风积沙路基公路设计：竖曲线半径与最小长度

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【摘要】：按式（2-5）、式（2-6）计算整理后，推荐竖曲线最小半径和最小长度如表2-24所示。表2-24 竖曲线最小半径和最小长度

2.6.5.1 满足防沙要求的竖曲线

根据实际沙漠公路观测，在路侧防沙工程结构不完整或防沙工程失效的路段，若竖曲线两侧纵坡较大，凸凹形竖曲线段就时有积沙现象，尤其以凹形竖曲线路段积沙现象较普遍。为了摸清公路竖曲线段积沙的原因，经风洞试验得出如下结果：竖曲线模型比例1∶40，路面宽25 cm，边坡1∶3，纵向坡度凹形竖曲线为10%，凸形竖曲线为8%，试验风速为12 m／s。模型正交设置，两头顶风洞侧壁，路中心线与风向垂直，竖曲线的制高点和最低点在风洞轴线上，其两边与竖曲线圆滑连接，试验结果见表2-21、表2-22和图2-27、图2-28。

表2-21 竖曲线段风对公路正交作用的风速变化

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注：模拟路堤高2 m，边坡1∶3。

表2-22 不同竖曲线主要部位风速差

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图2-27 凸形竖曲线路基流场横断面（边坡1∶3，距离为5H，模型1∶40）

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图2-28 凹形竖曲线路基流场横断面（边坡1∶3，距离为5H，模型1∶40）

由图2-27、图2-28可见，对凹形竖曲线正交流场剖面，在路基前4H（H为路基高度）流体受到一定的阻滞减速，而一上路肩风速就有较大增加。路前减速是由于整个路段的阻滞，而一进口的增速是由于两侧边坡和路面的抬升、收缩作用产生的。进入路面风速又很快降了下来，一直到出口一段距离才慢慢恢复。从图上看，这个距离大约是（3～5）H。这是由于两峡谷阻滞所致。而一出口减速加剧，这又是由于出口过后路基断面扩大之故。

凸形竖曲线正交流场纵剖面与一般路堤纵向流场剖面相比，其迎风坡脚的加速作用较弱，而由于迎背风的两侧有侧向的分流与集流，致使迎背风坡脚的减速作用都得到缓解。

从表2-21及表2-22中可以看出：

（1）凸形竖曲线段路顶处风速差较小，说明路顶气流分离层厚度较薄：唯路顶与背风坡脚的风速差较大，说明背风坡脚的风影区范围较大，易形成边坡积沙。

（2）凹形竖曲线路顶两个方向的风速差甚大，在风轴断面（路基横断面）之风速差为凸形竖曲线的5.4～5.7倍；顺路中心纵向风速差为凸形竖曲线的7.9～12倍。充分说明凹形竖曲线路顶相当大范围内的气流分离层很厚，气流越路运行易产生风沙流中沙粒的坠落堆积。这便是竖曲线段凹形竖曲线处经常出现积沙的主要原因。为了防止凹形竖曲线段由于气流不畅形成积沙现象，拉纵坡时的变坡点一定要仔细推定，最好使设凹形竖曲线的纵断面高程处于不挖或少填状态，且半径应在2 000 m以上。

2.6.5.2 满足视距要求的竖曲线

对于凸形竖曲线，以改善纵坡的舒顺性，保证行车视距为依据；而对于凹形竖曲线，则主要为缓和行车的颠簸和振动，同时保证夜间行车照明视距为依据。设计时以上述不利条件下计算所得的竖曲线取值。

当用圆曲线表示时，则

R＝100×L／ω　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（2-5）

式中 R——竖曲线半径（m）。

L——竖曲线长度（m）。

ω——ω＝坡差i 1－i 2（代数差）；当ω为“＋”时为凹形竖曲线，ω为“－”时为凸形竖曲线。

为了满足驾驶员操作需要，竖曲线最小长度按3倍的计算车速（3S）的运行距离计算，如下式所示：

式中 V——计算车速（km／h）。

竖曲线半径主要对视距产生影响，在沙漠公路上根据缓和冲击、时间行程和视距三个限制因素计算，视距为控制因素，按沙漠公路小汽车实际运行速度，计算竖曲线半径，可以减少交通事故；最小长度按3S行程，不给驾驶员急促折曲的感觉。为了保持良好视距和防沙要求的线形平顺，在有条件的一般平坦沙地地形，凸形竖曲线最小半径应大于4 500 m，一般应控制在6 500 m以上。

2.6.5.3 工程量估算分析

对纵坡为7%、6%、5%三种形式的不同半径竖曲线，进行工程量估算，见表2-23。从表中可以看出：①随着半径加大工程量在成倍增大；②7%大纵坡情况下增加量大于6%纵坡和5%纵坡；③竖曲线半径每增加500 m，土方工程量增加1.3万～2万多立方米。

表2-23 竖曲线半径和工程量关系

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