，所得平均值为年平均交通量，单位为 \(pcu/d\) ，它是确定道路等级的依据。
2. 平均日交通量（\(ADT\)）—— 一年中给定时间段内统计所得双向车辆的总和除以观测期间内的总天数，单位为 \(pcu/d\) 。由抽样观测获得，也可按月或按周观测统计得月平均日交通量（\(MADT\)）或周平均日交通量（\(WADT\)）

\[平均日交通量 = \frac{1}{n} \sum^{n}_{i=1} Q \\ \begin{align} 式中 &Q——各规定时间段内的双向交通量，pcu/d \nonumber \\ &n——各规定时间段的天数 \nonumber \\ \end{align} \\ AADT = \frac{1}{365} \sum^{n}_{i=1} Q_i \\ WADT = \frac{1}{7} \sum^{7}_{i=1} Q_i \]

3. 高峰小时交通量 —— 一段时间内（通常指一日或上午、下午）出现的最大小时交通量。
4. 设计小时交通量 —— 作为道路规划和设计依据的交通量。将一年中测得的8760小时交通量按大小顺序排列，取序号为第30位的小时交通量作为设计交通量。第30位的小时交通量与年平均日交通量的比值称为第30位的小时交通量系数，以 \(K\) 表示，\(K\) 值的分布为 \(11\% 1\sim5\%\) 平均为 \(13.3\%\) 。我国《城市道路设计规范》把系数 \(K\) 定义为设计高峰小时交通量与年平均日交通量的比值，分布在 \(7\% \sim 12\%\) 之间。当城市道路交通量饱和度较高时，\(K\) 值较小；当城市道路交通量饱和度较低时，\(K\) 值较大。

设计小时交通量根据 \(K\) 值和通过预测推算设计年限末预期的平均日交通量求得。

增长交通量计算公式：

\[N_t = N_i (1 + \gamma)^{t - 1} \\ \begin{align} 式中&N_t——设计年限第 t 年的交通量，pcu/d \nonumber \\ &N_i——起算年份的交通量，pcu/d \nonumber \\ &t——设计年限，指确定道路宽度而采用的交通量增长年限在该年限内车行道的宽度能满足道路交通增长的要求。 \nonumber \\ &\gamma ——交通量的年递增率 \nonumber \end{align} \]

5. 吸引交通量——指道路改善后或新路出现时吸引过来的交通量。
6. 发展交通量——指随道路两侧建筑物发展二增加的交通量，一般由规划部门提供。

\[AADT = \frac{C_D \cdot N}{K} \\ \begin{align} 式中 &AADT——预测年的年平均日交通量，pcu/d； \nonumber \\ &K—— 设计小时交通量系数；当不能取得年平均日交通量时，可用有代表性的平均日交通量；\nonumber \\ &C_D—— 一条车道的设计通行能力，pcd/d； \nonumber \\ &N——单向车道数。 \nonumber \end{align} \]

7. 交通量换算 ——统计交通量所得结果是混合交通量，为计算交通量，需将各种车辆换算为单一车种，称为当量交通量（\(pcu\)）。

车辆类型/道路类别	公路	城市道路
小客车	1.0	1.0
大型汽车（公共汽车）	1.5	2.0
大型货车	2.5	2.5
铰接车	3.0	3.0
拖挂车	4.0	4.0

通行能力

1. 道路通行能力 —— 指在一定的道路和交通条件下道路上某一路段单位时间内通过某一断面的最大车辆或行人数量。

2. 机动车通行能力类别

   • 基本通行能力
   • 实际通行能力
   \[N_p = \frac{3600}{t_i} \\ \begin{align} 式中 &N_p——一条车道实际通行能力，pcu/h \nonumber \\ &t_i——连续小客车车流平均车头时距，s/pcu \nonumber \end{align} \]

   • 设计通行能力

     1. 不受平面交叉口影响的一条机动车车道设计通行能力 \(N_m\)
     \[N_m = \alpha _c \cdot N_p \\ \begin{align} 式中 &N_m——不受平面交叉口影响的一条机动车车道的设计通行能力，pcu/(h \cdot \ln)^{-1} \nonumber \\ &\alpha_c——道路分类系数，数值一般取0.8 \nonumber \\ &N_p——一条车道的基本通行能力 \nonumber \end{align} \]
     2. 不计交叉口影响多车道的设计通行能力
     \[N^{'}_m = N_p \alpha_c \alpha_m \\ \begin{align} 式中 &N^{'}_m——不受平面交叉口影响的多车道的设计通行能力，pcu/h \nonumber \\ &N_p——基本通行能力 \nonumber \\ &\alpha_c——道路分类系数，都取0.8 \nonumber \\ &\alpha_m——通行能力车道折减系数 \nonumber \end{align} \]
     3. 受平面交叉口影响的机动车道设计通行能力

     交叉口折减系数计算公式

     \[\alpha_a = \cfrac{\cfrac{S^{'}_c}{\cfrac{V}{3.6}}}{\cfrac{S^{'}_c}{\cfrac{V}{3.6}} + \cfrac{V}{7.2\alpha_m} + \cfrac{V}{7.2d_m} +\cfrac{t_c - t_g}{2}} \\ \begin{align} 式中 &\alpha_a——交叉口折减系数，是无阻时的路段形成时间和实际行程时间的比值 \nonumber \\ &S^{'}_c ——交叉口的间距，m \nonumber \\ &V——设计速度，km/h \nonumber \\ &\alpha_m——启动时平均加速度，小客车采用0.8m/s^2，混合车辆采用0.5m/s^2 \nonumber \\ &d_m——制动时平均减速度，小客车采用1.7m/s^2 \nonumber \\ &t_c——交通信号周期 \nonumber \\ &t_g——绿灯时间，s \nonumber \end{align} \]

     考虑交叉口影响的路段通行能力公式：

     \[N_n = N_p \alpha_c \alpha_m \alpha_a (pcu/h) \]

服务水平分级

我国公路服务水平现分为六级：

1. 一级服务水平：交通流处于完全自由流状态。
2. 二级服务水平：交通流状态处于相对自由流的状态，驾驶员基本上可按照自己的意愿选择行驶速度。
3. 三级服务水平：交通流状态处于稳定流的上半段，车辆间的相互影响变大，选择速度受到其他车辆的影响。
4. 四级服务水平：交通流处于稳定流范围下限，但是车辆运行明显地受到交通流内其他车辆的影响，速度和驾驶自由度受到明显限制。
5. 五级服务水平：交通流状态处于拥堵流的上半段，其下是达到最大通行能力时的运行状态。
6. 六级服务水平：交通流状态处于拥堵流的下半段，是通常意义上的强制流或阻塞流。

公路等级	高速公路	一级公路	二级公路	三级公路	四级公路
服务水平	三级	三级	四级	四级	/