基于排水的平縱組合設(shè)計要點

郜希娟　張瑞娟

摘 要：隨著我國道路事業(yè)的迅速發(fā)展，因自然因素的影響，導致公路線性設(shè)計難度增加，如道路線性設(shè)計不當極易發(fā)生交通事故。當前我國道路平縱組合設(shè)計中，往往只重視視距、指標均衡等內(nèi)容，而對路面排水等條件考慮欠佳，進而出現(xiàn)因路面排水不暢引發(fā)的大量交通事故，尤其是在積雪冰凍地區(qū)情況更為嚴重。本文在充分了解排水不暢危害的同時，由排水角度出發(fā)，對平縱組合設(shè)計要點進行了分析，以期有效改善行車條件，提高車輛運行的安全性。

關(guān)鍵詞：排水；平縱組合；設(shè)計要點

中圖分類號：U412.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0115-02

1 路面排水不暢的成因及危害

作為公路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害的主要原因，水損壞影響巨大。為降低公路病害程度，增加公路使用壽命，必須及時將路基路面范圍內(nèi)的水及時排除。如無法及時排除，將增加雨水的下滲量，特別是在反復行車荷載影響下，極易產(chǎn)生水動力，進而對瀝青混合料造成破壞，出現(xiàn)開裂、坑槽現(xiàn)象。甚至會對路基強度、穩(wěn)定性造成嚴重影響。也可能在路面產(chǎn)生水膜，減小路面抗滑能力，導致車輛在行駛過程中產(chǎn)生顯著的橫向滑移現(xiàn)象。如車輛在高速行駛過程中，水膜霧化，進而對駕駛者視線造成阻礙。如在冰凍季節(jié)，極易產(chǎn)生冰面，進而降低路面抗滑能力，增加行車危害性。為此，必須重視路面排水問題，特別是在道路線形平縱組合設(shè)計中，應(yīng)在全面掌握排水不暢成因的基礎(chǔ)上，做好道路線形平縱組合設(shè)計工作。

2 路面表面排水特性

假設(shè)其他條件不變，合同坡度與橫斷面寬度不同的情況下，路面表面排水特性可通過坡面匯流歷時與攔水帶設(shè)置時過水斷面內(nèi)的水面寬度進行探討。

2.1 坡面排水歷時

坡面匯流歷時，可由下公式計算：

其中，坡面匯流歷時可由t表示；

坡面流的長度可由Ls表示；

坡面流的合成坡度可由is表示；

地表粗度系數(shù)可由mi表示。

由此可見，在其他條件一致的情況下，坡流長度增加，匯流歷時也會隨之增加，這種情況下，將對行車安全造成極大影響；在其他條件一致的情況下，合同坡度減小，匯流歷時則越長，此時將增大路面排水的不暢性。

2.2 攔水帶設(shè)置時過水斷面的水面寬度

《公路排水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，設(shè)置攔水帶匯集路面表面水時，攔水帶過水斷面內(nèi)的水面，在高速公路及一級公路上不得漫過右側(cè)車道外邊緣。可通過下式計算：

其中，重現(xiàn)轉(zhuǎn)換系數(shù)可由Cp表示；

降雨歷時轉(zhuǎn)換系數(shù)可由Ct表示；

過水斷面的橫向坡度可由ih表示；

水力坡度可由I表示。

假設(shè)地區(qū)降雨量不變，過水斷面的水面寬度由B表示，假設(shè)5min為匯流歷時，q5，10為2.8mm/mim，本地區(qū)Cp與C5相同，均為1.0，降雨歷時5min的轉(zhuǎn)換系數(shù)為1.25，此時50m為開口間距，1%即為道路縱坡，在單幅路面寬度及橫坡值都不相同的情況下，過水斷面水面寬度計算結(jié)果如表1所示。

由此可見，對過水斷面水面寬度造成直接影響的因素主要為車道數(shù)、路拱橫坡值、攔水帶開口間距等。第一，車道數(shù)直接影響過水斷面水面寬度，在其他條件不變的情況下，車道數(shù)增加，過水斷面水面寬度也會增加，也就是說車道數(shù)不僅會對交通量造成影響，還會對排水造成影響。第二，路拱橫坡直接影響過水斷面水面寬度，在其他條件不變的情況下，路拱橫坡減小，過水斷面水面寬度則會增加，也就是說路拱橫坡將對行車平順性造成嚴重影響，并影響排水通暢性。第三，過水斷面水面寬度也會受攔水帶開口間距的影響。

3 基于排水的平縱組合設(shè)計要點

（1）路拱橫坡。為快速將路面、路肩積水排除，需進行橫坡設(shè)計。根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定，必須嚴格依照道路所在地的降雨量、車道數(shù)、中央分隔帶等條件，準確確定路拱橫坡值。伴隨社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，公路等級逐步提升，公路寬度也隨之加大。在多雨地區(qū)路拱坡度還選用1%～2%時，則無法滿足高等級公路路面排水需求，如無法通過增加路拱坡度的方法，解決路面排水問題時，可將對向行車道進行雙向路拱地設(shè)置，通過中央分隔帶排水設(shè)施、公路兩側(cè)排水設(shè)施，及時排除路面雨水。

（2）路肩。作為路面排水的一個主要構(gòu)成成分，路肩排水極為重要。利用路肩路面上的雨水可向路基外部及時排除。如無法及時排除路面雨水，則表明路肩設(shè)計不合理。路肩設(shè)計最為關(guān)鍵的是路肩坡度設(shè)計，于路面排水速度而言，坡度大小、方向?qū)ζ溆绊戄^大。通常在外傾斜的橫坡位置設(shè)置直線路段的路肩，相比行車道橫向坡度，直線段土路肩橫向坡度應(yīng)多出1%～2%左右。如為硬路肩，則可選擇等同于行車道橫坡的硬路肩橫坡度，特殊情況下，需進行攔水帶設(shè)置，此時如具有較為平緩的路線縱坡，則橫坡坡度可設(shè)置為3%～4%之間。路肩橫坡度設(shè)置于圓曲線路段時，要求不得在凹形位置連接路肩和行車道。且在10%以內(nèi)合理控制路肩和行車道的坡度差，盡可能向路外排除路肩上的雨水。因此，相比行車道橫坡，曲線內(nèi)側(cè)土路肩橫坡一般可相同，或多出1%～2%左右。同時，可選取反向橫坡（3%、4%坡度）作為曲線外側(cè)土路肩橫坡。

（3）縱斷面設(shè)計?？v坡與豎曲線設(shè)計是縱斷面設(shè)計的重點，據(jù)《公路工程技術(shù)標準》相關(guān)規(guī)定，長路塹路段及其他橫向排水不暢路段，縱坡應(yīng)控制在0.3%以上，且合成坡度控制在0.5%以上，以此滿足路面排水通暢的要求。于路面排水形式、邊溝設(shè)計而言，縱坡大小影響較大?？v坡較大的情況下，可構(gòu)成的合成坡度較大，此時應(yīng)盡可能縮短路面上雨水的停留時間，及時排除路面積水。如具有較小縱坡或為平坡的情況下，則其具有較小合成坡度，此時將增加路面水流流線長度，同樣路面上雨水停留的時間也會有所增加，這種情況下，如僅通過路面橫向排水，則外側(cè)行車道、路肩等位置極易出現(xiàn)排水不通暢等現(xiàn)象。為此，在縱斷面設(shè)計過程中，必須重視縱坡設(shè)置。

此外，在豎曲線設(shè)計時，可存在全凹或全凸豎曲線兩種形式，如具有較大豎曲線半徑，豎曲線底部或頂部0.3%以上的縱坡路段長度也會隨之增加，因此必須合理控制豎曲線半徑，盡可能降低縱斷面排水不暢路段長度。

（4）平縱組合設(shè)計。道路線形平縱組合設(shè)計應(yīng)符合駕駛者視覺、心理需求，并達到路面排水通暢的目的。為此，必須嚴格按照以下幾點，做好設(shè)計工作。

1）盡可能滿足平曲線和豎曲線完全對應(yīng)，要求做到平包豎，即與豎曲線相比，平曲線應(yīng)長一些，只有這樣才能達到路面排水通暢的需求，尤其是豎曲線屬于全凹或全凸豎曲線的情況。當為全凹豎曲線的情況下，其底部或頂部位置必然存有一段較小縱坡段，此時如排水完全依靠縱斷面，則存在一定弊端。如平曲線完全對應(yīng)豎曲線，則圓曲線段就會對應(yīng)豎曲線底部或頂部位置，則超高就會存在于圓曲線段，且橫向超高坡度較大，因此該路段具有較大合成坡度，便于排水。2）當平曲線不重合于豎曲線，兩者錯開時，應(yīng)盡可能防止在平曲線緩和曲線上設(shè)置凹或凸形豎曲線頂點，尤其不得位于超高過渡的零坡斷面周圍。通常都會在緩和曲線上設(shè)置曲線的超高過渡段，在超高過程中，曲線外側(cè)車道將產(chǎn)生一個零坡斷面或較小的橫坡段，如全凹或全凸豎曲線的底部或頂部重合與該位置，那么此段外側(cè)車道就具有較小合成坡度，與路面排水需求不符，則會出現(xiàn)排水不暢等問題。3）在S形平曲線拐點位置不得設(shè)置凹或凸形豎曲線的頂點。因超高過渡等因素，S形平曲線拐點周圍將會產(chǎn)生一個零坡斷面或較小橫坡段，如全凹或全凸豎曲線底部或頂部重合與此位置，同樣會出現(xiàn)排水不暢、積水等問題。

4 結(jié)語

綜上所述，于公路路基路面而言，路面排水不暢將對其耐久性、穩(wěn)定性造成極大的影響，甚至影響行車安全。在公路線性平縱組合設(shè)計中，必須對路面排水等因素進行充分考慮，以此由本質(zhì)上采取切實可行的措施，解決路面排水問題。

參考文獻

[1]游潤衛(wèi)，許有俊.高速公路路線豎曲線上的縱坡分析[J].公路工程，2013，（04）：21-24.