公路工程設計中的超高設計分析

■裴 佩，嚴智英 ■新余市公路勘察設計院，江西 新余 338000

公路超高設計是為了控制車輛行駛在曲線路段上的離心力，人為設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變到曲線路段，的全超高單向坡過渡路段，公路設計要選擇設置超高路段應保證曲線路段的橫向穩定性，因此公路超高設計是保證車輛橫向穩定和舒適的重要措施，合理的超高設計對于公路安全至關重要。

1 公路超高的條件限制

公路超高設計是一種線形設計，就是對曲線路段的斷面設計進行外高內地的設置，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，通常在設計中會選擇利用數學方式進行計算，其公式如下:

公式中i為設計超高值;v代表行駛速度;R是曲線半徑;u為橫向力系數。上述公式中表達了超高值與橫向力系數之間的直接關系，公式表達的思路是路段半徑增加與車速成正比，橫向力系數也就小，可以抵消離心力，車輛受力較小，可以不進行超高設計。橫向力系數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系，還應考慮胎壓、材質等因素。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，有很強的不平穩的感覺;如果u取值達到0.35-0.4車輛在轉彎的過程中會出現明顯的離心感，不能平穩駕駛;如果u超過0.4則在轉彎時車輛就會出現極不穩定的情況，容易出現側傾。因此橫向力系數取值對平穩度影響較大，超高設計主要應減小路面的橫向力系數。

2 公路超高設計分析

公路超高設計是一種線形設計，注重的是車輛的行駛安全，從舒適度和經濟度角度出發，并按照規范進行。實際建設中地形、路線、氣候、濕度等都會對超高設計產生影響，因此應綜合考慮公路工程中的超高設計。

2．1 最大超高的控制

公路超高設計通常需要按照前文公式進行計算，而最大的超高值則控制為8%以下。我國現有的狀況是公路貨車數量較多，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%即容易出現側翻的危險。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側翻等情況，所以超高值應控制在6%以下。同時設計速度高且運行速度較高的路段最大的限制應為10%，而常年積雪冰凍的地區只能選擇6%作為限值。下面就針對平原和山區進行限制分析。

首先，平原地區的交通網絡密集，且地勢相對平坦，近郊的道路與城市道路交接。超高設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范進行計算則會影響路面的美觀，同時造成路段銜接的困難。因此在設計時應考慮綜合性因素，通常選擇的限值為1%，并對超高路段進行安全性的測定。實踐證明，平原地區經濟發達且地勢平坦，路網密集，適當的減小超高限值可以增加交通的順暢和行駛穩定。

其次，在山區超高設計中，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。山路復雜性形成了路段不同，設計不同的情況，對連續低指標的山路，貨車數量較多，則應減小超高值來獲得安全性。對縱向坡大于3%的下坡如果出現曲線環繞的情況，則應結合縱坡的情況進行設計。此類情況計算超高值，需要考慮同樣條件下平穩路段的超高設計作為參考。同時應注意的是無論何種設計，都應按照線形設計的規范進行。

2．2 公路超高過渡設計

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為單向橫坡，這個路段即為超高過渡路段。這個過渡在設計中除了考慮離心力的作用以外還應考慮路面結構設計的問題，方便排水、施工等因素都應在設計中進行考量。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，通常先抬高外側路肩與外側行車道一致，然后將彎道外側的車道與路肩升高，直至與彎道內側行車道持平。如果是長回旋線，則不能滿足道路的排水的坡率，此時容易造成外側車道不能正常排水，所以這個階段超高設計應控制漸變率不大于1/330。彎道外側土路肩應保持正常橫坡，不參與超高。

另一個是旋轉階段。外側車道和硬路肩、內側車道進行同時旋轉，并與內側硬路肩坡度一致。然后將兩側車道、硬路肩一起旋轉到與內側土路肩一致，最后兩側車道、硬路肩、內側土路肩一起轉轉到超高路面。如果是長回旋，超高的起點應設置在曲率與不超高最小半徑一致，雙坡階段也應控制漸變率小于1/330，全超高路段應出現在緩圓節點處。

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過的曲線。在緩和曲線的設計中需要注意的是其長度的選擇，因為其關系到平面線形的質量。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。

車輛行駛的轉向操作，行駛軌跡出現改變，緩和曲線正是契合這樣的規律改變，緩和轉彎的沖擊適應加速度的改變，可以有效的避免側面沖擊。作為超高變化的過渡階段，緩和曲線的設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調。

3 結束語

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

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