孟加拉國吉大港卡納普里河底隧道橫坡論證

胡威

摘 要：作為第一個采用中國規范建設的國外項目，業主以及國外監理對本項目道路路拱橫坡采用2%的科學性、合理性產生質疑。本文基于消除各方技術人員的顧慮，論證2%的路拱橫坡的科學性和合理性，現從原理上以及相關工程實例上來進行探討論證。

關鍵詞：排水;路拱橫坡;行車舒適性

引言：

道路路拱和橫坡度的確定對行車舒適性、排水都有著直接的影響，對道路使用品質起有至關重要的作用。不同的路面材料和路面等級根據行車安全以及道路使用全壽命周期[1]規定了不同的橫坡度，高級、次高級路面一般采用較小的橫坡度， 中級和低級路面則采用較大的橫坡度[2]。地區、氣候、行車速度、交通量和車重等因素對路拱型式和橫坡度的選定也有直接影響。綜合來講需要考慮路面排水的同時還需考慮到路面結構安全、疲勞破壞壽命和行車舒適度的影響。

1.路拱橫坡影響因素分析

路拱型式和橫坡度的確定主要應滿足下面二個要求：

（1）汽車在正常速度下安全而舒適地運行。

路面設置路拱有利于路面橫向排水，但對于行車不利，路拱橫坡的存在對車轍深度會有一定的影響。汽車因路拱橫坡產生的水平分力對路面結構受力狀態不利，同時也給乘客以及駕駛者造成不適感覺。

為探明橫坡影響下車轍深度的不同，現采用ANSYS有限元軟件對路面結構進行受力狀態模擬計算分析，基本假設為：各結構層為均勻、連續、各向同性的彈性體[3];土基底層全約束，路面結構四周自由;各個結構層之間為完全連續狀態，瀝青混凝土面層平面尺寸擬定為10m×5m，厚度15cm;半剛性基層及底基層平面尺寸與面層相同，厚度分別34cm和20cm;路基平面尺寸擬定為14m×7m，厚度取6m。計算荷載采用雙圓均布荷BZZ—100，輪胎壓力為0.7MPa[4]。

對路面結構受力狀態進行計算，路表壓應變與車轍相關，路表橫向拉應變與路表縱向裂縫有關聯。

計算結果顯示，在路拱橫坡影響下車輛和貨物整體的重心向外側偏移對路面車轍的影響顯著，行車道外側的車轍深度大于內側車轍深度這一現象隨橫坡坡度加大而更為顯著。

在路拱橫坡存在的情況下，車輛產生偏心行駛，路面荷載不均勻分布，導致荷載進一步偏向路面車轍，更早出現疲勞開裂。橫坡越大，相同受力情況下路表彎沉值、拉應力及剪應力均會增大，導致路面結構發生疲勞開裂越明顯。

（2）路表橫向坡度和路拱應使路表降水迅速排泄而不致影響交通和從面層滲透到路面下層或從路肩滲透浸濕路基。

雨水自中央分隔帶邊緣至土路肩邊緣所需的匯流歷時，將沿路面的橫坡及縱坡的合成坡度運動形成：t=1.445*（m1Lsl/il0.50）.467。說明雨滴的匯流主要與路面的粘滯力、路拱橫坡等路面的固有性質有關[5]，計算模型分析可知，路拱橫坡是影響降水排除速率的一個因素，顯然橫坡越大，降水排除速率越快。

綜上所述，路拱橫坡越大排水越順暢，但拱度過大會給行車安全帶來威脅。路拱橫坡使車輛處于偏心行駛，駕駛人員在高速駕駛車輛時會發現，車輛容易產生漂移現象，特別是在下雨天，當地面摩擦系數減小后會更加明顯，行車舒適度降低。

2.各國規范對路面橫坡的規定

通過對中國地區、亞太地區以及歐美等國路拱橫坡的對比分析，發現絕大部分地區路拱橫坡均采用2%，說明采用2%的路拱橫坡是科學合理且是全世界主流認可的標準。

3.規范中關于橫坡取值若干規定

為滿足道路表面排水要求，使路表降水及時排除， 道路表面應具有一定的橫坡度。除了在設置超高的彎道上， 路面和路肩應按所需超高度做成外側高內側低的一單向橫坡度外，直線路段都做成中間高、兩側低的路拱型式[4]。路拱坡度的確定應綜合考慮下列幾個因素：

（1）橫向排水：路面排水與結構類型和氣候條件有關?？蓞⒖急碇腥≈担珊档貐^可取低值，多雨地區宜取高值。

（2）道路合成坡度：綜合考慮道路縱坡、橫坡影響，避免出現過大的合成坡度給行車帶來不利影響。

（3）車道寬度：路拱各點高差太大影響道路美觀，在保證快速排水的前提下道路越寬橫坡坡度應選擇得越平緩。

（4）行車速度：交通量大和車速高的道路橫坡度不宜過高，避免車輛緊急制動時產生橫向滑動，減輕超車時橫向傾斜的影響。

4.全世界工程實例

（1）中國地區工程實例

中國氣候環境多樣，緯度上跨越了熱帶到寒帶，解決了道路修建中遇到的各種世界難題，如高寒凍土、沙漠公路等問題，經過大量高速公路的建設，總結出豐富的工程實際經驗，為高速公路的發展建設奠定了堅實的基礎。

中國廣東沿海地區、海南地區地處低緯度熱帶地區，常年降雨量充沛，年降水量在1000mm～2600 mm之間，年平均降水量為1639 mm。中國在這些降雨豐富地區也同樣遇到道路路面排水問題，但經過豐富的道路修建和長期的統計結果發現，在路拱橫坡為2%的情況下不僅能滿足當地暴雨時路面排水問題，而且能減少在暴雨期間車輛因橫向力因素導致的橫向滑移現象以及高速情況下的車輛難操控的危險。

以上是中國沿海低緯度，熱帶地區部分已建成高速公路項目，項目區常年高溫，降水豐富，均采用2%路拱橫坡建設。

（2）其他地區工程實例

5.孟加拉國當地已建成工程實測數據

為充分論證2%的路拱橫坡能滿足當地排水要求，測量了孟加拉國吉大港地區具有典型代表的兩條道路——機場路和市區道路，分別對兩條道路選擇4組斷面進行高程測量，并計算出兩條道路的路拱橫坡。

根據實測數據可知：機場路一般直線路段橫坡坡度平均值為1.85%，市區道路一般直線路段橫坡坡度平均值為1.70%。綜合兩組數據來看當地一般直線路段實際路拱橫坡坡度均小于2%。

6.結束語

綜合中國地區及其他國家地區公路建設規范和工程實例分析，大部分國家高速公路路拱橫坡均采用2%，說明2%的路拱橫坡是在考慮了排水、路面結構使用壽命及行車舒適性之后所得到的一個最科學合理的取值，故本項目采用2%的路拱橫坡是合理可行的。

參考文獻：

[1] 趙松. 高填方公路路基沉陷以及防治措施的探究[C]// 決策論壇——如何制定科學決策學術研討會. 0.

[2] 吳樹茂， 蔣星鐘. 有關城市道路與橋梁路拱橫坡的銜接思考[J]. 文摘版：工程技術， 2015（32）：110-110.

[3] 袁美俊. 柔性路面永久變形相關指標的力學分析[J]. 華東公路， 2017.

[4]JTG D20—2006.中交第一公路勘察設計研究院.公路路線設計規范[M]，2006.

[5] 元紹建， 陳婭倩. 坡面雨水匯流狀態分析及雨水量計算[J]. 城市道橋與防洪， 2014， 000（002）：88-89，97.

[6] FHWA-SA-07-011.U.S. Department of Transportation Federal Highway Administration， Office of Safety.Mitigation Strategies for Design Exceptions[M]，July 2007.