孟加拉国吉大港卡纳普里河底隧道横坡论证

胡威

摘 要：作为第一个采用中国规范建设的国外项目，业主以及国外监理对本项目道路路拱横坡采用2%的科学性、合理性产生质疑。本文基于消除各方技术人员的顾虑，论证2%的路拱横坡的科学性和合理性，现从原理上以及相关工程实例上来进行探讨论证。

关键词：排水;路拱横坡;行车舒适性

引言：

道路路拱和横坡度的确定对行车舒适性、排水都有着直接的影响，对道路使用品质起有至关重要的作用。不同的路面材料和路面等级根据行车安全以及道路使用全寿命周期[1]规定了不同的横坡度，高级、次高级路面一般采用较小的横坡度， 中级和低级路面则采用较大的横坡度[2]。地区、气候、行车速度、交通量和车重等因素对路拱型式和横坡度的选定也有直接影响。综合来讲需要考虑路面排水的同时还需考虑到路面结构安全、疲劳破坏寿命和行车舒适度的影响。

1.路拱横坡影响因素分析

路拱型式和横坡度的确定主要应满足下面二个要求：

（1）汽车在正常速度下安全而舒适地运行。

路面设置路拱有利于路面横向排水，但对于行车不利，路拱横坡的存在对车辙深度会有一定的影响。汽车因路拱横坡产生的水平分力对路面结构受力状态不利，同时也给乘客以及驾驶者造成不适感觉。

为探明横坡影响下车辙深度的不同，现采用ANSYS有限元软件对路面结构进行受力状态模拟计算分析，基本假设为：各结构层为均匀、连续、各向同性的弹性体[3];土基底层全约束，路面结构四周自由;各个结构层之间为完全连续状态，沥青混凝土面层平面尺寸拟定为10m×5m，厚度15cm;半刚性基层及底基层平面尺寸与面层相同，厚度分别34cm和20cm;路基平面尺寸拟定为14m×7m，厚度取6m。计算荷载采用双圆均布荷BZZ—100，轮胎压力为0.7MPa[4]。

对路面结构受力状态进行计算，路表压应变与车辙相关，路表横向拉应变与路表纵向裂缝有关联。

计算结果显示，在路拱横坡影响下车辆和货物整体的重心向外侧偏移对路面车辙的影响显著，行车道外侧的车辙深度大于内侧车辙深度这一现象随横坡坡度加大而更为显著。

在路拱横坡存在的情况下，车辆产生偏心行驶，路面荷载不均匀分布，导致荷载进一步偏向路面车辙，更早出现疲劳开裂。横坡越大，相同受力情况下路表弯沉值、拉应力及剪应力均会增大，导致路面结构发生疲劳开裂越明显。

（2）路表横向坡度和路拱应使路表降水迅速排泄而不致影响交通和从面层渗透到路面下层或从路肩渗透浸湿路基。

雨水自中央分隔带边缘至土路肩边缘所需的汇流历时，将沿路面的横坡及纵坡的合成坡度运动形成：t=1.445*（m1Lsl/il0.50）.467。说明雨滴的汇流主要与路面的粘滞力、路拱横坡等路面的固有性质有关[5]，计算模型分析可知，路拱横坡是影响降水排除速率的一个因素，显然横坡越大，降水排除速率越快。

综上所述，路拱横坡越大排水越顺畅，但拱度过大会给行车安全带来威胁。路拱横坡使车辆处于偏心行驶，驾驶人员在高速驾驶车辆时会发现，车辆容易产生漂移现象，特别是在下雨天，当地面摩擦系数减小后会更加明显，行车舒适度降低。

2.各国规范对路面横坡的规定

通过对中国地区、亚太地区以及欧美等国路拱横坡的对比分析，发现绝大部分地区路拱横坡均采用2%，说明采用2%的路拱横坡是科学合理且是全世界主流認可的标准。

3.规范中关于横坡取值若干规定

为满足道路表面排水要求，使路表降水及时排除， 道路表面应具有一定的横坡度。除了在设置超高的弯道上， 路面和路肩应按所需超高度做成外侧高内侧低的一单向横坡度外，直线路段都做成中间高、两侧低的路拱型式[4]。路拱坡度的确定应综合考虑下列几个因素：

（1）横向排水：路面排水与结构类型和气候条件有关。可参考表中取值，干旱地区可取低值，多雨地区宜取高值。

（2）道路合成坡度：综合考虑道路纵坡、横坡影响，避免出现过大的合成坡度给行车带来不利影响。

（3）车道宽度：路拱各点高差太大影响道路美观，在保证快速排水的前提下道路越宽横坡坡度应选择得越平缓。

（4）行车速度：交通量大和车速高的道路横坡度不宜过高，避免车辆紧急制动时产生横向滑动，减轻超车时横向倾斜的影响。

4.全世界工程实例

（1）中国地区工程实例

中国气候环境多样，纬度上跨越了热带到寒带，解决了道路修建中遇到的各种世界难题，如高寒冻土、沙漠公路等问题，经过大量高速公路的建设，总结出丰富的工程实际经验，为高速公路的发展建设奠定了坚实的基础。

中国广东沿海地区、海南地区地处低纬度热带地区，常年降雨量充沛，年降水量在1000mm～2600 mm之间，年平均降水量为1639 mm。中国在这些降雨丰富地区也同样遇到道路路面排水问题，但经过丰富的道路修建和长期的统计结果发现，在路拱横坡为2%的情况下不仅能满足当地暴雨时路面排水问题，而且能减少在暴雨期间车辆因横向力因素导致的横向滑移现象以及高速情况下的车辆难操控的危险。

以上是中国沿海低纬度，热带地区部分已建成高速公路项目，项目区常年高温，降水丰富，均采用2%路拱横坡建设。

（2）其他地区工程实例

5.孟加拉国当地已建成工程实测数据

为充分论证2%的路拱横坡能满足当地排水要求，测量了孟加拉国吉大港地区具有典型代表的两条道路——机场路和市区道路，分别对两条道路选择4组断面进行高程测量，并计算出两条道路的路拱横坡。

根据实测数据可知：机场路一般直线路段横坡坡度平均值为1.85%，市区道路一般直线路段横坡坡度平均值为1.70%。综合两组数据来看当地一般直线路段实际路拱横坡坡度均小于2%。

6.结束语

综合中国地区及其他国家地区公路建设规范和工程实例分析，大部分国家高速公路路拱横坡均采用2%，说明2%的路拱横坡是在考虑了排水、路面结构使用寿命及行车舒适性之后所得到的一个最科学合理的取值，故本项目采用2%的路拱横坡是合理可行的。

参考文献：

[1] 赵松. 高填方公路路基沉陷以及防治措施的探究[C]// 决策论坛——如何制定科学决策学术研讨会. 0.

[2] 吴树茂， 蒋星钟. 有关城市道路与桥梁路拱横坡的衔接思考[J]. 文摘版：工程技术， 2015（32）：110-110.

[3] 袁美俊. 柔性路面永久变形相关指标的力学分析[J]. 华东公路， 2017.

[4]JTG D20—2006.中交第一公路勘察设计研究院.公路路线设计规范[M]，2006.

[5] 元绍建， 陈娅倩. 坡面雨水汇流状态分析及雨水量计算[J]. 城市道桥与防洪， 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.