平原區(qū)全封閉一級公路的縱斷面設計探討

徐博書 周均立

(1.徐州市交通規(guī)劃設計研究院 徐州 221000； 2.上海市金山區(qū)公路管理所 上海 201599)

縱斷面的填高是影響公路用地和造價的主要因素。在全封閉公路縱斷面設計時，須對沿線被交路合理分類、適當合并，盡量降低填土高度，綜合考慮用地、造價等因素，在滿足規(guī)范的前提下，根據(jù)沿線控制因素合理設計縱斷面。

272省道是江蘇省省道公路網(wǎng)規(guī)劃中的重要公路，項目路主線采用雙向4車道一級公路的設計標準，設計車速為100 km/h，路基全寬26 m。橋涵設計荷載為公路-I級。272省道銅山段路線起于三環(huán)北路與中山北路交叉處，向北止于銅山區(qū)馬坡鎮(zhèn)北銅山與沛縣交界處，路線全長25.284 km，為全封閉公路，形成了“準高速”。

受用地指標和造價等因素限制,一級公路無法達到高速公路的指標。如《公路工程項目建設用地指標》規(guī)定[1],I類地形區(qū)(平原區(qū))4車道高速公路(路基寬度26 m)建設用地總體指標值為6.966 7 km2/km;4車道一級公路(路基寬度26 m)建設用地總體指標值為 5.604 4 km2/km。因此，以下就本段公路縱斷面設計做詳細探討。

1 縱斷面設計原則

在本路段縱斷面設計時，應綜合分析沿線的水文和地質(zhì)情況，合理確定路基最小填土高度，滿足路基設計洪水頻率、通行凈空要求(下穿夾北鐵路、上跨京臺高速公路、分離式立交)及通航河流(鄭集河、鹿口河、沿河等)洪水位要求。

路線縱坡設計注意縱坡的均衡性，盡量避免采用極限值，在工程量增加不大的情況下，盡量采用較高的縱面指標，力求平縱面設計與地形、地貌和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)[2]。

2 縱斷面考慮因素

本項目為新建道路，路基設計高程采用中央分隔帶的外側(cè)邊緣高程。縱斷面設計時應根據(jù)相關規(guī)范的要求，結合道路沿線地形地物，合理設置縱斷面的坡度、坡長、高程。縱斷面設計中具體的考慮因素如下。

1) 構造物的控制高程。沿線構造物的控制高程是縱斷面設計中最主要的因素，也是影響縱斷面填高的關鍵要素。無構造物控制高程的一般段落，縱斷面可以按照規(guī)范的最小縱坡度拉坡，而有構造物的段落，必須滿足構造物的高程要求。

由于全封閉道路的封閉特性，只有互通處能進出主路，故除設置了互通處的道路，沿線的其他被交路均無法直接進出本項目主路。為保證沿線居民出行，盡量使原有道路不中斷，本項目路段必須設置足夠數(shù)量的分離式立交(主線上跨或被交路上跨)。同時，由于項目路所在區(qū)域路網(wǎng)密集，機耕道路及等級道路較多，在所有的被交路處均設置分離式立交既不經(jīng)濟，又不現(xiàn)實，故必須在合理歸并被交路的基礎上，對縱斷面進行綜合設計。

沿線控制高程的主要構造物分為2類：跨越河流的構造物和跨越道路的構造物。

對于跨越河流處，需根據(jù)水利及航道等部門提供的水位要求設計縱斷面。本項目道路等級為一級公路，特大橋的設計洪水頻率采用1/300，其他橋梁的設計洪水頻率采用1/100。

對于跨越道路處，按照被交路的等級，根據(jù)相應的凈空高度控制縱斷面的高程。JTG D20-2017 《公路路線設計規(guī)范》 規(guī)定，通行拖拉機時通道凈高按2.7 m控制，通行農(nóng)用汽車時通道凈高按3.2 m控制[3]。根據(jù)地區(qū)實際，農(nóng)業(yè)機械使用率較高，本項目機耕通道處采用凈高3.2 m進行控制。

本項目跨越道路處，高速公路及一、二級公路凈高按5 m控制，見圖1。三、四級公路凈高按4.5 m控制；機耕通道凈高按3.2 m控制。

圖1 典型通道及天橋平面布置圖

沿線被交路設置通道還是設置支線上跨主線的天橋，在初步設計階段已基本確定。根據(jù)地形條件，本項目在K9+074 處跨越蘇北堤河，需設置大橋1處。受河流水位要求，橋梁設計高程較高，橋下凈高滿足道路的通行需求。故在此處結合該橋梁設置1條通道。而K9+600處，主線縱斷面填高較低，此處可以采取支線上跨主線，以減少主線工程量。

該段落在縱斷面設計時，結合通道與天橋的布置，根據(jù)相應控制高程，合理設計縱坡。典型通道及天橋縱斷面見圖2。

圖2 典型通道及天橋縱斷面示意圖

根據(jù)前期設計成果、現(xiàn)場調(diào)查及收集的資料，本項目的縱斷面控制高程見表1。

表1 縱斷面控制的高程(部分)

2) 滿足路線設計規(guī)范對設計車速100 km/h公路的指標要求。根據(jù)控制高程，結合規(guī)范對縱斷面指標的具體要求合理拉坡。有條件路段，縱斷面采用按視覺需要的豎曲線半徑值作為控制。本項目采用的主要縱斷面指標：凸型豎曲線最小半徑采用6 500 m，凹型豎曲線最小半徑采用6 000 m，最小坡長取250 m，豎曲線最小長度取210 m，最大坡度取3%。在不過大增加工程規(guī)模的前提下盡量采用較大的指標。

3) 注重平縱組合設計，避免急彎陡坡。本項目設計速度較高,在確定縱斷面指標時，不僅應符合縱斷面的規(guī)定，還應考慮平、縱、橫的組合設計，避免平縱橫的不利值相互組合[4]。尤其是避免凸型豎曲線的頂部或凹型豎曲線的底部與反向平曲線拐點重合的情況。

4) 考慮并行鐵路的構造物設置。本項目在K6+500-K8+500與疏港鐵路并行，兩者最小間距約20 m。由于疏港鐵路與本項目距離較近，故縱斷面優(yōu)化及設計時，需協(xié)調(diào)兩者構造物的設置情況，避免兩者構造物的凈高、凈空等不一致，公路鐵路并行段示意圖見圖3。

圖3 公路鐵路并行段示意圖

5) 互通段及跨高速段考慮遠期的預留。本項目設置了4處互通式立交，另外與規(guī)劃北外環(huán)交叉處預留1處互通。在互通式立體交叉范圍內(nèi)，由于運行條件復雜，需有比其他路段更大的視距，故互通區(qū)主線的豎曲線應滿足更大視距的要求。本項目互通范圍內(nèi)主線豎曲線最小半徑按分流鼻端前識別視距控制路段的最小半徑。分流鼻端前識別視距范圍內(nèi)的凸形豎曲線最小半徑按識別視距計算確定(識別視距取停車視距的1.25 倍，物高取值為0)。根據(jù)計算，本項目互通區(qū)段，主線凸型豎曲線半徑取17 000 m，凹型豎曲線半徑取8 000 m，互通預留示意圖見圖4。

根據(jù)高速公路管理部門要求，本項目跨越高速公路處凈高按高速公路遠期拓寬到雙向8車道的寬度預留，跨越高速公路處縱斷面示意見圖5。

圖4 預留互通示意圖

圖5 跨越高速公路處縱斷面示意圖

6) 直坡段滿足3 s行程。縱斷面設計時，盡量使豎曲線之間的直坡段長度滿足3 s行程的要求，即至少滿足83.3 m的直坡段長度。如果條件受限，特別是同向凹型豎曲線之間直坡段較短時，應使2個豎曲線相接，但最多不要超過3個豎曲線連在一起，縱斷面直坡段示意圖見圖6。

圖6 縱斷面直坡段長度設計圖(單位：m)

7) 凹型豎曲線不要位于橋上。由于橋梁位于凹曲線時，橋梁結構受額外的作用力，并且排水不暢。故本項目在縱斷面優(yōu)化設計時，盡量使橋梁位于凸型豎曲線或直坡段上，條件受限處的橋梁不可位于凹型豎曲線的最低點。如圖7所示，因K22+900需設置大橋，而K23+343處也要設置橋梁，應避免圖中虛線的縱斷面線型，盡量使橋梁位于最低點以外。

圖7 凹曲線與橋梁關系縱斷面示意圖

8) 保證道路最小填土高度。縱斷面的設計應保證路基處于干燥或中濕狀態(tài)，根據(jù)本地區(qū)經(jīng)驗及項目地勘、水文資料，最小填土高度取1.3～1.5 m。

9) 起點、終點道路的銜接。保證與起終點相接道路的高程、坡度的順接，實現(xiàn)與已建工程的連續(xù)統(tǒng)一。

10) 考慮道路排水順暢。縱坡以平、緩為宜，但是最小縱坡不宜小于0.3%，尤其是設置超高的段落，應保證合成坡度不為0，避免因路面積水而影響行車安全[5]。限于篇幅超高段縱斷面設計示意圖略。

該段平面線形為2個平曲線直接相接。兩平曲線均設置了220 m長的緩和曲線。此段縱斷面設計時，盡量使最小縱坡大于0.3%，保證橫坡在從2%～-2%的超高漸變中，合成坡度滿足排水需求。

3 結語

平原區(qū)全封閉一級公路的縱斷面在設計時，必須根據(jù)沿線的實際情況及控制因素，在滿足規(guī)范的前提下，使縱坡合理、縱斷面線形平順，以實現(xiàn)快、安、舒、美，造價較低且滿足沿線交通需求的目標。結合具體工程項目，本文闡述了平原區(qū)全封閉一級公路縱斷面優(yōu)化設計重點考慮的因素，以供類似項目參考。