圆曲线超高值编制在屏楼公路设计上的应用

圆曲线超高值编制在屏楼公路设计上的应用昌盛（水保处，工程室）摘要经比较论证圆曲线半径与超高值的编制方法，以满足屏楼公路设计需要关键词圆曲线半径超高设计1．公路设计的基本情况屏楼公路是向家坝水电站四川库区的一条复建公路，位于宜宾市屏山县境内，是金沙江左岸连通锦屏镇新址和书楼镇新址的一条公路干道。根据可研阶段的规划，该公路等级为四级，设计速度20km/h，复建里程31.185km，其技术标准参照JTGB01－2003《公路工程技术标准》执行，主要技术指标见表1。表1屏楼公路主要技术指标表项目指标备注公路等级四级设计速度20km/h路基宽度6.5m一般最小半径30m极限最小半径15m公路最大超高值8%最大纵坡9%合成纵坡10%路面结构类型泥结碎石2．重新编制圆曲线超高值的由来以金沙江为干流的地表水系强烈深切，造成工程区地形陡峻，冲沟较多，地形条件较为复杂，而受到可研阶段公路投资控制，本公路设计在满足“三原”原则和国家相关规程规范的基础上，必须把项目的经济性放在一个很重要的位置，所以设计过程中在考虑节省工程量、控制工程投资的同时也导致了路线上出现一定的小半径圆曲线和陡坡。部分小半径圆曲线和陡坡的组合在一起，例如半径30m的圆曲线，其所对应的超高值为7%，当与8%的纵坡组合在一起时合成坡度达到10.6%，不能满足四级公路最大合成纵坡10%的规范要求。对于这种情况，一般情况下应采取增大路线平面圆曲线半径或减小纵断面坡度的处理方式予以解决，但在条件受限制时——如受到地形条件和路线控制点高程的控制——平、纵面线形无法做进一步的调整以满足规范要求，因此对公路超高值进行调整成为了一个必然的选择。3．规范中对圆曲线超高值的规定在JTJ011-94《公路路线设计规范》（以下简称94《规范》）7.5.3条中，对圆曲线超高的设置做出了明确的规定，山岭重丘区四级公路（v=20km/h）一般情况下应按表3.1中超高值选用。表3.194《规范》圆曲线半径与超高值圆曲线半径超高备注≤150m～105m2%≤105m～70m3%≤70m～55m4%≤55m～40m5%≤40m～30m6%≤30m～20m7%≤20m～15m8%而在JTGD20-2006《公路路线设计规范》（以下简称06《规范》）7.5.3条中规定“各圆曲线半径所设置的超高值应根据设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等经计算确定”，对不同半径圆曲线所对应的超高值未做出明确规定，另在其条文说明中解释为“考虑到各地应根据实际条件，或经检查、验算运行速度后再确定圆曲线半径与超高值……设计人员可根据项目具体情况经计算后确定”，而在实际操作中，设计人员一般按《公路路线设计规范》送审稿（以下简称《规范》送审稿）表7.5.3圆曲线半径与超高值中的推荐数据采用，其中关于四级公路（v=20km/h）最大超高值8%时圆曲线半径与超高值的对应关系见表3.2。表3.2《规范》送审稿圆曲线半径与超高值圆曲线半径超高备注≤150m～140m2%≤140m～90m3%≤90m～70m4%≤70m～50m5%≤50m～40m6%≤40m～30m7%≤30m～15m8%从表3.1和表3.2的相互对比可以看出，《规范》送审稿中的超高取值更加偏重车辆行驶时的安全性和舒适性，因此本公路以《规范》送审稿中的数值为基础对超高值进行调整。4．边界条件与主要计算参数选取众所周知，按照汽车行驶理论，圆曲线半径、速度、横向力系数及超高值这四者关系应满足下列数学表达式：R=)(1272ifv（1）上式源于古典力学，作曲线运动的物体产生离心力，其作用点为运动物体的重心，方向为远离曲率中心，物体运动的法线方向。对于四级公路而言，在设计车速v=20km/h确定的情况下，圆曲线最小半径R取决于f和i的取值。根据06《规范》条文说明7.3.2“从人的承受能力与舒适感考虑，横向力系数：当f＜0.10时，转弯不感到有曲线的存在，很平稳；当f=0.15时，转弯感到有曲线的存在，但尚平稳；当f=0.20时，已感到有曲线的存在，并感到不平稳；当f=0.35时，感到有曲线的存在，并感到不稳定；当f＞0.40时，转弯非常不稳定，有倾覆的危险”。综上所述，f值必须加以控制，而根据公式（1）反推，当v=20km/h，R取极限最小半径15m，i取最大超高值8%，则f=iRv1272=0.12997≈0.13（2）即四级公路fmax值采用0.13控制。同上，将《规范》送审稿中超高推荐值逐一反推，可得表4。其中出现的负值说明超高过大，设置超高横坡产生的向心力大于曲线行驶车辆产生的离心力，车辆出现向内倾斜，产生了与离心力同向的横向摩阻力。表4超高值与横向力系数关系表四级公路（v=20km/h）R（m）＜150～140＜140～90＜90～70＜70～50＜50～40＜40～30＜30～15i（%）20.00250.01500.02500.04300.05870.08500.19003-0.00750.00500.01500.03300.04870.07500.18004-0.0175-0.00500.00500.02300.03870.06500.17005-0.0275-0.0150-0.00500.01300.02870.05500.16006-0.0375-0.0250-0.01500.00300.01870.04500.15007-0.0475-0.0350-0.0250-0.00700.00870.03500.14008-0.0575-0.0450-0.0350-0.0170-0.00130.02500.13005．屏楼公路圆曲线半径与超高值表编制06《规范》条文说明7.3.2中有“圆曲线最小半径的‘一般值’是使按设计速度行驶的车辆能保证其安全性与舒适性，而建议的采用值。参考国内外使用的经验，确定圆曲线最小半径的‘一般值’采用的横向力系数为0.05～0.06”。因此，在本公路的超高值调整中，最大横向力系数可按0.05控制。综上所述，结合《规范》送审稿中超高推荐值，并考虑到四级公路最大纵坡为9%，得出调整后的屏楼公路圆曲线与超高值，详见表5。表5屏楼公路圆曲线半径与超高值圆曲线半径超高备注≤150m～140m2%≤140m～90m3%≤90m～70m4%≤70m～50m4%～5%≤50m～40m4%～6%≤40m～30m6%～7%≤30m～15m8%6．结束语在屏楼公路设计过程中，圆曲线半径与超高值的对应关系一般应按《规范》送审稿中推荐值采用，受限制路段可采用表5中的调整后数值，但为了确保行车安全，应在相应位置设置警告标志，提醒驾驶人控制速度；同时，在圆曲线外侧布置钢筋混凝土防撞栏，防止因车速过快而导致车辆冲出公路，亦可减缓过弯时驾乘人员的心理压力，对提高行车的舒适性有一定的作用。