低等級道路彎道加寬合理取值探討

黃 文

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，我國現(xiàn)有公路84.3%是低等級的農(nóng)村道路，但是這部分的新增投資僅占公路總投資的19.3%；因此限額設(shè)計(jì)是低等級道路設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的首要原則?，F(xiàn)行規(guī)范對低等級道路的要求與高等級道路一致，僅是設(shè)計(jì)速度不同；導(dǎo)致投資限制與規(guī)范指標(biāo)的選取難以平衡，其中最難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)就是彎道加寬要求。

在曲線段，車輛運(yùn)動時(shí)會發(fā)生側(cè)向橫移；因此曲線段加寬是道路平面曲線設(shè)計(jì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容之一，很多學(xué)者對此進(jìn)行了相關(guān)研究[2～3]；我國規(guī)范也對加寬指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，但不同規(guī)范規(guī)定值差異較大。曲線加寬值不足將會導(dǎo)致行車安全隱患，曲線加寬值過大則會導(dǎo)致占地面積及工程建設(shè)費(fèi)用增加；因此，在限額設(shè)計(jì)的低等級道路中，對圓曲線加寬值的選取極為敏感，而各項(xiàng)規(guī)范規(guī)定值的不一致給道路設(shè)計(jì)工作帶來了不必要的麻煩。

低等級道路由于建設(shè)資金有限，為了減少拆遷，從而節(jié)省工程投資，很多彎道路段會采用較小的半徑；但越小的半徑加寬值越大，為了滿足道路加寬要求，又需要很長的緩和曲線，為了設(shè)置較長的緩和曲線則必須采用較大的半徑指標(biāo)，這就導(dǎo)致完全符合規(guī)范要求的小半徑曲線非常難以實(shí)現(xiàn)?；诖?，本文對各項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行了對比分析并進(jìn)行了幾何學(xué)計(jì)算，提出低等級道路彎道的合理加寬值。

1 現(xiàn)有規(guī)范要求及依據(jù)分析

1.1 彎道加寬值要求

車輛在圓曲線轉(zhuǎn)彎時(shí)，前后輪會劃過不同的曲線輪跡，由于車體外廓是矩形剛體，導(dǎo)致部分車身橫向移出車道；當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑較小時(shí)，這一現(xiàn)象表現(xiàn)得更為突出。為防止車輛轉(zhuǎn)彎時(shí)侵占相鄰車道，圓曲線半徑≤250 m時(shí)，應(yīng)對車道進(jìn)行加寬。關(guān)于低等級道路加寬，一共有4個規(guī)范有相應(yīng)規(guī)定[4～7]，但對加寬值的規(guī)定差異很大。

1）JTGD 20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》。將設(shè)計(jì)車輛分為小客車、載重汽車、鉸接列車3 類，分別規(guī)定了加寬值，作為支線的三級、四級公路可采用第1 類加寬值，即低等級道路的設(shè)計(jì)采用小客車加寬值即可。見表1。

表1 JTGD 20—2017雙車道路面加寬值規(guī)定 m

2）JTG 2111—2019《小交通量農(nóng)村公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。將無大型、重載型車輛的小交通量農(nóng)村公路分為四級公路（Ⅰ類）和四級公路（Ⅱ類）。四級公路（Ⅰ類）為雙車道，四級公路（Ⅱ類）為單車道。見表2。

表2 JTG 2111—2019雙車道路面加寬值規(guī)定 m

3）CJJ 193—2012《城市道路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》。將車輛分為小客車、大型車、鉸接車3 類，分別規(guī)定了每條車道的加寬值，路面實(shí)際加寬值為每條車道的加寬值與車道數(shù)的乘積。見表3。

表3 CJJ 193—2012每條車道加寬值規(guī)定 m

4）GB/T 51224—2017《鄉(xiāng)村道路工程技術(shù)規(guī)范》。 將車輛分為小客車和低速貨車、大型車，加寬值見表4。

表4 GB/T 51224—2017雙車道路面加寬值規(guī)定 m

對比表1-表4 可以看出，對低等級道路加寬值的規(guī)定不一致。JTGD 20—2017 與JTG 2111—2019 主要針對公路加寬要求，一般情況下不需要分不同車型選用不同的加寬值，為減少工程投資，選用小客車為設(shè)計(jì)車輛進(jìn)行加寬即可；而CJJ 193—2012 和GB/T 51224—2017 主要針對城市道路和鄉(xiāng)村道路加寬要求，在彎道加寬時(shí)，需要根據(jù)交通組成的代表車輛來選擇不同的加寬值。

JTG 2111—2019 路 面 加 寬 值 大 于JTGD 20—2017，不符合小交通量道路應(yīng)節(jié)約工程投資的原則；GB/T 51224—2017 雙車道路面加寬值與CJJ 193—2012 單車道路面加寬值一致，明顯不合理；相同設(shè)計(jì)車型，CJJ 193—2012 比JTGD 20—2017 加寬值低；GB/T 51224—2017的加寬值是所有規(guī)范中最低的。

1.2 加寬計(jì)算依據(jù)

1）JTGD 20—2017未提出加寬計(jì)算公式。

2）JTG 2111—2019中單個車道加寬值計(jì)算公式為

式中：b——車道加寬值，m；

A——汽車軸距加前懸，取6 m；

R——圓曲線半徑，m；

v——設(shè)計(jì)速度，km/h。

3）CJJ 193—2012 中小客車、大型車的加寬值計(jì)算公式為

4）GB/T 51224—2017 未對加寬值計(jì)算依據(jù)進(jìn)行描述。

對比給出加寬公式的規(guī)范，可以發(fā)現(xiàn)其加寬公式不一致，這是導(dǎo)致各類規(guī)范加寬值不一致的原因。道路轉(zhuǎn)彎過程中方向盤操控變化是在緩和曲線階段完成，圓曲線段方向盤不需要進(jìn)行任何操作，只需要保持角度不變即可，而車輛的細(xì)微擺動安全距離要求已經(jīng)在車道寬度設(shè)置時(shí)進(jìn)行了考慮；因此車道加寬值應(yīng)只與車輛幾何尺寸及圓曲線半徑相關(guān)，不應(yīng)該與設(shè)計(jì)速度有關(guān)。

2 幾何學(xué)彎道加寬計(jì)算分析

張雨化[8]根據(jù)圖1 和幾何學(xué)原理給出了普通汽車一條車道的加寬公式。

圖1 普通汽車的加寬

式中：b——車道加寬值，m；

A——汽車后軸至前保險(xiǎn)杠的距離，m；

R——圓曲線半徑，m。

可以看出，式（3）是各類規(guī)范進(jìn)行加寬計(jì)算的母公式，用于較大半徑的加寬值計(jì)算時(shí)沒有問題；但是低等級道路往往轉(zhuǎn)彎半徑很小，加寬值較大，直接用圓曲線半徑進(jìn)行車道加寬值的計(jì)算忽略了車道寬度（一般為3.5 m）大于汽車自身寬度（一般僅為1.8 m）的事實(shí)，汽車行駛軌跡不太可能直接貼著道路中線行駛，對車道加寬值的計(jì)算不夠精確。

為準(zhǔn)確計(jì)算汽車在小半徑曲線轉(zhuǎn)彎過程中的合理加寬值，假設(shè)車輛轉(zhuǎn)彎運(yùn)動符合道路線形假設(shè)條件，即一是汽車勻速行駛，二是駕駛員操作方向盤勻角速轉(zhuǎn)動，則質(zhì)心運(yùn)動嚴(yán)格遵循道路線形，汽車加寬值只受車輛尺寸和汽車實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑的影響。見圖2。

圖2 汽車質(zhì)心運(yùn)動導(dǎo)致角點(diǎn)加寬

式中：b——車道加寬值，m；

L0——汽車運(yùn)動質(zhì)心至車尾距離，即汽車軸距加后懸，m；

B——車身寬度，m

R1——汽車運(yùn)動質(zhì)心轉(zhuǎn)彎半徑，即加寬前車道中心線半徑，m。

一般低等級道路交通量較小，大型汽車的交通量更小，故可按照小汽車參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，B=1.8（m），L0=3.8+1.4=5.2（m），對圓曲線半徑為70 m 以下的雙車道道路加寬進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表5。

表5 雙車道道路路面加寬計(jì)算值 m

續(xù)表5 m

從表5可以看出，式（3）和式（4）的計(jì)算值接近，按式（4）計(jì)算的加寬值比式（3）的偏于安全，按照式（4）進(jìn)行加寬完全可以滿足低等級道路加寬的需要。在半徑較小，尤其是轉(zhuǎn)彎半徑＜20 m 的情況下，道路加寬值計(jì)算值大幅低于JTGD 20—2017 和JTG 2111—2019 的要求，略低于CJJ 193—2012 的要求。較小的加寬值使得平面設(shè)計(jì)時(shí)可以采用較小轉(zhuǎn)彎半徑及緩和曲線長度，能更好地實(shí)現(xiàn)降低工程投資的目標(biāo)。

3 結(jié)語

通過對各規(guī)范中低等級道路加寬值的對比分析可以看出，在確保交通安全的前提下，JTGD 20—2017和JTG 2111—2019 的要求過高。建議規(guī)范下次修編時(shí)能在滿足行車安全的前提下，適當(dāng)考慮降低加寬要求，使得低等級道路的加寬值更適應(yīng)實(shí)際設(shè)計(jì)工作中小半徑曲線的設(shè)置需要。由于駕駛員具有個體性差異，本文的結(jié)論還需根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)做進(jìn)一步探討。