多车道高速公路货车车道纵坡指标研究

王 颖

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

北京至哈尔滨高速公路绥中(冀辽界)至盘锦段改扩建工程，采用单侧3主线车道+3分离式车道的12车道高速公路标准，设计速度120km/h，路基宽度68.5m，由于货车比例较大，采用客货分离的设计方案，外侧3+3个车道行驶货车，内侧6个车道行驶客车。货车的动力性能、转向性能以及运行速度等都与客车不同，所以，对于货车专用道，应该研究适用于货车车型的指标标准。

1 上坡方向最低容许速度

1.1 各国关于容许最低速度的相关规定

容许最低速度是根据在不同驾驶环境中的调查分析，对于特殊受限路段上(主要指纵坡路段的上坡方向)，当大型货车以较低的速度爬坡通行时，货车驾驶员和其他受影响车辆的驾驶员能够容忍的最低行驶速度(值)。容许最低速度在确定时，除考虑相关驾驶员的容忍程度之外，还考虑到路段的实际通行能力和服务水平等要求。

在美国AASHTO出版的《美国公路与城市道路几何设计》(2011版)中，将“容许最低速度”称为“坡道上的最小速度”，即如果低于这个速度，则对尾随车辆的妨碍会达到不合理的程度。AASHTO说明：确定载重汽车在上坡时的最小容许速度时，没有特定的数据可以作为依据。合乎逻辑的做法是假定最低速度与设计速度有直接的关系。因为在绝大多数公路上(其设计速度约为60～100km/h)，载重汽车的最小行驶速度约为40～60km/h。这个速度可能不会使得后面尾随的车辆因为慢速跟随、不能超车而感到难以忍受。而多车道公路(高速公路、一级公路等)与双车道公路相比，由于超车的机会多，超车困难小，因而多半允许载重汽车采用较低的最小速度行驶。

但是，对应的在《澳大利亚道路设计指南》(2009版)中，明确把“当载重汽车的运行速度降低到40km/h时”作为设置爬坡车道的相关条件之一。对此，我们可以理解为：澳大利亚并未明确提出与设计速度对应的规定公路的容许最低速度，而是直接把货车速度折减到40km/h，作为设置爬坡车道的必要性条件之一。或者说澳大利亚指定公路容许最低速度为40km/h。

总体上，世界各国关于容许最低速度的理解是不完全一致的。一般公路的容许最低速度与设计速度相互对应，容许最低速度取其对应设计速度的1/2到2/3。当设计速度较高时，容许最低速度约取设计速度的1/2，而对设计速度较低的公路，容许最低速度取值接近设计速度的2/3。

我国公路设计规范关于容许最低速度的规定，是与不同纵坡对应的最大坡长(极限坡长)指标以及爬坡车道设置条件等相关联的。即最大坡长是指在沿上坡方向，当载重汽车的运行速度(或平均速度)降低到容许最低速度以下时，车辆所能爬坡行驶的距离(坡长)；同时，我国路线设计规范要求，当载重汽车的行驶速度低于容许最低速度时，宜综合考虑论证设置爬坡车道的可能性。

1.2 容许最低速度与载重汽车爬坡性能的关系

根据《公路勘测设计》等相关资料，我国和相关国家关于容许最低速度确定的主要依据与不限坡长的公路纵坡条件有关，即：在不限坡长的纵坡条件下，载重汽车(或者代表车型)能够持续保持相对稳定的平衡速度。而这里的“不限坡长的纵坡”正是我们一般理解上的属于“缓和纵坡”的概念了。参考美国ASSHTO、加拿大、日本等相关资料，我国此前公路工程技术标准和规范对不限制坡长的纵坡坡度即缓和坡段的坡度，一般均认为是3%及以下的坡度。而与之对应的载重汽车的行驶速度基本在60km/h。而50～60km/h的容许最低速度，正是之前我国纵坡设计的代表车型(功率重量比在9.3kW/t左右的载重汽车)的爬坡性能所决定下的3%纵坡上的平衡速度。

对于重点研究的代表性车型6轴半挂式汽车列车(铰接列车)而言，由于其功率重量比仅仅只有5.2kW/t左右，其在3%的平均纵坡上的持续爬坡的稳定速度(平衡速度)只有40km/h。因此，就需要对我国现行技术标准、规范所规定的容许最低速度进行适用性分析。如果继续采用原标准、规范确定的容许最低速度(与120km/h、100km/h和80km/h的设计速度对应，容许最低速度分别为60km/h、55km/h和50km/h)，显然，该类车型均无法达到容许最低速度的要求。而且，还可能导致所有大于等于3%及以上的纵坡路段均需要设置爬坡车道。因此，需要根据项目实际情况考虑调整和适当降低设计速度对应的容许最低速度要求。

1.3 货车专用高速公路容许最低速度

由于实验车型的爬坡性能较低，使得其无法在对应纵坡条件下达到高速公路容许最低速度的要求，因此，只能考虑适当调整降低容许速度。根据试验车型满载条件下与不同纵坡对应的平衡速度分布情况，同时结合沈山项目高速公路大型货车实际行驶速度特征，建议将100km/h设计速度对应的容许最低速度从55km/h调整为50km/h，将80km/h设计速度对应的容许最低速度从50km/h调整为40km/h，即总体接近设计速度的1/2取值。

对于一般高速公路路段，调整后的80km/h设计速度时车辆的上坡容许最低速度为40km/h。这也符合之前关于最低容许速度为缓和坡度(3%)上对应的汽车的平衡速度(约为60km/h)的解释。即对于功率重量比为5.2kW/t的车型，其在缓和坡段(3%)上对应的平衡速度约为40km/h。

容许最低速度建议值如表1所示。

表1 上坡方向容许最低速度

由于沈山线高速公路沿线地形较为平缓，不存在连续上坡或陡坡的现象，且为多车道高速公路，因此改扩建工程设计中，也总体确定不考虑设置爬坡车道。基于不考虑设置爬坡车道的条件而言，即货车在连续上坡路段中，允许货车行驶速度出现一定的折减，可以从100km/h折减至50km/h以上。设计时以不出现货车运行速度降低到50km/h以下的情况为基本条件。

选取沈山高速现状拥有量居首位的两种典型试验车型为：

(1)一汽解放牌CA4252P21K2T1A型+神行牌YGB9400TJZ型重型集装箱半挂车；

(2)欧曼牌BJ4259SMFKB-XB型+神行牌YGB9400TJZ型重型集装箱半挂车。

两种典型试验车型参数如表2所示。

表2 试验车型参数表

两种典型车型在不同纵坡对应的平衡速度如表3所示。由表可知，由于一汽车型最大功率较欧曼低，因此，一汽车型在2.5%的平衡车速为46.2km/h，而欧曼车型的平衡速度为52.3km/h。考虑到我国货车性能整体逐渐提高的趋势，选取动力性能相对较高的车型二来计算纵坡相关指标。

沈山总体沿线属于平原微丘地区，地形条件较为平缓；且原沈山高速公路主线为客货混合通行，其最大纵坡为2.6%～2.8%。

此结论是依据货车主导车型上坡的综合性能和其在不同纵坡上加速(和减速)上坡时的速度变化规律提出的；这里没有考虑货车下坡性能对纵坡坡段的影响，因为下坡方向汽车总体性能不对纵坡产生控制，尤其是在沈山线地形总体平缓、纵坡也相对平缓的条件下。

表3 货车不同纵坡对应的平衡速度

对于沈山货车专用道，主线上坡方向容许最低速度为50km/h。

2 上坡方向最大纵坡

高速公路货运主导车型的上坡综合性能条件研究结论说明，该类车型能够保持50km/h以上行驶速度，连续上坡的纵坡临界值为不大于3.0%。

沈山高速公路货车专用车道不再考虑根据纵坡变化，另外增设爬坡车道；即货车在连续上坡路段中，允许出现一定的速度折减，区间从100km/h折减至50km/h以上。设计考虑不出现货车运行速度降低到50km/h以下的情况。

确定沈山货车专用道上坡方向最大纵坡为3.0%。

3 下坡方向最大纵坡

根据对高速公路货运主导车型的下坡持续制动性能和临界坡度与速度等研究和成果，在正常、合法的驾驶方式下，按照我国目前货运主导车型较低的性能条件，对于2.5%的连续下坡，是可不限制其坡长的。即无论下坡多长，均不会出现因制动毂温度过高而产生制动失效、车辆失控的问题的。

因此，结合沈山线沿线地形条件较为平缓、原路纵坡最大采用到2.8%左右、货车专用车道上坡最大采用3.0%等综合因素，我们认为货车专用车道在下坡方向和路段时，最大纵坡也应该按照不大于3.0%控制。在确保安全的前提下，还兼顾到项目实际建设条件。

确定沈山货车专用道下坡方向最大纵坡为3.0%。

4 结语

实行客货分离是多车道高速公路提高运行效率和解决交通安全问题的有效途径之一。而我国现有规范没有对客车和货车分别进行技术指标的研究和规定，在分析和研究国内外货车专用道设计指标的基础上，结合我国货车道车辆运行的实际特点，系统化研究我国货车专用道技术指标是非常迫切和必要的。