道路曲线超高设计初探

摘要:道路线路超高率及缓和段值的选取是道路平面及横断面设计的重要内容。道路曲线处合理的设置超高,可以抵消汽车转弯时产生的离心力,提高汽车行驶的稳定性和舒适性。文章以工程实例为主线,结合道路横断面与平曲线设计,阐述了超高值的计算过程。

关键词:道路设计;曲线超高;缓和曲线;超高值计算

中图分类号:U412文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0137-02

道路曲线处合理的设置超高,可以抵消汽车转弯时产生的离心力,提高汽车行驶的稳定性和舒适性。当汽车等速行驶时,圆曲线上所产生的离心力是常数,而在回旋线上行驶则因回旋线曲率是变化的,其离心力也是变化的。因此,超高横坡度在圆曲线上应是与圆曲线半径相适应的全超高,在缓和曲线上应是逐渐变化的超高。这段从直线上的双向横坡渐变到圆曲线上的单向横坡的路段,称作超高缓和过渡段。

一、道路超高过渡段长度设计

由直线段的双向路拱横断面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。绕内缘旋转时,应先将外侧车道绕中线旋转,当达到与内侧车道构成单成横坡后,整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转,直到超高横坡值。这种过渡方式,包括了绕中心线旋转及有中央分隔带时绕中央分隔带边缘旋转两种方式。

一是外侧车道过渡至与内侧车道相同横坡的长度:

L1=(1)

式中:B为行车道宽度(m);i0为道路横坡(%);p1为渐变率,由于此阶段处于绕中心旋转,选用路线设计规范中绕中线时的渐变率。

二是整个断面绕未加宽前的内侧车道边缘旋转,直到超高横坡值所需的长度:

L2=(2)

式中:B含义同前;i超为超高,p2为渐变率,由于此阶段处于绕内边旋转,选用规范中的绕边线时的渐变率,如图1所示,超高过渡段的长度是:Lc=L1+L2

二、全超高段加宽设计

普通汽车考虑车速的影响,在曲线上一个车道路面的加宽值为:

e=+(3)

分向行驶的公路,当圆曲线半径较小时,内外侧车道的加宽值相差较大,应对内外侧车道分别加宽。当加宽值较大时,可通过计算确定加宽值。当车道宽度为3.5 m时,双车道路面的内外侧车道的加宽值计算公式推导如下:

由e内=+得:

e外=+(4)

式中:e内为内侧车道加宽值;e外为外侧车道加宽值。

三、道路超高设计确定与计算

某二级公路基本设计资料如下:设计车速:80km/h;同向曲线间直线最小长度:480m;反向曲线间直线最小长度:160m;缓和曲线最小长度:70m;平曲线最大超高:8%。

(一)平曲线组合要素

平曲线要素组合的类型有基本型、S型、卵型、凸型、复合型和C型,本设计采用基本型。

基本型:直线-回旋线-圆曲线-回旋线-直线,基本型的回旋参数,圆曲线最小长度都应符合有关规定。两回旋参数可以相等也可以设计成不对称的曲线从线形的协调性来看最好将回旋线,圆曲线,回旋线长度设计成1∶1∶1,如图2所示:

(二)道路横断面组成

公路的横断面有整体式断面和分离式断面两种,整体式断面包括行车道、中间带、路肩以及紧急停车带,爬坡车道等组成部分,本设计路幅采用整体式单幅双车道,具体横断面组成和各部分尺寸如图3所示:

(三)超高值的确定

本工程超高横坡度根据《圆曲线半径与超高值表》分别取为7%、8%、7%和7%,由于本路段为新建二级公路工程,故采用绕内边线旋转的超高方法,如图4所示:

(四)超高值的计算过程

1.横断面设计所需资料。本设计采用的数据为:行车道宽度2×3.75=7.5m,硬路肩宽度为1.50 m,土路肩宽度为0.75m,路拱横坡度ig=2%,路肩横坡度ij=3%。

2.设计计算过程。确定超高缓和段长度和超高值的计算。根据公路等级、设计车速和平曲线半径查表得圆曲线的超高值分别为:JD1:ic=7%、JD2:ic=8%、JD3:ic=7%、JD4:ic=7%新建二级公路一般采用绕内边线旋转形式,查表得超高渐变率为1/150。

现以JD1为例,具体计算过程如下:

(1)JD1:ic=7%,ig=2%,Ls=80m

1)超高缓和段长度:

LC===78.75m < Ls=80m,取LC=80时,横坡从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时的超高渐变率为:

p===0.013>

所以取LC=80。

2)x0=×80=22.875

圆曲线上(HY―YH):圆曲线上各桩号超高值相同

外缘hc=aij+(a+b)ic=2.25×3%+9.75×7%=0.750m

内缘hc"=aij-(a+Bjx)ic=2.25×3%-2.25×7%=0.129m

过渡段上,桩号K0+366.627处:x=0m

外缘hc=(aij-aig)+[aij+(a+b)ic]=2.25×1%+0=0.0225

中线hc'=aij+ig=2.25×3%+3.75×2%=0.225m

内缘hc"=aij(a+Bjx)ig=2.25×1%=0.0225

桩号K0+400.000处:x>33.373m>x0=22.837

外缘hc=(aij-aig)[aij+(a+b)ic]=2.25×1%+[2.25×3%+(2.25+7.5)×7%]×=0.335m

中线hc'=aij+ic=2.25×3%+××7%=0.177m

内缘hc"=aij-(a+Bjx)ic=2.25×3%-2.25××7%=0.002m

其它各桩号同理可得,将计算结果列于路基设计表。

(2)JD2:ic=8%,ig=2%,Ls=90

超高缓和段长度:LC==90m=Ls=90m。当取LC=90时,横坡从路拱坡度(-2%)过渡到超高横坡度(2%)时的超高渐变率为p===0.0133>,所以取LC=Ls=90。将计算结果列于路基设计表。

(3)JD3:ic=7%,ig=2%,Ls=80m

超高缓和段长度:LC===78.75m,所以取LC=Ls=80。将计算结果列于路基设计表。

(4)JD3:ic=7%,ig=2%,Ls=90m

超高缓和段长度:LC===78.75m,所以取LC=Ls=90。将计算结果列于路基设计表。

四、结语

超高、加宽及过渡段长度的设置不是孤立的,设计时应与定线、拉坡、横断面布置等同时考虑。道路线型除了需要从力学平衡的观点出发,保证汽车安全行驶外,还需要从乘客的舒适性出发,对线型设计提出明确的要求,使汽车行驶的动态变化规律与乘客的感觉、反应相协调。

参考文献

[1]交通部第一公路勘察设计院.公路路线设计规范(JTG D20-2006)[S].北京:人民交通出版社,2006.

[2]吴瑞麟.高等级道路弯道超高缓和段合理形式的探讨――谈超高缓和段立面的曲线过渡[J].华中科技大学学报(城市科学版),1991,(1).