圓弧化設計在高速公路建設中的應用

劉躍勇

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份公司)

1 引 言

高速公路是高等級公路，路面寬度在四個車道以上;路面設有分隔帶，隔開往返交通行駛;公路全部是立體交叉，出入口完全受控。高速公路的建設情況以及風貌反映著一個國家或者城市的交通發展狀況、也標志著經濟發展的水平。安全，穩定，迅速是高速公路的必須具備的功能。除此之外，對高速公路的要求是:應該具有賞心悅目的外觀形象，與周圍的環境相和諧，使公路與之外的部分成為整體的風景。并且要避免對周圍環境造成的破壞與影響，使司機和旅客在路途中感到舒適。這些也是公路設計的重要方面。

2 平面圓弧化設計

平面中，直線設計相對圓弧曲線設計較為簡單，方向明確。但是直線設計不太能使公路符合美學標準。而且直線比較單調，直線道路上視野里的景物是不變換的，這樣就會使司機感到疲勞，當司機想快點通過直線路段的時候，就會造成超車。而圓弧曲線帶來的影響就完全不一樣了。

當汽車行駛在圓弧曲線上的時候，司機看到的是可變換的優雅風景畫。司機看到路兩旁的建筑和風景，從而來辨別路線的方向。同時，圓弧曲線兩旁的風景也可以成為司機良好的視線誘導。圓弧曲線可以引起司機的注意，把握好方向盤。因此，進行高速公路線形的設計，要用平緩的圓弧曲線作為主要的基本的組成部分，而不要以直線為主。

當轉角確定，設置平曲線的時候，設大半徑曲線比設小半徑曲線更可以縮短路程，并且更加順暢。圓曲線盡量設長一點，采用的半徑可以大到接近直線。

此外，還需要利用到“緩和曲線”。(從直線到有曲率的曲線之間，需要過渡曲“緩和曲線”可以使直線和圓弧曲線連續起來，達到自然的連續效果。

在公路工程造價范圍內，高速公路設計都可以應用少直線，多圓弧曲線的原理。小半徑，短圓弧的線形，可以設短直線，大半徑，長圓弧的線形，可以設較長的直線段。

3 縱面圓弧化設計

縱面圓弧化與平面圓弧化同樣重要。設置短的豎曲線長度，道路縱面在變坡出會顯得突然轉變不和諧，不連續。豎曲線采用過多地小半徑，也會顯得線形不連續。

縱面圓弧化主要體現在高速公路兩旁的邊坡，包括底部圓弧化，坡腳圓弧化，和端面圓弧化三種形式。縱面的圓弧化設計可以避免公路的單調性，減輕司機的疲勞感。

3.1 頂部圓弧化設計

在保證邊坡防護功能的基礎上，對坡頂進行圓弧化設計可以達到很好的自然效果。使邊坡輪廓更加融入自然風貌。坡頂利用圓弧曲線可以達到連續線形的美學效果，并可以給司機帶來視覺識別效果。

3.2 邊坡坡腳圓弧化

邊坡坡腳圓弧化是指對路塹坡腳和路堤坡腳進行圓弧化設計。路塹圓弧可以使邊坡與路面路肩自然地銜接，路堤圓弧可以使邊坡與原始地形自然地相連，再經過綠化邊坡，整個高速公路的縱面就成了一幅自然的風景畫，幾乎看不出是有人工打造的。而且，雨水在坡腳的圓弧處會減慢流動速度，對保護坡腳很有利。

3.3 邊坡端面圓弧化

邊坡端面也是公路的縱面，端面的圓弧設計使得道路看上去更加開闊，減輕了司機的駕駛緊張感，使路途的駕駛更輕松舒適。端面的圓弧化與坡頂的圓弧化相互配合，交融，使道路兩側的視覺效果更加自然。

縱面上減少采用直線，多用圓弧曲線，可以使縱面線形連續，使邊坡的視覺更平緩，而不是陡峻。從公路美學角度出發，凹形豎曲線的長度需要加長，尤其是坡差比較大的地方，凹形豎曲線的半徑需要加大，曲線長度需要加長。從安全的角度出發，是使司機可以提前看清公路前方縱坡的情況，避免判斷錯誤，防止安全隱患。在縱坡圓弧曲線設計的時候，會使用比最小半徑稍稍大一些的凹形豎曲線半徑，但是，通過透視圖查看效果就會發現，小的半徑使路形看其來變化比較突然，因此，有時必須設置大于最小半徑幾倍的凹形豎曲線。

3.4 關于邊坡圓弧化的綠化

邊坡圓弧綠化也是邊坡圓弧化設計的一部分。路旁綠化是公路穩定性和耐久性的重要保證。路旁綠化也在增進司機方向性，指導性，保護性方面起到很大作用。綠色植物可以減輕司機的疲勞感，并提高路標路牌的可見度。

邊坡圓弧綠化不僅要考慮環境美化，景觀效果令人賞心悅目，更要考慮到穩固邊坡，防止污染，視線誘導減輕噪音，環境保護等等幾個方面的作用。特殊地區還應該考慮到防風，防沙，防雪，防澇。邊坡可以種植結矮草，狗牙草，高填方路段適宜紫穗槐，避免用冷性草。邊溝兩側可以選擇喬木類的植物，以穩定坡腳，美化環境，并成為司機的視線誘導。在豎曲線走向不明了的地段，有利于司機安全駕駛。關于植物種植，還關系到邊坡坡質，土質上邊坡，適宜種植珊瑚樹，春花木，馬尾松，山蒼子;土質下邊坡，適宜種植珊瑚樹，春花木，馬尾松，山蒼子，密花樹，紅錐，馬蹄荷;石質上邊坡，適宜種植藤檀，禾雀花;石質下邊坡，適宜種植藤檀，篌竹，尾松，山蒼子。

4 平面圓弧與縱面圓弧相結合，相配合

平面圓弧與縱面圓弧相配合也是高速公路圓弧設計中非常重要的部分。可以把高速公路和周圍的自然風景結合成為一體。

設計時，凸形豎曲線頂部及凹形豎曲線底部不得設小半徑平曲線，不得設在平曲線的拐點處，在公路的直線路段設置豎曲線時，避免暗凹，突兀，波浪形，以免中斷司機視線，平曲線需要包住豎曲線，不僅符合美學的角度，并且有利于安全駕駛。對于地形變化比較大的地區，則需要因地制宜。由于道路實際情況，要做到平曲線與豎曲線完全對應不是很現實。

圓弧形設計是否符合公路美學，安全等要求，可以通過透視圖來檢驗效果。在透視圖中，檢驗路線是否順暢，是否看出線形的突然轉變，是否中斷視線，是否引起司機的不適、感覺等等?

5 圓弧化設計在高速公路建設中的實際應用

正在建設中的某高速公路，將“環保”、“綠色”、“生態”作為設計和施工理念，科學地融入了很多圓弧曲線設計。俯瞰廣明高速，就像是田野上跳動的音符，平面圓弧曲線美在公路中的得到了充分的展現;對路基邊坡的建設也采用了大量的圓弧設計，科學種植了各種植被，不僅對公路起到防護的作用，而且，整體就是風景優美的自然景觀。因此此高速公路被人們稱為“綠色通道”。

6 結 語

圓弧化設計在高速公路中的應用不僅僅使城市，地區景觀更加優美，自然漂亮，同時也對司機安全駕駛起到了良好的作用。在圓弧化設計中，一般采用先定圓弧曲線，后定直線的原理，也是比較科學的，適合于很多種情況。因為圓弧曲線可以設置各種大小的半徑，因此比直線更能繞過較多的控制點，特別適用在丘嶺崗坡。但需要注意的是，在高速公路設計的開始階段，仍然首先要從當地的地形地勢地址等情況考慮，綜合全面地考慮各方面因素，比如，造價，氣候，等等，當各方面要求可以達到一致，就可以盡量采用美學設計。嚴格的設計工作才可以保證公路施工和設計得以順利開展。

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