公路工程設(shè)計中的超高設(shè)計分析

■裴 佩，嚴(yán)智英 ■新余市公路勘察設(shè)計院，江西 新余 338000

公路超高設(shè)計是為了控制車輛行駛在曲線路段上的離心力，人為設(shè)置一定的傾斜角度抵消曲線離心力，超高緩和路段是從直線的雙向路段轉(zhuǎn)變到曲線路段，的全超高單向坡過渡路段，公路設(shè)計要選擇設(shè)置超高路段應(yīng)保證曲線路段的橫向穩(wěn)定性，因此公路超高設(shè)計是保證車輛橫向穩(wěn)定和舒適的重要措施，合理的超高設(shè)計對于公路安全至關(guān)重要。

1 公路超高的條件限制

公路超高設(shè)計是一種線形設(shè)計，就是對曲線路段的斷面設(shè)計進(jìn)行外高內(nèi)地的設(shè)置，形成一個橫向坡，以此抵抗行駛車輛的離心力，單向的橫坡的設(shè)計不能憑主觀臆斷而要將路面類型、車輛速度、曲線半徑等考慮在內(nèi)，通常在設(shè)計中會選擇利用數(shù)學(xué)方式進(jìn)行計算，其公式如下:

公式中i為設(shè)計超高值;v代表行駛速度;R是曲線半徑;u為橫向力系數(shù)。上述公式中表達(dá)了超高值與橫向力系數(shù)之間的直接關(guān)系，公式表達(dá)的思路是路段半徑增加與車速成正比，橫向力系數(shù)也就小，可以抵消離心力，車輛受力較小，可以不進(jìn)行超高設(shè)計。橫向力系數(shù)可以理解為一種車輛和路面的橫向摩擦力，其與路面的條件也有關(guān)系，還應(yīng)考慮胎壓、材質(zhì)等因素。如果u取值為0.1以下，則曲線路段行駛中沒有離心力的影響;如果u取值為0.1-0.15時，車輛會受到離心力的作用，但是可以保持平穩(wěn)運行;如果u取值為0.15-0.35之間，車輛受到離心力明顯，有很強的不平穩(wěn)的感覺;如果u取值達(dá)到0.35-0.4車輛在轉(zhuǎn)彎的過程中會出現(xiàn)明顯的離心感，不能平穩(wěn)駕駛;如果u超過0.4則在轉(zhuǎn)彎時車輛就會出現(xiàn)極不穩(wěn)定的情況，容易出現(xiàn)側(cè)傾。因此橫向力系數(shù)取值對平穩(wěn)度影響較大，超高設(shè)計主要應(yīng)減小路面的橫向力系數(shù)。

2 公路超高設(shè)計分析

公路超高設(shè)計是一種線形設(shè)計，注重的是車輛的行駛安全，從舒適度和經(jīng)濟度角度出發(fā)，并按照規(guī)范進(jìn)行。實際建設(shè)中地形、路線、氣候、濕度等都會對超高設(shè)計產(chǎn)生影響，因此應(yīng)綜合考慮公路工程中的超高設(shè)計。

2．1 最大超高的控制

公路超高設(shè)計通常需要按照前文公式進(jìn)行計算，而最大的超高值則控制為8%以下。我國現(xiàn)有的狀況是公路貨車數(shù)量較多，而公路貨運中超載的情況普遍，這樣公路上行駛速度相對低。所以按照實際情況，貨車在曲線路段行駛其速度較低，因為向心力作用，超高坡度大于6%即容易出現(xiàn)側(cè)翻的危險。而在氣候影響喜愛，如雨雪天氣等，大中型貨車通行率較高的路段就容易出現(xiàn)側(cè)翻等情況，所以超高值應(yīng)控制在6%以下。同時設(shè)計速度高且運行速度較高的路段最大的限制應(yīng)為10%，而常年積雪冰凍的地區(qū)只能選擇6%作為限值。下面就針對平原和山區(qū)進(jìn)行限制分析。

首先，平原地區(qū)的交通網(wǎng)絡(luò)密集，且地勢相對平坦，近郊的道路與城市道路交接。超高設(shè)計主要是考慮縱面平緩、交口多等特征，除了考慮前面公式中的因素外，還應(yīng)考慮超高路段與正常路段的銜接問題。平原公路的超高值如果按照規(guī)范進(jìn)行計算則會影響路面的美觀，同時造成路段銜接的困難。因此在設(shè)計時應(yīng)考慮綜合性因素，通常選擇的限值為1%，并對超高路段進(jìn)行安全性的測定。實踐證明，平原地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達(dá)且地勢平坦，路網(wǎng)密集，適當(dāng)?shù)臏p小超高限值可以增加交通的順暢和行駛穩(wěn)定。

其次，在山區(qū)超高設(shè)計中，其地形因素影響較大，通常曲線半徑很小，縱面起伏較大，車輛行駛的速度也隨時改變，如果單純的考慮速度計算超高值則不能，按照舒適性要求。車輛的安全也會受到影響。山路復(fù)雜性形成了路段不同，設(shè)計不同的情況，對連續(xù)低指標(biāo)的山路，貨車數(shù)量較多，則應(yīng)減小超高值來獲得安全性。對縱向坡大于3%的下坡如果出現(xiàn)曲線環(huán)繞的情況，則應(yīng)結(jié)合縱坡的情況進(jìn)行設(shè)計。此類情況計算超高值，需要考慮同樣條件下平穩(wěn)路段的超高設(shè)計作為參考。同時應(yīng)注意的是無論何種設(shè)計，都應(yīng)按照線形設(shè)計的規(guī)范進(jìn)行。

2．2 公路超高過渡設(shè)計

超高路段往往是從直線路段過渡而來，即路基斷面從雙向橫坡變?yōu)閱蜗驒M坡，這個路段即為超高過渡路段。這個過渡在設(shè)計中除了考慮離心力的作用以外還應(yīng)考慮路面結(jié)構(gòu)設(shè)計的問題，方便排水、施工等因素都應(yīng)在設(shè)計中進(jìn)行考量。通常這個路段分為兩個階段:

一個是雙坡階段，路肩和形成橫坡不能保持一致時，通常先抬高外側(cè)路肩與外側(cè)行車道一致，然后將彎道外側(cè)的車道與路肩升高，直至與彎道內(nèi)側(cè)行車道持平。如果是長回旋線，則不能滿足道路的排水的坡率，此時容易造成外側(cè)車道不能正常排水，所以這個階段超高設(shè)計應(yīng)控制漸變率不大于1/330。彎道外側(cè)土路肩應(yīng)保持正常橫坡，不參與超高。

另一個是旋轉(zhuǎn)階段。外側(cè)車道和硬路肩、內(nèi)側(cè)車道進(jìn)行同時旋轉(zhuǎn)，并與內(nèi)側(cè)硬路肩坡度一致。然后將兩側(cè)車道、硬路肩一起旋轉(zhuǎn)到與內(nèi)側(cè)土路肩一致，最后兩側(cè)車道、硬路肩、內(nèi)側(cè)土路肩一起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)到超高路面。如果是長回旋，超高的起點應(yīng)設(shè)置在曲率與不超高最小半徑一致，雙坡階段也應(yīng)控制漸變率小于1/330，全超高路段應(yīng)出現(xiàn)在緩圓節(jié)點處。

2．3 緩和曲線的長度控制

緩和曲線的作用及時保證路面平面的線形，使之直線與圓曲線之間或者圓曲線和直線之間的曲率改變需要經(jīng)過的曲線。在緩和曲線的設(shè)計中需要注意的是其長度的選擇，因為其關(guān)系到平面線形的質(zhì)量。如果緩和曲線過短，則曲線變化不足，且緩和段和圓曲線銜接不能形成自然漸變，影響行車的效果。反之如果過長，則也會影響線形組合的效果，彎道超高和加寬都會受到影響。

車輛行駛的轉(zhuǎn)向操作，行駛軌跡出現(xiàn)改變，緩和曲線正是契合這樣的規(guī)律改變，緩和轉(zhuǎn)彎的沖擊適應(yīng)加速度的改變，可以有效的避免側(cè)面沖擊。作為超高變化的過渡階段，緩和曲線的設(shè)置受到了多種因素的影響，具體包括離心力對乘客的影響，超高橫坡過渡的曲線改變等。一般而言平緩曲線的長度比選擇為1∶1∶1，即回旋線、圓曲線、回旋線比例一致，這樣的情況才能保證緩和曲線的協(xié)調(diào)。

3 結(jié)束語

公路線形設(shè)計中應(yīng)對各種因素進(jìn)行考慮尤其是線形的銜接以及行車安全之間的關(guān)系，通過合理的組合以及設(shè)計，保障經(jīng)濟性和安全舒適性是線形設(shè)計的核心目標(biāo)。上述分析的公路超高設(shè)計的意義以及涉及到的問題分析，說明合理的超高設(shè)計是十分必要的，同時設(shè)計中應(yīng)充分考慮半徑、流量、氣候、排水等要素，這樣才能保障超高設(shè)計滿足安全與美觀的設(shè)計要求。

［1］彭振宇.關(guān)于公路超高設(shè)計的探討［J］.山西交通科技，2013(04):15-16.

［2］李葦，陳紅宇.高速公路超高設(shè)計分析［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2012(10):08-09.