山岭区公路路基经济断面设计新理念

戈 华

(湖南湘西自治州交通规划斟察设计院,湖南吉首 416000)

0 前言

公路路基由宽度、高度和边坡坡度三者所构成,是公路的承载主体,需要满足其承受路基土组本身的重量和路面层的重量,以及由路面传递的车辆荷载的强度与稳定性的要求。路基宽度取决于公路技术等级;路基高度取决于纵坡设计及地形;路基边坡坡度取决于地质、水文条件,并由边坡稳定性和横断面经济性等因素比较选定。路基经济断面设计指通过路基纵横断面的设计优化,达到投资节省、安全经济的目的,使其投资效益最大化。

山岭区地形的显著特点是沟壑纵横、鸡爪形山体密布,且横坡多陡峻、高差大。由于山岭区山势起伏频繁,深挖高填路段就难以避免,公路路基土石方工程数量大,路基防护工程多,路基工程投资所占总体投资的比例相应较大。在路基设计工作中,进行路基断面的优化设计,选取经济合理的断面组合就显得尤为重要。

1 经济路基高度设计

公路路基的设计高程一经确定,就确定了中桩的填挖高度,就确定了路基断面的填挖型式,也就确定了路基土石方的工程数量和路基防护工程的规模,同时也就确定了桥隧工程的规模。在平面线形确定的前提下,路基高度由纵断面设计决定。山岭区公路设计中,重点要考虑路桥、路隧、桥隧的分界高度,以缩小桥隧规模;同时要注意在满足相关功用的前提下降低路基填筑高度,避免大填大切,以节约土地资源,减少土石方及防护工程,减少工程建设资金投入。

1.1 低路堤设计理念

路基高度除受通行构造物、通航河流等净空控制外,路基的最小填筑高度一般由设计水位和路基土组的水文条件控制。与低填筑路基相比较,高填土路基存在占用土地资源多、线路跨河谷时桥梁规模大、外边坡路基防护工程大、工程投资相对较大、路基不均匀沉降大、缩短了路面使用寿命、降低了行车的安全性等问题,纵断面设计时应尽量考虑低路堤设计方案。在公路等级确定的前提下,路基最小填土高度要根据工程项目沿线的气候特点、水文地质条件,保证路基填筑高度能够避免地下水及冻胀作用的影响,保证路基处于干燥或中湿状态,满足路基稳定性的要求;满足排水设施设置的要求;满足车辆荷载引起的变形和剪应力的要求。

1.2 经济纵坡设计

纵断面设计是影响路基高度的重要因素,在进行纵坡设计时要根据控制点的高程,合理选择坡度和坡长。在纵坡坡度较小、填挖工程量不大时,可适当考虑长坡,以提高行车的舒适性;对于大中桥梁工程的引道及接线工程部分,纵坡的坡长应适当缩短,以减小填土高度;对于地势起伏较大的路段,应根据地形条件,设置适当数量的变坡点,以节省土石方工程及防护工程。

2 宽容路肩设计

路肩是位于行车道外缘至路基边缘、具有一定宽度的带状结构部分,包括硬路肩和土路肩。其作用主要是提供侧向余宽、保护和支撑路面结构;使雨水能够在远离行车道的位置排放,减少行车道雨水渗透,减少路面损坏;可供行人、非机动车辆通行,为发生机械故障或遇到紧急情况的车辆需要临时停车提供位置;为设置路上设施提供位置;可作为养护操作的工作场地;在不损坏公路构造的前提下,也可作为埋设地下设施的位置;同时可以改善挖方路段的弯道视距,增进交通安全;是公路的重要组成部分,其宽度由公路等级和混合交通情况而定。

宽容路肩设计理念,是指在工程建设投资增加不多时,通过设置硬路肩等措施,而提高其功用性,减少交通安全事故的发生而带来更大的国民经济效益。

2.1 路肩对行车安全的影响

路肩对安全行车的作用主要体现在以下三个方面:一是供行人、非机动车辆通行,为发生故障或遇到紧急情况的车辆提供临时停靠点,有利于防止交通事故和避免交通混乱;另一方面作为净宽的一部分,能增进驾驶员的安全感和舒适感,尤其是切方边坡路段,可以增加弯道视距,减少行车事故;同时侧向余宽可为驶出路面的车辆提供容错空间。

宽敞的路肩,对于行车安全意义重大。但过宽的路肩在影响工程的经济性的同时,易带来车辆行驶速度提高而导致安全事故发生的负面影响。过窄的路肩会增加驾驶员行车时的生理紧张度和心理负担,在此环境下,长时间行车会给驾驶员带来较高的劳动强度和疲劳程度,进而容易导致驾驶员操作失误,引发道路交通事故。如果路肩条件较差,行人和非机动车辆以及紧急停车就会占用行车道,使交通变得混乱,为安全埋下隐患。同时高速行驶的车辆驶离路面下到土路肩,路面与土路肩的强度差异较大,在车辆荷载作用下发生的变形存在差异,也易导致安全事故的发生。

2.2 路肩硬化策略

从行车的安全角度考虑,路肩宜宽不宜窄,但公路路肩较宽时会使道路边坡工程量、护坡难度和造价等大幅度增加,相对平原和丘陵地区适当缩减山岭区公路的路肩设计宽度就成为有效减少修筑难度和工程造价的重要措施之一。

合理加宽路肩,可以为车辆提供更大的路侧净区。多数情况下,路肩加宽涉及到路基的拓宽,对应于工程投资的增加,尤其是对于山岭重丘区的公路更是如此。相比之下,路肩硬化措施则显得更为经济、快捷。路肩硬化是增加路面宽度的一种最有效的方式,尤其是在山区公路等路面宽度较小时,能起到明显的导向作用、提高通行能力、提高行车安全性的目的。

山岭区公路切方边坡路基路段,对应边坡处需设置排水边沟,其路肩边沿的排水沟侧墙一般设计为圬工结构,为节省断面工程量,侧墙往往占用路肩的位置,对路肩进行硬化也乃良策。

3 经济横断面设计

公路路基横断面有填方路堤、路堑、半填半挖3种基本型式,在路线线位确定、路基设计高程已拟定时,路基横断面设计中尚需注意以下问题,以提高横断面设计的经济性。

3.1 排水边沟

对于石质边坡路段,可考虑采用L型边沟型式,一是节省边沟工程,更主要的是可以缩小路基横断面尺寸,具有很好的经济性。有条件路段,考虑设置浅碟形的排水边沟,一是有利于交通安全;二是投资较省。

3.2 路堤边坡与防护工程

在横断面设计时,要注意对填方边坡的设计方案综合考虑,一是尽量平衡土石工程;二是要权衡填方边坡与防护工程的经济性,择优选用。

3.3 合理路基宽度

工程艰巨路段,可考虑适当缩小路肩宽度的设计方案,通过完善交通安全设施来保障行车的安全,以降低工程建设投资。

4 结语

公路勘察设计是一项系统性与综合性的技术工作,单就路基的设计而言,经济断面的设计理念,一是可以提高公路的通行能力;二是可以提高行车的安全性;三是可以节省投资,是广大工程设计人员需坚守的设计原则。

[1]李宝义.山岭区公路路基经济断面设计时应考虑的几个问题[J].山西交通科技,2004(2).

[2]李长城,高海龙,汤筠筠.改善我国公路路侧安全的系统化对策道路交通与安全[J].道路交通与安全,2007(1).