基于排水的平纵组合设计要点

郜希娟　张瑞娟

摘 要：随着我国道路事业的迅速发展，因自然因素的影响，导致公路线性设计难度增加，如道路线性设计不当极易发生交通事故。当前我国道路平纵组合设计中，往往只重视视距、指标均衡等内容，而对路面排水等条件考虑欠佳，进而出现因路面排水不畅引发的大量交通事故，尤其是在积雪冰冻地区情况更为严重。本文在充分了解排水不畅危害的同时，由排水角度出发，对平纵组合设计要点进行了分析，以期有效改善行车条件，提高车辆运行的安全性。

关键词：排水；平纵组合；设计要点

中图分类号：U412.3 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）09-0115-02

1 路面排水不畅的成因及危害

作为公路结构产生病害的主要原因，水损坏影响巨大。为降低公路病害程度，增加公路使用寿命，必须及时将路基路面范围内的水及时排除。如无法及时排除，将增加雨水的下渗量，特别是在反复行车荷载影响下，极易产生水动力，进而对沥青混合料造成破坏，出现开裂、坑槽现象。甚至会对路基强度、稳定性造成严重影响。也可能在路面产生水膜，减小路面抗滑能力，导致车辆在行驶过程中产生显著的横向滑移现象。如车辆在高速行驶过程中，水膜雾化，进而对驾驶者视线造成阻碍。如在冰冻季节，极易产生冰面，进而降低路面抗滑能力，增加行车危害性。为此，必须重视路面排水问题，特别是在道路线形平纵组合设计中，应在全面掌握排水不畅成因的基础上，做好道路线形平纵组合设计工作。

2 路面表面排水特性

假设其他条件不变，合同坡度与横断面宽度不同的情况下，路面表面排水特性可通过坡面汇流历时与拦水带设置时过水断面内的水面宽度进行探讨。

2.1 坡面排水历时

坡面汇流历时，可由下公式计算：

其中，坡面汇流历时可由t表示；

坡面流的长度可由Ls表示；

坡面流的合成坡度可由is表示；

地表粗度系数可由mi表示。

由此可见，在其他条件一致的情况下，坡流长度增加，汇流历时也会随之增加，这种情况下，将对行车安全造成极大影响；在其他条件一致的情况下，合同坡度减小，汇流历时则越长，此时将增大路面排水的不畅性。

2.2 拦水带设置时过水断面的水面宽度

《公路排水设计规范》规定，设置拦水带汇集路面表面水时，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。可通过下式计算：

其中，重现转换系数可由Cp表示；

降雨历时转换系数可由Ct表示；

过水断面的横向坡度可由ih表示；

水力坡度可由I表示。

假设地区降雨量不变，过水断面的水面宽度由B表示，假设5min为汇流历时，q5，10为2.8mm/mim，本地区Cp与C5相同，均为1.0，降雨历时5min的转换系数为1.25，此时50m为开口间距，1%即为道路纵坡，在单幅路面宽度及横坡值都不相同的情况下，过水断面水面宽度计算结果如表1所示。

由此可见，对过水断面水面宽度造成直接影响的因素主要为车道数、路拱横坡值、拦水带开口间距等。第一，车道数直接影响过水断面水面宽度，在其他条件不变的情况下，车道数增加，过水断面水面宽度也会增加，也就是说车道数不仅会对交通量造成影响，还会对排水造成影响。第二，路拱横坡直接影响过水断面水面宽度，在其他条件不变的情况下，路拱横坡减小，过水断面水面宽度则会增加，也就是说路拱横坡将对行车平顺性造成严重影响，并影响排水通畅性。第三，过水断面水面寬度也会受拦水带开口间距的影响。

3 基于排水的平纵组合设计要点

（1）路拱横坡。为快速将路面、路肩积水排除，需进行横坡设计。根据《公路路线设计规范》等相关规定，必须严格依照道路所在地的降雨量、车道数、中央分隔带等条件，准确确定路拱横坡值。伴随社会经济的高速发展，公路等级逐步提升，公路宽度也随之加大。在多雨地区路拱坡度还选用1%～2%时，则无法满足高等级公路路面排水需求，如无法通过增加路拱坡度的方法，解决路面排水问题时，可将对向行车道进行双向路拱地设置，通过中央分隔带排水设施、公路两侧排水设施，及时排除路面雨水。

（2）路肩。作为路面排水的一个主要构成成分，路肩排水极为重要。利用路肩路面上的雨水可向路基外部及时排除。如无法及时排除路面雨水，则表明路肩设计不合理。路肩设计最为关键的是路肩坡度设计，于路面排水速度而言，坡度大小、方向对其影响较大。通常在外倾斜的横坡位置设置直线路段的路肩，相比行车道横向坡度，直线段土路肩横向坡度应多出1%～2%左右。如为硬路肩，则可选择等同于行车道横坡的硬路肩横坡度，特殊情况下，需进行拦水带设置，此时如具有较为平缓的路线纵坡，则横坡坡度可设置为3%～4%之间。路肩横坡度设置于圆曲线路段时，要求不得在凹形位置连接路肩和行车道。且在10%以内合理控制路肩和行车道的坡度差，尽可能向路外排除路肩上的雨水。因此，相比行车道横坡，曲线内侧土路肩横坡一般可相同，或多出1%～2%左右。同时，可选取反向横坡（3%、4%坡度）作为曲线外侧土路肩横坡。

（3）纵断面设计。纵坡与竖曲线设计是纵断面设计的重点，据《公路工程技术标准》相关规定，长路堑路段及其他横向排水不畅路段，纵坡应控制在0.3%以上，且合成坡度控制在0.5%以上，以此满足路面排水通畅的要求。于路面排水形式、边沟设计而言，纵坡大小影响较大。纵坡较大的情况下，可构成的合成坡度较大，此时应尽可能缩短路面上雨水的停留时间，及时排除路面积水。如具有较小纵坡或为平坡的情况下，则其具有较小合成坡度，此时将增加路面水流流线长度，同样路面上雨水停留的时间也会有所增加，这种情况下，如仅通过路面横向排水，则外侧行车道、路肩等位置极易出现排水不通畅等现象。为此，在纵断面设计过程中，必须重视纵坡设置。

此外，在竖曲线设计时，可存在全凹或全凸竖曲线两种形式，如具有较大竖曲线半径，竖曲线底部或顶部0.3%以上的纵坡路段长度也会随之增加，因此必须合理控制竖曲线半径，尽可能降低纵断面排水不畅路段长度。

（4）平纵组合设计。道路线形平纵组合设计应符合驾驶者视觉、心理需求，并达到路面排水通畅的目的。为此，必须严格按照以下几点，做好设计工作。

1）尽可能满足平曲线和竖曲线完全对应，要求做到平包竖，即与竖曲线相比，平曲线应长一些，只有这样才能达到路面排水通畅的需求，尤其是竖曲线属于全凹或全凸竖曲线的情况。当为全凹竖曲线的情况下，其底部或顶部位置必然存有一段较小纵坡段，此时如排水完全依靠纵断面，则存在一定弊端。如平曲线完全对应竖曲线，则圆曲线段就会对应竖曲线底部或顶部位置，则超高就会存在于圆曲线段，且横向超高坡度较大，因此该路段具有较大合成坡度，便于排水。2）当平曲线不重合于竖曲线，两者错开时，应尽可能防止在平曲线缓和曲线上设置凹或凸形竖曲线顶点，尤其不得位于超高过渡的零坡断面周围。通常都会在缓和曲线上设置曲线的超高过渡段，在超高过程中，曲线外侧车道将产生一个零坡断面或较小的横坡段，如全凹或全凸竖曲线的底部或顶部重合与该位置，那么此段外侧车道就具有较小合成坡度，与路面排水需求不符，则会出现排水不畅等问题。3）在S形平曲线拐点位置不得设置凹或凸形竖曲线的顶点。因超高过渡等因素，S形平曲线拐点周围将会产生一个零坡断面或较小横坡段，如全凹或全凸竖曲线底部或顶部重合与此位置，同样会出现排水不畅、积水等问题。

4 结语

综上所述，于公路路基路面而言，路面排水不畅将对其耐久性、稳定性造成极大的影响，甚至影响行车安全。在公路线性平纵组合设计中，必须对路面排水等因素进行充分考虑，以此由本质上采取切实可行的措施，解决路面排水问题。

参考文献

[1]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，（04）：21-24.