浅述高速公路的线外其他工程设计要点

2015-07-12刘爱芹

四川水泥 2015年2期

关键词：桥涵涵洞主线

刘爱芹

（身份证号：370883198105045323 ， 100088）

浅述高速公路的线外其他工程设计要点

刘爱芹

（身份证号：370883198105045323 ， 100088）

在高速公路设计的过程中，其线外其他工程是高速公路的重要组成部分，是高速公路设计不容忽视的部分。其他工程包括改沟渠、改路、线外构筑物。改沟渠分为排水沟、灌溉渠、排灌渠、改河道四种类型。依据对原沟渠深度、口宽及边坡等调查的类型又分为不同种类，灌溉渠可分为土渠和砂浆抹面砖渠两种。排水沟及改河的尺寸根据实际沟口、河口尺寸进行改移。改路一般为等外路和等级路两种类型，其设计可参照原有道路及未来规划。线外构筑物是指因地方道路、水系重新调整而增设的过路涵、过水涵、泵站以及地方上规模较大排灌设施的拆除及迁移。线外其他工程以下穿主线为主，依据项目特点其中改沟、渠及改路设计占据比例较大。本文针对下穿主线的改沟、渠及改路，对高速公路的线外其他工程设计浅述一些认识及设计要点。

高速公路下穿主线线外其他工程设计

绪论

在高速公路工程建设过程中，线外其他工程占据一定比例，是高速公路设计的重要组成部分。笔者结合近年来的设计实践，浅谈高速公路设计过程中有关下穿主线的线外其他工程设计的一些要点，现根据常见类型分述如下：

一、改沟、渠设计

高速公路在跨越沟渠河时，高速公路一般在合理位置设置桥涵或者通道以便两侧水流沟通，有时由于交叉角度角度过大，需要修正桥涵或者通道的角度，此时需要进行改沟、渠（河）设计；当高速公路边坡或者高速公路边沟排水沟占压原沟、渠或者河道时，也需要改沟、渠或者改河设计。

1、改沟、渠原则

高速公路设计过程中，改沟、渠以及改河原则上不小于现状沟、渠、河的泄水能力，同时断面尺寸满足洪水设计流量的要求，且两端与现状河床比降进行顺接。

2、线形及横断面尺寸

改沟、渠（河）线形在现有路线规范中没有明确的规定，在满足流量的前提条件下，以不小于原断面尺寸为原则，采用对称形式以各断面中心为中线进行线形设计。改沟、渠（河）的线形转弯段半径不小于5倍水面宽度，尽量采用裁弯取直方案，减小壅水、阻水，增强泄(行)洪能力。

改沟、渠（河）的横断面，一般采用梯形，按下列各式进行设计计算：

图1 -1 改沟、渠横断面示意

1 水面宽度：

2 湿周：

3 水力半径：

4 过水面积：

5 流量模数：

6 恒定非均匀流方程：

式中：Z1、Z2—分别为下、上断面水位（m）； K1、K2—分别为下、上断面流量模数；其余符号同前。

设计计算步骤如下：

1）根据人工新河进、出水流状况和沿线地质、施工等条件，考虑通航水深、排涝等要求，拟定河道的设计河底纵剖面，根据设计水位确定开挖水深 h 和设计边坡m。

2）对起始断面假定河床开挖宽度b，根据公式（1-1）、（1-2）、（1-3）、（1-4）、（1-5）、（1-6）分别计算水面宽度 B1、湿周 P1、水力半径 R1、过水面积 A1和流量模数 k1。

3）假定上一断面水位Z2，计算下一断面的相应特征值B2、P2、R2、A2和 k2。

4）将上述数值代入式（1-6）计算，若计算的水位Z2等于 Z2′，即为所求的上一断面水位。如此类推，推求出河段各断面水位。

5）若推求的河段控制点水位等于设计水位，则河道断面拟定的尺寸即为设计尺寸。否则，重新拟定尺寸，重复上述步骤进行试算，直至满足要求为止。

3、结构类型及防护形式

改沟、渠（河）工程的结构形式由于地域使用范围不同而不同，一般采用土质结构、混凝土结构和浆砌片石结构，砌筑厚度一般为25～60cm，具体的砌筑结构和厚度根据地区地形灵活选取。

防护工程按土质边坡使用范围不同根据需要设置。在水流冲刷不大可不予设置，反之则需设置护堤、护岸、护脚、护坡、河床抛石加铺等，保护堤防及河床安全。

二、改路设计

1、等外路改路

等外路在实践中主要是田间土路、砂石路、乡村道路，其在高速公路设计中多数下穿主线。主线在此处需要根据实际情况设置通道或者桥涵，方便当地人民田间作业、保证当地人民的安全通行，并结合地方政府意见，对其进行深入的合理优化设计。在路线设计中，等外路没有相应的规范，平曲线半径一般不小于15米，特殊困难路段可采用10米，平曲线长度不小于计算行车速度的3秒行程。改路路线超高和加宽可参考《公路路线设计规范》中设计速度为20km/h的相应指标，部分困难路段可降低其标准指标。在实际实践中，改路全长范围内宽度也可采用加宽后的数值，方便设计、施工及安全行人行车。

（1）单条等外路与主线交叉

此种情况多为交叉角度较大或者高速公路边坡及附属占压原路，此时只需在高速合适位置设置合适角度的桥涵或者通道，两侧再与原路平面和纵断及高程进行合理顺接。主线设置通道时，需注意此处改路的纵坡与标高与主线通道坡度的标高保持一致，同时注意安全排水。

（2）多条等外路与主线交叉

多条等外道路与主线交叉的情况，除需要考虑排水外，还需要考虑行人行车视野及平交的位置，确保安全通行。如图2-1所示，原十字交叉道路被高速公路占压，此处考虑到线形、视野及行人安全的因素，不建议进行原路2处改路设计，而采用3处改路的方案：与高速公路平行的两条道路，与从高速公路通道桥下穿过与主线交叉的道路，并在主线两侧将与高速公路平行的两条道路做两处简单平交。

图2 -1 两条道路与主线交叉

2、等级路改路

等级路在实践中主要是乡村道路、县道、省道，主线在此处需要根据实际情况设置下穿主线的通道桥涵，或者上跨主线的天桥，本文浅述下穿主线方案。

（1）公路等级

被交路改移后的等级原则上不低于原有等级或其规划等级。其线形及纵坡按相应的公路等级进行合理设计。

（2）路基路面

等级路改路路基原则上采用相应公路等级的路基宽度及路面结构，也可以根据当地的地质水文和材料情况，选择有足够的强度和稳定性又经济合理的路基材料。但对规划等级较高、后期改造影响主线路基稳定、行车安全的则采用规划等级的相应宽度及路面结构形式。

（3）排水防护

改路工程路基应根据当地的降水与地质等情况，设置尺寸形状适合的路基边沟排水沟，并结合主线通道或者桥涵，结合当地的灌溉排水系统，做合理的排水方案。等级路改路可根据实际地形情况设置土质边沟，一般断面采用40×40cm的梯形或矩形边沟，内外坡率为1:1。路拱坡度一般采用1.5%～2%，土路肩横坡采用3%～4%。

下穿主线的等级路改路工程，在平原地区，等级较低，其中心填挖高度相对较小，路基边坡也相对稳定，原则上可不防护；山区的下穿主线的改路，其中心填挖高度多数是1～2级填方高度和1～3级挖方高度，高填深挖段长度较短且相对集中，对主体工程有较大影响，其边坡防护设计，在安全稳定的基础上，加强路基稳定性，根据地形地质采用合适的防护形式，如植草灌、路肩墙、路堤墙、拱形骨架植草、浆砌片石防护等。

填方路基防护的一般原则是：

填方边坡高度<4m路段，一般边坡采用植草灌防护；填方边坡高度>4m路段，其防护形式可参见高速公路的路基防护形式。

挖方路基防护的原则是：

挖方边坡高度一般小于1m时，可采用植草防护；路基高度大于3m按需设置护栏防护，防护形式参见地方及规划或者高速公路的路基防护形式。