“长大纵坡”一词是在我国高速公路建设大面积进入西部典型山区之后出现的。

可到底有多大、多长才算是长达纵坡呢?一直以来并不存在一个明确的说法。具体到一些高速公路项目中,情况各有不同。有连续2~3公里的平均约3%~4%左右的,也有长达10~50公里(平均坡度约在2.5%~3%之间)。而且,长大纵坡是许多连续坡段组合形成的,在局部路段还会存在5%或6%的情况。

在公路技术标准层面,世界范围内均没有关于长大纵坡的相关定义。在我国公路技术标准中,有“最大纵坡”,即单一纵坡时的最大坡度的规定;有“单一纵坡最大坡长”,即采用某一纵坡时不应超过的最大坡长;对低等级公路项目,有“平均纵坡”等限制性规定,即一定里程范围内,公路所克服高差与里程长度之间的比值。

我国近年设计建设的少数山区高速公路项目,在纵坡指标采用上出现了无限制趋缓的现象,即纵坡指标远低于标准限制和要求。有的项目竟然以2.0%~2.5%为平均纵坡控制条件,与一般平原地区的纵坡指标几乎相同了。无限制的纵坡趋缓的方案,必然引起高速公路建设里程、造价、工程规模的显著增加,也必然引起高速公路长期运营、车辆通行成本的增加的。根据测算,平均纵坡每降低1%,仅建设里程就要增加约25%~40%。

事故死亡人数最多的10个长大下坡路段:



1、云南昆明市境内:嵩待线省道 77公里加800米至66公里加400米段,自2003年开通以来,11.4公里长下坡累计发生218起道路交通事故,造成279人死亡。


2、广东韶关市境内:G4京港澳高速北行1882公里至1858公里段,自2003年开通以来,24公里长下坡累计发生173起道路交通事故,造成174人死亡。


3、甘肃天水市境内:G310国道天巉公路1515公里至1528公里段,自2001年开通以来,13公里长下坡累计发生76起道路交通事故,造成157人死亡。


4、云南文山州境内:G80广昆高速896公里至884公里段,自2007年开通以来,12公里长下坡累计发生117起道路交通事故,造成141人死亡。


5、甘肃平凉市境内:G312国道罗汉洞坡道1698公里至1704公里加400米段,自2000年开通以来,6.4公里长下坡累计发生421起道路交通事故,造成126人死亡。


6、云南玉溪市境内:G8511昆磨高速213公里加400米至240公里加400米段,自2003年开通以来,27公里长下坡累计发生81起道路交通事故,造成124人死亡。


7、广东韶关市境内:G4京港澳高速 南行1882公里至1895公里段,自2003年开通以来,13公里长下坡累计发生154起道路交通事故,造成113人死亡。


8、山西吕梁市境内:G20青银高速964公里加300米至934公里段,自2005年开通以来,30.3公里长下坡累计发生120起道路交通事故,造成112人死亡。


9、山西临汾市境内:S329省道12公里加100米至35公里段,自2010年开通以来,22.9公里长下坡累计发生1295起道路交通事故,造成107人死亡。


10、广西河池市境内:G210国道2716公里加400米至2721公里加100米段,自2001年开通以来,4.7公里长下坡累计发生457起道路交通事故,造成100人死亡。

目前关于长大下坡的定义比较系统的表述如下: 

(1)平均纵坡3%时,连续下坡坡长大于5km;平均纵坡4%时,连续下坡坡长大于4km;平均纵坡5%时,连续下坡坡长大于3km,即为长达下坡路段,需对其安全性进行和评价,并考虑增设相应的安全设施。 

(2)平均纵坡大于3%时,若连续下坡路段预设刹车温度超过260摄氏度,即为长大下坡路段,需对其安全性进行评价,并考虑增设相应的安全设施。 

车辆在连续长大纵坡路段上行驶,因为长时间使用行车制动,使得制动器温度急剧上升,制动设衰退现象突出,严重时车辆制动能力完全丧失,以致特大事故经常发生。 

纵坡坡度:

最小纵坡:

公路纵坡长度限制:


各级公路最大纵坡:

纵坡设计一般要求:


公路设计细则长大纵坡规定:


如何根本性破解长下坡安全问题?

首先,专题通过调研发现,我国山区高速公路连续长下坡路段事故多发频发的直接原因在于违法驾驶(超载、超限、超速)和违章操作(如:未按规定使用辅助制动系统)、车辆非法改装等方面。其次,由于货车大型化趋势(车辆总质量增加数倍),导致货车整体性能下降(功率质量比下降约40%),引起车辆连续下坡中的持续制动能力显著降低。下图为我国不同时期公路货运代表车型及其性能参数对比表。

我国山区高速公路长下坡安全问题直接原因主要在于“人”和“车”的因素方面。其中,货车大型化导致整体性能下降、持续制动装备落后等问题,才是长下坡安全问题的深层次矛盾和根结。要彻底解决货车连续下坡中的安全问题:

第一,必须对标国际货车性能标准,提升货车总体性能和装配条件。具体而言,要提升货车功率质量比达到8.3kN/t及以上。同时,升级换代货车采用持续制动效能更高、更稳定的辅助制动系统(如:缓速器)。第二,必须加强山区高速公路长下坡路段的通行管理和交通组织,杜绝各类人、车违法、违规行为,严格控制货车长下坡。

根据汽车连续爬坡过程中的速度折减表现,上坡方向“缓坡”的坡度一般控制在小于3%。而众所周知,货车在山区高速公路连续下坡过程中,如果驾驶员连续踩刹车制动,就会导致制动毂温度过高,逐渐失去制动消能,最终导致车辆失控。这也是我国山区高速公路连续长下坡路段货车失控的主要原因和表现。在各类公路项目设计中,不能混淆“缓坡”概念,更不能把上坡方向的“缓坡”设计方法和思路,照搬到下坡方向纵坡设计当中。

准确地说,新版《规范》(2017版)确实没有给出长下坡中“缓坡”的设计指标,根据汽车下坡运动方程、制动原理和货车制动毂温度变化模型,汽车下坡行驶过程符合能量守恒定律,即该过程近似于一个机械势能转化为车辆动能和热能(制动毂温度)的过程。例如,在某山区高速公路起终点位置和相对高差基本确定的前提下,路线设计采用“平均坡度4% (长度5km)”的方案与采用“平均坡度3%(长度6km,增设缓坡)”的方案,对制动毂温度变化影响不大。即在最大纵坡范围内,“陡而短”的纵坡组合等同于“长而缓”纵坡组合。

另外,制动毂一般为灰铸铁材质,其自然降温(即在行驶过程中,自然降温)的速度很慢。一组试验显示,在60km/h速度时,制动毂自然降温10度,就需要约10分钟以上时间,而此时汽车行驶距离至少10公里。在山区高速公路设计中,设置几公里以上的缓坡显然是不具备操作性。

因此,新版《规范》(2017版)修订中明确,连续长下坡路段设计中,不推荐有意识设置“缓坡”,即不推荐“陡缓结合”的设计方法(从上坡需要设置的缓坡除外)。而且,法国等欧洲公路设计规范明文禁止在长下坡中间设置缓坡的做法,不仅因为设置“缓坡”对制动毂温度变化无实际意义,反倒使得坡度更长,而且还容易给驾驶员造成连续下坡结束、放松警惕的错觉。

《规范》表8.3.5“连续长、陡下坡的平均坡度与连续坡长”,作为现阶段指导高速和一级公路连续性长下坡的设计与评价性的推荐性指标。因为采用排气制动模式下,得出的平均纵坡坡度和坡长将会更大、更长。因此,在我国汽车制造标准强制性要求所有车辆出厂必须装配辅助制动系统(国内普遍装配的是“排气制动系统”)前提下,表8.3.5的指标已经是相对保守、偏于安全的指标了。

在连续上坡方向高速公路纵坡设计的重点在于保证路段通行能力,而下坡重点在于保障连续下坡的通行安全性,因此,山区高速公路选线、方案优化、纵坡设计,应区分整体式路基、分离式路基,区分上坡方向和下坡方向等情况。

整体式路基断面的路段,主体先依照《规范》对上坡方向的指标和要求进行纵坡设计(包括采用缓坡),因为与下坡方向的指标限制比较,上坡方向指标受限更多;然后,再对照《规范》第8.3.5条从下坡方向对纵坡设计进行检验、评价。分离式路基断面的路段: 上坡方向,完全按照《规范》对上坡方向的指标和要求进行纵坡设计,包括在连续上坡中间,结合地形条件合理设置缓坡;当路段运行速度、通行能力明显降低时,论证设置爬坡车道等措施; 下坡方向,则以最大纵坡指标(表8.2.1)为控制,以连续长、陡下坡检验指标(表8.3.5)为参考,结合沿线地形、地质等起伏、变化条件,灵活进行纵坡设计。(不需要专门或有意识设置缓坡)

当初步方案的平均纵坡与坡长大于表8.3.5时:或者通过重新选线或采用隧道方案降低路段起终点的相对高差,使得新的路线方案的平均纵坡与坡长小于表8.3.5。或者,在起终点相对高差条件比较固定时,在路段中间位置合理设置货车强制停车区,即通过强制停车区将原连续长下坡路段分为两个(或以上的)连续下坡路段;同时,通过交通安全性评价,明确路段速度控制和通行管理方案。

必要时,重复以上步骤和过程,直到上坡和下坡两个角度,各项指标均满足《规范》对应要求。

以往公路纵坡设计主要从上坡方向考虑较多。在本质上,上坡方向纵坡设计重点解决的连续上坡过程中的路段通行能力和服务水平问题。即便同样是整体式路基断面,现在高速公路连续纵坡设计还必须从下坡方向考虑。具体就是对照《规范》表8.3.5的“连续长、陡下坡的平均坡度与坡长”指标,对平均纵坡进行检查和评价。相对于整体式路基而言,分离式路基的下坡方向纵坡设计灵活展线、优化设计的空间更大,且不需要有意识考虑设置缓坡。工程师可以更多把重点放在填完平衡、工程量最小、以及其他控制因素方面。

如果山区高速公路(设计速度100km/h)在分离式路基下坡方向对照《规范》,如果采用3.5%、长度9公里,一坡到底的方案可行吗?符合《规范》要求吗?

可以肯定的回答:可以,符合《规范》要求!尽管山区地形起伏变化大,加上桥隧构造物布置等制约影响,实际工程不会采用“一坡到底”的纵坡设计方案,但从符合《规范》角度而言,只要平均纵坡坡度与坡长在《规范》表8.3.5的范围之内,采用3.5%的坡度、“一坡到底”,符合《规范》要求。

另外,与美国等其他国家同类工程比较,我国山区高速公路的纵坡偏于平缓,指标采用偏于保守、安全。例如,在美国山区高速公路中,5-6%的连续纵坡,动辄长大10英里以上。

希望各地在山区公路建设中,应充分理解、准确应用我国现行公路标准、规范所载明的指标体系,及时扭转山区高速公路纵坡设计“无限趋缓”的现象,避免造成巨大资源和投资浪费。

部分人士包括一些交通安全方面的专家,基于宽容设计等观点和理念,来判识道路是否存在缺陷,研判路侧设施是否达到了宽容性理念的要求。而实际上,这一观点一方面混淆了道路设计建设的基准条件——即合法合规的人、车环境,正常的气候气象等运营条件,甚至试图以静态的道路及设施,去弥补或保证违法违规的人和车的安全。另一方面,由于宽容设计理念本身存在逻辑错误,缺少准确的定义,不能界定其适用的对象、范围条件、措施效果等等,导致无论长大纵坡路段如何整改、实施了何种工程和安全措施,但只要事故发生,总能够从宽容设计角度找到新的不满足“理念”的地方。岂不知,道路设计的依据是标准,判断设计是否存在问题的依据自然是技术标准,而非看似合理的某种理念。