改擴建道路縱斷擬合設計

李洪亮，沈 可

（天津市市政工程設計研究院，天津市 300051）

0 引言

舊路改擴建項目中路線的縱斷面設計是其中關鍵一環，該設計步驟在工程的實施過程中是必須的、重要的內容，其決定著項目實施后的道路的行車安全及服務水平，是改擴建項目成功與否重要指標，同時也極大的影響著擴建項目的工程規模，是項目實施過程中總造價控制的重要因素之一，是實施路面補強工程的先決條件。因此縱斷設計是改擴建項目的重點。

目前我國改擴建項目仍無專門的路線設計規范，設計指標仍需遵循與新建項目一樣的《路線設計規范》（JTG D20-2006），但改擴建項目受現狀高程制約較多，一般要充分考慮對現狀道路的路基、路面、橋涵結構物等的充分利用，這就要求擴建項目的縱斷設計必須以現狀道路縱斷為基礎，根據現狀道路高程進行擬合設計。但需進行改擴建項目的現狀道路往往因為路況較差，道路的高程起伏不規則，不均勻沉降較多，路基、路面及構造物的情況復雜，對其進行處理利用的原則不盡一致，縱斷擬合過程中一方面要保證設計指標滿足規范要求，同時也要滿足相應的路基路面補強方案的要求，控制工程造價。因此縱斷設計更是改擴建項目的難點。

總之，有必要對改擴建項目的縱斷設計進行深入的研究，并總結歸納出一定的規律和技巧，進而為改擴建項目縱斷設計提出一套系統的方法和步驟，指導此類項目的設計工作。筆者將以唐津高速擴建工程為實例，展開此方面的討論。

1 工程概況及背景介紹

唐津高速即長深高速（G25），是國家“7918”干線高速路網中的一縱，在天津段稱為唐津高速，南北走向，北接河北省唐山，南接河北省黃驊，總長104 km，擬將現狀雙向四車道擴建為雙向六車道，擴建原則為維持中線不動，兩側對稱加寬。唐津高速改擴建縱斷面設計在招標之前的施工圖中已經根據現狀實測地面高及路基路面補強原則進行了擬合設計，并測算了相應工程量。但這次設計中實測高是在唐津高速運營情況下進行的，因此其精確度及密度都受到運營車輛的影響。同時項目擴建部分路基實施期間仍維持通車，因此施工期間的車輛對舊路路面仍會造成影響，路面進行斷交施工前，有必要重新測量現狀路面高，并重新對設計縱斷進行擬合。

2 縱斷擬合目標及實施原則

縱斷擬合主要目標是盡量控制舊路銑刨和補強的工程量與已完成招標的部分不要有太大的出入。唐津高速原設計縱斷是根據現狀路面的測量高程結合不同段落的舊路補強方案而確定的，路面的補強方案全線共分為四種，基本思路為根據舊路狀況不同而對其進行不同深度的銑刨，然后逐層回鋪新建的路面結構層。補強后路面高程基本上是漲高的，漲高值在12～19 cm之間。現場施做的時候是根據設計高程及路段對應補強方案的新建的結構厚度，推算對舊路銑刨深度，現場銑刨到位并驗收合格后，再逐層鋪設新建的路面結構。

3 縱斷擬合設計原則

本次擬合縱斷，應首先對比原設計縱斷高程與本次實測高程之間高差，并與該路段對應的路面補強方案對照。然后按如下原則進行縱斷的調整：滿足《路線設計規范》（JTG D20-2006），并通過調整縱斷，使設計高程較實測路面高12～19 cm范圍。

4 縱斷擬合設計步驟

（1）實際調整過程中，應首先對路面漲高大于19 cm的路段進行降高，重點核查補強方案中不銑刨或僅對瀝青路面進行銑刨的路段，這樣方案的段落其設計高與實測高之間的高差如果與對應方案的增高值差距過大會導致工程量顯著增大，因此是調整縱斷的重點部位。力求使這樣的路段設計與實測高差控制在對應補強方案的規定增高值范圍附近，并盡量精確。

（2）本項目沿線有諸如輕質土路基處理等非一般填土路段，同時受工期控制，該部分工程已經按原設計高開始實施，因此對該部分路段，縱斷不能再比原設計調高，否則就會造成輕質土澆筑的二次進場或利用灰土等其他材料進行襯補，增加工程造價。但對這樣的段落是可以適當的降低設計高的，降低后可對已實施的部分采用減薄路面結構或削減已完工的輕質土頂面等措施。

（3）橋梁等構造物一般擴建項目考慮對其的充分利用，因此該部分結構高程應主要根據現狀墩線及結構物路面高推算擴建部分的設計高程。因此橋頭等構造物部位，設計高調整時需有所考慮。原則上應保證不填不挖，但實際控制有困難時，需至少保證縱斷與現狀結構物頂面高相比，可以適當增高但不能降低，否則現狀結構物無法正常利用。

（4）在不受上述條件控制的路段，若設計高較原地面高低于10 cm的，應盡量將其調高至12 cm以上。

（5）調整縱斷完成后，需注意復核立交端部設計及上跨或下穿的結構物出的凈空，是否仍滿足相關要求。

5 現場實施及對縱斷的在調整

縱斷調整后，現場應按調整后的設計高程進行舊路的銑刨和新建路基的填筑。根據設計高程和對應的補強方案對舊路銑刨到位后，應結合每個補強方案的檢測標準（根據結構計算確定的路面銑刨后彎沉標準）對銑刨層底面進行檢測。

若滿足標準要求，則可后直接按設計厚度逐層鋪設路面結構；若不滿足標準要求，則需繼續向下銑刨，此時則需根據超銑的結構厚度對路面設計高進行第二輪調整。

6 橋頭部位縱斷處理

橋頭等構造物處，因考慮對現狀的充分利用，縱斷高原則上應與現狀一致，但若構造物較為密集，受設計規范控制，道路縱斷滿足一定的設計指標時將無法滿足構造物處高程與現狀一致的要求。這時需對橋頭位置進行特殊的縱斷處理。而對這樣的段落，國內已經實施的其他擴建項目中一般是進行折線坡處理。即在一定程度范圍內，改變橋頭段的道路設計縱坡，在滿足車輛行駛過程中無不舒適感覺的前提下，完成路橋之間的高程銜接。

根據相關研究可知，人體對于縱坡改變時的舒適度變化見表1。

表1 人體舒適度愈加速度關系

根據相關研究可知，加速度與道路豎曲線之間關系為：

式中：a——加速度，m·s-2；

V——行車速度，km/h；

R——豎曲線半徑，m。

另根據《公路工程技術標準》（JTG B01-2003），滿足人體舒適性要求對應公式為：

對應式（1）可知滿足人體舒適性所要求的加速度為a=0.278，對于高速公路，V=120 km/h，可知R=4 000 m。

另有豎曲線半徑與長度關系如下：

式中：Δ——豎曲線坡差；

L——豎曲線長度，m；

R——豎曲線半徑，m。

施工過程中一般豎曲線放線長度為10～20 m，即可認為L=10～20 m，當對應于R=4 000 m即滿足舒適性要求時，根據式（3）可知允許的坡差為：

Δ=L/R=0.25%～0.5%。

由此可知，當坡率變化在0.25%～0.5%，基本不會對行車造成不良感覺。考慮到擴建項目工后沉降可能會繼續增加的因素，一般將坡率控制在0.1%～0.3%，具體見圖1。

圖1 路橋銜接處縱斷調整示意圖

同時為保證一定的時間行程，避免高程變化太短引起的不適，應保證L的長度滿足3 s行程，對于V=120 km/h的高速公路，L≥100 m。

7 結論

改擴建項目道路設計縱斷是控制工程規模的重要因素，設計中應在滿足相關規范的基礎上，盡量降低工程的造價。縱斷擬合設計過程中，應首先根據路基路面的補強原則確定路面漲高范圍，并以此為目標進行控制設計，對于補強方案收漲高值影響較為敏感的路段，應進行重點精確擬合；其次，擬合過程中也應注意不同路基處理方式及工期對于縱斷的控制條件；再次，應注意橋梁等結構物對縱斷的控制條件；最后，對于不受上述條件控制的路段，應將縱斷高程抬高至補強方案對應的高程范圍。同時，對橋頭位置的路線縱斷可根據橋頭高程進行折線坡漸變處理，而且路面銑刨過程中亦應根據現場情況做出更為細致的動態調整。

[1]JTG D20-2006,路線設計規范[S].

[2]張雨化,朱照宏.道路勘測設計[M].北京:人民交通出版社.

[3]ISO2631,關于全身振動評價指南[S].1985.

[4]JTG B01-2003,公路工程技術標準[S].