高速公路設(shè)計中有關(guān)問題的分析

曹建偉

(安徽宏泰交通工程設(shè)計研究院有限公司, 安徽 合肥　230088)

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高速公路設(shè)計中有關(guān)問題的分析

曹建偉

(安徽宏泰交通工程設(shè)計研究院有限公司, 安徽 合肥230088)

摘要：目前我國的高速公路在較短時間實現(xiàn)了跨越發(fā)展，回顧其發(fā)展歷程，是學(xué)習(xí)、借鑒與發(fā)展到自身發(fā)展，實現(xiàn)自我完善和超越的過程。尤其是近些年高速公路設(shè)計新理念的不斷引入與借鑒，以人為本、科學(xué)發(fā)展與生態(tài)文明建設(shè)成為新的發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)思想，促使我們對現(xiàn)有問題進(jìn)一步反思和研究。論文對已建成的高速公路進(jìn)行考察和分析，從保護(hù)生態(tài)環(huán)境、節(jié)約土地資源、提高行車安全環(huán)境等方面出發(fā)，對高速公路設(shè)計建設(shè)有關(guān)問題，如低路堤設(shè)計、應(yīng)急車道寬度、公路s曲線運(yùn)用等方面內(nèi)容，作了一定探討與分析，并提出了一定的指導(dǎo)性意見，供同行參考。

關(guān)鍵詞：高速公路;設(shè)計;有關(guān)問題;分析

0引言

中國高速公路的發(fā)展從1984年第一條滬嘉高速開始建設(shè)，經(jīng)過30多年的髙速發(fā)展，截止2015年底，通車?yán)锍桃堰_(dá)到近12萬公里，躍居世界第一。高速公路在設(shè)計建設(shè)過程中，經(jīng)過水網(wǎng)穿越高原荒漠，穿行于崇山峻嶺之間，不斷刷新跨江海大橋、長大隧道紀(jì)錄，克服種種復(fù)雜工程地質(zhì)條件，創(chuàng)造了一個個屬于中國的世界奇跡。由于環(huán)境問題日益凸顯，發(fā)展與考慮環(huán)境承載能力問題已是擺在我們面前的重大問題，以人為本的思想需要落實到對每一個個體的關(guān)懷，隨著對問題認(rèn)識的深入，對慣性思維的反思，發(fā)現(xiàn)差距和不足，推動良性發(fā)展。通過作者觀察和思考，結(jié)合設(shè)計實踐，對以往設(shè)計中的一些不足以及需要引起重視的地方，進(jìn)行探討并提出建議意見。

1高速公路設(shè)計中有關(guān)問題的分析

(1) 推廣低路堤的設(shè)計

我國的許多平原微丘區(qū)高速公路路堤平均高度在3m～4m，個別甚至達(dá)到5m以上，較之歐美發(fā)達(dá)國家的路基平均高度0.5m～1m，縱然國情不同和追求寬平直等歷史原因，但擺在我們面前的現(xiàn)實是差別很大。對低路堤，從本世紀(jì)初設(shè)計新理念逐步引入，不少業(yè)內(nèi)專家就不斷呼吁，近年來更是大力提倡。低路堤的很大好處是，可節(jié)約大量土地資源。[1,3]尤其在我國人口眾多土地資源已非常稀缺的狀況下，新建的各類交通項目設(shè)計時，首先應(yīng)把低路堤的設(shè)計理念轉(zhuǎn)化為設(shè)計原則，在具體設(shè)計中貫徹執(zhí)行。對路基最小填筑高度，應(yīng)把滿足路基強(qiáng)度和水穩(wěn)定性的填筑高度放到最小另一個因素是1/100洪水頻率標(biāo)高，在地表以下采取工程措施處理，長遠(yuǎn)利益也是值得的；影響低路堤設(shè)計的不能畏懼風(fēng)險盲目提高。在線路通過的人煙稀少地區(qū)，應(yīng)當(dāng)研究適當(dāng)放寬這一限制；對跨江河的大橋，縱斷面上有條件的盡量做成豎曲線橋，以減少引道部分占地面積。影響的另一個因素是路線交叉、通道布設(shè)，可盡量把被交的次干道做成下穿，并做好下穿通道防排水，當(dāng)然上跨交叉也是同等考慮的方案，但要精心處理好景觀的變化[2]；其它還有路線通過局部丘陵地形時，為保持較高技術(shù)指標(biāo)，起坡較早，占地面積相應(yīng)增大，建議考慮適當(dāng)降低縱斷面指標(biāo)，貫徹低路堤設(shè)計原則。[3,4,5]

低路堤設(shè)計的另一個好處是，對保護(hù)運(yùn)行車輛的安全有一定作用，在路側(cè)平坦開闊的高速公路上行駛，沒有右側(cè)剛性、半剛性護(hù)欄的妨礙，景觀完全開放，是一件十分愉悅的事，即使出現(xiàn)操作失誤沖出車道，一般情況下也不會對乘員造成大的傷害和生命威脅，建議能取消護(hù)欄的路段，盡量取消，因為現(xiàn)在廣泛采用的波形鋼板護(hù)欄，有一定彈性，對誤撞的車輛人員安全有較大威脅。對低路堤的理想高度，建議0m～0.8m。

(2) 錯臺路基設(shè)計方案的運(yùn)用

山區(qū)的高速公路，路基寬度一般在24.5m～26m，受地形和高程等條件限制，許多路線布設(shè)在山坡上，目前路線通過斜坡地形設(shè)計通常采用縱向橋方案、半橋半路方案以及整體式路基方案。具體選用哪個設(shè)計方案，主要從橫坡的傾斜角度、路段縱向一定范圍的地形變化情況、路段的地質(zhì)條件等方面進(jìn)行設(shè)計方案優(yōu)化比選。

分離式錯臺路基的優(yōu)點(diǎn)在于，能有效降低斜面上路基高度、橋梁高度，以及減小縱向橋梁的長度，對降低工程造價和降低風(fēng)險有較明顯的作用；同時對減少山體開挖、保護(hù)自然環(huán)境有較好的作用。因此分離式錯臺路基是斜坡地形的一種較好的設(shè)計方案。

對設(shè)計方案確定影響最大的當(dāng)屬橫坡的傾斜角度，一般來說，對橫坡傾斜角接近或陡于45°的，地質(zhì)條件及安全方面考慮不宜進(jìn)行山體開挖，宜考慮采用縱向橋方案，當(dāng)然分離式錯臺的橋梁高度對降低造價和風(fēng)險依然效果顯著；允許做一定開挖的半幅路基半幅橋方案則具有較大優(yōu)勢。對橫坡傾斜角在25°～45°，則是錯臺路基設(shè)計的較佳范圍，設(shè)計時橫斷面布設(shè)和可供選擇的工程措施方案余地較大；對橫坡傾斜角<25°的，一般情況下整體式路基的支擋措施可滿足設(shè)計要求，就無需考慮分離式錯臺路基方案。

以上列出的橫坡角度情況，是根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗的大致參考范圍，因具體情況一般比較復(fù)雜，通過斜坡地形設(shè)計方案的確定和優(yōu)化涉及到平縱橫三個方面，優(yōu)化需反復(fù)進(jìn)行，另外分離式錯臺路基設(shè)計需要一定的路段長度等，因此設(shè)計時必須根據(jù)具體情況具體分析對待，尋找出最合理的設(shè)計方案。

(3) 應(yīng)急車道的寬度問題

應(yīng)急車道的寬度，現(xiàn)有高速公路普遍是2.5m。由于交通量增加很快，有很多道路遠(yuǎn)超出工可研預(yù)計的增長率，隨著服務(wù)水平的降低，交通事故率在上升，有很多時候應(yīng)急車道根本無法通暢，導(dǎo)致道路阻塞時間加長；[2]對車輛駕駛者教育固然是一方面，應(yīng)急車道的寬度偏小，也有一定原因。

另一方面，有很多緊急停車，尤其是大型超寬車輛臨時停泊，2.5m寬不夠，則需要占用一部分行車道，導(dǎo)致許多意外事故發(fā)生：因此，從確保臨時停車的安全和應(yīng)急車道暢通方面，設(shè)計時應(yīng)急車道寬度建議采用3m標(biāo)準(zhǔn)，也就是《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTG B01-2014表4.0.5-1中的一般值3m寬度。

(4) 淺碟式水溝的運(yùn)用問題

在平原微丘、草原荒漠地區(qū)的高速公路設(shè)計中，淺碟式水溝有時被設(shè)計應(yīng)用，在無右側(cè)半剛性護(hù)欄保護(hù)的情況下，淺碟式水溝則對行車安全有一定影響。[2]當(dāng)車輛操作失誤高速駛離車道時，本意是保護(hù)行車者安全的淺碟式水溝，極有可能會造成車輛側(cè)翻，導(dǎo)致嚴(yán)重事故。故建議在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中對設(shè)計時速>40km的道路，禁止在無側(cè)向保護(hù)情況下，設(shè)置淺碟式水溝或不帶蓋板的矩形水溝，宜采用帶蓋板邊溝型式。路塹段和靠山坡一側(cè)路基邊溝則不受此限制。

(5) 降溫池

山區(qū)高速公路的長大縱坡段，是交通安全事故的多發(fā)路段，如何減少下坡大型貨車失控事故，是研究和控制長大縱坡段安全事故的重點(diǎn)。目前在大客車上已加裝緩速器，使客車因制動失效造成的事故大為減少。因此有建議制定對大型貨車加裝緩速器的強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。

從設(shè)計坡形方面，上坡的臺階坡，對保持一定車速爬坡較好，但下坡的緩坡段卻延長了坡長，使剎車系統(tǒng)負(fù)擔(dān)加重，且緩坡視覺上有反坡的錯覺，容易使駕駛?cè)藛T放松對車速的控制，導(dǎo)致失速和制動失效引發(fā)事故。整體式路基設(shè)計又要求上下坡形一致，上下坡分幅式設(shè)計情況比較復(fù)雜目前并未采用。《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》JTGB01-2014，也不推薦采用增加避險車道和對路橋的大量加寬，目前這一問題仍比較難以解決。因此，在目前狀況下，建議對長大縱坡分段設(shè)置降溫池，引導(dǎo)大型車輛強(qiáng)制降溫，作為一種過渡性臨時措施，因其可操作性強(qiáng)成本也比較低，而對控制長大縱坡的交通安全事故能收到一定效果。

(6) 凹型曲線的防眩

眩光是造成一部分交通事故的原因，防眩問題業(yè)已引起重視，凹型豎曲線防眩業(yè)內(nèi)人士也撰寫了不少文章，而實際運(yùn)營的高速公路，在一些縱坡較大的凹曲線上行駛，對向車輛一覽無遺，眩光問題仍比較突出，尤其是一些自行改裝疝氣燈的車輛，使眩光照度和影響縱距進(jìn)一步加大，眩光影響加劇，影響高速公路的交通安全。[6]造成這一狀況的原因，一是設(shè)計建造者對這一問題重視不夠，大多凹型豎曲線防眩板高度仍采用平直路段1.7m的標(biāo)準(zhǔn)，只有極少斷續(xù)加裝了高度較大的防眩網(wǎng)，甚至有個別分幅錯臺路基，防眩板安裝在低的一幅路側(cè)護(hù)欄上；二是對凹型豎曲線的防眩缺乏系統(tǒng)研究，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。因此建議，一是切實重視高速公路的防眩；二是統(tǒng)一設(shè)計計算標(biāo)準(zhǔn)和方法，以運(yùn)行速度按最不利情況運(yùn)用計算機(jī)軟件計算分析設(shè)計中遇到的各類坡長和豎曲線組合情況，采用類似視距包絡(luò)的眩光包絡(luò)圖方法進(jìn)行設(shè)計，使用變高度曲線的防眩板、防眩網(wǎng)型式，使防眩設(shè)計快速而準(zhǔn)確[7]；三是對個別大縱坡的高速公路凹曲線，從設(shè)計定線時就考慮防眩問題，有條件的采用分離式路基，給中央分割帶留出空間采用植物防眩，既滿足大高度防眩要求，也改善了行車環(huán)境；四是注意錯臺路基分合流路段防眩設(shè)計，確保夜間行車安全。

(7) 公路的綠化設(shè)計問題

公路是條帶狀構(gòu)造，公路綠化的帶狀布局就自然形成，在經(jīng)歷了白楊禮贊的大范圍白楊行道樹之后，公路綠化逐漸向松竹梅花果灌喬結(jié)合發(fā)展，但線狀的喬木布局這一習(xí)慣性做法，依然在影響著我們。當(dāng)設(shè)計速度>60km/h，緊鄰道路線狀排列的喬木樹干動態(tài)視覺效果對車輛乘員產(chǎn)生一定暈眩，容易激發(fā)緊張和焦躁情緒，不符合提供安全舒適行車環(huán)境要求，這一問題又往往容易被忽視。

故在綠化設(shè)計中，線狀的喬木布局應(yīng)離開行車道一定距離，或布設(shè)在路塹和有灌木綠瀑背景的條件下，以減小喬木樹干動態(tài)視覺上眩暈影響，最好是團(tuán)簇狀布局形成景觀變化或地標(biāo)。高速公路的綠化設(shè)計，宜考慮綠化景觀和行車的關(guān)系。從高速公路的戰(zhàn)備功能上講，戰(zhàn)機(jī)機(jī)翼距地面高度大約在3.5m～5.5m，路側(cè)低矮的植物，使四車道高速公路作為一般戰(zhàn)機(jī)的臨時起降場地使用成為可能，有利于大縱深國防戰(zhàn)略。因此，建議高速公路、一級公路采用低矮的綠化總體設(shè)計方案，以高度1.2m以下低矮灌木和花草為綠化主體，喬木團(tuán)簇狀種植，采用全開放的景觀設(shè)計;從行車視覺效果上，綠化景觀與平縱線形和自然景觀的變化相結(jié)合，緩解行車疲勞，促進(jìn)高速公路交通安全。

(8) S曲線的運(yùn)用問題

普遍認(rèn)為S曲線是公路設(shè)計理想線形，S曲線的確很美，也符合汽車行駛原理，尤其是對需要改善道路線形，緩解駕駛疲勞，S曲線是解決問題好的選擇，已拓展至在公路隧道線型設(shè)計中被大量應(yīng)用。但從道路線形安全角度上來考察，一些指標(biāo)較低的S曲線也是造成交通安全事故的原因之一。[8,9]

因此，應(yīng)走出設(shè)計一個符合規(guī)范要求的S曲線，就是好的線形的誤區(qū)，應(yīng)按照一定路段長度以運(yùn)行速度檢驗線形安全，考察行車的安全環(huán)境情況，進(jìn)行總體評價，才更加符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、路線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)對線形安全的要求。故S曲線線形設(shè)計一般不宜采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的極限指標(biāo)或接近極限指標(biāo)，而應(yīng)是條件許可時盡量采用較大的曲線半徑，且反向曲線之間要盡量協(xié)調(diào)，包括在曲線長度方面的相協(xié)調(diào)。

在隧道路段，由于有洞口內(nèi)外各3s設(shè)計速度行程長度的平縱線形一致強(qiáng)制要求，故不能因過分追求大角度進(jìn)洞而在洞口附近出現(xiàn)極限指標(biāo)的反向曲線。特別是洞內(nèi)線形設(shè)計，水下隧道有采用不設(shè)超高平曲線的線形強(qiáng)制要求，其他隧道也應(yīng)嚴(yán)格避免出現(xiàn)接近極限指標(biāo)的反向曲線，應(yīng)注意采用較大的平曲線半徑，盡量采用不設(shè)超高平曲線構(gòu)成洞內(nèi)S曲線。同時還要重視線形設(shè)計與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，順應(yīng)自然地形順勢而為，為道路使用者創(chuàng)造更加安全舒適的交通條件。

2結(jié)語

本文對高速公路設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題作了一定探討，像低路堤、應(yīng)急車道寬度等，業(yè)內(nèi)雖已作過許多探討，認(rèn)識也基本統(tǒng)一，但重要的是要推動在今后的項目設(shè)計中貫徹落實和改進(jìn);對分離式錯臺路基運(yùn)用、凹型豎曲線的防眩、高速公路綠化設(shè)計、S曲線設(shè)計運(yùn)用等問題，通過作者分析研究并提出了一些建議意見，拋磚引玉，希望引起設(shè)計人員注意和重視，在設(shè)計實踐中拓展思路，更加重視細(xì)節(jié)，靈活把握運(yùn)用。面對交通人所肩負(fù)的社會責(zé)任，促使我們在交通規(guī)劃設(shè)計工作中，重視功能需求同時，踐行以人為本理念，把高速公路設(shè)計工作做得更好，為社會公眾提供合格交通產(chǎn)品。

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責(zé)任編輯：文月

Analysis on the Relative Problems in the Design of Highway

CAO Jianwei

Abstract:When we look back at the development of freeway industry,which have made considerable achievements in a short period in China, we find out it is a process of learning, borrowing, development to self-development, thus to realize self-perfection and self-transcendence. The outstanding of the introduction of new design theories in recent years made the ideas of human-oriented, scientific development and ecological civilization construction as the new development strategies, which has prompted us to further reconsider and research into the existing problems. Through the author’s observations and studies, this paper has discussed and analyzed about the problems in freeway design, such as low embankments, emergency lane width,and highway S-curve applications etc,referring to the aspects of environmental protections, saving land resources and improving driving safety, and has put forward some advise for reference.

Key words:highway; design; relative problems; analysis

中圖分類號：U412.36

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1671-8275(2016)02-0137-03

作者簡介：曹建偉(1966-)，男，安徽黃山人，高級工程師，研究方向為公路設(shè)計與管理。

收稿日期：2015-12-26