公路回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡段設(shè)置方式探討

韋波 周群

摘要：為解決公路路線設(shè)計(jì)中回旋線過(guò)長(zhǎng)超高設(shè)置困難的問(wèn)題，文章以某二級(jí)公路為工程背景，結(jié)合《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》，總結(jié)多年路線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公路回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡段設(shè)置方式進(jìn)行了探討，對(duì)比分析了三種不同超高過(guò)渡段的設(shè)置方式。研究結(jié)果表明：以橫向力系數(shù)值為基準(zhǔn)，當(dāng)回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)，超高過(guò)渡方式一為最優(yōu)設(shè)置方式。

關(guān)鍵詞：路線;回旋線;超高;超高過(guò)渡段;橫向力系數(shù)

0 引言

公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，超高過(guò)渡段的設(shè)計(jì)一直是路線設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)[1-3]。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)同行做了不少的研究，提出了不少超高過(guò)渡段的設(shè)置方式[4-8]。綜合設(shè)計(jì)同行們的研究發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的設(shè)計(jì)同行在回旋線未過(guò)長(zhǎng)時(shí)采用的超高過(guò)渡方式大致相同，相對(duì)較為簡(jiǎn)單。但在回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)超高過(guò)渡方式卻大相徑庭，相對(duì)較為困難。因此，為解決公路路線設(shè)計(jì)中回旋線過(guò)長(zhǎng)超高過(guò)渡段設(shè)置困難的問(wèn)題，本文以某二級(jí)公路為工程背景，依據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（G D20-2017）[9]，總結(jié)筆者從事路線設(shè)計(jì)多年經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公路回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡段設(shè)置方式（簡(jiǎn)稱“超高過(guò)渡方式”，下同）進(jìn)行深入探討，以橫向力系數(shù)值為基準(zhǔn)，通過(guò)分析三種超高過(guò)渡方式橫向力系數(shù)不同變化情況，對(duì)比得出最優(yōu)超高過(guò)渡方式，為今后路線設(shè)計(jì)中回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡方式提供借鑒。

1 工程背景簡(jiǎn)介

本文背景工程為設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h的某二級(jí)公路，其路基寬度為10 m，半幅行車(chē)道與硬路肩寬度總和為4.5 m。選取某左轉(zhuǎn)交點(diǎn)作為本文研究對(duì)象，設(shè)ZH點(diǎn)樁號(hào)為K0+000，其基本型曲線中圓曲線半徑為[WTBX]R[HTXH]=300 m，回旋線長(zhǎng)度設(shè)置為[WTBX]LS[HTXH]=150 m，超高過(guò)渡方式采用《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的線性過(guò)渡方式，設(shè)計(jì)超高值為6%，最大超高漸變率為1/175，計(jì)算最短回旋線長(zhǎng)度為63 m，最小超高漸變率為1/330，計(jì)算最長(zhǎng)回旋線長(zhǎng)度為118.8 m。

2 一般情況下的超高過(guò)渡方式分析

規(guī)范定義：超高過(guò)渡段是公路橫坡從設(shè)計(jì)路拱坡度過(guò)渡到公路圓曲線最大超高值的路段，也是汽車(chē)從平穩(wěn)行車(chē)到車(chē)輛在彎道中傾斜行車(chē)的過(guò)渡路段[9-10]。超高過(guò)渡段長(zhǎng)度與其超高漸變率關(guān)系為：

設(shè)計(jì)中常用的超高方式主要有基本型、S型和卵型三種，根據(jù)不同的線形組合，一般情況下公路路線設(shè)計(jì)中常采用以下三種超高過(guò)渡方式：

如圖1所示，超高過(guò)渡方式一為當(dāng)實(shí)際超高漸變率[WTBX]P≥1/330，且P實(shí)

3 回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡方式分析

以背景工程為例，因本項(xiàng)目為舊路改擴(kuò)建項(xiàng)目，考慮綠色環(huán)保節(jié)能的設(shè)計(jì)原則，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范指標(biāo)前提下，盡量利用原有道路，路線需盡量擬合原舊路線形，減少征拆量，故需設(shè)置過(guò)長(zhǎng)的回旋線。回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)，若在回旋線內(nèi)完成全部超高過(guò)渡，其[WTBX]P[HTXH]則小于1/330，不滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，這種情況下《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（G D20-2017）中只規(guī)定超高過(guò)渡段應(yīng)設(shè)在回旋線的某一區(qū)段范圍內(nèi)，并沒(méi)有明確規(guī)定具體的設(shè)置區(qū)段和設(shè)置方法。筆者總結(jié)多年路線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出在回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)，超高過(guò)渡段有以下常用的三種設(shè)置方式（詳見(jiàn)圖2～4）：

如圖2所示，超高過(guò)渡方式一為基本型與S型曲線相接處分別取-2%～+2%段和0～+2%段的漸變率為1/330，超高漸變段長(zhǎng)度分別為59.4 m和29.7 m，剩余的超高值在剩余的回旋線作線性過(guò)渡，超高過(guò)渡段在全回旋線長(zhǎng)度范圍內(nèi)進(jìn)行，即LS=LC[HTXH]。

如圖3所示，超高過(guò)渡方式二為基本型曲線與S型曲線相接處分別從-2%和0直接取1/330漸變率漸變至設(shè)計(jì)超高值，超高過(guò)渡段為遠(yuǎn)離圓曲線端設(shè)置，長(zhǎng)度小于回旋線長(zhǎng)度，即LS>LC。

如圖4所示，超高過(guò)渡方式三為是基本型曲線與S型曲線相接處超高起始點(diǎn)設(shè)置在曲率等于不設(shè)超高最小半徑值處，取-2%～+2%段的漸變率為1/330，剩余的超高值在剩余的回旋線作線性過(guò)渡，超高過(guò)渡段為靠近圓曲線端設(shè)置，長(zhǎng)度小于回旋線長(zhǎng)度，即LS>LC。

4 不同超高過(guò)渡方式橫向力系數(shù)分析

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（G B01-2014）[10]得知設(shè)計(jì)橫向力系數(shù)是衡量路線安全設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。不同的超高過(guò)渡段設(shè)置方式，其橫向力系數(shù)變化也隨之不同。筆者假定當(dāng)橫向摩阻系數(shù)一定時(shí)，基于橫向力系數(shù)值的動(dòng)態(tài)變化，對(duì)回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)的三種超高過(guò)渡方式進(jìn)行比較分析。

4.1 超高過(guò)渡方式一橫向力系數(shù)分析

以背景工程為例，按回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)超高過(guò)渡方式一分別計(jì)算得出前、后超高過(guò)渡段相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1，參考文獻(xiàn)[3]分析方法，取間距約50 m的樁號(hào)，計(jì)算得各特征點(diǎn)橫向力系數(shù)值見(jiàn)表2，橫向力系數(shù)分布如圖5所示。

如圖5所示，超高過(guò)渡段橫向力系數(shù)值從K0+000至K0+100變化為從0.02下降至0.016，從K0+100至K0+150變化為從0.016上升至0.035。在整個(gè)全超高段中基本維持在0.035，橫向力系數(shù)平均值為0.025 5。

4.2 超高過(guò)渡方式二橫向力系數(shù)分析

以背景工程為例，按回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)超高過(guò)渡方式二分別計(jì)算得出前、后超高過(guò)渡段相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表3，參考文獻(xiàn)[3]分析方法，取間距約50 m的樁號(hào)，計(jì)算得各特征點(diǎn)橫向力系數(shù)值見(jiàn)表4，橫向力系數(shù)分布如圖6所示。

如圖6所示，超高過(guò)渡段橫向力系數(shù)值從K0+000至K0+119的變化為從0.02下降至0.015，從K0+119至K0+150的變化為從0.015上升至0.035。在整個(gè)全超高段中基本維持在0.035，橫向力系數(shù)平均值為0.023 8。

4.3 超高過(guò)渡方式三橫向力系數(shù)分析

以背景工程為例，按回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)超高過(guò)渡方式三分別計(jì)算得出前、后超高過(guò)渡段相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5，參考文獻(xiàn)[3]分析方法，取間距約50 m的樁號(hào)，計(jì)算得各特征點(diǎn)橫向力系數(shù)值見(jiàn)表6，橫向力系數(shù)分布如圖7所示。

如圖7所示，超高過(guò)渡段橫向力系數(shù)值從K0+000至K0+030的變化為從0.02下降至0.001，從K0+030至K0+089的變化為從0.001上升至0.036，從K0+100至K0+150的變化為從0.036下降至0.035。在整個(gè)全超高段中基本維持在0.035，橫向力系數(shù)平均值為0.026 3。

對(duì)比分析回旋線過(guò)長(zhǎng)時(shí)三種超高過(guò)渡方式的橫向力系數(shù)如圖8所示。

分析圖8可知，三種超高過(guò)渡方式都能保證行車(chē)安全，但超高過(guò)渡方式三波動(dòng)幅度最大，變化區(qū)間距離差別最大，大于0.035橫向力系數(shù)值維持的區(qū)間距離最大，折線斜率也最大。超高過(guò)渡方式二橫向力系數(shù)平均值最小，整體上優(yōu)于超高過(guò)渡方式三，但數(shù)值與超高過(guò)渡方式一、三相差無(wú)幾。而相比超高過(guò)渡方式二、三，超高過(guò)渡方式一橫向力系數(shù)變化均勻，波動(dòng)幅度最小，變化區(qū)間距離最均衡，折線斜率最小，舒適度最高。綜合分析認(rèn)為超高過(guò)渡方式一為三者中最優(yōu)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以背景工程為基礎(chǔ)，結(jié)合路線設(shè)計(jì)規(guī)范，總結(jié)多年路線設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)公路回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡方式進(jìn)行了深入的研究，分析了三種回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下超高過(guò)渡段設(shè)置方式的橫向力系數(shù)變化情況，并通過(guò)對(duì)橫向力系數(shù)的對(duì)比發(fā)現(xiàn)超高過(guò)渡方式一橫向力系數(shù)變化均勻，波動(dòng)幅度最小，變化區(qū)間距離最均衡，折線斜率最小，舒適度最高，為三種超高過(guò)渡方式中最優(yōu)。建議今后公路路線設(shè)計(jì)中回旋線過(guò)長(zhǎng)情況下的超高過(guò)渡方式可借鑒本文方式一進(jìn)行設(shè)置。

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作者簡(jiǎn)介：[ZK（][HT9.XH]韋 波（1987—），工程師，主要從事道路工程設(shè)計(jì)工作。