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

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：

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