多車道高速公路超高過渡方式分析

王震宇

(遼寧省交通規(guī)劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166)

《公路路線設計規(guī)范》(JTG D20—2017)(以下簡稱《規(guī)范》)對超高過渡的具體方式未做具體規(guī)定，因此在分析了一般高速公路超高過渡方式的基礎上，對規(guī)范提出的六車道及以上車道數(shù)的高速公路，增設路拱線的超高過渡方式進行了深入分析。

1 高速公路超高過渡段設置方式

《規(guī)范》7.5.6～7.5.7規(guī)定，超高過渡宜在回旋線全長范圍內進行。當回旋線較長時，其超高過渡段應設在回旋線的某一區(qū)段范圍內，超高過渡段的縱向漸變率不得小于1/330，全超高斷面宜設在緩圓點或圓緩點處。超高過渡宜采用線性過渡方式。

超高漸變率取值太大，會造成路面邊緣出現(xiàn)過于扭曲的外形，對行車運行的平穩(wěn)性和視距條件不利。超高漸變率取值太小，影響路面排水條件，特別是在縱坡不大的路段，容易出現(xiàn)排水不暢現(xiàn)象[1]。

因此，結合《規(guī)范》要求，以沿路面邊緣為轉軸的情況為例，新建高速公路可采用如下幾種超高過渡方式：

(1)線性過渡方式

超高過渡采用統(tǒng)一漸變率的線性過渡方式。以L-C基本型曲線為例，超過漸變段一般應布設在整個緩和曲線內，即Lc=Ls(X1=X2=0)，如圖1所示。

圖1 線性過渡超高方式圖

若考慮線形協(xié)調，在平曲線中配置了較長的緩和曲線，使得Ls>Lc。此時若超高漸變率P≥1/330,則仍可取Lc=Ls；若P<1/330，則超高的過渡段應在緩和曲線內部分的區(qū)段內進行。超高漸變段起點(或終點)處的曲率半徑應等于或者大于不設超高的最小半徑，超高漸變段終點(或起點)處的曲率半徑對應的超高值應與圓曲線半徑對應的超高值相等。

線性過渡方式設置相對簡單，路拱變化連續(xù)、均勻，但通常由于平曲線中配置較長的緩和曲線，使得整體超高漸變率較緩，當路幅寬度較寬時，路面橫坡“+2%～-2%”段排水可能存在不暢。

(2)三次拋物線過渡方式

圖2 三次拋物線過渡超高方式圖

三次拋物線過渡方式如圖2所示，最早是由香港方面推薦采用的，國內最早在廣深高速公路中采用[2]，其漸變曲線公式為：

式中：H為總超高度；Lc為總超高漸變段長度(m)；l為曲線上任意點到超高起點的距離(m)；h為距離為l處的超高度。

三次拋物線能夠比較好地解決路面排水問題。在超高緩和段的起點附近，超高漸變率較小，但是路面水可以沿路拱排走，在超高緩和段的終點附近，路面橫坡已漸變至全超高，路面水可以沿超高橫坡排走，對于中間路面橫坡“+2%～-2%”段，路面橫坡接近平坡，但是這里三次拋物線的超高漸變率比較大，拐點處的坡度約為超高漸變率平均值的1.5倍。采用拋物線漸變方式，在個別情況下需要對某些點進行檢驗，對超高漸變率小于1/330的段落進行檢驗。

三次拋物線過渡方式很好地對漸變率進行了合理分配，在排水困難的位置采用了大漸變率，在排水順暢的位置采用了小漸變率，兼顧了路面視覺和排水條件。但三次拋物線過渡方式不夠直觀，工程實施上也較為繁瑣。

(3)多漸變率線性過渡方式

為了克服在路面橫坡“+2%～-2%”段排水不利問題，與三次拋物線過渡方式類似，可以控制超高漸變率，使得超高橫坡在“+2%～-2%”段快速過渡，在排水順暢的其余緩和曲線范圍采用較緩漸變率過渡，這相當于是三次拋物線的一種簡化形式，如圖3所示。

圖3 多漸變率過渡超高方式圖

多漸變率線形過渡方式“+2%～-2%”段可按《規(guī)范》7.5.4規(guī)定的超高漸變率過去，兩側利用緩和曲線剩余段落過渡，由于其余段落路拱橫坡均大于2%，不存在排水問題，因此其漸變率可小于1/330。

(4)緩和曲線外超高過渡

當高速公路因特殊原因緩和曲線設置較短或者未設置緩和曲線情況下，又需要進行超高漸變時，可利用直線段進行超高漸變。根據(jù)美國《AASHTO》中的指導意見，可將2/3的超高漸變段設置在直線段，1/3設置在圓曲線范圍；當緩和曲線長度小于超高漸變段長度時，可借鑒日本規(guī)范，容許超高漸變段設置在緩和曲線范圍以外A/10的范圍內[3]。

2 六車道及以上車道數(shù)的高速公路超高過渡段設置方式

《規(guī)范》7.5.8規(guī)定，雙向六車道及以上車道數(shù)的公路宜增設路拱線。路面橫坡“+2%～-2%”段與縱坡小于0.5%段落重合時，則會出現(xiàn)合成坡度較小路面排水不暢的情況，尤其對于六車道及以上車道數(shù)的高速公路，路面較寬，路面排水路徑較長，且由于橫向寬度增加，路面橫坡“+2%～-2%”段長度也會增加，此時可以選擇采用行車道中間增設1～2個路拱線以加速排水。

(1)不增設路拱線

和四車道高速公路一樣，在道路一側路面橫坡始終保持相同的橫坡值。這種形式比較簡單，設計和施工都較為容易，但車道寬度較大時，對排水不利，適用于降雨量不大的地區(qū)，對于降雨量較大的地區(qū)，需要根據(jù)路面類型和自然條件計算其排水能力、外側水膜厚度等。

(2)增設一條路拱線

多路拱法是將橫坡值“+1%～-1%”段路面縱向沿行車道分割線、橫向沿超高漸變整數(shù)斷面進行分塊，將原來整塊路面漸變，調整為分區(qū)進行超高漸變，減短路面排水路徑長度。

以圖4斷面的十車道高速公路為例，設計速度120km/h，超高漸變率按1/250取值。增設一條路拱線，可將路拱線設置在客車道和貨車道分界位置。通過路面分區(qū)將超高過渡在縱向和橫向進行分散，超高過渡在A、B兩個區(qū)塊內進行，其他區(qū)域均為向內或者向外1%的橫坡，減小了匯水面積和坡面匯流長度，改善路面排水[4]，如圖5所示。

圖4 十車道整體式路基標準橫斷面圖(單位：cm)

圖5 單路拱超高漸變分區(qū)示意圖(單位：m)

(3)增設兩條路拱線

增設兩條路拱線，可將路拱線設置在客車道和貨車道(第二、第三車道之間)、第四與第五車道之間。與一條路拱線原理類似，這種形式更加細化了路面區(qū)塊，但是形式比較復雜，設計和施工難度均較繁瑣。當采用一條路拱線且分塊寬度仍較寬時，可采用該方式進一步細化路面區(qū)塊[5]。

圖6 多路拱超高漸變分區(qū)示意圖(單位：m)

3 結論

線性過渡方式設置簡單，但當路幅較寬時，可能存在排水不暢問題，可以采用三次拋物線或多漸變率線性過渡方式改善排水條件；并且針對六車道及以上車道數(shù)的高速公路，提出了增設路拱線的超高過渡方式，以十車道斷面為例，計算分析了增設一條和兩條路拱線的具體過渡和應用方式，對多車道高速公路進行深入研究具有重要意義。