多車道高速公路路拱形式及超高設(shè)計(jì)方法分析

多車道高速公路路拱形式及超高設(shè)計(jì)方法分析計(jì)月華;曹建建【摘要】結(jié)合國內(nèi)相關(guān)工程實(shí)踐，針對多車道高速公路路拱形式、橫坡值，從新建和改擴(kuò)建角度進(jìn)行分析,并對多車道高速公路不同超高過渡方式和形式進(jìn)行比較.結(jié)果表明:應(yīng)根據(jù)新建高速公路和改擴(kuò)建高速公路的特點(diǎn)，靈活應(yīng)用雙向路拱、折線型路拱和單向路拱;對于超高過渡方式,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，不設(shè)路拱線適用于降雨量不大的地區(qū)，設(shè)一條路拱線可減小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.【期刊名稱】《現(xiàn)代交通技術(shù)》【年(卷)，期】2018(015)006【總頁數(shù)】4頁(P16-18,30)【關(guān)鍵詞】多車道高速公路;路拱形式;橫坡值;超高【作者】計(jì)月華漕建建【作者單位】蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京210019;蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京210019【正文語種】中文【中圖分類】U414隨著我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)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(jìn)行改擴(kuò)建。目前，大部分高速公路由四車道或六車道擴(kuò)建為八車道，但在部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)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(kuò)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(shí)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(xiàng)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(jìn)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(gè)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夕卜側(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(shí)為內(nèi)側(cè)三個(gè))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(shí)需兩次變換車道，由超車道駛回行車道時(shí)離心力方向和水平力方向一致，導(dǎo)致橫向力系數(shù)增大不利于行車安全，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，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(jì)規(guī)范》(JTGD20—2017)規(guī)定，高速公路整體式路基宜采用雙路拱，筆者認(rèn)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(fù)雜；對于改擴(kuò)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(kuò)建［3］；對于改擴(kuò)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(jìn)行調(diào)坡，橋梁等構(gòu)造物路段實(shí)施困難，既有工程利用率低，浪費(fèi)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(diǎn)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(shí)為內(nèi)側(cè)三個(gè)車道）的路面水橫向漫流至二三車道（十車道時(shí)為三四車道）交界處的變坡點(diǎn)，設(shè)縱向縫隙式排水溝時(shí)，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(shí)，同夕卜側(cè)兩個(gè)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(diǎn)處有尖峰凸出，施工時(shí)雖通過壓路機(jī)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(kuò)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(kuò)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(kuò)建工程中有—定應(yīng)用。由于項(xiàng)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(yùn)輸工作者協(xié)會(huì)(AASHTO)2001年版《公路與城市道路幾何設(shè)計(jì)》，當(dāng)橫坡值不大于2.0%時(shí)，對車輛行駛幾乎沒有什么影響，但是橫坡值陡于2.0%時(shí)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(biāo)準(zhǔn)》(JTGB01—2014)，橫坡值大于2.0%時(shí)，橫向力系數(shù)、不設(shè)超高的圓曲線最小半徑等指標(biāo)均有較大變化，改擴(kuò)建項(xiàng)目利用既有工程涉及突破規(guī)范指標(biāo)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(jìn)一步驗(yàn)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(shí)將有一定增加，容易導(dǎo)致右側(cè)硬路肩和行車道路面潮濕，甚至積水，因此需進(jìn)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(kuò)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50m，采用單向路拱時(shí)，應(yīng)根據(jù)路面類型和當(dāng)?shù)刈匀粭l件等因素進(jìn)行排水計(jì)算確定具體橫坡值。筆者在滬武高速公路太倉至常州段擴(kuò)建工程［6］中，針對十車道高速公路基于排水計(jì)算對路拱形式和橫坡值進(jìn)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(shí)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(shí)，在一般情況下，十車道高速公路設(shè)計(jì)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(yùn)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(shí)際觀測，六車道外側(cè)車道在降雨量大時(shí)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(kuò)建中設(shè)置了排水路面試驗(yàn)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(jìn)一步觀測和試驗(yàn)。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(jì)方法超高是為抵消車輛在曲線路段上行駛時(shí)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(jìn)行超高過渡，則橫坡較小(+0.3%~-0.3%之間)的路段長度會(huì)很長，對排水不利。根據(jù)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD20—2017)，當(dāng)路拱橫坡度發(fā)生變化時(shí)，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(jìn)行，超高值、超高漸變率按規(guī)范計(jì)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(diǎn)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(diǎn)處超高值逐漸過渡到后一曲線緩圓點(diǎn)處超高值。這種形式比較簡單，易于設(shè)計(jì)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。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(kuò)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(kuò)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(shí)際需要確定。超高過程分為以下幾個(gè)階段：①~②階段，五個(gè)車道從前一曲線圓緩點(diǎn)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)至匚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(gè)車道一起繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至后—曲線緩圓點(diǎn)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(shí)，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。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(shí)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(gè)階段：①~②階段，五個(gè)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)至匚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)至匚⑤?⑥階段，五個(gè)車道一起繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至后一曲線緩圓點(diǎn)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(fù)雜，設(shè)計(jì)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(jìn)行超高旋轉(zhuǎn)過渡，從前一曲線圓緩點(diǎn)處超高值逐漸過渡到后一曲線緩圓點(diǎn)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(jì)方法進(jìn)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(xiàng)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(shí)本文分析了多車道高速公路超高設(shè)計(jì)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谌鄙僖?guī)范標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)研究還不充分的情況下，對多車道高速公路進(jìn)行深入研究將具有非常重要的意義。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】端木瑾，陳銳，張峰.水官高速擴(kuò)建工程指路標(biāo)志設(shè)計(jì)探究[J].中國水運(yùn)，2015(5):217-219.周國紅.多車道高速公路路基橫斷面的選擇[J].北方交通，2016(6):132-134.可加銀，劉謙雙路拱變換車道安全性分析[J].交通科技，2016(6):150-15