中法公路路线设计指标对比研究分析

杨永红，NIGA NOTCHI NOGIMA PREMIER，邓卓

(1.华南理工大学 亚热带建筑科学国家重点实验室，广东 广州 510640； 2.长沙理工大学 公路工程教育部重点实验室)

目前很多中国道路建设公司在国外取得了很多项目的建设资格，但是在非洲国家常采用法国公路路线设计规范进行施工设计，所以有必要比较中法规范的异同，以及分析中国公路路线设计规范在相关国家的实用性。相关文献中未对线形设计具体指标进行分析，该文对法国规范的L型高速公路、R型和T型公路路线设计进行全面的研究对比分析。

SOUANKE-NTAM公路是刚果布共和国和喀麦隆国家KETTA-DJOUM连接的区域经济一体化公路(504.5 km)(图1)的第二期工程，路线长度143 km。KETTA-DJOUM公路，构成了布拉柴维尔(BRAZZAVILLE)和雅温得(YAOUNDE)两个国家首都之间的连接公路(总长1 612 km)的一个重要环节，也是构成非洲中部交通发展自愿计划(Plan Directeur Consensuel des Transports en Afrique Centrale PDCT-AC)的第29发展走廊。该项目的第二期工程是一期工程的后续，计划将于2020年前在布拉柴维尔和雅温得之间建立一条路面完全硬化的走廊。

项目旨在提高雅温得-布拉柴维尔公路上运输物流链的服务水平、减少交通运输的成本、开拓刚果北部(农业，矿产，木材等)和喀麦隆南部强大经济潜力的地区以及提高沿线居民(刚果北部的僧伽省、喀麦隆南部和东南部省份)的生活条件，为两国交流发展带来优势，并加强非洲中部的区域一体化，使喀麦隆、刚果、刚果民主共和国、加蓬、赤道几内亚和中非共和国的道路实现互连。第二期工程还包括一个生物多样性组成区域，目的之一是促进当地人民保护森林公园遗产，并加强其在土地管理方面的能力。

图1 KETTA-DJOUM区域经济一体化公路项目

SOUANKE-NTAM公路的设计公路类型为R型，双向两车道，过居住区路基宽度为14.5 m，路幅构成为：行车道宽度7.50 m、左右侧路肩宽度各2 m、左右侧人行道宽度各1.5 m。非居住区路基宽度11.5 m，路幅构成为：行车道宽度7.50 m、左右侧路肩宽度各2 m。该公路采用的公路路线设计规范主要为法国“公路和高速公路研究所”(SETRA)1994年8月发布的 《公路设计指南》[Instruction sur les Conditions Techniques d’Amenagement des Routes Nationlaes(简称ICTARN)]，施工单位为中国水利水电第十三工程有限公司。

法国公路设计规范为刚果布公路设计项目采用的设计规范。ICTARN规范包括高速公路L型路线设计指南(ICTAAL)、其他级别R型和T型公路(ARP)。目前刚果布施工单位大部分为中国海外的公路建设工程公司，为此有必要详细分析该公路的几何设计指标，并对法国路线设计规范与中国 JTG D20-2017《公路路线设计规范》(以下简称为中国《路线规范》) 进行对比分析，以期提高中国海外道路建设和设计水平。

SOUANKE-NTAM公路项目线形设计指标规范选用情况如表1所示。

表1 SOUANKE-NTAM公路项目主要线形指标规范值(R型2e级)

注：Vr为参照速度；δM为最大超高值；RHm为极限最小半径；RHN为一般最小半径(超高值)；RH″为设超高最小半径；RH′为不设超高最小半径；πM为最大纵坡值；RVm1、RVm2为极限值；RVN1、RVN2为一般值。

1 公路技术等级类型

根据公路的特性及功能，法国将公路分为3大类及5个等级，如表2所示。

表2 法国公路类型及等级

注：公路R、T及L等类型也可以用R60、T80、L100等表示公路等级。

分析表2可知：① 法国R型多功能公路可对应中国《路线规范》规定的二级公路；② 法国T型快速行车的单幅多车道过境公路可对应中国《路线规范》规定的一级公路；③ L类型公路可对应中国《路线规范》规定的高速公路，目前刚果布还未建设。

考虑SOUANKE-NTAM公路的区域经济一体化公路功能和定位，结合其交通量、沿线环境、投资等因素确定此公路为连接功能的干线公路，公路类型为R型公路，公路等级确定为2e级。该公路的设计标准相当于中国《路线规范》规定设计速度80 km/h、双向两车道的二级公路。

2015年法国政府交通部门发布Instruction sur les Conditions Techniques d′Aménagement Voies Structurantes d’Agglomération(简称为 ICTAVSA)。ICTAVSA道路包括在城市和城镇地区设置中央分隔带和立体交叉的快速路VSA90/110 型，全部控制出入，其速度通常限制为90 km/h或110 km/h，以及城市干线路AU70型，其速度限制在70 km/h。横断面设置情况如中国的城市道路。

中国城镇化区的公路往往包含着公路、市政两种不同的设计标准，各自独立还没有统一，市政化改造横断面设置需要考虑人行道等慢行交通。法国和刚果布的公路和城市道路也是分属不同部门管理，采用不同的技术规范。

2 各种相关速度和应用区别

2.1 设计速度

在法国规范中，是由参照速度Vr定义的，类似中国的设计速度。参照速度是指驾驶员在全线路段中的任何位置可以采用该速度行驶。因此，它用于几何特性受限路段的设计，从而可以确定该路段的几何线形指标极限值。

为了避免任何意外的影响，参照速度必须在长段(大于50 km)内相同，并且两个不同参照速度段之间的过渡须自然。法国国道的条文说明中使用的5个参照速度值如下：40、60、80、100及120 km/h。

2.2 运行速度

法国规范运行速度指在某道路上85%的道路使用者采用该速度行驶。

目前法国规范不全部采用运行速度V85进行公路新建项目设计，而采用V85进行公路新建项目设计部分指标的选用，如对于R型和T型公路，同向曲线间最小长度确定；视距安全指标计算确定；计算平面交叉口视距、停车视距、超车视距等。

当今，法国规范所规定的原则是把V85尽量减小到所规定的限制速度，如果V85小于所规定的限制速度时可采用该限制速度进行公路设计。对于运营通车道路，可以实测确定V85。对新建项目设计时，V85可由半径、纵坡坡度等几何特性公式预算确定的，按照表3的公式计算确定。表4为直线段V85的基本值。

表3 法国预测V85的计算公式

注：表中2V为两车道公路；3V为三车道公路；2×2V双向两车道；p为纵坡坡度；R为圆曲线半径,下同。

表4 法国直线段V85的基本值

中国《路线规范》把运行速度定义为在路面平整、潮湿，自由流状态下，行驶速度累计分布曲线上对应于85%的分位值的速度。通常采用运行车速V85作为某路段安全评价指标。

2.3 限制速度

法国限制速度指根据公路类型及等级、几何特性、环境以及气候等条件，保持舒适及行车安全允许行驶的安全速度限值。中国把限制速度定义为对公路上行驶车辆规定的允许行驶速度限值。

从上述分析可知：法国规范采用V85进行公路新建项目设计视距等安全指标的计算提高了行车的安全，因此减少事故发生率；而中国采用以设计速度为基础，并以运行车速V85作为某路段安全评价指标。

3 路线平面

3.1 一般规定

直线长度、圆曲线半径和缓和曲线长度为公路平面设计的主要指标。路线平面设计采用缓和曲线连接直线与圆曲线或连接方向相反的圆曲线。

3.2 直线

法国规范对直线有如下要求：

(1) R型公路和T型公路，采用直线连接同向曲线，直线长度L应大于与半径较大相匹配的V85速度在3 s内的行程，而对于反向曲线之间长度没有任何要求。

如SOUANKE-NTAM公路为双向两车道(2×2V)公路的V85为120 km/h，同向曲线间直线最小长度3 s行程为L=3×120/3.6=100 m。

(2) L型公路的同向曲线之间直线长度不小于200 m。对于反向曲线之间长度也像R型公路和T型公路一样没有任何要求。

中国《路线规范》对直线有如下要求：设计速度大于等于60 km/h时，同向曲线间最小直线长不宜小于设计速度的6倍；反向曲线间最小直线长不宜小于设计速度的2倍。

3.3 圆曲线

法国规范公路平面圆曲线半径的最小值取决于超高值与横向摩擦系数。

(1)

(2)

式中：R为圆曲线半径；Vr为参照速度(km/h)；g为重力加速度，其值为9.81 m/s2；ft为横向摩擦系数，如表5所示；δ为超高值。

表5 法国规范横向摩擦系数值

表6为法国规范圆曲线半径的最小值[由式(1)、(2)计算确定]。表7为中国《路线规范》圆曲线最小半径。

从表6、7可知：法国规范规定的不同公路技术等级下，圆曲线最小半径与中国《路线规范》圆曲线半径的最小值中的一般值和极限基本一致；但法国规范的不设超高圆曲线最小半径小于中国规定的不设超高最小半径，不设缓和曲线半径也小于中国的不设超高最小半径，可知中国对圆曲线指标要求比较严格。

表6 法国规范圆曲线最小半径值

表7 中国规范圆曲线最小半径值

法国规范对圆曲线指标要求不严格，不推荐采用大半径进行设计，因为驾驶人员易错认为是直线，以高速行驶，导致超车危险性增加和警惕性下降等问题，推荐采用直线与平曲线平均交替设置，直线设置长度至少为总里程的50%，以便在良好的条件下设置交叉口和超车视距段。

中国《路线规范》规定了不设超高最小圆曲线半径，没有规定不设缓和曲线最小半径，但规定高速公路、一级公路、二级和三级公路的直线同小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处，应设置回旋线；而四级公路的直线与小于不设超高的圆曲线最小半径相衔接处，可不设置回旋线，但应设置超高、加宽过渡段相连接。中国《路线规范》还规定了复曲线中小圆临界圆曲线半径在不同设计速度下的取值，满足相关条件可不设回旋线。

3.4 回旋线

法国规范规定大于1.5RH′的圆曲线半径不设缓和曲线；曲线半径R小于不设超高圆曲线半径RH′时 必须设置缓和曲线。

规定的最小回旋线长度如表8所示。

SOUANKE-NTAM公路横断面为双向两车道，其选用的圆曲线一般最小半径为R=425 m。以双向两车道公路回旋线长度范围公式计算确定为：L=inf(12R0.4,133)= inf(135,133)，其公路回旋线最小长度为133 m。

中国规范回旋线长度值如表9所示。

表8 法国规范回旋线长度取值

注：表中的inf和Sup分别为最小值和最大值取值；Δδ为超高差值。对双向两车道公路不推荐取最大值，因为这样会影响驾驶员对曲线最终的曲率做出正确判断。

表9 中国规范回旋线长度取值

注：四级公路如加宽，为加宽过渡段长度。

分析表8、9可知：法国规范与中国《路线规范》中回旋线长度有不同的取值依据而差距较大。法国规范以公路的横断面为取值依据，而中国以公路的设计速度为取值依据。 SOUANKE-NTAM公路的回旋线长度取值变化范围很小。中国《路线规范》只规定回旋线长度的最小值，在公路具体设计中该值的长度有时会达到圆曲线长度的2倍，变化范围大。

通过上述分析，建议回旋线长度取值，中国采用设计速度为比较合理的取值依据。

3.5 圆曲线超高

法国规范对超高值规定为：

(1) 大于或等于不设超高最小半径的圆曲线半径值(R≥RH′)弯道内侧方向不设置超高，而保持正常直线路拱横坡的形式。

(2) 大于设超高最小半径小于不设超高最小半径的圆曲线半径值(RH″≤R

例如：圆曲线半径R=800 m，小于不设超高最小半径RH′=900 m，RH″=650 m≤R=800 m

(3) 小于设超高最小半径的圆曲线半径值(R≤RH″)超高设置在弯道内侧，其超高值由2.5%(设超高的最小半径RH′对应的超高值)与7%(极限最小半径RHm对应的超高值)之间的线性内插计算确定。

例如：R80型公路半径为240 m≤R<650 m时取R=350 m，该半径的超高值为-0.13+1 712.2/ 350=4.762%。

法国规范各级公路圆曲线超高值见表10、11。

表10 法国规范4e级和3e级公路圆曲线超高值

表11 法国规范2e级和1e级公路圆曲线超高值

中国各级公路圆曲线超高值如表12所示。

表12 中国各级公路圆曲线最大超高值

从表10～12可以得出：圆曲线半径为法国规范超高取值依据，而如小于设超高最小半径的圆曲线半径值(R≤RH″)，其超高值由线性内插计算确定。公路等级、设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等为中国《路线规范》超高取值依据，而且规定了超高的最大值及各半径对应的超高值。

SOUANKE-NTAM公路采用的最小和最大超高值分别为2.5%和7%。

4 纵断面设计

4.1 一般规定

法国规范规定纵断面设计指标主要由纵坡和竖曲线半径组成。中国《路线规范》纵断面设计指标除纵坡、竖曲线半径外还规定了纵坡最小和最大坡长。

4.2 最大纵坡

法国规范规定公路最大纵坡不大于表13所示。

表13 法国规范公路最大纵坡

中国《路线规范》规定的最大纵坡应不大于表14。

表14 中国公路最大纵坡

4.3 竖曲线最小半径

法国规范、中国《路线规范》规定的公路竖曲线最小半径如表15、16所示。

表15 法国规范公路竖曲线最小半径值

由表15、16可知：法国规范规定的不同公路技术等级下竖曲线最小半径与中国《路线规范》竖曲线半径的最小值中的一般值和极限值基本一致(除R60型公路之外)。法国R60型公路的最小值大于中国设计速度60 km/h所规定的竖曲线半径最小值。

表16 中国公路竖曲线最小半径值

5 结论

通过刚果布SOUANKE-NTAM区域经济一体化公路项目，对中国路线设计规范与法国规范的几何设计比较和分析，得出以下结论：

(1) 详细分析了法国规范参照速度、运行速度和限制速度，法国规范采用V85进行新建公路设计部分指标的选用，如对于R型和T型公路，同向曲线间最小长度确定，视距安全指标计算确定，计算平面交叉口视距、停车视距、超车视距等；而中国规范目前采用运行车速V85作为路段安全评价指标。

(2) 法国规范规定的不同公路技术等级下，圆曲线最小半径与中国 《路线规范》圆曲线半径的最小值中的一般值和极限基本一致；中国《路线规范》规定了不设超高最小圆曲线半径，没有法国规范的不设缓和曲线最小半径。但法国规范的不设超高圆曲线最小半径小于中国规定的不设超高最小半径，不设缓和曲线半径也小于中国的不设超高最小半径，表示中国对圆曲线指标要求比较严格。

(3) 法国规范与中国《路线规范》回旋线长度有不同的取值依据而差距较大。法国以公路的横断面为取值依据，而其回旋线长度变化范围小；中国以公路的设计速度为取值依据，其回旋线长度变化范围大。分析发现设计速度可作为回旋线长度合理的取值依据。

(4) 圆曲线半径为法国规范超高取值依据，如小于设超高最小半径的圆曲线半径值(R≤RH″)，其超高值由线性内插计算确定。公路等级、设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等为中国《路线规范》超高取值依据，而且规定了超高的最大值及各半径对应的超高值。

(5) 法国规范最大纵坡都比中国《路线规范》规定的宽松些，对应速度下指标高于1%。两国规范的凹凸曲线半径值基本一致，但法国对R60型公竖曲线半径比较严格。