談山地城市道路工程線形設計技術指標的選取

李智超

(本溪市城市建設設計研究院,遼寧 本溪 117000)

道路是城市交通的基礎,是社會經濟活動所產生車流、人流和物流的運輸載體[1],是重要的城市市政基礎設施。

山地城市道路工程是建在山地表面滿足交通功能需要的帶狀構筑物,通常包含道路線形設計和道路路基路面結構設計兩部分。道路路線設計是滿足汽車正常行駛通行的需要,路基路面是滿足汽車行駛承載能力的需要。先有道路路線設計,再有路基路面設計,可見道路路線設計在其道路工程設計中的重要性。

道路路線設計離不開設計技術指標,只有選定了設計指標,才能開展實質性的道路路線設計具體工作。特別是對山地城市的道路工程線形設計來說,設計技術指標的選取顯得更加重要,進而提出了“山地城市道路路線設計指標選取”的設計概念。

1 對山地城市及山地城市道路工程線形設計的簡單闡述

顧名思義,修建于山地區域的城市被稱為山地城市。其陡峭的地形,顯示了與平原城市截然不同的地形特征,進而增加了道路工程設計的難度和設計時需要考慮的復雜多樣的影響因素。

山地城市道路線形設計,主要包括道路的平面線形設計、縱斷面設計和橫斷面設計等,這些設計均需要設計技術指標的技術支持。道路設計技術指標是系統的、完整的,設計之前應首先確定。

山地城市以其復雜的地形、多變的要素不同于平原城市。山地城市的道路線形特點通常是“彎多路陡,地質復雜,自然與生態環境復雜”。山地城市道路工程設計需要考慮的因素較多, 除道路交通功能(道路共有的功能)外,重點要考慮地形因素、氣候因素、山體自然環境因素等,這些也是山地城市道路工程設計技術指標選取的制約因素,指標選取時必須均衡考慮。

2 山地城市的道路等級和功能定位

不同的道路在城市路網中的等級和功能是不同的,在道路設計時必須明確。

山地城市不同于平原城市,布局過于復雜,山地城市布局往往受自然地形條件的限制,形成了分散的點狀或帶狀布局[2]。常見的形式有“組團式、帶狀式、分散式”,這是山地城市空間布局的組成特點,也就形成了山地城市道路特有的“自由式、樹枝式、混合式”路網結構,道路的等級和功能也會隨著不同的布局結構而發生變化,因此必須認真分析研究。

道路等級和功能是山地城市道路工程設計首先必須確定的事項,也是道路選線、設計技術指標選取的依據之一。山地城市道路等級分為“快速路、主干路、次干路、支路”4個等級,道路功能也劃分為交通性道路和生活性道路等。山地城市的快速路和主干路主要承擔城市的交通性功能,次干路主要承擔城市交通疏解和生活性道路雙重功能,支路主要承擔城市的生活性功能。不同等級、不同功能的山地城市道路,都有相應的道路設計指標選取的要求,故必須首先科學合理地定位。

山地城市的道路的等級和功能,通常是在山地城市總體規劃階段城市道路系統規劃中確定,它是城市道路工程設計的規劃依據。

3 山地城市道路工程設計技術指標的選取

3.1 設計技術指標選取應遵循的原則

3.1.1 指標選取的規范性原則

山地城市與平原城市一樣,設計指標的選取,主要依據的是國家頒布的規范及相應的規定,規范規定是系統完整的。對復雜多變的山地城市,在設計技術指標選取過程中必須認真貫徹落實。這也就是山地城市道路設計技術指標選取的規范性原則。

3.1.2 指標選取的適度性原則

國家對城市道路設計的規范規定不是單一的,設計前,必須結合道路工程設計的特點、重要性以及道路用地的建設條件等,綜合合理地選取。對山地城市,指標選取過高,將會增加道路的設計難度,增加道路建設成本以及會影響城市建設環境,更會對工程建設的實施產生直接影響。指標選取得過低,也不利于對道路交通的使用。因此,必須堅持設計技術指標選取的“適度性原則”。

3.1.3 指標選取的針對性原則

不同區域的城市、同一地區的不同城市、山地城市與平原城市、同一城市不同的建設地點、不同等級的道路工程、不同的道路沿線用地性質等,都有各自不同的建設特點以及對交通運行環境的不同要求。道路工程設計技術指標選取時,必須有針對性地區分對待和選取,不能一概而論。

3.1.4 指標選取的可持續原則

城市是經過歷史沿革過程而形成,需要長久可持續發展的,這就需要城市道路設計技術指標的選取,也要體現這一 “可持續”原則。為滿足這一要求,道路技術指標選取時,一定要選定好道路的紅線,同時做好對山體自然環境的保護和加強道路綠化環境的建設等。

3.2 設計技術指標選取的影響因素

3.2.1 地形因素

地形是山地城市與平原城市不同的最典型的用地特征,也是影響山地城市不同于平原城市道路設計技術指標選取的最直接因素。平原城市地形平坦,受地形影響較小,指標選取比較簡單,而山地城市恰恰相反,受地形坡度影響較大,設計指標選取比較困難,一般難以滿足規范的規定要求,必須經過方案設計、技術論證、合理優化等一系列技術工作過程之后,才能最后選取。

3.2.2 氣候因素

氣候因素也是影響山地城市不同于平原城市影響指標選取的另一直接因素。汽車轉彎、爬坡都與氣候有關。特別是冰雪嚴寒的彎多路陡的東北山地城市,受冰雪的影響,汽車轉彎爬坡困難,直接影響汽車正常的安全運行。故指標選取時,山地城市必須考慮冰雪對汽車安全行駛的氣候因素影響。

3.2.3 環境因素

環境因素也是影響山地城市不同于平原城市指標選取的重要因素。山地城市與平原城市環境差別較大,山地城市的自然生態環境復雜,也很脆弱,需要共同保護。故山地城市道路技術指標的選取時,也一定要考慮地形和自然環境等因素的影響,對山體少挖少填,保護好現有地上植物資源,同時引入“以人為本”“生態城市”“可持續發展”等的設計理念,保護好我們賴以生存的家園。

3.3 設計技術指標選取的內容

根據確定的道路等級,結合道路的用地條件,來選取合適的設計技術指標。

不同等級或同一等級的道路都有不同的指標選取區間及要求,這就是設計指標的選取問題。道路設計技術指標的選取,是道路工程線形設計的依據,選取的高與低,將直接影響道路工程設計的品質及設計的成敗,對山地城市更應引起重視。

道路工程不同于建筑,它是一項滿足道路交通功能要求的帶狀構筑物,道路線形設計直接關系到道路的使用質量和交通運輸狀態[3],必須做好主要線形設計指標選取工作。

3.3.1 道路設計速度的選取

道路是各種交通方式(汽車)的載體,首先滿足的就是汽車在道路上安全行駛的要求,因此設計速度必須先期選取。

對山地城市道路設計車速按前述指標選取的“規范性、適度性、針對性”原則,建議對快速路選取80 km/h或60 km/h,對主干路選取50 km/h或40 km/h,對次干路選取40 km/h或30 km/h,對支路選取30 km/h或20 km/h。原則上,一條道路應選擇一個設計車速,對有困難的路段,可以考慮局部限制車速。具體設計時,設計速度的選取并不是一成不變的,應依據道路的功能、交通量,結合地形、沿線土地性質以及建設實施條件等因素,盡量綜合靈活確定。

3.3.2 道路圓曲線半徑的選取

城市道路平面走向一般遵循規劃紅線,在路線轉角處往往需設置平曲線[4]。

道路平面線形是由直線、圓曲線和緩和曲線組成,設計指標通常包括直線長度、平曲線長度、緩和曲線長度、圓曲線長度和圓曲線半徑等。在道路的平面線形中,主要是道路的圓曲線設計,而圓曲線設計的技術指標主要是選定圓曲線半徑。

設計時,圓曲線半徑的選取,主要依據確定的道路等級及設計車速,依據設計規范和上述確定的指標選取的原則,并結合設計實際情況靈活選取。

對山地城市道路工程設計,圓曲線半徑的選擇不宜過高。對快速路,當設計車速是60 km/h時,圓曲線最小半徑可取260 m(滿足不考慮曲線車道加寬,規范規定一般值為300 m,極限值為150 m);對主干路,當設計車速是40 km/h時,圓曲線最小半徑可取260 m(滿足不考慮曲線車道加寬,規范規定一般值為150 m,極限值為70 m);對次干路,當設計車速是30 km/h時,圓曲線最小半徑可取85 m(曲線處車道應加寬,規范規定一般值為85 m,極限值為40 m);對支路,當設計車速是20 km/h時,圓曲線最小半徑可取30 m(曲線處車道應加寬,規范規定一般值為40 m,極限值為20 m)。

3.3.3 道路縱坡度的選取

道路縱斷面設計通常包括縱坡和豎曲線(凸曲線和凹曲線),其設計指標主要有:道路縱坡、坡長、豎曲線半徑、豎曲線長度等。其中起決定性作用的設計技術指標就是道路的縱坡度值。

汽車在道路上行駛,對道路縱坡有一定的技術要求。坡度過大時,汽車上坡爬坡困難或汽車下坡也會產生安全隱患。坡度過小時,對道路排水不利,故道路縱坡設計時,必須選取合適的道路縱向坡度技術指標。

(1)道路最大坡度值

道路最大縱坡是道路縱斷面設計的主要控制指標,直接影響車輛在道路上的安全行駛。特別是對有積雪或冰凍的情況較多的山地城市,道路縱坡設計,應考慮得更加完善。

考慮北方寒冷的影響,結合規范,對冰雪寒冷的北方山地城市,建議快速路最大縱坡應取3.50%,對主干路和次干路,其最大縱坡應取6%,但經技術論證后,當設計車速是40 km/h時可取8%,當設計車速是30 km/h時可取9%。對支路,設計最大縱坡也應為6%,但經技術論證后,當設計車速是20 km/h時可取9%。對最大縱坡超過6%的道路,同時應采取一定的設計技術措施和交通管制辦法。

(2)道路最小坡度值

城市道路是帶狀構筑物,道路使用質量直接受雨水影響。為了解決道路的雨水排放問題,規范規定了道路工程設計的最小坡度。

對于山地城市,受山地地形的影響,道路的縱坡一般較大,基本滿足道路最小坡度要求。設計困難時,道路最小縱坡控制值應取0.3%,特殊困難時,道路最小縱坡控制值可取0.2%,此時應采取加大路拱橫坡、增設雨水排放設施、設置路側邊溝等必要的道路排水措施。

(3)道路橫斷面的指標的選取

山地城市的橫斷面組成與平原丘陵城市基本相同,但由于受地形和道路用地的影響,要求道路紅線不能過寬,指標不要過大。對一般山地城市,干道紅線可取25 m～40 m,車道數雙向4條或6條,支路紅線可取15 m～20 m,車道數雙向2條。因北方冰雪地區的山地城市,非機動車較少,建議與人行道同設,為與地形較好結合,橫斷面宜為單幅或雙幅。

3.4 本溪市梁山大街山地道路設計指標完成實例

本溪市位于遼寧東部山區,城區四面環山,是典型的山地城市,同時也是北方積雪較多或冰凍時間長的城市。

梁山大街位于本溪太子河新城,因北靠梁山而得名,主要承擔對外貨運交通功能,為城市主干路,路線主要沿梁山山體的山腳和地形起伏的山腰設置,是典型的山地城市道路。道路設計時遇到的主要問題是選線和設計指標的選取。經過仔細分析,綜合考慮“地形、氣候、環境”等因素的影響,堅持“規范性、適度性、針對性和可持續性”等的設計指標選取的原則,同時采取了沿等高線選線、局部采取不同的斷面形式、控制開挖深度、采取邊坡綠化等措施,解決了設計克服山地地形的難題。完成的主要設計指標是:設計車速為50 km/h,道路紅線30 m,雙向4條機動車道,預留雙向6條車道,每條車道寬度為3.50 m,道路最小圓曲線半徑為350 m,道路最大縱坡為4.65%,道路最小縱坡為0.3%。

4 結語

山地城市道路設計的實踐告訴我們,城市道路設計離不開設計技術指標的選取,它是做好城市道路工程設計工作不可欠缺的一個重要環節。設計離不開技術指標的支撐,技術指標離不開科學合理地從“道路功能定位再到設計技術指標選取”的選取過程。同時隨著三維設計的不斷推廣,道路設計者借助新的技術手段,能夠較好地完成道路幾何設計[5],只有這樣,才能更好地做好山地城市的道路工程設計工作。