公路路線設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討

邱勁光

四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司廈門(mén)分公司（361012）

公路路線設(shè)計(jì)若干問(wèn)題探討

邱勁光

四川西南交大土木工程設(shè)計(jì)有限公司廈門(mén)分公司（361012）

公路路線線形是公路的骨架，路線設(shè)計(jì)直接影響著整個(gè)公路路基、橋涵、交叉、沿線設(shè)施等構(gòu)造物的規(guī)模和投資，同時(shí)，對(duì)汽車(chē)行駛的安全舒適、經(jīng)濟(jì)和車(chē)輛的通行能力起著決定性的作用，良好的路線設(shè)計(jì)是公路交通安全的基本保障。筆者結(jié)合工作實(shí)踐和理論學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題及體會(huì)探討公路路線設(shè)計(jì)的一些問(wèn)題。

公路；路線設(shè)計(jì)；若干問(wèn)題；探討

1 緩和曲線長(zhǎng)度采用問(wèn)題

直線、圓曲線、緩和曲線是公路平面線形的主要組成要素。當(dāng)汽車(chē)行駛在公路上時(shí)，從直線進(jìn)入圓曲線，駕駛員應(yīng)逐漸改變前輪的轉(zhuǎn)向角，使其適應(yīng)相應(yīng)半徑的圓曲線，前輪的逐漸轉(zhuǎn)向是在進(jìn)入圓曲線前的某一路段內(nèi)完成的。在直線上半徑無(wú)窮大，圓曲線半徑為R，從直線過(guò)渡到圓曲線，汽車(chē)的行駛曲率是不斷變化的，這一變化路段即為緩和曲線段。

目前我們?cè)诠肪€形設(shè)計(jì)中，一些設(shè)計(jì)人員對(duì)緩和曲線的采用存在著幾種不同的情況：有的只采用《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的的最小緩和曲線長(zhǎng)度，有的考慮視覺(jué)需要而采用R/9的緩曲長(zhǎng)度，還有個(gè)別不考慮地形、地物的實(shí)際情況，采用過(guò)長(zhǎng)的緩和曲線，因而增大了工程規(guī)模，提高了造價(jià)。筆者結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范和工作實(shí)踐，認(rèn)為決定緩和曲線長(zhǎng)度的因素主要有四個(gè)。

1）考慮離心加速度的變化率所需的長(zhǎng)度。離心加速度從直線上的零增加到進(jìn)入圓曲線時(shí)的最大值，離心加速度變化率應(yīng)限制在使汽車(chē)駕駛員和乘客都感到舒適的范圍內(nèi)，離心加速度變化率一般為P＝0.5～0.6（m/s3），緩和曲線長(zhǎng)度Lh=0.036 V3/R(m)，速度單位V(km/h)。緩和曲線長(zhǎng)度與行車(chē)速度呈正比，與平曲線半徑呈反比，即平線半徑越小，緩和曲線愈長(zhǎng)。

2）考慮駕駛員操作方向盤(pán)所需的反應(yīng)時(shí)間。一般駕駛員操作汽車(chē)方向盤(pán)所需要的時(shí)間，世界多數(shù)國(guó)家按行車(chē)速度行程式的3～5 s距離考慮，我國(guó)《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》按計(jì)算行車(chē)速度3 s行程距離確定緩和曲線最小長(zhǎng)度，Lh=vt=0.83 V(m)。這個(gè)長(zhǎng)度與行車(chē)速度呈正比，速度越大，緩和曲線愈長(zhǎng)，相對(duì)來(lái)說(shuō)也是與平曲線半徑呈正比,速度越高,平曲線半徑也愈大。

3）考慮超高所需緩和段過(guò)渡的需要。《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》指出，公路設(shè)計(jì)路線設(shè)計(jì)有時(shí)以行車(chē)邊緣線為旋轉(zhuǎn)軸，或者車(chē)道數(shù)較多、路面較寬，則可能超高所需緩和段長(zhǎng)度大于曲率變化的緩和段長(zhǎng)度。

4）考慮視覺(jué)和線形景觀所需的長(zhǎng)度。回旋曲線的基本公式為RLh=A2（A為回旋參數(shù)），也是曲線半徑R越大，回旋曲線Lh越短，即長(zhǎng)度與平曲線半徑呈反比。但是，為了滿足視覺(jué)和景觀的需要而導(dǎo)入R/3≤A≤R的條件式，即回旋曲線的參數(shù)必須大于R/3和小于R時(shí)才能滿足視覺(jué)和景觀的要求，這時(shí)回旋曲線的長(zhǎng)度Lh＝R/9～R,線形舒順協(xié)調(diào),也就是說(shuō)平曲線半徑越大，回旋線愈長(zhǎng)，其長(zhǎng)度與平曲線半徑呈正比。

回旋曲線能適應(yīng)各種地形、地物條件，對(duì)圓曲線或直線都不能適應(yīng)的地形、地物情況下，選取適當(dāng)?shù)幕匦€，能較好地滿足約束條件，使線形較好地滿足各方面的限制條件。在具體設(shè)計(jì)中，如何正確合理地采用緩和曲線長(zhǎng)度呢?個(gè)人認(rèn)為《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的緩和曲線最小長(zhǎng)度和超高緩和率所需的緩和曲線長(zhǎng)度，在任何情況下都必須滿足。如視覺(jué)誘導(dǎo)需要，而又不過(guò)分增加工程，可采用按視覺(jué)條件要求的緩和曲線長(zhǎng)度，一般根據(jù)計(jì)算比較取最大值（一般取5 m的整倍數(shù)）。地形、地物特殊需要時(shí),可根據(jù)實(shí)際情況采用較長(zhǎng)的緩和曲線。緩和曲線長(zhǎng)度除滿足要求的最小值外，考慮線形組合要求，圓曲線長(zhǎng)度Ly與級(jí)和曲線長(zhǎng)度Lh之間的大小最好滿足Lh：Ly：Lh＝1：1：1或1：2：1為宜，以保證線形組合的協(xié)調(diào)、均衡。

2 小轉(zhuǎn)角問(wèn)題

公路平面線形中轉(zhuǎn)角在7°以下時(shí)，曲線長(zhǎng)度就顯得比實(shí)際短，駕駛員容易產(chǎn)生急轉(zhuǎn)彎的錯(cuò)覺(jué)而急忙轉(zhuǎn)向，造成行車(chē)事故。在高等級(jí)公路平面線形設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量避免采用小轉(zhuǎn)角。無(wú)論是紙上定線或是實(shí)地定線,采用小轉(zhuǎn)角是較簡(jiǎn)單的布線方法，有些選線人員常以設(shè)置小轉(zhuǎn)角來(lái)解決定線中遇到的困難，而要取消一個(gè)小轉(zhuǎn)角常常要費(fèi)很大功夫，要反復(fù)移動(dòng)前后的路線，有時(shí)還要增加一些工程。對(duì)于設(shè)計(jì)速度低的公路,小轉(zhuǎn)角對(duì)行車(chē)安全影響不太大。但對(duì)設(shè)計(jì)速度高的公路設(shè)置小轉(zhuǎn)角一定要慎重，同時(shí)要保證圓曲線的最小長(zhǎng)度。

3 分離式隧道處的平面布線問(wèn)題

高等級(jí)公路的路面較寬，隧道的凈寬也相應(yīng)較寬。在高等級(jí)公路上的隧道多為分離式的，即在上、下行兩個(gè)方向上各建一座隧道，但在分離式隧道兩端的路基又多為整體式的，即上、下行雙向都在一個(gè)平面上。分離式隧道相鄰間的凈距，因圍巖地質(zhì)條件、斷面形狀和尺寸、施工方法等因素而不同。如Ⅲ級(jí)圍巖，相鄰隧道間的最小凈距為2×B（B為隧道開(kāi)挖斷面的寬度），雙向四車(chē)道的隧道，間距一般在30～50 m之間。

如何將整體式路基的中線分為分離式路基的兩條中線，一般有兩種作法，一種是采用設(shè)置四個(gè)小轉(zhuǎn)角的簡(jiǎn)單辦法，即在隧道分離前設(shè)置兩個(gè)小轉(zhuǎn)角，將中線分開(kāi)，過(guò)隧道后又設(shè)置兩個(gè)小轉(zhuǎn)角，將中線合攏。這種方法雖然方便易行，但明顯地降低了平面線形的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)行車(chē)安全十分不利。第二種作法是適當(dāng)扭動(dòng)隧道軸線，延長(zhǎng)或后退隧道兩端的轉(zhuǎn)角點(diǎn)，并在隧道兩端的轉(zhuǎn)角點(diǎn)外采用不同或相同的平曲線半徑，在曲線上將中線分開(kāi)，這種方法雖在定線過(guò)程中有一定的難度，但滿足了平面線形的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。在寬度不同的中央分隔帶路或山嶺區(qū)分離式路基地段，分開(kāi)中線也多采用此方法。

4 公路縱斷面縱坡控制問(wèn)題

1）山嶺重丘區(qū)的縱斷面設(shè)計(jì)在山嶺重丘區(qū)修

建高等級(jí)公路多受地形高差的控制，必須升坡（或降坡）以克服地形高差,才能使公路通到目的地，如采用縱坡過(guò)緩將延長(zhǎng)展線距離,增長(zhǎng)運(yùn)輸里程，加大工程和修建費(fèi)用,如設(shè)計(jì)縱坡過(guò)大、過(guò)長(zhǎng),將影響汽車(chē)的行駛速度和通過(guò)能力,達(dá)不到修建高等級(jí)公路的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),最大縱坡見(jiàn)表1。

表1 最大縱坡

載重汽車(chē)在水平路段上與小客車(chē)的平均速度相差不大，但在上坡道路段，載重汽車(chē)隨著縱坡的加大和縱坡長(zhǎng)度的增長(zhǎng),行駛速度將明顯地降低。設(shè)計(jì)速度為120 km/h時(shí)，最大縱坡不大于3%，設(shè)計(jì)速度為100 km/h時(shí)，最大縱坡不大于3%，如每噸為7.35 kW的載重汽車(chē)在3%的上坡道路段，縱坡長(zhǎng)度為800 m時(shí)，行駛速度能達(dá)到60 km/h。若縱坡長(zhǎng)度增長(zhǎng)為1 000 m時(shí),則行駛速度只能達(dá)到39 km/h，縱坡長(zhǎng)度雖只增加了200 m，但行駛速度卻降低了35%,所以我國(guó)規(guī)定設(shè)計(jì)速度為120 km/h的高速公路，3%的縱坡限制長(zhǎng)度是900 m。又如載重汽車(chē)在5%的上坡路段，縱坡長(zhǎng)度為780 m時(shí)，行駛速度只能達(dá)到38 km/h，即使設(shè)計(jì)速度為60 km/h的一級(jí)汽車(chē)專用公路，也不符合載重汽車(chē)容許最低速度40 km/h要求。解決這種情況的辦法，一般是減小縱坡，如不可能減小縱坡則縮短坡長(zhǎng)，如縱坡和坡長(zhǎng)都不能改變，則只有考慮采用增設(shè)爬坡車(chē)道的辦法，將慢速車(chē)輛分離出去，保證主車(chē)道的正常行駛速度和通過(guò)能力。

目前我國(guó)的公路交通量以載重汽車(chē)為主，因此為了不影響通過(guò)能力，減少安全事故，應(yīng)慎重采用過(guò)陡、過(guò)長(zhǎng)的縱坡。漳龍高速公路，有一段長(zhǎng)約14 km的長(zhǎng)連續(xù)下坡段，起點(diǎn)在龍巖境內(nèi)的適中鎮(zhèn)，終點(diǎn)在漳州南靖和溪鎮(zhèn),高差486 m,平均縱坡3.47%，最大縱坡5.8%接近允許的極限縱坡限6%，該段道路自2002年1月開(kāi)通以來(lái),發(fā)生過(guò)多起特重大交通事故，被過(guò)路司機(jī)稱為“磨鬼路段”。但在山嶺重丘區(qū)，如采用過(guò)緩的縱坡，一般需提前展線或采用長(zhǎng)隧道的方案，如采用陡坡和長(zhǎng)坡，雖可采用短隧道的方案，但需設(shè)置爬坡車(chē)道。因此，對(duì)山嶺重丘區(qū)高等級(jí)公路的縱面線形設(shè)計(jì)，一般應(yīng)進(jìn)行多方案的比較，對(duì)于連續(xù)上坡路段的縱坡設(shè)計(jì)，除上坡方向應(yīng)符合平均縱坡、不同縱坡最大縱坡長(zhǎng)規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)外，還應(yīng)考慮下坡方向盤(pán)行駛安全，要采用運(yùn)行速度對(duì)連續(xù)上坡方向的通行能力與下坡方向的行車(chē)安全進(jìn)行檢驗(yàn)。同時(shí)，從修建費(fèi)用、營(yíng)運(yùn)費(fèi)用、技術(shù)指標(biāo)等方面進(jìn)行同等深度的比較論證后，才能提出經(jīng)濟(jì)合理的方案，尤其在方案設(shè)計(jì)和初步設(shè)計(jì)階段，更應(yīng)重視方案比選工作。

2）平原微丘區(qū)高等級(jí)公路的縱面設(shè)計(jì)

在平原微丘區(qū)設(shè)計(jì)高等級(jí)公路的縱坡,必須“精打細(xì)算”，平原微丘區(qū)的高等級(jí)公路多為填方，而填方多要借土，借土又常要占用耕地。另外，平原微丘區(qū)的縱斷面與丘陵區(qū)的縱斷面不同，丘陵區(qū)的縱斷有填有挖，縱坡設(shè)計(jì)線位上下一致，對(duì)工程影響不大，多挖了可減少填方，多填了可減少挖方。而在平原微丘區(qū),路基寬30 m的公路,如縱坡設(shè)計(jì)線高0.1 m,一公里增加的填方量約為2 000～3 000 m3，填方借土數(shù)量增多，相應(yīng)地也將增加占用耕地的數(shù)量。

平原微丘區(qū)的地質(zhì)一般多為軟土地帶，如縱坡設(shè)計(jì)不當(dāng)，有時(shí)還將增加橋梁的長(zhǎng)度。所以，在平原微丘區(qū)設(shè)計(jì)縱坡前，應(yīng)將橋、涵、通道、立交、路基設(shè)計(jì)水位、通處下挖深度等標(biāo)高都標(biāo)注在縱斷面圖上,作為縱坡設(shè)計(jì)的“控制點(diǎn)”，然后才開(kāi)始縱坡設(shè)計(jì)，一般應(yīng)反復(fù)試坡多次,使縱斷面達(dá)到最佳線位，這樣設(shè)計(jì)的縱坡方案可達(dá)到經(jīng)濟(jì)、合理的要求。

3）小于0.3%縱坡的設(shè)計(jì)問(wèn)題

為保證挖路段、設(shè)置邊溝的填方路段和橫向排水不暢路段的排水，為防止積水滲入路基而影響其穩(wěn)定性,應(yīng)采用不小于0.3%的縱坡。當(dāng)縱坡小于0.3%，將造成路面排水不良，雨天行車(chē)濺水成霧，影響行車(chē)安全。同時(shí)，路面積水到一定厚度后，高速行車(chē)時(shí)，車(chē)輪與路面間產(chǎn)生“水膜”現(xiàn)象，使輪胎與路面間的摩阻力大大降低，汽車(chē)移到緊急情況需急剎車(chē)，往往剎不住，甚至剎車(chē)過(guò)急，引起車(chē)輛“飄移、甩尾、側(cè)翻“等，常釀成嚴(yán)重交通事故。所以，一般要求公路的縱坡要大于0.3%，但設(shè)計(jì)小于0.3%的縱坡時(shí)，應(yīng)將路面的橫坡調(diào)大，同時(shí)邊溝應(yīng)作單獨(dú)的縱向排水設(shè)計(jì)，防止路面積水。

5 公路平縱面線形組合問(wèn)題

為保證汽車(chē)行駛的安全與舒適，應(yīng)把道平、縱、橫三面結(jié)合作為立體線形來(lái)分析研究。平面與縱面線形的協(xié)調(diào)組合將能在視覺(jué)上自然地誘導(dǎo)司機(jī)的視線，并保持視覺(jué)的連續(xù)性。保持豎曲線半徑和平曲線半徑大小的的均衡是線形設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，即平曲線半徑大時(shí)，豎曲線半徑也要相應(yīng)的大，均衡對(duì)視覺(jué)可獲得美學(xué)上的滿足，當(dāng)平面和縱面都對(duì)司機(jī)吸引力一樣時(shí)，司機(jī)的注意力就集中，汽車(chē)駕駛員和乘客對(duì)線形就會(huì)產(chǎn)生一種心曠神怡的感受。平曲線和豎曲線達(dá)到均衡以后,不但線形順滑優(yōu)美，而且視覺(jué)良好，行車(chē)安全舒適。平、縱曲線均衡，主要應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1）平曲線與豎曲線對(duì)應(yīng)。平曲線應(yīng)包豎曲線（即平包豎）,能獲得行駛安全及平順優(yōu)美的線形。根據(jù)透視圖的分析研究，得出如下結(jié)論：平豎曲線頂點(diǎn)重合，為理想及滿意情況；平豎曲線頂點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)1/ 4，為較滿意情況；平豎曲線頂點(diǎn)錯(cuò)開(kāi)1/2，為很差情況。配合得好的線形是豎曲線起迄點(diǎn)最好分別放在兩個(gè)緩和曲線中間，其中任一點(diǎn)都不要放在緩和曲線以外的直線上，也不要放在圓弧段之內(nèi)。若做不到豎曲線與平曲線較好的配合，且兩者半徑都小于某限度時(shí)，寧可把平豎曲線錯(cuò)開(kāi)相當(dāng)距離，使平曲線位于直線坡段上或豎曲線位于直線上。

2）平豎曲線半徑大小要均衡。研究認(rèn)為：當(dāng)平曲線半徑在1 000 m以下時(shí)，豎曲線半徑宜為平曲線半徑的15～20倍，此時(shí)可獲得視覺(jué)與工程費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的平衡，平縱半徑的均衡指標(biāo)可參考下表2。

表2 平豎曲線半徑的均衡指標(biāo)

從表列數(shù)值可以看出,隨著平曲線半徑的增大，豎曲線半徑的增大倍率是逐漸擴(kuò)大的。對(duì)于一般公路的視覺(jué)分析得出，平豎曲線的半徑均在下表所列數(shù)值以下時(shí)，最好避免這兩種線形重合，或把急彎與陡坡線形錯(cuò)開(kāi)。

表3 平豎曲線的半徑數(shù)值

3）道路線形設(shè)計(jì)時(shí)，要避免線形的突變，并以順適的線形連接與配合。平縱面線形的組合應(yīng)避免下列情況：

①凸線豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部，不得插入小半徑平曲線。②凸線豎曲線的頂部或凹形豎曲線的底部，不得與反向曲線的拐點(diǎn)重合。③直線上的縱面線形不應(yīng)反復(fù)凹凸，避免出現(xiàn)使司機(jī)視覺(jué)中斷的線形，如駝峰、暗凹、跳躍等。④長(zhǎng)直線或長(zhǎng)陡坡的頂端避免小半徑的曲線。⑤相鄰坡段的縱坡，以及相鄰曲線的半徑不宜相差懸殊。⑥道路各幾何部分的尺寸應(yīng)圓滑漸變。

4）要選擇合宜的合成坡度。山區(qū)縱坡大的路段插入小半徑曲線，合成坡度過(guò)磊，對(duì)行車(chē)安全不利，車(chē)輛易出事故。平原區(qū)，縱坡很小，平曲線變坡點(diǎn)附近的合成坡度過(guò)小，排水不利，妨礙高速行車(chē)，故一般不應(yīng)小于0.5%,考慮行車(chē)安全，在冬季路面有積雪、結(jié)冰的地區(qū)，和自然橫坡較陡峻的傍山路段，合成縱坡必須小于8%。

6 結(jié)論

文章從緩和曲線的采用和小轉(zhuǎn)角、分離式隧道、分離式路基平面布線方法、公路縱斷面設(shè)計(jì)、公路路線平縱組合等方面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的一些問(wèn)題進(jìn)行了研究和探討，在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果，可為公路路線設(shè)計(jì)提供一些參考。

[1]中華人民共和國(guó)交通部發(fā)布《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].北京：人民交通出版社,2006.

[2]中華人民共和國(guó)交通部發(fā)布《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[S].北京：人民交通出版社,2004.

[3]張金水,張廷楷,編著.道路勘測(cè)設(shè)計(jì)[M].同濟(jì)大學(xué)出版社, 2003.

[4]JTG/T 20－200X,中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部發(fā)布《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》（總校稿）[S].

[5]吳國(guó)雄,王福建,編著.公路平面線形曲線型設(shè)計(jì)方法[M].人民交通出版社,2000.