关键词：台阶场地；边坡；联络道路
山区的火力发电厂受厂址地形高差起伏、地质条件变化等限制，场地竖向设计较为常规的选择台阶式布置方案，而两个相邻的不同高程台阶之间，以坡率法消除两者之间的高差成为了其中较为惯常的选择，对该类场地的竖向设置方案，解决两个相邻台阶之间的道路交通联络。常见的竖向布置形式有平坡式、台阶式以及两者结合的混合布置形式。平坡式又分为水平型、斜面型和组合型。平坡式的竖向布置适应地形起伏不大，流程不太需要自流的工艺设施场地；台阶式的竖向布置适应地形起伏较大，流程需要自流而节能的工艺设施场地。虽然平坡式布置能为建筑物提供良好的平整条件和为道路或铁路提供良好的技术条件，但是对于山区建厂企业，平坡式布置形式平整场地的土石方量大，建筑物布置困难，多采用台阶式布置形式。
一、慨况
某电厂厂址属典型的山区地形岩溶地貌特征，自然地势中部高、四周边缘较低，地形高差大，厂区边缘的高台阶场地设计标高约1304.2 m，其外缘为低台阶施工区，坡率分别采用1∶2.5和1∶2。为方便两台阶场地之间的交通联系，拟从厂界处的厂区道路出发向施工区展线设置联络道路，厂界接口路面中心标高1304 m，北部施工区接口路面标高1288.8 m，厂区场地与北、南两部施工区场地的高差分别约为15.2 m、19.2 m，联络道路的设置方案如下。
一是联络道路从厂界出发向厂区对侧山体下的施工区边缘展线，道路标高逐渐坡降，形成一条横亘北、南两部施工区的道路，造成两区自然联络的阻隔，道路两侧边坡利用施工区场地进行布置，挤占原本较为紧张的施工区面积。由此看，显然这不是一个较为可取的方案。
二是将联络道路与厂区施工区之间的边坡布置相结合，形成一条镶嵌于边坡内的联络道路。
二、边坡镶嵌道路的模型
边坡与联络道路相结合的方式，一方面边坡坡面标高以一定的坡率在降低，另一方面道路系统标高也以一定的纵坡在下降，由于道路外侧路肩与其外侧的边坡可视为一个曲面体系，在设计成型方面并无较大困难可言，而道路内侧路肩与其相接的边坡坡面随地点不同，其衔接点的标高均不相同。因此，解决如何将两者融合为一体的设计，其核心在于找出道路内侧路肩与上级台阶场地边坡的交线( 坡脚线)，相应断面见图。
从道路直线段入手，假定两级台阶边缘的道路起终点高差为H，上级台阶边坡坡比1∶m，道路及内侧路肩纵坡i=tanβ，道路内侧路肩与上级台阶场地边坡的交线为AB，道路坡降H所需的水平长度为L 平行于边坡坡顶线，相应三维模型简图见图。
根据三角形关系，可推导出如下的数学关系：
三、边坡镶嵌道路设计步骤
公式对指导道路在边坡内的布线提供了基本理论支持，以此入手，结合目前的设计及表达手法，可归结出完成道路及边坡设计的步骤。①根据两台阶场地起终点道路的高差H，结合可能的道路走向初步确定道路纵坡i。②根据H、i 及边坡坡比1∶m，初步确定平行于边坡坡顶线的水平线长度L。③根据①、②步骤的初步结论，结合道路起终点初步拟定道路路线，完成道路整体参数设计。④借助场地竖向设计类的计算机软件形成道路内外侧路肩设计等高线，建立内外侧路肩设计曲面，并完成道路外侧路肩放坡。⑤上台阶场地向内侧路肩设计曲面按1∶ m放坡，形成边坡以及与道路内侧路肩的交线。⑥核实边坡脚与道路内侧路肩的间距是否符合要求，对道路路线进行校调，直至满足要求为止。
1、曲线路段设计
电厂两竖向台阶场地之间的联络道路一般采用一个道路纵坡，即在与两台阶场地衔接处才设置道路变坡点。采用上述归结的设计步骤对直线型道路的设计较为方便、快捷，对于道路中间地段设有平曲线曲线中无变坡点的情况，由于同断面的道路内外侧路肩标高并不相同，以及个别曲线考虑加宽、超高设置的影响，往往增加了设计中的复杂性与反复性。一方面非直线段的存在，增加了精确拟定道路路线的困难，导致后续路线校调风险较高；另一方面曲线路段对找出道路两侧路肩设计等高线，形成路肩内外侧设计曲面存在一定难度，而校调也不得不再次重复上述过程步骤。对于前者，唯有加强路线拟定前的估算分析，以增加路线确定的精准性，有效降低后续的校调次数；对于后者，不管曲线段是否设置加宽、超高，以目前的设计手段，大量的时间消耗是两者的共性，而设置了加宽、超高的曲线段，在路肩设计曲面的形成上仍需要做一些研究探讨。道路中间地段设有平曲线情况，按照电厂常规设计习惯，选择道路无中间带，加宽过渡按比例进行，超高过渡按绕道路中心线进行旋转的方式进行研究，基于道路中心路面标高确定路肩顶面标高，其关键在于通过道路全超高及其过渡段上的路面路肩宽度和，以及对应的超高横坡值，确定两者之间的高差关系。从道路绕中线旋转的超高过渡过程，以超高过渡起点为基准基准点道路中线路面标高HQ，假定道路纵坡为i(i ≠ 0)，在超高过渡段内距基准点距离x 位置处有：H中=HQ+ix，且该式亦适用于圆曲线内距基准点距离X 位置处的道中线标高计算，形成路肩设计曲面，一般需要确定路肩顶面标高为整数或“0.5、0.1 的整倍数点”的位置，以便形成路肩设计等高线，即令H外、H内取为整数或“0.5、0.1 的整倍数”时，分别计算出路肩顶面标高所对应的路中心点至基准点超高过渡起点）的距离，以此，通过道路中心位置确定出路肩顶面标高为整数或“0.5、0.1 的整倍数点”的位置。
2、实例解决方案。根据场地及道路起终点标高衔接情况，解决问题的关键在于找出厂区至北部施工区的联络道路。联络道路作为厂内道路的延伸，按照《道路设计规范》对厂内道路的要求，参照边坡镶嵌道路的设计步骤拟定道路路线，完成道路整体参数设计：设计行车速度V=20 km/h，路面宽度B=6 m，总坡长216.217 m，道路纵坡i=7.03%，路肩宽度bj=1.5m，路拱( 双坡) 横坡iG=1.5%，路肩横坡2%，道路设三个曲线段，在JD1、JD3 对应的曲线中点设道路起终点，即整条道路的两个变坡点，路中心顶标高分别为1 304 m、1 288.8 m，相关曲线段发电山区电厂不同竖向台阶间道路联络问题的参数见表。
以道路路线及设计参数，分别找出道路内、外侧路肩顶面标高为0.5 的整倍数的设计等高线，借助总图设计软件形成内外侧路肩设计曲面，完成外侧路肩向施工场地的分级放坡，以及上级台阶场地向内侧路肩设计曲面的分级放坡，并核实形成的内侧路肩宽度，最终完成的解决方案。
山区电厂两台阶场地边坡间镶嵌联络道路在基本理论、细节性突破、设计过程与步骤、方案优势等方面开展了探讨，以期为来者所鉴。目前从设计成果的实现上，人为计算作图的环节较多，且重复校调方案的几率较大，期待今后计算机设计软件对该领域功能的进一步增补，以提高设计的高效与准确性。
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论文作者:王炜
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年19期
论文发表时间:2019/11/13
标签：道路论文; 路肩论文; 标高论文; 台阶论文; 场地论文; 电厂论文; 曲线论文; 《工程管理前沿》2019年19期论文;