公路超高緩和段設計

關宇馳

摘要：超高對公路的行車安全和舒適性是十分重要的，文章結合超高的相關設計因素，針對超高緩和段的設計長度和過渡方式，以及適用條件和注意事項進行研究。

關鍵詞：超高緩和段；超高漸變率；超高設計方式；超高值的采用

1 超高緩和段長度

1.1 超高漸變率的選用

超高漸變率應控制在一定的數值范圍內。超高漸變率太大，路容不美觀，乘客不舒適；太小，排水困難。我國路線規范針對四車道以下公路規定了不同設計速度時最大超高漸變率。對六車道和八車道高速公路的超高漸變率沒有明確規定， 美國AASHO對于多車道路面超高緩和段的長度規定為：

三車道公路的超高緩和段長度， 為雙車道公路長度的1.2倍；

四車道公路的超高緩和段長度， 為雙車道公路長度的1.5倍；

六車道公路的超高緩和段長度， 為雙車道公路長度的2.0倍。

超高緩和段相同時，至旋轉軸距離越大，超高漸變率越大；同時路幅扭轉的角速度也不同，即旋轉路幅越大，超高漸變率的值越大。出于排水考慮，車道橫坡度由-2%（或-1.5%）過渡到2%（或1.5%）的路段超高漸變率p不得小于1/330。

我國未對六車道和八車道高速公路的最小超高漸變率進行規定。若取相同漸變率， 會造成滯水路段長度過長， 故設計多車道高速公路，從標準路拱過渡到零坡時， 一般取四車道高速公路超高漸變率為1/330時所對應的路面扭轉角速度（ 即超高緩和段長度） ，反算六車道和八車道的超高漸變率， 當超高漸變率大于規范所規定的最大值時， 取規范規定的最大值。例如設計速度為120km/h的高速公路， 六車道從標準路拱過渡至0路段的最小超高漸變率取1/250； 八車道的取1/200。既保證路面排水的通暢性， 又保證行車的舒適性。此外， 當超高漸變率大于1/250時， 應在外側路緣折角部分加入緩沖豎曲線， 使超高過渡視覺效果連續。

1.2 超高漸變率影響因素：

①控制路面外側邊緣的加速度（或路面內側邊緣的降低速度）

旋轉角度在P相同時，因超高形式不同其值不同。由試驗知，繞中軸旋轉時的超高旋轉角速度ω取值0.032—0.048（rad/s）時，或繞內邊軸旋轉時的超高旋轉角速度ω取值在0.016—0.024（rad/s）時，司乘人員無不舒適之感。顯然②對駕駛員和乘客舒適程度的影響比①更大。

2 超高緩和段設計方式

2.1 Lc=Ls

確定緩和曲線長度時，已考慮超高過渡段長度，故取超高過渡段Lc與緩和曲線長度Ls相等；此時緩和曲線上反超段較短，視覺上超高過渡平順，行車舒適；但由于超高過渡長度較大，計算施工復雜，超高段中央分隔帶排水長度較長。

2.2 Lc>Ls

若Lc>Ls時應修改平面線形，使Ls≥Lc。平面線形無法修改時，可將超高過渡起點前移，即超高過渡在ZH（HZ）點前（后）的直線路段開始，路面外側以適當的超高漸變率逐漸抬高，使橫斷面在ZH（HZ）漸變為向內傾斜的單向路拱橫坡（臨界斷面）；美國AASHTO對于超高緩和段設計多采用超高過渡點前移的方法，即將一部分超高緩和段放在直線上，以減小離心力的峰值和產生橫向摩擦需求。

2.3 Lc

Ls>Lc時，如果超高漸變率P≥1/330，仍取Lc=Ls；超高過渡段易造成排水不暢，為避免此問題，我們采用下列超高過渡方式：

（1） 超高過渡僅在緩和曲線的某一區段內進行，根據幾何關系，Lc在Ls上放置有三種位置關系：

① 超高緩和段從ZH+L點開始，至HY點結束。在L段內，保持直線段雙向路拱形式。此時，應分析L段內車輛受力情況。

② 超高緩和段從ZH點開始，到ZH+Lc點結束，從該點到HY點的L內為全超高。

③ 將超高緩和段設在Ls的中間部分。

（2） 超高過渡在緩和曲線全長范圍內進行，按兩種超高漸變率分段進行。第一段從緩和曲線起點由零坡以超高漸變率≥1/330過渡到單向路拱橫坡，第二段由單向路拱橫坡過渡到設計超高橫坡。此方法用于S型曲線中的Lc

綜上，可知超高緩和段設計沒有定式，根據緩和曲線長度、圓曲線半徑及超高值的實際情況，合理選擇超高緩和段的設置方式。

3 超高值的采用

當運行速度較高時，如沒有足夠的超高橫坡，車輛可能出現向外側滑事故；當設計速度較高、路拱超高橫坡較大但運行速度較低或有不利側風時，裝載較高的貨車容易出現向內側翻事故，根據調查，當超高橫坡大于6%時，易出現這一現象。

因此，當交通組成中大型貨車比率較高時，最大超高值宜控制在6%。當需要設置大于6%的超高時，宜根據不同條件，分別進行特殊設計。

3.1 圓曲線半徑大于安全運行的臨界半徑

規范確定平曲線最小半徑時，考慮到一般性和普遍性原則，橫向力系數μ均留有一定的安全度。一般高速公路μ取0.15，低等級公路μ取0.20不會引起安全問題。

對于高速公路，無論設計速度為多少，均偏安全地按運行速度120 km/h計算，μ取0.15，計算安全運行臨界半徑：

R = = =540m

故對于高速公路，只要平曲線半徑大于540m，且需要設置大于6%的超高時，為了保證大型貨車的低速運行安全，仍設置6%的超高一般認為沒有問題。這樣設計的風險在于運行速度較大的小客車，因此，設計時應進行總體考慮。

3.2 圓曲線半徑小于安全運行的臨界半徑

當圓曲線半徑小于安全運行的臨界半徑，如果仍然設置6%的超高，運行速度較高的車輛存在安全隱患，這時可按快、慢車道分別設置超高，并附以必要的分道限速行駛標志。例如，雙向4車道高速公路，可將內側車道作為快車道，按一般原則設置超高，外側車道和硬路肩按慢車道設置超高；雙向6車道高速公路，可將內側兩個車道作為快車道，第3車道作為慢車道。

參考文獻

[1] 中華人民共和國交通部. 公路路線設計規范（JTG D20 - 2006）[ S] . 北京： 人民交通出版社. 2006.

[2] 楊少偉. 道路勘測設計 [M] . 北京： 人民交通出版社， 2003.

[3] 交通部公路司.新理念公路設計指南[M].北京：人民交通出版社， 2005.