公路路線超高設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題分析

李 霞

（衡水市公路勘測設(shè)計(jì)所，河北 衡水 053000）

0 引言

公路曲線路段是車輛事故頻發(fā)的危險(xiǎn)路段，因?yàn)楫?dāng)車輛在曲線路段行駛時(shí)由于離心力的作用而失去橫向穩(wěn)定性導(dǎo)致車輛事故。曲線路段的超高設(shè)計(jì)就成為公路路線安全設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題，必須引起設(shè)計(jì)者和工程實(shí)施者的特別重視。實(shí)際工程中，由于路段的差異性使超高設(shè)計(jì)變得越發(fā)復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮區(qū)域結(jié)構(gòu)、項(xiàng)目性質(zhì)、車量組成等多種因素才能確保行車的安全性。

1 超高設(shè)計(jì)的條件分析

公路路線的超高設(shè)計(jì)是在曲線路段斷面上設(shè)計(jì)為外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的單向橫坡，這種設(shè)計(jì)可以抵消消車輛在曲線路段上行駛時(shí)所產(chǎn)生的離心力。超高的單向橫坡由車輛速度、曲線路段半徑、路面類型等因素相關(guān)，其關(guān)系可表達(dá)為以下公式：

式中：i——曲線路段超高值；

v——車輛行駛速度；

R——曲線路段半徑；

u——橫向力系數(shù)。

由公式（1）可以輕易得出橫向力系數(shù)與超高值之間的關(guān)系。當(dāng)圓曲線半徑的數(shù)值大到與設(shè)計(jì)速度成一定比例時(shí)，將橫向力系數(shù)u降低到最小值的情況下，可以保證車輛不受離心力作用，能夠保持穩(wěn)定，此時(shí)可考慮不設(shè)置曲線超高。橫向力系數(shù)可以理解為當(dāng)車輛在曲線路段行駛時(shí)，車輛與路面產(chǎn)生的橫向摩擦阻力，受輪胎材料、充氣壓力、路面條件等因素影響。當(dāng)橫向力系數(shù)u＜0.10時(shí)，車輛在曲線路段行駛時(shí)，人體幾乎感覺不到曲線影響，車輛平穩(wěn)運(yùn)行；當(dāng)橫向力系數(shù)0.10≤u＜0.15時(shí)，雖然可以感覺到曲線的存在，行駛卻依然感覺平穩(wěn)；當(dāng)0.15≤u＜0.35時(shí)，車輛行駛于曲線路段時(shí)，不平穩(wěn)性感覺強(qiáng)烈，曲線存在感明顯；當(dāng)0.35≤u＜0.4時(shí)，車輛轉(zhuǎn)彎感到明顯不平穩(wěn)；當(dāng)u≥0.40時(shí)，車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)非常不穩(wěn)定，甚至有傾覆的危險(xiǎn)。橫向力系數(shù)的存在，對車輛的平穩(wěn)行駛有著極為不利的影響，設(shè)計(jì)曲線路段的超高時(shí)應(yīng)盡量減小橫向力系數(shù)。由公式（1）可知，橫向力系數(shù)減小，設(shè)計(jì)超高就必然要增大。

2 公路路線超高設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題分析

公路路線設(shè)計(jì)要從實(shí)際出發(fā)，以安全行駛為前提，從舒適和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，嚴(yán)格遵從規(guī)范要求。實(shí)際的工程建設(shè)中，地形地貌、路線路況，甚至空氣溫濕度都會對車輛行駛造成一定的影響。路線的超高設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮各種因素合理選用超高值。

2.1 最大超高值選用

通常在設(shè)計(jì)曲線路段的超高值都會根據(jù)公式（1）的推算，而最大超高值多采用8%。我國的公路行駛車輛多為貨車，正如我們所知，貨車的超載現(xiàn)象已普遍存在，這樣車輛的行駛速度就相對較低。調(diào)查顯示，貨車在曲線路段行駛速度小于設(shè)計(jì)速度時(shí)，由于向心力的作用，當(dāng)超高橫坡度超過6%時(shí)發(fā)生車輛向內(nèi)側(cè)翻車的概率很高。因此，對于氣候條件惡劣，易出現(xiàn)雨雪、霧和冰凍災(zāi)害且大中型貨車通行率較高的路段，最大超高值應(yīng)盡量控制為6%。此外，設(shè)計(jì)速度高或驗(yàn)算的運(yùn)行速度高的路段宜采用最大超高值10%，而常年積雪冰凍地區(qū)最大超高值只能采用6%。

2.1.1 平原地區(qū)公路超高值的確定

平原地區(qū)交通密集、地勢平坦，距離城市較近，與城市道路有相互交口。超高設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其縱面平緩、路網(wǎng)交口多的特性，除了要考慮前面提到的諸多因素外，還應(yīng)當(dāng)對超高路段與被交口路段的銜接進(jìn)行分析。平原地區(qū)公路的超高值如果按照常規(guī)超高計(jì)算來設(shè)計(jì)的話，不但有礙美觀，還會對道路間的彼此銜接造成麻煩。在計(jì)算超高值時(shí)，在條件允許的情況下，可以減少1%左右的超高值，并對超高路段進(jìn)行行車安全性評價(jià)。實(shí)踐證明，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、地勢平坦、路網(wǎng)密集的平原地區(qū)，適當(dāng)減小超高值對于保證車輛形式的平穩(wěn)性是有利的。

2.1.2 山區(qū)公路超高值的確定

山區(qū)路段的地形相對較為復(fù)雜，通常曲線半徑較小，縱面的起伏程度較大，車輛行駛時(shí)的速度也起伏不定，如果單純考慮設(shè)計(jì)速度計(jì)算的超高必然無法滿足行車的舒適性要求，車輛的安全性也受到影響。山路的復(fù)雜性決定了不同路段要考慮的因素也不盡相同。對連續(xù)的低指標(biāo)山路，通行車輛中多由貨車組成，可以采取減小超高值的方式來保證車輛的橫向穩(wěn)定型。對縱坡值＞3%的下坡路段在出現(xiàn)曲線環(huán)繞時(shí)，就要結(jié)合縱坡帶來的不利因素。此種情況下，計(jì)算超高值時(shí)需要增加同等條件下平穩(wěn)路段超高值加縱坡值的比例。需要注意的是，無論采取何種方式，都要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

2.2 超高過渡段的設(shè)計(jì)分析

路基橫斷面從直線路段的正常雙向路拱橫坡逐漸變到單向橫坡的路段，稱作超高過渡段。在進(jìn)行超高過渡段設(shè)計(jì)時(shí)，除了需要分析車輛行駛時(shí)的離心力要求外，還應(yīng)充分考慮路面排水，以及對構(gòu)造物的影響、便于設(shè)計(jì)與施工等因素。

超高過渡過程通常有兩個階段組成。

第一階段為雙坡階段。當(dāng)硬路肩與行車道橫坡沒有保持一致時(shí)，一般要先抬外側(cè)硬路肩橫坡到與外側(cè)行車道一致，之后把彎道外側(cè)行車道與硬路肩坡一起提高到與彎道內(nèi)側(cè)行車道一致。此時(shí)若是回旋線過長，則無法滿足道路排水最小坡率0.3%的要求，造成外側(cè)的行車道路面無法正常排水。所以在此階段超高漸變率應(yīng)不小于1/330。彎道外側(cè)土路肩仍保持正常橫坡，不參與超高過程。

第二階段為旋轉(zhuǎn)階段。先將外側(cè)行車道、外側(cè)硬路肩、內(nèi)側(cè)行車道一起旋轉(zhuǎn)至與內(nèi)側(cè)硬路肩相同的橫坡，再將兩側(cè)行車道、硬路肩一起旋轉(zhuǎn)至與內(nèi)側(cè)土路肩相同的橫坡，最后兩側(cè)行車道、硬路肩與內(nèi)側(cè)土路肩一起旋轉(zhuǎn)直至全超高斷面。若回旋線過長，超高起始點(diǎn)宜設(shè)置在曲率等于不設(shè)超高最小半徑值處，雙坡階段采用不小于1/330的漸變率，全超高斷面宜設(shè)置在緩圓或圓緩點(diǎn)處。

2.3 緩和曲線長度問題

緩和曲線作為道路平面線形要素之一，指的是直線與圓曲線之間或者圓曲線之間的曲率連續(xù)變化的曲線。在緩和曲線設(shè)計(jì)中，道路平面線形視覺質(zhì)量的高低很大程度上是由緩和曲線的長度決定的。如果緩和曲線緩和段的取值過短，曲率漸漸變化的效果就會不明顯，而且緩和段和其它剩余圓曲線的銜接也會不自然不協(xié)調(diào)，這樣行車的視覺效果就會不理想；反之，如果緩和曲線緩和段取值過長，線形組合效果同樣會不理想，彎道超高和加寬設(shè)計(jì)等方面也存在很多問題。汽車行駛過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)向操作時(shí)，行駛軌跡會發(fā)生變化，設(shè)置緩和曲線曲率的變化可以契合這種行駛軌跡的變化，進(jìn)而就可以緩和行車方向的驟然變化，緩和離心力的突然產(chǎn)生，促進(jìn)加速度的不斷變化，就可以有效避免側(cè)向沖擊，同時(shí)作為超高變化的過渡段使用。緩和曲線的設(shè)置長度是受多方面因素制約的，具體包括離心力對乘客感受的刺激和影響、路面超高橫坡過度的需求及線形平順的美感等。一般來說，平面緩和曲線最適宜的長度比例為1∶1∶1，也就是說回旋線、圓曲線、回旋線三者的比例是1∶1∶1，這種情況的線形是最為連續(xù)協(xié)調(diào)的。

3 結(jié)語

公路路線的設(shè)計(jì)，需要合理選用各種線性要素，加以合理組合以設(shè)計(jì)出安全且經(jīng)濟(jì)舒適的公路。超高設(shè)計(jì)是公路路線的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)、車流量組成、曲線半徑等實(shí)際情況靈活合理地進(jìn)行超高設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)源頭來保證行車的安全性。

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