公路平曲线超高横坡的设计与运用研究

公路平曲线超高横坡的设计与运用研究
发表时间：2019-05-20T13:46:18.327Z 来源：《防护工程》2019年第3期作者：张欢欢
[导读] 本文将以实际工程为例，简单对公路曲线超高设计原理、计算方式及其运用进行研究。

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摘要:当汽车处在双向横坡弯道外侧的车道上进行行驶时，受到车辆本身的自重作用、水平分力作用、离心力作用，车体方向的运行状态整体将呈现向外侧，这极大的影响了车辆在行驶过程中的横向稳定性，对驾驶安全造成一定的不利影响。

所以，公路在进行弯道的设计过程中，通常需要将道路外侧的车道进行升高处理，从而构成和内侧的车道在同一坡度内单坡的横断面，这种设计和施工方式被统称为超高设计。

简单归纳来讲，超高设计的作用只要是通过利用车辆本身自重水平分离进行离心力的抵消和消除，从而提高车辆在弯道位置行驶的安全性。

本文将以实际工程为例，简单对公路曲线超高设计原理、计算方式及其运用进行研究。

关键词:公路；平曲线；超高横坡；设计；运用
1 公路平曲线超高横坡的设计研究
正常情况下，公路平曲线超高横坡取值情况和横向力的系数取值有直接的联系，在计算中，如何能够综合的考虑公路超高坡和横向力的系数值，直接关系到车辆在公路弯道区域行驶的安全性、稳定性及舒适性。

当汽车在公路弯道区域正常行驶时，由于车辆横向力的系数根据惯性作用发生了变化，所以车内乘客也会受到惯性作用力的影响，有所感觉。

在横向力系数的取值过程中，需要根据相关专业计算保证数值合理，只有在确定其横向力的系数之后，才可以进行公路超高横坡的计算和设计，按照相关规范规定的横向力度系数进行取值，利用二次破无线进行方程的计算，才能给超高坡设计提供科学的保障。

计算关系式为：
i +v =v 2/127R.关系式中，v 代表车辆行驶速度，单位为千米每小时；i 代表超高横坡数值；R 代表平曲线的半径值，单位为米，μ 则代表横向力作用的系数，其极限值是路面和车辆轮胎中间产生的横向摩阻系数。

在关系式右侧，给出的是车辆行驶在弯道上时所产生离心力的加速度，所以只需要在关系式中带入正常行驶车辆的实际车速及圆形半径值就能得到求导值。

关系式的左侧则分别是抵抗加速度超高坡、横向力系数。

要想求得 i 值，则需要对 i 和 μ 分别怎样分配进行明确。

在计算前需要考虑到，公路超高坡取值和曲线的取率应该成正比递增，当平曲线的曲率达到最大值，也就是平曲线半径最小的情况下，超高横坡的数值应该达到最大，按照这一设定进行取值，将会导致小半径的曲线超高坡度过大的情况，大半径曲线的超高横坡则会出现过小，导致横向力系数超过可承受范围的问题。

如果设定平曲线上的车辆是按照设定速度进行行驶的，其产生的离心力作用将会全部由横向力进行平衡，当超高横坡到达最大值后，其所增加离心力则由 μ 承担，从而克服之前取值造成的缺点。

但由于车辆的行驶速度无法严格按照设定执行，按照大多数车辆行驶速度进行计算的话，就必须使设计具备良好的行驶条件。

如图 1 所示，其中③是通过对②进行改进进而得到的数值，其中存在不同的是②为预定设计速度，③则是车辆的实际行驶速度。

④则为①与②连接曲线数值，如果平曲线的曲率很小，就可以按照图一中③所设定的方式进行取值，根据适中的超高横坡来抵消一定的横向力作用，但随着曲率的不断增加，则需要按照最大超高值的方式进行超高设定，从而可以达到克服上述取值的几种方式中存在的弊端。

2 公路平曲线超高横坡运用研究
以某城市道路建设工程的设计情况为例，工程建设时设定的速度为六十千米每小时，其中最小的平曲线半径设定为六百五十米，在一般情况下路段大陆横坡设定为百分之二左右，公路的前后纵坡的坡度则设定为百分之二之内，超高值应为百分之八，在此条公路上，中小型车辆的运行速度设定为八十千米每小时，则最大横向力的系数应为 0.1，已知条件确定后，对该公路的超高横坡进行计算和设计。

从以上已给条件计算可以得出，超高横坡的坡度应为百分之六点七，横向力系数为 0.036。

在此公路上行驶的大型车辆速度取值为八十五千米每小时，如果设定超高值为百分之八，言曲县的极限值最小半径是三百一十六米，最大横向力的系数不做改变，则此时能够带入方程式进行计算，结果为超高坡度百分之四点四，横向力系数值为 0.01。

通过计算可以得出，由于在行驶过程中，大型车辆和中小型车辆的速度并不相同，所以应对应的超高坡度也存在区别，如果将超高坡的取值设定为百分之七，通过计算可以得到横向力的系数是 -0.02，在这种情况下，大型车在行驶过程中产生的水平分力将会大于其产生的离心力，如果将车辆速度设定为四十公里每小时，横向力的系数则为 -0.06，通过对相应数值进行分析，在此种情况下，大型车若在雨雪天气行驶，在转弯处受到向心力影响，将会出现很高的侧滑危险。

为了能够保证大型车辆能够安全行驶，就需要合理的降低超高横坡数值。

如果将超高横坡数值设定为百分之四，通过计算可以得出，横向力系数为
0.06，此时完全满足设计要求，但和工程设计中设定速度为一百公里每小时下，载七百米圆曲线内最小半径所对应的横向力保持相同系数，这就说明百分之四的超高横坡取值过小，车辆在行驶过程中的安全性和舒适度都会受到影响。

经过以上计算可以得出结论，该条公路的平曲线超高横坡数值应设定为百分之五，在这一数值范围内，高横坡范围内车辆速度保持在八十公里每小时到一百二十公里每小时范围内时，所对应的横向力系数分别为 0.02 和 0.05，此时系数为相对安全值，能够更好的保障在该段路程范围内，车辆行驶的安全性和舒适性。

3 公路加重组合型曲线超高的处理办法研究
3.1 公路线路长直线和平曲线相接
在这种路线组合的条件下，通常在车辆高速运行时容易发生事故，在弯道的超高值应尽量选择最大值，并且在进入弯道过程中需要设置足够长的缓和路线及曲线，如果道路没有设置超高值，在大半径范围内可以考虑将正常的路拱横坡设置为超高横坡，从而提高道路安全性。

3.2 公路同向曲线设置
在同向曲线路段中，如果直线路段长度不足，可以将直线路段的正常路拱段改设成单面坡，通过这种方式设计能够是超高过渡段更加缓和，留有足够的距离提高汽车行驶安全性。

3.3 关于公路平曲线超高横坡设计的建议
在对公里平曲线超高横坡进行设计的过程中，摩阻力通常设定为趋近于 0，在这一要求下，还应对不同车速行驶车辆差异进行考虑，注意可能存在的安全隐患，可以通过设定限行速度的方式提高安全性，限定速度不仅应有最高值，也应设定最低值。

参考文献：
[1]蒋立华 . 公路平曲线超高横坡设计 [J]. 黑龙江交通科技，2017，40（10）：19-20.
[2]李陆勋，马敏杰 . 重大件运输公路平曲线最大超高横坡分析 [J]. 林业建设，2012（06）：52-53.
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