垃圾处理场进场道路纵断面线形设计

陈玖玲,　杨　鎏*,　沈家旺

(1.闽南理工学院 土木工程学院, 福建 石狮　362700;2.常吉(厦门)建筑设计有限公司， 福建 厦门　361000)



垃圾处理场进场道路纵断面线形设计

陈玖玲1,杨鎏1*,沈家旺2

(1.闽南理工学院 土木工程学院, 福建 石狮362700;2.常吉(厦门)建筑设计有限公司， 福建 厦门361000)

摘要：利用海地道路设计软件进行有限元建模修正，拉坡设竖曲线，得到纵断面图。根据建模得到的设计图对进场道路纵断面的设计进行评价。结果表明,该设计合理利用了土石方，满足施工需要和汽车行驶要求。

关键词：进场道路; 纵断面; 线形设计

0引言

垃圾填埋场进场道路通常是车辆或行人进出垃圾填埋场的山势较为陡峭的路段。进场道路纵断面设计的合理性直接关系到车辆的行驶安全，影响车辆的载重以及道路使用年限。进场道路影响纵断面线形设计成果合理性的因素有：纵坡、坡长、竖曲线。纵断面中的竖曲线几何构成的大小和长度主要是根据道路的性质、任务、等级和地形、地质、水文等因素，并考虑路基稳定、排水及工程量等要求进行确定。纵断面设计以满足纵断面线形安全、经济合理及乘客感觉舒适为目的。设计的重点在于合理设置纵坡、转坡点、解决路线高差。在已确定设计速度范围内，纵断面必须尽量采用平缓的纵坡，并使纵断面线形得以与平面线形协调，满足平包竖的要求。文中对江西上高县垃圾处理场进场道路的纵断面设计进行有限元建模和设计成果分析及评估。

1背景工程

江西上高县垃圾处理场进场道路项目由于山势较陡峭，原有道路已存在两处坡度大于9%，分别为9.7%和9.8%，满足不了《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)[1](以下简称规范)所要求的限值。该项目从场区截洪沟开始，在拉坡设置竖曲线时山势蜿蜒前进，沿线地形复杂，工程艰巨。最大纵坡8.836%，最小纵坡5.690%。变坡点处均按规范设置竖曲线。在拉坡设置竖曲线时，考虑到在主线，光缆位于桩号：K0+280～K0+300之间，最危险处为K0+290处,在纵断面设计时充分考虑到该处的特殊情况，在该处进行特别核算，最终得到K0+290处的填高为1.150 m，符合要求。支线处光缆位置位于桩号：K0+100～K0+110之间，此段无挖方，所以不受地下光缆的影响。主线的纵断面如图1所示。

图1主线纵断面图(局部)

支线的纵断面如图2所示。

图2　支线纵断面图(局部)

2进场道路纵断面线形设计分析

2.1纵坡

江西上高县垃圾处理场进场道路项目是山区四级道路，设计行车速度为20 km/h，该项目根据规范规定，允许的最大纵坡为9%,路面采用水泥混凝土路面，其最小纵坡度应大等于0.3%，以满足排水要求[2]。

该进场道路项目中，主线的变坡点为K0+410和K0+560，为了满足行车要求，且为防止因道路开挖而碰到地下光缆，只好抬高道路设计高程，减少开挖量，在满足规范、行车安全和道路经济性的前提下，不断尝试改变坡度，因此经过反复调整坡度和计算因坡度变化所引起的光缆处的挖深，确定道路开挖面距离光缆的深度，通过横断面戴帽及土石方调配，确定土石方量的大小，尽量让工程的填挖方平衡，以降低工程造价。通过技术、经济对比，最终确定该条道路主线的最大纵坡为8.7%，最小纵坡为-8.55%。支线的变坡点为K0+75和K0+240，为了满足行车要求，采用将近最大纵坡8.84%和-8.26%,道路主线和支线坡度坡长分别如图3和图4所示。

图3道路主线坡度坡长

图4　道路支线坡度坡长

该纵坡设计满足规范对纵坡的要求。由于坡度越大，对汽车的爬坡性能、刹车性能要求越高，因此，最大纵坡为8.84%和-8.26%，保证车辆行驶安全。同时满足最小坡度为0.3%的排水要求。

2.2坡长

江西上高县垃圾处理场进场道路项目的设计行车速度为20 km/h，规范规定的最小纵坡长为60 m。主线在变坡点K0+410和K0+560之间的纵坡坡长为150 m，支线在变坡点K0+75和K0+140之间的坡长由于受到地形限制采用纵坡坡长为65 m。主线和支线的坡长均满足规范规定。

进场道路项目坡长的确定，考虑了该条道路的平顺性、舒适性和相邻两竖曲线的布置。设计本项目时考虑如果坡长过短，变坡点增多，形成“锯齿形”路段，容易造成行车起伏频繁，减少公路的使用寿命，而且也会影响行车舒适性[3]。主线的坡长比规范所规定的坡长最小值大得较多，所以不存在坡长过短的问题，而支线由于在变坡点K0+75和K0+140之间的道路状况复杂，考虑到坡线两端竖曲线的切线长能否设置的问题，因此，在设置完两段的竖曲线之后，此段坡长即为65 m。

不同设计速度的最小坡长规定见表1。

各级公路当陡坡的长度达到限制坡长时，都应设置一段坡度小于等于3%的缓和坡段，缓和坡段的设置一般情况下宜采用小于等于2.5%的坡度，其长度应符合纵坡最小长度的规定[4]。初步设计时由于考虑汽车动力的因素，进场道路项目有设计一段缓和坡，坡度为3%，但经反复调整，综合光缆的因素，如果设置缓和坡段，经过计算，开挖断面在光缆所在断面之下，所以不行，因此变更设计，主线光缆位置位于K0+290.000处，抬高变坡点K0+190.000处的设计高程，降低变坡点K0+410.000处的设计高程，以满足地下光缆的保护。

表1　公路最小坡长

该坡长设计分析：山区公路考虑到地面高低起伏较大，因此在设计时拉长坡线通常会加大土石方量，从而会增加造价，因此，在设计时主要是要控制公路的最小坡长。若坡长小于公路最小坡长的要求，会造成汽车急上坡或急下坡,形成安全隐患。设计中通过海地道路软件进行有限元建模，取最小坡长为65 m，满足设计要求。为行车提供有利的条件。

2.3竖曲线

江西上高县垃圾处理场进场道路项目在进行竖曲线设计时，为使路线平顺，行车平稳，在相邻两条纵坡线相交的转折处K0+190.000设置半径为4 500 m的凹形竖曲线、K0+410.000处设置半径为200 m的凸形竖曲线、K0+560.000处设置半径为1 800 m的凸形竖曲线，将相邻直线坡段衔接起来。该项目在设计凸形竖曲线时，考虑为了不使驾驶员的视线受到影响，竖曲线的最小长度与半径往大取[5]，但是由于受到实际地形和平竖结合设计的问题，该项目在K0+410.000处只能设置200 m的凸形竖曲线，再大就满足不了平包竖的要求，反而视线更不好，易造成驾驶员反应不及时而发生交通事故。相对来说，白天或夜晚照明充足的情况下凹曲线对于行车比较安全。但是在夜晚没有照明的道路上凹曲线的视距会受到影响[6]，因此该项目在设计竖曲线时，分别取4 500 m和1 800 m的竖曲线半径。

进场道路项目支线，在桩号K0+140.000和K0+240.000处，相邻两个同向竖曲线之间存在较短直线段，为了避免出现断背曲线，初步设计时有考虑将其合并为单曲线或复曲线，但由于这样会导致土石方量过大，且之间的夹直线长66.204 m，满足3s的行程长度，所以未将两段竖曲线合并在一起。考虑设置单曲线或复曲线的情形，根据同方向或反方向曲线并结合半径进行考虑。

该竖曲线设计分析：竖曲线设计时根据地形情况考虑设计单曲线或复曲线。在可以设计凹曲线的情况时尽量采用凹曲线；受地形限制也可适当采用凸曲线；若单曲线设计满足不了行车通视的要求时，可采用复曲线进行设计，可采用“C形曲线”或“卵形曲线”进行设计。设计时为了使行车视线较好，尽可能的满足“平包竖”的设计习惯[7]。

3进场道路设计关键点

进场道路项目在纵断面设计时碰到较多的问题[8]，由于该项目所处地为等高线密集、山势较陡，因此设计后的坡度普遍较大，最大坡度达8.84%。该项目纵断面设计主要是拉坡设竖曲线，确定交点，从而确定纵坡和进行竖曲线的设计。

3.1纵断面线性设计的重点

保证纵坡的坡度满足公路工程技术标准中的相关规定，这点是该项目纵断面设计的重点和难点。通过合理设计竖曲线，使纵坡具有一定的平顺性，保证汽车能以一定的车速安全舒适地行驶。该项目在进行纵坡设计时，考虑尽量使土石方挖填平衡，避免大填大挖，减少借方和废方，以降低工程造价。

3.2纵断面线性设计的难点

协调纵断面竖曲线参数设计和直线段的关系，以及协调纵断面设计后的使用性能和土石方开挖量的关系。本项目在进行纵断面设计时，在不过分增加土石方数量情况下，为使行车舒适，尽量采用较大半径，但由于该项目平曲线设计参数的指标较低，所以，在进行纵断面设计时，考虑到平纵线性的协调性，竖曲线的指标均采用较小的指标[9]。

针对该项目的实际情况，在进行设计时，为使所设计的纵坡满足规范要求，采取改变变坡点的桩号、改变变坡点的设计高程、改变竖曲线设计的曲线半径和切线长度等方法进行设计。该项目于2009年开始设计，2011年建成，至今路况良好。

4结语

运用海地道路设计软件对进场道路进行有限元建模、修正、拉坡设竖曲线，并对纵坡、坡长、竖曲线根据规范进行初步设计，再结合合理利用土石方、满足“平包竖”、满足汽车行驶安全等因素综合考虑，反复验证，将纵坡、坡长、竖曲线形式定下来。体现如下：

1)将9.8%的纵坡调整为8.7%的纵坡，满足规范要求，保证行车的安全性。

2)在桩号间进行坡长计算，考虑土石方的调配问题，取最小坡长为65 m，满足规范要求，避免急上坡及急下坡的现象。

3)竖曲线设计采用单曲线与复曲线进行综合设计，采用该设计的进场道路项目从2011年建成至今路况良好，汽车爬坡、下坡安全，满足设计和使用要求。

4)该项目的设计及使用情况对进场道路及其它山区道路的设计具有借鉴意义。

参考文献：

[1][佚名].JTG D20-2006 公路路线设计规范[S]．北京：人民交通出版社,2006.

[2]秦绪忠，张旭.道路平纵线形组合设计原则[J]. 科技创新导报，2010，34：46-46.

[3]陈关林.山区公路路线设计应注意的几个问题[J].公路交通技术，2004,6(3)：3-6.

[4]张慧玲.道路线形设计中存在问题及其解决方法[J].交通世界(运输.车辆),2012(9):98-99.

[5]焦建华,王晓楠.浅谈公路线形的适宜性问题[J].山西建筑,2008,34(2):280-281.

[6]邓清华.公路选线与平面线形设计[J].公路与汽运，2005,11(111):35-37.

[7]孔祥明，徐广清;胡国甫.公路设计中平、纵线形组合浅谈[J].吉林交通科技，2008，8(2)：14-15.

[8]付琴.山区高等级公路线形和谐及安全可靠性研究[D].长沙:中南大学,2012.

[9]范德林.关于道路线形设计的几个问题的探讨[J].山西建筑,2008,21:276-277.

Vertical alignment design of a landfill approaching road

CHEN Jiuling1，YANG Liu1*,SHEN Jiawang2

(1.Department of Civil Engineering， Minnan University of Science and Technology， Shishi 362700， China;2.Changji (Xiamen) Architecture Design Co. Ltd., Xiamen 361000， China)

Abstract：The finite element amendment model is established to get the pulling slope vertical curve and vertical section view with Haiti road design software. The design of approaching road vertical section is evaluated with the model and the results show that the road design is based on the earth-rock and meets the needs of both construction and driving.

Key words：approach road; vertical section; alignment design.

收稿日期：2016-01-25

基金项目：福建省中青年教师教育科研资助项目(JB13254); 福建省自然科学基金资助项目(2014J05060)

作者简介：陈玖玲(1989-)，女，汉族，福建厦门人，闽南理工学院助教,主要从事道路工程设计施工方向研究,E-mail:310130419@qq.com. *通讯作者：杨鎏(1988-)，男，汉族，福建泉州人，闽南理工学院讲师，硕士，主要从事土木工程结构方向研究,E-mail:349155076@qq.com.

DOI:10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.3.19

中图分类号：U 412.33

文献标志码：A

文章编号：1674-1374(2016)03-0302-05