多车道高速公路超高过渡方式分析

王震宇

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)(以下简称《规范》)对超高过渡的具体方式未做具体规定，因此在分析了一般高速公路超高过渡方式的基础上，对规范提出的六车道及以上车道数的高速公路，增设路拱线的超高过渡方式进行了深入分析。

1 高速公路超高过渡段设置方式

《规范》7.5.6～7.5.7规定，超高过渡宜在回旋线全长范围内进行。当回旋线较长时，其超高过渡段应设在回旋线的某一区段范围内，超高过渡段的纵向渐变率不得小于1/330，全超高断面宜设在缓圆点或圆缓点处。超高过渡宜采用线性过渡方式。

超高渐变率取值太大，会造成路面边缘出现过于扭曲的外形，对行车运行的平稳性和视距条件不利。超高渐变率取值太小，影响路面排水条件，特别是在纵坡不大的路段，容易出现排水不畅现象[1]。

因此，结合《规范》要求，以沿路面边缘为转轴的情况为例，新建高速公路可采用如下几种超高过渡方式：

(1)线性过渡方式

超高过渡采用统一渐变率的线性过渡方式。以L-C基本型曲线为例，超过渐变段一般应布设在整个缓和曲线内，即Lc=Ls(X1=X2=0)，如图1所示。

图1 线性过渡超高方式图

若考虑线形协调，在平曲线中配置了较长的缓和曲线，使得Ls>Lc。此时若超高渐变率P≥1/330,则仍可取Lc=Ls；若P<1/330，则超高的过渡段应在缓和曲线内部分的区段内进行。超高渐变段起点(或终点)处的曲率半径应等于或者大于不设超高的最小半径，超高渐变段终点(或起点)处的曲率半径对应的超高值应与圆曲线半径对应的超高值相等。

线性过渡方式设置相对简单，路拱变化连续、均匀，但通常由于平曲线中配置较长的缓和曲线，使得整体超高渐变率较缓，当路幅宽度较宽时，路面横坡“+2%～-2%”段排水可能存在不畅。

(2)三次抛物线过渡方式

图2 三次抛物线过渡超高方式图

三次抛物线过渡方式如图2所示，最早是由香港方面推荐采用的，国内最早在广深高速公路中采用[2]，其渐变曲线公式为：

式中：H为总超高度；Lc为总超高渐变段长度(m)；l为曲线上任意点到超高起点的距离(m)；h为距离为l处的超高度。

三次抛物线能够比较好地解决路面排水问题。在超高缓和段的起点附近，超高渐变率较小，但是路面水可以沿路拱排走，在超高缓和段的终点附近，路面横坡已渐变至全超高，路面水可以沿超高横坡排走，对于中间路面横坡“+2%～-2%”段，路面横坡接近平坡，但是这里三次抛物线的超高渐变率比较大，拐点处的坡度约为超高渐变率平均值的1.5倍。采用抛物线渐变方式，在个别情况下需要对某些点进行检验，对超高渐变率小于1/330的段落进行检验。

三次抛物线过渡方式很好地对渐变率进行了合理分配，在排水困难的位置采用了大渐变率，在排水顺畅的位置采用了小渐变率，兼顾了路面视觉和排水条件。但三次抛物线过渡方式不够直观，工程实施上也较为繁琐。

(3)多渐变率线性过渡方式

为了克服在路面横坡“+2%～-2%”段排水不利问题，与三次抛物线过渡方式类似，可以控制超高渐变率，使得超高横坡在“+2%～-2%”段快速过渡，在排水顺畅的其余缓和曲线范围采用较缓渐变率过渡，这相当于是三次抛物线的一种简化形式，如图3所示。

图3 多渐变率过渡超高方式图

多渐变率线形过渡方式“+2%～-2%”段可按《规范》7.5.4规定的超高渐变率过去，两侧利用缓和曲线剩余段落过渡，由于其余段落路拱横坡均大于2%，不存在排水问题，因此其渐变率可小于1/330。

(4)缓和曲线外超高过渡

当高速公路因特殊原因缓和曲线设置较短或者未设置缓和曲线情况下，又需要进行超高渐变时，可利用直线段进行超高渐变。根据美国《AASHTO》中的指导意见，可将2/3的超高渐变段设置在直线段，1/3设置在圆曲线范围；当缓和曲线长度小于超高渐变段长度时，可借鉴日本规范，容许超高渐变段设置在缓和曲线范围以外A/10的范围内[3]。

2 六车道及以上车道数的高速公路超高过渡段设置方式

《规范》7.5.8规定，双向六车道及以上车道数的公路宜增设路拱线。路面横坡“+2%～-2%”段与纵坡小于0.5%段落重合时，则会出现合成坡度较小路面排水不畅的情况，尤其对于六车道及以上车道数的高速公路，路面较宽，路面排水路径较长，且由于横向宽度增加，路面横坡“+2%～-2%”段长度也会增加，此时可以选择采用行车道中间增设1～2个路拱线以加速排水。

(1)不增设路拱线

和四车道高速公路一样，在道路一侧路面横坡始终保持相同的横坡值。这种形式比较简单，设计和施工都较为容易，但车道宽度较大时，对排水不利，适用于降雨量不大的地区，对于降雨量较大的地区，需要根据路面类型和自然条件计算其排水能力、外侧水膜厚度等。

(2)增设一条路拱线

多路拱法是将横坡值“+1%～-1%”段路面纵向沿行车道分割线、横向沿超高渐变整数断面进行分块，将原来整块路面渐变，调整为分区进行超高渐变，减短路面排水路径长度。

以图4断面的十车道高速公路为例，设计速度120km/h，超高渐变率按1/250取值。增设一条路拱线，可将路拱线设置在客车道和货车道分界位置。通过路面分区将超高过渡在纵向和横向进行分散，超高过渡在A、B两个区块内进行，其他区域均为向内或者向外1%的横坡，减小了汇水面积和坡面汇流长度，改善路面排水[4]，如图5所示。

图4 十车道整体式路基标准横断面图(单位：cm)

图5 单路拱超高渐变分区示意图(单位：m)

(3)增设两条路拱线

增设两条路拱线，可将路拱线设置在客车道和货车道(第二、第三车道之间)、第四与第五车道之间。与一条路拱线原理类似，这种形式更加细化了路面区块，但是形式比较复杂，设计和施工难度均较繁琐。当采用一条路拱线且分块宽度仍较宽时，可采用该方式进一步细化路面区块[5]。

图6 多路拱超高渐变分区示意图(单位：m)

3 结论

线性过渡方式设置简单，但当路幅较宽时，可能存在排水不畅问题，可以采用三次抛物线或多渐变率线性过渡方式改善排水条件；并且针对六车道及以上车道数的高速公路，提出了增设路拱线的超高过渡方式，以十车道断面为例，计算分析了增设一条和两条路拱线的具体过渡和应用方式，对多车道高速公路进行深入研究具有重要意义。