多雨區(qū)城市道路超高緩和段排水關(guān)鍵技術(shù)措施

寧山超，劉建國

（1.廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院集團股份有限公司，廣州 510000；2.山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司，濟南 250000）

1 引言

考慮到城市道路交叉口多、車道機非混行等特點，CJJ 37—2012《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》對不設(shè)超高的圓曲線平面半徑的規(guī)定值較JTG D20—2017《公路路線設(shè)計規(guī)范》略大[1]，但在實際工程中，城市道路兩側(cè)一般為建成區(qū)，建筑物標高及街道景觀已定型，在城市道路新建或快速化改造時，仍有部分城市道路因平曲線半徑不滿足需要設(shè)置超高，超高緩和段排水是否通暢將直接影響道路行車安全，且極大地影響了路面結(jié)構(gòu)層的使用壽命，通過縱斷面控制、加強其他排水措施成為解決超高緩和段排水的重要技術(shù)手段。

2 縱斷面設(shè)計

排水坡度和排水徑流長度為影響道路排水的最直接因素[2]，排水坡度為道路路面合成坡度，與道路設(shè)計縱斷面、道路橫坡、超高漸變有關(guān)，道路縱坡不宜設(shè)置過??；同時考慮到城市橋梁下部往往設(shè)置有輔道，過大的縱坡將引起梁底凈空變化過大，道路縱坡又不宜設(shè)置過大，超高過渡段有必要進行合理的縱斷面設(shè)計。

2.1 道路合成坡度

縱坡與超高或橫坡度組成的坡度稱為合成坡度。合成坡度按照式（1）計算：

式中，jr為合成坡度；is為超高橫坡度；j為縱坡度。

在超高漸變段范圍內(nèi)，因道路表面超高漸變會產(chǎn)生超高漸變附加縱坡jf，選取任一車道截面，超高漸變附加縱坡jf與道路縱坡度jd位于同一平面，該平面垂直于道路橫斷面，縱坡度j為道路縱坡度jd與超高漸變附加縱坡度jf的合成縱坡，縱坡度j與道路縱坡度jd夾角為θ1，縱坡度j與超高漸變附加縱坡度jf夾角為θ2，根據(jù)矢量計算規(guī)則：

因θ1、θ2非常小，或幾近于180°，故有：

則有縱坡度：

距離旋轉(zhuǎn)軸某處超高附加縱坡jf即為該處縱坡超高漸變率Pb，得出：

式中，jr為合成坡度；is為超高橫坡度；jd為道路縱坡度；b為距離超高旋轉(zhuǎn)軸的距離；Lc為路線長度；Δi為路線長度范圍內(nèi)橫坡差；Pb為距離超高旋轉(zhuǎn)軸距離為b時的超高漸變率（即該處超高附加縱坡）。

2.2 合成縱坡與超高漸變率分析

根據(jù)合成縱坡公式可知，在保持道路縱坡和超高漸變附加縱坡一致的前提下，超高橫坡越小，對應(yīng)合成縱坡越小，超高橫坡為0時，合成縱坡越小，路面排水越不利。對于超高緩和段，特別是S形平曲線設(shè)置超高的情形，必然存在路面橫坡由外傾到內(nèi)傾的過渡，在超高過渡段內(nèi)也必然存在一段橫坡很小的路段。

根據(jù)以上分析，超高橫坡為0的斷面即為超高緩和段范圍內(nèi)最不利排水斷面，此時合成縱坡：

即最不利合成縱坡：

超高附加縱坡jf和道路縱坡jd均為存在方向和大小的矢量。當超高附加縱坡jf與道路縱坡jd同向，即都為上坡或都為下坡時，合成縱坡為兩者疊加，對排水是有利的；而當超高附加縱坡jf與道路縱坡jd反向，即一個上坡，另一個為下坡時，合成縱坡為兩者差值，是一個削減了的不利組合，對排水是不利的[3]。對于S形反向曲線的超高緩和段而言，在超高橫坡為0的前后路段，必然是一側(cè)為有利組合，另一側(cè)存在不利組合。

綜上分析可知，在考慮排水情況下進行縱斷面分析及設(shè)計時，超高橫坡為0的橫斷面下，超高附加縱坡jf與道路縱坡jd反向時對排水最為不利。

根據(jù)某點超高附加縱坡計算式可知，同一橫斷面上，最大超高附加縱坡位于距離超高旋轉(zhuǎn)軸最遠的點上，因此，在分析最不利排水條件時，可選擇位于超高橫坡為0的斷面上，且距離旋轉(zhuǎn)軸最外側(cè)的點，此時該點超高附加縱坡即為超高漸變率Pb。當最不利排水條件下的縱坡滿足排水要求的組合縱坡時，其他特征點也能滿足。

2.3 道路縱斷面

根據(jù)CJJ 37—2012《城市道路工程設(shè)計規(guī)范》的相應(yīng)要求，考慮到城市道路通常低于兩側(cè)街坊，兩側(cè)街坊的雨水排向車行道兩側(cè)的雨水口，再由地下的連通管到雨水管道排入水體，因此，道路最小縱坡應(yīng)是能保證排水和防止管道淤塞所需的最小縱坡，其值為0.3%。若道路縱坡小于最小縱坡值，則管道的埋深必將隨著管道的長度而加深。為避免其埋設(shè)過深所致的土方量增大和施工困難，規(guī)范規(guī)定城市道路的最小縱坡不宜小于0.3%。

規(guī)范規(guī)定的最小超高漸變率1/330，即路面最外邊緣的超高附加縱坡約為0.3%，這與規(guī)范中對最小縱坡不宜小于0.3%的規(guī)定要求一致，其目的均從利于排水的角度考慮[4-5]。

因此，為保證超高緩和段和全路段排水的順暢，要求最不利合成縱坡不應(yīng)小于0.3%，即要求：

可知，為保證排水順暢，道路縱坡需滿足如下條件：

綜上，在實際工程應(yīng)用時，為保證最不利條件下超高緩和段排水順暢，建議道路設(shè)計縱坡值不小于0.3%+超高漸變率Pb。

3 其他技術(shù)措施

一些既有道路平面或縱斷面已無法調(diào)整，道路擴建拼寬后匯水面積增加，徑流路徑加長，或設(shè)計階段條件受限，存在道路設(shè)計縱坡值小于建議值（0.3%+超高漸變率Pb）的情況，為避免排水不暢，在超高緩和段積水或形成水膜，影響行車安全，可采取其他措施增強排水，保證道路行車安全。具體技術(shù)措施如下。

3.1 增設(shè)交安設(shè)施

為提高道路行車安全，在道路超高即超高緩和路段增設(shè)豎向減速標線、振蕩減速帶等交安措施，通過行車速度控制減少因路面積水、路面水膜生成而發(fā)生的打滑事故，同時路面振蕩標線凸起會形成排水通道，減少路面積水[6]。

3.2 透水鋪裝

在排水不利的某些超高緩和段范圍可采用透水瀝青、超高性能排水磨耗層等透水鋪裝，路面水通過路面結(jié)構(gòu)空隙匯入路面結(jié)構(gòu)排水通道，避免路面積水和水膜形成。

3.3 透水型截水溝

采用專用刻槽機械，在路面開槽，形成截水溝，再采用透水型混合料對截水溝進行回填。路面積水能通過截水溝表面下滲，再經(jīng)由路面連通槽體向路面兩側(cè)匯集，進入兩側(cè)積水管，進而減少路面積水。

3.4 防滑鋪裝

防滑鋪裝是將一種特殊的高分子黏合劑涂抹于路面，并敷上耐磨骨料，以精確的數(shù)量鋪設(shè)而形成的防滑鋪裝。該類鋪裝具有一定的透水型，且摩阻力大。

4 案例分析

4.1 項目概況

中山坦洲快線（一期）工程起點位于金字山互通，由北往南利用城桂公路、沙坦公路線位展線，終點接龍?zhí)粱ネ?。途徑中山市東區(qū)、五桂山街道、三鄉(xiāng)鎮(zhèn)和坦洲鎮(zhèn)（見圖1）。在舊路上進行快速化改造，實現(xiàn)主線快速化功能，同時對地面道路進行改擴建，實現(xiàn)城市道路功能。項目全長27.597 km，主線采用雙向六車道一級公路兼顧城市快速路標準建設(shè)，主線設(shè)計速度為80 km/h，高架橋斷面寬度26 m（見圖2），輔道采用城市次干路標準，設(shè)計速度40 km/h，全線快速化道路以橋梁為主，主線橋梁占全線長度77.9%。

圖1 項目地理位置圖

圖2 標準橫斷面設(shè)計圖

4.2 總體設(shè)計概述

因項目周邊路網(wǎng)、城鎮(zhèn)布局已經(jīng)形成，走廊帶空間有限，且沿道路兩側(cè)大部分路段已經(jīng)完成了修建性控制規(guī)劃，項目建設(shè)利用舊路平面線形進行快速化改造，只對局部半徑較小處做了優(yōu)化，最小半徑360 m。

考慮到項目設(shè)置高架橋路段較長，部分路段穿越城區(qū)，為提高橋下行車舒適性，減少司乘壓抑感，過城區(qū)一般路段主線路段縱斷面按照橋下凈空7 m控制。

主線對應(yīng)超高值選取原則見表1。

表1 主線對應(yīng)超高值選取原則

4.3 典型超高緩和段

項目K15～K16路段位于中山市三鄉(xiāng)鎮(zhèn)城區(qū)路段，兩側(cè)房屋密集，為減少征拆，該路段維持既有道路線形，存在連續(xù)S彎，平曲線半徑360 m，最大超高5%，緩和曲線段長140 m，半幅車道寬12.25 m，橋梁段主路設(shè)計高程及超高旋轉(zhuǎn)軸位于中央防撞墩邊緣處，經(jīng)計算，該路段超高橫坡為0路段，超高漸變率1/233.2。

同時該路段至項目終點設(shè)置長12.7 km長連續(xù)橋梁段，加之該路段輔道地面縱坡較大，且與主線縱坡走向相反，為控制橋下輔道凈空及主線縱斷面線形，主線段不能設(shè)置較大縱坡，設(shè)計縱坡取值0.3%。

4.4 存在問題

珠三角地區(qū)濕熱多雨，項目建成通車一段時間后，在經(jīng)歷強降雨時，該典型超高緩和路段存在雨水消散慢，易產(chǎn)生水膜附著現(xiàn)象。

該路段在設(shè)計階段建設(shè)條件受限，設(shè)計縱坡取值小于0.3%+超高漸變率Pb，即0.73%，排水狀況不利。

4.5 改善技術(shù)措施

為保證項目運行安全，針對該典型超高緩和段存在的排水不利情況，主要通過增加設(shè)置交安設(shè)施予以改善，具體改善措施如下：

1）超高緩和段加密、疏通中央分隔護欄橫向過水通道；

2）該典型路段設(shè)置限速60 km/h；

3）完善該典型路段豎向減速標線、振蕩減速帶。

5 結(jié)論

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的不斷推進，多雨區(qū)城市道路超高設(shè)置路段會不斷新增，超高緩和路段排水問題將愈發(fā)凸顯。本文系統(tǒng)地分析了超高漸變路段最不利排水條件，各類組合坡度與路面排水的關(guān)系，為保證城市道路超高緩和段排水順暢，建議采用的關(guān)鍵技術(shù)措施如下：

1）建議超高緩和路段道路設(shè)計縱坡值不小于0.3%+超高漸變率Pb；

2）道路平面、縱斷面條件受限時，可采用增設(shè)交安設(shè)施、透水防滑鋪裝或透水型截水溝等措施。