基于排水的平縱組合設計要點

郜希娟　張瑞娟

摘 要：隨著我國道路事業的迅速發展，因自然因素的影響，導致公路線性設計難度增加，如道路線性設計不當極易發生交通事故。當前我國道路平縱組合設計中，往往只重視視距、指標均衡等內容，而對路面排水等條件考慮欠佳，進而出現因路面排水不暢引發的大量交通事故，尤其是在積雪冰凍地區情況更為嚴重。本文在充分了解排水不暢危害的同時，由排水角度出發，對平縱組合設計要點進行了分析，以期有效改善行車條件，提高車輛運行的安全性。

關鍵詞：排水；平縱組合；設計要點

中圖分類號：U412.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0115-02

1 路面排水不暢的成因及危害

作為公路結構產生病害的主要原因，水損壞影響巨大。為降低公路病害程度，增加公路使用壽命，必須及時將路基路面范圍內的水及時排除。如無法及時排除，將增加雨水的下滲量，特別是在反復行車荷載影響下，極易產生水動力，進而對瀝青混合料造成破壞，出現開裂、坑槽現象。甚至會對路基強度、穩定性造成嚴重影響。也可能在路面產生水膜，減小路面抗滑能力，導致車輛在行駛過程中產生顯著的橫向滑移現象。如車輛在高速行駛過程中，水膜霧化，進而對駕駛者視線造成阻礙。如在冰凍季節，極易產生冰面，進而降低路面抗滑能力，增加行車危害性。為此，必須重視路面排水問題，特別是在道路線形平縱組合設計中，應在全面掌握排水不暢成因的基礎上，做好道路線形平縱組合設計工作。

2 路面表面排水特性

假設其他條件不變，合同坡度與橫斷面寬度不同的情況下，路面表面排水特性可通過坡面匯流歷時與攔水帶設置時過水斷面內的水面寬度進行探討。

2.1 坡面排水歷時

坡面匯流歷時，可由下公式計算：

其中，坡面匯流歷時可由t表示；

坡面流的長度可由Ls表示；

坡面流的合成坡度可由is表示；

地表粗度系數可由mi表示。

由此可見，在其他條件一致的情況下，坡流長度增加，匯流歷時也會隨之增加，這種情況下，將對行車安全造成極大影響；在其他條件一致的情況下，合同坡度減小，匯流歷時則越長，此時將增大路面排水的不暢性。

2.2 攔水帶設置時過水斷面的水面寬度

《公路排水設計規范》規定，設置攔水帶匯集路面表面水時，攔水帶過水斷面內的水面，在高速公路及一級公路上不得漫過右側車道外邊緣。可通過下式計算：

其中，重現轉換系數可由Cp表示；

降雨歷時轉換系數可由Ct表示；

過水斷面的橫向坡度可由ih表示；

水力坡度可由I表示。

假設地區降雨量不變，過水斷面的水面寬度由B表示，假設5min為匯流歷時，q5，10為2.8mm/mim，本地區Cp與C5相同，均為1.0，降雨歷時5min的轉換系數為1.25，此時50m為開口間距，1%即為道路縱坡，在單幅路面寬度及橫坡值都不相同的情況下，過水斷面水面寬度計算結果如表1所示。

由此可見，對過水斷面水面寬度造成直接影響的因素主要為車道數、路拱橫坡值、攔水帶開口間距等。第一，車道數直接影響過水斷面水面寬度，在其他條件不變的情況下，車道數增加，過水斷面水面寬度也會增加，也就是說車道數不僅會對交通量造成影響，還會對排水造成影響。第二，路拱橫坡直接影響過水斷面水面寬度，在其他條件不變的情況下，路拱橫坡減小，過水斷面水面寬度則會增加，也就是說路拱橫坡將對行車平順性造成嚴重影響，并影響排水通暢性。第三，過水斷面水面寬度也會受攔水帶開口間距的影響。

3 基于排水的平縱組合設計要點

（1）路拱橫坡。為快速將路面、路肩積水排除，需進行橫坡設計。根據《公路路線設計規范》等相關規定，必須嚴格依照道路所在地的降雨量、車道數、中央分隔帶等條件，準確確定路拱橫坡值。伴隨社會經濟的高速發展，公路等級逐步提升，公路寬度也隨之加大。在多雨地區路拱坡度還選用1%～2%時，則無法滿足高等級公路路面排水需求，如無法通過增加路拱坡度的方法，解決路面排水問題時，可將對向行車道進行雙向路拱地設置，通過中央分隔帶排水設施、公路兩側排水設施，及時排除路面雨水。

（2）路肩。作為路面排水的一個主要構成成分，路肩排水極為重要。利用路肩路面上的雨水可向路基外部及時排除。如無法及時排除路面雨水，則表明路肩設計不合理。路肩設計最為關鍵的是路肩坡度設計，于路面排水速度而言，坡度大小、方向對其影響較大。通常在外傾斜的橫坡位置設置直線路段的路肩，相比行車道橫向坡度，直線段土路肩橫向坡度應多出1%～2%左右。如為硬路肩，則可選擇等同于行車道橫坡的硬路肩橫坡度，特殊情況下，需進行攔水帶設置，此時如具有較為平緩的路線縱坡，則橫坡坡度可設置為3%～4%之間。路肩橫坡度設置于圓曲線路段時，要求不得在凹形位置連接路肩和行車道。且在10%以內合理控制路肩和行車道的坡度差，盡可能向路外排除路肩上的雨水。因此，相比行車道橫坡，曲線內側土路肩橫坡一般可相同，或多出1%～2%左右。同時，可選取反向橫坡（3%、4%坡度）作為曲線外側土路肩橫坡。

（3）縱斷面設計。縱坡與豎曲線設計是縱斷面設計的重點，據《公路工程技術標準》相關規定，長路塹路段及其他橫向排水不暢路段，縱坡應控制在0.3%以上，且合成坡度控制在0.5%以上，以此滿足路面排水通暢的要求。于路面排水形式、邊溝設計而言，縱坡大小影響較大。縱坡較大的情況下，可構成的合成坡度較大，此時應盡可能縮短路面上雨水的停留時間，及時排除路面積水。如具有較小縱坡或為平坡的情況下，則其具有較小合成坡度，此時將增加路面水流流線長度，同樣路面上雨水停留的時間也會有所增加，這種情況下，如僅通過路面橫向排水，則外側行車道、路肩等位置極易出現排水不通暢等現象。為此，在縱斷面設計過程中，必須重視縱坡設置。

此外，在豎曲線設計時，可存在全凹或全凸豎曲線兩種形式，如具有較大豎曲線半徑，豎曲線底部或頂部0.3%以上的縱坡路段長度也會隨之增加，因此必須合理控制豎曲線半徑，盡可能降低縱斷面排水不暢路段長度。

（4）平縱組合設計。道路線形平縱組合設計應符合駕駛者視覺、心理需求，并達到路面排水通暢的目的。為此，必須嚴格按照以下幾點，做好設計工作。

1）盡可能滿足平曲線和豎曲線完全對應，要求做到平包豎，即與豎曲線相比，平曲線應長一些，只有這樣才能達到路面排水通暢的需求，尤其是豎曲線屬于全凹或全凸豎曲線的情況。當為全凹豎曲線的情況下，其底部或頂部位置必然存有一段較小縱坡段，此時如排水完全依靠縱斷面，則存在一定弊端。如平曲線完全對應豎曲線，則圓曲線段就會對應豎曲線底部或頂部位置，則超高就會存在于圓曲線段，且橫向超高坡度較大，因此該路段具有較大合成坡度，便于排水。2）當平曲線不重合于豎曲線，兩者錯開時，應盡可能防止在平曲線緩和曲線上設置凹或凸形豎曲線頂點，尤其不得位于超高過渡的零坡斷面周圍。通常都會在緩和曲線上設置曲線的超高過渡段，在超高過程中，曲線外側車道將產生一個零坡斷面或較小的橫坡段，如全凹或全凸豎曲線的底部或頂部重合與該位置，那么此段外側車道就具有較小合成坡度，與路面排水需求不符，則會出現排水不暢等問題。3）在S形平曲線拐點位置不得設置凹或凸形豎曲線的頂點。因超高過渡等因素，S形平曲線拐點周圍將會產生一個零坡斷面或較小橫坡段，如全凹或全凸豎曲線底部或頂部重合與此位置，同樣會出現排水不暢、積水等問題。

4 結語

綜上所述，于公路路基路面而言，路面排水不暢將對其耐久性、穩定性造成極大的影響，甚至影響行車安全。在公路線性平縱組合設計中，必須對路面排水等因素進行充分考慮，以此由本質上采取切實可行的措施，解決路面排水問題。

參考文獻

[1]游潤衛，許有俊.高速公路路線豎曲線上的縱坡分析[J].公路工程，2013，（04）：21-24.