浅谈二级及以下公路超高过渡段的设置

浅谈二级及以下公路超高过渡段的设置

摘要：路基超高是影响行车舒适与安全的重要因素之一，超高渐变段的设定是超高设计的关键环节，通过对《公路路线设计规范》各条文的理解，简要分析几种超高渐变段的设置方式。

关键词：公路 超高方式

路基超高是影响行车舒适与安全的重要因素之一，当圆曲线半径小于免设超高半径时，需在圆曲线外 侧设置全超高。由直线路段的标准路拱横坡向全超高横坡过渡的部分即为超高渐变段。缓和曲线是道路平面线形要素之一，它是设置在直线与圆曲线之间或半径相差较大的两个转向相同的圆曲线之间的一种曲率连续变化的曲线。

一、超高的理论依据

从车辆的运行轨迹上看，车辆从直线路段向弯道行驶，曲率半径由无穷大渐变到R，再由R渐变无穷大，车辆转弯时在侧向力的作用下，当车轮的侧向反作用力达到附着力时，汽车将沿着侧向力的作用方向滑移，侧向力同时将引起左右轮法向反作用力的改变，当一侧车轮的法向反作用力变为零时，汽车将发生翻车。为抵消车辆在曲线路段行驶时所产生的离心力，需在该路段横断面上设置相应的超高，使汽车自重分力得以抵消一部分离心力，从而提高行车舒适性与安全性。

离心力

F=mV2/r

r=A2/L

上式中，F—离心力

m—车辆运行时的总质量(kg)

V—车辆运行速度（m/s）

r—车辆所在位置的曲率半径（m）

A—回旋参数

L—回旋线上某点至原点的距离（m）

（2）超高横坡度ic

ic=V2/127R-μ

式中，ic —超高横坡度

V—车辆运行速度（m/s）

R—曲线半径（m）

μ—横向力系数

二、超高过渡段与超高渐变率

由直线段的双向路拱横断面逐渐过渡到圆曲线段的全超高单向横断面，其间必须设置超高过渡段。

Lc=B·△i/p

式中Lc—最小超高过渡段长度（m）

B—未设硬路肩的公路，B值为旋转轴至行车道（设路缘带时为路缘带）外侧边缘的宽度（m）；设有硬路肩的公路，B值为旋转轴至硬路肩外侧边缘的宽度。

△i—超高坡度与路拱坡度代数差（%）

P—超高渐变率。为了使路面排水顺畅，超高渐变率不应小于1/330，同时不应大于《路线设计规范》（JTGD20-2006）表7.5.4内之规定值。

《路线设计规范》（JTGD20-2006）表7.5.4超高渐变率

三、常见的超高过渡段设置方式

根据《路线设计规范》（JTGD20-2006）第7.5.6条的规定：“超高的过渡应在回旋线全长范围内进行。当回旋线较长时，其超高的过渡可采用以下方式：（1）超高过渡段可设在回旋线的某一个区段范围内，其超高过渡段的纵向渐变率不得小于1/330，全超高断面宜设在缓圆点或圆缓点处。”由此可得出以下两种超高渐变段设置方式。

当Lc=Ls时的全缓和曲线超高

超高起点位于ZH（HZ）点，由标准路拱横坡按固定一个渐变率向全超高值HY(YH) 均匀过渡（见图1）；

图1

当Lc平面设计时，当线形要求使得缓和曲线较长，且采用P=1/330计算得出超高过渡段Lc该种方式又可分为三种形式，第一种是超高过渡段起点位于ZH（HZ）上，按P=1/330均匀过渡，未达到HY(YH)点之前达到与圆曲线相同的最大超高值，此时渐变率是一条折线。（见图2）。

图2

例1，二级公路，设计时速60km/h，路基宽度10m，路面宽度9m，超高方式为绕中轴旋转，JD1 R=300m，Ls=150m，最大超高值6%，ZH=K0+100，HY=K0+250，QZ=K0+325，YH=K0+400，HZ=K0+550。如按全缓和曲线设置超高，则超高渐变率P= B·△i/ Lc=1/375<1/330,，按(图2)的超高方式计算，采用P=1/330，超高过渡起点位于ZH=K0+100，计算结果如下：

第二种是最大超高值终于HY(YH)上，按P=1/330反向ZH（HZ）方向延伸，在ZH（HZ）至超高过渡段起点之间有某一区段缓和曲线路拱横坡与直线段相同。（见图3）该种方式值得注意的是，超高过渡点的起点处的曲率半径必须大于或等于免设超高半径。

图3

例2，二级公路，设计时速60km/h，路基宽度10m，路面宽度9m，超高方式为绕中轴旋转，JD1 R=320m，Ls=150m，回旋参数A=219.09，最大超高值6%，ZH=K0+100，HY=K0+250，QZ=K0+325，YH=K0+400，HZ=K0+550。如按全缓和曲线设置超高，则超高渐变率P= B·△i/ Lc=1/375<1/330,，按(图3)的超高方式计算，采用P=1/330，超高过渡终点位于YH=K0+250，计算结果如下：

首先计算超高过渡段长度Lc= B·△i/p=118.8m。超高过渡起点初拟在K0+131.2；

其次计算超高过渡起点的曲率半径r, r=A2/L=219.092/（150-118.8）=1538.48m，大于免设超高半径，满足规范要求。

第三种就是在第二种的前提之下，超高过渡起点处的曲率半径r小于《规范》规定的免超高半径时，超高过渡起点应继续往ZH方向顺延，即超高过渡段位于ZH（HZ）与HY（YH）的区间范围内。（见图4）

图4

例3，二级公路，设计时速60km/h，路基宽度10m，路面宽度9m，超高方式为绕中轴旋转，JD1 R=250m，Ls=150m，回旋参数A=193.65，最大超高值6%， ZH=K0+100，HY=K0+250，QZ=K0+325，YH=K0+400，HZ=K0+550。如按全缓和曲线设置超高，则超高渐变率P= B·△i/ Lc=1/375<1/330,，因此需采用P=1/330计算超高过渡段：

假设已知超高过渡起点的曲率半径r=1500m,计算超高起点至ZH点的距离L， L=A2/r=193.652/1500=25m，即超高过渡起点定在K0+125。

计算超高过渡段长度Lc= B·△i/p=118.8m。

按图4方式计算结果如下：

低等级公路，当缓和曲线长度小于超高过渡段长度(Ls图5

例4，三级公路，设计速度30㎞/h，路基宽度7.5m，路面宽度6.5m，超高旋转轴为中心线，JD1 R=60m，Ls=30m，回旋参数A=42.43，最大超高值7%，超高渐变率P=1/125，ZH=K0+100，HY=K0+130，QZ=K0+145。首先计算超高渐变段长度Lc，Lc=B·△i/ P=3.25*9%*125=36.56m，大于缓和曲线长度，可按图5的超高方式调整，需将超高过渡段向直线方向延伸6.56m，计算结果如下：

四、同向曲线的超高设置

同向曲线间距应保证6V的直线段，当受地形或其他特殊情况时，可将其组合为C型曲线，因C型曲线行车舒适及安全性较差，因此，极少使用，如情况特殊须采用C型曲线时，应在曲线GQ点处，采用向内弯倾斜的2%的超高横坡。（见图6）

图6

C型曲线GQ点处为单向横坡2%，因此当超高渐变率P小于1/330时， HY至GQ点的区段内路面排水亦不成问题，但从图中可以看出，超高渐变率不连续，呈“V”字形，对行车舒适性及安全性有一定影响，因此，在条件允许的情况下，应在两个同向圆曲线之间插入回旋线形成卵形曲线，使超高渐变率变得连续，提高行车舒适性与安全性。

五、平纵组合

平纵组合中，值得注意的一个指标是合成坡度，所谓合成坡度就是纵坡的平方与超高横坡的平方之和的开方值。

当陡坡与小半径曲线相重叠时，宜采用较小的合成坡度。根据《路线设计规范》（JTGD20-2006）第8.5.,2条的规定，下述情况其合成坡度必须小于8%。

冬季路面有积雪、结冰的地区；

自然横坡较陡峻的傍山路段；

非汽车交通量较大的路段。

在路线设计时，应综合各种因素做好平纵设计，对于陡坡路段不应配置小半径，否则，合成坡度突破限值会造成大货车在低速行驶时侧翻、侧滑等事故。

六、值得注意的问题

1、公路选线时，平面缓和曲线的长度不应小于超高过渡段长度；可根据相关的公式反算缓和曲线最小长度。

2、因线型需要缓和曲线较长时，首先应核实超高渐变率是否小于1/330，如小于1/330则应调整超高渐变段。

3、低等级公路如缓和曲线长度小于超高渐变段长度，可适当将部分超高过渡段插入直线段，但最多可以使直线路段达到2%的单向横坡。

4、目前公路设计使用的软件对于超高计算方法比较单一，软件不会辨别超高渐变率是否满足规范要求，更不会自动调整超高过渡段，因此，很多时候需要人工计算。超高过渡段的特征点桩号应列入《路基设计表》中，以利指导施工。

七、结语

本文针对二级及以下公路的超高设置问题进行简单的分析，期望有更多的同行、专家对公路的超高问题进行更深入的研究，进一步提高公路行驶的舒适性与安全性。

参考文献

[1]中交第一公路勘察设计研究院．公路路线设计规范（JTGD20-2006）．北京．人民交通出版社，2006.