低等級道路彎道加寬合理取值探討

黃 文

（中鐵第六勘察設計院集團有限公司，天津 300308）

據統計[1]，我國現有公路84.3%是低等級的農村道路，但是這部分的新增投資僅占公路總投資的19.3%；因此限額設計是低等級道路設計時需要遵循的首要原則。現行規范對低等級道路的要求與高等級道路一致，僅是設計速度不同；導致投資限制與規范指標的選取難以平衡，其中最難實現的技術指標就是彎道加寬要求。

在曲線段，車輛運動時會發生側向橫移；因此曲線段加寬是道路平面曲線設計關鍵設計內容之一，很多學者對此進行了相關研究[2～3]；我國規范也對加寬指標進行了規定，但不同規范規定值差異較大。曲線加寬值不足將會導致行車安全隱患，曲線加寬值過大則會導致占地面積及工程建設費用增加；因此，在限額設計的低等級道路中，對圓曲線加寬值的選取極為敏感，而各項規范規定值的不一致給道路設計工作帶來了不必要的麻煩。

低等級道路由于建設資金有限，為了減少拆遷，從而節省工程投資，很多彎道路段會采用較小的半徑；但越小的半徑加寬值越大，為了滿足道路加寬要求，又需要很長的緩和曲線，為了設置較長的緩和曲線則必須采用較大的半徑指標，這就導致完全符合規范要求的小半徑曲線非常難以實現?；诖耍疚膶Ω黜椧幏哆M行了對比分析并進行了幾何學計算，提出低等級道路彎道的合理加寬值。

1 現有規范要求及依據分析

1.1 彎道加寬值要求

車輛在圓曲線轉彎時，前后輪會劃過不同的曲線輪跡，由于車體外廓是矩形剛體，導致部分車身橫向移出車道；當轉彎半徑較小時，這一現象表現得更為突出。為防止車輛轉彎時侵占相鄰車道，圓曲線半徑≤250 m時，應對車道進行加寬。關于低等級道路加寬，一共有4個規范有相應規定[4～7]，但對加寬值的規定差異很大。

1）JTGD 20—2017《公路路線設計規范》。將設計車輛分為小客車、載重汽車、鉸接列車3 類，分別規定了加寬值，作為支線的三級、四級公路可采用第1 類加寬值，即低等級道路的設計采用小客車加寬值即可。見表1。

表1 JTGD 20—2017雙車道路面加寬值規定 m

2）JTG 2111—2019《小交通量農村公路技術標準》。將無大型、重載型車輛的小交通量農村公路分為四級公路（Ⅰ類）和四級公路（Ⅱ類）。四級公路（Ⅰ類）為雙車道，四級公路（Ⅱ類）為單車道。見表2。

表2 JTG 2111—2019雙車道路面加寬值規定 m

3）CJJ 193—2012《城市道路路線設計規范》。將車輛分為小客車、大型車、鉸接車3 類，分別規定了每條車道的加寬值，路面實際加寬值為每條車道的加寬值與車道數的乘積。見表3。

表3 CJJ 193—2012每條車道加寬值規定 m

4）GB/T 51224—2017《鄉村道路工程技術規范》。 將車輛分為小客車和低速貨車、大型車，加寬值見表4。

表4 GB/T 51224—2017雙車道路面加寬值規定 m

對比表1-表4 可以看出，對低等級道路加寬值的規定不一致。JTGD 20—2017 與JTG 2111—2019 主要針對公路加寬要求，一般情況下不需要分不同車型選用不同的加寬值，為減少工程投資，選用小客車為設計車輛進行加寬即可；而CJJ 193—2012 和GB/T 51224—2017 主要針對城市道路和鄉村道路加寬要求，在彎道加寬時，需要根據交通組成的代表車輛來選擇不同的加寬值。

JTG 2111—2019 路 面 加 寬 值 大 于JTGD 20—2017，不符合小交通量道路應節約工程投資的原則；GB/T 51224—2017 雙車道路面加寬值與CJJ 193—2012 單車道路面加寬值一致，明顯不合理；相同設計車型，CJJ 193—2012 比JTGD 20—2017 加寬值低；GB/T 51224—2017的加寬值是所有規范中最低的。

1.2 加寬計算依據

1）JTGD 20—2017未提出加寬計算公式。

2）JTG 2111—2019中單個車道加寬值計算公式為

式中：b——車道加寬值，m；

A——汽車軸距加前懸，取6 m；

R——圓曲線半徑，m；

v——設計速度，km/h。

3）CJJ 193—2012 中小客車、大型車的加寬值計算公式為

4）GB/T 51224—2017 未對加寬值計算依據進行描述。

對比給出加寬公式的規范，可以發現其加寬公式不一致，這是導致各類規范加寬值不一致的原因。道路轉彎過程中方向盤操控變化是在緩和曲線階段完成，圓曲線段方向盤不需要進行任何操作，只需要保持角度不變即可，而車輛的細微擺動安全距離要求已經在車道寬度設置時進行了考慮；因此車道加寬值應只與車輛幾何尺寸及圓曲線半徑相關，不應該與設計速度有關。

2 幾何學彎道加寬計算分析

張雨化[8]根據圖1 和幾何學原理給出了普通汽車一條車道的加寬公式。

圖1 普通汽車的加寬

式中：b——車道加寬值，m；

A——汽車后軸至前保險杠的距離，m；

R——圓曲線半徑，m。

可以看出，式（3）是各類規范進行加寬計算的母公式，用于較大半徑的加寬值計算時沒有問題；但是低等級道路往往轉彎半徑很小，加寬值較大，直接用圓曲線半徑進行車道加寬值的計算忽略了車道寬度（一般為3.5 m）大于汽車自身寬度（一般僅為1.8 m）的事實，汽車行駛軌跡不太可能直接貼著道路中線行駛，對車道加寬值的計算不夠精確。

為準確計算汽車在小半徑曲線轉彎過程中的合理加寬值，假設車輛轉彎運動符合道路線形假設條件，即一是汽車勻速行駛，二是駕駛員操作方向盤勻角速轉動，則質心運動嚴格遵循道路線形，汽車加寬值只受車輛尺寸和汽車實際轉彎半徑的影響。見圖2。

圖2 汽車質心運動導致角點加寬

式中：b——車道加寬值，m；

L0——汽車運動質心至車尾距離，即汽車軸距加后懸，m；

B——車身寬度，m

R1——汽車運動質心轉彎半徑，即加寬前車道中心線半徑，m。

一般低等級道路交通量較小，大型汽車的交通量更小，故可按照小汽車參數進行計算，B=1.8（m），L0=3.8+1.4=5.2（m），對圓曲線半徑為70 m 以下的雙車道道路加寬進行計算，結果見表5。

表5 雙車道道路路面加寬計算值 m

續表5 m

從表5可以看出，式（3）和式（4）的計算值接近，按式（4）計算的加寬值比式（3）的偏于安全，按照式（4）進行加寬完全可以滿足低等級道路加寬的需要。在半徑較小，尤其是轉彎半徑＜20 m 的情況下，道路加寬值計算值大幅低于JTGD 20—2017 和JTG 2111—2019 的要求，略低于CJJ 193—2012 的要求。較小的加寬值使得平面設計時可以采用較小轉彎半徑及緩和曲線長度，能更好地實現降低工程投資的目標。

3 結語

通過對各規范中低等級道路加寬值的對比分析可以看出，在確保交通安全的前提下，JTGD 20—2017和JTG 2111—2019 的要求過高。建議規范下次修編時能在滿足行車安全的前提下，適當考慮降低加寬要求，使得低等級道路的加寬值更適應實際設計工作中小半徑曲線的設置需要。由于駕駛員具有個體性差異，本文的結論還需根據不同地區的特點做進一步探討。