中国与莫桑比克爬坡车道设计对比分析研究

张军华，　易　昕

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥　230088)



中国与莫桑比克爬坡车道设计对比分析研究

张军华，易昕

(安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司,安徽 合肥230088)

摘要：文章通过对我国外爬坡车道研究进程进行概要分析，对中国与莫桑比克爬坡车道设计，包含其理念、设置起终点、设置长度及断面宽度等进行对比分析研究，提出其主要差异点，同时结合莫桑比克爬坡车道的实际设计经验对其设置进行探讨，并提出改进方案。

关键词：爬坡车道；差异分析；改进方案

0引言

爬坡车道是陡坡路段正线行车道外侧增设供载重车行驶的专用车道[1-2]。对爬坡车道研究始于20世纪50年代美国对载重汽车爬坡性能及道路通行能力的研究,在较长且坡度较大的上坡路段中,载重汽车由于其爬坡性能较差,车辆行驶速度降低较多,对道路通行能力及安全造成极大的负面影响,形成道路事故黑点。美国公路与运输协会依据典型载重汽车(功率质量比为8.13 W/kg)的爬坡性能曲线,提出不同速度折减量下的临界坡长值以及组合坡段等效纵坡,同时依据道路上通行的载重汽车典型数据,对不同速度情况下纵坡坡度与坡长的关系进行研究[3]。随后,英国、德国和加拿大及日本等国家基于本国交通组成和调研情况,陆续提出了适用于本国的以小汽车为代表车型的换算方法,并把车辆当量换算系数作为本国公路技术标准中的一个主要技术参数。文献[4]规定了爬坡车道设置条件,即纵坡超过5%的公路(高速公路和设计车速大于100 km/h的公路时纵坡为3%),应根据需要设置爬坡车道。文献[5]中规定,任意坡度达到临界坡长时就应设置爬坡车道。

与国外相比,我国在爬坡车道设置和研究方面都起步较晚,相关研究较少,现行标准[6]中规定,高速公路、一级公路以及二级公路的连续上坡路段,当通行能力、运行安全受到影响时,应设置爬坡车道。文献[7]规定,只要满足载重汽车上坡方向的行驶速度小于容许行驶速度或通行能力小于设计小时交通量之一者,就需设爬坡车道。此条件基本沿用日本的研究成果,但比日本的设置条件要严很多,在我国目前经济实力情况下,投资稍显超前[8]。文献[9]依据工程实例,对通行能力和汽车爬坡行驶速度的影响情况进行分析,从通行能力及工程投资等方面论证爬坡车道设置的必要性,以此说明爬坡车道的论证方法。文献[10]通过对汽车上坡运行特性的调查分析,确定纵坡和爬坡车道设计关键参数货车功率质量比计算模型和试验方法,并提出特定上坡路段基于主导车型爬坡性能和通行能力的爬坡车道设置条件。

本文旨在对中国与莫桑比克爬坡车道设计等进行对比分析研究,提出其主要差异点,同时结合莫桑比克爬坡车道的实际设计经验对其设置进行探讨,并提出改进方案。

1两国爬坡车道设计理念对比

莫桑比克位于非州东南部,南邻南非、斯威士兰,西接津巴布韦、赞比亚、马拉维，北接坦桑尼亚,东濒印度洋,隔莫桑比克海峡与马达加斯加相望,自然环境、气候条件、地形地貌与中国差异较大,其公路设计主要执行南部非洲STACC标准,爬坡车道设计理念与中国亦不尽相同。

1.1代表车型

对于爬坡车道设置,主要取决于道路上需求服务水平对应的通行能力及功率质量比参数,即载重汽车的爬坡性能、进入特定上坡路段时的初始速度、上坡路段容许速度的降低值要求等。在爬坡车道的设计中,代表车型的选择具有极其重要的作用。我国现行标准[6]中,纵断面设计指标和爬坡车道设计参数是依据8 t载重车(功率质量比为9.3W/kg)的爬坡性能曲线确定,以此确定用于纵坡设计的主导车型[11-12]。

莫桑比克是按照载重车的(功率质量比为3.6 W/kg)吨位累计分布曲线95%位所对应的货车载重吨位,作为代表车型的额定载重。从代表车型对比上看,中国大于莫桑比克要求,代表车型爬坡性能高于莫桑比克,故中国在爬坡车道设置要求中相对更为保守。这与莫桑比克载重汽车超载相对较少,而中国载重汽车超载现象严重密切相关。

1.2设置原则

我国爬坡车道设计主要为理论计算法,符合以下2个条件之一,就宜设置爬坡车道[7]。

(1) 对载重汽车上坡运行速度进行理论分析计算,根据运行速度值与容许行驶速度差值情况判定是否设置爬坡车道,当计算运行速度比表1中容许最低速度更小时,必须设置爬坡车道。

(2) 上坡路段的设计通行能力小于设计小时交通量时。

表1　上坡方向容许最低速度　　　　　km/h

对于莫桑比克,爬坡车道设置主要依据经验法,规定在坡度大于3%时,达到表2规定对应临界坡长时,必须设置爬坡车道。

表2　坡道临界长度

任何坡度超过表2给出的临界长度时,将会导致载重货车减少超过20 km/h的速度,道路通行能力及服务水平均大幅下降。

从上述分析中可看出,两国设置爬坡车道均考虑了设计通行能力下降及运行速度与设计速度差因素,不同的是我国爬坡车道速差统筹考虑平纵面指标结合代表汽车性能，以经验公式进行计算,而莫桑比克则根据代表车型在不同坡度及坡长行驶时研究其行驶速度下降值,对平面指标基本忽略不计,但其给出量化指标,便于设计人员进行设计,同时对爬坡车道的要求更为严格。两国规范中均提出了对设置爬坡车道与改善主线纵坡不设爬坡车道进行技术经济比较论证,当设置爬坡车道的效益费用比、行车安全性较优时设置爬坡车道。

2两国爬坡车道设计对比

2.1设置起、终点

(1) 我国规定爬坡车道设置范围,如图1所示[7]。爬坡车道的起点应设于陡坡路段上坡方向载重汽车的运行速度降低到容许最低速度处,爬坡车道的终点应设于载重汽车爬经陡坡路段后恢复至容许最低速度处,或陡坡路段后延伸的附加长度的端部。陡坡路段后延伸的附加长度规定见表3所列[7]。

图1　爬坡车道设置范围

附加路段纵坡/(%)下坡平坡上坡0.51.01.52.0附加长度/m100150200250300350

(2) 莫桑比克起终点设置主要依据主线速度的不同,给定不同的速度降低或恢复到差值大于20 km/h对应的长度值,见表4及表5所列。

表4　减速段长度

注:减速段长度包含渐变段部分。

表5　加速段长度

注:加速段长度包含渐变段部分。

2.2设置长度

我国爬坡车道分流、汇流渐变段,其长度规定见表6所列[7]。

表6　爬坡车道分流、汇流渐变段长度　　　　　m

我国爬坡车道总长度主要由分流渐变段+爬坡车道长度+合流渐变段组成;莫桑比克爬坡车道主要由减速段+爬坡车道+加速度组成。两国爬坡车道长度规定基本一致，我国高速公路及一级公路渐变段长度规定比莫桑比克规定略长,二级公路比莫桑比克规定较短。

2.3断面型式

我国规范规定,高速公路、一级公路以及二级公路在连续上坡路段设置爬坡车道时,其宽度应为3.50 m。高速公路、一级公路的爬坡车道应紧靠车道的外侧设置,可利用硬路肩宽度,爬坡车道的外侧应设置路缘带和土路肩。二级公路的爬坡车道应紧靠车道的外侧设置,可利用硬路肩宽度。

莫桑比克规范规定,爬坡车道应该有和相邻行车道相同的宽度,通常取3.4 m或3.7 m(交通量较大),如图2所示。

图2　莫桑比克爬坡车道典型断面图

我国对高等级公路设置爬坡车道,如高速及一级公路等特指4车道公路,而莫桑比克未做明确规定,其爬坡车道设置范围较我国较广,稍显浪费,易造成投资超前。

3莫桑比克爬坡车道设置分析

(1) 坡道临界长度定义不明确。莫桑比克在表2中对坡道临界长度起始点规定,近似地认为起坡点和竖曲线终点之间的一个中间点,未充分考虑实际纵坡度应如何折算,不尽全面。

本文结合莫桑比克爬坡车道实际设计经验,建议运用等效坡度坡长理念对其组合上坡进行考虑,当组合上坡段中的纵坡均不大于4%,且组合坡段总长小于1 200 m时,可直接采用平均坡度作为组合坡段的等效坡度;但当组合上坡路段中有部分纵坡大于4%,或组合坡段总长大于1 200 m,或二者皆有时,则宜采用组合坡度法确定等效坡度,具体折算见表7所列。

表7　等效坡度折算表　　　　　　　%

等效坡长可按以下坡长计算公式进行折算，即

(1)

其中,SD为等效坡长;Si为实际坡长;iD为等效坡度;iE为平均坡度。对于爬坡车道起始点位置,可按图3所示进行考虑。

图3　莫桑比克载重汽车在陡坡上的速度折减

(2) 莫桑比克爬坡车道终点未充分考虑其延伸段坡度差异,而采用统一的渐变长度,不尽合理,建议其参照我国规范,按表3设置附加段长度。

(3) 未对公路行车道范围进行界定,易造成投资超前。莫桑比克规范主要依据表2对设置爬坡车道与否进行界定,未考虑现有行车道断面是否为4车道或6车道等,基于目前莫桑比克经济发展实况,建议参照我国标准,对6车道及以上道路取消爬坡车道设置。

4结论

(1) 两国设计理念不尽相同,从两国代表车型比较来看,我国略显保守，主要采取理论计算法,通过理论计算运行速度与容许最低速度,或设计通行能力与设计小时交通量比较后较小时设置爬坡车道；而莫桑比克则通过对大于3%纵坡后对应坡长临界长度进行量化,便于设计人员控制。

(2) 两国起终点设置方法亦有区别,我国主要由具体运行速度降低到容许行驶速度的值(或陡坡路段延伸的附加长度)判定起终点,而莫桑比克主要依靠给定的经验值确定起终点。

(3) 两国爬坡车道界定的范围不同,我国主要针对4车道高等级公路及二级公路,而莫桑比克则范围更广,涵盖6车道以上公路。

因此,本文依据莫桑比克公路项目爬坡车道的设计经验,建议采用等效坡度法明确坡道临界长度,添加延伸段坡度指标控制爬坡车道终点位置,界定爬坡车道设置范围,取消6车道及以上设置情况。

〔参考文献〕

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收稿日期：2015-12-11；修改日期：2016-01-14

作者简介：张军华(1985-)，安徽肥东人，硕士，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司工程师．

中图分类号：U491.1

文献标识码：A

文章编号：1673-5781(2016)01-0056-04