國內外縱坡設計參數對比

尹 力

(重慶交通大學土木工程學院，重慶 400074)

0 前 言

根據實際觀測和相關研究，目前我國六軸貨車在高速公路上行駛時出現“爬不上坡”的現象，例如：滿載的六軸貨車在3%的縱坡上行駛時，其爬坡速度時常會下降到40 km/h，該速度遠低于我國高速公路的最低容許速度。相比于低速行駛的六軸貨車，我國小客車在高速公路上的運行速度可以保持在80 km/h以上。過大的運行速度差會造成貨車與小客車之間的追尾事故，造成財產損失甚至是人員傷亡，具有產生極大的安全隱患。同樣是貨車大型化，歐美等西方發達國家卻很少出現貨車“爬不動坡”的現象。因此，本文選取了美國、日本的縱坡設計規范來與我國規范進行對比，結合我國六軸貨車動力性能現狀，探尋我國高速公路六軸貨車上坡慢的根本原因，并提出相應的意見和建議。

1 高速公路最大縱坡

1.1 國外高速公路關于最大縱坡坡度的規定

1.1.1 美 國

在美國，每一種道路等級都有相應的縱坡設計標準。下面分別根據美國不同的公路類別對其相應的縱坡取值進行分析[1]，本文只展示設計速度80 km/h及以上公路的最大縱坡值。應注意的是，表1中的設計速度是由mi/h(英里/小時)換算成km/h(公里/小時)得來的，1英里(mile)約等于1.6千米(km)。

表1 美國州際公路縱坡

美國通過對各州運營公路坡度調查結論為依據制定公路最大縱坡設計標準。一般認為設計速度為110 km/h時，最大縱坡5%為宜。設計速度為50 km/h時，根據不同地形最大坡度一般為7%～12%。針對60～100 km/h的速度，最大坡度為7%～8%。不同功能公路的最大坡度控制不同。

1.1.2 日 本

日本是個多山的國家，由于山區越嶺線高差比較大，地形復雜，工程量增大[2]。在這種情況下，日本通過允許采用絕對最大縱坡度進行設計。表2為根據設計速度確定的容許最大縱坡度，其中縱坡度要采用小于表2中左欄所示的標準最大縱坡度值，但由于地形及其他原因不得己時，可以用到右欄所示的絕對最大縱坡度值，在寒冷積雪地區，絕對最大縱坡度要小于括號內的數值。

表2 日本容許最大縱坡度

1.2 我國高速公路最大縱坡坡度

我國縱坡坡度的相關規定主要來自《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)[3]和《公路路線設計規范》(JTG D20—2017)[4]這兩部行業規范，表3是各版本《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)和《公路路線設計規范》(JTG D20—2017)中對最大縱坡坡度的規定。

表3 最大縱坡

注：設計速度為120 km/h、100 km/h、80 km/h的高速公路受地形條件或其他特殊情況限制時。經技術經濟論證，最大縱坡值可增加1%。

2 高速公路最大坡長

2.1 國外高速公路最大坡長

2.1.1 美 國

對于縱坡最大坡長，美國并沒有針對設計速度和縱坡坡度給出一套具體的規范值，美國國家公路和運輸協會(AASHTO)只給出了一個剖面圖，該圖表示的是設計車輛(載重貨車)行駛在一定坡度的縱坡上時，折減一定的行駛速度所行駛過的距離，并規定縱坡坡長超過設計車輛速度折減量15 km/h所行駛的距離時應設置爬坡車道。如圖1所示，車輛在4%的縱坡上行駛速度下降15 km/h所駛過的距離約為350 m，若設計的縱坡坡長超過350 m，則需加設爬坡車道。

圖1 速度折減坡長計算

2.1.2 日 本

日本《道路構造令》中對采用標準最大縱坡值的情況沒有限制坡長的規定，但是采用標準最大縱坡值以上的坡度時，其區間長度應限制在不致使交通受到顯著妨礙的長度范圍內[2]，具體規定見表4。

表4 日本坡道限制長

2.2 我國高速公路最大坡長

《公路工程技術標準》(JTG B01—2014)和《公路路線設計規范》(JTG D20—2017)關于不同設計速度、縱坡條件下的最大坡長取值具體規定如表5所示。

表5 不同縱坡的最大坡長

3 國內外縱坡坡長與坡度規范總結

盡管美、日相比于我國，在縱坡坡度規定上考慮了使用功能和地形因素，更加靈活，但我國在同等設計速度下的高速公路最大縱坡坡度是低于以上兩國的，設計指標更加嚴格，比如：設計速度為120 km/h的高速公路，我國規定最大縱坡坡度為3%，美國、日本可以到5%。

從最大坡長(美國稱為臨界坡長)的制定依據上看，美國是根據比功率為8.3 kW/t的重載貨車行駛在相應坡度縱坡上行駛時的速度衰減規律制定的，而日本的坡長規定則是根據比功率為7.35 kW/t大型車的行駛速度降低到設計速度的1/2時該車的行駛距離制定的。我國關于最大縱坡坡長的規定是依據1991年《縱坡與汽車運行速度和油耗之間關系的研究》與2003年《公路縱坡坡度與坡長限制》專題研究中，根據載重為12.6 t和14.5 t，比功率為9.3 kW/t的兩種車型在不同縱坡上行駛時的速度變化規律制定的[4]。

可以看出，無論是最大縱坡坡度還是限制坡長，我國的規范均不比美日落后，造成重載貨車爬不動坡的原因主要是因為我國目前貨車比功率只有6～7 kW/t，遠低于我國規范采用的設計車型的比功率9.3 kW/t。故建議，提高我國貨車制造的準入門檻，要求貨車設計時選用的比功率不低于8 kW/t，該比功率的車型可以在我國大多數公路上保持在容許最低速度以上。

4 結 論

1)我國的縱坡設計指標不比美國和日本落后，甚至更加嚴格。

2)造成我國六軸貨車爬坡速度低的原因在于我國六軸貨車比功率低于公路設計時選用的設計車輛的比功率。

3)建議將貨車制造的比功率最低值上調至8.0 kW/t。