國內(nèi)外縱坡設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比

尹 力

(重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074)

0 前 言

根據(jù)實(shí)際觀測(cè)和相關(guān)研究，目前我國六軸貨車在高速公路上行駛時(shí)出現(xiàn)“爬不上坡”的現(xiàn)象，例如：滿載的六軸貨車在3%的縱坡上行駛時(shí)，其爬坡速度時(shí)常會(huì)下降到40 km/h，該速度遠(yuǎn)低于我國高速公路的最低容許速度。相比于低速行駛的六軸貨車，我國小客車在高速公路上的運(yùn)行速度可以保持在80 km/h以上。過大的運(yùn)行速度差會(huì)造成貨車與小客車之間的追尾事故，造成財(cái)產(chǎn)損失甚至是人員傷亡，具有產(chǎn)生極大的安全隱患。同樣是貨車大型化，歐美等西方發(fā)達(dá)國家卻很少出現(xiàn)貨車“爬不動(dòng)坡”的現(xiàn)象。因此，本文選取了美國、日本的縱坡設(shè)計(jì)規(guī)范來與我國規(guī)范進(jìn)行對(duì)比，結(jié)合我國六軸貨車動(dòng)力性能現(xiàn)狀，探尋我國高速公路六軸貨車上坡慢的根本原因，并提出相應(yīng)的意見和建議。

1 高速公路最大縱坡

1.1 國外高速公路關(guān)于最大縱坡坡度的規(guī)定

1.1.1 美 國

在美國，每一種道路等級(jí)都有相應(yīng)的縱坡設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。下面分別根據(jù)美國不同的公路類別對(duì)其相應(yīng)的縱坡取值進(jìn)行分析[1]，本文只展示設(shè)計(jì)速度80 km/h及以上公路的最大縱坡值。應(yīng)注意的是，表1中的設(shè)計(jì)速度是由mi/h(英里/小時(shí))換算成km/h(公里/小時(shí))得來的，1英里(mile)約等于1.6千米(km)。

表1 美國州際公路縱坡

美國通過對(duì)各州運(yùn)營公路坡度調(diào)查結(jié)論為依據(jù)制定公路最大縱坡設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為設(shè)計(jì)速度為110 km/h時(shí)，最大縱坡5%為宜。設(shè)計(jì)速度為50 km/h時(shí)，根據(jù)不同地形最大坡度一般為7%～12%。針對(duì)60～100 km/h的速度，最大坡度為7%～8%。不同功能公路的最大坡度控制不同。

1.1.2 日 本

日本是個(gè)多山的國家，由于山區(qū)越嶺線高差比較大，地形復(fù)雜，工程量增大[2]。在這種情況下，日本通過允許采用絕對(duì)最大縱坡度進(jìn)行設(shè)計(jì)。表2為根據(jù)設(shè)計(jì)速度確定的容許最大縱坡度，其中縱坡度要采用小于表2中左欄所示的標(biāo)準(zhǔn)最大縱坡度值，但由于地形及其他原因不得己時(shí)，可以用到右欄所示的絕對(duì)最大縱坡度值，在寒冷積雪地區(qū)，絕對(duì)最大縱坡度要小于括號(hào)內(nèi)的數(shù)值。

表2 日本容許最大縱坡度

1.2 我國高速公路最大縱坡坡度

我國縱坡坡度的相關(guān)規(guī)定主要來自《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)[3]和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)[4]這兩部行業(yè)規(guī)范，表3是各版本《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)中對(duì)最大縱坡坡度的規(guī)定。

表3 最大縱坡

注：設(shè)計(jì)速度為120 km/h、100 km/h、80 km/h的高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時(shí)。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，最大縱坡值可增加1%。

2 高速公路最大坡長

2.1 國外高速公路最大坡長

2.1.1 美 國

對(duì)于縱坡最大坡長，美國并沒有針對(duì)設(shè)計(jì)速度和縱坡坡度給出一套具體的規(guī)范值，美國國家公路和運(yùn)輸協(xié)會(huì)(AASHTO)只給出了一個(gè)剖面圖，該圖表示的是設(shè)計(jì)車輛(載重貨車)行駛在一定坡度的縱坡上時(shí)，折減一定的行駛速度所行駛過的距離，并規(guī)定縱坡坡長超過設(shè)計(jì)車輛速度折減量15 km/h所行駛的距離時(shí)應(yīng)設(shè)置爬坡車道。如圖1所示，車輛在4%的縱坡上行駛速度下降15 km/h所駛過的距離約為350 m，若設(shè)計(jì)的縱坡坡長超過350 m，則需加設(shè)爬坡車道。

圖1 速度折減坡長計(jì)算

2.1.2 日 本

日本《道路構(gòu)造令》中對(duì)采用標(biāo)準(zhǔn)最大縱坡值的情況沒有限制坡長的規(guī)定，但是采用標(biāo)準(zhǔn)最大縱坡值以上的坡度時(shí)，其區(qū)間長度應(yīng)限制在不致使交通受到顯著妨礙的長度范圍內(nèi)[2]，具體規(guī)定見表4。

表4 日本坡道限制長

2.2 我國高速公路最大坡長

《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01—2014)和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20—2017)關(guān)于不同設(shè)計(jì)速度、縱坡條件下的最大坡長取值具體規(guī)定如表5所示。

表5 不同縱坡的最大坡長

3 國內(nèi)外縱坡坡長與坡度規(guī)范總結(jié)

盡管美、日相比于我國，在縱坡坡度規(guī)定上考慮了使用功能和地形因素，更加靈活，但我國在同等設(shè)計(jì)速度下的高速公路最大縱坡坡度是低于以上兩國的，設(shè)計(jì)指標(biāo)更加嚴(yán)格，比如：設(shè)計(jì)速度為120 km/h的高速公路，我國規(guī)定最大縱坡坡度為3%，美國、日本可以到5%。

從最大坡長(美國稱為臨界坡長)的制定依據(jù)上看，美國是根據(jù)比功率為8.3 kW/t的重載貨車行駛在相應(yīng)坡度縱坡上行駛時(shí)的速度衰減規(guī)律制定的，而日本的坡長規(guī)定則是根據(jù)比功率為7.35 kW/t大型車的行駛速度降低到設(shè)計(jì)速度的1/2時(shí)該車的行駛距離制定的。我國關(guān)于最大縱坡坡長的規(guī)定是依據(jù)1991年《縱坡與汽車運(yùn)行速度和油耗之間關(guān)系的研究》與2003年《公路縱坡坡度與坡長限制》專題研究中，根據(jù)載重為12.6 t和14.5 t，比功率為9.3 kW/t的兩種車型在不同縱坡上行駛時(shí)的速度變化規(guī)律制定的[4]。

可以看出，無論是最大縱坡坡度還是限制坡長，我國的規(guī)范均不比美日落后，造成重載貨車爬不動(dòng)坡的原因主要是因?yàn)槲覈壳柏涇嚤裙β手挥?～7 kW/t，遠(yuǎn)低于我國規(guī)范采用的設(shè)計(jì)車型的比功率9.3 kW/t。故建議，提高我國貨車制造的準(zhǔn)入門檻，要求貨車設(shè)計(jì)時(shí)選用的比功率不低于8 kW/t，該比功率的車型可以在我國大多數(shù)公路上保持在容許最低速度以上。

4 結(jié) 論

1)我國的縱坡設(shè)計(jì)指標(biāo)不比美國和日本落后，甚至更加嚴(yán)格。

2)造成我國六軸貨車爬坡速度低的原因在于我國六軸貨車比功率低于公路設(shè)計(jì)時(shí)選用的設(shè)計(jì)車輛的比功率。

3)建議將貨車制造的比功率最低值上調(diào)至8.0 kW/t。