国内外纵坡设计参数对比

2020-02-08尹力

四川建材 2020年1期

尹力

(重庆交通大学土木工程学院，重庆 400074)

0 前言

根据实际观测和相关研究，目前我国六轴货车在高速公路上行驶时出现“爬不上坡”的现象，例如：满载的六轴货车在3%的纵坡上行驶时，其爬坡速度时常会下降到40 km/h，该速度远低于我国高速公路的最低容许速度。相比于低速行驶的六轴货车，我国小客车在高速公路上的运行速度可以保持在80 km/h以上。过大的运行速度差会造成货车与小客车之间的追尾事故，造成财产损失甚至是人员伤亡，具有产生极大的安全隐患。同样是货车大型化，欧美等西方发达国家却很少出现货车“爬不动坡”的现象。因此，本文选取了美国、日本的纵坡设计规范来与我国规范进行对比，结合我国六轴货车动力性能现状，探寻我国高速公路六轴货车上坡慢的根本原因，并提出相应的意见和建议。

1 高速公路最大纵坡

1.1 国外高速公路关于最大纵坡坡度的规定

1.1.1 美国

在美国，每一种道路等级都有相应的纵坡设计标准。下面分别根据美国不同的公路类别对其相应的纵坡取值进行分析[1]，本文只展示设计速度80 km/h及以上公路的最大纵坡值。应注意的是，表1中的设计速度是由mi/h(英里/小时)换算成km/h(公里/小时)得来的，1英里(mile)约等于1.6千米(km)。

表1 美国州际公路纵坡

美国通过对各州运营公路坡度调查结论为依据制定公路最大纵坡设计标准。一般认为设计速度为110 km/h时，最大纵坡5%为宜。设计速度为50 km/h时，根据不同地形最大坡度一般为7%～12%。针对60～100 km/h的速度，最大坡度为7%～8%。不同功能公路的最大坡度控制不同。

1.1.2 日本

日本是个多山的国家，由于山区越岭线高差比较大，地形复杂，工程量增大[2]。在这种情况下，日本通过允许采用绝对最大纵坡度进行设计。表2为根据设计速度确定的容许最大纵坡度，其中纵坡度要采用小于表2中左栏所示的标准最大纵坡度值，但由于地形及其他原因不得己时，可以用到右栏所示的绝对最大纵坡度值，在寒冷积雪地区，绝对最大纵坡度要小于括号内的数值。

表2 日本容许最大纵坡度

1.2 我国高速公路最大纵坡坡度

我国纵坡坡度的相关规定主要来自《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)[3]和《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)[4]这两部行业规范，表3是各版本《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)和《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)中对最大纵坡坡度的规定。

表3 最大纵坡

注：设计速度为120 km/h、100 km/h、80 km/h的高速公路受地形条件或其他特殊情况限制时。经技术经济论证，最大纵坡值可增加1%。

2 高速公路最大坡长

2.1 国外高速公路最大坡长

2.1.1 美国

对于纵坡最大坡长，美国并没有针对设计速度和纵坡坡度给出一套具体的规范值，美国国家公路和运输协会(AASHTO)只给出了一个剖面图，该图表示的是设计车辆(载重货车)行驶在一定坡度的纵坡上时，折减一定的行驶速度所行驶过的距离，并规定纵坡坡长超过设计车辆速度折减量15 km/h所行驶的距离时应设置爬坡车道。如图1所示，车辆在4%的纵坡上行驶速度下降15 km/h所驶过的距离约为350 m，若设计的纵坡坡长超过350 m，则需加设爬坡车道。

图1 速度折减坡长计算

2.1.2 日本

日本《道路构造令》中对采用标准最大纵坡值的情况没有限制坡长的规定，但是采用标准最大纵坡值以上的坡度时，其区间长度应限制在不致使交通受到显著妨碍的长度范围内[2]，具体规定见表4。

表4 日本坡道限制长

2.2 我国高速公路最大坡长

《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)和《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)关于不同设计速度、纵坡条件下的最大坡长取值具体规定如表5所示。

表5 不同纵坡的最大坡长

3 国内外纵坡坡长与坡度规范总结

尽管美、日相比于我国，在纵坡坡度规定上考虑了使用功能和地形因素，更加灵活，但我国在同等设计速度下的高速公路最大纵坡坡度是低于以上两国的，设计指标更加严格，比如：设计速度为120 km/h的高速公路，我国规定最大纵坡坡度为3%，美国、日本可以到5%。

从最大坡长(美国称为临界坡长)的制定依据上看，美国是根据比功率为8.3 kW/t的重载货车行驶在相应坡度纵坡上行驶时的速度衰减规律制定的，而日本的坡长规定则是根据比功率为7.35 kW/t大型车的行驶速度降低到设计速度的1/2时该车的行驶距离制定的。我国关于最大纵坡坡长的规定是依据1991年《纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系的研究》与2003年《公路纵坡坡度与坡长限制》专题研究中，根据载重为12.6 t和14.5 t，比功率为9.3 kW/t的两种车型在不同纵坡上行驶时的速度变化规律制定的[4]。

可以看出，无论是最大纵坡坡度还是限制坡长，我国的规范均不比美日落后，造成重载货车爬不动坡的原因主要是因为我国目前货车比功率只有6～7 kW/t，远低于我国规范采用的设计车型的比功率9.3 kW/t。故建议，提高我国货车制造的准入门槛，要求货车设计时选用的比功率不低于8 kW/t，该比功率的车型可以在我国大多数公路上保持在容许最低速度以上。