关于城市道路设计中超高和加宽值的探讨分析

王成玉

（安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽合肥 230088）

0 引言

城市道路规范中提供了最大超高横坡度与设计速度对应关系的通用表，但目前由于道路类计算机软件的发展，部分道路设计人员在计算超高加宽时过份依赖软件中的设定值，对道路超高和加宽存在认识不全面，也存在对原理本质认识不清的现象。本文根据规范中的相关条文，对道路超高、加宽的计算原理进行专门探讨。

1 超高

1.1 设定超高的目的

在弯道上，当汽车在双向横坡的车道外侧行驶时，车重的水平分力将增大横向侧滑力，所以当采用的圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，为抵消车辆在曲线路段上行驶时所产生的离心力，须将曲线的外侧路面横坡做成与内侧路面同坡度的单坡横断面。

1.2 超高计算公式

依据规范中圆曲线半径计算公式，可得出超高计算公式：

式中：V为设计速度，km/h；R为圆曲线半径，m；μ为横向力系数，取轮胎和路面；i为路面横坡或超高横坡，以小数表示。

由式（1）可知，在设计速度、圆曲线半径确定后，超高值的确定与横向力系数μ有关，也就是说，同一设计速度、圆曲线半径可以有不同的超高值。

1.3 超高值的确定

在道路曲线部分，汽车行驶时所承受的离心力被路面超高使汽车产生的横向力及路面与轮胎之间的摩擦力抵消，因而能保持横向稳定，顺利行驶。超高计算及超高率的计算应考虑把横向摩擦力减至最低程度。对于确定的设计速度，最大超高值的确定主要取决于曲线半径、路面粗糙率以及当地气候条件。在潮湿多雨以及季节性冰冻地区，过大的超高易引起车辆向内侧滑移，尤其是当拥堵造成弯道车速低甚至停止的情况下，更应对道路的超高横坡度加以限制。

1.3.1 横向力系数的取值

横向力系数μ的大小影响着汽车的稳定程度、乘客的舒适度、燃料和轮胎的消耗以及其他方面，所以μ值的选用不仅需考虑车辆在弯道行驶时对行车的力学稳定性，还应考虑乘客的舒适度，以及对汽车燃料和轮胎消耗情况的影响，详见表1、表2[1]。

表1 汽车在弯道上行驶时对乘客的舒适感影响

表2 μ值对燃料和轮胎消耗情况的影响

我国《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）中的μ值按0.035～0.040取用，取值较小，计算得出，公路不设超高圆曲线半径，最小半径值较大。以设计速度60 km/h为例，不设超高圆曲线最小半径为1 500 m。

依据《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012），我国城市道路不设超高的经验数据为μ=0.067[1]，比公路规范中的经验数据最大值μ=0.040大些，但对乘客舒适感程度差别不大。为减少超高，该取值在城市道路中是合适的。城市道路μ值的选择主要结合我国城市道路的特点考虑。

（1）在城市道路建成区，由于两侧建筑已经形成，如设超高，与两侧建筑物标高不好配合，且影响街景美观，因此城市道路可适当降低标准。

（2）我国城市道路大型客、货车较多，μ值可适当放大。

（3）城市道路受非机动车和行人的干扰，交叉口较多，一般车速偏低，因此μ值可适当放大些。

因此，城市道路不设超高的圆曲线半径推荐μ值取0.05～0.07是合适的。目前我国城市道路规范中不设超高的圆曲线最小半径按μ=0.067和i=2%计算得出的。

当然，在有条件的路段，宜优先选用上述几方面都能较好满足的μ值。条件困难时，需要设置超高时，μ值可取0.1，但最大不超过0.15为宜。根据表1、表2，μ值选用的弹性较大，根据道路不同情况及乘客的舒适感，μ=0～0.15都可以选用。

1.3.2 城市道路中超高值的取定

选用了横向力系数μ范围后，即可计算出超高值。城市道路等级可分为城市快速路、城市主干路、城市次干路及城市支路。设计速度除快速路为60～100 km/h外，其余主、次干路及支路的设计速度分布在20～60 km/h之间。

城市道路设计中，遇到需要设置超高的道路往往集中在一些道路等级较低的次干路及支路中。本文选取支路设计速度为20 km/h为例，取不同μ值计算出的超高值如表3。

表3 20 km/h时的超高值计算

通过计算可知，对同一半径，并非在所有范围内的μ值都是可以采用的，要得到合理的超高值还需通过以下几方面确定。

（1）超高值的选定需符合合成纵坡的要求。

《城市道路工程设计规范》（CJJ 37—2012）要求：在设有超高的平曲线上，超高横坡度与道路横坡度的合成坡度应小于或等于表中规定。

将合成坡度限制在某一范围内的目的是尽可能地避免陡坡与急弯的组合对行车产生的不利影响。根据城市道路规范，城市支路设计速度20 km/h，最大合成纵坡为8%，相对应的超高值就不能超过表4的值。

表4 20 km/h时为陡坡的最大超高值

因此，若城市道路设计速度为20 km/h，最大超高横坡度为2%，则其最大纵坡值不得超过7.75%；若纵坡大于8%时，则需满足设置不设超高的最小半径的要求，否则行车安全有不利影响。

（2）不设超高的最小半径、最大超高值的要求：城市道路规范规定了不设超高的最小半径，当圆曲线半径符合要求，就可不设超高；城市道路根据设计速度均有最大超高值的要求，详见城市道路设计规范表6.2.5，设计速度为20 km/h的最大超高值一般为2%。

（3）在曲线位于交叉口上时，超高值应考虑交叉口的车速。城市道路信号灯控交叉口的设计速度一般为路段的0.5～0.7倍，因此交叉口设计车速可适当降低。交叉口处是否设置超高或设置多大超高值应考虑交叉口的设计速度。另外，交叉口超高值选用在考虑车速等行车安全性的前提下，还考虑交叉口的美观性，不宜设置过大的超高。

综上，当圆曲线半径小于不设超高最小半径时，根据道路所处的环境，如地处城区、一般地区、积雪冰冻地区等情况宜选择合适μ值计算超高。另外，在满足行车安全性前提下，选用超高值需兼顾美观，一般来说，城市道路设计规范超高值不宜太大，一方面是为了非机动道在超高路段的行驶安全，另外过大的超高值会使道路两侧高差较大。特别是城市道路往往较宽，会使道路标高与周围建筑物不协调。因此，最新的城市道路设计规范规定：设计速度在80 km/h以上时，最大超高为6%；在80 km/h以下时，最大超高为2%～4%。

1.4 超高的设置

在确定了超高值后，就可以根据道路的横断面形式，结合地形条件等因素决定，并应利于路面排水，对道路进行超高设置。

1.4.1 超高横坡过渡情况

根据城市道路横断面形式，超高旋转轴可分3种：单幅路及三幅路断面绕道路内边缘、绕中心线旋转；双幅路及四幅路则较多采用绕中央分隔带边缘旋转，中央分隔带保持水平，使两侧车行道成为独立的超高横断面。见图1～图3。

图1 绕内边缘线旋转

图2 绕中心线旋转

图3 绕中央分隔带边缘旋转

1.4.2 超高过渡段长度计算

由直线段的双向路拱横断面过渡到圆曲线段的全超高单向横断面，其间必须设置超高过渡段。绕内缘旋转时，应先将外侧车道绕中线旋转，当达到与内侧车道构成单成横坡后，整个断面再绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直到超高横坡值。这种过渡方式，实质上包括了绕中心线旋转及有中央分隔带时绕中央分隔带边缘旋转两种方式。以下对该方式进行计算探讨。

外侧车道过渡至与内侧车道相同横坡的长度L1，即外侧车道绕道路中心线旋转，直至旋转至与内侧车道构成单向横坡。

式中:B为行车道宽度，m；i0为道路横坡度，%；P1为绕中心线的渐变率。

由于此阶段处于绕中心旋转，选用的渐变率为《城市道路路线规范》（CJJ 193—2012）[1]中表6.4.3中绕中线时的渐变率。

整个断面绕未加宽前的内侧车道边缘旋转，直到超高横坡值所需的长度L2：

式中：B、i0同式（2）；I超为道路超高，%；P2为绕边线旋转渐变率。

由于此阶段处于绕内边缘旋转，选用的渐变率为城市道路路线规范中表6.4.3中绕边线旋转时的渐变率。

超高过渡段长度的计算还需注意以下几点。

（1）超高缓和段应在缓和曲线全长范围内进行。对于部分城市快速路或主干路，为了线形美观、便利使得回旋线较长时，若在回旋线全长范围内过渡，会使超高渐变率过小而不利于排水，故需调整超高缓和段纵向渐变率（不应小于1/330），应重新计算超高过渡段长度，这时的超高缓和段可设置在缓和曲线的某一段区域内进行。

（2）对于设计速度小于40 km/h时，超高缓和段可在直线段内进行；

（3）超高缓和段长度与缓和曲线长度两者中应取大值作为缓和曲线的计算长度。

最终的超高缓和段长度为LC为：

在确定了超高过渡方式及超高过渡段长度后，就可以用内插法计算超高过渡段中各点的横坡值。图4为超高过渡段计算示意图。

图4 超高过渡段计算示意图

2 加宽

2.1 加宽的意义

汽车行驶在曲线上，各轮迹半径不同，其中后内轮半径最小，且偏向曲线内侧，故曲线内侧应增加路面宽度，以确保曲线上行车的顺适与安全。规范要求：当圆曲线半径小于或等于250 m时，应在圆曲线范围内设置加宽。每条车道的加宽值，城市道路路线规范中根据车型的种类，也做了具体的规定。

2.2 加宽计算公式

普通汽车考虑车速的影响，在曲线上根据汽车行驶时的相对位置关系所需的加宽值和不同车速情况下的汽车摆动偏移所需的加宽值，可计算单车道路面的内侧加宽值为[3]：

式中：e内为车道内侧加宽值，m；L0为汽车后轴至前保险杠的距离，m；R为设加宽的圆曲线半径，m；V为计算行车速度，km/h。

2.3 城市道路加宽计算探讨

为适应汽车在平曲线上行驶后轮轨迹偏向曲线内侧的需要，通常公路的加宽设在弯道的内侧[4]。但是，城市道路弯道上，常因为节省用地或拆迁房屋的困难而设置小半径弯道，此时考虑到对称于设计中心线设置加宽较为有利而采用弯道内外两侧同时加宽，其每侧加宽值为全加宽的一半[4]。

但是，当圆曲线半径较小时，内外侧车道的加宽值相差较大，应对内外侧车道分别加宽。当加宽值较大时，可通过计算确定加宽值。当车道宽度为3.5 m时，双车道路面的内外侧车道的加宽值计算公式可由公式（5）推出：

城市道路往往车道数较多，对于多个车道中每一车道的加宽值，可通过变换半径求得。假设为双向4车道的三幅路城市道路，车道宽度为3.5 m时，则从内到外侧的各车道加宽值可通过以下计算：

以上公式针对的设计车型为普通小客车和大型车，但在一些有较多超长、超宽车辆行驶的道路，宜对曲线加宽值进行特殊设计，以保证弯道行车安全。其加宽值计算方法与以上加宽值计算类似。

2.4 加宽过度方法

确定了加宽值后，即可根据以上确定加宽过渡段长度，对弯道进行加宽。对一般的城市道路而言，加宽过渡段的设置，可在相应的回旋线或超高加宽缓和段范围内按长度比例增加的方法，即加宽过渡段上任一点的加宽值。

式中:L为回旋线或超高加宽过渡段长度，m；Lx为计算点到过渡段起点的距离，m;E为圆曲线加宽值，m。

3 结论

（1）因超高值计算弹性较大，在选用超高值时除了考虑行车安全性外，还需与道路的具体情况相结合。

（2）城市道路加宽值一般可参照规范中6.5.1节执行，但当道路中的车辆与规范有较大差别时，应进行验算。

（3）超高、加宽的设置不是孤立的，设计中需与规划轴线、纵坡、横断面布置等同时考虑。

（4）设计人员在用道路设计软件时，应检验软件的超高加宽值、过渡段长度是否与设计道路的具体情况相符。

[1]CJJ 193—2012,城市道路路线设计规范[S].

[2]CJJ 37—2012,城市道路工程设计规范[S].

[3]JTG D20—2006,公路路线设计规范[S].

[4]黄兴安．公路与城市道路设计［M］．北京：中国建筑工业出版社，2005.