总第２７２期 ２０１５年第５期 交通科 技 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｅｒｉａｌ ＮＯ．２７２ ＮＯ．５ Ｏｃｔ．２０１５ ＤＯＩ １０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１—７５７０．２０１５．０５．０３０ 基于排水的平纵组合设计研究 卢 波 （中铁西北科学研究院有限公司 兰州 ７３００００） 摘 要公路路面排水不畅路段屡见不鲜，由此产生的交通安全问题受到广泛重视。文中从道路 平纵组合的角度提出了路面排水不畅问题。通过对横坡、超高和纵断面３个方面进行分析计算， 得出了路线平纵组合对于路基路面的排水影响是显著的。 关键词 道路工程 路面排水 平纵组合设计 近年来，我国公路建设迅速，但随之而来的是 交通事故相应增多，引起交通事故的原因多种多 以保证车辆的运营安全，有效地降低事故率。 １路面排水不畅成因分析 样，其中道路的最初设计不当，也是导致交通事故 频发的原因之一。目前在道路平纵组合时主要关 Ｉ．Ｉ路拱横坡 为迅速排除路面和路肩上的积水，将路面和 路肩设计成有一定横坡的斜面，《公路路线设计规 范》（以下简称《规范》）＿１］、《公路工程标准》 和 《公路路线设计细则》Ｌ３ 对各等级公路的路拱横坡 都做了较为详细的规定，路拱横坡取值根据所处 地区的降雨量、车道数、是否有分隔带、是否 注的是视距、指标均衡等方面，而对路面排水的因 素考虑不够，导致因路面排水不良而造成的交通事 故频发，特别是在积雪冰冻地区尤为突出。本文拟 从分析路面排水不畅带来的危害人手，在此基础上 探讨路面排水不畅的成因并提出相应的改善措施。 从排水的角度考虑平纵组合设计，改善行车条件， 收稿日期：２０１５—０５—１５ 本项目是典型的山区高速公路，对山区类似 高速公路走廊带的选择有一定的参考意义。同 时，需要注意的是，影响路线方案选择的因素较 参考文献 吴华金．山区高速公路路线走廊带的选择与研究 多，而这些因素的复杂关系很难统一在一个评价 模式中 Ｊ，所以应针对项目所在地区的特征确定 ＥＪ］．公路，２００３（５）：４５—５２． ［２］ 邹亚宏，廖晓瑾，黄秋星．高等级公路路线方案优选 与论证［Ｊ］．中外公路，２００３，２３（３）：６９—７１． 主要控制因素，再兼顾其他因素。 ｏｆ Ｚｈｅｎｇａｎ－－Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｒｒｉｄｏｒ Ｐｒｏｊ ｅｃｔ Ｘｉｓｈｕｉ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｚｈａｎｇ Ｊｉｎｌｏｎｇ， Ｚｈａｏ Ｊｉｎｇｌａｎ （Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｐｌａｎｎｉｎｇ Ｓｕｒｖｅｙ￣Ｄｅｓｉｇｎ Ａｃａｄｅｍｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕｉｙａｎｇ ５５００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｒｏｕｔｅ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｏｆ Ｚｈｅｎｇａｎ－－Ｘｉｓｈｕｉ ｈｉｇｈｗａｙ，ｗｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｃｏｒｒｉｄｏｒｓ． Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ａｎａｌｙｚｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｃｏｒｒｉｄｏｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｄ ｔｈｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｅｖｅｒｙ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｃｈｏｓｅ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ ｃｏｒｒｉｄｏｒ，ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｔｏｔａｌ ｓｃｏｒｅ。ｗａｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｃｏｒｒｉｄｏｒ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ａｆｔｅｒ ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ａｓ ａ ｔｙｐｉ— ｃａｌ ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ｈｉｇｈｗａｙ。ｉｔ ｉｓ ｅｘｐｅｃｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃ— ｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ａｒｅａ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｒｒｉｄｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈｗａｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｕｎｔａｉｎｏｕｓ ａｒｅａ；ｈｉｇｈｗａｙ；ｃｏｒｒｉｄｏｒ ｐｒｏｊｅｃｔ；ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ ２０１５年第５期 卢 波：基于排水的平纵组合设计研究 是积雪冰冻地区都有不同的规定要求。 １．２超高过渡段 在超高过渡时由正常路拱横坡过渡到单向路 拱横坡，会有一２ ～２ 横坡断面，如果该段的路 线纵坡也较小，那么此路段的合成坡度就会较小， 此路段会造成路面排水不畅，所以在设计时就应 该特别注意此路段，尽量让路拱横坡路段的长度 减小。排水不畅路段的长度计算公式 式中：Ｓ 为排水不畅的路段长度，ｉｎ；Ｊ 为允许的 最小合成坡度，取０．５ ；ｉ 为正常路段路拱横 坡；ｉ为路线纵坡，Ｌ。为临界长度，ｍ。 以４车道高速公路为例，取直线段路拱横坡 ｉ ：２ ，由一２ 过渡到＋２ 时的长度为超高过 渡段的临界长度，超高过渡方式为绕分隔带 边缘旋转，路基宽度取设计速度对应《规范》规定 的最小值，由式（１）计算纵坡为０ 和０．３ 时的 排水不畅路段长度见表１。 表１ 超高过渡导致排水不畅路段长度 注：Ｂ 为旋转轴至外侧路缘带边缘的霓度。 由表１可见： （１）排水不畅路段与纵坡有关，在其他条件 相同的情况下，纵坡值越小排水不畅路段就会越 ｄｙｄ＿ 一ｚ ｄ ± —Ｌ一。 ＋ 长，反之亦然，因此在设计时应充分考虑在路拱横 坡较小情况下纵坡的取值。 （２）排水不畅路段与超高渐变率有关，在其 他条件相同的情况下，超高渐变率越小，排水不畅 路段就会越长，因此在超高设计时，应充分考虑排 水问题。 （３）排水不畅路段与路拱横坡（超高值）有关， 在其他条件相同的情况下，路拱横坡（超高值）越 大，排水不畅路段就会越短，因此在设置路拱横坡 时，不但要考虑行车舒适性，还需要考虑排水问题。 （４）当路段任意断面的纵坡大于０．５ ，则路 段合成坡度均大于最小合成坡度，路段不存在排 水不畅路段。 １．３纵断面 ｉ 一±专＋ ∈Ｆｏ，ｚ］ （２） 图１竖曲线要素示意图 为了叙述方便，分别称为全凹形竖曲线或全 凸形竖曲线（见图２），以全凹形为例，竖曲线半径 过大时，在竖曲线的底部（顶部）小于０．３ ９／６的纵 坡的路段长度会过大。其长度可用下式计算。 Ｓ 一２Ｒｉ ｉ （３） 为了保证路段排水畅通，《规范》规定公路的 纵坡不宜小于０．３ 且合成坡度不宜小于０．５ 。 当纵坡值小于０．３ 或者合成坡度小于０．５ 时， 其边沟、排水沟应作纵向排水设计，保证路段排水 畅通。 式中：Ｓ 为纵坡小于允许的最小纵坡的长度，ｍ； Ｒ为竖曲线半径，ｍ；ｉ ｉ 为允许最小纵坡值，一般 取０．５ ，特殊情况取０．３％。 路线设计中的竖曲线，可采用抛物线形式，也 可采用圆曲线形式，两者在实际运用中几乎没有 差别（见图１），但是为了简化计算，圆曲线方程最 终还是可简化为抛物线方程，求导得竖曲线上任 点的纵坡值为 一图２全凹形竖曲线 最小允许纵坡为０．５ 和０．３ 时，根据《规 范》计算得出不同竖曲线最小半径对应的排水不 畅路段长度见表２。 ９６ 卢波：基于排水的平纵组合设计研究 ２０１５年第５期 由表２可见： 由图３可见： （１）排水不畅路段与竖曲线半径有关，在其 （１）在其他条件相同的情况下，坡流长度越 长汇流历时越长，对行车安全性影响越大。 他条件相同的情况下，竖曲线半径越大排水不畅 路段越长，因此在设计竖曲线半径时在满足线形 （２）在其他条件相同的情况下，合成坡度越 小汇流历时越长，路面排水越不畅。 要求的情况下不要过分追求大半径竖曲线。 （２）排水不畅路段与允许最小纵坡值有关， ２．２设拦水带时过水断面的水面宽度 《公路排水设计规范》ｌ６ 规定：设置拦水带汇 在其他条件相同的情况下，允许最小纵坡值越小 排水不畅路段越长。 ２路面表面排水特性 本文假设其他条件一定，不同的合成坡度和 集路面表面水时，拦水带过水断面内的水面，在高 速公路及一级公路上不得漫过右侧车道外边缘。 坡面汇流历时由下式计算 不同的横断面宽度时，分别从坡面汇流历时和设 置拦水带时过水断面内的水面宽度进行对比 分析。 ２．１坡面排水历时 Ｂ一三ｆ４４．４ ２１７ ５×１０一ｓ× ｌｈ＼ 掣 １言 』 ， （５） 式中：Ｃ 为重现转换系数；Ｃ 为降雨历时转换系 数；ｉ 为过水断面的横向坡度；Ｊ为水力坡度。 坡面汇流历时由下式计算吲 本文假设地区降雨量一定，Ｂ为过水断面的 ＿１．４４５ Ｘ（ ） 卵 （４） 水面宽度，ｍ；设汇流历时为５ ｍｉｎ，ｑ ．１（，为２．８ ｍｍ／ｍｉｎ，该地区Ｃ 一Ｃ５为１．０，５ ｍｉｎ降雨历时 转换系数Ｃ 一Ｃ 为１．２５，开口间距为５０ ｍ，道路 纵坡为１ 。 式中：ｔ为坡面汇流历时，ｍｉｎ；Ｌ 为坡面流的长 度，ｍ，小于３７０ ｍ；ｉ 为坡面流的合成坡度； 为 地表粗度系数，沥青混凝土和水泥混凝土路面时 为０．Ｏ１３。 在不同的单幅路面宽度和不同横坡值时，计 算过水断面水面宽度结果见表３。 表３过水断面水面宽度 单幅路面 宽度／ｍ 不同合成坡度和不同Ｌ （坡面流长度）由上 式计算得坡面汇流历时，见图３。 ｍ 由表３可见： 车道数、路拱横坡值、拦水带的开口间距和道 ０ ０．４ ｎ８ １．２ １．６ ２．０ ２．４ ２．８ 合成坡度 路纵坡值是影响过水断面水面宽度的主要因素。 （１）过水断面水面宽度与车道数有关，在其 图３不同路面合成坡度和不同坡面流长度时汇流历时 他条件相同的情况下，车道数越多过水断面水面 ２０１５年第５期 卢 波：基于排水的平纵组合设计研究 宽度越宽，车道数不但影响交通量，而且影响 排水。 （２）过水断面水面宽度与路拱横坡有关，在 平曲线的拐点上。超高过渡过程中会出现横坡值 小于２ 和零坡路段，如果全凹形或全凸形竖曲 线的底部（顶部）与该处重合，会造成ｓ形平曲线 的拐点附近路面排水不畅。 （３）路线纵坡大于０．５ 且竖曲线不是全凹 其他条件相同的情况下，路拱横坡越小过水断面 水面宽度越宽，路拱横坡不但影响行车的平顺性， 而且影响排水。 或全凸形竖曲线时，路线的合成坡度都会大于或 等于０．５ ，能满足排水要求，此时平纵组合设计 也可不考虑排水的影响。 （３）拦水带开口间距、道路纵坡值对过水断 面的水面宽度也有较大影响。 ３ 结语 （４）超高设计时，要注意超高方式和超高渐 变率的选取，越小的超高渐变率会带来更长的路 （１）直线路段或者圆曲线半径大于不设超高 面横向排水不畅路段，对于超高渐变率为１／３３０ 或接近１／３３０时，要注意平纵组合设计，超高渐变 段宜置于直坡段上，以避免路拱横坡较小带来的 排水不畅问题。 的圆曲线半径，与竖曲线组合时，路段合成坡度均 大于或等于正常路拱横坡值，路面排水不受影响。 （２）圆曲线半径小于不设超高的圆曲线半径 时，在超高过渡段会出现零坡断面和横向排水不 畅路段；竖曲线为全凹形竖曲线或全凸形竖曲线 时，竖曲线的底部（顶部）总是存在一段纵坡较小 的路段，此时排水可能存在问题。因此从排水角 度提出平纵面组合设计要求如下。 参考文献 ［１］ＪＴＧ Ｄ２Ｏ一２００６公路路线设计规范［ｓ］．北京：人民 交通出版社，２００６． ①尽量做到平包竖。这种组合不但满足车辆 ［２］ＪＴＧ ＢＯＩ一２０１４公路工程技术标准［ｓ］．北京：人民 交通出版社，２０１４． 的行驶安全，还能较好地满足路面排水的要求，圆 曲线段与竖曲线的底部（顶部）对应，因圆曲线上 存在的超高，有较大的横向坡度，该段的合成坡度 也较大，有利于路面排水。 Ｉ－３］ＪＴＧ／Ｔ Ｄ２０—２００Ｘ公路路线设计细则（总校稿） ＥＳ］．北京：人民交通出版社，２００Ｘ． ［４］ 马庆雷，潘兵宏．公路几何设计与路面排水ｌ－Ｊ］．山东 交通科技．２００３（４）：２４—２６． ［５］游润卫，许有俊．高速公路路线竖曲线上的纵坡分 析［Ｊ］．公路工程，２０１３（８）：２１—２４． －１６］ＪＴＧＴ Ｄ３３—２０１２公路排水设计规范ｌ－ｓ］．北京：人 民交通出版社，２０１２． ②平曲线与竖曲线若错开组合，要避免全凹 （凸）形竖曲线的顶点位于缓和曲线上超高过渡的 零坡断面附近，以避免路面出现积水现象。 ③避免全凹（凸）形竖曲线的顶点位于Ｓ形 Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｒａｉｎａｇｅ Ｌ Ｂｏ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ ｏｆ Ｃ．Ｒ．Ｅ．Ｃ，Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｏｏｒ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｉｓ ｎｏｔ ｕｎｃｏｍｍｏｎ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｔｒａｆｆｉｃ ｓａｆｅｔｙ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｈａｖｅ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏａｄ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａ— ｔｉｏｎ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｈｅ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｐｏｏｒ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｃｒｏｓｓ ｓｌｏｐｅ，ｓｕｐｅｒｅｌｅｖａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ，ｗｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｏｕｔｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｓｕｂｇｒａｄｅ ａｎｄ ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｒａｉｎａｇｅ ｈａｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ．Ｔｈｏｓｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｌｓｏ ｐｌａｙｅｄ ａ ｇｕｉｄｉｎｇ ｒｏｌｅ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｒ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｈｏｗ ｔｏ ｄｅａｌ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｕｂ— ｇｒａｄｅ ｄｒａｉｎａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏａｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｐａｖｅｍｅｎｔ ｄｒａｉｎａｇｅ；ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ
