高速公路路线设计中平均纵坡坡度的控制.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言公路路线设计规范（JTG D202017）出台实施前，国内相关规范中并无高速公路连续长大纵坡路段平均纵坡的具体规定。我国一部分公路工程建设于山岭重丘区，为克服高差，会普遍采用陡缓陡拉坡现象，造成了大量连续长大纵坡路段。该设计规范对高速公路及一级公路连续长大纵坡段平均纵坡和连续坡长进行了严格限定，但是对平均纵坡在4.0%以上的连续坡长值的规定仍较为宽松。对较长的连续长大纵坡段，即使全段平均纵坡均未超出2.5%，中间任意区段平均纵坡大于4.0%的情况也较容易出现，并成为交通事故频发区域。基于此，本文通过对既有高速公路平均纵坡控制及连续长大纵坡段交通事故频发区域平均纵坡情况的调查，对相对高差不超出300 m的连续长大纵坡任意区间平均纵坡控制要求进行分析，以期为高速公路路线设计中平均纵坡坡度的确定提供参考。1 平均纵坡坡度设计要素公路纵断面线形设计中主要涉及最大允许纵坡、平均纵坡、最小纵坡3种坡度及缓和坡度、陡坡坡长、最小坡长等要素问题。1）最大允许纵坡为不同等级道路在设计过程中允许使用的最大纵坡，该值主要根据运行车型及动力性能、道路等级及功能、运行环境等因素而合理确定。2）平均纵坡是设计路段纵向高差和路线设计长度之比，是在保证最大允许纵坡、缓和坡长等符合规范的基础上，确保行车安全的限制性指标。该指标在山岭重丘地区公路路线设计中较为常用，越岭选线时以路线纵断面为主要依据，其取值的合理与否直接关系山区道路纵面布设的合理性及行车安全性。3）当最小纵坡在 0.3%以下时会导致路面排水不良，且当积水达到一定深度时，必将在高速行车车轮和路面间形成水膜，影响行车安全。所以，高等级公路纵坡应控制在0.3%以上1。4）在公路纵面设计中，长度达到限制要求的陡坡应增设1段缓坡，以恢复陡坡上坡时减缓的速度，并保证下坡安全。按照 公路工程技术标准（JTG B012014），缓和坡段纵坡应不高于3.0%，长度应至少为最短坡长。我国当前高速公路等级的划分主要依据通行能力、交通量、服务水平及使用功能，并未与山岭重丘等地形直接挂钩，但对于山岭重丘等特殊地区的高速公路而言，行车速度必定受到特殊地形的影响。5）最短坡长的限制主要为满足公路行驶平顺性方面的要求。一般情况下，纵坡越陡峭且坡长越长，必定会引起车辆爬坡速度陡降，容易熄火；而对于长大下坡路段，则会因频繁制动而使制动器发热失效，引发交通事故。为此，必须对长大坡长进行限制，公路工程技术标准（JTG B012014）中规定的理想最大纵坡计算公式如下：i1=D-f（1）式（1）中：i1为理想最大纵坡；D为动力因数；为动力因数的海拔荷载修正系数；f为滚动阻力因数。相关参数取值见表1。凡是小于理想最大纵坡i1的纵坡均为缓坡，而大于理想最大纵坡i1的纵坡均应限制设计长度。2 平均纵坡控制指标合理性2.1 相关规定合理性引发高速公路连续长大纵坡路段交通事故的因素收稿日期：2022-12-30作者简介：王帅军（1994），男，助理工程师，从事路线设计方面工作。高速公路路线设计中平均纵坡坡度的控制王帅军（江西省公路科研设计院有限公司，江西 南昌 330000）摘要：对公路纵断面线形设计中涉及的最大允许纵坡、平均纵坡、最小纵坡及缓和坡度、陡坡坡长、最小坡长等要素进行了阐述，并对相关规范中平均纵坡控制指标合理性进行分析，提出山岭重丘区公路及其余道路路线设计中平均纵坡控制指标的建议值；以具体高速公路工程为例，对其K19+131K22+131和K49+080K58+600事故频发路段平均纵坡控制指标的确定进行分析验证。结果表明，为最大限度地避免连续长大纵坡路段交通事故，提升行车安全性，必须在加强全路段平均纵坡指标控制外，还应严格按照平均纵坡度进行纵坡设计。关键词：高速公路；路线设计；平均纵坡；坡度中图分类号：U412.3文献标识码：B53总660期2023年第30期（10月 下）非常复杂，公路路线设计规范（JTG D202017）中对长大纵坡路段平均纵坡控制指标做出较为明确的规定。公路路线设计细则（JTG/TD202009 总校稿）提出时，正是我国高速公路连续长大纵坡路段交通事故的频发期，因此其平均纵坡指标过于保守2。该总校稿依托的“山区高速公路平均纵坡研究”课题主要从调查山区高速公路连续长大下坡路段交通事故诱因、特征出发，应用实证分析构建起制动器外部温升模型，并论证了是否设置发动机辅助制动下平均纵坡和连续坡长的相关关系3。最终认为，对于相对高差在300 m以上的长大纵坡路段，平均纵坡应按2.5%控制；区间相对高差在300 m以内时平均纵坡与连续坡长的控制要求见表2。表2 相对高差在300 m以内时平均纵坡与连续坡长指标连续坡长推荐值/km连续坡长一般值/km连续坡长极限值/km平均纵坡（%）5.02.02.53.04.52.02.53.04.02.53.03.53.53.03.54.03.03.54.04.52.57.59.512.02.015.015.0/相对高差超出300 m时，平均纵坡推荐值和一般值之间相差0.1%0.3%，对工程造价和里程存在较大影响，但对交通安全的影响至今仍无定论。而区间相对高差在300 m以内时，基于连续长大纵坡交通事故频发的考虑，提出平均纵坡度连续坡长方面的要求；根据调查，平均纵坡取3.0%且连续坡长大于4 km或平均纵坡取4.0%且连续坡长大于3 km时，交通事故发生的频次明显提升，因此纵坡设计时必须尽可能接近平均纵坡，以降低交通事故。受各种因素的影响，公路路线设计细则（JTG/TD202009总校稿）并未出版，因此在公路路线设计规范（JTG D202017）出台前，高速公路长大纵坡设计基本以总校稿中相对高差大于300 m时平均纵坡应按2.5%控制为参考。公路路线设计规范（JTG D202017）对高等级公路连续长陡下坡路段平均坡度和连续坡长做出了规定，具体见表3。表3 高等级公路平均纵坡和连续坡长指标连续坡长/km相对高差/m平均纵坡（%）6.03.32005.53.82105.04.42204.55.42404.06.82703.59.33303.014.84502.520.05002.5不限不限由表3可知，设计规范中并未对平均纵坡小于2.5%的连续坡长进行限制，这一点与总校稿的规定基本一致。但设计规范中其余各级公路平均纵坡对应的连续坡长主要基于相对高差小于500 m的假定，因此相对高差在 300 m 以下的规定较为宽松，使设计的随意性增大。2.2 平均纵坡控制指标建议值平原微丘地区公路定线时通常先定平面，再定纵面和横断面；而山岭重丘地区及其他纵坡受限路线均应先定纵坡，再结合横面决定平面，以防出现高填、高挡墙等不合理设计。结合相关经验，在进行山岭重丘地区路线设计时，必须先点绘试坡线，也就是在地形图放坡后，通过不断调整，满足坡长限制、纵坡折减、缓和坡段等平面线形规定，避免过多使用缓坡或极限坡。尤其对于复杂地形路线纵坡紧迫或越岭展线地段，必须充分借助现有地形地势合理设置纵坡。在地形图上或地面实地放坡的过程中，必须按照表4规定选用合适的平均纵坡度。表4 山岭重丘地区公路平均纵坡度控制指标公路等级设计行车速度/（km/h）最大纵坡（%）平均坡度（%）最小缓和坡长/m最小缓和坡度（%）高限中值低限二、三、四级公路209.04.04.85.5603.0308.04.04.85.51003.0407.03.54.24.91203.0606.03.03.64.21503.0805.02.53.03.52002.5高速公路、一级公路605.02.53.03.51502.5805.02.53.03.52002.51004.02.02.42.82502.01203.01.51.82.13001.8山岭重丘地区二、三、四级公路越岭线平均纵坡表1 理想最大纵坡及相关参数取值计算行车速度/（km/h）滚动阻力系数（%）减速范围/（km/h）动力因数（%）海拔0m，=1.19的i1（%）海拔1000m，=1.05的i1（%）海拔2000m，=0.93的i1（%）海拔3000m，=0.82的i1（%）202.0初速205.84.94.13.42.8终速155.84.94.13.42.8302.0初速305.74.84.03.32.7终速205.84.94.13.42.8402.0初速405.44.43.73.02.4终速255.84.94.13.42.8601.5初速603.02.11.71.31.0终速403.52.72.21.81.4801.0初速802.31.71.41.10.9终速503.32.92.52.11.71001.0初速802.31.71.41.10.9终速553.22.82.42.01.61201.0初速802.31.71.41.10.9终速603.02.62.21.81.554交通世界TRANSPOWORLD坡度应在5.0%5.5%取值，任何连接长度为3 km的路段平均纵坡均应控制在5.5%以内；其余道路平均纵坡坡度应按照表 2规定相应降低 1.0%。表中内容适用于海拔不超出 3 000 m 的地域路线设计，对于海拔超出3 000 m 的地区，最大纵坡等参数值应在表 2 规定的基础上相应减少0.5%1.0%。3 平均纵坡坡度的应用3.1 工程概况通过对大量事故多发路段的调查发现，对于连续长大纵坡长度不超出 15 km 的路段，事故多频发于坡底处；而对于纵坡长度超出 15 km，特别是 30 km 以上的路段，事故则频发于中间较大纵坡路段。某高速公路全长 245 km，交通事故多集中在 K131+49K131+52 和 K49+080K58+600 里程段，路段基本情况见表 5。该高速公路全段平均纵坡 2.97%，其中平均纵坡在 4.0%以上的路段有 8 段，总长度为5.69 km；两段事故频发路段平均纵坡分别为 3.95%和 3.81%。表5 交通事故频发路段平均纵坡情况项目取值连续长大纵坡全长/km13.043.5事故多发位置坡底中间事故频发路段桩号K19+131K22+131K49+080K58+600路段长/km3.09.52平均纵坡（%）3.953.813.2 任意区间平均纵坡控制指标根据我国现行 公路路线设计规范（JTG D202017）对坡长限制及最大纵坡等的规定，当设计速度为80 km/h时最大纵坡取5.0%，在受地形条件限制的情况下，通过技术论证可增加1.0%。如果采用最大纵坡+最大坡长或最大缓坡+最小坡长的组合拉坡，则连续拉坡次数和连续坡长的关系见表6。长大纵坡路段纵坡设计控制必须充分考虑平均纵坡的原因，对于平均纵坡超出4.0%连续坡长，应将拉坡次数控制在2次。该高速公路最大路段连续下坡坡长为 43.5 km，平均纵坡2.56%，经过对其长大纵坡路段全段纵断面的设计核查，平均纵坡在3.0%以上的任意区间平均纵坡控制指标不满足推荐值4。4 结束语综上所述，现行公路路线设计规范（JTG D202017）对各级公路平均纵坡对应的连续坡长均作出了限定，但对于连续长大纵坡路段，在区间相对高差不超出300 m的任意区间平均纵坡控制指标缺乏时，存在较大的拉坡随意性，很容易造成中间区间路段较长的陡坡段落，引发交通事故；且区间平均纵坡越陡峭，连续坡长越长，则发生交通事故的可能性也越大。本文对高速公路连续长大纵坡路段中相对高差不超出300 m的任意区间平均纵坡控制指标的补充对路线设计实践具有一定的指导意义，但影响高速公路长大纵坡路段设计的因素非常多，还必须结合安全保障技术等层面进行研究。参考文献：1 李涛，赵韬，王涛，等.山区高速公路长大纵坡路段平、纵面指标运用J.公路，2022，67（5）：19-21.2 安超杰，张旭丰，张堂仁，等.山区公路长大纵坡段平均纵坡与工程规模关系研究J.公路，2022，67（5）：30-37.3 段晓伟.高速公路复杂地形长大下坡路段合理纵坡研究J.四川水泥，2022（1）：55-56.4 林宣财，张旭丰，王佐，等.基于交通事故多发位置的区间平均纵坡控制指标研究J.公路交通科技，2021，38（9）：105-113.表6 区间平均纵坡控制测算结果最大纵坡（%）限制坡长/m最大缓坡（%）最小坡长/m最大平均纵坡（%）连续坡长/m连续坡长/相对高差/（km/m）连续拉坡2次连续拉坡3次连续拉坡4次连续拉坡5次连续拉坡6次6.05002.53004.698001.6/752.4/1123.2/1504.0/1874.8/2256.05003.02005.147001.4/722.1/1082.8/1443.5/1804.2/2165.07002.53004.251 0002.0/853.0/1284.0/1705.0/2126.1/2255.07003.02004.559001.8/822.7/1233.6/1644.5/2.55.4/2464.09002.53003.621 2002.4/873.6/1304.8/1756.0/2177.2/2614.09003.02003.821 1002.2/843.3/1264.4/1685.5/2106.5/2523 龚晓南.复合地基设计和施工指南M.北京：人民交通出版社，2003.4 丘建金，张旷成.动力排水固结法在软基加固工程中的应用J.工程勘察，1995（6）：7-10.5 陈晓平，黄国怡，梁志松.珠江三角洲软土特性研究J.岩石力学与工程学报，2003，22（1）：137-141.6 陈奇.水泥搅拌桩复合地基沉降计算探讨J.吉林水利，2010（7）：29-31.7 刘锋.水泥搅拌桩加固软土路基的沉降分析D.西安：长安大学，2013.（上接第40页）55