淺談視距加寬計(jì)算方法在高等級公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王 聰

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司四川分公司 成都市 610073)

《公路項(xiàng)目安全性評價(jià)規(guī)范》[1]JTG B05—2015(下稱：公路評價(jià)規(guī)范)對運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性及視距評價(jià)采用v85，而《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]JTG D20—2017(下稱：路線設(shè)計(jì)規(guī)范)對視距計(jì)算采用的是路面行駛速度(潮濕路面)。路線設(shè)計(jì)規(guī)范中采用的行駛速度的前提條件是在路面潮濕情況下車輛行車速度和輪胎摩擦系數(shù)取值進(jìn)行計(jì)算，該行駛速度大大低于公路設(shè)計(jì)速度。從公路路線設(shè)計(jì)者角度出發(fā)、以小客車為主要車型的高等級公路為研究對象，介紹高等級公路視距加寬計(jì)算方法在高等級公路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

1 停車視距

高等級公路主要針對高速公路、一級公路，平面視距一般根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]JTG D20—2017采用停車視距。停車視距由兩部分組成：駕駛者在反應(yīng)時(shí)間內(nèi)行駛的距離；開始制動到剎車停止所行駛的距離，即為制動距離。

式中：f1為縱向摩阻系數(shù)，依車速及路面狀況而定；v為路面潮濕狀態(tài)下的行駛速度。

在公路路線設(shè)計(jì)過程中，通常根據(jù)圓曲線半徑、速度計(jì)算汽車在運(yùn)行過程中所需要的橫凈距，對比公路標(biāo)準(zhǔn)橫斷面中既有的橫凈距，如果理論計(jì)算的需求橫凈距大于既有的橫凈距，公路就需要改變橫斷面布局或者加寬路面，使調(diào)整后的既有橫凈距滿足理論計(jì)算需求。

隨著汽車安全性能的逐步提高，駕駛者信心上升，行車速度快，高等級公路潮濕路面或積水條件下車輛行駛速度大多數(shù)超越了路線設(shè)計(jì)規(guī)范中代入計(jì)算采用的路面行駛速度(潮濕路面)，存在不安全隱患。在大量的公路路線設(shè)計(jì)實(shí)踐中如果按行駛速度(潮濕路面)代入公式計(jì)算停車視距偏不安全，將v85代入公式計(jì)算停車視距是否可行？這是一個值得研究的問題。

2 速度建議值

在項(xiàng)目路線設(shè)計(jì)過程中，高等級公路均會對路線進(jìn)行運(yùn)行速度模擬和計(jì)算，用于檢驗(yàn)路段行車速度與設(shè)計(jì)速度的符合性、相鄰路段速度協(xié)調(diào)性。從安全駕駛的角度考慮，計(jì)算停車視距應(yīng)考慮三個速度：行駛速度(潮濕路面)、設(shè)計(jì)速度、運(yùn)行速度v85。

按公路路線規(guī)范和公路評價(jià)規(guī)范要求，小客車v85與設(shè)計(jì)速度差值≤20km/h，相鄰路段速度差≤20km/h[1]；若不滿足，應(yīng)調(diào)整路線平縱設(shè)計(jì)，使其滿足運(yùn)行速度的要求。例如：某高速公路，設(shè)計(jì)速度100km/h(按路線規(guī)范7.9.1條文說明：行駛速度85km/h計(jì)算，潮濕路面摩擦系數(shù)0.3)，停車視距為160m；若將設(shè)計(jì)速度100km/h代入計(jì)算，對應(yīng)的潮濕路面摩擦系數(shù)是0.29，停車視距為205.2m，比原規(guī)范值將增加45.2m。對于這種情況下，如果實(shí)際營運(yùn)階段速度為100km/h，當(dāng)路面潮濕情況下，車輛運(yùn)行速度大于85km/h行駛，平面視距將得不到滿足。通常情況下，設(shè)計(jì)速度、運(yùn)行速度v85大于潮濕路面行駛速度規(guī)范值，從公路運(yùn)營安全角度考慮，設(shè)計(jì)者應(yīng)采用設(shè)計(jì)速度或者運(yùn)行速度v85代入計(jì)算停車視距將更為安全。

在平原微丘區(qū)，高等級公路路線指標(biāo)相對較高，運(yùn)行速度v85大多數(shù)情況下大于設(shè)計(jì)速度，小客車運(yùn)行速度較高，超車頻繁；計(jì)算停車視距時(shí)，建議采用運(yùn)行速度v85代入計(jì)算。在山嶺重丘區(qū)，高等級公路路線指標(biāo)相對較低，橋隧比相對較高，曲線范圍內(nèi)平面視距加寬對橋梁、隧道設(shè)計(jì)、施工難度增加較多且條件困難段設(shè)計(jì)限速值較為嚴(yán)格，因此建議采用設(shè)計(jì)速度代入計(jì)算。

計(jì)算平面視距行駛速度推薦采用如下公式：

式中：v1為運(yùn)行速度v85；v2為設(shè)計(jì)速度。

(1)

3 停車視距縱坡修正

根據(jù)停車視距計(jì)算公式，參數(shù)中除了速度影響就是公路的縱坡。路線規(guī)范對停車視距考慮縱坡為0%。高等級公路設(shè)計(jì)速度60km/h、80km/h、100km/h、120km/h，其對應(yīng)的最大縱坡6%、5%、4%、3%。按最不利工況組合考慮，一級公路、設(shè)計(jì)速度60km/h(按路線規(guī)范7.9.1條文說明：行駛速度54km/h計(jì)算，潮濕路面摩擦系數(shù)0.33)[2]，停車視距規(guī)范值為75m(計(jì)算值73.2m)；imax=6%下坡情況下若考慮縱坡的計(jì)算值應(yīng)為80m，較規(guī)范值增加5m。根據(jù)計(jì)算，縱坡對停車視距的影響相對較小，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中可以不考慮。如果考慮縱坡修正，理論計(jì)算公式如下所示。

(2)

4 橫凈距計(jì)算

以高等級公路路線線形為主要研究對象進(jìn)行研究。在確定了停車視距后，就可以根據(jù)公路線性的幾何關(guān)系，計(jì)算汽車在運(yùn)行過程中所需要的橫凈距。由于高等級公路線形指標(biāo)高，圓曲線長度較長，一般大于停車視距；而低等級公路公路線形指標(biāo)較低，圓曲線長度相對較短，圓曲線長度容易出現(xiàn)小于停車視距的情況。低等級道路線形變化情況更加多樣，但低等級公路上汽車行駛速度較低、汽車制動距離短，對于視距問題的解決方案與高等級公路解決方案有較大不同，低等級公路多采用路塹側(cè)挖方視距加寬和增設(shè)凸透鏡的方式解決視距不良問題，較少采用加寬路面的解決措施；由于低等級公路沒有中央分隔帶，也沒有中央分隔帶縮窄的基礎(chǔ)條件。以下幾何關(guān)系適用于絕大多數(shù)高等級公路，對于圓曲線長度小于停車視距的特殊情況需要單獨(dú)研究計(jì)算。

圖1 圓曲線橫凈距幾何關(guān)系

(3)

(4)

式(3)為三角函數(shù)按泰勒級數(shù)展開式[3]，式(4)中Z為視點(diǎn)需求的橫凈距，S為修正后停車視距，見式(1)或者式(2)，R為圓曲線半徑。

5 橫凈距加寬值計(jì)算

根據(jù)式(4)得到未加寬前公路的計(jì)算橫凈距，對比公路未加寬前公路既有橫凈距，可以進(jìn)一步計(jì)算得到視距加寬值大小。

(1)公路內(nèi)側(cè)(中央分隔帶側(cè))路緣帶加寬值△b1(圖2)

內(nèi)側(cè)車道駕駛者行車時(shí)視點(diǎn)位置距離路緣帶的平面距離為1.5m，豎向距路面高度為1.2m。未加寬前公路既有橫凈距B=b+C+1.5，b為內(nèi)側(cè)路緣帶寬度,C建筑界限余寬，視點(diǎn)距內(nèi)側(cè)路緣帶邊緣1.5m。B≥Z，不加寬；B

圖2 中央分隔帶護(hù)欄視距加寬方式

根據(jù)規(guī)范對視距的定義，視點(diǎn)所看到的路面目標(biāo)物高度為0，而中央分隔帶的臺階高度一般在10～15cm，該臺階會遮擋遠(yuǎn)處很小的一部分，不能嚴(yán)格意義上保證遠(yuǎn)方視線空間內(nèi)的部分路面不被臺階所遮擋。如果嚴(yán)格意義上進(jìn)行限制，建筑余寬C將不能計(jì)入既有橫凈距，未加寬前公路既有橫凈距應(yīng)修改為B=b+1.5，內(nèi)側(cè)路緣帶加寬值應(yīng)修改為△b1=Z-B-△b2。

由于高等級公路路線線形需要滿足視距要求，對圓曲線半徑的取值要求相對較大，既有橫凈距容易不滿足要求；而高速運(yùn)行的車流下主要避讓的是突發(fā)情況下的人或者車輛，而主要目標(biāo)障礙物體高度遠(yuǎn)大于中央分隔帶臺階高度，設(shè)計(jì)過程中建議可以根據(jù)實(shí)際情況論證是否將C值納入既有橫凈距。

(2)公路外側(cè)(路塹邊坡側(cè))既有橫凈距及加寬值△B′(圖3)

外側(cè)車道駕駛者行車時(shí)視點(diǎn)位置距硬路肩邊緣的平面距離為1.5m，豎向距路面頂面高度為1.2m。公路既有橫凈距B′=B1+B2+B3+B4+B5+B6(B1：視點(diǎn)平距1.5m；B2：硬路肩寬度；B3：土路肩寬度；B4:邊溝寬度；B5:碎落臺寬度；B6：邊坡寬度)。B′≥Z，不加寬；B′

圖3 路塹邊坡視距加寬方式

6 視距不足的加寬措施及相關(guān)建議

在高等級公路設(shè)計(jì)中，部分設(shè)計(jì)者忽略了中央分隔帶和路塹邊坡側(cè)橫凈距計(jì)算驗(yàn)證，橫凈距不足將直接導(dǎo)致平面視距不足而引發(fā)交通事故。部分設(shè)計(jì)者在雨水充沛地區(qū)進(jìn)行高速公路路塹邊坡設(shè)計(jì)中選用灌木進(jìn)行邊坡綠化，很多高速公路通車數(shù)年后，邊坡由于灌木生長旺盛阻擋了視線，非常容易引發(fā)交通事故。從設(shè)計(jì)者角度建議在高等級公路設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)加強(qiáng)橫凈距計(jì)算驗(yàn)證，避免安全風(fēng)險(xiǎn)。視距不足的加寬具體措施如下：

(1)當(dāng)公路內(nèi)側(cè)(中央分隔帶側(cè))既有橫凈距不滿足視距計(jì)算要求時(shí)，可考慮縮小中央分隔帶寬度、增加內(nèi)側(cè)路緣帶寬度兩種方式完成視距加寬，保證內(nèi)側(cè)橫凈距，解決內(nèi)側(cè)視距不足問題。

(2)當(dāng)公路外側(cè)(路塹邊坡側(cè))既有橫凈距不滿足視距計(jì)算要求時(shí)，可考慮通過增加外側(cè)車道路面寬度、增加碎落臺寬度、視點(diǎn)安全高度處(巖質(zhì)邊坡1.1m、土質(zhì)邊坡0.9m)設(shè)置視距平臺三種方式完成外側(cè)視距加寬，保證外側(cè)橫凈距，解決外側(cè)視距不足問題。