高速公路纵坡坡度与运行速度的关系
山区高速公路纵坡设计论文
浅析山区高速公路纵坡设计【摘要】本文通过对《公路路线设计规范》中关于纵坡设计相关规定存在问题及不足之处进行分析，阐明在纵坡设计时应根据车辆实际行驶特性对公路最大纵坡、平均纵坡、平纵组合及互通式立交区主线最大纵坡相关规定的灵活应用，力求优化山区高速公路纵坡设计，降低工程造价及规模。
【关键词】山区高速公路；纵坡设计；最大纵坡；平均纵坡；平纵组合【中图分类号】tu965【文献标识码】a【文章编号】1674-3954（2011）02-0086-01引言公路纵坡设计直接关系项目线形的长短、工程造价及运输成本，山区高速公路由于地形复杂、高差大，造成纵坡设计难度相对比较大，虽然规范及标准对公路纵坡设计相关指标的采用给予了相关的规定，但规定相对比较严格，如果墨守成规地按照规范进行纵坡设计，势必增加工程规模，造成不必要的浪费。
随着近年来山区高速公路建设的快速发展，如何更合理地进行公路纵坡设计，是我们每个人都应该考虑的问题。
一、《公路路线设计规范》存在问题《公路路线设计规范》（jtg d20-2006）对路线纵断面设计指标给予了相关的规定，但存在以下几方面的不足：1、最大纵坡的规定：规范规定的最大纵坡主要是从车辆的爬坡性能、油耗以及公路通行能力的角度进行规定，缺乏对整体式路基与分离式路基特点的考虑，规范规定对于整体式路基是比较合理的，但对于分离式路基最大纵坡的规定则显得不甚合理；2、平均纵坡的规定：规范从汽车的爬坡性能角度出发仅对二、三、四级公路平均纵坡进行了规定，并未对高速公路及一级公路予以相关的规定，存在盲点；3、平、纵组合的规定：规范规定“平、纵线形组合设计原则为宜相互对应；设计速度大于或等于60km/h的公路，应注重路线平、纵线形组合设计”，此规定如果应用于山区高速公路走纵坡设计上，势必增加工程规模，规范对于此条规定缺乏灵活性；4、互通式立交区主线最大纵坡规定：规范对互通式立交范围内主线的最大纵坡进行了相关的规定，并在条文说明中讲到“作为宏观控制的指标，不应放松，在设计中若遇特殊情况或困难，少数指标可采用极限值，但应有保证行驶安全的弥补措施”，该规定存在考虑不周的问题，没有全面考虑车辆驶离减速、驶入加速的行驶特性。
高速公路考试复习题集
一、填空题1．最早修建高速公路的国家是德国。
2．最靠近中间带（即最左边）的车道称为超车道。
3．只要保证高速公路竖曲线半径不小于竖曲线极限最小半径，就能够保证纵面视距。
4．通常情况下汽车依设计车速能安全、舒适行驶的最小半径成为不设超高最小半径。
5．我国高速公路的服务水平分为四 级。
6．高速公路超高横坡变化的旋转轴可分为绕中间带的中心线 、 绕中央分隔带边缘 、绕各自行车道中心线。
7．表示平均日交通量的符号是ADT 。
8．在直线和半径为R 的圆曲线间插入的回旋线参数和长度分别为A 和L ，若9R ≤L ≤R ，则 9R≤A ≤R 。
9．公路的通行能力中，数值最大的是基本通行能力 。
10．用一个回旋线连接两个同向圆曲线的组合形式，称为卵型曲线 。
11．高速公路设计车速为120km/h 时，土路肩的宽度为 0.75m 。
12．对于比例尺为1:2000的平面图，路线所经地区的地形、地物应实地测绘并绘成带状图，其范围为路中线两侧各为100~200。
13．以下各种路面的汽车滚动阻力系数最小的是水泥混凝土路面 。
14．从横断面上看，将边坡坡面由变折线形变为流线型的目的 适应地形地貌。
15．立体交交左转匝道形式有 苜蓿叶式 、 直接式 、迂回式 、环形匝道。
16．设计车速与运行车速的关系是 理论车速与实际车速的关系 。
17．为满足驾驶者需要，竖曲线最小长度应按计算车速行程的 3 。
18．可行性研究根据工作深度和要求的不同，大体上可分为 四个阶段 。
19．避免在凸型竖曲线顶部插入小半径平曲线，是因为 失去诱导视线的作用。
20．设超高横坡为3％，纵坡为4％，则合成坡度 5％。
21．为满足路面排水的需要，希望最小纵坡为 0.3～0.5% 。
22．缓和曲线一般采用 回旋线。
23．某山岭区二级公路，变坡点桩号为K6＋100，i1＝5％，i2＝－3％，竖曲线长为320m ，则竖曲线半径为 4000 。
24．在绘制路基横断面图时，所采用的比例尺一般为 1:200 。
公路平曲线超高计算
平曲线超高一、超高及其作用当汽车在弯道上行驶时，要受到离心力的作用，横向力是引起汽车不稳定行驶的主要因素。
所以在平曲线设计时，常将弯道外侧边道抬高，构成与内侧车道同坡度的单向坡，这种设置称为平曲线超高。
其作用是为了使汽车在圆曲线上行驶时能获得一个指向内侧的横向分力，用以克服离心力，减少横向力，从而保证汽车行驶的稳定性及乘客的舒适性。
二、超高横坡度的确定超高横坡度的大小与公路等级、平曲线半径及公路所处的环境、自然条件、路面类型、车辆组成等因素有关。
超高横坡度可按下式计算：即横向力系数的取值，主要考虑设置超高后抵消离心力的剩余横向力系数，其值的大小在0~ 之间，也与多种因素有关，如车速的大小、考虑快慢车的不同要求、乘客的舒适与路容之间的矛盾等。
因此，对应于确定的行车速度，最大超高值的确定主要取决于曲线半径、路面粗糙率以及当地气候条件。
《规范》规定，高速公路、一级公路最大超高值为8%和10%，正常情况下采用8%；对设计速度高，或经验算运行速度高的路段宜采用10%。
二、三、四级公路限定最大超高为8%是适宜的。
但对于积雪冰冻地区，考虑我国以货车为主的特点，限定最大超高为6%比较安全。
《标准》规定，当平曲线半径小于不设超高的最小半径时，必须设置超高。
超高值表见材料。
三、设置超高的一般规定和要求1．各级公路当圆曲线半径小于不设超高的最小半径时，应在曲线上设置超高。
一般地区的圆曲线最大超高值宜采用8%。
2．超高横坡度的大小按公路等级、圆曲线半径大小及公路所处的环境、自然条件、路面类型、车辆组成等因素合理确定。
3．各级公路圆曲线部分最小超高应于与该公路直线部分的正常路拱横坡度一致，以利于排水。
4．分向行驶的多车道公路位于纵坡较大的路段，其上、下坡的运行速度会有明显的差异，故可采用不同的超高值，以策安全。
5．二、三、四级公路混合交通量大且接城镇路段，或通过城镇作为街道使用的路段，当车速受到限制，按规定设置超高有困难时，可按表1-2-6规定设置超高。
基于遗传神经网络的高速公路纵坡运行速度预测方法研究
２０１３年１月第１期城市道桥与防洪０前言目前，公路线形设计的基本依据是设计速度，它决定了公路几何线形的各项要素。
设计速度是一固定值，其作为基础参数，规定了某一路段的最低设计标准，设计中只要一条公路所采用的最低指标大于其设计速度对应的最低指标，就认为该设计符合要求。
经过多年的设计实践，发现这种设计速度的方法存在诸多不足之处，主要表现在：（１）线形设计要素与实际行车速度不相容；（２）线形设计要素之间不相容；（３）线形的行车速度标准不一致。
为此，《公路路线设计规范》（ＪＴＧＤ２０－２００６）对线形设计引入了运行速度检验的概念，运行速度考虑了绝大多数驾驶员的交通心理需求，是车辆的实际运行速度，以其作为线形设计参数，可以消除现行设计方法的不足，有效地保证了线形相关指标与速度的相容性，可以获得连续一致的均衡设计。
不同车辆的运行速度各不相同，但运行速度值一般呈正态分布，通常以小客车在车速分布累计曲线上第８５位百分点的速度来表示运行速度，即Ｖ８５。
运行速度是车辆实际行驶的速度，在公路建成之前无法实测获得。
因此，应用运行速度作为设计参数进行线形设计或设计成果检验的关键就是运行速度的预测。
而运行速度又受人、车、路及周围环境等多种因素的影响。
本文通过对高速公路不同纵坡路段运行速度的调查，研究在自由流运行条件下，公路纵断面线形指标（主要指坡度i 与坡长S ）与高速公路运行速度的相关关系，运用遗传神经网络的方法来预测高速公路纵坡运行速度的方法。
１算法介绍ＢＰ（ｂａｃｋ－ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）算法作为一种神经网络训练方法，由于其理论依据扎实，推导严谨，物理概念清晰，目前仍是应用最为广泛的神经网络模型之一。
但是，该算法学习收敛速度慢，得到的网络性能较差。
遗传算法通过模拟自然界的进化过程来迭代产生适于解决问题的优化解，其搜索机制中的隐含并行性使得搜索过程能不断向全局最优解逼近。
遗传算法具有：自组织、自适应和自学习性（智能性），并且在本质上具有并行性；遗传算法不需要求导，只需要影响搜索方向的目标函数和相应的适应度函数。
浅析公路连续长下坡温控计算
为避免刹车失灵 ， 避免由此造成的交通事故 ， 须控 制下坡路段的刹车温度 。 研究降低刹车片温度下 降， 控制刹车片温度在有效的刹车效果范围内 ， 显 得更加重要 。 在公路相关规范中 ， 基于一些统计数据 ， 已对 长下坡路段刹车 片 温 度 的 升 高 作 了 相 应 的 描 述 ， 本文着重研究刹车片温度下降 。 下面以实例来研 究对比某高速公路长下坡路段的刹车片温度的计 算 。 见表 １ 。
总第 ２６８ 期 ２０１ ５ 年第 １ 期
ｔ ０ Ｋ ＋０． ８７５ 公式以后设 ： （ ／ （ ） １－ （ ４－０． １） ２００－４０） ＝Ｋ ＝
显然 Ｋ 值随模型条件的改变而改变 。 ０． ９７５ ６２５ ， 后温度为 ２ ｓ ｔ２ ： ／ （ ｔ ２ ＝ｔ １ －ｔ １ （ ４－０ ． １） ２００－４０ ） ＋０ ． ８７５＝ （ （ ） ／ （ ） ） ｔ １ １ － ４－０ ． １ ２００－４０ ＋０ ． ８７５＝ （ ｔ ０ Ｋ ＋０ ． ８７５ ） Ｋ ＋０ ． ８７５＝
总第 ２６８ 期 ２０１ ５ 年第 １ 期
交 通 科 技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ． ２６８ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２０１ ５
. .１ ６７１ ７５７０ .２０１ ５ .０１ .０３０ ＤＯＩ １０ .３９６３／ ｊ ｉｓｓｎ
浅析公路连续长下坡温控计算
表 １ 汽车下坡刹车温度计算
序号 ０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ １３ １４ １５ １６ １７ １８ １９ ２０ ２１ ２２ ２３ ２４ ２５ ２６ ２７ ２ １ ６５３． ８５ ６ ２ １ ９０３ ２３ １ ２０ ２４ ６ ９０ ２５ ６４０ ２５ ９７５ ２６ ５００ ２７ ７８５ ２８ ５４０ ２８ ９ ６０ ２９ ４２０ ２９ ８８３． ２０６ １ ２０２． ０００ １ １ ９２． ２８３ １ １ ６３． ３３３ １ １ ３ ９． １１９ １ １ １４． ４１ ９ １ ０９８． ００４ １ ０８２． ７７９ １ ０８９． ２０４ １ ０８１ ． ６５４ １ ０９２． ６１５ １ ０９７． ６７５ １ ０９ ９． ９９１ ０ －３． ９ －２． ３７９ －１． ５４２ －２． ６ －４． ９ －２． ９ ０． ５ －１ ２． ６１ １． １ ０． ５ ２． ５２３ ９ ２． ５ ５２ ５ ２． ５３ ６ ５ ２． ４３ １ １ ２． ４４１ ２ ２． ４９２ ４ ２． ５０５ ３ ２． ２８９ ６ ２． ２３７ ４ ２． １ ３０ ６ ２． ０５４ ５ １． ９ ９５ ４ １１． ８５ ９ ６４２ １ ２． １０８ ７８６ １ ３． ３２５ ７８６ １４． ８９５ ７８６ １ ５． ８４５ ７８６ １ ６． １ ８０ ７８６ １ ６． ７０５ ７８６ １ ７． ９ ９０ ７８６ １ ８． ７４５ ７８６ １ ９． １ ６５ ７８６ １ ９． ６２５ ７８６ ２０． ０８８ ９ ９２ 桩号 （ 变坡 ） ９ ８８６． ５０２ １０ ３ ９５ １ １ ２３０ １ ２ ２３０ １ ３ ２００ １ ３ ７６０ １４ ８１ ２ １ ５ ５ ９２ １ ６ ３４０ １ ７ １００ １ ７ ８７０ １ ８ ８４２ １ ９ ５４２ ２ １ ０５０ ２ １ ７００ 高程 ／ ｍ １ ４９ ９． ０００ １ ４８２． ８０８ １ ４８６． ９８６ １ ４５ １ ． ９８６ １ ４３５． ６５２ １ ４１ ３． ８１ ２ １ ４０４． １ ９７ １ ３ ６８． ３１７ １ ３４８． ８６ ９ １ ３３５． ５３ ９ １ ３０５． ５０９ １ ２８８． ６７４ １ ２５４． ４７２ １ ２２７． ３５０ １ ２０２． ０００ 前后桩号间 纵向坡度／％ ０ －３． １ ８４ ０． ５ －３． ５ －１． ６８４ －３． ９ －０． ９ １４ －４． ６ －２． ６ －１． ７５４ －３． ９ －１． ７３２ －４． ８８６ －１． ７９ ９ －３． ９ ３． １ ８４ ３ ０． ８９４ ２ ２． ００６ １ １． ９１１ ８ ２． １９９ ３ １． ９２４ ７ ２． ２９０ ５ ２． ３２６ ４ ２． ２６ ６ ０ ２． ４２３ ６ ２． ３４８ ６ ２． ５３２ ５ ２． ４３３ ４ ２． ５ １４ １ ０． ５０８ ４９８ １． ３４３ ４９８ ２． ３４３ ４９８ ３． ３ １ ３ ４９８ ３． ８７３ ４９８ ４． ９２５ ４９８ ５． ７０５ ４９８ ６． ４５ ３ ４９８ ７． ２ １ ３ ４９８ ７． ９８３ ４９８ ８． ９５ ５４ ９８ ９． ６５ ５ ４９８ １１． １ ６３ ４９８ １１． ８１ ３ ４９８ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ８０ ７２ － ５０ １ ２４ １４５ １ ８０ １ ７９ ２１８ ２３ １ ２３ ６ ２５ ５ ２５ ９ ２７８ ２８３ ２９３ ２９３ ２９４ ２９８ ３０４ ３０７ ３１３ ３１８ ３２ １ ３１３ ３１３ ３０７ ３０３ ３００ 前后桩号间 纵向坡度／％ 距坡顶 距离 Ｌ／ｋｍ 下坡速度 ／ （ ｋｍ· ｈ－ １ ） 模型 １ 温度 ｔ 模型 ２ 温度 ｔ ４０ ９７ ４０ ９４ ４０ ７５ ４０ １０２ １ ２２ ５０ ９８ ４０ １０４ ４０ ８０ ８０ ８０ ９５ ９５ ９３ １１８ １４５ １６６ ４０ ４０ ４０ ４０ ４０ 不可能 ４７ ｓ 降１ ℃ 不可能 备注
高速公路S形弯坡路段自由流大货车运行速度预测模型
由于地势 险峻 、 工 困难 或资 金有 限 ， 同形式 施 不
路 面状况 、 天气 、 交通 状况及 驾 驶员状 况等 因素的影 响 ， 中公路 线形 主要 包括 曲线半 径 、 度和线 路长 其 坡 度 。由此 可 以得 到基 于公 路线 形的车 速影 响因素抽 象 函数关 系式 ：
曼
＋ ＋ ＋
１ ２ ３
４
段 的加 减速 幅度基 本在 土５ ｍ／ ０ｋ ｈ以 内。
（ ）实际路 线 中大 部分 ｓ形 弯坡 路段 双 曲线两 ３
曲 中点 Ｂ、 之间 的纵 向断 面基 本 是 同为上 坡 或 同 Ｄ
卅
为下坡 ， 为上坡 车速表现 为减 速状 态 ， 为下坡则 若 若
在 ２ Ｏ世纪 ６ Ｏ年 代 ， 西方 发达 国家 就 开始 了车
基 于公路线形 的直 线 、 坡 和 圆曲 线车 速 影 响 因素 纵
关 系 式 。直 线车速 影 响因素关 系式 为 ：
１ 厂（ １ ＬＩ ， ， 一 ， ｎ Ｒｉ Ｒ…１ １ １ ） （） ２
辆运行 速度 的研究 ， 公 路线 形 的 车速 研 究 则 是 近 对 ２ ０年才发 展 起来 的。１ ９ ９ ０年 ， 国 Ｌ ｍｍ 等人 美 ａ Ｒ．
第３ 期 ２１年 ０１ 月 。
Ｓ形 弯坡 的特点 ， Ｓ形弯 坡路段设 置 如下 ５ 车速 在 个 观测点 ： 为直缓点观测 点 ， Ｄ 为曲 中点 观测点 ， Ａ Ｂ、 Ｃ 为缓缓点观测点 ， Ｅ为缓直点 观测点 （ 图 １ 。 见 ）
Ｄ
式 中 ：叭 表 示 预 测 车 速 ； 表 示 当前 车 速 ； 、 儿 ｉ Ｒ ｉ Ｌ 、 分 别 表 示 当前 曲线 的半 径 、 度 和 路 段 长 坡 度 ； 。 ｉ 、 分 别表 示 下‘ 个 曲线 的半 径 、 Ｒ 州、 Ｌ 一 坡 度 和路段 长度 。 这些公 式的前 提是理想道 路交通 条件 下仅考 虑 道 路线形影 响 。由基 于公路线 形 的 Ｓ形弯坡 路段 车
公路纵断面
8 公路纵断面8.1 一般规定8.1.1本规定主要适用于各级公路标准横断面的情况。
若高速公路和一级公路的中央分隔带过宽，分离式路基或一般公路的超宽路基等，则公路纵断面和路基设计标高位置，在利于线形设计的要求下，可根据具体情况选用适宜的位置。
8.1.2本条针对路基设计标高与洪水位关系而定，其目的是要求路基高于洪水位某一高度，以保证基本的行车条件。
从路基横断面上看，路基边缘位置最低，故应以路基边缘控制与洪水位的关系。
公路纵断面设计中，以路基设计标高作为路基及相关部分设计的依据，当路基设计标高为路基边缘标高时，两者与洪水位的关系是一致的；若以中央分隔带边缘或路中心线为设计标高，两者将相差一个由路拱横坡(或由超高)引起的高差，在实际设计中，应考虑这个高差的影响。
由于我国幅员辽阔，南北和东西地理环境差别较大，本规范表8.1.2所列设计洪水频率仅针对一般情况，路基边缘标高与地下水位的关系也只作了一般性规定。
在具体设计中，应根据公路所在地区情况，充分考虑水文环境对路基的影响。
若遇特殊地质、地理、气候条件，尚应进行专项水文分析，并采取相应的设计措施。
8.2 纵坡8.2.1 各级公路的最大纵坡主要考虑载重汽车的爬坡性能和公路通行能力。
一般公路偏重于考虑爬坡性能，高速公路、一级公路偏重于考虑车辆的快速安全行驶。
根据交通部公路科学研究所1991年“关于纵坡与汽车运行速度和油耗之间关系研究”实验分析结论及2003年《公路纵坡坡度与坡长限制》专题结论，标准中各级公路的极限纵坡是可以成立的。
但随着纵坡增大，每提高速度1km/h的油耗和每增加一吨货物的油耗是急剧增加的，当纵坡坡度大于7%时尤其突出。
考虑到我国较长一段时间内像解放和东风这类的载重汽车仍占很大比例，所以当汽车交通量较大时，各级公路尽量采用较小的纵坡，最大纵坡应慎用。
8.2.2高原地区公路，随着海拔高度的增加，大气压力、空气温度密度都逐渐减小(见表8.2.2)。
空气密度的减小，使汽车发动机的正常操作状态受到影响，从而使汽车的动力性能受损。
公路设计规范
第三章纵断面设计【本章学习要点】本章主要学习纵断面线形设计的基本方法，《标准》的有关规定和要求，掌握纵断面设计成果。
沿着公路中线竖直剖切然后展开即为公路的纵断面。
由于自然因素的影响以及经济性要求,路线纵断面总是一条有起伏的空间线.纵断面图是公路纵断面设计的主要成果,也是公路设计的技术文件之一.把公路的纵断面图与平面图结合起来,就能准确地定出公路的空间位置.在纵断面图上有两条主要的线:一条是地面线,它是根据中线上各桩点的高程而点绘的一条不规则的折线,反映了沿着中线地面的起伏变化情况;另一条是设计线,它是设计人员经过技术上、经济上以及美学上等多方面比较后定出的一条具有规则形状的几何线,反映了公路路线的起伏变化情况.纵断面设计线是由直线和竖曲线组成的.直线(即均匀坡度线)有上坡和下坡,是用坡度和水平长度表示的.直线的坡度和长度影响着汽车的行驶速度和运输的经济以及行车的安全，它们的一些临界值的确定和必要的限制，是以通行的汽车类型及行驶性能来决定的。
在直线的坡度转折处为平顺过度要设置竖曲线，按坡度转折形式的不同，竖曲线有凹有凸，其大小用半径和长度表示。
路线纵断面图上的设计标高，即路基设计标高，《规范》规定如下：1、1、新建公路的路基设计标高高速公路和一级公路采用中央分隔带的外侧边缘标高；二、三、四级公路采用路基边缘标高，在设置超高、加宽地段为设超高、加宽前该处边缘标高。
2、2、改建公路的路基设计标高一般按新建公路的规定办理，也可视具体情况而采用行车道中线处的标高。
纵断面设计的主要任务就是根据汽车的动力特性、公路等级、地形、地物、水文地质，综合考虑路基稳定、排水以及工程经济性等，研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径以及与平面线形的组合关系，以便达到行车安全迅速、运输经济合理及乘客感觉舒适的目的。
第一节纵坡及坡长设计一、汽车行驶与公路纵坡的关系(一)汽车行驶要求汽车行驶的牵引力来源于汽车的发动机，发动机将燃料燃烧所放出的热能转化为机械能；汽车行驶的阻力有空气阻力、滚动阻力、坡度阻力和惯性阻力，要保证汽车正常行驶，牵引力必须大于或等于各项阻力之和；但汽车牵引力发挥受轮胎和路面之间摩阻力限制，如果轮胎和路面之间摩阻力不够大时，牵引力就不可能发挥作用，车轮只能空转打滑，所以汽车的牵引力又受驱动轮与路面之间摩阻力的限制。