城市道路超高设计分析

城市道路超高设计分析
【摘要】汽车在曲线路段上行驶时会产生一定的离心力，离心力被路面超高是汽车产生的横向力及路面与轮胎之间的摩擦力抵消，因而能保持横向稳定，顺利行驶。

超高是道路线形设计的重要内容，设计时视离心力的大小决定是否需要设置超高，合理的设置超高值及超高缓和段，能够是汽车在行驶过程中受力均匀、连续，提高行车的横向稳定性，保证行车的安全、舒适。

【关键词】城市道路;超高值;超高缓和段
1超高值的计算
根据规范[1][2]要求，当采用的圆曲线半径小于不设超高的最小圆曲线半径时，汽车在圆曲线上行驶时受到的横向力会使汽车产生滑移或倾覆。

为了抵消车辆在曲线路段行驶时所产生的离心力，将圆曲线部分的路面做成向内倾斜的超高横坡度，形成一个向圆曲线内侧的横向分力，使汽车能安全、稳定、满足设计速度和经济、舒适地通过圆曲线。

超高值一般由车速和圆曲线半径确定，过大的超高有可能会引起车辆的横向滑移，尤其在潮湿多雨及冰冻地区，当弯道车速慢或停止在圆曲线上时，车辆有可能产生向内滑移的现象，因此规范对最大超高值作了限制。

部分设计人员对道路超高值的设定，往往是根据经验取值，只要不超过规范限制的最大值即认为是合理的，这样的做法是不可取。

超高值过大，不仅不利于行车，而且对道城市景观也有一定的影响。

城市道路超高值可以按以下公式计算：
式中：i—超高值;V—设计速度（km/h）;R—圆曲线半径（m）;μ—横向力系数。

横向力系数μ的选用，不仅要考虑汽车在弯道上行驶的稳定性，还要考虑乘客的舒适性以及对燃料、轮胎消耗的影响。

汽车在弯道上行驶时，不同μ值对乘客的舒适感和燃料、轮胎消耗的影响如表1、表2所示。

表1汽车在弯道上行驶时对乘客的舒适感
乘客舒适感
≤0.10
转弯时不感到有曲线存在，很平稳
0.15
转弯时略感到有曲线存在，尚平稳
0.20
转弯时已感到有曲线存在，略感到不平稳
0.35
转弯时明显感到有曲线存在，已感到不平稳≥0.40
转弯时非常不稳定，站立不住而有倾倒的危险表2μ值对燃料和轮胎消耗的影响
μ
燃料消耗（%）
轮胎消耗（%）
100
100
0.05
105
160
0.10
110
220
0.15
115
300
0.20
120
390
结合我国城市道路大型客、货车较多的特点，在计算超高值时，一般按μ=0.067计算，利用公式可以计算出不同圆曲线半径对应的超高值，结合路面排水的需要，超高值一般不应小于路拱横坡值。

2超高缓和段的计算
为了确保车辆受力变化连续和驾乘舒适安全，需要合理的设置超高缓和段。

直线与小于不设超高半径的圆曲线之间应设置缓和曲线，以遵循车辆转弯行驶过程形成的曲率连续变化的轨迹线，根据规范要求，超高缓和段应在缓和曲线全长范围内进行，当缓和曲线较长时可在某一区段内进行。

缓和曲线长度与超高缓和段长度应取两者中的较大值作为缓和曲线的计算长度。

规范中对缓和曲线的最小长度和最大超高渐变率都有要求，缓和曲线越长、超高渐变率越小，行车越舒适、安全。

2.1缓和曲线长度
缓和曲线的最小长度受以下两个因素控制：
（1）为了缓和行车方向和离心率的突变，驾驶员能够易于操作，乘客感觉舒适，缓和系数αp不应过大（αp一般采用0.3m/s3～1.0m/s3，我国在道路设计中αp采用0.6m/s3）。

（2）缓和曲线应有足够的长度确保汽车在缓和曲线上行驶时，驾驶员有足够的时间转动方向盘，缓和曲线上形式的时间不宜小于3秒。

表3缓和曲线最小长度
设计速度（km/h）
100
80
60
40
30
20
缓和曲线最小长度（m）
85
70
50
45
35
25
20
2.2超高缓和段长度
超高缓和段长度计算公式如下：
式中：Le—超高缓和段长度（m）;b—超高旋转轴至路面边缘的距离（m）;Δi—超高横坡度与路拱横坡度的代数差（%）;ε—超高渐变率。

超高渐变率是指超高旋转轴与路面边缘之间相对升降的比率，其取值与旋转轴的位置有关，旋转轴绕中线旋转时最大超高渐变率较小，旋转轴绕边线旋转时超高渐变率较大。

同时为了满足路面排水要求，超高缓和段的纵向渐变率不得小于1/330。

表4最大超高渐变率
设计速度（km/h）
100
80
50
40
30
20
超高渐变率ε
绕中线旋转
1/225
1/2001/175
1/160
1/150
1/125
1/100
绕边线旋转
1/175
1/150
1/125
1/115
1/100
1/75
1/50
城市道路的线形一般受规划条件控制，规划道路中线一般由直线和圆曲线组成，即使圆曲线半径很小，规划中线也没有考虑设置缓和曲线。

因此，设置缓和
曲线会使道路的设计中线和规划中线存在一定的偏差，缓和曲线越长偏离规划线位越多。

为尽量较少设计中线与规划中线的偏差，进行道路线形设计时，超高缓和段的长度在满足规范要求的前提下尽量取小指。

2.3工程实例
大元路位于广州市南沙区上横沥岛，主线设计速度为60km/h，辅道设计速度为40km/h，道路标准段红线宽度为40m;道路上跨京珠高速，与上5#路、上11#路、上2#路、上4#路、灵新大道等多条道路相交;设大型桥梁1座跨越京珠高速，在大元路与上2#路交叉口处设大型桥梁1座跨越大元涌。

根据规划设计要点，道路中线由3个圆曲线及两条直线组成，圆曲线半径分别为1000m、400m、2000m，机动车道路拱横坡按2%设计。

根据规范要求，半径为400m的圆曲线需要设置超高。

（1）超高值的计算
根据公式计算，超高值如下
计算出来的超高值小于路拱横坡，故采用路拱横坡值，即2%。

横向力系数验算如下：
通过验算，采用2%的超高值能够满足行车舒适和安全的要求，取值是合理的。

（2）超高缓和段的计算
根据规范要求，设计速度为60km/h时，缓和曲线的长度不应小于50m。

道路按双幅路断面设计，标准横断面为3米（人行道）+2米（非机动车道）+2.5米（侧绿化带）+11.5米（机动车道）+2米（中央绿化带）+11.5米（机动车道）+2.5米（侧绿化带）+2米（非机动车道）+3米（人行道）=40米。

双幅路宜采用中间分隔带边缘线，使两侧的机动车道成为独立的超高横断面，道路的设计速度为60km/h，最大超高渐变率为1/125。

根据公式计算，超高缓和段如下：
计算出来的超高缓和段比规范要求的最小缓和曲线长，缓和曲线的长度取值应不小于57.5m，以满足超高渐变段的布设。

3结语
超高设计是道路路线设计的重要内容和细节设计，道路的超高与平面线形、道路横断面设置等有密切的联系，城市道路进行超高设计时，不能简单的根据规范要求取值。

道路的超高应结合规范、道路线形、道路断面计算得出，确保超高值、超高缓和段满足行车要求。

参考文献：
[1]城市道路工程设计规范CJJ37-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2]城市道路路线设计规范CJJ193-2012[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.。