淺議公路和城市道路超高計算的區別

柳家鵬

摘 要：對公路和城市道路超高計算的區別進行闡述，分別從橫向力系數μ、路拱橫坡i和半徑R的取值等方面進行對比，并闡述計算原理，以便合理地設置超高。

關鍵詞：公路;城市道路;超高計算原理

中圖分類號：U412.3 文獻標識碼：A

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，城鎮化建設不斷推進，城市外圍既有公路斷面形式已經不滿足城市發展的需求。為滿足城區周邊居民出行需求，城郊公路需兼有城市道路功能，設置人非系統及市政配套管線。在超高設置時，公路和城市道路存在著差異。下面就針對公路和城市道路的超高設置，分別進行對比說明，希望能為廣大設計人員提供參考。

1 超高設置的由來

汽車在平曲線上行駛時會產生離心力，其方向水平背離圓心。離心力對汽車在平曲線上行駛的穩定性影響很大，它可能使汽車向外側滑移或傾覆。為了減少離心力的影響，使汽車在平曲線上穩定行駛，必須將道路做成外側高、內側低呈單向橫坡的形式，這種設置叫做超高。

眾所周知，根據汽車行駛受力分析，離心力F大小如下：

由于豎向力是穩定因素，橫向力是汽車行駛的不穩定因素，而同樣大小的力作用在不同重量的汽車上其穩定性程度是不一樣的，于是采用橫向力系數來衡量，其物理意義可近似地理解為單位車重上受到的橫向力。由此可以推導出橫向力系數μ、超高ih、設計速度ν和圓曲線半徑R之間的關系，即：

在實際應用中，設計速度和圓曲線半徑都是已知的，要確定超高的取值，尚需確定橫向力系數μ的取值。

2 μ值的確定

汽車在彎道上行駛的穩定性，主要是指橫向抗滑穩定，即保證汽車不會橫向滑移，抗滑穩定取決于路面的潮濕程度、車速、路面類型等，其中與路面的潮濕程度關系最大。橫向力系數μ選用不僅考慮汽車在彎道上行駛時的穩定性，還要考慮乘客的舒適性以及對燃料、輪胎消耗的影響，汽車在彎道上行駛時，不同的μ值對乘客的舒適感和對燃料、輪胎消耗的影響見下表1、表2。

《公路工程技術標準》（JTG B01-2014）[1]中規定μ的取值如下表所示：

《城市道路路線設計規范》（CJJ 193-2012）[2]中，考慮到我國城市道路大型客、貨車較多的特點，而且城市道路由于非機動車的干擾，交叉口較多，一般車速偏低，因此μ值可以加大點。其取值如下表所示：

3 i值的確定

在公路上，為了迅速將路面雨水排出公路范圍以外，防止雨水下滲路基，路拱橫坡一般取值2%;而城市道路中一般車行道較寬，為了防止車行道邊線與中心線落差過大，影響美觀，路拱橫坡一般取值1.5%。

4 工程案例

案例一：湖北省宜昌市宜都市某一級公路兼城市主干路，設計速度60 km/h，機動車道寬18 m，路拱橫坡1.5%，JD1半徑=300 m，超高設置情況如下所示：

方法一：按公路工程標準計算

根據《公路路線設計規范》（JTG D20-2017）[3]，查表7.4.1，不設超高的圓曲線半徑R=1 500 m，故R=300 m時需要設置超高。查表7.5.1，城鎮區域最大超高為4%，查條文說明表7-1，超高取值為3%。

方法二：按城市道路工程標準計算

對于城市道路超高值的設定，亦有兩種方式，一種是直接通過城市道路路線設計規范取值，另一種是通過理論計算取值。

（1）查規范：

根據《城市道路路線設計規范》（CJJ 193-2012）[2]，查表6.3.2，不設超高的圓曲線半徑R=600 m，故R=300 m時需要設置超高。查表6.4.1，設計速度為60 km/h時，最大超高橫坡度為4%，超高取值為4%。

（2）根據公式計算：

本項目設計速度為60 km/h，路拱橫坡為1.5%，不設超高最小半徑為R=ν2/[127·（μ+i）]= 602/[127×（0.067-0.015）]=545.12 m。

因此R=300 m時需要設置超高。

ih=ν2/（127·R）-μ= 602/（127×300）-0.067=0.027

因此本項目超高取值為3%。

經過對橫向力系數的驗算，μ=ν2/（127·R）-ih=602/（127·300）- 0.03=0.064﹤0.067，本案例中，超高設置滿足行車舒適和安全的要求。

綜上所述，超高設置過大時對非機動車的行駛不利，本案例超高設為3%更加合理。

案例二：湖北省宜昌市興山縣某三級公路兼城市支路，設計速度40 km/h，機動車道寬12 m，路拱橫坡1.5%，JD3半徑=250 m，超高設置情況如下所示：

方法一：按公路工程標準計算

根據《公路路線設計規范》（JTG D20-2017）[3]，查表7.4.1，不設超高的圓曲線半徑R=600 m，故R=250 m時需要設置超高。查表7.5.1，城鎮區域最大超高為4%，查條文說明表7-1，超高取值為3%。

方法二：按城市道路工程標準計算

（1）查規范：

根據《城市道路路線設計規范》（CJJ 193-2012）[2]，查表6.3.2，不設超高的圓曲線半徑R=300 m，故R=250 m時需要設置超高。查表6.4.1，設計速度為40 km/h時，最大超高橫坡度為2%，超高取值為2%。

（2）根據公式計算：

本項目設計速度為40 km/h，路拱橫坡為1.5%，不設超高最小半徑為R=ν2/[127·（μ+i））= 402/[127·（0.067-0.015）]=242.28 m。

因此R=250 m時無需設置超高。

但為了滿足規范的要求，可設置等同于路拱橫坡的超高，此時μ=ν2/（127·R）- ih= 402/（127×250）- 0.015=0.035﹤0.067，綜上所述，本案例超高設為1.5%比設為2%更加合理。

5 結語

綜上所述，公路主要為長距離的交通流，車輛運行速度高，μ取值一般按0.035～0.040取用;而城市道路主要具有功能多樣性、交通組成復雜、交叉口多的特點，車輛運行速度較低，所以同樣的線形和設計速度，μ取值一般要大些，因此公路的超高設置相對城市道路來說偏高。并且城市道路的超高設置需要理解計算原理，具體問題具體分析，設計時靈活應用規范，合理地設置超高。

參考文獻：

[1]JTG B01-2014，公路工程技術標準[S].人民交通出版社股份有限公司，2014.

[2]CJJ 193-2012，城市道路路線設計規范[S].中國建筑工業出版社，2012.

[3]JTG D20-2017，公路路線設計規范[S].人民交通出版社股份有限公司，2017.