多雨区城市道路超高缓和段排水关键技术措施

2022-12-15宁山超刘建国

工程建设与设计 2022年22期

宁山超，刘建国

（1.广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广州 510000；2.山东省交通规划设计院集团有限公司，济南 250000）

1 引言

考虑到城市道路交叉口多、车道机非混行等特点，CJJ 37—2012《城市道路工程设计规范》对不设超高的圆曲线平面半径的规定值较JTG D20—2017《公路路线设计规范》略大[1]，但在实际工程中，城市道路两侧一般为建成区，建筑物标高及街道景观已定型，在城市道路新建或快速化改造时，仍有部分城市道路因平曲线半径不满足需要设置超高，超高缓和段排水是否通畅将直接影响道路行车安全，且极大地影响了路面结构层的使用寿命，通过纵断面控制、加强其他排水措施成为解决超高缓和段排水的重要技术手段。

2 纵断面设计

排水坡度和排水径流长度为影响道路排水的最直接因素[2]，排水坡度为道路路面合成坡度，与道路设计纵断面、道路横坡、超高渐变有关，道路纵坡不宜设置过小；同时考虑到城市桥梁下部往往设置有辅道，过大的纵坡将引起梁底净空变化过大，道路纵坡又不宜设置过大，超高过渡段有必要进行合理的纵断面设计。

2.1 道路合成坡度

纵坡与超高或横坡度组成的坡度称为合成坡度。合成坡度按照式（1）计算：

式中，jr为合成坡度；is为超高横坡度；j为纵坡度。

在超高渐变段范围内，因道路表面超高渐变会产生超高渐变附加纵坡jf，选取任一车道截面，超高渐变附加纵坡jf与道路纵坡度jd位于同一平面，该平面垂直于道路横断面，纵坡度j为道路纵坡度jd与超高渐变附加纵坡度jf的合成纵坡，纵坡度j与道路纵坡度jd夹角为θ1，纵坡度j与超高渐变附加纵坡度jf夹角为θ2，根据矢量计算规则：

因θ1、θ2非常小，或几近于180°，故有：

则有纵坡度：

距离旋转轴某处超高附加纵坡jf即为该处纵坡超高渐变率Pb，得出：

式中，jr为合成坡度；is为超高横坡度；jd为道路纵坡度；b为距离超高旋转轴的距离；Lc为路线长度；Δi为路线长度范围内横坡差；Pb为距离超高旋转轴距离为b时的超高渐变率（即该处超高附加纵坡）。

2.2 合成纵坡与超高渐变率分析

根据合成纵坡公式可知，在保持道路纵坡和超高渐变附加纵坡一致的前提下，超高横坡越小，对应合成纵坡越小，超高横坡为0时，合成纵坡越小，路面排水越不利。对于超高缓和段，特别是S形平曲线设置超高的情形，必然存在路面横坡由外倾到内倾的过渡，在超高过渡段内也必然存在一段横坡很小的路段。

根据以上分析，超高横坡为0的断面即为超高缓和段范围内最不利排水断面，此时合成纵坡：

即最不利合成纵坡：

超高附加纵坡jf和道路纵坡jd均为存在方向和大小的矢量。当超高附加纵坡jf与道路纵坡jd同向，即都为上坡或都为下坡时，合成纵坡为两者叠加，对排水是有利的；而当超高附加纵坡jf与道路纵坡jd反向，即一个上坡，另一个为下坡时，合成纵坡为两者差值，是一个削减了的不利组合，对排水是不利的[3]。对于S形反向曲线的超高缓和段而言，在超高横坡为0的前后路段，必然是一侧为有利组合，另一侧存在不利组合。

综上分析可知，在考虑排水情况下进行纵断面分析及设计时，超高横坡为0的横断面下，超高附加纵坡jf与道路纵坡jd反向时对排水最为不利。

根据某点超高附加纵坡计算式可知，同一横断面上，最大超高附加纵坡位于距离超高旋转轴最远的点上，因此，在分析最不利排水条件时，可选择位于超高横坡为0的断面上，且距离旋转轴最外侧的点，此时该点超高附加纵坡即为超高渐变率Pb。当最不利排水条件下的纵坡满足排水要求的组合纵坡时，其他特征点也能满足。

2.3 道路纵断面

根据CJJ 37—2012《城市道路工程设计规范》的相应要求，考虑到城市道路通常低于两侧街坊，两侧街坊的雨水排向车行道两侧的雨水口，再由地下的连通管到雨水管道排入水体，因此，道路最小纵坡应是能保证排水和防止管道淤塞所需的最小纵坡，其值为0.3%。若道路纵坡小于最小纵坡值，则管道的埋深必将随着管道的长度而加深。为避免其埋设过深所致的土方量增大和施工困难，规范规定城市道路的最小纵坡不宜小于0.3%。

规范规定的最小超高渐变率1/330，即路面最外边缘的超高附加纵坡约为0.3%，这与规范中对最小纵坡不宜小于0.3%的规定要求一致，其目的均从利于排水的角度考虑[4-5]。

因此，为保证超高缓和段和全路段排水的顺畅，要求最不利合成纵坡不应小于0.3%，即要求：

可知，为保证排水顺畅，道路纵坡需满足如下条件：

综上，在实际工程应用时，为保证最不利条件下超高缓和段排水顺畅，建议道路设计纵坡值不小于0.3%+超高渐变率Pb。

3 其他技术措施

一些既有道路平面或纵断面已无法调整，道路扩建拼宽后汇水面积增加，径流路径加长，或设计阶段条件受限，存在道路设计纵坡值小于建议值（0.3%+超高渐变率Pb）的情况，为避免排水不畅，在超高缓和段积水或形成水膜，影响行车安全，可采取其他措施增强排水，保证道路行车安全。具体技术措施如下。

3.1 增设交安设施

为提高道路行车安全，在道路超高即超高缓和路段增设竖向减速标线、振荡减速带等交安措施，通过行车速度控制减少因路面积水、路面水膜生成而发生的打滑事故，同时路面振荡标线凸起会形成排水通道，减少路面积水[6]。

3.2 透水铺装

在排水不利的某些超高缓和段范围可采用透水沥青、超高性能排水磨耗层等透水铺装，路面水通过路面结构空隙汇入路面结构排水通道，避免路面积水和水膜形成。

3.3 透水型截水沟

采用专用刻槽机械，在路面开槽，形成截水沟，再采用透水型混合料对截水沟进行回填。路面积水能通过截水沟表面下渗，再经由路面连通槽体向路面两侧汇集，进入两侧积水管，进而减少路面积水。

3.4 防滑铺装

防滑铺装是将一种特殊的高分子黏合剂涂抹于路面，并敷上耐磨骨料，以精确的数量铺设而形成的防滑铺装。该类铺装具有一定的透水型，且摩阻力大。

4 案例分析

4.1 项目概况

中山坦洲快线（一期）工程起点位于金字山互通，由北往南利用城桂公路、沙坦公路线位展线，终点接龙塘互通。途径中山市东区、五桂山街道、三乡镇和坦洲镇（见图1）。在旧路上进行快速化改造，实现主线快速化功能，同时对地面道路进行改扩建，实现城市道路功能。项目全长27.597 km，主线采用双向六车道一级公路兼顾城市快速路标准建设，主线设计速度为80 km/h，高架桥断面宽度26 m（见图2），辅道采用城市次干路标准，设计速度40 km/h，全线快速化道路以桥梁为主，主线桥梁占全线长度77.9%。

图1 项目地理位置图

图2 标准横断面设计图

4.2 总体设计概述

因项目周边路网、城镇布局已经形成，走廊带空间有限，且沿道路两侧大部分路段已经完成了修建性控制规划，项目建设利用旧路平面线形进行快速化改造，只对局部半径较小处做了优化，最小半径360 m。

考虑到项目设置高架桥路段较长，部分路段穿越城区，为提高桥下行车舒适性，减少司乘压抑感，过城区一般路段主线路段纵断面按照桥下净空7 m控制。

主线对应超高值选取原则见表1。

表1 主线对应超高值选取原则

4.3 典型超高缓和段

项目K15～K16路段位于中山市三乡镇城区路段，两侧房屋密集，为减少征拆，该路段维持既有道路线形，存在连续S弯，平曲线半径360 m，最大超高5%，缓和曲线段长140 m，半幅车道宽12.25 m，桥梁段主路设计高程及超高旋转轴位于中央防撞墩边缘处，经计算，该路段超高横坡为0路段，超高渐变率1/233.2。

同时该路段至项目终点设置长12.7 km长连续桥梁段，加之该路段辅道地面纵坡较大，且与主线纵坡走向相反，为控制桥下辅道净空及主线纵断面线形，主线段不能设置较大纵坡，设计纵坡取值0.3%。