城市市政路橋線形設(shè)計(jì)應(yīng)用

林友偉

（中國(guó)華西工程設(shè)計(jì)建設(shè)有限公司，福建 福州 350000）

影響市政路橋交通安全的基本因素有人、車、路、社會(huì)環(huán)境、運(yùn)營(yíng)管理等，其中，市政路橋線形設(shè)計(jì)不僅關(guān)系到建設(shè)單位所需投入的工程成本和施工階段的工程技術(shù)難度，也決定著運(yùn)營(yíng)階段的交通安全和使用質(zhì)量。市政路橋作為線狀構(gòu)造物，其平、縱、橫線形是永久性的設(shè)計(jì)要素。路橋建成后，很難再對(duì)線形缺陷進(jìn)行補(bǔ)救，除了因返修造成的影響以外，不可避免地還會(huì)影響城市的正常運(yùn)營(yíng)。另外，公路線形設(shè)計(jì)的優(yōu)劣對(duì)交通事故的發(fā)生有一定的影響。因此，在設(shè)計(jì)階段，對(duì)線形的控制應(yīng)綜合考慮工程經(jīng)濟(jì)性、施工便捷性、交通安全性和通過(guò)舒適性。

1 市政路橋線形設(shè)計(jì)

市政路橋的設(shè)計(jì)除了要考慮經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、美觀外，還要兼顧協(xié)調(diào)、綠色、穩(wěn)定。在道路線形設(shè)計(jì)中，安全是第一控制要點(diǎn)，協(xié)調(diào)是衡量市政路橋內(nèi)部和外部線形優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)調(diào)道路及周圍地形、地物與城市環(huán)境的配合。協(xié)調(diào)性是美的本質(zhì)，市政路橋線形的美感設(shè)計(jì)，內(nèi)部體現(xiàn)在按照設(shè)計(jì)、規(guī)范及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工應(yīng)用，線條平順、合理，沒(méi)有突兀點(diǎn)等；外部體現(xiàn)在與城市環(huán)境的協(xié)調(diào)中，如與文化古跡、公園、學(xué)校、住宅區(qū)等相協(xié)調(diào)。一條城市道路建成后，與環(huán)境搭配協(xié)調(diào)，融為一體，甚至讓人感覺到道路是環(huán)境的一部分，都是不可缺少的，設(shè)計(jì)的線形無(wú)疑是成功的，也符合經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、美觀的原則。

1.1 平面線形設(shè)計(jì)

市政路橋的線形一般是依據(jù)城市道路規(guī)劃部門編制的有關(guān)規(guī)劃網(wǎng)，結(jié)合勘察和城市交通量的總體規(guī)劃目標(biāo)，研究計(jì)算得出的。由于線路的位置直接影響周圍環(huán)境和城市整體設(shè)施，因此，在平面設(shè)計(jì)中要充分考慮地形、地物的綜合布置，而且已經(jīng)確定的市政路橋的平面線路不可更改。城市道路平面設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括：確定平曲線半徑、曲直線銜接、超高點(diǎn)、加寬點(diǎn)、車輛視距及其他可能影響汽車視線的因素，主要內(nèi)容的確定是為了滿足車輛及行人安全、快捷、經(jīng)濟(jì)、舒適等要求。

1.1.1 曲線半徑

市政路橋線路中普遍使用直線，因其設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、節(jié)省線路長(zhǎng)度、便于施工，但直線的線形比較呆板，容易使駕駛?cè)藛T產(chǎn)生視覺疲勞。為適應(yīng)城市的地形、地物條件，避開線路上的障礙物，滿足城市總體規(guī)劃的需要，一般在兩個(gè)控制點(diǎn)的平面線形設(shè)計(jì)中，將兩個(gè)控制點(diǎn)用曲線連接起來(lái)，這條曲線一般稱為平曲線。平曲線各要素的幾何關(guān)系如圖1所示。

圖1 平曲線

平曲線的計(jì)算公式如下：

式中：T—切線長(zhǎng)（m）；

L—曲線長(zhǎng)（m）；

E—曲線外矢距（m）；

α—路線轉(zhuǎn)折角（°）。

市政路橋線形設(shè)計(jì)中，在選擇曲線半徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)城市規(guī)劃道路標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)、實(shí)際地形、地物條件等進(jìn)行選擇。平曲線原則上應(yīng)盡量選擇較大半徑，以提高道路使用率，一般可按照表1所列半徑為參照，在復(fù)雜地形和山區(qū)地形條件下，可選用表1中最小半徑。如果地形、地物對(duì)路橋選線有一定的限制，可考慮高架橋或事先確定曲線的切線、外矢距等數(shù)據(jù)，再根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的幾何關(guān)系，求得地形、地物限制下所能提供的最大曲線半徑。若所得曲線半徑符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，方可采用，不符合要求時(shí)，應(yīng)采取其他措施，以保證路線的運(yùn)營(yíng)條件。

表1 城市線路平曲線半徑

1.1.2 超高與加寬

曲線超高是指為了使車重的分力對(duì)抗離心力，將曲線道路的外側(cè)抬高。在城市道路各種因素的限制下，曲線不能選擇不設(shè)超高的平曲線半徑，為了保證車輛的行駛安全，可在曲線上設(shè)置超高，在直線段與超高曲線段之間的緩和段稱為超高緩和段，如圖2所示。

圖2 曲線超高

由于軸距之間的差異和后軸內(nèi)側(cè)車輪軌跡半徑較小，車輛在曲線上行駛時(shí)，為了防止內(nèi)側(cè)車輪侵占相鄰車道，需要對(duì)曲線段行車道進(jìn)行適當(dāng)加寬。市政路橋曲線上的路面加寬是利用縮小內(nèi)側(cè)路肩寬度來(lái)設(shè)置，避免了對(duì)城市整體規(guī)劃的干擾，在平曲線的兩個(gè)控制點(diǎn)之間，加寬緩和段的長(zhǎng)度與超高緩和段及緩和曲線的長(zhǎng)度應(yīng)相同。

1.2 縱向線形設(shè)計(jì)

市政路橋縱向線形設(shè)計(jì)是一條折線，一般在折點(diǎn)一定范圍內(nèi)設(shè)置豎曲線，起到緩沖過(guò)渡作用。依據(jù)城市道路等級(jí)、交通狀況、具體地形、地物等條件，縱向線形平順，以較大半徑的豎曲線來(lái)銜接折點(diǎn)，以保證行車安全和設(shè)計(jì)車速。在不設(shè)高架橋的路線上，盡量使路面設(shè)計(jì)線與地面線相接近，減少填挖土工程量和對(duì)自然因素的破壞，同時(shí)，還能避免城市內(nèi)澇。出入口作為城市道路的顯著特點(diǎn)，也是線形設(shè)計(jì)必須考慮的因素之一。

1.2.1 最大縱坡

道路的最大縱坡，首先，要考慮市政路橋行駛車輛的動(dòng)力性能，車輛要按設(shè)計(jì)速度行駛在坡道上，必須對(duì)坡度加以限制。其次，道路所在區(qū)域的自然條件也是影響最大縱坡的因素之一，如氣候嚴(yán)寒導(dǎo)致路面結(jié)冰等。最后，市政道路還要考慮行人和道路兩側(cè)的建筑物，道路兩側(cè)的建筑物對(duì)縱坡的要求較高。

1.2.2 豎曲線

通常在轉(zhuǎn)坡點(diǎn)處，為保證駕駛員視線不受阻礙，車輛不發(fā)生顛簸，都要設(shè)置豎曲線作為過(guò)渡，一般采用圓形豎曲線。豎曲線各要素的幾何關(guān)系如圖3所示。

圖3 豎曲線

豎曲線的計(jì)算公式如下：

式中：L—曲線長(zhǎng)（m）；

T—切線長(zhǎng)（m）；

E—外距長(zhǎng)（m）。

在市政路橋設(shè)計(jì)中，豎曲線取決于縱坡轉(zhuǎn)折角的大小，盡量選擇大半徑的豎曲線。為了配合沿路的建筑物，可提前在轉(zhuǎn)折角前后進(jìn)行豎曲線設(shè)置，降低轉(zhuǎn)折點(diǎn)豎曲線的幅度。對(duì)高架橋等位置，豎曲線的設(shè)置要綜合考慮橋下凈空、橋面標(biāo)高等因素。

1.3 線形組合設(shè)計(jì)

作為城市建筑物不可缺少的一部分，市政道路必須與其所經(jīng)過(guò)的區(qū)域融為一體，協(xié)調(diào)發(fā)展，因此，在線形設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮沿線建筑物。線路的平面、縱向和其他線形設(shè)計(jì)要相互協(xié)調(diào)。平面線形設(shè)計(jì)與縱向線形設(shè)計(jì)相配合的目的是發(fā)揮其各自的特點(diǎn)，在滿足汽車運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)等方面的要求外，還應(yīng)綜合考慮市政路橋配合城市的發(fā)展。如果平曲線與豎曲線重合，盡可能錯(cuò)開位置，由于地形、地物等條件限制，不能錯(cuò)開位置時(shí)，可加大豎曲線或平曲線半徑，盡量避免設(shè)置超高；在設(shè)計(jì)線形時(shí)，還應(yīng)避免在駕駛員的視線內(nèi)出現(xiàn)反復(fù)變化的線形，形成視野盲區(qū)、產(chǎn)生錯(cuò)覺，增加行車危險(xiǎn)性；考慮城市橋梁時(shí)，可根據(jù)橋梁的重要程度來(lái)確定線形，對(duì)于重要橋梁，則線路服從橋梁線形；為了保證行車的通暢性和安全性，橋面行車帶寬度與道路寬度應(yīng)一致，橋頭搭板和引道除滿足排水要求外，設(shè)計(jì)越平緩越好。

2 線形分析

2.1 平面線形分析

市政路橋平面選線應(yīng)注意的控制點(diǎn)有：與自然的協(xié)調(diào)性、不可遷移的建筑物、原有道路與規(guī)劃道路的銜接、與城市規(guī)劃進(jìn)程的同步性。市政道路平面線形規(guī)劃過(guò)程中，除了要尊重自然，還要協(xié)調(diào)縱向線形，避免出現(xiàn)復(fù)雜的線形，如果勉強(qiáng)采用復(fù)雜線形，則不僅會(huì)影響建設(shè)成本，而且會(huì)影響道路使用期間的正常運(yùn)營(yíng)，交通也不好管理；對(duì)于無(wú)法遷移的建筑物及設(shè)施，如文化古跡等，在線形規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)考慮盡量繞過(guò)；在不影響既有線路的線形條件下，根據(jù)城市規(guī)劃，可對(duì)既有線路進(jìn)行改造，對(duì)既有線路線形缺陷可采取相應(yīng)措施進(jìn)行補(bǔ)救，無(wú)法補(bǔ)救的道路，可考慮高架橋或開辟新道路。

2.2 縱向線形分析

縱向線形設(shè)計(jì)與平面線形設(shè)計(jì)相似，要盡量與平面線形協(xié)調(diào)，但需要注意的是，為了避免干擾原城市的自然地形，應(yīng)將挖填方的長(zhǎng)度控制在最小，特別是住宅區(qū)，對(duì)挖填方的控制更要嚴(yán)格，同時(shí)，要確定相應(yīng)的對(duì)策。

2.3 線形設(shè)計(jì)主要構(gòu)造物

市政路橋線形設(shè)計(jì)與其他道路線形設(shè)計(jì)相似，要求以主要構(gòu)造物為控制點(diǎn)。例如，在交叉路口、橫跨河流點(diǎn)、既有線路契合點(diǎn)等，對(duì)主要構(gòu)造物進(jìn)行分析時(shí)，不僅要對(duì)原有構(gòu)造物進(jìn)行調(diào)查，而且要對(duì)地上、地下以及領(lǐng)域內(nèi)的所有構(gòu)造物進(jìn)行摸底調(diào)查。

3 結(jié)語(yǔ)

城市市政路橋的線形設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容就是平面、縱面線形相結(jié)合的設(shè)計(jì)，再以自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境為限制條件。線形設(shè)計(jì)中，應(yīng)設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)和客觀條件的縱坡、彎道。另外，還需要將駕駛?cè)藛T的感受結(jié)合到線形設(shè)計(jì)中，避免由于道路線形給駕駛?cè)藛T帶來(lái)負(fù)面情緒，使車輛平穩(wěn)行駛，從而提高道路的安全性。市政路橋的線形設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境密切相關(guān)，重慶等山區(qū)城市應(yīng)注重平、總曲線相結(jié)合，降低路橋坡度；平原地區(qū)城市應(yīng)增加縱坡，以利于道路排水和城市內(nèi)澇，延長(zhǎng)道路的設(shè)計(jì)使用壽命。