高速公路设计优化指南

高 速 公 路 设 计 优 化 指 南 中建二局土木工程有限公司 目 录 一 总体原则 1 1 1 编制目的 1 1 2 总体要求 1 二 路线设计 3 三 路基路面及排水设计 4 3 1 路基设计 4 3 2 路面设计 5 3 3 排水防护设计 6 四 桥涵设计 8 五 立体交叉设计 10 5 1 分离式立交设计 10 5 2 互通式立交设计 11 六 交通工程及沿线设施设计 12 高速公路设计优化指南 一 一 路线设计路线设计 1 1 平面线形布设应顺应地形的变化 不宜追求高标准 平曲线半径 不宜超过 9000m 在确保安全的前提下 可以采用带缓和曲线的小半径平 曲线 建议选用超高值在 2 3 之间的半径 平曲线长度宜控制在 3km 以内 1 2 平面线形设计时需要兼顾纵断面设计 纵断面变坡点应与高程控 制点重合 对影响工程规模的特殊路段 适当降低纵断面指标 桥头纵坡 宜控制在 2 3 之间 选用符合视距要求的竖曲线半径 纵坡大于 2 5 时坡长宜控制在 1km 以内 高速公路纵面设计成果直接决定了路基填土高度 桥梁 互通规模 道路使用的安全 舒适性以及公路与自然环境的协调性 平缓的纵坡虽然视距 行车舒适性较好 但往往导致路基填土高度及 桥梁长度增加 因此纵断面设计是一个牵一发动全局的系统工程 1 平面设计时应同时考虑平纵组合问题 避免可能产生纵断面变 坡点为服从平纵组合需要而延展 造成路基填土高度的增加 确定经济合 理的纵断面变坡点应该与高程控制点重合 才能获得较为经济合理的纵断 面线形 2 桥梁两侧的纵坡是决定桥梁规模的重要因素 在满足桥梁通行 通航要求的条件下 尽可能采用较大的纵坡 缩短坡长 能有效降低桥梁 长度和台背填土高度 3 为了满足车辆安全行驶要求 根据车辆 大型车或拖挂车 制 动理论 对 长陡坡 纵坡大于 2 5 路段的坡长也应适当进行限制 1 3 严格控制通道的底标高 在保证排水顺畅的条件下 应尽可能下 挖被交道 降低通道底标高 平原区通道底标高只要高出周边地面 0 2 0 3m 即可 1 4 对采用主线上跨被交道的路段 在满足排水顺畅的前提下 尽可 能下挖被交道 以降低主线桥梁规模 对采用被交道上跨主线的分离式立 交 严格控制主线在段的纵断面标高 在满足路基强度和稳定性条件下 应尽可能降低路基高度 1 5 把视距验算作为安全设计的重要控制因素 重点验算互通分合流 点的视距要求 在满足规范规定的停车视距要求的同时 应采用货车停车 视距对重点路段进行验算 二 二 路基路面及排水设计路基路面及排水设计 2 1 路基设计 1 软土路基设计应根据工程地质条件 材料供应 环境和施工条件进 行多方案比选 分段 工点 进行方案设计 1 滨海相沉积 湖河相沉积的淤泥质黏土 沉降要求较高的桥头 及其他构造物两端宜采用水泥搅拌桩处治 液化砂土宜采用砂砾碎石桩处 理 一般路段的软土地基处理可进行等超载预压 塑料排水板等方案 2 桥头路段的水泥搅拌桩处理间距宜控制在 1 1 1 3m 过渡路段 的桩间距宜控制在 1 3 1 6m 之间 对采用等超载预压的路段 预压段应 超出不同处理方案交界面 10 20m 防止不同处理方案之间不均匀沉降可 能引起横向裂缝 3 粉喷桩处理软土地基适宜长度不超过 15m 超过 15m 的路段可 采用湿喷桩进行处治 对存在高含水量的深厚软土地基可考虑湿喷桩 塑 料排水板综合处治方案 2 高速公路路基填筑中 土工格栅宜运用在填塘路段 路基拼接部及 容易产生不均匀沉降的软土地基路段 1 填塘路段一般宜在河塘回填到原地面处铺设 1 2 层双向土工格 栅 2 新老路基的拼接路段 当路堤高度超过 3m 时 可在新老路基底 部铺设 2 3 层单向土工格栅 3 对采用复合地基处理的软土地基路段不应采用土工格栅 其他 路段视地基条件和稳定性 可在底部采用 2 3 层双向土工格栅 4 半填半挖路基一般需要在填挖交界处内铺设 1 2 层单向土工格 栅 目前高速公路土工格栅设置比较随意 有的采用粉喷桩复合地基处理 的路段也铺设土工格栅 但从工程实践效果看 土工格栅作用和效果并不 是很明显 又增加了投资 因此土工格栅的运用一定要针对地基条件及处 理方案确定 3 高速公路路床 80cm 填料掺灰比例应控制在 5 7 路基中部视填 料性质通过试验确定掺灰比例 掺灰比例不宜高于 5 粉性土用石灰处 治达不到规范要求时 或者粘性土石灰处治掺量过高时 可以考虑掺适量 水泥 说明 路基填料的处理应结合当地土质情况 根据不同土质特点通 过试验确定掺灰剂量 现在设计一刀切 较少考虑到土质类别 有的设计 一律采用路基填料全部掺灰处理 有的项目路床掺灰量高达 8 工程实 践表明 一般土质掺灰 5 7 都能达到相应强度要求 对于高液限粘性土 一般情况下可以通过翻松晾晒处理 粉性土用石灰处治效果较差 可以考 虑掺适量水泥 对于粘性土处治石灰掺灰量过高时 可以考虑降低石灰掺 量 改掺适量的水泥 是比较经济的做法 路基填料的处理应根据土源条 件 研究路基填料改性的必要性和掺灰剂量 4 地基条件较好的丘陵地区 挖方路堑一次性只能开挖到路床顶面 根据土层性质通过地基强度检验确定分层开挖处理方案 对承载力 180kPa 的地基 路床厚度控制在 40 60cm 路床以下填筑一层灰土或碎 石调平层 2 22 2 路面设计路面设计 1 路面设计应从抗车辙 抗水稳定性 抗反射裂缝角度优化结构设计 加强对路面结构及材料的研究 路面结构设计多元化 从单一的半刚性基 层沥青路面结构向柔性基层 混合式基层 半刚性基层并用的方向发展 加强材料参数的测试 使材料测试 混合料设计 路面结构设计一体化 目前路面设计仅限于路面结构设计 完整的路面设计应包括 路面结 构层组合设计 结构层材料组成设计 结构层厚度确定 路面使用性能与 寿命的预估 路面寿命周期内费用分析 同时路面设计标准缺乏针对性 难以保证在路面使用期内的使用性能 即路面结构设计与道路的抗车辙 抗水稳性 抗反射裂缝等路用性能脱节 基于以上的考虑和技术要求 建议将路面设计从主体工程设计中分离 开来 进行专项设计 2 为了延长沥青路面使用寿命 结合交通流量及交通组成 通道型高 速公路沥青面层厚度宜控制在 20 22cm 之间 中上面层宜采用优质改性 沥青 其他高速公路沥青面层宜控制在 18 20cm 之间 上面层宜采用优 质改性沥青 根据已经建成的沥青混凝土路面使用情况看 5 年以后相应的维修和 养护工作量增加迅速 从全寿命周期考虑路面结构组合成为优化路面设计 的重点 2 32 3 排水防护设计排水防护设计 1 四车道高速公路边沟上口宽应控制在 1 2m 以内 六车道高速公路 边沟上口宽应控制在 1 5m 以内 八车道高速公路边沟上口宽应控制在 1 8m 以内 低填方及挖方路段宜采用暗埋边沟 目前高速公路常用的底宽 60cm 上口宽 180cm 的边沟 最大能承受的 路面排水长度可达 420m 显然 这对于平原水网地区或丘陵山区都是不合 理的 这是因为平原微丘地区一般每 200 300m 有一道涵洞 一般需要的 边沟长度为 100 200m 大于 400m 的情况很少 不能以全线最大边沟长度 所需的排水断面作为全线边沟设计的标准断面 而对于丘陵山区的边沟 则由于底坡较大 坡长减小 流量增大 也不需要如此大的断面 边沟尺寸过大 导致了许多高速公路边沟与路面的不协调 有的高速 公路路基两侧甚至看上去象开了两条小渠道 影响了高速公路的美观 同 时也造成了浪费 边沟形式单一 常见的梯形浆砌片石边沟整体的视觉效 果较差 与周围的环境格格不入 边沟具体尺寸的设计较少根据水文 水力计算确定 而是一律采用相同尺寸 排水顺畅的低填方路段可以不设置边沟 需要设置边沟的路段尽可能 采用暗埋边沟 上覆 0 2 0 3m 耕植土 增加绿地面积 矩形暗埋边沟应 防止淤积 2 中分带盲沟的尺寸应控制在 40 30cm 以内 简化盲沟施工工艺 横向排水管的管径控制在 15cm 以内 横向排水管设置的间距宜控制在 80 100m 之间 在雨水量不大的地段可不设置中分带排水设施 中分带排水主要用于排除中分带表面的下渗水 该部分的渗水量有限 而且中分带的雨水下渗到土中后还有一个饱和的过程 然后水才会流出去 另一方面防渗层设置过于复杂 中分带防撞护栏的立柱在打入过程中 严 重破坏防渗层 不能形成整体而达到完全不透水的程度 因此 当盲沟积 水时 防渗层无法阻止水渗入路基 此外纵向盲沟尺寸偏大 横向排水管 设置过于密集 根据中央分隔带在施工期间及完工以后的排水功能要求 由于完工后 中央分隔带下渗水量很有限 排水能力满足了施工期间的排水要求 即满 足了完工后中央分隔带的排水要求 因此 中央分隔带排水设施的尺寸大 小 需要结合区域雨量条件进行相应的计算确定 3 路面及边坡坡面径流水的排除 需要根据路基填料的性质确定 1 粉砂土及膨胀土可考虑集中排水 采用集中排水的路段边坡不 宜采用全防护 2 粘性土路基可采用漫流排水 4 防护应与排水相结合 尽可能采用生物防护 减少圬工砌筑数量 1 路基填土高度低于 4m 的路段 宜采用流线型缓坡 防护可采用 花灌草及乔灌木草相结合的方式 美化 绿化视觉环境 2 填筑高度大于 4m 的路段及挖方路段 结合先进的植被技术 例 如三维植被网护坡 客土喷播护坡 厚层基材喷射植被护坡等新工艺 增 加绿化面积 侧重护坡道及边沟外侧的环境整治 三 三 桥涵设计桥涵设计 3 1 优化桥跨布置 尽可能降低桥梁建筑高度 1 桥梁净空满足公路建筑限界规定的净宽富裕值一侧一般 5 Cos m 说明 在桥梁净空满足设计洪水流量要求或公路建筑限界规定的情 况下 设计对于净空富裕量的重视不够 富裕量大 必然导致桥梁跨径增 大 建筑高度增加 桥长加长 近年来 高速公路平均填土高度一般在 3 0m 左右 对于正交桥梁 按路堤高度 3m 边坡坡率 1 1 5 桥墩设置 在坡脚附近计算 0 75 土路肩 3 1 5 5 25m 净宽富裕值一侧按 5 Cos m 控制是适当的 按此计算 六车道高速公路支线上跨桥 当 中分带设墩时 跨越主线的跨径为 34 5 2 1 5 3 Cos 21 75 Cos 在桥梁建筑高度不变的情况下 富裕值的限制可以不受此限 2 主线桥梁线形应与路线布设相互协调 但被交叉河流或道路 尤其是地方道路 可以通过适当改移 以减小桥梁交叉角度和跨径 某高速公路跨一座跨线桥 由于与被交道交叉角度大 采用了 5 41 m 斜桥正做 错墩布置的形式 上部结构建筑高度 240cm 桥梁长度 长 外观效果不好 3 对于现状为二级以下公路 规划为一级公路或城市道路的被交 道 一般均应在中分带或侧分带中设墩 以减小桥梁跨径和建筑高度 4 桥梁全长 120m 时 宜采用先张法预应力混凝土简支空心板 以有效降低建筑高度 缩短桥长 装配式部分预应力混凝土连续箱梁或现浇连续箱梁梁高较先张法预应 力混凝土简支空心板高 在满足相同净空要求的条件下 采用不同的结构 对桥梁长度有较大影响 以六车道高速公路为例 20m 空心板建筑高度为 1 36m 组合箱梁为 1 65m 现浇箱梁为 1 83m 考虑到高速公路对行车舒 适性要求高 将采用空心板的桥梁全长控制在 120m 以内 这样 一般跨 河桥梁均可采用空心板 对有景观要求的跨路桥梁 在对桥墩进行特殊设 计满足美观要求情况下 也可采用空心板梁桥 3 2 因地制宜 合理确定路桥分界高度 1 考虑桥位所处区域 根据工程地质条件 通过技术经济比较 平原地区主线桥梁路桥分界高度宜控制为 5m 7m 支线上跨桥梁的分界高 度可以适当提高 2 丘陵地区结合土方调配 路基稳定计算 通过技术经济比较 确定合理的填筑高度 对于微丘区 最大分界高度应控制在 10m 以内 现行设计确定的路桥分界高度为地质条件差的路段 5m 6m 地质条件 好的路段 6m 7m 这一规定仅适用于平原地区 对于丘陵地区不够合理 3 3 为提高混凝土浇筑质量 现浇钢筋混凝土结构主筋最小间距一般 应 9cm 否则应通过调整结构尺寸或提高混凝土和钢筋的强度等级来满 足受力要求 以往设计中现浇钢筋混凝土结构为避免开裂 钢筋用量偏高 且布置 密集 影响了施工质量 3 4 对于现浇预应力混凝土结构 当钢束张拉长度 125m 时 宜分段 浇筑 张拉 并应使分段长度合理 将平均预应力损失控制在 25 以内 现浇预应力混凝土结构 当施工分段不够合理时 预应力损失偏大 不能充分发挥预应力材料效应 3 5 一联全部采用独柱墩的桥梁 联长应 125m 当采用独柱墩的桥跨联长较长时 桥梁的横向稳定性不够 3 6 重视承台设计计算 保证结构使用安全 由于六车道 八车道高速公路的修建 在相同跨径时 承台的受力已 较四车道高速公路有较大变化 今后应按照新规范的要求 重视承台设计 以保证结构安全使用 3 7 主线桥梁宜采用钻 挖 孔桩基础 支线上跨桥梁根据地质条件 采用桩基础或扩大基础 以节约工程造价 高速公路设计中 不论地质条件如何 桩基础采用普遍 设计应结合 工程地质特点 有针对性选择基础形式 3 8 涵洞设计优先选用管涵 1 涵洞形式 在满足设计洪水流量安全通过的条件下 尽可能采 用管涵 2 涵底标高 考虑河沟清淤 一般应设置在原河沟底标高下 0 3m 处 3 涵顶标高 无压涵洞内顶点至最高流水面的净高除满足规范要 求外 一般应 1m 涵洞设计中 以往箱涵采用偏多 对于水面宽而水深较浅的河沟 采 用大孔径标准箱涵 涵顶标高较高 设置箱涵段路基易发生不均匀沉降问 题 四 四 立体交叉设计立体交叉设计 4 14 1 分离式立交设计分离式立交设计 上跨高速公路桥梁是高速公路景观要素的重要组成 总体要求跨线桥 设计中要做到因地制宜 结合周围环境 做到和谐统一 1 上跨天桥结构尺寸的比例协调是最基本的要求 2 上部结构的底面要有良好的整体性 避免产生突弯的折面 因 此 跨线桥上部需多采用无盖梁现浇结构 3 下部结构不宜形式单一 应采用不同结构的形式 取得较好的 视觉效果 4 视距范围内的上跨高速公路桥梁两端的锥坡和台前溜坡的防护 式也需要结合地形 采用放缓边坡和植种绿草 低矮灌木或爬藤类植物 遮盖生硬的混凝土给人的视距障碍 营造柔和优美的视觉环境 4 24 2 互通式立交设计互通式立交设计 严格控制互通规模 适当降低互通匝道的设计时速 1 当与集散公路或开放的干线公路时 匝道设计速度控制在 30 40km h 之间 2 枢纽互通的匝道设计速度控制在 40 60km h 之间 3 对采用较低设计速度的匝道 可适当增加减速车道的长度 或 通过设置荡带来强制减速 保证驶离高速公路的车辆行车安全 造成互通规模较大的原因是匝道设计速度受到主线设计速度的影响 普遍采用较高的指标 强调了流出车辆能顺畅 快捷的通过互通 保持交 通流的稳定流甚至自由流 然而根据高速公路互通的使用情况来看 几乎 不存在由于匝道通行能力低而出现交通堵塞 进而影响主线交通的现象 因此 适当降低互通匝道的设计速度并不会造成互通能力的下降 当然必须处理好车辆流出 流入的安全问题 车辆从主线上高速行驶 到匝道上低速行驶之间的过渡 需要设置足够的减速车道长度 也可以通 过在减速车道上设置振荡线来强制减速 4 3 一般互通立交 尽可能采用被交道上跨主线方案 有利于缩小互 通规模 互通范围内若采用主线上跨被交道 由于视距要求 需要提高纵断面 指标 同时对分合流点的设置位置要求也较高 为了避免主线桥梁的开叉 设计难度 设计人员通常使分合流点避开主线桥梁 因而也在一定程度上 也造成互通规模较大 4 4 在转向交通量 1500pcu h 时 双车道匝道采用单匝道出入口设计 不必设置辅助车道 互通匝道有双车道匝道时 为保证主线车道平衡设置了长达 400m 的 辅助车道 造成规模较大 4 5 在用地紧张的特殊路段 互通形式可以考虑用地范围较小的菱形 或半苜蓿叶型 目前高速公路与集散公路交