陕西锦通公路勘察设计有限公司 710000
摘要：山区低等级公路往往地形复杂，地质较差，地形陡峭，河谷狭窄，河流比降大，越岭线和沿溪线纵断设计时，通常需采用较大的纵坡以更好适应地形、克服高差、适应河流比降，但因地形困难，平面指标一般较低，圆曲线超高较大，受合成坡度限制，无法采用较大的纵坡，导致路线无法很好适应地形，产生较多高挡墙和高边坡，改建项目无法充分利用原有工程，使工程规模显著增大，运营期高挡墙和高边坡病害增多，且对自然环境破坏较大。
关键词：山区公路；合成坡度；纵断设计
1.合成坡度
最大合成坡度限制主要目的是尽可能避免陡坡与急弯的组合对行车产生的不利影响。《公路路线设计规范》规定公路最大合成坡度不得大于下表：
表1公路最大合成坡度
合成坡度的方向一般是斜向路基边缘，某些情况下，会给行车带来危险，《公路路线设计规范》规定当陡坡与小半径平曲线相重叠时，宜采用较小合成坡度，当存在下列情况时，合成坡度必须小于8%：
①冬季路面有结冰、积雪的地区；
②自然横坡较陡峻的傍山路段；
③非汽车交通量较大的路段。
《公路路线设计规范》对最大合成坡度进行了限制，且执行严格程度较高，为“不得”和“必须”。因此路线平纵面设计时应严格控制合成坡度。
2.适当降低圆曲线超高，增大纵坡
圆曲线设置超高，目的是以形成向心力平衡高速行驶车辆的离心力。山区公路往往平面指标较低，圆曲线半径较小，为平衡车辆行驶的离心力，往往超高较大，同时需满足合成坡度的要求，纵断设计无法采用较大的纵坡，导致路线设计无法很好适应地形，填挖高度较高，产生较多高挡墙和高边坡，工程规模显著增大。结合多年来设计实践经验、理论计算和运营期运行效果，在此提出适当降低圆曲线超高（降低1%～2%），在满足合成坡度要求下，增大纵坡，以解决上述问题。
3.降低超高路段的安全性分析评价
圆曲线设置超高，目的是以形成向心力平衡高速行驶车辆的离心力，曲线超高与行车速度和路面横向摩阻力密切相关，横向摩阻力的存在对于行驶车辆的稳定性和行车舒适性等均有不利影响，超高设计应考虑把横向摩阻力减至合理范围，既要保证行驶车辆的稳定性，防止滑移，同时要考虑行车舒适性。
①横向力系数μ
《公路工程技术标准》根据车辆在弯道上行驶时的受力状况及各种力的几何关系，推导出如下公式：
式中：—曲线半径（m）；
—车辆速度（Km/h）（设计速度或运行速度）；
μ—横向力系数，极限值为路面与轮胎之间的横向摩阻系数；
i—路面的横向坡度（超高值）。
a.根据《公路工程技术标准》，横向力系数的设计值，既要考虑路面与轮胎之间的横向摩阻系数范围，还要考虑驾乘人员在行驶中所能忍受的横向力大小和舒适性，综合平衡后确定。根据测试成果，通常设计用的横向力系数（0.10～0.17），占横向摩阻系数的比例很小，安全度较高，基本上可以避免横向滑移的危险根据测试成果，通常设计用的横向力系数（0.10～0.17），占横向摩阻系数的比例很小，安全度较高，基本上可以避免横向滑移的危险，在计算最小圆曲线半径时采用的横向力系数如下：
表2设计速度与横向力系数对应关系
b.根据《公路路线设计规范》，从人的承受能力与舒适感考虑，横向力系数μ对行车舒适性影响如下：
当μ<0.10时，转弯不感到有曲线的存在，很平稳；
当μ=0.15时，转弯感到有曲线的存在，但尚平稳；
当μ=0.2时，已感到有曲线的存在，并感到不平稳；
当μ=0.35时，感到有曲线的存在，并感到不平稳；
当μ>0.4时，转弯非常不稳定，有倾覆的危险。
c.根据《公路项目安全性评价规范》，横向力系数μ值的大小既要考虑路面与轮胎之间的摩擦系数，还要考虑驾乘人员的承受能力和舒适感。综合平衡二者后，不同运行速度与横向力系数的关系下表：
表3运行速度与横向力系数对应关系
②横向力系数μ最大允许值
根据上述分析，采用设计速度或运行速度实际计算的横向力系数：
当μ计算不大于表1和表2规定值时，可确保车辆运行的安全性和舒适性；
当μ计算大于表1和表2规定值，但不大于0.35时，可基本确保车辆运行的安全性，但无法兼顾舒适性；
当μ计算大于0.35时，车辆可能发生侧滑倾覆危险。
③安全性评价
a.设计速度分析
设计速度为基准速度，降低超高路段采用设计速度计算的横向力系数μ计算，必须保证车辆运行的安全性和舒适性。
b.运行速度分析
车辆实际行驶时并非完全按照设计速度，运行速度很好代表了车辆的实际行驶速度。运行速度可按照《公路项目安全性评价规范》计算，安全性评价计算时应采用较大的运行速度，按不利情况考虑，即采用小型车下坡方向。低等级公路通常设计速度较低，车辆运行速度往往大于设计速度。采用运行速度计算的横向力系数μ计算，必须保证车辆运行的安全性，并尽量兼顾舒适性，否则应采取措施，使车辆运行速度保持在安全合理的范围之内。
4.降低超高增大纵坡的适用范围
在满足合成坡度要求下，适当降低超高增大纵坡的方法，在设计过程中应持慎重态度，切不可随意或大范围使用，只有当地形、地质等条件特殊困难，或路线方案严格受限时方可考虑使用，通过在局部关键的点降低超高突破困难，进而使整段路线得到显著优化。同时在对车辆运行可能存在不利影响的路段，如平纵指标低、线形组合不良、路面易积水结冰等路段，应避免采用降低超高的方法。
5.降低超高路段的安全保证措施
降低超高路段，必须进行安全分析评价，采用设计速度时，必须确保车辆行驶的安全性和舒适性；采用运行速度，应确保车辆行驶的安全性，并尽量兼顾舒适性。车辆实际行驶过程中，轮胎与路面之间的摩阻系数受多种因素影响，尤其降雨、降雪、积雪、冰冻对其影响显著，同时车辆行驶的安全性受周围环境、路面状况、天气、驾驶员水平、车辆性能等多方面因素影响，因此降低超高路段必须加强完善安全设施设计，严格进行限速，通过交通标志和标线的综合使用，提醒驾驶人员减速慢行，必要时可设置电子测速或强制减速等措施；同时还应当分析路侧环境，综合评价事故发生的可能性和严重程度，合理选择护栏形式并适当提高防撞等级。
结语
山区低等级公路在地形、地质特殊困难或路线方案严格受限路段，在满足合成坡度要求下，通过适当降低超高增大纵坡，在关键点获得突破后，往往能达到显著效果，使整段路线能更好适应地形地质，减少支挡防护工程、高边坡和路基土石方、改建项目可提高原有工程利用率，大幅降低工程规模，同时减少对自然环境的破坏，减少运营期高挡墙和高边坡病害，但在具体设计时应首先研究分析路线方案，找到突破困难的关键所在，然后进行全面的综合比选论证，确定是否有必要降低超高，当确需降低超高时，必须严格进行安全分析评价，确保车辆运行安全。
参考文献：
[1] 《公路路线设计规范》（JTG D20-2017）
[2] 《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）
[3] 《公路项目安全性评价规范》（JTG B05-2015）