孟加拉國吉大港卡納普里河底隧道橫坡論證

胡威

摘 要：作為第一個(gè)采用中國規(guī)范建設(shè)的國外項(xiàng)目，業(yè)主以及國外監(jiān)理對本項(xiàng)目道路路拱橫坡采用2%的科學(xué)性、合理性產(chǎn)生質(zhì)疑。本文基于消除各方技術(shù)人員的顧慮，論證2%的路拱橫坡的科學(xué)性和合理性，現(xiàn)從原理上以及相關(guān)工程實(shí)例上來進(jìn)行探討論證。

關(guān)鍵詞：排水;路拱橫坡;行車舒適性

引言：

道路路拱和橫坡度的確定對行車舒適性、排水都有著直接的影響，對道路使用品質(zhì)起有至關(guān)重要的作用。不同的路面材料和路面等級根據(jù)行車安全以及道路使用全壽命周期[1]規(guī)定了不同的橫坡度，高級、次高級路面一般采用較小的橫坡度， 中級和低級路面則采用較大的橫坡度[2]。地區(qū)、氣候、行車速度、交通量和車重等因素對路拱型式和橫坡度的選定也有直接影響。綜合來講需要考慮路面排水的同時(shí)還需考慮到路面結(jié)構(gòu)安全、疲勞破壞壽命和行車舒適度的影響。

1.路拱橫坡影響因素分析

路拱型式和橫坡度的確定主要應(yīng)滿足下面二個(gè)要求：

（1）汽車在正常速度下安全而舒適地運(yùn)行。

路面設(shè)置路拱有利于路面橫向排水，但對于行車不利，路拱橫坡的存在對車轍深度會(huì)有一定的影響。汽車因路拱橫坡產(chǎn)生的水平分力對路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)不利，同時(shí)也給乘客以及駕駛者造成不適感覺。

為探明橫坡影響下車轍深度的不同，現(xiàn)采用ANSYS有限元軟件對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力狀態(tài)模擬計(jì)算分析，基本假設(shè)為：各結(jié)構(gòu)層為均勻、連續(xù)、各向同性的彈性體[3];土基底層全約束，路面結(jié)構(gòu)四周自由;各個(gè)結(jié)構(gòu)層之間為完全連續(xù)狀態(tài)，瀝青混凝土面層平面尺寸擬定為10m×5m，厚度15cm;半剛性基層及底基層平面尺寸與面層相同，厚度分別34cm和20cm;路基平面尺寸擬定為14m×7m，厚度取6m。計(jì)算荷載采用雙圓均布荷BZZ—100，輪胎壓力為0.7MPa[4]。

對路面結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，路表壓應(yīng)變與車轍相關(guān)，路表橫向拉應(yīng)變與路表縱向裂縫有關(guān)聯(lián)。

計(jì)算結(jié)果顯示，在路拱橫坡影響下車輛和貨物整體的重心向外側(cè)偏移對路面車轍的影響顯著，行車道外側(cè)的車轍深度大于內(nèi)側(cè)車轍深度這一現(xiàn)象隨橫坡坡度加大而更為顯著。

在路拱橫坡存在的情況下，車輛產(chǎn)生偏心行駛，路面荷載不均勻分布，導(dǎo)致荷載進(jìn)一步偏向路面車轍，更早出現(xiàn)疲勞開裂。橫坡越大，相同受力情況下路表彎沉值、拉應(yīng)力及剪應(yīng)力均會(huì)增大，導(dǎo)致路面結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞開裂越明顯。

（2）路表橫向坡度和路拱應(yīng)使路表降水迅速排泄而不致影響交通和從面層滲透到路面下層或從路肩滲透浸濕路基。

雨水自中央分隔帶邊緣至土路肩邊緣所需的匯流歷時(shí)，將沿路面的橫坡及縱坡的合成坡度運(yùn)動(dòng)形成：t=1.445*（m1Lsl/il0.50）.467。說明雨滴的匯流主要與路面的粘滯力、路拱橫坡等路面的固有性質(zhì)有關(guān)[5]，計(jì)算模型分析可知，路拱橫坡是影響降水排除速率的一個(gè)因素，顯然橫坡越大，降水排除速率越快。

綜上所述，路拱橫坡越大排水越順暢，但拱度過大會(huì)給行車安全帶來威脅。路拱橫坡使車輛處于偏心行駛，駕駛?cè)藛T在高速駕駛車輛時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)，車輛容易產(chǎn)生漂移現(xiàn)象，特別是在下雨天，當(dāng)?shù)孛婺Σ料禂?shù)減小后會(huì)更加明顯，行車舒適度降低。

2.各國規(guī)范對路面橫坡的規(guī)定

通過對中國地區(qū)、亞太地區(qū)以及歐美等國路拱橫坡的對比分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分地區(qū)路拱橫坡均采用2%，說明采用2%的路拱橫坡是科學(xué)合理且是全世界主流認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。

3.規(guī)范中關(guān)于橫坡取值若干規(guī)定

為滿足道路表面排水要求，使路表降水及時(shí)排除， 道路表面應(yīng)具有一定的橫坡度。除了在設(shè)置超高的彎道上， 路面和路肩應(yīng)按所需超高度做成外側(cè)高內(nèi)側(cè)低的一單向橫坡度外，直線路段都做成中間高、兩側(cè)低的路拱型式[4]。路拱坡度的確定應(yīng)綜合考慮下列幾個(gè)因素：

（1）橫向排水：路面排水與結(jié)構(gòu)類型和氣候條件有關(guān)?？蓞⒖急碇腥≈?，干旱地區(qū)可取低值，多雨地區(qū)宜取高值。

（2）道路合成坡度：綜合考慮道路縱坡、橫坡影響，避免出現(xiàn)過大的合成坡度給行車帶來不利影響。

（3）車道寬度：路拱各點(diǎn)高差太大影響道路美觀，在保證快速排水的前提下道路越寬橫坡坡度應(yīng)選擇得越平緩。

（4）行車速度：交通量大和車速高的道路橫坡度不宜過高，避免車輛緊急制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生橫向滑動(dòng)，減輕超車時(shí)橫向傾斜的影響。

4.全世界工程實(shí)例

（1）中國地區(qū)工程實(shí)例

中國氣候環(huán)境多樣，緯度上跨越了熱帶到寒帶，解決了道路修建中遇到的各種世界難題，如高寒凍土、沙漠公路等問題，經(jīng)過大量高速公路的建設(shè)，總結(jié)出豐富的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，為高速公路的發(fā)展建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

中國廣東沿海地區(qū)、海南地區(qū)地處低緯度熱帶地區(qū)，常年降雨量充沛，年降水量在1000mm～2600 mm之間，年平均降水量為1639 mm。中國在這些降雨豐富地區(qū)也同樣遇到道路路面排水問題，但經(jīng)過豐富的道路修建和長期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在路拱橫坡為2%的情況下不僅能滿足當(dāng)?shù)乇┯陼r(shí)路面排水問題，而且能減少在暴雨期間車輛因橫向力因素導(dǎo)致的橫向滑移現(xiàn)象以及高速情況下的車輛難操控的危險(xiǎn)。

以上是中國沿海低緯度，熱帶地區(qū)部分已建成高速公路項(xiàng)目，項(xiàng)目區(qū)常年高溫，降水豐富，均采用2%路拱橫坡建設(shè)。

（2）其他地區(qū)工程實(shí)例

5.孟加拉國當(dāng)?shù)匾呀ǔ晒こ虒?shí)測數(shù)據(jù)

為充分論證2%的路拱橫坡能滿足當(dāng)?shù)嘏潘?，測量了孟加拉國吉大港地區(qū)具有典型代表的兩條道路——機(jī)場路和市區(qū)道路，分別對兩條道路選擇4組斷面進(jìn)行高程測量，并計(jì)算出兩條道路的路拱橫坡。

根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)可知：機(jī)場路一般直線路段橫坡坡度平均值為1.85%，市區(qū)道路一般直線路段橫坡坡度平均值為1.70%。綜合兩組數(shù)據(jù)來看當(dāng)?shù)匾话阒本€路段實(shí)際路拱橫坡坡度均小于2%。

6.結(jié)束語

綜合中國地區(qū)及其他國家地區(qū)公路建設(shè)規(guī)范和工程實(shí)例分析，大部分國家高速公路路拱橫坡均采用2%，說明2%的路拱橫坡是在考慮了排水、路面結(jié)構(gòu)使用壽命及行車舒適性之后所得到的一個(gè)最科學(xué)合理的取值，故本項(xiàng)目采用2%的路拱橫坡是合理可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙松. 高填方公路路基沉陷以及防治措施的探究[C]// 決策論壇——如何制定科學(xué)決策學(xué)術(shù)研討會(huì). 0.

[2] 吳樹茂， 蔣星鐘. 有關(guān)城市道路與橋梁路拱橫坡的銜接思考[J]. 文摘版：工程技術(shù)， 2015（32）：110-110.

[3] 袁美俊. 柔性路面永久變形相關(guān)指標(biāo)的力學(xué)分析[J]. 華東公路， 2017.

[4]JTG D20—2006.中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院.公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[M]，2006.

[5] 元紹建， 陳婭倩. 坡面雨水匯流狀態(tài)分析及雨水量計(jì)算[J]. 城市道橋與防洪， 2014， 000（002）：88-89，97.

[6] FHWA-SA-07-011.U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration， Office of Safety.Mitigation Strategies for Design Exceptions[M]，July 2007.