中法公路路線設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)比研究分析

楊永紅，NIGA NOTCHI NOGIMA PREMIER，鄧卓

(1.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640； 2.長(zhǎng)沙理工大學(xué) 公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

目前很多中國(guó)道路建設(shè)公司在國(guó)外取得了很多項(xiàng)目的建設(shè)資格，但是在非洲國(guó)家常采用法國(guó)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行施工設(shè)計(jì)，所以有必要比較中法規(guī)范的異同，以及分析中國(guó)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范在相關(guān)國(guó)家的實(shí)用性。相關(guān)文獻(xiàn)中未對(duì)線形設(shè)計(jì)具體指標(biāo)進(jìn)行分析，該文對(duì)法國(guó)規(guī)范的L型高速公路、R型和T型公路路線設(shè)計(jì)進(jìn)行全面的研究對(duì)比分析。

SOUANKE-NTAM公路是剛果布共和國(guó)和喀麥隆國(guó)家KETTA-DJOUM連接的區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化公路(504.5 km)(圖1)的第二期工程，路線長(zhǎng)度143 km。KETTA-DJOUM公路，構(gòu)成了布拉柴維爾(BRAZZAVILLE)和雅溫得(YAOUNDE)兩個(gè)國(guó)家首都之間的連接公路(總長(zhǎng)1 612 km)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，也是構(gòu)成非洲中部交通發(fā)展自愿計(jì)劃(Plan Directeur Consensuel des Transports en Afrique Centrale PDCT-AC)的第29發(fā)展走廊。該項(xiàng)目的第二期工程是一期工程的后續(xù)，計(jì)劃將于2020年前在布拉柴維爾和雅溫得之間建立一條路面完全硬化的走廊。

項(xiàng)目旨在提高雅溫得-布拉柴維爾公路上運(yùn)輸物流鏈的服務(wù)水平、減少交通運(yùn)輸?shù)某杀?、開(kāi)拓剛果北部(農(nóng)業(yè)，礦產(chǎn)，木材等)和喀麥隆南部強(qiáng)大經(jīng)濟(jì)潛力的地區(qū)以及提高沿線居民(剛果北部的僧伽省、喀麥隆南部和東南部省份)的生活條件，為兩國(guó)交流發(fā)展帶來(lái)優(yōu)勢(shì)，并加強(qiáng)非洲中部的區(qū)域一體化，使喀麥隆、剛果、剛果民主共和國(guó)、加蓬、赤道幾內(nèi)亞和中非共和國(guó)的道路實(shí)現(xiàn)互連。第二期工程還包括一個(gè)生物多樣性組成區(qū)域，目的之一是促進(jìn)當(dāng)?shù)厝嗣癖Ｗo(hù)森林公園遺產(chǎn)，并加強(qiáng)其在土地管理方面的能力。

圖1 KETTA-DJOUM區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化公路項(xiàng)目

SOUANKE-NTAM公路的設(shè)計(jì)公路類型為R型，雙向兩車道，過(guò)居住區(qū)路基寬度為14.5 m，路幅構(gòu)成為：行車道寬度7.50 m、左右側(cè)路肩寬度各2 m、左右側(cè)人行道寬度各1.5 m。非居住區(qū)路基寬度11.5 m，路幅構(gòu)成為：行車道寬度7.50 m、左右側(cè)路肩寬度各2 m。該公路采用的公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范主要為法國(guó)“公路和高速公路研究所”(SETRA)1994年8月發(fā)布的 《公路設(shè)計(jì)指南》[Instruction sur les Conditions Techniques d’Amenagement des Routes Nationlaes(簡(jiǎn)稱ICTARN)]，施工單位為中國(guó)水利水電第十三工程有限公司。

法國(guó)公路設(shè)計(jì)規(guī)范為剛果布公路設(shè)計(jì)項(xiàng)目采用的設(shè)計(jì)規(guī)范。ICTARN規(guī)范包括高速公路L型路線設(shè)計(jì)指南(ICTAAL)、其他級(jí)別R型和T型公路(ARP)。目前剛果布施工單位大部分為中國(guó)海外的公路建設(shè)工程公司，為此有必要詳細(xì)分析該公路的幾何設(shè)計(jì)指標(biāo)，并對(duì)法國(guó)路線設(shè)計(jì)規(guī)范與中國(guó) JTG D20-2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡(jiǎn)稱為中國(guó)《路線規(guī)范》) 進(jìn)行對(duì)比分析，以期提高中國(guó)海外道路建設(shè)和設(shè)計(jì)水平。

SOUANKE-NTAM公路項(xiàng)目線形設(shè)計(jì)指標(biāo)規(guī)范選用情況如表1所示。

表1 SOUANKE-NTAM公路項(xiàng)目主要線形指標(biāo)規(guī)范值(R型2e級(jí))

注：Vr為參照速度；δM為最大超高值；RHm為極限最小半徑；RHN為一般最小半徑(超高值)；RH″為設(shè)超高最小半徑；RH′為不設(shè)超高最小半徑；πM為最大縱坡值；RVm1、RVm2為極限值；RVN1、RVN2為一般值。

1 公路技術(shù)等級(jí)類型

根據(jù)公路的特性及功能，法國(guó)將公路分為3大類及5個(gè)等級(jí)，如表2所示。

表2 法國(guó)公路類型及等級(jí)

注：公路R、T及L等類型也可以用R60、T80、L100等表示公路等級(jí)。

分析表2可知：① 法國(guó)R型多功能公路可對(duì)應(yīng)中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定的二級(jí)公路；② 法國(guó)T型快速行車的單幅多車道過(guò)境公路可對(duì)應(yīng)中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定的一級(jí)公路；③ L類型公路可對(duì)應(yīng)中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定的高速公路，目前剛果布還未建設(shè)。

考慮SOUANKE-NTAM公路的區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化公路功能和定位，結(jié)合其交通量、沿線環(huán)境、投資等因素確定此公路為連接功能的干線公路，公路類型為R型公路，公路等級(jí)確定為2e級(jí)。該公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)于中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定設(shè)計(jì)速度80 km/h、雙向兩車道的二級(jí)公路。

2015年法國(guó)政府交通部門發(fā)布Instruction sur les Conditions Techniques d′Aménagement Voies Structurantes d’Agglomération(簡(jiǎn)稱為 ICTAVSA)。ICTAVSA道路包括在城市和城鎮(zhèn)地區(qū)設(shè)置中央分隔帶和立體交叉的快速路VSA90/110 型，全部控制出入，其速度通常限制為90 km/h或110 km/h，以及城市干線路AU70型，其速度限制在70 km/h。橫斷面設(shè)置情況如中國(guó)的城市道路。

中國(guó)城鎮(zhèn)化區(qū)的公路往往包含著公路、市政兩種不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，各自獨(dú)立還沒(méi)有統(tǒng)一，市政化改造橫斷面設(shè)置需要考慮人行道等慢行交通。法國(guó)和剛果布的公路和城市道路也是分屬不同部門管理，采用不同的技術(shù)規(guī)范。

2 各種相關(guān)速度和應(yīng)用區(qū)別

2.1 設(shè)計(jì)速度

在法國(guó)規(guī)范中，是由參照速度Vr定義的，類似中國(guó)的設(shè)計(jì)速度。參照速度是指駕駛員在全線路段中的任何位置可以采用該速度行駛。因此，它用于幾何特性受限路段的設(shè)計(jì)，從而可以確定該路段的幾何線形指標(biāo)極限值。

為了避免任何意外的影響，參照速度必須在長(zhǎng)段(大于50 km)內(nèi)相同，并且兩個(gè)不同參照速度段之間的過(guò)渡須自然。法國(guó)國(guó)道的條文說(shuō)明中使用的5個(gè)參照速度值如下：40、60、80、100及120 km/h。

2.2 運(yùn)行速度

法國(guó)規(guī)范運(yùn)行速度指在某道路上85%的道路使用者采用該速度行駛。

目前法國(guó)規(guī)范不全部采用運(yùn)行速度V85進(jìn)行公路新建項(xiàng)目設(shè)計(jì)，而采用V85進(jìn)行公路新建項(xiàng)目設(shè)計(jì)部分指標(biāo)的選用，如對(duì)于R型和T型公路，同向曲線間最小長(zhǎng)度確定；視距安全指標(biāo)計(jì)算確定；計(jì)算平面交叉口視距、停車視距、超車視距等。

當(dāng)今，法國(guó)規(guī)范所規(guī)定的原則是把V85盡量減小到所規(guī)定的限制速度，如果V85小于所規(guī)定的限制速度時(shí)可采用該限制速度進(jìn)行公路設(shè)計(jì)。對(duì)于運(yùn)營(yíng)通車道路，可以實(shí)測(cè)確定V85。對(duì)新建項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，V85可由半徑、縱坡坡度等幾何特性公式預(yù)算確定的，按照表3的公式計(jì)算確定。表4為直線段V85的基本值。

表3 法國(guó)預(yù)測(cè)V85的計(jì)算公式

注：表中2V為兩車道公路；3V為三車道公路；2×2V雙向兩車道；p為縱坡坡度；R為圓曲線半徑,下同。

表4 法國(guó)直線段V85的基本值

中國(guó)《路線規(guī)范》把運(yùn)行速度定義為在路面平整、潮濕，自由流狀態(tài)下，行駛速度累計(jì)分布曲線上對(duì)應(yīng)于85%的分位值的速度。通常采用運(yùn)行車速V85作為某路段安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.3 限制速度

法國(guó)限制速度指根據(jù)公路類型及等級(jí)、幾何特性、環(huán)境以及氣候等條件，保持舒適及行車安全允許行駛的安全速度限值。中國(guó)把限制速度定義為對(duì)公路上行駛車輛規(guī)定的允許行駛速度限值。

從上述分析可知：法國(guó)規(guī)范采用V85進(jìn)行公路新建項(xiàng)目設(shè)計(jì)視距等安全指標(biāo)的計(jì)算提高了行車的安全，因此減少事故發(fā)生率；而中國(guó)采用以設(shè)計(jì)速度為基礎(chǔ)，并以運(yùn)行車速V85作為某路段安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。

3 路線平面

3.1 一般規(guī)定

直線長(zhǎng)度、圓曲線半徑和緩和曲線長(zhǎng)度為公路平面設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。路線平面設(shè)計(jì)采用緩和曲線連接直線與圓曲線或連接方向相反的圓曲線。

3.2 直線

法國(guó)規(guī)范對(duì)直線有如下要求：

(1) R型公路和T型公路，采用直線連接同向曲線，直線長(zhǎng)度L應(yīng)大于與半徑較大相匹配的V85速度在3 s內(nèi)的行程，而對(duì)于反向曲線之間長(zhǎng)度沒(méi)有任何要求。

如SOUANKE-NTAM公路為雙向兩車道(2×2V)公路的V85為120 km/h，同向曲線間直線最小長(zhǎng)度3 s行程為L(zhǎng)=3×120/3.6=100 m。

(2) L型公路的同向曲線之間直線長(zhǎng)度不小于200 m。對(duì)于反向曲線之間長(zhǎng)度也像R型公路和T型公路一樣沒(méi)有任何要求。

中國(guó)《路線規(guī)范》對(duì)直線有如下要求：設(shè)計(jì)速度大于等于60 km/h時(shí)，同向曲線間最小直線長(zhǎng)不宜小于設(shè)計(jì)速度的6倍；反向曲線間最小直線長(zhǎng)不宜小于設(shè)計(jì)速度的2倍。

3.3 圓曲線

法國(guó)規(guī)范公路平面圓曲線半徑的最小值取決于超高值與橫向摩擦系數(shù)。

(1)

(2)

式中：R為圓曲線半徑；Vr為參照速度(km/h)；g為重力加速度，其值為9.81 m/s2；ft為橫向摩擦系數(shù)，如表5所示；δ為超高值。

表5 法國(guó)規(guī)范橫向摩擦系數(shù)值

表6為法國(guó)規(guī)范圓曲線半徑的最小值[由式(1)、(2)計(jì)算確定]。表7為中國(guó)《路線規(guī)范》圓曲線最小半徑。

從表6、7可知：法國(guó)規(guī)范規(guī)定的不同公路技術(shù)等級(jí)下，圓曲線最小半徑與中國(guó)《路線規(guī)范》圓曲線半徑的最小值中的一般值和極限基本一致；但法國(guó)規(guī)范的不設(shè)超高圓曲線最小半徑小于中國(guó)規(guī)定的不設(shè)超高最小半徑，不設(shè)緩和曲線半徑也小于中國(guó)的不設(shè)超高最小半徑，可知中國(guó)對(duì)圓曲線指標(biāo)要求比較嚴(yán)格。

表6 法國(guó)規(guī)范圓曲線最小半徑值

表7 中國(guó)規(guī)范圓曲線最小半徑值

法國(guó)規(guī)范對(duì)圓曲線指標(biāo)要求不嚴(yán)格，不推薦采用大半徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，因?yàn)轳{駛?cè)藛T易錯(cuò)認(rèn)為是直線，以高速行駛，導(dǎo)致超車危險(xiǎn)性增加和警惕性下降等問(wèn)題，推薦采用直線與平曲線平均交替設(shè)置，直線設(shè)置長(zhǎng)度至少為總里程的50%，以便在良好的條件下設(shè)置交叉口和超車視距段。

中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定了不設(shè)超高最小圓曲線半徑，沒(méi)有規(guī)定不設(shè)緩和曲線最小半徑，但規(guī)定高速公路、一級(jí)公路、二級(jí)和三級(jí)公路的直線同小于不設(shè)超高的圓曲線最小半徑相銜接處，應(yīng)設(shè)置回旋線；而四級(jí)公路的直線與小于不設(shè)超高的圓曲線最小半徑相銜接處，可不設(shè)置回旋線，但應(yīng)設(shè)置超高、加寬過(guò)渡段相連接。中國(guó)《路線規(guī)范》還規(guī)定了復(fù)曲線中小圓臨界圓曲線半徑在不同設(shè)計(jì)速度下的取值，滿足相關(guān)條件可不設(shè)回旋線。

3.4 回旋線

法國(guó)規(guī)范規(guī)定大于1.5RH′的圓曲線半徑不設(shè)緩和曲線；曲線半徑R小于不設(shè)超高圓曲線半徑RH′時(shí) 必須設(shè)置緩和曲線。

規(guī)定的最小回旋線長(zhǎng)度如表8所示。

SOUANKE-NTAM公路橫斷面為雙向兩車道，其選用的圓曲線一般最小半徑為R=425 m。以雙向兩車道公路回旋線長(zhǎng)度范圍公式計(jì)算確定為：L=inf(12R0.4,133)= inf(135,133)，其公路回旋線最小長(zhǎng)度為133 m。

中國(guó)規(guī)范回旋線長(zhǎng)度值如表9所示。

表8 法國(guó)規(guī)范回旋線長(zhǎng)度取值

注：表中的inf和Sup分別為最小值和最大值取值；Δδ為超高差值。對(duì)雙向兩車道公路不推薦取最大值，因?yàn)檫@樣會(huì)影響駕駛員對(duì)曲線最終的曲率做出正確判斷。

表9 中國(guó)規(guī)范回旋線長(zhǎng)度取值

注：四級(jí)公路如加寬，為加寬過(guò)渡段長(zhǎng)度。

分析表8、9可知：法國(guó)規(guī)范與中國(guó)《路線規(guī)范》中回旋線長(zhǎng)度有不同的取值依據(jù)而差距較大。法國(guó)規(guī)范以公路的橫斷面為取值依據(jù)，而中國(guó)以公路的設(shè)計(jì)速度為取值依據(jù)。 SOUANKE-NTAM公路的回旋線長(zhǎng)度取值變化范圍很小。中國(guó)《路線規(guī)范》只規(guī)定回旋線長(zhǎng)度的最小值，在公路具體設(shè)計(jì)中該值的長(zhǎng)度有時(shí)會(huì)達(dá)到圓曲線長(zhǎng)度的2倍，變化范圍大。

通過(guò)上述分析，建議回旋線長(zhǎng)度取值，中國(guó)采用設(shè)計(jì)速度為比較合理的取值依據(jù)。

3.5 圓曲線超高

法國(guó)規(guī)范對(duì)超高值規(guī)定為：

(1) 大于或等于不設(shè)超高最小半徑的圓曲線半徑值(R≥RH′)彎道內(nèi)側(cè)方向不設(shè)置超高，而保持正常直線路拱橫坡的形式。

(2) 大于設(shè)超高最小半徑小于不設(shè)超高最小半徑的圓曲線半徑值(RH″≤R

例如：圓曲線半徑R=800 m，小于不設(shè)超高最小半徑RH′=900 m，RH″=650 m≤R=800 m

(3) 小于設(shè)超高最小半徑的圓曲線半徑值(R≤RH″)超高設(shè)置在彎道內(nèi)側(cè)，其超高值由2.5%(設(shè)超高的最小半徑RH′對(duì)應(yīng)的超高值)與7%(極限最小半徑RHm對(duì)應(yīng)的超高值)之間的線性內(nèi)插計(jì)算確定。

例如：R80型公路半徑為240 m≤R<650 m時(shí)取R=350 m，該半徑的超高值為-0.13+1 712.2/ 350=4.762%。

法國(guó)規(guī)范各級(jí)公路圓曲線超高值見(jiàn)表10、11。

表10 法國(guó)規(guī)范4e級(jí)和3e級(jí)公路圓曲線超高值

表11 法國(guó)規(guī)范2e級(jí)和1e級(jí)公路圓曲線超高值

中國(guó)各級(jí)公路圓曲線超高值如表12所示。

表12 中國(guó)各級(jí)公路圓曲線最大超高值

從表10～12可以得出：圓曲線半徑為法國(guó)規(guī)范超高取值依據(jù)，而如小于設(shè)超高最小半徑的圓曲線半徑值(R≤RH″)，其超高值由線性內(nèi)插計(jì)算確定。公路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度、圓曲線半徑、公路條件、自然條件等為中國(guó)《路線規(guī)范》超高取值依據(jù)，而且規(guī)定了超高的最大值及各半徑對(duì)應(yīng)的超高值。

SOUANKE-NTAM公路采用的最小和最大超高值分別為2.5%和7%。

4 縱斷面設(shè)計(jì)

4.1 一般規(guī)定

法國(guó)規(guī)范規(guī)定縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)主要由縱坡和豎曲線半徑組成。中國(guó)《路線規(guī)范》縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo)除縱坡、豎曲線半徑外還規(guī)定了縱坡最小和最大坡長(zhǎng)。

4.2 最大縱坡

法國(guó)規(guī)范規(guī)定公路最大縱坡不大于表13所示。

表13 法國(guó)規(guī)范公路最大縱坡

中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定的最大縱坡應(yīng)不大于表14。

表14 中國(guó)公路最大縱坡

4.3 豎曲線最小半徑

法國(guó)規(guī)范、中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定的公路豎曲線最小半徑如表15、16所示。

表15 法國(guó)規(guī)范公路豎曲線最小半徑值

由表15、16可知：法國(guó)規(guī)范規(guī)定的不同公路技術(shù)等級(jí)下豎曲線最小半徑與中國(guó)《路線規(guī)范》豎曲線半徑的最小值中的一般值和極限值基本一致(除R60型公路之外)。法國(guó)R60型公路的最小值大于中國(guó)設(shè)計(jì)速度60 km/h所規(guī)定的豎曲線半徑最小值。

表16 中國(guó)公路豎曲線最小半徑值

5 結(jié)論

通過(guò)剛果布SOUANKE-NTAM區(qū)域經(jīng)濟(jì)一體化公路項(xiàng)目，對(duì)中國(guó)路線設(shè)計(jì)規(guī)范與法國(guó)規(guī)范的幾何設(shè)計(jì)比較和分析，得出以下結(jié)論：

(1) 詳細(xì)分析了法國(guó)規(guī)范參照速度、運(yùn)行速度和限制速度，法國(guó)規(guī)范采用V85進(jìn)行新建公路設(shè)計(jì)部分指標(biāo)的選用，如對(duì)于R型和T型公路，同向曲線間最小長(zhǎng)度確定，視距安全指標(biāo)計(jì)算確定，計(jì)算平面交叉口視距、停車視距、超車視距等；而中國(guó)規(guī)范目前采用運(yùn)行車速V85作為路段安全評(píng)價(jià)指標(biāo)。

(2) 法國(guó)規(guī)范規(guī)定的不同公路技術(shù)等級(jí)下，圓曲線最小半徑與中國(guó) 《路線規(guī)范》圓曲線半徑的最小值中的一般值和極限基本一致；中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定了不設(shè)超高最小圓曲線半徑，沒(méi)有法國(guó)規(guī)范的不設(shè)緩和曲線最小半徑。但法國(guó)規(guī)范的不設(shè)超高圓曲線最小半徑小于中國(guó)規(guī)定的不設(shè)超高最小半徑，不設(shè)緩和曲線半徑也小于中國(guó)的不設(shè)超高最小半徑，表示中國(guó)對(duì)圓曲線指標(biāo)要求比較嚴(yán)格。

(3) 法國(guó)規(guī)范與中國(guó)《路線規(guī)范》回旋線長(zhǎng)度有不同的取值依據(jù)而差距較大。法國(guó)以公路的橫斷面為取值依據(jù)，而其回旋線長(zhǎng)度變化范圍??；中國(guó)以公路的設(shè)計(jì)速度為取值依據(jù)，其回旋線長(zhǎng)度變化范圍大。分析發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)速度可作為回旋線長(zhǎng)度合理的取值依據(jù)。

(4) 圓曲線半徑為法國(guó)規(guī)范超高取值依據(jù)，如小于設(shè)超高最小半徑的圓曲線半徑值(R≤RH″)，其超高值由線性內(nèi)插計(jì)算確定。公路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度、圓曲線半徑、公路條件、自然條件等為中國(guó)《路線規(guī)范》超高取值依據(jù)，而且規(guī)定了超高的最大值及各半徑對(duì)應(yīng)的超高值。

(5) 法國(guó)規(guī)范最大縱坡都比中國(guó)《路線規(guī)范》規(guī)定的寬松些，對(duì)應(yīng)速度下指標(biāo)高于1%。兩國(guó)規(guī)范的凹凸曲線半徑值基本一致，但法國(guó)對(duì)R60型公豎曲線半徑比較嚴(yán)格。