沙漠地区高速公路设计技术研究_pdf

1、 太原理工大学硕士研究生学位论文沙漠地区高速公路设计技术研究摘 要沙漠地区有着类似的自然气候特征、筑路条件和交通状况，针对沙漠 地区进行公路建设技术研究意义重大。本文是本人在工作中系统研究了沙 漠地区路面结构、材料、设计、施工技术及环境保护等方面内容：1、沙漠地区路线设计技术研究针对沙漠地区特有的地形条件，综合研究沙漠地区路线设计技术，推 荐沙漠地区公路线形设计参数，确定合理中间带与交叉口型式，以供沙漠 地区公路路线设计参考。2、沙漠地区路基设计技术研究调查分析沙漠地区公路路基病害类型，分别研究路基高度与边坡坡度 设计技术，推荐沙漠地区公路合理路基高度与边坡坡度，提出路基边坡防 护技术，为沙漠

2、地区公路路基设计提供依据。3、沙漠地区路面材料与结构设计研究通过对沙漠地区公路路面主要病害类型进行分析，结合我国沙漠地区 典型路面结构、材料调查，进行沙漠地区路面材料组成和结构组合设计研 究，推荐包括半刚性、柔性及组合基层三种类型的沙漠地区沥青路面结构。 4、沙漠地区公路环境保护研究在对国内外沙漠地区环保措施调查分析的基础上，系统分析研究公路 建设与沿线植被物种、土质与气候等环境因素的相互影响，确定不同公路 太原理工大学硕士研究生学位论文建设阶段环境保护工作，并提出适合沙漠地区公路环境保护措施。这对于解决我国沙漠地区公路建设中需要迫切解决的难题，完善我国 沙漠地区公路建设体系，推进西部大开发战

3、略具有极为重要的现实意义。关键词：沙漠地区，路线设计，路基设计，路面设计，环境保护 太原理工大学硕士研究生学位论文STUDY ON THE DESIGN TECHNOLOGY OFDESERT HIGHWAYABSTRACTIn desert areas, studying the construction technology of desert highway isvery significant because of the similar nature, climate, condition of constructionand traffic. The paper analyzed

4、the pavement structure, material design,constructiontechnologyandenvironmentprotectionofdeserthighwaysystematically.1、Study on technology about route design of desert highwayAccording to the special terrain of desert areas, the technology about routedesign of desert highway was analyzed comprehensiv

5、ely, and the designparameters were recommended, and the reasonable type of intermediate zoneand intersection were determined. They were provided for route design of deserthighway.2、Study on technology about subgrade design of desert highwayThe subgrade disease of desert highway was investigated, and

6、 the subgradeheight and the slope angle were analyzed respectively. The reasonable subgradeI 太原理工大学硕士研究生学位论文height and the slope angle were recommended, and the protection technology ofslope was proposed. They were provided for subgrade design of desert highway.3、Study on material and structure desi

7、gn of desert highwayThe material and structure design of desert highway were studied byanalyzing the main pavement disease of desert highway and investigating thematerial composition and the structure combination of desert highway. Theasphalt pavement structures of desert highway including semi-rigi

8、d subgrade,flexible subgrade and combined subgrade were recommended.4、Study on environment protection of desert highwayBased on investigating the measures of environment protection domesticand overseas, the interaction between construction and plants, soil and climatewas analyzed systematically. The

9、 work of environment protection duringdifferent periods was determined, and the measures of environment protectionsuitable for desert highway were proposed.The purpose has very important significance on solving exigent problemsin construction of desert highway, perfecting construction system of dese

10、rthighway, and promoting strategy of western development.KEY WORDS: desert area, route design, subgrade design, pavement design， environment protectionII 太原理工大学硕士研究生学位论文第一章绪论1.1 研究背景我国是世界上沙漠面积较大、分布较广、沙漠化较严重的国家之一1，现有沙漠、戈壁和沙漠化土地面积约为 160.7 万平方公里，约占国土总面积的 16.7%，主要分布在北纬 3742 之间的区域，遍及、内蒙古、甘肃、青海、陕西、河北、吉林、辽

11、宁、黑龙江等广大地区。其中干旱区沙漠和沙漠化土地面积 87.6 万平方公里，半干旱区沙漠和沙漠化土地面积 49.2 万平方公里。我国各沙漠分布位置见图1-1。 图 1-1中国沙漠分布图 Fig 1-1Distribution Map of Desert in China在这样广袤的沙漠地区，虽然环境荒凉、人烟稀少。但在其腹地却蕴藏着丰富的资源，如石油、煤、天然气、岩盐等，同时神秘、苍凉的沙漠风光也别具特色。近些年来， 随着矿产能源开采和旅游资源开发，我国沙漠地区公路建设的速度和规模进入快速增长阶段，“八五”和“九五”期间，、内蒙和陕西等省区在沙漠地区己经修建了许多的高等级公路，在一定程度上解决

12、了沙漠地区交通难的问题。然而，这些远不能满足沙漠地区经济发展的需要。随着沙漠地区经济的迅猛发展，不论从数量上还是等级上对沙漠地区公路的要求越来越高。为了适应逐年增长的交通发展的需要，加快开发步伐，建设高 速、优质、经济的沙漠地区公路是当务之急。 1 太原理工大学硕士研究生学位论文沙漠地区气候干燥而少雨，且降雨量集中，蒸发量大，无霜期短、风大沙多，其昼夜、年内温差大，紫外线强度高。路面结构在自然环境中，受气候、温度等自然因素破坏影响很大，一般沥青路面虽然比水泥混凝土路面的韧性高，抗开裂性好，但沥青路面在强紫外线下比混凝土路面更易老化，这对路面提出了更高的抗开裂和抗紫外线要求。因此，研究路面类型适

13、应性，合理选择该地区路面类型尤为必要。 在沙漠地区，除遍地砂砾之外，很少甚至没有其他可供应的筑路材料。而且沙漠面积巨大，特别是沙漠腹地地区，从沙漠边缘运送材料至目的地，运距往往上百公里，沙漠中原本没路，运输困难很大，如果通过现有公路运输，将严重消耗现有公路的使用寿命，并且需要庞大的车队，施工组织也很困难；材料远运造成材料费用几倍至几十倍的增涨，极大增加工程投资。因此，在技术上可行的情况下，就要考虑利用当地的砂砾材料。而用砂砾材料修筑道路会产生以下问题：一是沙漠地区风沙运动剧烈，风沙运动对沙漠地区道路结构稳定度影响严重，其中风沙侵蚀可导致整个道路无法正常使用。二是由于沙漠砂砾太细，路面面层在较大

14、交通量作用下容易发生波浪、车辙、网裂等破坏， 即使采用有骨料的路面面层材料也要经受严酷的气候环境的考验。 另外，沙漠地区还常分布有盐渍土、流动或半固定风积沙不良地质地段，因此，当路线受地形、地物及指标限制必须经过不良地质路段时，需要进行特殊考虑，如果处理不当将会使道路在使用过程中产生更多的病害，不仅会加大养护难度而且道路使用性能也会下降。如何结合沙漠地区具体情况，合理选材、优化设计、科学管理与施工，从而减少路面病害，保证路面使用性能，延长路面使用寿命，同时保护沙漠地区脆弱生态系统，是目前亟待解决的重要课题。 本文针对具体问题具体分析，通过对沙漠地区路面结构、材料设计、施工技术及环境保护进行系统

15、研究，试图解决我国沙漠地区公路建设中需要迫切解决的难题，这对于 完善我国沙漠地区公路建设体系，推进西部大开发战略具有极为重要的现实意义。 1.2 研究目的沙漠地区有着类似的自然气候特征、筑路条件和交通状况，针对沙漠地区进行公路建设技术研究意义重大。通过研究，旨在：（l）使沙漠地区公路线形、材料、结构设计有据可寻，减少设计的随意性、盲目性，提高设计的合理性；（2）就地取材，降低造价； （3）指导沙漠地区公路的施工、沙害防治和养护；（4）保证沙漠地区公路功能的发挥，2 太原理工大学硕士研究生学位论文减少损坏，延长使用寿命；（5）减少公路建设对整个生存环境、生态环境及结构的影响， 实现公路建设与环境

16、保护、社会经济协调发展。 1.3 国内外研究现状世界上许多国家在沙漠地区修建了各种等级的公路，这些已建或在建沙漠公路的经验对我国进行沙漠地区公路的研究和修筑具有重要的借鉴意义29。 撒哈拉沙漠是世界上最大的沙漠。在撒哈拉沙漠国家中阿尔及利亚、利比亚的公路建设成绩突出，特别是沙漠公路的建成代表了在撒哈拉沙漠修筑公路的能力。1998 年修建的阿尔及利亚“The Sixth Highway Project”沙漠公路穿越撒哈拉沙漠北部地区，双向四车道，其路基材料采用当地沙漠砂、砾石，路面结构为 8cm 沥青混凝土面层，12cm 的沥青碎石基层和 30cm 碎石加沙漠砂嵌缝作底基层，土工布隔离流动沙层，

17、至今该公路运营良好。1983 年利比亚修建了 364km 连接南北的 Waddan-Sebha Highway 沙漠公路， 设计轴载 82kN，轴载作用次数 250 万次，设计时速 110km/h，双车道，路面结构为 5cm 的沥青混凝土面层，6cm 的沥青混凝土联结层，20cm 碎石砂砾基层。埃及也在撒哈拉沙漠里修建了 Bahariya-Cairo 沙漠公路和南部沙漠公路，这些沙漠公路交通量不大，等级较低，通常路面宽度为 7m，沥青碎石面层或者是沥青表处面层，修建基层时就地取材，采用当地的沙漠砂和砾石混合料。 美国公路发达，早在 20 世纪 60 年代就己经基本建成国道网络，美国西南部地区各

18、州沙漠地区也己通过公路连接起来，在沙漠地区公路设计、施工和养护过程中积累了许多经验。许多著名大学、研究所和企业研发部门在这方面的研究和创新也处于世界领先水平。例如 PRESTO PRODUCTS COMPANY 就在土工织物加土工格室固定沙漠砂方面取得了很大成绩， California Interstate Highway14 采 用 土 工 格 室 固 沙 技 术 穿 越Palmdale/Lancaster 地区，首先在砂基表面铺设土工布作为路面结构与砂基的隔离层， 在隔离层上铺设底基层，然后铺土工格室，再往格室里回填沙漠砂，经碾压成型后铺设沥青混凝土面层。1964 年建成的内华达州莫哈维沙

19、漠的 Interstate Highway 15 为四车道高速公路，路面结构形式为 7.6cm(0.25 英尺)沥青混凝土面层，15.25cm(0.5 英尺)水泥稳定基层和 10cm(0.33 英尺)集料基层，由于缺少高品质材料，取消了底基层。 连接阿联酋首都阿布扎比(Abu Dhabi)和经济中心迪拜(Dubai)国际标准的高速公路 (SheiKh Zayed Road)穿越阿拉伯沙漠，双向八车道，沥青混凝土路面结构。在沙漠中施 3 太原理工大学硕士研究生学位论文工时，首先由推土机找平初压，再采用土工布将路面结构与砂基隔离，多层土工布填充沙漠砂提高路基强度，最后在土工布+砂砾的路基上铺集料基

20、层和沥青混凝土面层，施工用水采取打井取水远距离运输的方式。 澳大利亚北部沿海地区公路交通发达，内陆地区人口稀少、干旱荒凉，少数公路穿越沙漠和南方各州相连，沙漠地区公路多为沥青混凝土或沥青碎石路面，澳大利亚沙漠中山脉较多，因此砂砾、砾石等基层材料丰富，路面结构基本属于常规类型。 还有国外的一些科研院所对沙漠公路作过研究也取得一定成果。前苏联 B.N.聂格达耶夫对流沙地区公路的设计、修筑与养护进行了研究，美国的 Charles H.Medonald 使用泡沫沥青稳定路基、基层和面层砂材料问题进行了研究和应用。 随着我国经济建设的发展，在沙漠地区修筑的道路越来越多，等级也逐渐提高。由于早期这些地区公

21、路往往采用跟常规地区公路相差不多的结构和材料设计，在沙漠地区严酷的气候条件下导致公路病害十分严重，从而对结构和材料设计提出了更高的要求。因此针对沙漠地区特殊的地理地质条件，从设计、施工及材料方面来探索经济合理的路面材料、加固技术、施工技术、以及新材料和新技术的应用等方面具有十分重要的社会效益和经济效益。多年来，国内科研单位在沙漠地区筑路的课题研究中取得了丰硕的成果，并在实践中得到了应用。 交通部组织、内蒙、陕西、等省区的 32 家产学研单位 200 多名科技人员，开展了共计 13 个分课题的西部交通建设科技项目沙漠地区公路建设成套技术研究，经过科研人员 7 年多时间对 60 余项主要内容的系统

22、研究和技术攻关，取得了一大批成果，在沙漠高速公路修筑技术等方面填补了国际空白；在沙漠公路自然区划、线形指标、阻沙性能指数、可调控防沙等 7 个方面取得了实质性创新；在沙漠公路设计理念、风积沙筑路技术、路面典型结构、养护技术等 10 多个方面有重大突破，解决了长期以来沙漠地区公路建设中存在的重大工程技术难题，为沙漠地区公路建设提供了先进、实用的成套技术10,11。 中国石油天然气总公司科技局在 19911995 年间组织国内多家科研单位进行了“塔里木沙漠石油公路工程技术研究”。课题对塔里木石油公路从沙漠公路选线技术、防沙治沙、路基稳定及路面结构、施工养护技术、沿线水文工程地质、评价等方面进行了研

23、究；农业大学的艾力依思木吐拉对沙漠公路的运行保障系统及 进行了研究；内蒙古公路局的方城均和巴盟公路总段的李云用风积沙作路基隔离层以防 4 太原理工大学硕士研究生学位论文止路基翻浆、保证路基在季节变化下的稳定及路面整体强度。 长安大学李健华在对沙漠地区地理和自然气候状况、沙漠路面结构和材料现状以及沙漠路面使用状况调查分析的基础上，系统地研究了沙基设计参数，给出了不同沙漠分区沙基回弹模量推荐值，推荐了常规无机结合料稳定类材料、沥青路面材料设计参数采用值；铺筑了试验路，最终提出了不同沙漠分区沙漠路面典型结构12。李洪军针对沙漠地区温差大、日照强等气候特点，研究了热老化温度和热老化时间对沥青混合料高温

24、、低温、疲劳性能的影响及紫外线对沥青混合料老化的低温和疲劳性能的影响13。 中国地质大学曹高鹏分析总结了沙漠戈壁地区季节性冻土路基冻害的现状和冻害产生的机理，进行路基的冻土力学性质试验研究，取得了不同土质随温度降低的冻胀发生趋势和强度变化趋势，并用有限差分程序验证了经过冻融循环后路基的稳定性14。 综合上述，国内外科研单位及大学对沙漠公路设计、路面结构类型、施工、防沙治沙等方面的研究取得了一定的成果，但都是针对于具体地区具体公路开展研究，有些成果不具有普遍性，只能参考部分经验，不能全盘照搬。如：塔里木沙漠公路应用的土工布砾石基层路面结构比半刚性路面在服务年限上要大打折扣。况且有的沙漠地区地下水

25、源也往往较充足，可以满足施工用水，所以在沙砾材料缺少的地区采用稳定风积沙做路面基层和底基层可以大大减少工程费用，在很多沙漠地区也是可行的。另外，在温差特别大的沙漠地区，基质沥青混凝土路面的病害可想而知，采用聚合物改性沥青混凝土路面势必增加机械设备投入，大大增加工程费用，在沙漠地区大规模的应用是不切实际的。如果采用价格低廉、施工简便且路用性能较好的改性沥青混凝土路面无疑会产生 巨大的经济和社会效益。 1.4 研究内容和方法1.4.1 研究内容1. 沙漠地区路线设计技术研究 针对沙漠地区特有的地形条件，综合研究沙漠地区路线设计技术，推荐沙漠地区公路线形设计参数，确定合理中间带与交叉口型式，以供沙漠

26、地区公路路线设计参考。 2. 沙漠地区路基设计技术研究 调查分析沙漠地区公路路基病害类型，分别研究路基高度与边坡坡度设计技术，推荐沙漠地区公路合理路基高度与边坡坡度，提出路基边坡防护技术，为沙漠地区公路路 5 太原理工大学硕士研究生学位论文基设计提供依据。 3. 沙漠地区路面材料与结构设计研究 通过对沙漠地区公路路面主要病害类型进行分析，结合我国沙漠地区典型路面结构、材料调查，进行沙漠地区路面材料组成和结构组合设计研究，推荐包括半刚性、柔性及组合基层三种类型的沙漠地区沥青路面合理结构。 4. 沙漠地区公路环境保护研究 在对国内外沙漠地区环保措施调查分析的基础上，系统分析研究公路建设与沿线植被物

27、种、土质与气候等环境因素的相互影响，确定不同公路建设阶段环境保护工作，并提出适合沙漠地区公路环境保护措施。 1.4.2阅国内外有关沙漠地区公路设计的文献，了解、掌握国内外在该领域的最新研究成果并对相关资料进行归纳总结。 （2） 实地勘测公路线型，调查沿线土质、气候、植被物种状况，在分析评价基础上，确定沙漠地区合理交叉口和中间带型式。 （3） 进行沙漠地区路基压实度和路面材料性能研究，优化路面材料组成和结构组合设计。 （4） 推荐沙漠地区路基合理高度和边坡坡度与沥青路面材料组成和典型结构。 6 太原理工大学硕士研究生学位论文第二章沙漠地区路线设计技术研究公路的平面线形设计是公路线形设计的主要内容

28、，决定了公路在建成以后所能发挥的安全性、经济性的程度。对于沙漠地区来说，路线设计尤为重要。由于沙漠地区的特有地理环境：平面一般较山区公路平直；纵断面坡度小于山区，大于平原。故而在以往沙漠公路的平面线形设计中，线形多采用长直线、大曲率半径为主，容易使驾驶员的视线不连续、视野变小，容易产生错觉，这也导致了交通事故次数的直线上升，经济损失逐渐增大。 本章针对沙漠地区特有的地形条件，综合研究沙漠地区路线设计技术，推荐沙漠地区公路线形设计参数，确定合理中间带与交叉口型式，以供沙漠地区公路路线设计参考。 2.1 沙漠地区公路选线原则2.1.1 国内外沙漠地区公路选线原则1撒哈拉西北部公路设计：撒哈拉沙漠大

29、部分面积为沙砾。、沙海仅占其面积的 20%。人烟稀少，地域辽阔，要求道路建设投资要低，撒哈拉西北部公路设计遵循下列原则： 区的设计速度应降至 75km/h； （1） 尽可能减少地面扰动，在（2） 最好把线路选择在没有的地段或从旁边通过； （3） 避开沙流地； （4） 让线路通过戈壁或粗沙地，不要通过覆盖风沙的地面； （6） 在区，道路应靠近迎风侧远离背风侧。如果有可能，道路与之间应23 倍于的高度。 2埃及：埃及国土大部分为沙漠，可耕地只占国土面积的 5%。埃及在沙漠达赫拉及哈尔加盆地西部沙漠修筑公路时，为解决沙害，在选线时，根据移动速度、距离和方向预测接近公路的时间，使选定的线路不会在近期内

30、遭到沙埋。这就是尽量避开的原则。 7 太原理工大学硕士研究生学位论文3.利比亚的沙漠设计：利比亚 80%的地面为沙漠。在沙漠公路选线和设计中，流沙地段应避免设计路堑。有时在长距离内提高路堑高度是比较经济的选择。在难以避开路堑的地方，必须把坡度设计的较为平缓。要把边坡修整圆滑，使其成为流线型，而且要减少路面的横向高差，以免引起湍流而使流沙沉积在路面上。 4.内蒙古桑根达来至公主埂沙区公路选线原则 依据该公路段所处草原牧业特点（地区边远、人烟稀少），路线尽量靠近人口相对集中的地区，以带动沿线经济发展。充分考虑积雪、沙害，尽量绕避较大沙漠分布区和地面潮湿相对集中的地段。充分利用有利地形，将路线布设在

31、迎风坡面或积沙较轻的开阔地段。设计线以包线为主，对起伏在满足路基临界填高的前提下，尽量达到填挖平衡。 2.1.2 沙漠地区公路选线原则参考国内外沙漠地区公路选线的一些原则可以总结出沙漠地区公路选线的原则。总体原则为1517： 沙漠地区选线应遵循最大社会、经济和生态效益原则。选线要密切结合风沙地貌地形特点，综合考虑多种因素、妥善处理好各种关系，在方案论证、比选的基础上，选定最优路线方案，体现公路防沙安全和公路行车的安全，做到安全选线。 在沙漠地区选择路线，应以保护和恢复生态环境为原则，做到环保优先，使路线、路基及其它人工构造物与周围环境、景观相协调，采取措施保护固沙植被的生存条件，力求在沙漠地区

32、建设公路既能改善环境又能防沙收益，保持公路畅通，最终取得最佳的生态效益和良好的社会效益。 沙漠地区地理环境复杂，风沙现象介于流动沙漠与固定沙漠之间，其选线原则应该根据实际勘察地形做出重点调整，基本调整原则有： 1. 尽量保护公路沿线植被。沙漠地区植被生存条件差，生长非常脆弱、缓慢，一旦破坏后很难恢复，选线时结合当地的条件，减少公路建设对植被的破坏。 2. 合理绕避严重病害地段。在公路建设中有盐碱化等不良地质，其处理难度大并且效果差，应当进行绕避。同时应绕避高大稳定的，防止破坏景观和避免出现公路沙害。 3.顺应自然地形。要充分利用各种有利地形，将路线尽量摆在开阔地带，的 迎风坡等地带。将线路灵活

33、的展开，避免大填大挖，防止其造成新的沙害，但在纵坡设 8 太原理工大学硕士研究生学位论文计上要防止连续起伏及纵坡过于零碎。同时要利用沙漠地区的湖盆滩地，其水文植被条 件较好，是公路选线的有利地形。 2.2 沙漠地区公路线形设计分析线形设计应根据公路等级合理利用地形，正确运用技术标准。在进行公路平面、纵 断面组合设计时，应保持线形在视觉上的连续和心理上的协调，并且注意与公路周围环境的配合，保持线形美观、安全舒适。 2.2.1路线平面线形设计分析1设计原则18（1） 沙漠地区公路的平面线形应以长直线拉大半径平曲线为主。但是选用直线时， 应根据路线所处地段、风沙地貌情况作综合考虑。通常长直线最大长度

34、不宜超过 10km。 （2） 为减轻平曲线段的公路沙害，应尽量选择较大半径的半曲线。同时，平曲线应尽量设在开阔平坦的地区。同向曲线间应设足够长度的直线，其长度以不小于实际行车速度的 6 倍为宜，不得以短直线相连。两反向曲线间夹有直线段时，其最小长度不小于实际行车速度的 2 倍为宜。 （3） 微丘区风沙地形地貌，其相对高差小于 20m 时，以采用长直线为主。 （4） 平曲线超高、加宽、长度等参照公路路线（JTG D202006）进行设计。 2平面线形设计实例 （1）拉玛干沙漠公路平曲线设计：沙漠地区道路施工困难，路基、路面和防护工程量较大，造价较高，因此要求两控制点的距离应尽可能最短，少设平曲线

35、， 尤其不宜设小半径平曲线，尽可能缩短修建里程。除高大沙山受地形限制有多处平曲线半径采用 350m 外，均采用了 500m 以上的平曲线半径。 （2）2002 年建成的塔中至且末的沙漠公路，复合型沙垄之上的梁窝状沙地及新月、新月形链和垄间低地，因其、沙垄的相对高度均在 20m 以下，均以直线方式通过。 （3）榆靖高速公路，位于陕北黄土高原北部、毛乌素沙漠南缘的长城沿线风沙区。路线总长 115.918km，路线增长系数为 1.09，全线共设平面交点 65 个，平曲线最小半 9 太原理工大学硕士研究生学位论文度占路线总长的 72.4%，反向曲线间最小长度为 204m，同向曲线间最小长度 602m，

36、最大直线长度为 1896m。 （4）阿联酋公路设计，为了减轻和消除路面积沙，在道路断面的设计中采取了诸如路面向下风侧稍抬高、尽量保持较缓的路拱，地区以平路面为主，路基的肩部修整为圆形，线路设计为大半径的曲线和较低的路堤高度。 从国内外已积累的沙漠地区公路平面线形设计中可以得知：高速公路均以大半径的曲线和长直线为主，其中榆靖高速公路最小平曲线半径为 850m，且平曲线长度占路线总长的 70%以上。 3推荐圆曲线半径 依据国内已有沙漠地区公路的设计经验以及结合沙漠地区公路设计指南，本文推荐沙漠地区高速公路的平面线形设计参数如下： （1）平曲线半径 平面线形指标中对沙漠地区公路线形影响最大是平曲线半

37、径，平曲线半径过小会引起驾驶员的紧张和不安，同时由于离心力的作用，也会影响乘客的舒适性。故而应对平曲线的半径做出一定的限制。 表 2-1 平曲线推荐最小半径 Tab 2-1Recommended Minimum Radius of Plane Curve实际设计工作中，应当设有不同的设计车速，根据表 2-1 来确定不同车速下的最小的平曲线半径。 （2）视距要求下平曲线半径 表 2-2满足视距要求的平曲线最小半径 Tab 2-2Minimum Radius of Plane Curve for Visual Range10对应距离 设计车速（km/h） 12010080停车视距（m） 21016

38、0110规范最小横净距（m） 11.0510.38.8平曲线要求最小半径（m） 499311172实际最小横净距（m） 9.69.69.6平曲线要求最小半径（m） 574333158设计速度(km/h)12010080不受限路段 最小半径(m)1000900700不设超高最小半径(m)550040004000受限路段 最小半径(m)1000700400不设超高最小半径(m)550040002500 太原理工大学硕士研究生学位论文视距是公路设计的主要因素之一，在路堑段平曲线半径过小，会因视距不良产生交通事故。停车视距按现行规范取值，实际最小横净距按沙漠公路二级路以下宽度取值。 在实际设计中，对照

39、表 2-1 与表 2-2，在满足视距与平曲线推荐最小半径的基础上， 选择合理的平曲线半径。 2.2.2 路线纵断面设计分析1设计原则 （1） 纵断面线形应与风沙地貌地形相适应，设计为视觉连续、平顺而圆滑的线形，避免在短距离内出现剧烈的起伏。在较长在连续上坡路段，宜将陡坡放在底部，接近坡顶的纵坡以适当放缓为宜。两相邻路段纵坡变化小时，竖曲线的半径尽可能放大。避免在同向竖曲线间插入短的直线坡段，反向竖曲线间最好设置长度不小于计算车速 3 秒行驶距离的直线坡段。 （2） 路线通过复杂的高大复合型沙山沙垄时，应按照多填少挖的原则来设计，并且挖方路堑长度以不超过 200m 为宜。路线通过中等高度、沙垄分

40、布段的纵坡，采用填挖方基本平衡的设计，其路堤高度以高出地面线平均高度 50100cm 为宜。路线通过移动速度较快的低矮新月形或沙地分布地段，其路堤高度以高出平均高度050cm 为宜。路线通过强度和稳定性差的淤土平地或盐渍土平地地段，不能使用就地土，可填筑风积沙，路堤平均高度以大于 80cm 为宜。 2纵断面设计实例 的两条沙漠地区公路的设计原则：最大纵坡控制在 5.5%以内；竖曲（1）线半径要放大，其凸形竖曲线半径不小于 2500m，凹形竖曲线半径不小于 2000m；在顺应自然地形又不降低纵坡标准的前提下，其最短坡长不小于 180m；路基填挖工程（2） 榆靖高速公路，位于陕北黄土高原北部、毛乌

41、素沙漠南缘的长城沿线风沙区。路线纵断面受高度和冲沟深度制约，局部地段起伏较大，全线有 10 段采用 4%的最大纵坡，整体上全线纵坡平衡，起伏平顺缓和，视觉与景观相协调。纵断面设计以宁填勿挖为原则，且路基高度为 1.5 米左右。全线平均每公里变坡 1.36 次，最短坡长300m， 平、纵面设计中注意了平纵线形配合，全线视觉良好。 11 太原理工大学硕士研究生学位论文3推荐纵断面设计参数 结合当地实际情况，并根据表 2-32-6 所推荐的设计参数数值，选取合理的纵断面设计参数。 表 2-3纵断面纵坡设计参数 Tab 2-3Design Parameters of Profile Slope表 2-

42、4推荐最大坡长 Tab 2-4Recommended Maximum Length of Slope表 2-5推荐最小坡长 Tab 2-5Recommended Minimum Length of Slope表 2-6竖曲线最小半径与最小长度 Tab 2-6Minimum Radius and Minimum Length of Vertical Curve2.3 沙漠地区合理交叉口型式分析2.3.1 交叉口位置选择公路与公路平面交叉位置，除了对地形的要求外，主要的要求体现在设计指标交叉角度和相邻交叉口的间距上，平面交叉角度应为直角或接近直角。斜交时，其锐角应不小于70；当受地形条件或其他特殊

43、情况限制时，应不小于60，否则必须采取措施，这是由于当两路交叉角很小时，交叉口的面积大，视线不良，冲突点分散，易产生斜的对向行车，颇不安全；且交叉面积大时，车辆在公路范围停留，通过的时间长，致使道路通行能力下降。同样错口非常近的两交叉口，成为两个“T”型交叉路口，在交通安全、 通行能力上都成为卡口19。 12设计速度(km/h)12010080受限段 不受限段 受限段 不受限段 受限段 不受限段 凸曲线最小半径（m）1100017000650010000300010000凹曲线最小半径（m）400060003000450020004500最小长度（m） 10010085857070设计车速(k

44、m/h)12010080不受限路段最小坡长（m） 300250250受限路段最小坡长（m） 300250250设计速度(km/h)12010080受限段 不受限段 受限段 不受限段 受限段 不受限段 纵坡坡度(%)39008001000900110090047005008006009007005600400700400设计速度(km/h)12010080不受限路段 最大纵坡（%） 335受限路段 最大纵坡（%） 345 太原理工大学硕士研究生学位论文交叉锐角小于60时的处理办法：在保证主要交通流方向线型顺畅的前提下，改造支线线型，变斜交为正交或使斜交锐角大于60。值得注意的是，对于公路与大车道

45、的交叉，这种改造尚不费事，对于公路与公路交叉，则要注意支线公路的技术指标，要充 分考虑支线公路曲线半径、相邻曲线间直线长度等要求。 2.3.2 交叉口型式平面交叉口是道路在同一个平面上相交形成的交叉口。通常有 T 形、Y 形、十字形、X 形、错位、环形等形式。如果无交通管制，车辆通过交叉口时因驶向不同而相互交叉形成冲突点，每一个冲突点实际上就是一个潜在的交通事故点。因此，在平面交叉口通常用各种交通信号灯组织交通，环行组织交通，用各种交通岛、交通标志、道路交通标线等渠化交通。根据交通特点，平面交叉口又可分为加铺转角式、分道转弯式、拓宽转弯式和环形交叉。 表 2-7平面交叉口类型及适用范围 Tab

46、 2-7Type and Application of Intersection可以看出在交通量不大时，采用转角加铺的型式，符合沙漠地区的实际情况。调查国内已有的高速公路交叉口型式，常见的转角加铺型式以 T 形交叉口与十字交叉路口作 为主要的型式，如图 2-1 与图 2-2 所示:13平交类型 采取措施 适用范围 技术控制指标 主要优缺点 交通量 转向交通 转向车速 加铺转角 用圆曲线构成加宽 少 少 右转车速低 10 25km/h转角边缘曲线半径 占地少易修建 分道转弯 设分隔岛划分车道 较大 较多 右转车速 较高 10 55km/h分道转弯半径对应半径加宽值交通岛几何尺寸 车辆以一定车速沿

47、一定方向前进，可把冲突固定在较小范围内 拓宽转弯 拓宽路口，增加加速、减速车道 较大 较多 右转弯车 速较高， 先减速后 加速 加、减速车道长以及车道宽 使右转车辆分流、合流，不影响其它车流 环式交叉 在交叉口中心设一圆形、椭圆形状中心岛 大， 500-3000辆/h(各向总数)多 20 40km/h中心岛直径交织长度环道宽度交织角进出口转弯半径环道纵坡 各向车辆均不需停车，避免大角度交叉冲突，占地面积大，车辆绕行距离长 太原理工大学硕士研究生学位论文图 2-1T 形交叉口Fig 2-1“T” Type Intersection图 2-2十字交叉路口Fig 2-2“十” Type Inters

48、ection在公路与村庄的交叉口，如有必要应做适当的渠化，渠化的一般措施有：（1）通过合理布设交通标志，地面标线，以引导车流按一定方向或路径，也可达到减少和控制冲突点的效果。（2）限制交叉口某些行驶方向。（3）当相交道路等级差别较大，或各向交通流量和重要程度差别较大时，在设计中限制次要道路的交通流向，既保证主要道路的 交通不受干扰，又提高交叉口的安全性和通行能力。 2.3.3 平面交叉口几何设计1. 平面线形设计：平面交叉范围内两相交公路应正交或接近正交，且平面线形宜为直线或大半径圆曲线，不宜采用需设超高的圆曲线。新建公路与等级较低的现有公路斜交时，交角不应小于 70。若交角过小，则次要公路在

49、交叉前后一定范围内应作局部改线。 2. 纵面线形设计：平面交叉范围内，两相交公路的纵面宜平缓。纵面线形应满足停车视距的要求。主要公路在交叉范围内的纵坡应在 0.15%3%的范围内；次要公路紧接交叉的引道部分应以 0.5%2.0%的上坡通往交叉。主要公路在交叉范围内的圆曲线设置超高时，次要公路的纵坡应服从主要公路的横坡。 14 太原理工大学硕士研究生学位论文2.4 沙漠地区合理中间带型式分析高速公路中间带由中央分隔带和其两侧路缘带组成，中央分隔带以路缘石等设施分界，在构造上起到分隔对向交通的作用，并在中央分隔带的两侧设置路缘带。路缘带主要用来保证行车所必须的侧向余度，提高行车道的使用效率，降低驾

50、驶员在超车车道行车的紧张程度，增加行车安全。同时还起到引导驾驶员的视线作用20。 各国的研究表明，中央分隔带的设置对减少恶性事故有重要的作用，而且中央分隔带的宽度对于阻止车辆冲过护栏驶入对向车道也起到一定作用，但当中央分隔带宽度大于3.0 米时，其作用不太明显。美国的研究表明，当不设护栏的中央分隔带宽度 12.0 米或者更宽时对事故率减少仍有一定的作用。因此公路应当设置中央分隔带。 高速公路中间带可以分为宽、窄两种中间带型式。对于沙漠地区地理条件宽阔，应当首选宽中间带。宽中间带对于布置优美的景观，降低夜间行车眩光的影响都会起到良好的效果。 （1）中央分隔带 中央分隔带宽度等于设施带宽和侧向安全

51、宽度 2C 之和。中间带组成见图 2-3。 设施宽度侧向余度侧向余宽中央分隔带中间带宽度图 2-3 中间带组成 Fig 2-3Structure of Intermediate Zone中央分隔带的型式主要有带路缘石的上凸型、下凹型等。上凸型能明显地显示出路形，便于引导司机视线，但其缺点是减少了有效侧向余宽，对排水不利。下凹型其优点是便于排水及增加有效余宽，但对诱导司机视线不利。 根据沙漠地区的气候恶劣，风沙较大，降水量少，故而可以采用上凸型中间带的型式。但是据研究表明，凸型中间带引起的事故率约为凹型中间带的 3 倍。综合考虑采用凹型中间带，同时采取必要措施增加司机的可见视野，防止意外交通事故

52、。 15路缘带CC 路缘带 太原理工大学硕士研究生学位论文（2） 中间带护栏 高速公路中间带护栏主要是为了防止车辆越过中央分隔带闯入对向车道而设置的。根据研究表明：该类事故随中间带宽度增加而递减，因此，中间带宽度是是否设置中间带护栏的重要依据。窄中间带一般采用刚性或半刚性护栏。半刚性护栏是一种连续的梁柱式栏结构，具有一定的刚度和柔度，以波形梁护栏为主要代表形式；宽中间带一般采用半刚性护栏或柔性护栏。沙漠地区地形开阔，路线指标高，并且交通量小，应采用宽中间带，故可采用半刚性护栏或柔性护栏。 （3） 路缘石 路缘石是设置在路面与其它构造物之间的标石，其形状有栏式路缘石和斜式路缘石两种。路缘石的型式

53、也决定了路缘石是否具有导向功能。不合理的路缘石不仅起不到导向作用，而且易使碰撞车辆保发生爆胎现象，导致车辆失控，发生严重的交通事故。路缘石基本形状如图 2-4 所示： (1)立式(2)斜式图 2-4 Fig 2-4(3)曲线式路缘石形状Curb Shape经过调查发现，目前国内绝大多数高速公路的中央分隔带采用立式路缘石，且位于护栏外侧。通过研究表明：这种型式的路缘石降低了超车道上车辆行驶的自由度，降低了通行能力；其次，路缘石高出路面并位于护栏外侧，也不合理的，但车辆与中央分隔带相撞时，路缘石不仅改变了车辆的运动方向，也改变了车辆的运动轨迹，使车辆发生 弹跳。因而路缘石应与护栏面齐平或安装在护栏后面。 2.5 本章小结本章针对沙漠地区特有的地形条件，综合研究了沙漠地区路线设计技术，推荐了沙漠地区公路线形设计参数，确定了合理中间带与交叉口型式，以供沙漠地区公路路线设 计参考。 16 太原理工大学硕士研究生学位论文（1） 依据国内已有沙漠地区公路的设计经验以及结合沙漠地区公路设计指南，推荐了沙漠地区高速公路的平面线形设计参数：平曲线半径、纵断面纵坡设计参数、最大坡长、竖曲线最小半径与最小长度及纵坡最小坡长。 （2） 通过对比分析各种公路交叉口与中间带型式，结合沙漠地区公路特点，确定沙漠地区公路应采用转角加铺交叉口型式，上凸型中间带，半刚性护栏或柔性护栏，路 缘石应与护