張軍華，　易　昕

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥　230088)

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中國(guó)與莫桑比克爬坡車道設(shè)計(jì)對(duì)比分析研究

張軍華，易昕

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司,安徽 合肥230088)

摘要：文章通過對(duì)我國(guó)外爬坡車道研究進(jìn)程進(jìn)行概要分析，對(duì)中國(guó)與莫桑比克爬坡車道設(shè)計(jì)，包含其理念、設(shè)置起終點(diǎn)、設(shè)置長(zhǎng)度及斷面寬度等進(jìn)行對(duì)比分析研究，提出其主要差異點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合莫桑比克爬坡車道的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其設(shè)置進(jìn)行探討，并提出改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：爬坡車道；差異分析；改進(jìn)方案

0引言

爬坡車道是陡坡路段正線行車道外側(cè)增設(shè)供載重車行駛的專用車道[1-2]。對(duì)爬坡車道研究始于20世紀(jì)50年代美國(guó)對(duì)載重汽車爬坡性能及道路通行能力的研究,在較長(zhǎng)且坡度較大的上坡路段中,載重汽車由于其爬坡性能較差,車輛行駛速度降低較多,對(duì)道路通行能力及安全造成極大的負(fù)面影響,形成道路事故黑點(diǎn)。美國(guó)公路與運(yùn)輸協(xié)會(huì)依據(jù)典型載重汽車(功率質(zhì)量比為8.13 W/kg)的爬坡性能曲線,提出不同速度折減量下的臨界坡長(zhǎng)值以及組合坡段等效縱坡,同時(shí)依據(jù)道路上通行的載重汽車典型數(shù)據(jù),對(duì)不同速度情況下縱坡坡度與坡長(zhǎng)的關(guān)系進(jìn)行研究[3]。隨后,英國(guó)、德國(guó)和加拿大及日本等國(guó)家基于本國(guó)交通組成和調(diào)研情況,陸續(xù)提出了適用于本國(guó)的以小汽車為代表車型的換算方法,并把車輛當(dāng)量換算系數(shù)作為本國(guó)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)主要技術(shù)參數(shù)。文獻(xiàn)[4]規(guī)定了爬坡車道設(shè)置條件,即縱坡超過5%的公路(高速公路和設(shè)計(jì)車速大于100 km/h的公路時(shí)縱坡為3%),應(yīng)根據(jù)需要設(shè)置爬坡車道。文獻(xiàn)[5]中規(guī)定,任意坡度達(dá)到臨界坡長(zhǎng)時(shí)就應(yīng)設(shè)置爬坡車道。

與國(guó)外相比,我國(guó)在爬坡車道設(shè)置和研究方面都起步較晚,相關(guān)研究較少,現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[6]中規(guī)定,高速公路、一級(jí)公路以及二級(jí)公路的連續(xù)上坡路段,當(dāng)通行能力、運(yùn)行安全受到影響時(shí),應(yīng)設(shè)置爬坡車道。文獻(xiàn)[7]規(guī)定,只要滿足載重汽車上坡方向的行駛速度小于容許行駛速度或通行能力小于設(shè)計(jì)小時(shí)交通量之一者,就需設(shè)爬坡車道。此條件基本沿用日本的研究成果,但比日本的設(shè)置條件要嚴(yán)很多,在我國(guó)目前經(jīng)濟(jì)實(shí)力情況下,投資稍顯超前[8]。文獻(xiàn)[9]依據(jù)工程實(shí)例,對(duì)通行能力和汽車爬坡行駛速度的影響情況進(jìn)行分析,從通行能力及工程投資等方面論證爬坡車道設(shè)置的必要性,以此說明爬坡車道的論證方法。文獻(xiàn)[10]通過對(duì)汽車上坡運(yùn)行特性的調(diào)查分析,確定縱坡和爬坡車道設(shè)計(jì)關(guān)鍵參數(shù)貨車功率質(zhì)量比計(jì)算模型和試驗(yàn)方法,并提出特定上坡路段基于主導(dǎo)車型爬坡性能和通行能力的爬坡車道設(shè)置條件。

本文旨在對(duì)中國(guó)與莫桑比克爬坡車道設(shè)計(jì)等進(jìn)行對(duì)比分析研究,提出其主要差異點(diǎn),同時(shí)結(jié)合莫桑比克爬坡車道的實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)對(duì)其設(shè)置進(jìn)行探討,并提出改進(jìn)方案。

1兩國(guó)爬坡車道設(shè)計(jì)理念對(duì)比

莫桑比克位于非州東南部,南鄰南非、斯威士蘭,西接津巴布韋、贊比亞、馬拉維，北接坦桑尼亞,東瀕印度洋,隔莫桑比克海峽與馬達(dá)加斯加相望,自然環(huán)境、氣候條件、地形地貌與中國(guó)差異較大,其公路設(shè)計(jì)主要執(zhí)行南部非洲STACC標(biāo)準(zhǔn),爬坡車道設(shè)計(jì)理念與中國(guó)亦不盡相同。

1.1代表車型

對(duì)于爬坡車道設(shè)置,主要取決于道路上需求服務(wù)水平對(duì)應(yīng)的通行能力及功率質(zhì)量比參數(shù),即載重汽車的爬坡性能、進(jìn)入特定上坡路段時(shí)的初始速度、上坡路段容許速度的降低值要求等。在爬坡車道的設(shè)計(jì)中,代表車型的選擇具有極其重要的作用。我國(guó)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)[6]中,縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)和爬坡車道設(shè)計(jì)參數(shù)是依據(jù)8 t載重車(功率質(zhì)量比為9.3W/kg)的爬坡性能曲線確定,以此確定用于縱坡設(shè)計(jì)的主導(dǎo)車型[11-12]。

莫桑比克是按照載重車的(功率質(zhì)量比為3.6 W/kg)噸位累計(jì)分布曲線95%位所對(duì)應(yīng)的貨車載重噸位,作為代表車型的額定載重。從代表車型對(duì)比上看,中國(guó)大于莫桑比克要求,代表車型爬坡性能高于莫桑比克,故中國(guó)在爬坡車道設(shè)置要求中相對(duì)更為保守。這與莫桑比克載重汽車超載相對(duì)較少,而中國(guó)載重汽車超載現(xiàn)象嚴(yán)重密切相關(guān)。

1.2設(shè)置原則

我國(guó)爬坡車道設(shè)計(jì)主要為理論計(jì)算法,符合以下2個(gè)條件之一,就宜設(shè)置爬坡車道[7]。

(1) 對(duì)載重汽車上坡運(yùn)行速度進(jìn)行理論分析計(jì)算,根據(jù)運(yùn)行速度值與容許行駛速度差值情況判定是否設(shè)置爬坡車道,當(dāng)計(jì)算運(yùn)行速度比表1中容許最低速度更小時(shí),必須設(shè)置爬坡車道。

(2) 上坡路段的設(shè)計(jì)通行能力小于設(shè)計(jì)小時(shí)交通量時(shí)。

表1　上坡方向容許最低速度　　　　　km/h

對(duì)于莫桑比克,爬坡車道設(shè)置主要依據(jù)經(jīng)驗(yàn)法,規(guī)定在坡度大于3%時(shí),達(dá)到表2規(guī)定對(duì)應(yīng)臨界坡長(zhǎng)時(shí),必須設(shè)置爬坡車道。

表2　坡道臨界長(zhǎng)度

任何坡度超過表2給出的臨界長(zhǎng)度時(shí),將會(huì)導(dǎo)致載重貨車減少超過20 km/h的速度,道路通行能力及服務(wù)水平均大幅下降。

從上述分析中可看出,兩國(guó)設(shè)置爬坡車道均考慮了設(shè)計(jì)通行能力下降及運(yùn)行速度與設(shè)計(jì)速度差因素,不同的是我國(guó)爬坡車道速差統(tǒng)籌考慮平縱面指標(biāo)結(jié)合代表汽車性能，以經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算,而莫桑比克則根據(jù)代表車型在不同坡度及坡長(zhǎng)行駛時(shí)研究其行駛速度下降值,對(duì)平面指標(biāo)基本忽略不計(jì),但其給出量化指標(biāo),便于設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)對(duì)爬坡車道的要求更為嚴(yán)格。兩國(guó)規(guī)范中均提出了對(duì)設(shè)置爬坡車道與改善主線縱坡不設(shè)爬坡車道進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較論證,當(dāng)設(shè)置爬坡車道的效益費(fèi)用比、行車安全性較優(yōu)時(shí)設(shè)置爬坡車道。

2兩國(guó)爬坡車道設(shè)計(jì)對(duì)比

2.1設(shè)置起、終點(diǎn)

(1) 我國(guó)規(guī)定爬坡車道設(shè)置范圍,如圖1所示[7]。爬坡車道的起點(diǎn)應(yīng)設(shè)于陡坡路段上坡方向載重汽車的運(yùn)行速度降低到容許最低速度處,爬坡車道的終點(diǎn)應(yīng)設(shè)于載重汽車爬經(jīng)陡坡路段后恢復(fù)至容許最低速度處,或陡坡路段后延伸的附加長(zhǎng)度的端部。陡坡路段后延伸的附加長(zhǎng)度規(guī)定見表3所列[7]。

圖1　爬坡車道設(shè)置范圍

附加路段縱坡/(%)下坡平坡上坡0.51.01.52.0附加長(zhǎng)度/m100150200250300350

(2) 莫桑比克起終點(diǎn)設(shè)置主要依據(jù)主線速度的不同,給定不同的速度降低或恢復(fù)到差值大于20 km/h對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度值,見表4及表5所列。

表4　減速段長(zhǎng)度

注:減速段長(zhǎng)度包含漸變段部分。

表5　加速段長(zhǎng)度

注:加速段長(zhǎng)度包含漸變段部分。

2.2設(shè)置長(zhǎng)度

我國(guó)爬坡車道分流、匯流漸變段,其長(zhǎng)度規(guī)定見表6所列[7]。

表6　爬坡車道分流、匯流漸變段長(zhǎng)度　　　　　m

我國(guó)爬坡車道總長(zhǎng)度主要由分流漸變段+爬坡車道長(zhǎng)度+合流漸變段組成;莫桑比克爬坡車道主要由減速段+爬坡車道+加速度組成。兩國(guó)爬坡車道長(zhǎng)度規(guī)定基本一致，我國(guó)高速公路及一級(jí)公路漸變段長(zhǎng)度規(guī)定比莫桑比克規(guī)定略長(zhǎng),二級(jí)公路比莫桑比克規(guī)定較短。

2.3斷面型式

我國(guó)規(guī)范規(guī)定,高速公路、一級(jí)公路以及二級(jí)公路在連續(xù)上坡路段設(shè)置爬坡車道時(shí),其寬度應(yīng)為3.50 m。高速公路、一級(jí)公路的爬坡車道應(yīng)緊靠車道的外側(cè)設(shè)置,可利用硬路肩寬度,爬坡車道的外側(cè)應(yīng)設(shè)置路緣帶和土路肩。二級(jí)公路的爬坡車道應(yīng)緊靠車道的外側(cè)設(shè)置,可利用硬路肩寬度。

莫桑比克規(guī)范規(guī)定,爬坡車道應(yīng)該有和相鄰行車道相同的寬度,通常取3.4 m或3.7 m(交通量較大),如圖2所示。

圖2　莫桑比克爬坡車道典型斷面圖

我國(guó)對(duì)高等級(jí)公路設(shè)置爬坡車道,如高速及一級(jí)公路等特指4車道公路,而莫桑比克未做明確規(guī)定,其爬坡車道設(shè)置范圍較我國(guó)較廣,稍顯浪費(fèi),易造成投資超前。

3莫桑比克爬坡車道設(shè)置分析

(1) 坡道臨界長(zhǎng)度定義不明確。莫桑比克在表2中對(duì)坡道臨界長(zhǎng)度起始點(diǎn)規(guī)定,近似地認(rèn)為起坡點(diǎn)和豎曲線終點(diǎn)之間的一個(gè)中間點(diǎn),未充分考慮實(shí)際縱坡度應(yīng)如何折算,不盡全面。

本文結(jié)合莫桑比克爬坡車道實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),建議運(yùn)用等效坡度坡長(zhǎng)理念對(duì)其組合上坡進(jìn)行考慮,當(dāng)組合上坡段中的縱坡均不大于4%,且組合坡段總長(zhǎng)小于1 200 m時(shí),可直接采用平均坡度作為組合坡段的等效坡度;但當(dāng)組合上坡路段中有部分縱坡大于4%,或組合坡段總長(zhǎng)大于1 200 m,或二者皆有時(shí),則宜采用組合坡度法確定等效坡度,具體折算見表7所列。

表7　等效坡度折算表　　　　　　　%

等效坡長(zhǎng)可按以下坡長(zhǎng)計(jì)算公式進(jìn)行折算，即

(1)

其中,SD為等效坡長(zhǎng);Si為實(shí)際坡長(zhǎng);iD為等效坡度;iE為平均坡度。對(duì)于爬坡車道起始點(diǎn)位置,可按圖3所示進(jìn)行考慮。

圖3　莫桑比克載重汽車在陡坡上的速度折減

(2) 莫桑比克爬坡車道終點(diǎn)未充分考慮其延伸段坡度差異,而采用統(tǒng)一的漸變長(zhǎng)度,不盡合理,建議其參照我國(guó)規(guī)范,按表3設(shè)置附加段長(zhǎng)度。

(3) 未對(duì)公路行車道范圍進(jìn)行界定,易造成投資超前。莫桑比克規(guī)范主要依據(jù)表2對(duì)設(shè)置爬坡車道與否進(jìn)行界定,未考慮現(xiàn)有行車道斷面是否為4車道或6車道等,基于目前莫桑比克經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)況,建議參照我國(guó)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)6車道及以上道路取消爬坡車道設(shè)置。

4結(jié)論

(1) 兩國(guó)設(shè)計(jì)理念不盡相同,從兩國(guó)代表車型比較來看,我國(guó)略顯保守，主要采取理論計(jì)算法,通過理論計(jì)算運(yùn)行速度與容許最低速度,或設(shè)計(jì)通行能力與設(shè)計(jì)小時(shí)交通量比較后較小時(shí)設(shè)置爬坡車道；而莫桑比克則通過對(duì)大于3%縱坡后對(duì)應(yīng)坡長(zhǎng)臨界長(zhǎng)度進(jìn)行量化,便于設(shè)計(jì)人員控制。

(2) 兩國(guó)起終點(diǎn)設(shè)置方法亦有區(qū)別,我國(guó)主要由具體運(yùn)行速度降低到容許行駛速度的值(或陡坡路段延伸的附加長(zhǎng)度)判定起終點(diǎn),而莫桑比克主要依靠給定的經(jīng)驗(yàn)值確定起終點(diǎn)。

(3) 兩國(guó)爬坡車道界定的范圍不同,我國(guó)主要針對(duì)4車道高等級(jí)公路及二級(jí)公路,而莫桑比克則范圍更廣,涵蓋6車道以上公路。

因此,本文依據(jù)莫桑比克公路項(xiàng)目爬坡車道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),建議采用等效坡度法明確坡道臨界長(zhǎng)度,添加延伸段坡度指標(biāo)控制爬坡車道終點(diǎn)位置,界定爬坡車道設(shè)置范圍,取消6車道及以上設(shè)置情況。

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收稿日期：2015-12-11；修改日期：2016-01-14

作者簡(jiǎn)介：張軍華(1985-)，安徽肥東人，碩士，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司工程師．

中圖分類號(hào)：U491.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)01-0056-04