《探究拓建高速公路纵断面设计的两个重要技术问题[上海公路]》由会员分享，可在线阅读，更多相关《探究拓建高速公路纵断面设计的两个重要技术问题[上海公路]（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 G s 拓建高速公路纵断面设计的两个重要技术问题 袁胜 强 徐健 朱银 乐 上海 市政 工程 设计 研究 总 院 摘要 提 了拓建高速公路的纵断 面设计 的两个 重要 问题 最 小坡 长的取 值和 不对称 竖 曲线的设 计 提 出了相应 的解决 方 案 并 存 G2公 路 拓 建 工 程 中得 到应 用 关键 词 拓建高速公路 最小长坡 不对称竖 曲线设计 1 既 有高速 公路 纵断 面线 形分 析 以上海 市高速 公 路 现 状 为 研究 对 象 经 过调 研 发 现 既有 高速公 路 经过 多年运 营 大多存 在 比较 明显 的 不均匀 沉降现 象 表现 为桥 梁等结 构物 路段 低 填
2、 土方 路 段沉 降较小 桥 头等填 土 高度 大 的路 段沉 降 较 大 形 成了不 同程度 的 凹凸不 平 拟合 后道 路纵 断 面一 般存 在两个 问题 1 最 小纵 坡长 无法 满足 规范 要求 2 竖 曲线 的左右半 侧填 挖高 度 明显不 对称 研 究 国内外 高速 公 路 的 建 设 实例 可 以得 出这 样 的启示 高速 公 路 的 拓建 不 同于 新 建 新 建 高 速公 路 的纵断 面设计 一 般采 取 地 形 服从 线 形 的原 则 而拓 建高速 公路 的路 线 设计 必须 充 分 利 用 既 有 道路 一 般 采取 线形 服从地 形 的原 则 遵 循这样 的原则 在拓
3、宽 设 计 时 一 方 面 必须 要 消除或 大 幅减少 既有 高 速 公 路 的 凹 凸不 平 现象 提 高其纵 断面线 形 的舒适 性 另一方 面 设计 的 纵断 面 必 须和拟 合 出 的纵 断 面 相 近 保 证 填 方 尽 可 能 的 小 避 免 出现 挖 方 主 要 原 因 是 1 如 果 路 基 段 填 方 大 4 0 c m 会 引起 趋 于稳 定 的既 有 公 路 继续 沉 降 桥 梁结构 物段 填方 大 5 c m 会导 致结 构物 自重增 加 影响结 构物 的安 全 2 如果路 基段 出现挖 方 为 保证 足够 的路 面结构 厚 度 就 需 对 既 有 高速 公 路 该
4、路 段 的 路床及 路 面结构 实 施 全 面改 造 增 加 工 程 费 和 建设 周 期 桥 梁结 构物 出现挖 方 将 无法 保证 桥 梁结 构物 的 黑 色和 白色 的铺装 厚度 因此 在 拓 建过程 中 一方 面必须 确定 合适 的最 小 纵坡长 在满 足安 全性 和舒 适性 的需 求 同时 尽可 能 不 出现 较 大 的填 方 并避 免 出现 挖方 另一 方 面 为 保证 平滑 圆顺 经济 的纵 面线 形 更 好地 与老路 相 适 应 可 采用 不对称 竖 曲线来 进行设 计 收 稿 日期 2 0 1 0 0 2 0 1 2最小 坡 长的取 用 从理 论 角度 而言 最 小 坡 长
5、主 要 是从 汽 车行 驶 的 平顺 性 安全 性 的要 求 来考 虑 的 如果 坡长 过 短 汽 车 行驶 在 连续起 伏地 段产 生 的增重 在 凹形竖 曲线 上 与 减重 在 凸形 竖 曲线 上 变 化 频 繁 会 导 致 乘 客感 觉 不 舒适 另外 从相 邻 竖 曲 线 的设 置 和 视 距安 全 的角 度 而 言 也 要 求 最 小 坡 长 符 合 规 定 公 路 路 线设 计 规 范 J TG D2 0 2 0 0 6 第 8 3 1条 规 定 设 计 车 速 为 1 2 0 k m h 1 0 0 k m h的 高 速 公 路 的最 小 坡 长 取 值 分 别 为 3 0 0
6、m 2 5 0 m 由于既有 高 速公路 路 面 已经 形成 了不 同程 度 的 凹 凸不平 现象 在 改 建 设 计 时 必 须 尽 可 能 消 除 这 种 现 象 可 以采用 的办 法 有 两种 1 依 据 既 有 高 速公 路 的 原设 计 方案 满 足现 行 规 范 规定 的最 小 坡 长 的要 求 进 行纵 断 面设计 2 根 据拟 合 纵 断 面 线 形 的实 际 情 况 在原 设计 方案 的部 分变 坡点 间增 设变坡 点 这样 在 增 加 的变坡 点 的转坡 角 相邻纵 坡坡 差 的绝对 值 较小 的 前 提下 可适 当 突破规 范关 于最 小坡 长的规 定 进行 纵 断 面设
7、计 第 一 种办 法 会 增 加 填 方 量 路 面 加 罩 比较 厚 尤 其 在 桥 梁 路 段 会 增 加 结 构 负 荷 不 利 于 结 构 安 全 因此 不 满 足拓 建 工 程 的 建设 需 要 不 予 考 虑 第 二 种 办 法 不 满 足 现 行 设 计 规 范 的要 求 因 此 需 要 研 究 在 保证 交 通 安 全 和 行 驶 舒 适 性 条 件 下 最 小 坡 长 的 控 制 值 汽 车在竖 曲线 上行 驶 会产 生离心 加速 度 过 于频 繁 的离 心加速 度 的变 化 过 大 离 心加 速 度 会 引起 乘 客 的不舒 适感觉 以及 诱 发交 通安 全 事 故 同时对
8、 汽 车 的 悬 挂 系统也有 不 利影 响 因此 控制 因素 是 变 坡点 间 的行程 时 间 变坡 点 的离心 加速 度 1 行程 时 间因素 N 1 2 0 1 0上 魂 1 一 一s 汽车在两个 竖 曲线 间 的行 程 时 间不 宜过 短 必 须 保证驾驶 者在换 档 行 驶时 有必 要 的 反应 和 操作 时 间 我 国规定 最短应 满足 3 S 的行 程 时问 最 小坡 长计 算 推导公式 为 1厂 L 1 1 厶 式 中 V 为设计 车速 k m h 经计算 满 足最 小行 程 时 间 的最 小坡 长 取 整后 数 值详见 表 1 表 1 满足 行 程 时 间 控 制 条件 下
9、的 最 小 坡 长 设计车速 k m h 一 t 2 0 J l O 0 最 小 坡 长 f f 8 5 2 离心加 速度 因素 汽 车在竖 曲线上行驶 的离心 加速度 为 V 2 n 一 赢 2 式 中 R 为竖 曲线半径 m a为离 心加速 度 1 3 1 s 一 般而 言 离 心 加速 度 控 制 在 0 2 0 4 m s 比 较合适 我 国现 行 设计 规 范 中 取用 0 2 7 8 m s 竖 曲 线切线 长为 T 譬一 3 式 中 为竖 曲线切线 长度 1 3 1 为转坡 角 最小坡 长 必 须 大 于 等 于 相邻 竖 曲线 切 线 长 度 之 和 则最小坡 长计算 推导公式
10、 为 1 2 L i 叮 1 T2 一 1 2 4 根据 现行规 范 的规 定 转坡 角 的最 大 取 值取 决 于 相邻变坡线的最大设计纵坡取值 并且和设计车速有 关 经计算 最大转坡 角数值 详见表 2 表 2高速公路的最大转坡角 假定 为原 设 计 变 坡 点 的转 坡 角 叫 为增 加变 坡点 的转坡 角 按 最 不 利 状 况 考 虑 C O 取 值 取 用 表 2 所列 的最 大转坡 角 经 计算 考 虑 到安 全 因 素 取用 式 4 计算结果的1 4 倍 则拓建高速公路最小坡长可按 表 3标准 进行控制 2上冯么姥 N o 1 2 0 1 0 表 3 满足离心加速度控制条件下的
11、最小坡长 设 计 车 速 k in h 1 2 O 1 O 0 转 坡 角 0 4 1 8 O 1 6 0 最小坡长 m 0 4 转坡角 0 6 2 0 0 1 8 0 经 过分 析 提 出满 足 汽车行 驶 舒适 性 安全 性 同 时 考虑到 工程造价 等 因素的最小 纵坡长 如表 4 表 4 拓 建 高 速 公 路 的最 小 纵 坡 长 设 计 车 速 k m h l 2 O 1 0 0 转坡角 0 4 1 8 O 1 6 O 最小坡长 m 0 4 O 6 8 0 0 g 5 0 3不 对称 竖 曲线 的设计 在 纵断 面设 计 中 有 时需要调 整纵坡长 度 如用传 统 的设 计方 法
12、则需调 整几个 纵坡 这 时可采 用不 对称 竖 曲线 设计 使 设计纵坡 更好 地符合现 状道路 线形 同 时满足 安全性 和舒适性 的要求 不对称 竖 曲线 即变 坡点两侧 切线水 平投影 长不 相 等 它 由两条独立 的在 结合 点 上具 有 相 同坡 度 的抛 物 线构成 竖 曲线 的方程 可描述 为 2 i z 赤 5 竖 曲线上 任一点 的斜率 为 dy d x 专 6 R 根据两 条不对 称的抛 物线在 连接点具 有相 同 的高 程和 曲率 这 是保证 纵 向行驶 稳定性 的前提 同时 竖 曲线总长等于两抛物线的切线长之 和 我们 可以得 出 以下方 程组 1 1 1 十 I 1
13、 J 丁2 z十 丁 T T2 式 中 i i 为前 后 纵 坡 坡 度 上坡 为 正 下 坡 为 负 R R 为前 后竖 曲线半径 凹曲线为 正 凸曲线 为负 丁 为前 后 竖 曲线 的长度 H 为变 坡点 高 程 丁为 竖 曲线 的长度 已知 R R T T 四个变量 中 的一 个 即可求 出 其他 的三个 这样 就可方便 地求 出不对称 曲线 了 下转第 2 1页 暴 十 丁 H 表 l路 况 调 查 表 s 一 G一 施工前裂缝 本次调查时横向裂缝 裂缝 占施工前的 T程 名 称 其 它 损 坏 情 况 备 注 数量 条 数量 条 百分数 杨高路 改造T程 l 9 4 1 4 7 无明
14、显其它损坏 以横向裂缝为主 以横向裂缝为主 个别块 裂是因车辆 荷 江心沙路大修工程 2 0 5 l 1 5 个别块状裂缝 载超过道路承载能力出 现 的损 坏 益华路 大修工程 l l 2 2 2 无明显其它损坏 以横向裂缝为主 通过调查总结发现 无论使用玻纤格栅还是沥青 砂 胶作 为应力 吸 收缓 冲层 对 抑 制 反 射 裂缝 的发 展 均 有 较好 的效果 7 结 语 通过 三个 典型 工 程 的 实践 对 旧水 泥 混 凝 土 板 的 加 固处理 使之 能满 足设计 承 载能力 使 板块 达 到一 定 的稳定性 减 少车辆 荷载 作用 下 的竖 向位移 在 裂 缝 接 缝处 黏贴 防水
15、 卷材 可 有效 防止 水 体 进 入混 凝 土板 块结 构 层 同时 由于 防水 卷材 本 身 有一 定 的 延伸 性 能抵抗 微 小变形 对延 缓 反 射 裂 缝 的产 生 也 有 一定 效 果 在 该类 工程 中使 用应 力缓 冲材 料 可 以增 加接 缝 裂缝 处 的传 荷 能 力 减 少应 力 集 中 释放 应 变 从 而达 到减缓 反射 裂缝 的 目的 采取 对 旧水 泥混 凝 土板 加 固 处理 裂 缝 接 缝处 黏 贴 防水 卷 材 加 铺应 力 缓 冲材 料 玻 纤格 栅或 沥青 砂 胶 等 措施 对 于 旧水 泥 混 凝 土路 面 直接加 铺 沥青混 凝 土面 层 工程 能
16、 有效 减 缓 反 射 裂缝 的 出现 为类 似工 程 的实施提 供 了实用 经验 上 接 第 2页 4 工程 实例 根 据上 述理论 笔 者 利用 Ob i e c t AR X 平 台 与 VC 语 言编 制 了相 应 的计 算 程 序 并 应 用 于 G 2公 路 拓 建 工程 既 有 G2公 路 为 双 向 4车 道 高 速 公 路 全 长 2 1 0 3 k m 设 计车 速 为 1 2 0 k m h 拓 建 规模 为 双 向 8 车道 下面 介绍 实例 的运行 结果 1 最小 纵坡 长 全 线纵 坡小 于 3 0 0 i n有 3处 见 表 5 表 5 G2高 速公 路 的 最 小 坡 长 设 置 表 变 坡 点 桩 号 坡 长 m 转 坡 角 备 注 K1 7 0 7 7 5 3 0 2 6 O 0 3 6 北 侧 K1 6 8 0 9 9 8 9 2 5 O 0 3 5 南 侧 K1 7 0 5 9 9 8 9 2 5 0 0 3 7 南侧 2 不 对称竖 曲线 布置 全线有 1处变 坡 点 桩 号 K1 2 8 7 6 8 7 设 置 不 对 称竖 曲线 如果 在
