黃 文

（中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300308）

據(jù)統(tǒng)計(jì)[1]，我國(guó)現(xiàn)有公路84.3%是低等級(jí)的農(nóng)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(shè)計(jì)是低等級(jí)道路設(shè)計(jì)時(shí)需要遵循的首要原則?，F(xiàn)行規(guī)范對(duì)低等級(jí)道路的要求與高等級(jí)道路一致，僅是設(shè)計(jì)速度不同；導(dǎo)致投資限制與規(guī)范指標(biāo)的選取難以平衡，其中最難實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)就是彎道加寬要求。

在曲線(xiàn)段，車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生側(cè)向橫移；因此曲線(xiàn)段加寬是道路平面曲線(xiàn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容之一，很多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究[2～3]；我國(guó)規(guī)范也對(duì)加寬指標(biāo)進(jìn)行了規(guī)定，但不同規(guī)范規(guī)定值差異較大。曲線(xiàn)加寬值不足將會(huì)導(dǎo)致行車(chē)安全隱患，曲線(xiàn)加寬值過(guò)大則會(huì)導(dǎo)致占地面積及工程建設(shè)費(fèi)用增加；因此，在限額設(shè)計(jì)的低等級(jí)道路中，對(duì)圓曲線(xiàn)加寬值的選取極為敏感，而各項(xiàng)規(guī)范規(guī)定值的不一致給道路設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了不必要的麻煩。

低等級(jí)道路由于建設(shè)資金有限，為了減少拆遷，從而節(jié)省工程投資，很多彎道路段會(huì)采用較小的半徑；但越小的半徑加寬值越大，為了滿(mǎn)足道路加寬要求，又需要很長(zhǎng)的緩和曲線(xiàn)，為了設(shè)置較長(zhǎng)的緩和曲線(xiàn)則必須采用較大的半徑指標(biāo)，這就導(dǎo)致完全符合規(guī)范要求的小半徑曲線(xiàn)非常難以實(shí)現(xiàn)?；诖耍疚膶?duì)各項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行了對(duì)比分析并進(jìn)行了幾何學(xué)計(jì)算，提出低等級(jí)道路彎道的合理加寬值。

1 現(xiàn)有規(guī)范要求及依據(jù)分析

1.1 彎道加寬值要求

車(chē)輛在圓曲線(xiàn)轉(zhuǎn)彎時(shí)，前后輪會(huì)劃過(guò)不同的曲線(xiàn)輪跡，由于車(chē)體外廓是矩形剛體，導(dǎo)致部分車(chē)身橫向移出車(chē)道；當(dāng)轉(zhuǎn)彎半徑較小時(shí)，這一現(xiàn)象表現(xiàn)得更為突出。為防止車(chē)輛轉(zhuǎn)彎時(shí)侵占相鄰車(chē)道，圓曲線(xiàn)半徑≤250 m時(shí)，應(yīng)對(duì)車(chē)道進(jìn)行加寬。關(guān)于低等級(jí)道路加寬，一共有4個(gè)規(guī)范有相應(yīng)規(guī)定[4～7]，但對(duì)加寬值的規(guī)定差異很大。

1）JTGD 20—2017《公路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》。將設(shè)計(jì)車(chē)輛分為小客車(chē)、載重汽車(chē)、鉸接列車(chē)3 類(lèi)，分別規(guī)定了加寬值，作為支線(xiàn)的三級(jí)、四級(jí)公路可采用第1 類(lèi)加寬值，即低等級(jí)道路的設(shè)計(jì)采用小客車(chē)加寬值即可。見(jiàn)表1。

表1 JTGD 20—2017雙車(chē)道路面加寬值規(guī)定 m

2）JTG 2111—2019《小交通量農(nóng)村公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》。將無(wú)大型、重載型車(chē)輛的小交通量農(nóng)村公路分為四級(jí)公路（Ⅰ類(lèi)）和四級(jí)公路（Ⅱ類(lèi)）。四級(jí)公路（Ⅰ類(lèi)）為雙車(chē)道，四級(jí)公路（Ⅱ類(lèi)）為單車(chē)道。見(jiàn)表2。

表2 JTG 2111—2019雙車(chē)道路面加寬值規(guī)定 m

3）CJJ 193—2012《城市道路路線(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范》。將車(chē)輛分為小客車(chē)、大型車(chē)、鉸接車(chē)3 類(lèi)，分別規(guī)定了每條車(chē)道的加寬值，路面實(shí)際加寬值為每條車(chē)道的加寬值與車(chē)道數(shù)的乘積。見(jiàn)表3。

表3 CJJ 193—2012每條車(chē)道加寬值規(guī)定 m

4）GB/T 51224—2017《鄉(xiāng)村道路工程技術(shù)規(guī)范》。 將車(chē)輛分為小客車(chē)和低速貨車(chē)、大型車(chē)，加寬值見(jiàn)表4。

表4 GB/T 51224—2017雙車(chē)道路面加寬值規(guī)定 m

對(duì)比表1-表4 可以看出，對(duì)低等級(jí)道路加寬值的規(guī)定不一致。JTGD 20—2017 與JTG 2111—2019 主要針對(duì)公路加寬要求，一般情況下不需要分不同車(chē)型選用不同的加寬值，為減少工程投資，選用小客車(chē)為設(shè)計(jì)車(chē)輛進(jìn)行加寬即可；而CJJ 193—2012 和GB/T 51224—2017 主要針對(duì)城市道路和鄉(xiāng)村道路加寬要求，在彎道加寬時(shí)，需要根據(jù)交通組成的代表車(chē)輛來(lái)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(yīng)節(jié)約工程投資的原則；GB/T 51224—2017 雙車(chē)道路面加寬值與CJJ 193—2012 單車(chē)道路面加寬值一致，明顯不合理；相同設(shè)計(jì)車(chē)型，CJJ 193—2012 比JTGD 20—2017 加寬值低；GB/T 51224—2017的加寬值是所有規(guī)范中最低的。

1.2 加寬計(jì)算依據(jù)

1）JTGD 20—2017未提出加寬計(jì)算公式。

2）JTG 2111—2019中單個(gè)車(chē)道加寬值計(jì)算公式為

式中：b——車(chē)道加寬值，m；

A——汽車(chē)軸距加前懸，取6 m；

R——圓曲線(xiàn)半徑，m；

v——設(shè)計(jì)速度，km/h。

3）CJJ 193—2012 中小客車(chē)、大型車(chē)的加寬值計(jì)算公式為

4）GB/T 51224—2017 未對(duì)加寬值計(jì)算依據(jù)進(jìn)行描述。

對(duì)比給出加寬公式的規(guī)范，可以發(fā)現(xiàn)其加寬公式不一致，這是導(dǎo)致各類(lèi)規(guī)范加寬值不一致的原因。道路轉(zhuǎn)彎過(guò)程中方向盤(pán)操控變化是在緩和曲線(xiàn)階段完成，圓曲線(xiàn)段方向盤(pán)不需要進(jìn)行任何操作，只需要保持角度不變即可，而車(chē)輛的細(xì)微擺動(dòng)安全距離要求已經(jīng)在車(chē)道寬度設(shè)置時(shí)進(jìn)行了考慮；因此車(chē)道加寬值應(yīng)只與車(chē)輛幾何尺寸及圓曲線(xiàn)半徑相關(guān)，不應(yīng)該與設(shè)計(jì)速度有關(guān)。

2 幾何學(xué)彎道加寬計(jì)算分析

張雨化[8]根據(jù)圖1 和幾何學(xué)原理給出了普通汽車(chē)一條車(chē)道的加寬公式。

圖1 普通汽車(chē)的加寬

式中：b——車(chē)道加寬值，m；

A——汽車(chē)后軸至前保險(xiǎn)杠的距離，m；

R——圓曲線(xiàn)半徑，m。

可以看出，式（3）是各類(lèi)規(guī)范進(jìn)行加寬計(jì)算的母公式，用于較大半徑的加寬值計(jì)算時(shí)沒(méi)有問(wèn)題；但是低等級(jí)道路往往轉(zhuǎn)彎半徑很小，加寬值較大，直接用圓曲線(xiàn)半徑進(jìn)行車(chē)道加寬值的計(jì)算忽略了車(chē)道寬度（一般為3.5 m）大于汽車(chē)自身寬度（一般僅為1.8 m）的事實(shí)，汽車(chē)行駛軌跡不太可能直接貼著道路中線(xiàn)行駛，對(duì)車(chē)道加寬值的計(jì)算不夠精確。

為準(zhǔn)確計(jì)算汽車(chē)在小半徑曲線(xiàn)轉(zhuǎn)彎過(guò)程中的合理加寬值，假設(shè)車(chē)輛轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)符合道路線(xiàn)形假設(shè)條件，即一是汽車(chē)勻速行駛，二是駕駛員操作方向盤(pán)勻角速轉(zhuǎn)動(dòng)，則質(zhì)心運(yùn)動(dòng)嚴(yán)格遵循道路線(xiàn)形，汽車(chē)加寬值只受車(chē)輛尺寸和汽車(chē)實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑的影響。見(jiàn)圖2。

圖2 汽車(chē)質(zhì)心運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致角點(diǎn)加寬

式中：b——車(chē)道加寬值，m；

L0——汽車(chē)運(yùn)動(dòng)質(zhì)心至車(chē)尾距離，即汽車(chē)軸距加后懸，m；

B——車(chē)身寬度，m

R1——汽車(chē)運(yùn)動(dòng)質(zhì)心轉(zhuǎn)彎半徑，即加寬前車(chē)道中心線(xiàn)半徑，m。

一般低等級(jí)道路交通量較小，大型汽車(chē)的交通量更小，故可按照小汽車(chē)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，B=1.8（m），L0=3.8+1.4=5.2（m），對(duì)圓曲線(xiàn)半徑為70 m 以下的雙車(chē)道道路加寬進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 雙車(chē)道道路路面加寬計(jì)算值 m

續(xù)表5 m

從表5可以看出，式（3）和式（4）的計(jì)算值接近，按式（4）計(jì)算的加寬值比式（3）的偏于安全，按照式（4）進(jìn)行加寬完全可以滿(mǎn)足低等級(jí)道路加寬的需要。在半徑較小，尤其是轉(zhuǎn)彎半徑＜20 m 的情況下，道路加寬值計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)可以采用較小轉(zhuǎn)彎半徑及緩和曲線(xiàn)長(zhǎng)度，能更好地實(shí)現(xiàn)降低工程投資的目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)各規(guī)范中低等級(jí)道路加寬值的對(duì)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(guò)高。建議規(guī)范下次修編時(shí)能在滿(mǎn)足行車(chē)安全的前提下，適當(dāng)考慮降低加寬要求，使得低等級(jí)道路的加寬值更適應(yīng)實(shí)際設(shè)計(jì)工作中小半徑曲線(xiàn)的設(shè)置需要。由于駕駛員具有個(gè)體性差異，本文的結(jié)論還需根據(jù)不同地區(qū)的特點(diǎn)做進(jìn)一步探討。