計月華，曹建建

(蘇交科集團股份有限公司，南京 210019)

隨著我國經(jīng)濟社會的發(fā)展，早期修建的部分四車道高速公路服務(wù)水平明顯下降，需要進行改擴建。目前，大部分高速公路由四車道或六車道擴建為八車道，但在部分經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，八車道也很難適應(yīng)快速增長的交通需求，如滬武高速公路太倉至常州段擴建工程，其中太倉北樞紐至董浜樞紐路段六改十，其余路段涉及四改八和六改八的問題。本文以該工程為依托，所論述的多車道，著重集中在八車道和十車道，對于十車道的研究和實踐，目前國內(nèi)研究較少，可參考的僅有深圳水官高速公路、遼寧沈山高速公路等少數(shù)項目[1-2]。由于十車道橫斷面寬度更大，路面排水和行車安全問題更加突出，因此需對其路拱及超高進行充分研究分析。

1 多車道高速公路路拱形式

通常，多車道高速公路一般路段的路拱橫坡形式分為單幅雙向路拱、單幅折線型路拱和單幅單向路拱，并合理增設(shè)其他路面排水設(shè)施。

1.1 單幅雙向路拱

單幅雙向路拱是指將路面做成由兩側(cè)行車道中心線或行車道分界線向兩側(cè)傾斜的拱形。設(shè)置雙向路拱使道路兩側(cè)的路面水以一定的坡度由道路中間向中央分隔帶和路側(cè)兩個方向排水，見圖1。雙路拱減小了匯水面積和坡面匯流長度，對排水有利。

圖1 單幅雙向路拱排水

這種路拱單幅的外側(cè)兩車道上的路面水橫向漫流至右側(cè)硬路肩后排出路面；中間帶兩側(cè)設(shè)置縱向縫隙式排水溝，并隔一定間距設(shè)置集水井和橫向排水管，內(nèi)側(cè)兩車道上(十車道時為內(nèi)側(cè)三個)的路面水流至縫隙式排水溝，再匯至集水井通過橫向排水管集中排出路面范圍。

這種路拱形式能很好地適應(yīng)多車道特性，改善路面排水。對于雙路拱，存在變換車道安全性問題，車輛超車時需兩次變換車道，由超車道駛回行車道時離心力方向和水平力方向一致，導致橫向力系數(shù)增大不利于行車安全，根據(jù)相關(guān)文獻，國內(nèi)高速公路橫坡值一般為1.5%～2.0%[3-4]，在正常行駛條件下是能夠保證車輛穩(wěn)定性的。

對于多車道高速公路雙路拱的應(yīng)用，《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20—2017)規(guī)定，高速公路整體式路基宜采用雙路拱，筆者認為應(yīng)分情況予以分析。對于新建高速公路，采用雙路拱能夠有效地改善排水，但施工較復雜；對于改擴建高速公路單側(cè)加寬路段，采用雙路拱能夠充分利用既有工程，減少路基和橋梁兩側(cè)拼接，且能解決新老路基和橋梁之間的不均勻沉降，目前已得到一定應(yīng)用，如安徽蕪合高速公路四改八改擴建[3]；對于改擴建高速公路兩側(cè)加寬路段，由于既有道路為單向坡，改成雙路拱后需銑刨既有道路進行調(diào)坡，橋梁等構(gòu)造物路段實施困難，既有工程利用率低，浪費較大，且增加的中分帶橫向排水管需開挖或采用頂管等施工方案，不建議采用。

1.2 單幅折線形路拱

單幅折線型路拱是指將道路做成中央分隔帶高、兩側(cè)低，在道路一側(cè)設(shè)置不同橫坡的路拱形式，見圖2，在變坡點處可設(shè)置縱向縫隙式排水溝。

圖2 單幅折線型路拱排水示意

這種路拱單幅的內(nèi)側(cè)兩車道(十車道時為內(nèi)側(cè)三個車道)的路面水橫向漫流至二三車道(十車道時為三四車道)交界處的變坡點，設(shè)縱向縫隙式排水溝時，經(jīng)集水井通過橫向排水管，將大部分路面水排出路面范圍；未設(shè)縱向縫隙式排水溝時，同外側(cè)兩個車道的路面水一起沿較大的路拱橫坡漫流至右側(cè)硬路肩，并排出路面范圍。

這種路拱形式在一定程度上改善了路面排水，但改善排水效果比設(shè)置單幅雙向路拱形式差。折線型路拱在變坡點處有尖峰凸出，施工時雖通過壓路機碾壓但路面平順性仍然略差。

多車道高速公路折線型路拱應(yīng)用較少，規(guī)范也未有涉及。對于新建及改擴建高速公路單側(cè)加寬路段，折線型路拱增大了外側(cè)車道和右側(cè)硬路肩橫坡值，未見有工程采用。對于改擴建高速公路兩側(cè)加寬路段，廣西柳南高速公路四改八改擴建工程中有一定應(yīng)用。由于項目區(qū)雨量充沛，縱坡小于0.3%路段，既有路面橫坡值維持2.0%不變，拼寬部分橫坡值加大至2.5%，橫坡按線性漸變。根據(jù)美國各州與運輸工作者協(xié)會(AASHTO)2001年版《公路與城市道路幾何設(shè)計》，當橫坡值不大于2.0%時，對車輛行駛幾乎沒有什么影響，但是橫坡值陡于2.0%時就有明顯影響，需考慮車輛的操控性，增加了側(cè)滑的可能[5]。另根據(jù)《公路工程技術(shù)標準》(JTG B01—2014)，橫坡值大于2.0%時，橫向力系數(shù)、不設(shè)超高的圓曲線最小半徑等指標均有較大變化，改擴建項目利用既有工程涉及突破規(guī)范指標的問題。目前，廣西柳南高速公路正在施工，作為應(yīng)用折線型路拱的嘗試，由于拼寬部分增加的橫坡值有限，對于改善排水效果、路面平順性、車輛行駛安全性等方面需要通車后進一步驗證。

1.3 單幅單向路拱

單幅單向路拱是指將道路做成中央分隔帶高、兩側(cè)低、在道路一側(cè)設(shè)置相同橫坡的路拱形式。這種路拱路面水沿路拱橫坡漫流至右側(cè)硬路肩，并排出路面范圍。單向路拱施工方便，行車舒適性較高，為我國大多數(shù)高速公路采用的形式。

八車道、十車道高速公路與四車道、六車道高速公路相比，橫向?qū)挾仍黾虞^多，特別是十車道高速公路，公路坡面匯流歷時將有一定增加，容易導致右側(cè)硬路肩和行車道路面潮濕，甚至積水，因此需進行針對性分析。

對于八車道高速公路，雖然規(guī)范規(guī)定宜采用雙路拱形式，但大多數(shù)新建高速公路仍沿用單向路拱的方案，改擴建工程中除涉及加寬方式選擇、縱坡較小排水受限的特殊路段外，一般也采用單向路拱。對于十車道高速公路，若設(shè)置左側(cè)硬路肩，十車道路基橫斷面寬度將超過50 m，采用單向路拱時，應(yīng)根據(jù)路面類型和當?shù)刈匀粭l件等因素進行排水計算確定具體橫坡值。筆者在滬武高速公路太倉至常州段擴建工程[6]中，針對十車道高速公路基于排水計算對路拱形式和橫坡值進行了分析，得到以下結(jié)論：十車道高速公路可采用單幅單向路拱形式，雖然公路坡面匯流歷時較八車道有一定增加，但增加有限，總體能夠滿足要求；采用單幅單向路拱2.0%橫坡值時，在一般情況下，十車道高速公路設(shè)計積水寬度小于硬路肩寬度，能夠滿足規(guī)范要求。

此外，排水路面不形成明顯的徑流，對路面摩擦系數(shù)保持和運營安全的作用明顯，但多應(yīng)用于四車道、六車道高速公路[7]。根據(jù)實際觀測，六車道外側(cè)車道在降雨量大時存在路面涌水現(xiàn)象。目前國內(nèi)在廣西某八車道高速公路改擴建中設(shè)置了排水路面試驗段，通過增加排水路面層數(shù)和厚度解決外側(cè)車道路面涌水問題，但重載交通條件下外側(cè)車道的路面承載情況尚需進一步觀測和試驗。因此排水路面在八車道、十車道高速公路上的應(yīng)用尚缺少必要的支撐。

2 多車道高速公路超高設(shè)計方法

超高是為抵消車輛在曲線路段上行駛時所產(chǎn)生的離心力，將路面做成外側(cè)高于內(nèi)側(cè)的單向橫坡形式。合理的設(shè)置超高可以全部或部分抵消離心力，提高汽車行駛在曲線上的穩(wěn)定性和舒適性。超高橫坡度在圓曲線上是與圓曲線相適應(yīng)的全超高，在緩和曲線上應(yīng)是逐漸變化的[8]。多車道高速公路因增加了車道數(shù)，橫向?qū)挾仍黾?，若按一般高速公路進行超高過渡，則橫坡較小(+0.3%～-0.3%之間)的路段長度會很長，對排水不利。

根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》(JTG D20—2017)，當路拱橫坡度發(fā)生變化時，必須設(shè)置超高過渡段，超高過渡宜在回旋線全長范圍內(nèi)進行，超高值、超高漸變率按規(guī)范計算和取值。超高過渡方式，對于有中間帶的公路均可采用繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)的方式，車道數(shù)大于4條的可采用分別繞行車道中線旋轉(zhuǎn)的方式。本文重點討論多車道高速公路繞中央分隔帶邊緣和分別繞行車道中線旋轉(zhuǎn)的超高方式。

2.1 繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)

多車道高速公路宜增設(shè)路拱線，改善路面排水，根據(jù)增設(shè)路拱線的條數(shù)不同，可將繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)的超高過渡方式分為以下三種形式：

(1) 不設(shè)路拱線

和非多車道高速公路一樣，在超高過渡過程中，道路一側(cè)的路面橫坡全部始終保持相同的橫坡值，從前一曲線圓緩點處超高值逐漸過渡到后一曲線緩圓點處超高值。

這種形式比較簡單，易于設(shè)計施工，但是車道寬度過大后，對排水不利，適用于降雨量不大的地區(qū)，降雨量大的地區(qū)需采取其他措施改善路面排水。

(2) 設(shè)一條路拱線

如圖3所示，對于十車道高速公路，在道路一側(cè)設(shè)一條路拱線，新建和既有道路為六車道的改擴建高速公路可將路拱線設(shè)置在三車道、四車道分界線；既有道路為四車道的改擴建高速公路可將路拱線設(shè)置在二車道、三車道分界線，具體位置根據(jù)實際需要確定。超高過程分為以下幾個階段：①～②階段，五個車道從前一曲線圓緩點處超高值開始繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至一定超高值-i；②～③階段，四車道、五車道保持不變，一車道、二車道、三車道繞旋轉(zhuǎn)軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至i；③～④階段，四車道、五車道繞路拱線旋轉(zhuǎn)至橫坡值為i；④～⑤階段，五個車道一起繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至后一曲線緩圓點處超高值。八車道高速公路情況類似，一般可將路拱線設(shè)置在二車道、三車道分界線。

圖3 設(shè)一條路拱線超高過渡示意

這種形式比較簡單，減小了匯水面積和坡面匯流長度，改善路面排水，超高形式能較好地適應(yīng)多車道高速公路特性，多車道新建高速公路設(shè)置單幅雙向路拱時，這種超高形式的優(yōu)勢比較明顯。結(jié)合不設(shè)路拱線形式，對于降雨量較大的地區(qū)，十車道高速公路可采用該種形式。

(3) 設(shè)兩條路拱線

如圖4所示，對于十車道高速公路，在道路一側(cè)設(shè)兩條路拱線，路拱線位置宜根據(jù)實際需要確定，一般可設(shè)置在二車道、三車道和四車道、五車道分界線處，超高過程分為以下五個階段：①～②階段，五個車道繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至-i；②～③階段，三車道、四車道、五車道保持不變，一車道、二車道繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至i；③～④階段，一車道、二車道、五車道保持不變，三車道、四車道繞路拱線一旋轉(zhuǎn)至i；④～⑤階段，一車道、二車道、三車道、四車道保持不變，五車道繞路拱線二旋轉(zhuǎn)至i；⑤～⑥階段，五個車道一起繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至后一曲線緩圓點處超高值。八車道高速公路情況類似，可將路拱線設(shè)置在二車道、三車道和三車道、四車道分界線處。

圖4 設(shè)兩條路拱線超高過渡

這種形式能較好地改善路面排水，但是形式比較復雜，設(shè)計和施工難度較大，較難應(yīng)用，一般情況下不采用。

2.2 分別繞行車道中線旋轉(zhuǎn)

在道路的兩幅，分別繞各自行車道中心線進行超高旋轉(zhuǎn)過渡，從前一曲線圓緩點處超高值逐漸過渡到后一曲線緩圓點處超高值。

這種形式比較簡單，改善路面排水，道路一側(cè)抬高值較小，減小了工程量，但是在超高過渡段和超高段路容不好，適用于分離式路基或中間帶較寬的情況。

3 結(jié)語

本文針對多車道高速公路路拱形式及超高設(shè)計方法進行了分析，得出的主要結(jié)論為：對于雙向路拱、折線型路拱和單向路拱應(yīng)根據(jù)項目情況靈活應(yīng)用，對于十車道高速公路一般情況下可采用單向路拱；同時本文分析了多車道高速公路超高設(shè)計方法，對于繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)，可根據(jù)降雨情況考慮不設(shè)路拱線或設(shè)一條路拱線的形式?？偠灾?，在缺少規(guī)范標準和相關(guān)研究還不充分的情況下，對多車道高速公路進行深入研究將具有非常重要的意義。