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        城市道路豎向設(shè)計技術(shù)要點分析

        2020-03-06 08:31:50蔡建勇
        工程建設(shè)與設(shè)計 2020年9期
        關(guān)鍵詞:極限值縱坡交叉口

        蔡建勇

        (福州城建設(shè)計研究院有限公司,福州350000)

        1 引言

        進入21 世紀,我國經(jīng)濟發(fā)展迅速,城市建設(shè)日新月異,一條條嶄新的道路如雨后春筍般呈現(xiàn)在人們的眼前,為國家經(jīng)濟發(fā)展和人民交通出行,提供了便利的條件。

        城市道路建設(shè)主要講究平縱橫、路基路面等,而豎向設(shè)計便是其中極其重要的一環(huán)。城市道路主要位于城市規(guī)劃區(qū)域,道路的平面線形與路幅寬度在城市規(guī)劃階段已基本成型,路面結(jié)構(gòu)也大同小異,而道路的豎向設(shè)計雖在規(guī)劃階段已有控制交叉節(jié)點高程,但沿線的豎向卻是千變?nèi)f化,可以根據(jù)設(shè)計師不同的經(jīng)驗,產(chǎn)出多種不同的豎向方案。如何讓城市道路豎向設(shè)計顯得更合理可行尤為關(guān)鍵。本文根據(jù)設(shè)計規(guī)范及多年設(shè)計經(jīng)驗,并結(jié)合案例,對城市道路豎向設(shè)計的主要技術(shù)要點進行分析。

        2 縱坡選擇

        2.1 一般縱坡選擇

        道路縱坡是道路中線兩點之間的高程和水平距離的比值。它與汽車的動力性能、安全指數(shù)有較大的關(guān)系。

        道路最小縱坡是指各級道路在特殊情況下容許使用的最小坡度值。為了保證基本排水要求,需設(shè)置不小于0.3%的縱坡。尤其在雨期長、雨量大的南方地區(qū),道路豎向設(shè)計時應(yīng)特別注意路面在暴雨期的排水能力,滿足最小的排水坡度,能減少路面積水現(xiàn)象的發(fā)生。雨水量大、排水要求高的地區(qū)一般情況下以不小于0.5%為宜。

        道路最大縱坡指在汽車以適當(dāng)?shù)能囁夙樌舷缕?,而不致發(fā)生危險的最大坡度值。各級道路允許的最大縱坡根據(jù)地形條件、道路等級、汽車的動力性能以及工程造價、運營經(jīng)濟等因素,通過全面分析、綜合考慮而確定。

        近年來,國家更加提倡“綠色出行”,而隨著共享單車、電單車的發(fā)展,現(xiàn)今城市道路上出現(xiàn)大量的非機動車行駛,這就對城市道路縱斷設(shè)計提出了更高的要求,應(yīng)綜合考慮非機動車出行的需求。非機動車爬坡能力遠不如機動車,而非機動車道和機動車道分離式設(shè)置不可能成為常態(tài),這就要求在道路豎向設(shè)計時控制道路最大縱坡的時候,以非機動車的最大爬坡坡率進行控制。

        根據(jù)國內(nèi)外資料綜合分析,非機動車縱坡大于或等于2.5%時,應(yīng)限制非機動車最大坡長。由此可見,在條件允許情況下,非機動車最大縱坡宜不大于2.5%。結(jié)合規(guī)范和實際道路使用情況,在不受限與特殊困難條件下,道路縱坡取值宜控制在0.5%~2.5%。

        考慮到濱海區(qū)和平原區(qū)地形較為平坦,道路縱斷設(shè)計易于在該范圍內(nèi)控制縱坡。但若為山地區(qū)道路,地形復(fù)雜,高程起伏變化大,在控制土方平衡、減少山體破壞、減少邊坡高度和控制造價等前提下,縱斷設(shè)計時容易出現(xiàn)大縱坡,要控制在0.5%~2.5%較難。在此情況下,可考慮非機動車陡坡路段推行。根據(jù)機動車的最大縱坡,并結(jié)合橫坡,滿足最大合成坡的情況下,特別在超高路段應(yīng)注意合成坡度,再進行取值。

        2.2 極限縱坡分析

        城市道路經(jīng)過十幾年迅猛發(fā)展,近年來,平原地區(qū)的道路基本已建設(shè),城市發(fā)展已漸漸開發(fā)難度更高的山地。山地道路建設(shè)往往涉及大縱坡,甚至在困難情況下,縱坡選擇極限坡來減少山體破壞和工程造價。

        根據(jù)規(guī)范,除快速路外的其他等級道路,在受地形條件或其他特殊情況限制時,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟論證后,最大縱坡極限值可增加1%【1,2】。

        泉州市東海片區(qū)支十五路等4 條市政道路工程,項目位于泉州市豐澤區(qū)東海街道森林公園附近,項目建設(shè)區(qū)域四周用地為泉州幼兒師范高等??茖W(xué)校和泉州師范學(xué)院的規(guī)劃用地,道路用地基本為山坡地,地形起伏,最大高差30m。道路可利用區(qū)域受限嚴重,路線可選擇方案少。同時,高程受山頂已建碧桂園地坪標(biāo)高控制。經(jīng)方案、工可、初步設(shè)計多次經(jīng)濟技術(shù)論證,最大縱坡采用極限坡率+1%。工程從6 個不同角度對最大縱坡進行分析,具體分析如下。

        1)工程量:比較方案最大縱坡采用8%,開挖石方增加1.1×105m3,建安費增加3 400 萬元,對比推薦縱斷最大縱坡采用9%,經(jīng)濟費用增加明顯,從節(jié)省造價的角度看,最大縱坡采用9%更加經(jīng)濟可行。

        2)汽車爬坡性能:根據(jù)對規(guī)范條文的解讀,規(guī)范規(guī)定主要以6 軸鉸接列車49t 為代表車型,而本項目后期運營主要以小汽車為主,施工期間有土方車,爬坡能力相較于6 軸鉸接列車49t 更強,縱坡采用9%可行。

        3)汽車下坡安全:本工程路面采用中粒式瀝青混凝土面層,增加路面的摩阻力,同時,定義非機動車推行走人行道,縱坡采用9%可行。

        4)臨崖臨邊安全:本工程在根據(jù)交通安全需要,在項目臨崖臨邊的位置設(shè)置剛性鋼筋混凝土護欄進行防護。

        5)交通標(biāo)志標(biāo)線:道路沿線設(shè)置警示標(biāo)志和震蕩標(biāo)線,警示駕駛?cè)藛T減速慢行。

        6)交叉口設(shè)置:在交叉口位置根據(jù)規(guī)范要求,縱坡調(diào)整為3%,并且交叉口設(shè)置為右進右出交叉口。

        3 高程控制

        城市道路高程不僅受規(guī)劃交叉口豎向高程控制,而且還應(yīng)考慮與道路沿線地塊地坪高程對接,一般以比周邊地塊高程低30~50cm 為宜。高程的確定應(yīng)尊重現(xiàn)狀地形地貌,盡量保持原生態(tài)地貌不變,避免大填大挖,盡量保持填挖平衡,減少造價的同時,也減少破壞。

        高程的確定除了考慮以上因素,還應(yīng)考慮道路排水、路基避免破壞,保持穩(wěn)定等因素。

        3.1 一般路段

        城市道路在做豎向高程控制時,一般路段道路設(shè)計標(biāo)高宜考慮要滿足規(guī)劃豎向控制要求,同時還應(yīng)滿足防山洪排內(nèi)澇要求。

        3.2 濱水、濱海路段

        江海湖泊是比較常見的地形地貌之一,城市道路在設(shè)計時,要考慮到這些地形地貌的影響,主要應(yīng)考慮防洪、排澇要求。道路一般與河?;蜓鼐€、或上跨、或下穿。

        沿河道路縱斷設(shè)計時,應(yīng)考慮道路高程需滿足相應(yīng)水系防洪標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計洪水頻率的水位+50cm 的壅水高度。

        沿海道路還需考慮波浪侵襲高度。當(dāng)岸邊設(shè)置攔水設(shè)施時,可不受此限【3】。

        當(dāng)?shù)缆飞峡绾?、海時,一般利用橋梁或涵洞結(jié)構(gòu)上跨,有通航要求時,要考慮滿足相關(guān)通航要求;無通航要求時,道路高程控制應(yīng)滿足設(shè)計洪水位+50cm 的安全高度+結(jié)構(gòu)建筑高度+路面鋪裝厚度。當(dāng)防洪、排澇報告未提供橋梁位置的具體設(shè)計洪水位時,可根據(jù)下游洪水位和水力坡度反算。在設(shè)計時,應(yīng)注意對規(guī)劃高程的核算是否滿足要求,不滿足要求時,應(yīng)做出調(diào)整。

        道路下穿河流時,主要采用下穿隧道。進行縱斷高程控制時,需注意滿足隧道最小覆土厚度和隧道凈空。

        馬鑾灣新城孚蓮東二路(孚蓮路—東孚南路段)項目因緊鄰規(guī)劃云溪水系,道路豎向設(shè)計要兼顧片區(qū)防洪防潮要求,根據(jù)馬鑾灣新城區(qū)域水系及生態(tài)修復(fù)規(guī)劃,馬鑾灣新城區(qū)防護等級為Ⅲ等,馬鑾灣新城區(qū)采用50a 一遇防洪標(biāo)準(zhǔn),100a 一遇防潮標(biāo)準(zhǔn),馬鑾灣新城防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)采用50a 一遇澇水不滿溢的排澇標(biāo)準(zhǔn);根據(jù)片區(qū)防洪防潮排澇規(guī)劃,本項目范圍內(nèi)過蕓溪防洪最低控制標(biāo)高4.0m,考慮到防洪排澇需求,以及本項目所在區(qū)圍堰及周邊場平標(biāo)高為4.5m,因此,本項目道路標(biāo)高控制在4.5m 以上。

        4 豎曲線半徑取值

        道路設(shè)計時,不同的2 條縱坡會產(chǎn)生變坡點,為了緩和因坡度變化而產(chǎn)生的沖擊并保證行車視距,必須在2 條縱坡之間插入豎曲線。豎曲線形式可以是拋物線或圓曲線,但一般情況采用圓曲線。

        豎曲線半徑存在一般值和極限值。極限值是滿足視距要求的最小半徑,一般值為極限值的1.5 倍。豎曲線長度極限值為3s 行車距離。為了行車安全和舒適,一般值為極限值的2.5倍。

        在道路縱斷設(shè)計時,豎曲線一般選用較大的半徑值。當(dāng)條件受限時,豎曲線半徑宜略大于規(guī)范的“一般值”;當(dāng)?shù)匦螚l件特別復(fù)雜困難的情況下,方采用規(guī)范的“極限值”。

        在有超車需求的路段,宜采用較大的凸曲線半徑或者設(shè)置必要的標(biāo)志、標(biāo)線等交通設(shè)施。

        5 交叉口豎向設(shè)計

        道路交叉口是由2 條以上道路相交形成,是實現(xiàn)交通轉(zhuǎn)換的重要節(jié)點。交叉口的豎向設(shè)計,對交叉口行車舒適、安全性起到重要的作用。

        基于排水基本需要,交叉口內(nèi)部縱坡宜不小于0.3%。同時,考慮行車視距和安全,縱坡宜不大于2.5%,條件困難時,宜不大于3%。所以,交叉口內(nèi)部縱坡一般控制在0.3%~2.5%為宜。

        根據(jù)現(xiàn)實交通情況分析,往往在暴雨期間,交叉口交通擁堵現(xiàn)象極其嚴重。交叉口排水不利,導(dǎo)致行車安全下降,交通疏導(dǎo)困難,交叉口容易擁堵。由此可見,做好交叉口豎向設(shè)計,排水通暢,是解決交叉口擁堵的關(guān)鍵之一。

        經(jīng)多年設(shè)計經(jīng)驗分析,一般交叉口選用“傘型”為佳,即中間高四周低,盡量避免選用“碗型”,即中間低四周高。所以,在做道路縱斷設(shè)計時,設(shè)計者應(yīng)結(jié)合相交道路高程,有意識地將交叉口設(shè)計為“傘型”。而現(xiàn)實情況下,一條城市道路是存在多個交叉口的,要做到每個交叉口都選“傘型”并不現(xiàn)實,也沒必要。從片區(qū)整體高程控制出發(fā),規(guī)劃控制高程時,考慮到地塊排水,縱坡往往向水域傾斜,所以,交叉口縱坡一般以單向居多。但若出現(xiàn)低洼交叉口時,設(shè)計時應(yīng)注意將道路最低點設(shè)置在交叉口范圍外。

        6 結(jié)語

        道路豎向作為道路設(shè)計中“平縱橫”其中一環(huán),并不是一件三錘兩棒的工作。選擇正確的縱坡,控制合理的地坪、交叉口標(biāo)高,關(guān)系到整個工程的造價,也關(guān)系到項目運行是否順暢。

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