垃圾處理場進場道路縱斷面線形設計

陳玖玲,　楊　鎏*,　沈家旺

(1.閩南理工學院 土木工程學院, 福建 石獅　362700;2.常吉(廈門)建筑設計有限公司， 福建 廈門　361000)

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垃圾處理場進場道路縱斷面線形設計

陳玖玲1,楊鎏1*,沈家旺2

(1.閩南理工學院 土木工程學院, 福建 石獅362700;2.常吉(廈門)建筑設計有限公司， 福建 廈門361000)

摘要：利用海地道路設計軟件進行有限元建模修正，拉坡設豎曲線，得到縱斷面圖。根據(jù)建模得到的設計圖對進場道路縱斷面的設計進行評價。結果表明,該設計合理利用了土石方，滿足施工需要和汽車行駛要求。

關鍵詞：進場道路; 縱斷面; 線形設計

0引言

垃圾填埋場進場道路通常是車輛或行人進出垃圾填埋場的山勢較為陡峭的路段。進場道路縱斷面設計的合理性直接關系到車輛的行駛安全，影響車輛的載重以及道路使用年限。進場道路影響縱斷面線形設計成果合理性的因素有：縱坡、坡長、豎曲線?？v斷面中的豎曲線幾何構成的大小和長度主要是根據(jù)道路的性質、任務、等級和地形、地質、水文等因素，并考慮路基穩(wěn)定、排水及工程量等要求進行確定?？v斷面設計以滿足縱斷面線形安全、經(jīng)濟合理及乘客感覺舒適為目的。設計的重點在于合理設置縱坡、轉坡點、解決路線高差。在已確定設計速度范圍內，縱斷面必須盡量采用平緩的縱坡，并使縱斷面線形得以與平面線形協(xié)調，滿足平包豎的要求。文中對江西上高縣垃圾處理場進場道路的縱斷面設計進行有限元建模和設計成果分析及評估。

1背景工程

江西上高縣垃圾處理場進場道路項目由于山勢較陡峭，原有道路已存在兩處坡度大于9%，分別為9.7%和9.8%，滿足不了《公路路線設計規(guī)范》(JTG D20-2006)[1](以下簡稱規(guī)范)所要求的限值。該項目從場區(qū)截洪溝開始，在拉坡設置豎曲線時山勢蜿蜒前進，沿線地形復雜，工程艱巨。最大縱坡8.836%，最小縱坡5.690%。變坡點處均按規(guī)范設置豎曲線。在拉坡設置豎曲線時，考慮到在主線，光纜位于樁號：K0+280～K0+300之間，最危險處為K0+290處,在縱斷面設計時充分考慮到該處的特殊情況，在該處進行特別核算，最終得到K0+290處的填高為1.150 m，符合要求。支線處光纜位置位于樁號：K0+100～K0+110之間，此段無挖方，所以不受地下光纜的影響。主線的縱斷面如圖1所示。

圖1主線縱斷面圖(局部)

支線的縱斷面如圖2所示。

圖2　支線縱斷面圖(局部)

2進場道路縱斷面線形設計分析

2.1縱坡

江西上高縣垃圾處理場進場道路項目是山區(qū)四級道路，設計行車速度為20 km/h，該項目根據(jù)規(guī)范規(guī)定，允許的最大縱坡為9%,路面采用水泥混凝土路面，其最小縱坡度應大等于0.3%，以滿足排水要求[2]。

該進場道路項目中，主線的變坡點為K0+410和K0+560，為了滿足行車要求，且為防止因道路開挖而碰到地下光纜，只好抬高道路設計高程，減少開挖量，在滿足規(guī)范、行車安全和道路經(jīng)濟性的前提下，不斷嘗試改變坡度，因此經(jīng)過反復調整坡度和計算因坡度變化所引起的光纜處的挖深，確定道路開挖面距離光纜的深度，通過橫斷面戴帽及土石方調配，確定土石方量的大小，盡量讓工程的填挖方平衡，以降低工程造價。通過技術、經(jīng)濟對比，最終確定該條道路主線的最大縱坡為8.7%，最小縱坡為-8.55%。支線的變坡點為K0+75和K0+240，為了滿足行車要求，采用將近最大縱坡8.84%和-8.26%,道路主線和支線坡度坡長分別如圖3和圖4所示。

圖3道路主線坡度坡長

圖4　道路支線坡度坡長

該縱坡設計滿足規(guī)范對縱坡的要求。由于坡度越大，對汽車的爬坡性能、剎車性能要求越高，因此，最大縱坡為8.84%和-8.26%，保證車輛行駛安全。同時滿足最小坡度為0.3%的排水要求。

2.2坡長

江西上高縣垃圾處理場進場道路項目的設計行車速度為20 km/h，規(guī)范規(guī)定的最小縱坡長為60 m。主線在變坡點K0+410和K0+560之間的縱坡坡長為150 m，支線在變坡點K0+75和K0+140之間的坡長由于受到地形限制采用縱坡坡長為65 m。主線和支線的坡長均滿足規(guī)范規(guī)定。

進場道路項目坡長的確定，考慮了該條道路的平順性、舒適性和相鄰兩豎曲線的布置。設計本項目時考慮如果坡長過短，變坡點增多，形成“鋸齒形”路段，容易造成行車起伏頻繁，減少公路的使用壽命，而且也會影響行車舒適性[3]。主線的坡長比規(guī)范所規(guī)定的坡長最小值大得較多，所以不存在坡長過短的問題，而支線由于在變坡點K0+75和K0+140之間的道路狀況復雜，考慮到坡線兩端豎曲線的切線長能否設置的問題，因此，在設置完兩段的豎曲線之后，此段坡長即為65 m。

不同設計速度的最小坡長規(guī)定見表1。

各級公路當陡坡的長度達到限制坡長時，都應設置一段坡度小于等于3%的緩和坡段，緩和坡段的設置一般情況下宜采用小于等于2.5%的坡度，其長度應符合縱坡最小長度的規(guī)定[4]。初步設計時由于考慮汽車動力的因素，進場道路項目有設計一段緩和坡，坡度為3%，但經(jīng)反復調整，綜合光纜的因素，如果設置緩和坡段，經(jīng)過計算，開挖斷面在光纜所在斷面之下，所以不行，因此變更設計，主線光纜位置位于K0+290.000處，抬高變坡點K0+190.000處的設計高程，降低變坡點K0+410.000處的設計高程，以滿足地下光纜的保護。

表1　公路最小坡長

該坡長設計分析：山區(qū)公路考慮到地面高低起伏較大，因此在設計時拉長坡線通常會加大土石方量，從而會增加造價，因此，在設計時主要是要控制公路的最小坡長。若坡長小于公路最小坡長的要求，會造成汽車急上坡或急下坡,形成安全隱患。設計中通過海地道路軟件進行有限元建模，取最小坡長為65 m，滿足設計要求。為行車提供有利的條件。

2.3豎曲線

江西上高縣垃圾處理場進場道路項目在進行豎曲線設計時，為使路線平順，行車平穩(wěn)，在相鄰兩條縱坡線相交的轉折處K0+190.000設置半徑為4 500 m的凹形豎曲線、K0+410.000處設置半徑為200 m的凸形豎曲線、K0+560.000處設置半徑為1 800 m的凸形豎曲線，將相鄰直線坡段銜接起來。該項目在設計凸形豎曲線時，考慮為了不使駕駛員的視線受到影響，豎曲線的最小長度與半徑往大取[5]，但是由于受到實際地形和平豎結合設計的問題，該項目在K0+410.000處只能設置200 m的凸形豎曲線，再大就滿足不了平包豎的要求，反而視線更不好，易造成駕駛員反應不及時而發(fā)生交通事故。相對來說，白天或夜晚照明充足的情況下凹曲線對于行車比較安全。但是在夜晚沒有照明的道路上凹曲線的視距會受到影響[6]，因此該項目在設計豎曲線時，分別取4 500 m和1 800 m的豎曲線半徑。

進場道路項目支線，在樁號K0+140.000和K0+240.000處，相鄰兩個同向豎曲線之間存在較短直線段，為了避免出現(xiàn)斷背曲線，初步設計時有考慮將其合并為單曲線或復曲線，但由于這樣會導致土石方量過大，且之間的夾直線長66.204 m，滿足3s的行程長度，所以未將兩段豎曲線合并在一起。考慮設置單曲線或復曲線的情形，根據(jù)同方向或反方向曲線并結合半徑進行考慮。

該豎曲線設計分析：豎曲線設計時根據(jù)地形情況考慮設計單曲線或復曲線。在可以設計凹曲線的情況時盡量采用凹曲線；受地形限制也可適當采用凸曲線；若單曲線設計滿足不了行車通視的要求時，可采用復曲線進行設計，可采用“C形曲線”或“卵形曲線”進行設計。設計時為了使行車視線較好，盡可能的滿足“平包豎”的設計習慣[7]。

3進場道路設計關鍵點

進場道路項目在縱斷面設計時碰到較多的問題[8]，由于該項目所處地為等高線密集、山勢較陡，因此設計后的坡度普遍較大，最大坡度達8.84%。該項目縱斷面設計主要是拉坡設豎曲線，確定交點，從而確定縱坡和進行豎曲線的設計。

3.1縱斷面線性設計的重點

保證縱坡的坡度滿足公路工程技術標準中的相關規(guī)定，這點是該項目縱斷面設計的重點和難點。通過合理設計豎曲線，使縱坡具有一定的平順性，保證汽車能以一定的車速安全舒適地行駛。該項目在進行縱坡設計時，考慮盡量使土石方挖填平衡，避免大填大挖，減少借方和廢方，以降低工程造價。

3.2縱斷面線性設計的難點

協(xié)調縱斷面豎曲線參數(shù)設計和直線段的關系，以及協(xié)調縱斷面設計后的使用性能和土石方開挖量的關系。本項目在進行縱斷面設計時，在不過分增加土石方數(shù)量情況下，為使行車舒適，盡量采用較大半徑，但由于該項目平曲線設計參數(shù)的指標較低，所以，在進行縱斷面設計時，考慮到平縱線性的協(xié)調性，豎曲線的指標均采用較小的指標[9]。

針對該項目的實際情況，在進行設計時，為使所設計的縱坡滿足規(guī)范要求，采取改變變坡點的樁號、改變變坡點的設計高程、改變豎曲線設計的曲線半徑和切線長度等方法進行設計。該項目于2009年開始設計，2011年建成，至今路況良好。

4結語

運用海地道路設計軟件對進場道路進行有限元建模、修正、拉坡設豎曲線，并對縱坡、坡長、豎曲線根據(jù)規(guī)范進行初步設計，再結合合理利用土石方、滿足“平包豎”、滿足汽車行駛安全等因素綜合考慮，反復驗證，將縱坡、坡長、豎曲線形式定下來。體現(xiàn)如下：

1)將9.8%的縱坡調整為8.7%的縱坡，滿足規(guī)范要求，保證行車的安全性。

2)在樁號間進行坡長計算，考慮土石方的調配問題，取最小坡長為65 m，滿足規(guī)范要求，避免急上坡及急下坡的現(xiàn)象。

3)豎曲線設計采用單曲線與復曲線進行綜合設計，采用該設計的進場道路項目從2011年建成至今路況良好，汽車爬坡、下坡安全，滿足設計和使用要求。

4)該項目的設計及使用情況對進場道路及其它山區(qū)道路的設計具有借鑒意義。

參考文獻：

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[9]范德林.關于道路線形設計的幾個問題的探討[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

基金項目：福建省中青年教師教育科研資助項目(JB13254); 福建省自然科學基金資助項目(2014J05060)

作者簡介：陳玖玲(1989-)，女，漢族，福建廈門人，閩南理工學院助教,主要從事道路工程設計施工方向研究,E-mail:310130419@qq.com. *通訊作者：楊鎏(1988-)，男，漢族，福建泉州人，閩南理工學院講師，碩士，主要從事土木工程結構方向研究,E-mail:349155076@qq.com.

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

中圖分類號：U 412.33

文獻標志碼：A

文章編號：1674-1374(2016)03-0302-05