谈山地城市道路工程线形设计技术指标的选取

李智超

(本溪市城市建设设计研究院,辽宁 本溪 117000)

道路是城市交通的基础,是社会经济活动所产生车流、人流和物流的运输载体[1],是重要的城市市政基础设施。

山地城市道路工程是建在山地表面满足交通功能需要的带状构筑物,通常包含道路线形设计和道路路基路面结构设计两部分。道路路线设计是满足汽车正常行驶通行的需要,路基路面是满足汽车行驶承载能力的需要。先有道路路线设计,再有路基路面设计,可见道路路线设计在其道路工程设计中的重要性。

道路路线设计离不开设计技术指标,只有选定了设计指标,才能开展实质性的道路路线设计具体工作。特别是对山地城市的道路工程线形设计来说,设计技术指标的选取显得更加重要,进而提出了“山地城市道路路线设计指标选取”的设计概念。

1 对山地城市及山地城市道路工程线形设计的简单阐述

顾名思义,修建于山地区域的城市被称为山地城市。其陡峭的地形,显示了与平原城市截然不同的地形特征,进而增加了道路工程设计的难度和设计时需要考虑的复杂多样的影响因素。

山地城市道路线形设计,主要包括道路的平面线形设计、纵断面设计和横断面设计等,这些设计均需要设计技术指标的技术支持。道路设计技术指标是系统的、完整的,设计之前应首先确定。

山地城市以其复杂的地形、多变的要素不同于平原城市。山地城市的道路线形特点通常是“弯多路陡,地质复杂,自然与生态环境复杂”。山地城市道路工程设计需要考虑的因素较多, 除道路交通功能(道路共有的功能)外,重点要考虑地形因素、气候因素、山体自然环境因素等,这些也是山地城市道路工程设计技术指标选取的制约因素,指标选取时必须均衡考虑。

2 山地城市的道路等级和功能定位

不同的道路在城市路网中的等级和功能是不同的,在道路设计时必须明确。

山地城市不同于平原城市,布局过于复杂,山地城市布局往往受自然地形条件的限制,形成了分散的点状或带状布局[2]。常见的形式有“组团式、带状式、分散式”,这是山地城市空间布局的组成特点,也就形成了山地城市道路特有的“自由式、树枝式、混合式”路网结构,道路的等级和功能也会随着不同的布局结构而发生变化,因此必须认真分析研究。

道路等级和功能是山地城市道路工程设计首先必须确定的事项,也是道路选线、设计技术指标选取的依据之一。山地城市道路等级分为“快速路、主干路、次干路、支路”4个等级,道路功能也划分为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担城市的交通性功能,次干路主要承担城市交通疏解和生活性道路双重功能,支路主要承担城市的生活性功能。不同等级、不同功能的山地城市道路,都有相应的道路设计指标选取的要求,故必须首先科学合理地定位。

山地城市的道路的等级和功能,通常是在山地城市总体规划阶段城市道路系统规划中确定,它是城市道路工程设计的规划依据。

3 山地城市道路工程设计技术指标的选取

3.1 设计技术指标选取应遵循的原则

3.1.1 指标选取的规范性原则

山地城市与平原城市一样,设计指标的选取,主要依据的是国家颁布的规范及相应的规定,规范规定是系统完整的。对复杂多变的山地城市,在设计技术指标选取过程中必须认真贯彻落实。这也就是山地城市道路设计技术指标选取的规范性原则。

3.1.2 指标选取的适度性原则

国家对城市道路设计的规范规定不是单一的,设计前,必须结合道路工程设计的特点、重要性以及道路用地的建设条件等,综合合理地选取。对山地城市,指标选取过高,将会增加道路的设计难度,增加道路建设成本以及会影响城市建设环境,更会对工程建设的实施产生直接影响。指标选取得过低,也不利于对道路交通的使用。因此,必须坚持设计技术指标选取的“适度性原则”。

3.1.3 指标选取的针对性原则

不同区域的城市、同一地区的不同城市、山地城市与平原城市、同一城市不同的建设地点、不同等级的道路工程、不同的道路沿线用地性质等,都有各自不同的建设特点以及对交通运行环境的不同要求。道路工程设计技术指标选取时,必须有针对性地区分对待和选取,不能一概而论。

3.1.4 指标选取的可持续原则

城市是经过历史沿革过程而形成,需要长久可持续发展的,这就需要城市道路设计技术指标的选取,也要体现这一 “可持续”原则。为满足这一要求,道路技术指标选取时,一定要选定好道路的红线,同时做好对山体自然环境的保护和加强道路绿化环境的建设等。

3.2 设计技术指标选取的影响因素

3.2.1 地形因素

地形是山地城市与平原城市不同的最典型的用地特征,也是影响山地城市不同于平原城市道路设计技术指标选取的最直接因素。平原城市地形平坦,受地形影响较小,指标选取比较简单,而山地城市恰恰相反,受地形坡度影响较大,设计指标选取比较困难,一般难以满足规范的规定要求,必须经过方案设计、技术论证、合理优化等一系列技术工作过程之后,才能最后选取。

3.2.2 气候因素

气候因素也是影响山地城市不同于平原城市影响指标选取的另一直接因素。汽车转弯、爬坡都与气候有关。特别是冰雪严寒的弯多路陡的东北山地城市,受冰雪的影响,汽车转弯爬坡困难,直接影响汽车正常的安全运行。故指标选取时,山地城市必须考虑冰雪对汽车安全行驶的气候因素影响。

3.2.3 环境因素

环境因素也是影响山地城市不同于平原城市指标选取的重要因素。山地城市与平原城市环境差别较大,山地城市的自然生态环境复杂,也很脆弱,需要共同保护。故山地城市道路技术指标的选取时,也一定要考虑地形和自然环境等因素的影响,对山体少挖少填,保护好现有地上植物资源,同时引入“以人为本”“生态城市”“可持续发展”等的设计理念,保护好我们赖以生存的家园。

3.3 设计技术指标选取的内容

根据确定的道路等级,结合道路的用地条件,来选取合适的设计技术指标。

不同等级或同一等级的道路都有不同的指标选取区间及要求,这就是设计指标的选取问题。道路设计技术指标的选取,是道路工程线形设计的依据,选取的高与低,将直接影响道路工程设计的品质及设计的成败,对山地城市更应引起重视。

道路工程不同于建筑,它是一项满足道路交通功能要求的带状构筑物,道路线形设计直接关系到道路的使用质量和交通运输状态[3],必须做好主要线形设计指标选取工作。

3.3.1 道路设计速度的选取

道路是各种交通方式(汽车)的载体,首先满足的就是汽车在道路上安全行驶的要求,因此设计速度必须先期选取。

对山地城市道路设计车速按前述指标选取的“规范性、适度性、针对性”原则,建议对快速路选取80 km/h或60 km/h,对主干路选取50 km/h或40 km/h,对次干路选取40 km/h或30 km/h,对支路选取30 km/h或20 km/h。原则上,一条道路应选择一个设计车速,对有困难的路段,可以考虑局部限制车速。具体设计时,设计速度的选取并不是一成不变的,应依据道路的功能、交通量,结合地形、沿线土地性质以及建设实施条件等因素,尽量综合灵活确定。

3.3.2 道路圆曲线半径的选取

城市道路平面走向一般遵循规划红线,在路线转角处往往需设置平曲线[4]。

道路平面线形是由直线、圆曲线和缓和曲线组成,设计指标通常包括直线长度、平曲线长度、缓和曲线长度、圆曲线长度和圆曲线半径等。在道路的平面线形中,主要是道路的圆曲线设计,而圆曲线设计的技术指标主要是选定圆曲线半径。

设计时,圆曲线半径的选取,主要依据确定的道路等级及设计车速,依据设计规范和上述确定的指标选取的原则,并结合设计实际情况灵活选取。

对山地城市道路工程设计,圆曲线半径的选择不宜过高。对快速路,当设计车速是60 km/h时,圆曲线最小半径可取260 m(满足不考虑曲线车道加宽,规范规定一般值为300 m,极限值为150 m);对主干路,当设计车速是40 km/h时,圆曲线最小半径可取260 m(满足不考虑曲线车道加宽,规范规定一般值为150 m,极限值为70 m);对次干路,当设计车速是30 km/h时,圆曲线最小半径可取85 m(曲线处车道应加宽,规范规定一般值为85 m,极限值为40 m);对支路,当设计车速是20 km/h时,圆曲线最小半径可取30 m(曲线处车道应加宽,规范规定一般值为40 m,极限值为20 m)。

3.3.3 道路纵坡度的选取

道路纵断面设计通常包括纵坡和竖曲线(凸曲线和凹曲线),其设计指标主要有:道路纵坡、坡长、竖曲线半径、竖曲线长度等。其中起决定性作用的设计技术指标就是道路的纵坡度值。

汽车在道路上行驶,对道路纵坡有一定的技术要求。坡度过大时,汽车上坡爬坡困难或汽车下坡也会产生安全隐患。坡度过小时,对道路排水不利,故道路纵坡设计时,必须选取合适的道路纵向坡度技术指标。

(1)道路最大坡度值

道路最大纵坡是道路纵断面设计的主要控制指标,直接影响车辆在道路上的安全行驶。特别是对有积雪或冰冻的情况较多的山地城市,道路纵坡设计,应考虑得更加完善。

考虑北方寒冷的影响,结合规范,对冰雪寒冷的北方山地城市,建议快速路最大纵坡应取3.50%,对主干路和次干路,其最大纵坡应取6%,但经技术论证后,当设计车速是40 km/h时可取8%,当设计车速是30 km/h时可取9%。对支路,设计最大纵坡也应为6%,但经技术论证后,当设计车速是20 km/h时可取9%。对最大纵坡超过6%的道路,同时应采取一定的设计技术措施和交通管制办法。

(2)道路最小坡度值

城市道路是带状构筑物,道路使用质量直接受雨水影响。为了解决道路的雨水排放问题,规范规定了道路工程设计的最小坡度。

对于山地城市,受山地地形的影响,道路的纵坡一般较大,基本满足道路最小坡度要求。设计困难时,道路最小纵坡控制值应取0.3%,特殊困难时,道路最小纵坡控制值可取0.2%,此时应采取加大路拱横坡、增设雨水排放设施、设置路侧边沟等必要的道路排水措施。

(3)道路横断面的指标的选取

山地城市的横断面组成与平原丘陵城市基本相同,但由于受地形和道路用地的影响,要求道路红线不能过宽,指标不要过大。对一般山地城市,干道红线可取25 m～40 m,车道数双向4条或6条,支路红线可取15 m～20 m,车道数双向2条。因北方冰雪地区的山地城市,非机动车较少,建议与人行道同设,为与地形较好结合,横断面宜为单幅或双幅。

3.4 本溪市梁山大街山地道路设计指标完成实例

本溪市位于辽宁东部山区,城区四面环山,是典型的山地城市,同时也是北方积雪较多或冰冻时间长的城市。

梁山大街位于本溪太子河新城,因北靠梁山而得名,主要承担对外货运交通功能,为城市主干路,路线主要沿梁山山体的山脚和地形起伏的山腰设置,是典型的山地城市道路。道路设计时遇到的主要问题是选线和设计指标的选取。经过仔细分析,综合考虑“地形、气候、环境”等因素的影响,坚持“规范性、适度性、针对性和可持续性”等的设计指标选取的原则,同时采取了沿等高线选线、局部采取不同的断面形式、控制开挖深度、采取边坡绿化等措施,解决了设计克服山地地形的难题。完成的主要设计指标是:设计车速为50 km/h,道路红线30 m,双向4条机动车道,预留双向6条车道,每条车道宽度为3.50 m,道路最小圆曲线半径为350 m,道路最大纵坡为4.65%,道路最小纵坡为0.3%。

4 结语

山地城市道路设计的实践告诉我们,城市道路设计离不开设计技术指标的选取,它是做好城市道路工程设计工作不可欠缺的一个重要环节。设计离不开技术指标的支撑,技术指标离不开科学合理地从“道路功能定位再到设计技术指标选取”的选取过程。同时随着三维设计的不断推广,道路设计者借助新的技术手段,能够较好地完成道路几何设计[5],只有这样,才能更好地做好山地城市的道路工程设计工作。