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【关键词】 新道路 新标准 光纤
此前,我国修订了诸多的关于光纤通讯方面的规定,包括行业标准、通讯线路、传输系统、光波分复用传输系统以及宽带光纤的接入等很多的规范。近几年也相继出台新的规范,这也体现着我国的光纤技术发展到了一个新的阶段与更高层次的技术水平。所以,我国对关于光纤工程以及设计这部分有着诸多的新标准与规则。光纤通讯系列是需要走新的道路,利用新的标准来设计传输以及光纤的选择。
一、光纤的发展现状
我国的科技发展迅速,现阶段光纤已经以高密度、广分布以及大容量高速率的形式普及,所以光缆的安全性能以及可靠性就显得很重要。出现一丁点的状况,都会对社会各界产生极大的影响。
以前的维护方式太过于传统,依靠人工,并且效率很低,不能保证传输光纤的畅通。光缆在线系统给予了一项先进的维护策略,对光缆进行实时的监测监视、并且自动的将数据进行分析,还有相应的测试,将发生的问题及时的定位、派修。这样既压缩了历时,又在很大的程度上降低了损失,从而让光线能快速的运行,传输高品质的数据。
在90年代初期,才开始收集与讨论国际上的最新的资料,L.25是在1996年时,这是一部光纤网络维护建议书,对光缆的各项维护做了详细的规定。1998年,我国才颁布的中国通讯行业的标准规范。到了2004年国内的电信行业才有所发展,我国的信息产业部也就颁布了相关的验收规范,这对在线监测系统有很大的帮助,提供强有力的依据,并同时也将行业的工程建设的标准作了一定的规范。现阶段光纤系统已经在我国普及,各个主要的干线的节点都有它的存在。所以,当下实施光纤的全自动维护是势在必行的。
在国内外已经有跟多的人在研究这个项目,在某些程度上已经有诸多的产品商业化了。光纤有很多的优越性,它的原料广泛,技术发展较快,并且价格下降幅度较大,应用也非常的广泛,在很多的传输以及控制的系统中,它的信息容量很大,30THz宽带容量,抗干扰的性能极好,也有很高的抗腐蚀性。因此,光纤事业领域的飞速发展对于一个国家来说是很大的挑战与机遇。
二、光纤通讯
光纤它就是运用光纤的传输将光波信息进行迅速的传输以达到通信的目的。光纤是圆柱形状的,一根裸纤它是三层的,它里面掺合了很多的化学物质。现在有很多的光纤种类,以光纤的剖面的折射率的分布程度、传播的模式、波长以及套塑这四种分类方式来进行光纤分类。还有可以依据光纤的组成的成分,现在常见的是石英光纤,不过也还有含氟光纤跟塑料光纤。光是频率很高的电磁波,但光纤是介质波导,所以光在光纤传输上是非常的复杂的。光纤是以导光原理进行传输的,光纤传送时会发生衰减以及变畸形,也就是说输入的光的信号的脉冲跟输出的不同,基本上是脉冲的幅度以及波的形状被展宽。这种状况是因为光纤的耗损以及色散,它们是光纤传输的重要的参数,它们会限制传输的距离以及容量。
三、光缆在线监测系统
在线监测系统不仅是使用在故障的监测,它还可以讲传输的特性进行比较、进行故障的统计、一切资源的管理还有信息的这些功能。因此,设计时要有实际应用的实用性,还要考虑到以后的业务的发展。
第一,可靠性以及安全性是必须的。系统设计时最重要的指标就是可靠性以及安全性能,系统要有很强的容错性以及容灾的能力。要考虑到关键部位的冗余备份,还有要符合电信标准的电气性能的指标。最主要的是 系统要有安全的认证能力,可以识别哪些非法的用户。要将运行的状况及时的反应,不能出现漏报以及无告警报的状况。
第二,是标准化以及实用性能。光纤的设计要符合国家的相关的标准规范,还有信息产业部的有关的规范。并且设计的工作要切合实际,考虑全面。减少复杂程度,减少培训的困难与管理的极大压力。
第三,体统要求智能化以及有很大的扩展性。系统可以自动的完成一系列的工作,要有可升级的空间,要能够有面对不可预测性的发展。能够满足现代的各项管理功能,划分诸多的模块并且有不同的功能。
四、解决方案
告警监测方案,种监测方式是设立一个告警处理的监测平台,采用告警适配器来收集各种各样的告警信息,依据不同的警告实施不同的处理策略。如果线路产生问题引起业务的断链,系统可以自动的实施测试,再将结果呈现;光功率监测方案,功率在线监测方式是系统使用光功率来实施监测,各个光功率的通道门限都可以进行设置,发生故障时,就会发出警告,从而激活测试的纤芯实施更为准确的判定;光功率备纤监测方案,它主要是用主用的光纤同缆备纤然后判定主光纤的工作状况,它可以在离线的状态之下进行测试。
五、结语
光纤是现阶段最为常用的信息传递以及处理技术,它是综合了诸多的系统为一体的。光纤技术以及通信技术的不断创新与发展,在很大的程度上加快了我国的信息技术发展的脚步,我们需紧跟时代的步伐,接受光纤技术带给我们的极大的挑战以及机遇,未来信息传输以及管理光纤系统,必然会综合化、智能化。
参 考 文 献
关键词:公路工程;规范;疑问;探讨
1 引言
改革开放以来,我国公路建设取得了举世瞩目的成就,实现了公路建设的跨越式发展,为促进经济发展和社会进步做出了重要贡献。
设计工作是公路建设中的重要环节,对公路建设的质量和投资起着关键性作用。公路工程系列规范是设计工作的核心,所有的设计工作均需围绕规范这个核心进行展开。笔者一直从事公路工程的勘察设计工作,对现行规范有较深的了解。在日常工作中,笔者对规范产生了若干疑问,本文对其归纳总结后提出来进行探讨,并提出自己浅薄的见解和建议。
2 对有关疑问的探讨
2.1 关于交通量预测
现行《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)及《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)中规定:高速公路和具干线功能的一级公路的设计交通量应按20年预测,具集散功能的一级公路,以及二、三级公路的设计交通量应按15年预测,四级公路可根据实际情况确定。现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中对水泥路面设计基准期规定:高速公路和一级公路为30年,二级公路为20年,三级公路为15年,四级公路为10年。
交通荷载等级确定以及路面结构计算时,必须使用交通量预测数据。当公路设计等级为高速公路、一级公路及二级公路时,上述的交通量预测年限无法满足水泥路面设计基准期的要求。这就需要另外再补充交通量预测数据,造成重复工作,为设计工作带来不便。
从我国公路项目的运营情况来看,目前新建水泥路面的实际使用年限往往远低于上述规范规定的设计基准期。笔者建议将高速公路、一级公路及二级公路水泥路面的设计基准期进行调整,使其与交通量预测年限保持一致,更加符合水泥路面的实际使用年限,也利于提高设计工作效率。
2.2 关于路基宽度
现行《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)及《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)中对整体式路基宽度进行了规定,按照公路等级和设计速度的分类,分别规定了车道数和对应的路基宽度,并列表示出规定值。
近年来,在我国公路建设实际操作时,尤其在东部经济发达地区,除高速公路的路基宽度基本执行上述规定外,按照地方政府投资建设的规划,其它等级的公路,尤其是二级公路很难按上述规定执行,路基宽度多种多样,车道数也有变化。笔者认为,规范对地方公路的路基宽度进行规定没有必要,可去除。或者建议将上述规定值改为建议值,用来参照执行。
2.4 关于圆曲线加宽
现行《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)中对圆曲线的规定如下:二级公路、三级公路、四级公路的圆曲线半径小于或等于250m时,应设置加宽。双车道公路路面加宽值规定进行了列表阐述,并规定圆曲线上的路面加宽应设置在圆曲线内侧。
上述圆曲线加宽的规定中设置的提前条件:二级公路、三级公路、四级公路并且为双车道公路,笔者认为不够完善。因考虑以下两点:(1)一级公路设计速度为60Km/h时,其圆曲线半径小于等于250m的情况比较常见,但其车道数大于双向2车道;(2)近年来,各地所建设的二级公路并不仅限于双向2车道,双向4车道的二级公路也有建设。此两种情况下,也即非双车道的公路,圆曲线如何加宽,规范中并未涉及。
笔者对照现行的《城市道路路线设计规范》(CJJ 193-2012),其中对圆曲线加宽的规定如下:当圆曲线半径小于或等于250m时,应在圆曲线范围内设置加宽,每条车道加宽值进行了列表阐述。该规定没有道路等级和车道数的前提条件,只要圆曲线半径小于或等于250m的道路均应进行加宽,且每条车道均有加宽值。
笔者认为《城市道路路线设计规范》(CJJ 193-2012)中对圆曲线加宽的规定比较周全。建议《公路路线设计规范》中对圆曲线加宽的规定应进行完善,补充其它未提及的情况。
2.5 关于水泥路面纵缝拉杆
现行《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)中规定:纵缝拉杆的直径、长度和间距参照表1所示执行,表中拉杆尺寸表示为直径×长度×间距。
按照该规定,确定拉杆参数时,须参照面层厚度和纵缝到自由边或未设拉杆纵缝的距离两个条件。因每条纵缝均设置拉杆,故纵缝到自由边或未设拉杆纵缝的距离即为纵缝到路面边缘的距离,如此单侧每一条纵缝采用的拉杆参数均应不同,设计和施工较为繁琐。而实际设计工作中,每一条纵缝拉杆都采用了相同的参数。故笔者建议:规范中改为采用纵缝到自由边或未设拉杆纵缝的最小距离或者平均距离进行控制,明确每条纵缝的拉杆采用的参数均相同。
2.6 关于中分带防炫高度
笔者夜间在高速公路上驾车或者乘车时,当车辆行驶至半径较小、坡差较大的凹形竖曲线路段时,经常受到对向车道车辆远光灯的干扰,形成“蒸发现象”,使两车之间的物体完全淹没在灯光之中,造成较大的安全隐患。究其原因,应为凹形竖曲线路段中央分隔带内的防炫高度设置不够。
现行《公路交通安全设施设计细则》(JTG/T D81-2006)中关于竖曲线路段防炫设施高度的规定如下:当竖曲线半径小于规范所规定的一般最小半径时,应根据竖曲线前后纵坡的大小计算防炫设施的高度。一般可通过计算或计算机绘图求出竖曲线内各典型路段相应的防炫设施高度值,然后取平均值作为整个竖曲线路段的防炫设施设置高度。
笔者认为,竖曲线内防炫高度取上述平均值不够合理,应按照实际计算结果取值。因高速公路上行车速度较快,交通事故的发生只在转眼之间,采用平均值必然会产生很多防炫漏洞,留下很大的安全隐患。按照实际计算结果进行防炫高速设置,才能杜绝所有的防炫死角,保障交通安全。
2.7 关于旧路改造
随着我国交通量的快速增长,早期修建的公路基本达到了饱和,即使没有达到交通量饱和,旧路面也已经破损较为严重,旧路改造成为了现阶段我国公路建设的重要组成部分。目前公路工程系列规范中,仅《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)和《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)中有相关规定,其它的分项均采用与新建工程相同的规范。
笔者认为旧路改造工程和新建工程采用相同的规范还是有其局限性,尤其路线纵断面设计方面。以路面改善工程为例,特别是沿线城镇化较为明显的公路:此类项目路线平面基本维持旧路现状不变,纵断面则需进行调整优化。在具体纵断面设计时,往往受到以下条件的制约:①旧路现状纵断面技术标准很低,与平面技术标准相差较大,旧路横坡较为凌乱;②要求尽量利用旧路面,避免大填大挖;③必须考虑与路侧建筑物的地坪标高相适应,与其相接平顺。在上述条件的制约下,纵断面设计指标难以满足规范要求,甚至与规范要求相差较大,这就给设计工作带来了较大的困扰。
通过多年类似项目建设后的实际运营效果来看,此类路面改善项目纵断面设计指标虽然低于规范要求,但其纵坡均较小,相邻纵坡之间的坡差也较小,对行车视距基本没有影响,对行车舒适性也影响甚微,故运营后的效果较为理想。
笔者认为,相关规范应适当增加旧路改造的内容,此类路面改善工程的纵断面设计标准建议增加采用坡差进行控制的方法,以更贴合项目实际。
3 结语
公路工程系列规范是建筑法规体系的组成部分,是广大公路设计工作者必须遵守的准则和规定。在保证工程质量和安全、降低工程造价、缩短工期、节能环保、促进技术进步等方面起着显著的作用。
本文对现行规范上述若干疑问的意见和建议,希望起到抛砖引玉的作用。由于笔者水平有限,文中难免存在不当之处,望得到读者的批评、指正。
参考文献:
[1]交通运输部.《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)
[2]交通运输部.《公路路线设计规范》(JTG D20-2006)
[2]交通运输部.《公路水泥混凝土路面设计规范》(JTG D40-2011)
【关键词】公路;路线设计;若干问题;探讨
1.缓和曲线长度采用问题
直线、圆曲线、缓和曲线是公路平面线形的主要组成要素,当汽车行驶在公路上时,从直线进入圆曲线,驾驶员应逐渐改变前轮的转向角,使其适应相应半径的圆曲线,前轮的逐渐转向是在进入圆曲线前的某一路段内完成的。在直线上半径无穷大,圆曲线半径为R,从直线过渡到圆曲线,汽车的行驶曲率是不断变化的,这一变化路段即为缓和曲线段。
目前我们在公路线形设计中,一些设计人员对缓和曲线的采用存在着几种不同的情况:有的只采用《公路路线设计规范》规定的的最小缓和曲线长度,有的考虑视觉需要而采用R/9的缓曲长度;还有个别不考虑地形、地物的实际情况,采用过长的缓和曲线,因而增大了工程规模,提高了造价。本人结合设计规范和工作实践,认为决定缓和曲线长度的因素主要有四个,即:
(1)考虑离心加速度的变化率所需的长度。离心加速度从直线上的零增加到进入圆曲线时的最大值,离心加速度变化率应限制在使汽车驾驶员和乘客都感到舒适的范围内,离心加速度变化率一般为P=0.5~0.6(m/s3),缓和曲线长度Lh=0.036V3/R(m),速度单位V(Km/h)。缓和曲线长度与行车速度成正比,与平曲线半径成反比,即平线半径越小,缓和曲线愈长。
(2)考虑驾驶员操作方向盘所需的反应时间。一般驾驶员操作汽车方向盘所需要的时间,世界多数国家按行车速度行程式的3~5秒距离考虑,我国《公路路线设计规范》按计算行车速度3秒行程距离确定缓和曲线最小长度,Lh=vt=0.83V(m)。这个长度与行车速度成正比,速度越大,缓和曲线愈长,相对来说也是与平曲线半径成正比,因速度越高,平曲线半径也愈大。
(3)考虑超高所需缓和段过渡的需要。《公路工程技术标准》指出,公路设计路线设计有时以行车边缘线为旋转轴,或者车道数较多、路面较宽,则可能超高所需缓和段长段大于曲率变化的缓和段长度。
(4)考虑视觉和线形景观所需的长度。回旋曲线的基本公式为RLh=A2(A为回旋参数),也是曲线半径R越大,回旋曲线Lh越短,即长度与平曲线半径成反比。但是,为了满足视觉和景观的需要而导入R/3≤A≤R的条件式,即回旋曲线的参数必须大于R/3和小于R时才能满足视觉和景观的要求,这时回旋曲线的长度Lh=R/9~R,这时线形舒顺协调,也就是说平曲线半径越大,回旋线愈长,其长度与平曲线半径成正比。
回旋曲线能能适应各种地形、地物条件,对圆曲线或直线都不能适应的地形、地物情况下,选取适当的回旋曲线,能较好的满足约束条件,使线形较好的满足各方面的限制条件。在具体设计中,如何正确合理的采用缓和曲线长度呢?个人认为《公路工程技术标准》规定的缓和曲线最小长度和超高缓和率所需的缓和曲线长度,在任何情况下都必须满足。如视觉诱导需要,而又不过分增加工程,可采用按视觉条件要求的缓和曲线长度,一般根据计算比较取最大值(一般取5m的整倍数)。地形、地物特殊需要时,可根据实际情况采用较长的缓和曲线。缓和曲线长度除满足要求的最小值外,考虑线形组合要求,圆曲线长度Ly与级和曲线长度Lh之间的大小最好满足Lh:Ly:Lh=1:1:1:1或1:2:1为宜,以保证线形组合的协调、均衡。
2.小转角问题
公路平面线形中转角在7°以下时,曲线长度就显得比实际短,驾驶员容易产生急转弯的错觉而急忙转向,造成行车事故。转角越小愈显著。在高等级公路平面线形设计中,应尽量避免采用小转角。无论是纸上定线或是实地定线,采用小转角是较简单的布线方法,有些选线人员常以设置小转角来解决定线中遇到的困难,而要取消一个小转角常常要费很大功夫,要反复移动前后的路线,有时还要增加一些工程。对于设计速度低的公路,小转有对行车安全影响不太大,在工程艰路段个别小转角是可以的。但对设计速度高的公路设置小转角一定要慎重,同时保证圆曲线的最小长度。
3.分离式隧道处的平面布线问题
高等级公路的路面较宽,隧道的净宽也相应较宽。在高等级公路上的隧道多为分离式的,即在上、下行两个方向上各建一座隧道,但在分离式隧道两端的路基又多为整体式的,即上、下行双向都在一个平面上。分离式隧道相邻间的净距,与围岩地质条件、断面形状和尺寸、施工方法等因素而不同。如Ⅲ级围岩,相邻隧道间的最小净距为2×B(B为隧道开挖断面的宽度),双向四车道的隧道,间距一般在30~50m之间。
如何将整体式路基的中线分为分离式路基的两条中线,一般有两种作法,一种是采用设置四个小转角的简单办法,即在隧道分离前设置两个小转角,将中线分开,过隧道后又设置两个小转角,将中线合拢。这种方法虽然方便易行,但明显地降低了平面线形的标准,对行车安全十分不利,已在前小转角问题内阐述。第二种作法是适当扭动隧道轴线,延长或后退隧道两端的转角点,并在隧道两端的转角点外采用不同或相同的平曲线半径,在曲线上将中线分开,这种方法虽在定线这程中有一定的难度,但保证了平面线形的技术标准。在宽度不同的中央分隔带路或山岭区分离式路基地段,分开中线也多采用此种方法。
4.公路纵断面纵坡控制问题
(1)山岭重丘区的纵断面设计。在山岭重丘区修建高等级公路多受地形高差的控制,必须升坡(或降坡)以克服地形高差,才能使公路通到目的地,如采用纵坡过缓将延长展线距离,增长运输里程,加大工程和修建费用,如设计纵坡过大、过长,将影响汽车的行驶速度和通过能力,达不到修建高等级公路的缓流效益。我国现行技术标准,最大纵坡坡见下表:
载重汽车在水平路段上与小客车的平均速度相差不大,但在上坡道路段,载重汽车随着纵坡的加大和纵坡长度的增长,行驶速度将明显地降低。设计速度为120Km/h时,最大纵坡不大于3%,设计速度为100 Km/h时,最大纵坡不大于3%,如每吨为7.35KW的载重汽车在3%的上坡道路段,纵坡长度为800m时,行驶速度能达到60Km/h,若纵坡长度增长为1000m时,则行驶速度只能达到39km/h,纵坡长度虽只增加了200m,但行驶速度却降低了35%,所以我国规定设计速度为120Km/h的高速公路,3%的纵坡限制长度是900m。又如载重汽车在5%的上坡路段,纵坡长度为780m时,行驶速度只能达到38Km/h,即时设计速度为60Km/h的一级汽车专用公路,也不符合载重汽车容许最低速度40Km/h要求;解决这种情况的办法,一般是减小纵坡,如不可能减小纵坡则缩短坡长,如纵坡和坡长都不能改变,则只有考虑采用增设爬坡车道的办法,将慢速车辆分离出去,保证主车道的正常行驶速度和通过能力。
我国的公路交通量目前以载重汽车为主,因此,为了不影响通过能力,减少安全事故,应慎重采用过陡、过长的纵坡,如漳龙高速公路,有一段长约14Km的长连续下坡段,起点在龙岩境内的适中镇,终点在漳州南靖和溪镇,高差486米,平均纵坡3.47%,最大纵坡5.8%接近允许的极限纵坡限6%,该段道路自2002年1月开通以来,发生过多起特重大交通事故,被过路司机称为“磨鬼路段”。但在山岭重丘区,如采用过缓的纵坡,一般须提前展线或采用长隧道的方案,如采用陡坡和长坡,虽可采用短隧道的方案,但需设置爬坡车道。因此,对山岭重丘区高等级公路的纵面线形设计,一般应进行多方案的比较,对于连续上坡路段的纵坡设计,除上坡方向应符合平均纵坡、不同纵坡最大纵坡长规定的技术指标外,还应考虑下坡方向盘行驶安全,要采用运行速度对连续上坡方向的通行能力与下坡方向的行车安全进行检验;同时,从修建费用和营运费用、技术指标等进行同等深度的比较论证后,才能提出经济合理的采用方案,龙其在方案设计和初步设计阶段,更应重视方案比选工作。
(2)平原微丘区高等级公路的纵面设计。在平原微丘区设计高等级公路的纵坡,必须“精打细算”,平原微丘区的高等级公路多为填方,而填方又多要借土,借土又常要占用耕地,另外,平原微丘区的纵断面与丘陵区的纵断面不同,丘陵区的纵断有填有挖,纵坡设计线位上下一下,对工程影响不大,多挖了可减少填方,多填了可减少挖方。而在平原微丘区,路基宽30m的公路,如纵坡设计线高0.1m,一公里增加的填方量约为2000~3000m3,填方借土数量增多,相应地也将增加占用耕地的数量。
平原微丘区的地质一般多为软土地带,如纵坡设计不当,有时还将增加桥梁的长度,所以,在平原微丘区设计纵坡前,应将桥、涵、通道、立交、路基设计水位、通处下挖深度等标高都标注在纵断面图上,作为纵坡设计的“控制点”,然后才开始纵坡设计,一般应反复试坡多次,使纵断面达到最佳线位,这样设计的纵坡方案可达到经济、合理的要求。
(3)小于0.3%纵坡的设计问题。为保证挖路段、设置边沟的填方路段和横向排水不畅路段的排水,为防止积水渗入路基而影响其稳定性,应采用不小于0.3%的纵坡。当纵坡小于0.3%,将造成路面排水不良,雨天行车溅水成雾,影响行车安全。同时,在路面上积水到一定厚度后,高速行车时,在车轮与路面间产生“水膜”现象,使轮胎与路面间的摩阻力大大降低,汽车移到紧急情况需急刹车,往往刹不住,甚至刹车过急,引起车辆“飘移、甩尾、侧翻“等,常酿成严重交通事故,所以,一般要求公路的纵坡要大于0.3%,但必须设计小于0.3%的纵坡时,应将路面的横坡调大,同时边沟应作单独的纵向排水设计,防止路面积水。
5.公路平纵面线形组合问题
为保证汽车行驶的安全与舒适,应把道平、纵、横三面结合作为立体线形来分析研究。平面与纵面线形的协调组合将能在视觉上自然地诱导司机的视线,并保持视觉的连续性。保持竖曲线半径和平曲线半径大小的的均衡是线形设计的重要环节,即平曲线半径大时,竖曲线半径也要相应的大,均衡对视觉可获得美学上的满足,当平面和纵面都对司机吸引力一样时,司机的注意力就集中,汽车驾驶员和乘客对线形就会产生一种心旷神怡的感受。平曲线和竖曲线达到均衡以后,不但线形顺滑优美,而且视觉良好,行车安全舒适。平、纵曲线均衡,主要应做到以下几点:
(1)平曲线与竖曲线对应、平曲线应包竖曲线(即平包竖)能获得行驶安全及平顺优美的线形,根据透视图的分析研究,得出如下结论:平竖曲线顶点重合,为理想及满意情况;平竖曲线顶点错开1/4,为较满意情况;平竖曲线顶点错开1/2,为很差情况。配合得好的线形是竖曲线起迄点最好分别放在两个缓和曲线中间,其中任一点都不要放在缓和曲线以外的直线上,也不要放在圆弧段之内。若做不到竖曲线与平曲线较好的配合,且两者半径都小于某限度时,宁可把平竖曲线错开相当距离,使平曲线位于直线坡段上或竖曲线位于直线上。
(2)平竖曲线半径大小要均衡。研究认为:当平曲线半径在1000m以下时,竖曲线半径宜为平曲线半径的15~20倍,此时可获得视觉与工程费用经济的平衡,平纵半径的均衡指标可参考下表所列:
(3)道路线形设计时,要避免线形的突变,并以顺适的线形连接与配合。平纵面线形的组合应避免下列情况:
①凸线竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部,不得插入小半径平曲线。②凸线竖曲线的顶部或凹形竖曲线的底部,不得与反向曲线的拐点重合。③直线上的纵面线形不应反复凹凸,避免出现使司机视觉中断的线形,如驼峰、暗凹、跳跃等。④长直线或长陡坡的顶端避免小半径的曲线。⑤相邻坡段的纵坡,以及相邻曲线的半径不宜相差悬殊。⑥道路各几何部分的尺寸应圆滑渐变。
(4)要选择合宜的合成坡度。山区纵坡大的路段插入小半径曲线,合成坡度过磊,对行车安全不利,车辆易出事故。平原区,纵坡很小,平曲线变坡点附近的合成坡度过小,排水不利,妨碍高速行车,故一般不应小于0.5%,考虑行车安全,在冬季路面有积雪、结冰的地区,和自然横坡较陡峻的傍山路段,合成纵坡必须小于8%。
6.结论
文章从平面线线的缓和曲线的采用和小转角、分离式隧道、分离式路基平面布线方法、公路纵断面设计、公路路线平纵组合等方面设计时应注意的一些问题进行了研究和探讨,在实际应用中取得了较好的效果,可为公路路线设计提供一些参考。
参考文献
[1]中华人民共和国交通部.公路路线设计规范[M].北京:人民交通出版社,2006.
[2]中华人民共和国交通部/公路工程技术标准[M]..北京:人民交通出版社,2004.
关键词:高速公路不良地质 特殊性岩土 地质评价
中图分类号:U416.36+6 文献标识码:A
0 引言
随着我国高速公路通车里程的进一步增长,山区高速公路建设项目也日益增多。不良地质和特殊性岩土是山区高速公路在设计和施工过程中常常遇到的难点问题。以下结合河南省在建的登(封)至汝(州)高速公路,对高速公路沿线的不良地质和特殊性岩土进行评价研究,以期为其他山区高速公路提供经验和借鉴。
1 项目沿线地质地层岩性
登汝高速公路位于郑州登封市和平顶山汝州市,为河南省高速公路网“686”规划其中一纵S49(焦作至桐柏高速公路)登封至汝州段,也是中部地区南北向主要通道的焦作至随州至岳阳高速公路的组成部分,属G55(二广高速)和G4(京港澳高速)的加密通道。项目自S32(永登高速)禹登段卢店单喇叭互通接出,于告成西跨颖河后南行,经白坪乡、大峪乡西,在安沟水库西岸进入北汝河冲积平原,南行搭接G36(宁洛高速)。
由于受构造运动影响,登汝高速公路沿线地层变化较丰富,在中低山地貌区,基岩多出露地表。根据沿线地质调查,路区北部和南部被第四系地层覆盖,高程一般在180-370米之间,北部第四系多由冲洪积为主,厚度一般10-50米左右,南部第四系土层多有残积和洪积为主,厚度一般10-30米左右,局部厚度较大。沿颍河、汝河等河道分布的第四系全新统,岩性主要以粉土、黏性土、砂土和卵、砾石层为主。上更新统多为风力、流水作用及山区残积物质堆积形成,多为黄土状土及粘性土为主,中密、硬塑状,含钙质结核。中更新统主要分布在低山与平原交接的山前平原地区,以坡积和洪积为主。岩性以棕红色、褐红色粉质黏土层,含钙质结核及卵砾石,并夹砂、砂卵石及钙质结核富集层。路区中部主要为中低山地貌,基岩出露,多软硬互层,岩性变化较大,工程性质差别较大。
2 项目沿线不良地质与特殊性岩土
2. 1 不良地质
根据区域地质资料和路线地质调查及勘探结果,项目区内区域地质条件较复杂,地形类型多样、岩性变化繁复,但在本合同段路线范围内自然环境中未发现较大型的不良地质现象,不良地质作用主要为崩塌、滑坡、岩溶、采空区等。
1)崩塌
项目部分路段位于中低山地貌,部分地区地形陡峭,地质构造复杂加之人类活动产生的临空面,为崩塌的形成提供了空间和背景条件。崩塌、落石在项目区多有发生,多属小型崩塌,特别是在上硬下软岩组的陡坡地形区和高角度裂隙发育的陡崖区及发生在脆性岩层中,特别是区域性构造比较发育段,其稳定性差,对路线危害程度一般,主要影响桥梁安全。
2)滑坡
项目区滑坡多属潜在滑坡,覆盖层厚度一般较薄,岩性多以软岩和软硬岩互层为主,在山坡坡脚处易形成松散堆积层,堆积层底面与基岩接触面容易形成滑动面,从而形成滑坡。特别是软质岩石,如片麻岩、片岩等岩石节理裂隙发育,路线多沿冲积沟谷、山脚、半坡穿行,当岩体走向与路线走向小角度相交时,便会产生顺层边坡,挖方段存在滑坡、崩塌等的可能性。其对路线危害程度较严重,主要影响桥梁安全和路基安全。
3)岩溶
项目区部分路段岩性以寒武系石灰岩为主,加之线路区域内构造带发育,张应力、张扭应力、扭应力集中,裂隙密集。地表水、地下水多由山坡沿冲沟部位向坡脚洼地处径流运移,岩溶有自高处向低处发展的趋势。坡脚洼地处地表水、地下水强烈富集,岩溶多沿水流汇集方向、沿层间不同层理接触面、构造裂隙发育带发育,并且地表前部向深部发展。山麓斜坡岩溶表现为地表溶沟、溶槽出露,而坡脚低洼部位表现为岩溶,地下暗河及落水洞,其对路线的危害一般。
4)采空区
项目区部分路段存在采空区地表沉陷,主要为地下矿层大面积采空后,上部岩层失去支撑,产生移动变形,原有平衡条件被破坏,随之产生弯曲,塌落,以致发展到使地表下沉变形。塌陷坑在地表上表现为凹陷盆地形态,剖面形态为缓漏斗状,其四周略高,中间稍低,由于开采煤层厚度不同,覆盖层厚薄不一,形成不同程度的塌坑和积水湖,若干个塌陷坑连为一体,形成大的塌陷区。其对路线的危害程度严重。
2. 2 特殊性岩土
根据区域地质资料和路线地质调查及勘探结果,项目区内区域地质条件较复杂,地形地貌类型多样,存在特殊性岩土主要为湿陷性黄土和软弱土。
1)黄土
根据区域地质资料及土工实验,路区黄土多分布于断陷盆地和山前倾斜平原,岩性为第四系上更新统黄土状土为主,厚度变化较大,一般5-10米左右。黄土呈中密状,较硬,直立性好,力学强度较高,湿陷系数一般0.84%-2.78%,为轻微湿陷,湿陷量49.8-268.0毫米,主要为非自重Ⅰ级湿陷,局部为Ⅱ级湿陷。
2)软弱土
根据区域地质资料及钻孔资料,路区软弱土多分布在线路南段北汝河冲洪积平原阶地。岩性以粉质粘土、粉土为主,软弱土多呈透镜体存在,工程地质性质较差,影响路基和涵洞基础的稳定性。
3 特殊地质工程地质条件评价
3.1 不良地质
1)崩塌
项目部分路段位于中低山地貌,基岩多有出露,岩性以砂岩、片麻岩、石英片岩等为主,岩体节理、裂隙较发育,多强风化-中风化,极易产生崩塌。路线在该区域通过时,对发现的可能发生崩塌、落石的小型岩块或岩体进行爆破清除,减少因岩体开挖而发生崩塌和落石的影响,若崩塌、落石岩体的范围较大时可采取拉网锚固等措施进行处理。
2)滑坡
项目部分路段滑坡多为潜在滑坡,岩体顺层滑坡主要表现为风化破裂岩层沿下伏倾斜岩层的层面或软弱结构面下滑,碎裂状结构的风化岩体沿软弱结构面产生的滑坡。除地形临空、构造裂隙分割、层面产状等地质因素外,滑坡破坏的主要诱发因素为降水、流水冲蚀坡脚以及工程施工。建议设计和施工时,采取加固和抗滑等措施处理潜在的滑坡和滑塌岩土体。
3)岩溶
项目区部分路段岩性以寒武系灰岩为主,节理、裂隙密集,构造裂隙发育带发育,山麓斜坡岩溶表现为地表溶沟、溶槽出露,而坡脚低洼部位表现为岩溶,地下暗河及落水洞。建议对对已发现的小型溶洞和溶槽进行填筑处理,大型溶洞以桥梁跨越方法通过。
4)采空区
通过野外地质调查,路线部分区域存在煤矿采空区,地表多发生塌陷情况,该采空区开采煤层为二1煤和一3煤,路线经过路段上部主要以粉质黏土和碎石为主,粉质黏土多呈可塑状,碎石多呈中密-密实状,覆盖层厚度大约5-10米左右。其顶板以二叠系太原组(P)砂岩为主,砂岩饱水单轴抗压强度30-50Mpa,岩体节理裂隙发育。该采空区埋深280-350米,开采厚度大约1-3.5米,采厚比大约56-70。附近村庄多发生地表沉陷,房屋多出现裂缝。其危害程度属严重,该采空区属欠稳定-不稳定,发生地面沉陷等地质灾害的可能性大,危险性大。影响桥梁的安全和路基的稳定性,因此,建议路线避让该采空区。如果线位无法避让,建议采取注浆法进行采空区处理。
3.2 特殊性岩土
1)黄土
路区黄土多分布于断陷盆地和山前倾斜平原,岩性为第四系上更新统黄土状土为主,主要为非自重Ⅰ级湿陷。对线路路基工程,填方路段可采用挤密灰土桩或强夯进行处理,挖方路段边坡可按《公路路基设计规范》有关要求进行分析验算其稳定性,酌情采用适当的防护处理,在边沟加铺防渗布,设置排水沟等进行处理。对涵洞、通道基底范围内大面积存在湿陷性黄土的,可采用重锤夯实,并采取防水和结构措施进行处理。
2)软弱土
路区软弱土多分布在线路南段汝河冲洪积平原阶地,岩性以粉质粘土、粉土为主,埋深大约5米左右,水深一般4米左右,工程地质性质较差。对于线路区软弱土路基工程建议验算总变形量和工后变形量,并依此再酌情采用复合地基,并辅以加铺土工材料的垫层过渡处理。对于涵洞通道工程,建议根据基底压力、持力层容许承载力、下卧层强度验算及地基变形量,酌情采用复合地基处理。
4 结语
高速公路是线性工程,跨越区域广,工程质量与沿线地质情况密切相关,而选线工作是所有工作中的重中之重。因此,为了充分发挥公路工程的功能性,就要求设计人员不仅要严格坚持地形选线,更应该密切结合路区地质情况,时刻注重地质选线。
参考文献:
[1] JTG D30-2004. 公路路基设计规范[S].
【关键词】高速公路;单喇叭型互通立交;设计
单喇叭型互通式立体交叉属于T形交叉的一种, 出入口设置在同一位置,因包含有两条直接匝道、一条半直接匝道和一条环形匝道外观类似喇叭而得名,其中环形匝道道供交通量较小的一方进出。单喇叭型互通立交分为A、B两种类型,一般用于相交公路不同方向交通量相差较大,个别方向转弯交通量不大的情况。单喇叭互通立交一般情况下交叉口总通行能力6000-8000pcu,计算车速通常直行为60-120km/h,转弯为30-60km/h,占地通常为3.5-4.5公顷,单喇叭型互通立交具有较大的通行能力、较小的占地面积和收费管理方便及造价较低的特点,在设计中得到大量的应用。
1.位置的选择
影响互通立交位置的因素很多,除应满足互通立交间距、互通立交与相邻的其他有出人口的设施或隧道之间的距离要求外还应考虑公路网的现状和规划情况,并设在两相交公路线形指标良好,地形、地质、通视等条件好的位置,对与之相连的被交路也要满通量快速集散的要求,通行能力不能满足需要时,应进行改建。
主线平纵线形对互通立交位置影响较大,规范对立交范围内的主线平纵指标有明确规定,这些指标常高于正常路段标准,尤其在主线的分、合流部,应有良好的视距及较缓的纵坡,尽量避免大横坡,新建公路在路线选线及纵坡设计阶段就应综合考虑互通布设的位置,按照规范要求进行平纵面设计。改建公路增加互通立交时要在收集老路设计及竣工资料后优先选择主线指标满足要求的路段进行布设,若受地形等因素影响不得已在主线指标不满足的位置布设互通时需按规范要求对老路平纵线形改造。
2.型式的选择
左转弯交通量是A、B型喇叭选用的指标。直接式匝道利于承担较大的交通量,环形匝道则适合承担较小的交通量。当半直接匝道和环形匝道的交通量相差不大时宜优先采用A型。因地形、地物的限制或左转进入主线的交通量远大于左转驶离主线的交通量时,宜采用B型,但双车道匝道不应布置为环形匝道。
3.匝道设计
3.1匝道设计车速的选择
单喇叭型互通立交通常根据交通量多少布设各匝道,直接及半直接式匝道具有较高的平纵指标,环形匝道平纵指标较差,指标的高低决定了车辆安全运行的速度,对于指标不同的匝道应采用不同的设计车速,设计中不宜将整个喇叭型互通的所有匝道采用统一的设计速度,内环匝道设计车速最大不超过40km/h。
3.2匝道横断面的选择
单喇叭型互通立交常按匝道承载的交通量大小选择规范规定的单车道、双车道及对向分隔式双车道作为横断面型式,规范明确规定“对交通量小于300pcu/h、匝道长度等于或大于500m时,或交通量等于或大于300pcu/h但小于1200pcu/h、匝道长度等于或大于300m时,应考虑超车之需而采用单出入口的双车道型式”。设计中需要引起重视。
3.3匝道线形设计及易忽视的问题
单喇叭型互通立交匝道应根据交通量、设计速度、地形、用地条件,造价等因素确定平纵线形,在满通量和设计速度的前提下不应追求高指标造成用地和造价的大幅度提高。根据经验,对于交通量小于3000pcu/d时取极限半径或者稍大于极限半径的半径,交通量大于3000pcu/d时取一般半径或者稍大于一般值的半径,既能满通量和运行速度又能兼顾用地和造价。
平面设计中常被忽视的问题:一是线形单元的长度应大于车速的3秒行程;二是回旋线长度应不小于超高过渡所需的长度;三是对于分流鼻处的最小曲率半径规范作了严格规定,但常有设计人员在设计中对于圆曲线最小半径、缓和曲线最小参数和长度等较重视,却忽略了分流鼻端的最小曲率半径或没有引起足够重视,正确的做法是平面设计中重视分流鼻端曲率半径的设置,在后期对每处分流鼻端曲率半径进行验算,对受地形和主线线形等条件限制不易满足曲率半径的位置可考虑在匝道圆曲线之前设置两段缓和曲线迳相连接的刹车曲线的方法加以优化,此法可以较好的解决分流鼻端曲率半径不够以及分流点后缓和曲线长度过短,不能满足匝道超高过渡长度的问题。
纵断面设计中常被忽略的问题:一是不注意匝道平纵线形的组合,规范规定设计速度大于或等于60km/h的公路,应注重路线平纵线形组合设计。设计速度等于或小于40km/h的公路,参照执行。研究表明,当平曲线半径小于2000m、竖曲线半径小于15000m时,平、竖曲线的相互对应对线形组合十分重要;随着平、竖曲线半径的增大,其影响逐渐减小;当平曲线半径大于6000m、竖曲线半径大于25000m时,对线形的影响就不敏感了。单喇叭型互通立交的匝道设计速度通常为30-60km/h,但平面指标和纵断面指标通常较小,很多设计人员在匝道设计中不考略平纵组合的方法是错误的。笔者认为应不过分追求单喇叭互通立交的平纵线形组合,但在有条件时或工程量增加不大的情况下尽可能满足平纵线形的对应组合。二是匝道同主线相连接的部位,其纵面线形不连续或产生突变。
3.4匝道超高设计及易忽视的问题
匝道圆曲线所需的超高值与设计速度、圆曲线半径、公路条件、自然条件等有关,超高横坡度计算公式为:
i■=■-μ
式中:i■-超高横坡度;
V-设计速度;
R-平曲线半径;
μ-横向力系数。
计算的超高还需按运行速度检查、验算后确定,设计中容易忽视两个问题,一是地域差异对匝道超高横坡的影响,一般情况下,南方地区匝道超高不宜超过8%,合成坡度不宜大于10.5%;北方积雪冰冻区匝道超高不得超过6%,合成坡度不大于8%。二是忽视了公路路线设计规范6.5.5(2)条规定的“曲线路段内、外侧硬路肩横坡的横坡值及其方向:当曲线超高小于或等于5%时,其横坡值和方向应与相邻车道相同;当曲线超高大于5%时,其横坡值应不大于5%,且方向相同”。
3.5收费广场的设计及易忽视的问题
因收费广场通常与收费管理中心设在相同的位置,且占地面积大,故在条件允许的情况下易优先考虑选择顺应地形、地质特点,在满足土石方基本平衡的前提下尽力兼顾到少占耕地多利用荒地以降低造价。
喇叭型互通立交匝道收费广场应设置在直线或半径不小于200m的曲线上,且收费广场的纵坡不大于2%,横坡的标准值为1.5%,最大值为2%。收费广场中心断面至匝道分流点的距离不小于75m;至被交路的距离不小于150m。竖曲线半径应大于800m,且不应将收费站设置在凹形竖曲线的底部。
广场设计中最容易忽略的问题是当收费广场位于曲线特别是接近最小曲线半径的曲线上时将广场的外轮廓线设置为与平面设计线平行,这种做法导致的直接后果就是使得收费岛的设计需要迁就平面线形而做成曲线形,但实际施工中收费岛通常都是按直线设置,导致位于曲线外侧的收费车道宽度不足而内侧的车道宽度却多出一部分的情况。笔者认为当收费广场处在曲线上时应按照收费广场中心断面法线平行偏置出直线的方法偏出平行的直线外轮廓线,在广场的进出口端处再采用满足不大于规范规定的路基宽度渐变率的渐变段进行宽度的过渡,这样既能保证直线形的收费岛又能简化收费广场的水泥路面板块设计。
【参考文献】
[1]JTG D20-2006,公路路线设计规范.