浅议城乡规划中的道路设置

　　【摘要】在城乡规划中，道路设施建设至关重要。乡镇向城市发展,往往使原有的乡间公路变成了连接城乡的主要干道。但由于公路标高和城市路网的标高不近一致,使竖向规划及雨水排除组织常出现矛盾。本文对此略谈几点体会。
　　[关键词]城乡规划、道路设置、行驶舒适感、工程造价、路面结构
　　随着中国农村向城市化发展步伐的加快，连接城乡之间的公路问题也日趋严重。公路与城市道路,都是主要为机动车提供快捷、安全、舒适的交通条件,但侧重有所不同。《城市道路设计规范》中规定有城市道路的最小纵坡，这是基于方便排除路面积水,保护道路结构稳定的考虑；另一方面，进一步降低最小纵坡，对于改善道路行驶舒适感、降低工程造价、保护路面结构等方面也有着一定的积极作用。而乡村公路则对道路的最小纵坡没有严格要求。如此一来，如何在城市道路和乡村公路设计取向上进行协调与统一，就成为设计师们长期争论的课题之一。笔者认为，既然是乡村城市化建设，那么与之配套的相关设施也要按照城市标准来进行。
　　一、统一最小纵坡问题
　　在地势相对较为平缓的城市用地中进行道路设计时，设计师出于道路自身纵向平顺性和行驶舒适的要求，往往都有着尽量降低道路纵坡，甚至采用平坡的设计需求。与城市用地相比，乡村地势坡度突显，自然标高起伏较大，山地丘陵地带增多，这就涉及到如何统一城乡道路的坡度设计问题。现行《城市道路设计规范CJJ37-90》（后文简称《规范》）中对城市道路的最小纵坡设置进行了规定。《规范》出于便于排除路面积水的考虑，规定：“（城市）道路最小纵坡应大于或等于0.5%，困难时可大于或等于0.3%”。然而在实际工作中，通过查阅大量的城市道路设计图纸我们发现，0.3%——这一《规范》规定中困难时方采用的最小纵坡却是诸多城乡公路改造设计中采用频率最高的道路纵坡。
　　这一现象的凸现告诉我们，在实际设计过程中，设计师们虽然有着进一步降低道路纵坡的动因，但往往受到《规范》约定的制肘，不得不在设计中频频采用0.3%——这一《规范》约定中的最小纵坡。然而，进一步的技术分析显示，如果能够在《规范》约定的基础上进一步降低道路纵坡，对于提高道路行驶舒适感、降低工程造价、保护路面结构等方面都有着更为积极的实际作用。因此，进一步深入探讨城乡规划中道路最小纵坡设置问题对于改善城乡道路设计有着一定的实际意义。
　　二、最小纵坡设置对于道路排水的实际作用
　　不少设计师认为，在降雨量较大、路面发生漫水现象比较频繁的一些城市中进行道路设计时，严格按照《规范》要求设置道路最小纵坡是十分必要的。然而，让我们来看一个简单的水力学方面的常识：当水头高差和排水口径相同时，排除相同体积水体所需的时间与所用容器的形状无关。具体到道路排水问题，假设漫水时，路段表面积水量及雨水口的面积总和相同，则路面坡度大小（包括平坡设计的情况）对于排水所用的时间是没有影响的。实际上从上述角度考虑，对于排除路面漫水来说，适当加密雨水口、增大雨水口面积、选择适合的雨水口（管）径远比设置0.3%的道路最小纵坡更具实际意义。
　　其实，道路表面的实际坡度是由纵向坡度和横向坡度合成的复合坡度，而这一复合坡度最终将区段路面的积水汇集至车道边缘的侧平石处。此时，只要在平石表面设置一定的沿纵向的坡度（即锯齿状边沟），就可以起到将路侧积水汇集至雨水口的作用。而在这个过程中，即便道路纵向设置为平坡，其对于排水的实际影响也是非常小的。
　　通过分析我们看到，设置道路最小纵坡对于排除路面积水的实际作用可能并没有我们最初认为的那样有效，而且通过改进道路的一些附属设施的构造，同样可以借助道路横坡来实现路面排水的功能需求。
　　三、降低最小纵坡对于改善行驶舒适感的意义
　　1、道路纵坡曲线对于行驶舒适感的影响
　　道路的纵坡曲线一般是由圆曲线、直线段以及两者之间的缓和曲线相衔接而成的。根据圆周运动的力学原理，当车辆行驶在凸曲线顶部区域时，由于竖直向下的向心力的存在，车辆处于超重的状态；反之，当车辆行驶在凹曲线底部区域时，车辆处于失重的状态。
　　可见，实际车辆在道路上快速行驶跨越不同的凸曲线和凹曲线的过程，也就是不断地在超重和失重状态之间反复转换的过程。如果这种转换变化过于频繁，则必然会给行驶中的驾乘人员带来生理上的不适感。这也正是为什么在道路纵向设计中，应当尽量避免道路纵坡频繁变坡的根本原因。
　　2、城市道路最小纵坡的影响
　　城市道路设计中，纵坡设置对行驶舒适感的影响尤为显著。因为如果就单一坡段来看，0.3%的最小纵坡就意味着每公里道路向上抬升（或下降）3米的高差。而这样大的自然起伏高差除了少数山地城市外在一般相对平缓的城市用地中往往是比较少见的。城市用地的功能属性也都要求城市地块的自然起伏相对较为平缓。以作者所在的长三角地平原地区城市来说——常见的1公里城市道路自然起伏高差都在0.3米左右，较大时也不过0.5米上下。在这样小的起伏高差范围中，要严格满足《规范》0.3%的道路最小纵坡设置规定，唯一的办法就只能是通过多次的变坡、增加起伏坡段的数量来满足。而这样做的结果不言而喻，往往是以增加道路颠簸、牺牲行驶舒适感为代价的。
　　例如，当纵坡坡度为0.3%时，该1公里道路中有10个纵坡段和11个变坡点。假设该道路的设计时速为40km/h，则通过计算可知在约90秒的通过时间内，驾乘人员将体验到10次在超重和失重之间的反复变化。当纵坡坡度进一步降低后，道路坡段长度相应增长，变坡次数明显减少。当纵坡坡度设置为0.1%时，该1公里城市道路仅有3.1次变坡，车辆通过时的颠簸感明显减轻，行驶的舒适感得到显著改善。可见，在《规范》约定的基础上进一步降低道路最小纵坡，对于改善城市道路行驶舒适感的作用还是比较显著的。
　　四、降低最小纵坡与工程造价之间的关系
　　除了改善道路的行驶舒适感之外，进一步降低道路纵坡对于控制工程造价方面也有着一定的积极意义。
　　我们知道在地块较为平缓时，道路纵向设计才会受到《规范》最小纵坡约定的限制。在这种情况下，我们往往还同时受到《规范》最小坡长规定的限制，因而不可能无限制的缩短坡长。而当坡长一定时，增大道路最小纵坡数值也就意味着人为增大设计路面的起伏高差。在路面平均标高和道路结构厚度一定的前提下，路面起伏高差的增大实际上是意味着同时增大道路施工的开挖量和填埋量，由此带来的是道路整体工程造价的增加。
　　更为值得注意的是，在一些地下水位较高的城市地块中，为了避免地下水对于道路结构层的长期侵蚀，保证路基结构的长期稳定，道路设计时必须考虑满足路基最小填土高度的要求。在这种情况下，为了保证道路纵曲线的凹点处也能满足最小填土高度的要求，道路纵坡设计不存在向下找坡的可能。因此，道路纵坡设置只能是在满足最小填土高度的前提下向上拉坡。此时，如果纵坡设置的较大，必然将抬高道路整体平均标高，进而增加道路的整体填筑的工程量。
　　五、降低最小纵坡对路面结构的保护
　　降低道路纵坡在保护路面结构、延长路面使用寿命方面也有着一定的积极作用。在同样的路面结构强度条件下，凹曲线底部往往都是路面结构最先发生破坏的部位。这一点在公路日常维护的统计数据中可以得到印证。
　　因此，进一步降低道路纵坡，一方面，可以减少道路纵曲线中凹点的数量，即减少了路面结构强度薄弱点的数量；另一方面，纵坡减小后道路进一步平缓，凹曲线半径相应增大，从而减小向心力，也即减小了因凹曲线设置而增加的额外路面荷载。可见，进一步降低道路纵坡对于改善路面受力状况、保护路面结构、延长路面使用寿命也是有着积极作用的。
　　参考文献：
　　【1】、许玲大城市周边地区小城镇发展研究[D]西北农林科技大学2004年
　　【2】、《公路工程技术标准JTGB01-2003》交通部
　　【3】、尤晓暐《现代道路路基路面工程》清华大学出版社2004年