索 軍 利

(烏蘭察布市公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

1 概述

長(zhǎng)期以來(lái)公路縱坡技術(shù)指標(biāo)，基本都是根據(jù)路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范推薦值來(lái)控制坡度、坡長(zhǎng)，在達(dá)到限制坡長(zhǎng)時(shí)接緩和坡段，坡度組合符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范就可以，但2017版《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)緩和縱坡設(shè)計(jì)提出了原則性的要求，即不能機(jī)械的套用設(shè)計(jì)規(guī)范，避免采用“陡坡最大坡長(zhǎng)+緩坡最小坡長(zhǎng)”的不利組合，應(yīng)該根據(jù)坡度坡長(zhǎng)對(duì)運(yùn)行速度的折減、加速關(guān)系，在連續(xù)上坡路段使車(chē)輛(一般為大貨車(chē))運(yùn)行速度保持在容許的最低速度以上較為合理，本文主要從上坡角度分析縱坡設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)置緩坡的位置及坡度、坡長(zhǎng)問(wèn)題。山區(qū)公路往往地勢(shì)起伏較大，為了最大限度的爬坡、以較小的工程量實(shí)現(xiàn)山嶺區(qū)公路布線(xiàn)，縱斷面設(shè)計(jì)經(jīng)常運(yùn)用極限指標(biāo)，在滿(mǎn)足規(guī)范的前提下如何最大限度地接近極限值對(duì)實(shí)際工作有著重要的意義，單從《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，即路線(xiàn)縱坡滿(mǎn)足單坡的坡度坡長(zhǎng)、按規(guī)定設(shè)置緩坡、滿(mǎn)足平均縱坡、合成縱坡、平縱面組合的要求，這樣從技術(shù)指標(biāo)來(lái)講就基本滿(mǎn)足要求，例如某公路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足規(guī)范要求的坡度、坡長(zhǎng)前提下，較為常規(guī)的設(shè)置緩和縱坡，并且順應(yīng)地形進(jìn)行拉坡設(shè)計(jì)，也是長(zhǎng)期以來(lái)較為普遍的設(shè)計(jì)方法,從汽車(chē)行駛力學(xué)方面需滿(mǎn)足汽車(chē)加速的要求，即從當(dāng)前速度加速至期望速度的要求，目前采用的方法是在縱斷面設(shè)計(jì)完畢后，利用運(yùn)行速度分析軟件對(duì)縱坡進(jìn)行檢驗(yàn)，“運(yùn)行速度是指在特定路段上，在干凈、潮濕條件下，85%的駕駛員行車(chē)不會(huì)超過(guò)的行駛速度，簡(jiǎn)稱(chēng)V85”,檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)選擇合理計(jì)算模型，設(shè)定初始速度、期望速度等，檢驗(yàn)大貨車(chē)的運(yùn)行速度。

2 緩和縱坡的作用

公路中線(xiàn)兩點(diǎn)間的高差與水平距離的比值(以%計(jì))稱(chēng)為縱坡或坡度。起坡起止點(diǎn)間(即前后變坡點(diǎn)之間)的水平距離稱(chēng)為坡長(zhǎng)。公路緩和縱坡主要供汽車(chē)在連續(xù)上坡路段，在車(chē)速下降時(shí)提供再次加速?zèng)_坡，恢復(fù)行駛速度的作用，從路線(xiàn)總體來(lái)講亦能減小平均縱坡，提高公路通行能力。公路連續(xù)上坡或下坡時(shí)，應(yīng)在不大于最大坡長(zhǎng)的坡段之間設(shè)置緩和縱坡，緩和縱坡的坡度應(yīng)不大于3%，其最短坡長(zhǎng)應(yīng)符合縱坡最短坡長(zhǎng)的規(guī)定。在公路縱坡較大的路段上，載重汽車(chē)爬坡時(shí)需克服較大的坡度阻力，使輸出功率與車(chē)重比值降低，車(chē)速下降，大型車(chē)與小型車(chē)的速差變大，超車(chē)頻率增加，對(duì)行車(chē)安全不利。速差較大的車(chē)輛混合行駛，必然減小快車(chē)的自由度，導(dǎo)致通行能力降低?？v斷面設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)縱坡的長(zhǎng)度達(dá)到限制坡長(zhǎng)時(shí)，按規(guī)定設(shè)置的較小縱坡路段稱(chēng)為緩和坡段，主要是保證連續(xù)上坡路段大貨車(chē)運(yùn)行速度降至允許的最低速度時(shí)，設(shè)置合適的緩坡，供其加速，再次運(yùn)行至期望速度，使車(chē)輛運(yùn)行速度始終高于路段最低容許速度。

3 緩和縱坡的設(shè)置條件(起始位置)及長(zhǎng)度的確定

3.1 縱斷面總體的確定原則

總體把握，逐段安排，控制平均縱坡，首先把路段的平均縱坡控制合理范圍，根據(jù)路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范的基本規(guī)定，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行縱斷面拉坡設(shè)計(jì)，讓設(shè)計(jì)方案基本可行，滿(mǎn)足基本規(guī)定，再進(jìn)一步優(yōu)化、細(xì)化。細(xì)化設(shè)計(jì)，不小于3%的坡段均有坡長(zhǎng)限制，緩坡(<3%)沒(méi)有最大坡長(zhǎng)限制，根據(jù)大客車(chē)運(yùn)行速度分析成果，坡長(zhǎng)取值可以參考大貨車(chē)運(yùn)行速度(V85)分析結(jié)果，調(diào)整、確定緩坡長(zhǎng)度，即滿(mǎn)足整個(gè)路段大貨車(chē)運(yùn)行速度保持在最低允許運(yùn)行速度之上，使縱斷面設(shè)計(jì)更加合理。也就是在前期確定的初始平面線(xiàn)性和縱面線(xiàn)形的基礎(chǔ)上，推算設(shè)計(jì)路段的運(yùn)行速度V85，并以線(xiàn)形的連續(xù)性和速度一致性為路線(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量的評(píng)價(jià)原則，檢驗(yàn)和修正初期的平縱幾何設(shè)計(jì)，然后根據(jù)調(diào)整后的路線(xiàn)平縱面線(xiàn)形和運(yùn)行速度測(cè)算結(jié)果，最終確定曲線(xiàn)超高、加寬、視距等設(shè)計(jì)指標(biāo)。

3.2 緩和縱坡的設(shè)置條件

坡長(zhǎng)是指縱斷面相鄰變坡點(diǎn)的樁號(hào)之差，即水平距離。對(duì)一定縱坡的長(zhǎng)度限制稱(chēng)為坡長(zhǎng)限制，包括最大坡長(zhǎng)限制和最小坡長(zhǎng)限制。首先公路縱坡在大于規(guī)定坡長(zhǎng)時(shí)，必須設(shè)置緩坡，規(guī)范規(guī)定，“設(shè)計(jì)速度小于或等于80 km/h時(shí)，緩和縱坡應(yīng)不大于3%；設(shè)計(jì)速度大于80 km/h時(shí)，緩和縱坡應(yīng)不大于2.5%。”緩和坡段的具體位置應(yīng)結(jié)合縱向地形的起伏情況，盡量減少填挖方工程數(shù)量來(lái)確定。一般情況下，緩和坡段宜設(shè)置在平面為直線(xiàn)或較大半徑的圓曲線(xiàn)上，以便充分發(fā)揮緩和坡段的作用，提高道路的使用質(zhì)量。在極特殊情況下，可以將緩和坡段設(shè)于半徑較小的平曲線(xiàn)上，但應(yīng)適當(dāng)增加緩和坡段的長(zhǎng)度，至于緩坡坡度、長(zhǎng)度，就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)規(guī)范、經(jīng)驗(yàn)靈活運(yùn)用了，不同的設(shè)計(jì)人員手法各異，都有各自的見(jiàn)解，在條件允許的情況下緩坡長(zhǎng)度宜大于最小坡長(zhǎng)，緩坡太短上坡不能保證加速行駛要求，下坡不能減緩制動(dòng)；從路容美觀(guān)、相鄰豎曲線(xiàn)的設(shè)置和縱面視距等也要求坡長(zhǎng)應(yīng)有一定的最短長(zhǎng)度。

各級(jí)公路當(dāng)陡坡的長(zhǎng)度達(dá)到限制坡長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)設(shè)置一段坡度不大于3%的緩和坡段，一般情況緩和坡段宜采用不大于2.5%的坡度，其長(zhǎng)度應(yīng)符合縱坡長(zhǎng)度的規(guī)定。緩和坡段的設(shè)置位置應(yīng)結(jié)合縱向地形起伏情況，減少填挖工程量，并考慮路線(xiàn)的平面線(xiàn)形要素。一般情況下，緩和坡段宜設(shè)置在平面直線(xiàn)或較大半徑的平曲線(xiàn)上；在地形條件復(fù)雜路段，應(yīng)將緩和坡段設(shè)于半徑比較小的平曲線(xiàn)上，特別是回頭曲線(xiàn)并適當(dāng)增加緩和坡段的長(zhǎng)度，使緩和坡段端部的豎曲線(xiàn)位于小半徑平曲線(xiàn)之外。

3.3 緩和縱坡的長(zhǎng)度確定

縱斷面設(shè)計(jì)往往不能一次完成，需多次優(yōu)化才能獲得較優(yōu)的設(shè)計(jì)，不同的坡段組合具有不同的運(yùn)行效果，對(duì)于山嶺區(qū)連續(xù)上坡公路車(chē)輛爬坡困難是設(shè)計(jì)中的主要矛盾(連續(xù)下坡尤其對(duì)重載車(chē)輛的行車(chē)安全也是不利的，本文只討論車(chē)輛爬坡問(wèn)題)，在公路平面線(xiàn)位基本確定的情況下，縱坡在有調(diào)整余地的情況下，根據(jù)運(yùn)行速度檢驗(yàn)可以分段調(diào)整縱斷面設(shè)計(jì)，即對(duì)運(yùn)行速度低于最低允許速度段進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，例如可通過(guò)縮短前坡坡長(zhǎng)、降低前坡值等方法調(diào)整坡度組合，以利于車(chē)輛加速或不至于降速過(guò)快，從而保證車(chē)輛運(yùn)行速度在合理的區(qū)間。公路縱斷面相鄰兩個(gè)變坡點(diǎn)之間的最小長(zhǎng)度(最小坡長(zhǎng))不應(yīng)影響行車(chē)的連續(xù)性和安全性。不同設(shè)計(jì)速度的最小坡長(zhǎng)規(guī)定如表1所示，當(dāng)路線(xiàn)為縱坡段時(shí)，不同的縱坡值及坡長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的速度折減量見(jiàn)圖1，對(duì)小客車(chē)和大型貨車(chē)的運(yùn)行速度V85進(jìn)行調(diào)整修正。

表1 公路最小坡長(zhǎng)

利用基于運(yùn)行速度檢驗(yàn)的縱斷面設(shè)計(jì)方法，用運(yùn)行速度檢驗(yàn)軟件在縱斷面設(shè)計(jì)完畢后，運(yùn)用運(yùn)行速度曲線(xiàn)圖成果來(lái)調(diào)整緩坡的位置及長(zhǎng)度，即根據(jù)大貨車(chē)的運(yùn)行速度，在運(yùn)行速度接近容許最低速度處(不是限制坡長(zhǎng)的終點(diǎn))，開(kāi)始設(shè)置緩坡，緩和坡度的大小、長(zhǎng)度根據(jù)車(chē)輛加速的要求計(jì)算確定，不同的坡段組合，所需要的縱坡長(zhǎng)度也不一樣，不是一個(gè)定值，每個(gè)項(xiàng)目的路線(xiàn)成果，都要經(jīng)過(guò)運(yùn)行速度檢算成果，來(lái)修正縱斷面設(shè)計(jì)，待車(chē)輛加速穩(wěn)定后，終止緩坡，再接稍大的縱坡，在整個(gè)路段保證運(yùn)行速度都在希望達(dá)到的范圍之內(nèi)，在這個(gè)前提下，使縱坡設(shè)計(jì)最大限度的運(yùn)用長(zhǎng)陡坡來(lái)爭(zhēng)取爬坡。

4 結(jié)語(yǔ)

公路縱斷面設(shè)計(jì)是公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)的重要部分，縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)的合理運(yùn)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，在滿(mǎn)足規(guī)范的前提下，可能有多種設(shè)計(jì)方案，后期運(yùn)營(yíng)效果也各不相同，因?yàn)楣こ探ㄔO(shè)具有唯一性，我們沒(méi)有辦法將多種方案的實(shí)際運(yùn)營(yíng)效果拿來(lái)比較，這就需要事先運(yùn)用合理可行的技術(shù)手段對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較、評(píng)價(jià)，從中選優(yōu)，對(duì)于連續(xù)爬坡路段，緩坡位置的選取、長(zhǎng)度的取值，要引起一定的重視，設(shè)計(jì)過(guò)程中要借助一些技術(shù)手段輔助設(shè)計(jì)，如運(yùn)行速度檢驗(yàn)，汽車(chē)模擬運(yùn)行等可視化技術(shù)，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后調(diào)整陡坡及緩坡的起終點(diǎn)位置、坡度、坡長(zhǎng)，按照一定規(guī)律、方法來(lái)調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)縱斷面設(shè)計(jì)的整體最優(yōu)，使車(chē)輛運(yùn)行速度符合預(yù)期，使路線(xiàn)設(shè)計(jì)具有更高的技術(shù)含量，后期運(yùn)營(yíng)更加安全、舒適、便捷。