城市道路竖向设计技术要点分析

蔡建勇

（福州城建设计研究院有限公司，福州350000）

1 引言

进入21 世纪，我国经济发展迅速，城市建设日新月异，一条条崭新的道路如雨后春笋般呈现在人们的眼前，为国家经济发展和人民交通出行，提供了便利的条件。

城市道路建设主要讲究平纵横、路基路面等，而竖向设计便是其中极其重要的一环。城市道路主要位于城市规划区域，道路的平面线形与路幅宽度在城市规划阶段已基本成型，路面结构也大同小异，而道路的竖向设计虽在规划阶段已有控制交叉节点高程，但沿线的竖向却是千变万化，可以根据设计师不同的经验，产出多种不同的竖向方案。如何让城市道路竖向设计显得更合理可行尤为关键。本文根据设计规范及多年设计经验，并结合案例，对城市道路竖向设计的主要技术要点进行分析。

2 纵坡选择

2.1 一般纵坡选择

道路纵坡是道路中线两点之间的高程和水平距离的比值。它与汽车的动力性能、安全指数有较大的关系。

道路最小纵坡是指各级道路在特殊情况下容许使用的最小坡度值。为了保证基本排水要求，需设置不小于0.3%的纵坡。尤其在雨期长、雨量大的南方地区，道路竖向设计时应特别注意路面在暴雨期的排水能力，满足最小的排水坡度，能减少路面积水现象的发生。雨水量大、排水要求高的地区一般情况下以不小于0.5%为宜。

道路最大纵坡指在汽车以适当的车速顺利上下坡，而不致发生危险的最大坡度值。各级道路允许的最大纵坡根据地形条件、道路等级、汽车的动力性能以及工程造价、运营经济等因素，通过全面分析、综合考虑而确定。

近年来，国家更加提倡“绿色出行”，而随着共享单车、电单车的发展，现今城市道路上出现大量的非机动车行驶，这就对城市道路纵断设计提出了更高的要求，应综合考虑非机动车出行的需求。非机动车爬坡能力远不如机动车，而非机动车道和机动车道分离式设置不可能成为常态，这就要求在道路竖向设计时控制道路最大纵坡的时候，以非机动车的最大爬坡坡率进行控制。

根据国内外资料综合分析，非机动车纵坡大于或等于2.5%时，应限制非机动车最大坡长。由此可见，在条件允许情况下，非机动车最大纵坡宜不大于2.5%。结合规范和实际道路使用情况，在不受限与特殊困难条件下，道路纵坡取值宜控制在0.5%～2.5%。

考虑到滨海区和平原区地形较为平坦，道路纵断设计易于在该范围内控制纵坡。但若为山地区道路，地形复杂，高程起伏变化大，在控制土方平衡、减少山体破坏、减少边坡高度和控制造价等前提下，纵断设计时容易出现大纵坡，要控制在0.5%～2.5%较难。在此情况下，可考虑非机动车陡坡路段推行。根据机动车的最大纵坡，并结合横坡，满足最大合成坡的情况下，特别在超高路段应注意合成坡度，再进行取值。

2.2 极限纵坡分析

城市道路经过十几年迅猛发展，近年来，平原地区的道路基本已建设，城市发展已渐渐开发难度更高的山地。山地道路建设往往涉及大纵坡，甚至在困难情况下，纵坡选择极限坡来减少山体破坏和工程造价。

根据规范，除快速路外的其他等级道路，在受地形条件或其他特殊情况限制时，经技术经济论证后，最大纵坡极限值可增加1%【1，2】。

泉州市东海片区支十五路等4 条市政道路工程，项目位于泉州市丰泽区东海街道森林公园附近，项目建设区域四周用地为泉州幼儿师范高等专科学校和泉州师范学院的规划用地，道路用地基本为山坡地，地形起伏，最大高差30m。道路可利用区域受限严重，路线可选择方案少。同时，高程受山顶已建碧桂园地坪标高控制。经方案、工可、初步设计多次经济技术论证，最大纵坡采用极限坡率+1%。工程从6 个不同角度对最大纵坡进行分析，具体分析如下。

1）工程量：比较方案最大纵坡采用8%，开挖石方增加1.1×105m3，建安费增加3 400 万元，对比推荐纵断最大纵坡采用9%，经济费用增加明显，从节省造价的角度看，最大纵坡采用9%更加经济可行。

2）汽车爬坡性能：根据对规范条文的解读，规范规定主要以6 轴铰接列车49t 为代表车型，而本项目后期运营主要以小汽车为主，施工期间有土方车，爬坡能力相较于6 轴铰接列车49t 更强，纵坡采用9%可行。

3）汽车下坡安全：本工程路面采用中粒式沥青混凝土面层，增加路面的摩阻力，同时，定义非机动车推行走人行道，纵坡采用9%可行。

4）临崖临边安全：本工程在根据交通安全需要，在项目临崖临边的位置设置刚性钢筋混凝土护栏进行防护。

5）交通标志标线：道路沿线设置警示标志和震荡标线，警示驾驶人员减速慢行。

6）交叉口设置：在交叉口位置根据规范要求，纵坡调整为3%，并且交叉口设置为右进右出交叉口。

3 高程控制

城市道路高程不仅受规划交叉口竖向高程控制，而且还应考虑与道路沿线地块地坪高程对接，一般以比周边地块高程低30～50cm 为宜。高程的确定应尊重现状地形地貌，尽量保持原生态地貌不变，避免大填大挖，尽量保持填挖平衡，减少造价的同时，也减少破坏。

高程的确定除了考虑以上因素，还应考虑道路排水、路基避免破坏，保持稳定等因素。

3.1 一般路段

城市道路在做竖向高程控制时，一般路段道路设计标高宜考虑要满足规划竖向控制要求，同时还应满足防山洪排内涝要求。

3.2 滨水、滨海路段

江海湖泊是比较常见的地形地貌之一，城市道路在设计时，要考虑到这些地形地貌的影响，主要应考虑防洪、排涝要求。道路一般与河海或沿线、或上跨、或下穿。

沿河道路纵断设计时，应考虑道路高程需满足相应水系防洪标准的设计洪水频率的水位+50cm 的壅水高度。

沿海道路还需考虑波浪侵袭高度。当岸边设置拦水设施时，可不受此限【3】。

当道路上跨河、海时，一般利用桥梁或涵洞结构上跨，有通航要求时，要考虑满足相关通航要求；无通航要求时，道路高程控制应满足设计洪水位+50cm 的安全高度+结构建筑高度+路面铺装厚度。当防洪、排涝报告未提供桥梁位置的具体设计洪水位时，可根据下游洪水位和水力坡度反算。在设计时，应注意对规划高程的核算是否满足要求，不满足要求时，应做出调整。

道路下穿河流时，主要采用下穿隧道。进行纵断高程控制时，需注意满足隧道最小覆土厚度和隧道净空。

马銮湾新城孚莲东二路（孚莲路—东孚南路段）项目因紧邻规划云溪水系，道路竖向设计要兼顾片区防洪防潮要求，根据马銮湾新城区域水系及生态修复规划，马銮湾新城区防护等级为Ⅲ等，马銮湾新城区采用50a 一遇防洪标准，100a 一遇防潮标准，马銮湾新城防洪排涝标准采用50a 一遇涝水不满溢的排涝标准；根据片区防洪防潮排涝规划，本项目范围内过芸溪防洪最低控制标高4.0m，考虑到防洪排涝需求，以及本项目所在区围堰及周边场平标高为4.5m，因此，本项目道路标高控制在4.5m 以上。

4 竖曲线半径取值

道路设计时，不同的2 条纵坡会产生变坡点，为了缓和因坡度变化而产生的冲击并保证行车视距，必须在2 条纵坡之间插入竖曲线。竖曲线形式可以是抛物线或圆曲线，但一般情况采用圆曲线。

竖曲线半径存在一般值和极限值。极限值是满足视距要求的最小半径，一般值为极限值的1.5 倍。竖曲线长度极限值为3s 行车距离。为了行车安全和舒适，一般值为极限值的2.5倍。

在道路纵断设计时，竖曲线一般选用较大的半径值。当条件受限时，竖曲线半径宜略大于规范的“一般值”；当地形条件特别复杂困难的情况下，方采用规范的“极限值”。

在有超车需求的路段，宜采用较大的凸曲线半径或者设置必要的标志、标线等交通设施。

5 交叉口竖向设计

道路交叉口是由2 条以上道路相交形成，是实现交通转换的重要节点。交叉口的竖向设计，对交叉口行车舒适、安全性起到重要的作用。

基于排水基本需要，交叉口内部纵坡宜不小于0.3%。同时，考虑行车视距和安全，纵坡宜不大于2.5%，条件困难时，宜不大于3%。所以，交叉口内部纵坡一般控制在0.3%～2.5%为宜。

根据现实交通情况分析，往往在暴雨期间，交叉口交通拥堵现象极其严重。交叉口排水不利，导致行车安全下降，交通疏导困难，交叉口容易拥堵。由此可见，做好交叉口竖向设计，排水通畅，是解决交叉口拥堵的关键之一。

经多年设计经验分析，一般交叉口选用“伞型”为佳，即中间高四周低，尽量避免选用“碗型”，即中间低四周高。所以，在做道路纵断设计时，设计者应结合相交道路高程，有意识地将交叉口设计为“伞型”。而现实情况下，一条城市道路是存在多个交叉口的，要做到每个交叉口都选“伞型”并不现实，也没必要。从片区整体高程控制出发，规划控制高程时，考虑到地块排水，纵坡往往向水域倾斜，所以，交叉口纵坡一般以单向居多。但若出现低洼交叉口时，设计时应注意将道路最低点设置在交叉口范围外。

6 结语

道路竖向作为道路设计中“平纵横”其中一环，并不是一件三锤两棒的工作。选择正确的纵坡，控制合理的地坪、交叉口标高，关系到整个工程的造价，也关系到项目运行是否顺畅。