公路缓和纵坡的设置条件及长度确定

索 军 利

(乌兰察布市公路工程质量监督站，内蒙古 乌兰察布 012000)

1 概述

长期以来公路纵坡技术指标，基本都是根据路线设计规范推荐值来控制坡度、坡长，在达到限制坡长时接缓和坡段，坡度组合符合技术标准、规范就可以，但2017版《公路路线设计规范》对缓和纵坡设计提出了原则性的要求，即不能机械的套用设计规范，避免采用“陡坡最大坡长+缓坡最小坡长”的不利组合，应该根据坡度坡长对运行速度的折减、加速关系，在连续上坡路段使车辆(一般为大货车)运行速度保持在容许的最低速度以上较为合理，本文主要从上坡角度分析纵坡设计时设置缓坡的位置及坡度、坡长问题。山区公路往往地势起伏较大，为了最大限度的爬坡、以较小的工程量实现山岭区公路布线，纵断面设计经常运用极限指标，在满足规范的前提下如何最大限度地接近极限值对实际工作有着重要的意义，单从《公路路线设计规范》的规定，即路线纵坡满足单坡的坡度坡长、按规定设置缓坡、满足平均纵坡、合成纵坡、平纵面组合的要求，这样从技术指标来讲就基本满足要求，例如某公路纵断面设计时，在满足规范要求的坡度、坡长前提下，较为常规的设置缓和纵坡，并且顺应地形进行拉坡设计，也是长期以来较为普遍的设计方法,从汽车行驶力学方面需满足汽车加速的要求，即从当前速度加速至期望速度的要求，目前采用的方法是在纵断面设计完毕后，利用运行速度分析软件对纵坡进行检验，“运行速度是指在特定路段上，在干净、潮湿条件下，85%的驾驶员行车不会超过的行驶速度，简称V85”,检验时应选择合理计算模型，设定初始速度、期望速度等，检验大货车的运行速度。

2 缓和纵坡的作用

公路中线两点间的高差与水平距离的比值(以%计)称为纵坡或坡度。起坡起止点间(即前后变坡点之间)的水平距离称为坡长。公路缓和纵坡主要供汽车在连续上坡路段，在车速下降时提供再次加速冲坡，恢复行驶速度的作用，从路线总体来讲亦能减小平均纵坡，提高公路通行能力。公路连续上坡或下坡时，应在不大于最大坡长的坡段之间设置缓和纵坡，缓和纵坡的坡度应不大于3%，其最短坡长应符合纵坡最短坡长的规定。在公路纵坡较大的路段上，载重汽车爬坡时需克服较大的坡度阻力，使输出功率与车重比值降低，车速下降，大型车与小型车的速差变大，超车频率增加，对行车安全不利。速差较大的车辆混合行驶，必然减小快车的自由度，导致通行能力降低。纵断面设计时，当纵坡的长度达到限制坡长时，按规定设置的较小纵坡路段称为缓和坡段，主要是保证连续上坡路段大货车运行速度降至允许的最低速度时，设置合适的缓坡，供其加速，再次运行至期望速度，使车辆运行速度始终高于路段最低容许速度。

3 缓和纵坡的设置条件(起始位置)及长度的确定

3.1 纵断面总体的确定原则

总体把握，逐段安排，控制平均纵坡，首先把路段的平均纵坡控制合理范围，根据路线设计规范的基本规定，结合实践经验进行纵断面拉坡设计，让设计方案基本可行，满足基本规定，再进一步优化、细化。细化设计，不小于3%的坡段均有坡长限制，缓坡(<3%)没有最大坡长限制，根据大客车运行速度分析成果，坡长取值可以参考大货车运行速度(V85)分析结果，调整、确定缓坡长度，即满足整个路段大货车运行速度保持在最低允许运行速度之上，使纵断面设计更加合理。也就是在前期确定的初始平面线性和纵面线形的基础上，推算设计路段的运行速度V85，并以线形的连续性和速度一致性为路线设计质量的评价原则，检验和修正初期的平纵几何设计，然后根据调整后的路线平纵面线形和运行速度测算结果，最终确定曲线超高、加宽、视距等设计指标。

3.2 缓和纵坡的设置条件

坡长是指纵断面相邻变坡点的桩号之差，即水平距离。对一定纵坡的长度限制称为坡长限制，包括最大坡长限制和最小坡长限制。首先公路纵坡在大于规定坡长时，必须设置缓坡，规范规定，“设计速度小于或等于80 km/h时，缓和纵坡应不大于3%；设计速度大于80 km/h时，缓和纵坡应不大于2.5%。”缓和坡段的具体位置应结合纵向地形的起伏情况，尽量减少填挖方工程数量来确定。一般情况下，缓和坡段宜设置在平面为直线或较大半径的圆曲线上，以便充分发挥缓和坡段的作用，提高道路的使用质量。在极特殊情况下，可以将缓和坡段设于半径较小的平曲线上，但应适当增加缓和坡段的长度，至于缓坡坡度、长度，就需要设计人员根据规范、经验灵活运用了，不同的设计人员手法各异，都有各自的见解，在条件允许的情况下缓坡长度宜大于最小坡长，缓坡太短上坡不能保证加速行驶要求，下坡不能减缓制动；从路容美观、相邻竖曲线的设置和纵面视距等也要求坡长应有一定的最短长度。

各级公路当陡坡的长度达到限制坡长时，应设置一段坡度不大于3%的缓和坡段，一般情况缓和坡段宜采用不大于2.5%的坡度，其长度应符合纵坡长度的规定。缓和坡段的设置位置应结合纵向地形起伏情况，减少填挖工程量，并考虑路线的平面线形要素。一般情况下，缓和坡段宜设置在平面直线或较大半径的平曲线上；在地形条件复杂路段，应将缓和坡段设于半径比较小的平曲线上，特别是回头曲线并适当增加缓和坡段的长度，使缓和坡段端部的竖曲线位于小半径平曲线之外。

3.3 缓和纵坡的长度确定

纵断面设计往往不能一次完成，需多次优化才能获得较优的设计，不同的坡段组合具有不同的运行效果，对于山岭区连续上坡公路车辆爬坡困难是设计中的主要矛盾(连续下坡尤其对重载车辆的行车安全也是不利的，本文只讨论车辆爬坡问题)，在公路平面线位基本确定的情况下，纵坡在有调整余地的情况下，根据运行速度检验可以分段调整纵断面设计，即对运行速度低于最低允许速度段进行优化调整，例如可通过缩短前坡坡长、降低前坡值等方法调整坡度组合，以利于车辆加速或不至于降速过快，从而保证车辆运行速度在合理的区间。公路纵断面相邻两个变坡点之间的最小长度(最小坡长)不应影响行车的连续性和安全性。不同设计速度的最小坡长规定如表1所示，当路线为纵坡段时，不同的纵坡值及坡长对应的速度折减量见图1，对小客车和大型货车的运行速度V85进行调整修正。

表1 公路最小坡长

利用基于运行速度检验的纵断面设计方法，用运行速度检验软件在纵断面设计完毕后，运用运行速度曲线图成果来调整缓坡的位置及长度，即根据大货车的运行速度，在运行速度接近容许最低速度处(不是限制坡长的终点)，开始设置缓坡，缓和坡度的大小、长度根据车辆加速的要求计算确定，不同的坡段组合，所需要的纵坡长度也不一样，不是一个定值，每个项目的路线成果，都要经过运行速度检算成果，来修正纵断面设计，待车辆加速稳定后，终止缓坡，再接稍大的纵坡，在整个路段保证运行速度都在希望达到的范围之内，在这个前提下，使纵坡设计最大限度的运用长陡坡来争取爬坡。

4 结语

公路纵断面设计是公路路线设计的重要部分，纵断面设计指标的合理运用具有重要的现实意义，在满足规范的前提下，可能有多种设计方案，后期运营效果也各不相同，因为工程建设具有唯一性，我们没有办法将多种方案的实际运营效果拿来比较，这就需要事先运用合理可行的技术手段对设计方案进行比较、评价，从中选优，对于连续爬坡路段，缓坡位置的选取、长度的取值，要引起一定的重视，设计过程中要借助一些技术手段辅助设计，如运行速度检验，汽车模拟运行等可视化技术，经过检验后调整陡坡及缓坡的起终点位置、坡度、坡长，按照一定规律、方法来调整，最终实现纵断面设计的整体最优，使车辆运行速度符合预期，使路线设计具有更高的技术含量，后期运营更加安全、舒适、便捷。