公路緩和縱坡的設置條件及長度確定

索 軍 利

(烏蘭察布市公路工程質量監督站，內蒙古 烏蘭察布 012000)

1 概述

長期以來公路縱坡技術指標，基本都是根據路線設計規范推薦值來控制坡度、坡長，在達到限制坡長時接緩和坡段，坡度組合符合技術標準、規范就可以，但2017版《公路路線設計規范》對緩和縱坡設計提出了原則性的要求，即不能機械的套用設計規范，避免采用“陡坡最大坡長+緩坡最小坡長”的不利組合，應該根據坡度坡長對運行速度的折減、加速關系，在連續上坡路段使車輛(一般為大貨車)運行速度保持在容許的最低速度以上較為合理，本文主要從上坡角度分析縱坡設計時設置緩坡的位置及坡度、坡長問題。山區公路往往地勢起伏較大，為了最大限度的爬坡、以較小的工程量實現山嶺區公路布線，縱斷面設計經常運用極限指標，在滿足規范的前提下如何最大限度地接近極限值對實際工作有著重要的意義，單從《公路路線設計規范》的規定，即路線縱坡滿足單坡的坡度坡長、按規定設置緩坡、滿足平均縱坡、合成縱坡、平縱面組合的要求，這樣從技術指標來講就基本滿足要求，例如某公路縱斷面設計時，在滿足規范要求的坡度、坡長前提下，較為常規的設置緩和縱坡，并且順應地形進行拉坡設計，也是長期以來較為普遍的設計方法,從汽車行駛力學方面需滿足汽車加速的要求，即從當前速度加速至期望速度的要求，目前采用的方法是在縱斷面設計完畢后，利用運行速度分析軟件對縱坡進行檢驗，“運行速度是指在特定路段上，在干凈、潮濕條件下，85%的駕駛員行車不會超過的行駛速度，簡稱V85”,檢驗時應選擇合理計算模型，設定初始速度、期望速度等，檢驗大貨車的運行速度。

2 緩和縱坡的作用

公路中線兩點間的高差與水平距離的比值(以%計)稱為縱坡或坡度。起坡起止點間(即前后變坡點之間)的水平距離稱為坡長。公路緩和縱坡主要供汽車在連續上坡路段，在車速下降時提供再次加速沖坡，恢復行駛速度的作用，從路線總體來講亦能減小平均縱坡，提高公路通行能力。公路連續上坡或下坡時，應在不大于最大坡長的坡段之間設置緩和縱坡，緩和縱坡的坡度應不大于3%，其最短坡長應符合縱坡最短坡長的規定。在公路縱坡較大的路段上，載重汽車爬坡時需克服較大的坡度阻力，使輸出功率與車重比值降低，車速下降，大型車與小型車的速差變大，超車頻率增加，對行車安全不利。速差較大的車輛混合行駛，必然減小快車的自由度，導致通行能力降低。縱斷面設計時，當縱坡的長度達到限制坡長時，按規定設置的較小縱坡路段稱為緩和坡段，主要是保證連續上坡路段大貨車運行速度降至允許的最低速度時，設置合適的緩坡，供其加速，再次運行至期望速度，使車輛運行速度始終高于路段最低容許速度。

3 緩和縱坡的設置條件(起始位置)及長度的確定

3.1 縱斷面總體的確定原則

總體把握，逐段安排，控制平均縱坡，首先把路段的平均縱坡控制合理范圍，根據路線設計規范的基本規定，結合實踐經驗進行縱斷面拉坡設計，讓設計方案基本可行，滿足基本規定，再進一步優化、細化。細化設計，不小于3%的坡段均有坡長限制，緩坡(<3%)沒有最大坡長限制，根據大客車運行速度分析成果，坡長取值可以參考大貨車運行速度(V85)分析結果，調整、確定緩坡長度，即滿足整個路段大貨車運行速度保持在最低允許運行速度之上，使縱斷面設計更加合理。也就是在前期確定的初始平面線性和縱面線形的基礎上，推算設計路段的運行速度V85，并以線形的連續性和速度一致性為路線設計質量的評價原則，檢驗和修正初期的平縱幾何設計，然后根據調整后的路線平縱面線形和運行速度測算結果，最終確定曲線超高、加寬、視距等設計指標。

3.2 緩和縱坡的設置條件

坡長是指縱斷面相鄰變坡點的樁號之差，即水平距離。對一定縱坡的長度限制稱為坡長限制，包括最大坡長限制和最小坡長限制。首先公路縱坡在大于規定坡長時，必須設置緩坡，規范規定，“設計速度小于或等于80 km/h時，緩和縱坡應不大于3%；設計速度大于80 km/h時，緩和縱坡應不大于2.5%。”緩和坡段的具體位置應結合縱向地形的起伏情況，盡量減少填挖方工程數量來確定。一般情況下，緩和坡段宜設置在平面為直線或較大半徑的圓曲線上，以便充分發揮緩和坡段的作用，提高道路的使用質量。在極特殊情況下，可以將緩和坡段設于半徑較小的平曲線上，但應適當增加緩和坡段的長度，至于緩坡坡度、長度，就需要設計人員根據規范、經驗靈活運用了，不同的設計人員手法各異，都有各自的見解，在條件允許的情況下緩坡長度宜大于最小坡長，緩坡太短上坡不能保證加速行駛要求，下坡不能減緩制動；從路容美觀、相鄰豎曲線的設置和縱面視距等也要求坡長應有一定的最短長度。

各級公路當陡坡的長度達到限制坡長時，應設置一段坡度不大于3%的緩和坡段，一般情況緩和坡段宜采用不大于2.5%的坡度，其長度應符合縱坡長度的規定。緩和坡段的設置位置應結合縱向地形起伏情況，減少填挖工程量，并考慮路線的平面線形要素。一般情況下，緩和坡段宜設置在平面直線或較大半徑的平曲線上；在地形條件復雜路段，應將緩和坡段設于半徑比較小的平曲線上，特別是回頭曲線并適當增加緩和坡段的長度，使緩和坡段端部的豎曲線位于小半徑平曲線之外。

3.3 緩和縱坡的長度確定

縱斷面設計往往不能一次完成，需多次優化才能獲得較優的設計，不同的坡段組合具有不同的運行效果，對于山嶺區連續上坡公路車輛爬坡困難是設計中的主要矛盾(連續下坡尤其對重載車輛的行車安全也是不利的，本文只討論車輛爬坡問題)，在公路平面線位基本確定的情況下，縱坡在有調整余地的情況下，根據運行速度檢驗可以分段調整縱斷面設計，即對運行速度低于最低允許速度段進行優化調整，例如可通過縮短前坡坡長、降低前坡值等方法調整坡度組合，以利于車輛加速或不至于降速過快，從而保證車輛運行速度在合理的區間。公路縱斷面相鄰兩個變坡點之間的最小長度(最小坡長)不應影響行車的連續性和安全性。不同設計速度的最小坡長規定如表1所示，當路線為縱坡段時，不同的縱坡值及坡長對應的速度折減量見圖1，對小客車和大型貨車的運行速度V85進行調整修正。

表1 公路最小坡長

利用基于運行速度檢驗的縱斷面設計方法，用運行速度檢驗軟件在縱斷面設計完畢后，運用運行速度曲線圖成果來調整緩坡的位置及長度，即根據大貨車的運行速度，在運行速度接近容許最低速度處(不是限制坡長的終點)，開始設置緩坡，緩和坡度的大小、長度根據車輛加速的要求計算確定，不同的坡段組合，所需要的縱坡長度也不一樣，不是一個定值，每個項目的路線成果，都要經過運行速度檢算成果，來修正縱斷面設計，待車輛加速穩定后，終止緩坡，再接稍大的縱坡，在整個路段保證運行速度都在希望達到的范圍之內，在這個前提下，使縱坡設計最大限度的運用長陡坡來爭取爬坡。

4 結語

公路縱斷面設計是公路路線設計的重要部分，縱斷面設計指標的合理運用具有重要的現實意義，在滿足規范的前提下，可能有多種設計方案，后期運營效果也各不相同，因為工程建設具有唯一性，我們沒有辦法將多種方案的實際運營效果拿來比較，這就需要事先運用合理可行的技術手段對設計方案進行比較、評價，從中選優，對于連續爬坡路段，緩坡位置的選取、長度的取值，要引起一定的重視，設計過程中要借助一些技術手段輔助設計，如運行速度檢驗，汽車模擬運行等可視化技術，經過檢驗后調整陡坡及緩坡的起終點位置、坡度、坡長，按照一定規律、方法來調整，最終實現縱斷面設計的整體最優，使車輛運行速度符合預期，使路線設計具有更高的技術含量，后期運營更加安全、舒適、便捷。