卢　波

(中铁西北科学研究院有限公司　兰州　730000)

基于排水的平纵组合设计研究

卢波

(中铁西北科学研究院有限公司兰州730000)

摘要公路路面排水不畅路段屡见不鲜，由此产生的交通安全问题受到广泛重视。文中从道路平纵组合的角度提出了路面排水不畅问题。通过对横坡、超高和纵断面3个方面进行分析计算，得出了路线平纵组合对于路基路面的排水影响是显著的。

关键词道路工程路面排水平纵组合设计

近年来，我国公路建设迅速，但随之而来的是交通事故相应增多，引起交通事故的原因多种多样，其中道路的最初设计不当，也是导致交通事故频发的原因之一。目前在道路平纵组合时主要关注的是视距、指标均衡等方面，而对路面排水的因素考虑不够，导致因路面排水不良而造成的交通事故频发，特别是在积雪冰冻地区尤为突出。本文拟从分析路面排水不畅带来的危害入手，在此基础上探讨路面排水不畅的成因并提出相应的改善措施。从排水的角度考虑平纵组合设计，改善行车条件，

以保证车辆的运营安全，有效地降低事故率。

1路面排水不畅成因分析

1.1　路拱横坡

为迅速排除路面和路肩上的积水，将路面和路肩设计成有一定横坡的斜面，《公路路线设计规范》(以下简称《规范》)[1]、《公路工程标准》[2]和《公路路线设计细则》[3]对各等级公路的路拱横坡都做了较为详细的规定，路拱横坡取值根据所处地区的降雨量、车道数、是否有中央分隔带、是否是积雪冰冻地区都有不同的规定要求。

本项目是典型的山区高速公路，对山区类似高速公路走廊带的选择有一定的参考意义。同时，需要注意的是，影响路线方案选择的因素较多，而这些因素的复杂关系很难统一在一个评价模式中[2]，所以应针对项目所在地区的特征确定主要控制因素，再兼顾其他因素。

参考文献

[1]吴华金.山区高速公路路线走廊带的选择与研究[J].公路，2003(5)：45-52.

[2]邹亚宏，廖晓瑾，黄秋星.高等级公路路线方案优选与论证[J].中外公路，2003，23(3)：69-71.

Study on the Corridor Project of Zhengan-Xishui Highway

ZhangJinlong，ZhaoJinglan

(Guizhou Transportation Planning Survey&Design Academy Co., Ltd., Guiyang 550081, China)

Abstract：Aiming at route alignment of Zhengan-Xishui highway, we presented multiple corridors . On the basis of analyzing influencing corridor solution selection factors, the paper analysed the weight of every factors and chose assignment. The North corridor, the highest total score, was selected as the recommended corridor for the project after qualitative analysis and quantitative analysis. As a typical mountainous highway, it is expected that the paper will have a certain reference value for the selection of the mountainous area similar to the corridor of the highway. The poor section of the road surface drainage is not uncommon. The resulting traffic safety problems have extensive attention. From the point of the road horizontal and longitudinal combination, we proposed the pavement poor drainage problems in this paper. Through analytical calculations on cross slope, superelevation and the longitudinal section, we concluded that the route horizontal and longitudinal combination for subgrade and pavement drainage had significant effect. Those analytical calculations also played a guiding role when the designer should be consider how to deal with the subgrade drainage problems in the horizontal and longitudinal combination.

Key words:mountainous area； highway； corridor project； influence factors road engineering; pavement drainage; horizontal and longitudinal combination; design

1.2　超高过渡段

在超高过渡时由正常路拱横坡过渡到单向路拱横坡，会有-2%~2%横坡断面，如果该段的路线纵坡也较小，那么此路段的合成坡度就会较小，此路段会造成路面排水不畅，所以在设计时就应该特别注意此路段，尽量让路拱横坡路段的长度减小。排水不畅路段的长度计算公式[4]

(1)

式中：Svs为排水不畅的路段长度，m；Imin为允许的最小合成坡度，取0.5%；iz为正常路段路拱横坡；i为路线纵坡,L0为临界长度，m。

以4车道高速公路为例，取直线段路拱横坡iz=2%，由-2%过渡到+2%时的长度为超高过渡段的临界长度，超高过渡方式为绕中央分隔带边缘旋转，路基宽度取设计速度对应《规范》规定的最小值，由式(1)计算纵坡为0%和0.3%时的排水不畅路段长度见表1。

表1　超高过渡导致排水不畅路段长度

注：B′为旋转轴至外侧路缘带边缘的宽度。

由表1可见：

(1) 排水不畅路段与纵坡有关，在其他条件相同的情况下，纵坡值越小排水不畅路段就会越长，反之亦然，因此在设计时应充分考虑在路拱横坡较小情况下纵坡的取值。

(2) 排水不畅路段与超高渐变率有关，在其他条件相同的情况下，超高渐变率越小，排水不畅路段就会越长，因此在超高设计时，应充分考虑排水问题。

(3) 排水不畅路段与路拱横坡(超高值)有关，在其他条件相同的情况下，路拱横坡(超高值)越大，排水不畅路段就会越短，因此在设置路拱横坡时，不但要考虑行车舒适性，还需要考虑排水问题。

(4) 当路段任意断面的纵坡大于0.5%，则路段合成坡度均大于最小合成坡度，路段不存在排水不畅路段。

1.3　纵断面

为了保证路段排水畅通，《规范》规定公路的纵坡不宜小于0.3%且合成坡度不宜小于0.5%。当纵坡值小于0.3%或者合成坡度小于0.5%时，其边沟、排水沟应作纵向排水设计，保证路段排水畅通。

路线设计中的竖曲线，可采用抛物线形式，也可采用圆曲线形式，两者在实际运用中几乎没有差别(见图1)，但是为了简化计算，圆曲线方程最终还是可简化为抛物线方程，求导得竖曲线上任一点的纵坡值为[5]

(2)

图1　竖曲线要素示意图

为了叙述方便，分别称为全凹形竖曲线或全凸形竖曲线(见图2)，以全凹形为例，竖曲线半径过大时，在竖曲线的底部(顶部)小于0.3 %的纵坡的路段长度会过大。其长度可用下式计算。

(3)

式中：Sv为纵坡小于允许的最小纵坡的长度，m；R为竖曲线半径，m；imin为允许最小纵坡值，一般取0. 5 %，特殊情况取0.3%。

图2　全凹形竖曲线

最小允许纵坡为0.5%和0.3%时，根据《规范》计算得出不同竖曲线最小半径对应的排水不畅路段长度见表2。

表2　根据《规范》竖曲线最小半径推算排水不畅路段长度

由表2可见：

(1) 排水不畅路段与竖曲线半径有关，在其他条件相同的情况下，竖曲线半径越大排水不畅路段越长，因此在设计竖曲线半径时在满足线形要求的情况下不要过分追求大半径竖曲线。

(2) 排水不畅路段与允许最小纵坡值有关，在其他条件相同的情况下，允许最小纵坡值越小排水不畅路段越长。

2路面表面排水特性

本文假设其他条件一定，不同的合成坡度和不同的横断面宽度时，分别从坡面汇流历时和设置拦水带时过水断面内的水面宽度进行对比分析。

2.1　坡面排水历时

坡面汇流历时由下式计算[6]

(4)

式中：t为坡面汇流历时,min；Ls为坡面流的长度,m，小于370 m；is为坡面流的合成坡度；m1为地表粗度系数，沥青混凝土和水泥混凝土路面时为0.013。

不同合成坡度和不同Ls(坡面流长度)由上式计算得坡面汇流历时，见图3。

图3　不同路面合成坡度和不同坡面流长度时汇流历时

由图3可见：

(1) 在其他条件相同的情况下，坡流长度越长汇流历时越长，对行车安全性影响越大。

(2) 在其他条件相同的情况下，合成坡度越小汇流历时越长，路面排水越不畅。

2.2　设拦水带时过水断面的水面宽度

《公路排水设计规范》[6]规定：设置拦水带汇集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘。

坡面汇流历时由下式计算

(5)

式中：Cp为重现转换系数；Ct为降雨历时转换系数；ih为过水断面的横向坡度；I为水力坡度。

本文假设地区降雨量一定，B为过水断面的水面宽度，m；设汇流历时为5 min，q5,10为2.8 mm/min，该地区Cp=C5为1.0，5 min降雨历时转换系数Ct=C5为1.25，开口间距为50 m，道路纵坡为1%。

在不同的单幅路面宽度和不同横坡值时，计算过水断面水面宽度结果见表3。

表3　过水断面水面宽度　m

由表3可见：

车道数、路拱横坡值、拦水带的开口间距和道路纵坡值是影响过水断面水面宽度的主要因素。

(1) 过水断面水面宽度与车道数有关，在其他条件相同的情况下，车道数越多过水断面水面宽度越宽，车道数不但影响交通量，而且影响排水。

(2) 过水断面水面宽度与路拱横坡有关，在其他条件相同的情况下，路拱横坡越小过水断面水面宽度越宽，路拱横坡不但影响行车的平顺性，而且影响排水。

(3) 拦水带开口间距、道路纵坡值对过水断面的水面宽度也有较大影响。

3结语

(1) 直线路段或者圆曲线半径大于不设超高的圆曲线半径，与竖曲线组合时，路段合成坡度均大于或等于正常路拱横坡值，路面排水不受影响。

(2) 圆曲线半径小于不设超高的圆曲线半径时，在超高过渡段会出现零坡断面和横向排水不畅路段；竖曲线为全凹形竖曲线或全凸形竖曲线时，竖曲线的底部(顶部)总是存在一段纵坡较小的路段，此时排水可能存在问题。因此从排水角度提出平纵面组合设计要求如下。

①尽量做到平包竖。这种组合不但满足车辆的行驶安全，还能较好地满足路面排水的要求，圆曲线段与竖曲线的底部(顶部)对应，因圆曲线上存在的超高，有较大的横向坡度，该段的合成坡度也较大，有利于路面排水。

②平曲线与竖曲线若错开组合，要避免全凹(凸)形竖曲线的顶点位于缓和曲线上超高过渡的零坡断面附近，以避免路面出现积水现象。

③避免全凹(凸)形竖曲线的顶点位于S 形平曲线的拐点上。超高过渡过程中会出现横坡值小于2%和零坡路段，如果全凹形或全凸形竖曲线的底部(顶部)与该处重合，会造成S 形平曲线的拐点附近路面排水不畅。

(3) 路线纵坡大于0.5%且竖曲线不是全凹或全凸形竖曲线时，路线的合成坡度都会大于或等于0.5%，能满足排水要求，此时平纵组合设计也可不考虑排水的影响。

(4) 超高设计时，要注意超高方式和超高渐变率的选取，越小的超高渐变率会带来更长的路面横向排水不畅路段，对于超高渐变率为1/330或接近1/330时，要注意平纵组合设计，超高渐变段宜置于直坡段上，以避免路拱横坡较小带来的排水不畅问题。

[1]JTG D20-2006公路路线设计规范[S].北京：人民交通出版社，2006.

[2]JTG B01-2014公路工程技术标准[S].北京: 人民交通出版社，2014.

[3]JTG/T D20-200X公路路线设计细则(总校稿)[S].北京: 人民交通出版社，200X.

[4]马庆雷，潘兵宏.公路几何设计与路面排水[J].山东交通科技.2003(4)：24-26.

[5]游润卫，许有俊.高速公路路线竖曲线上的纵坡分析[J].公路工程, 2013(8):21-24.

[6]JTGT D33-2012公路排水设计规范[S].北京：人民交通出版社，2012.

Study on the Horizontal and Longitudinal Combination Design Based on the Drainage

LuBo

(Engineering Testing Experiment Center, Northwest Research Institute Co.,Ltd of C.R.E.C, Lanzhou 730000, China)