高速公路路線縱斷面設計探討

魏同軍

（東營市公路勘察設計院有限公司，山東 東營 257091）

1 引言

隨著基礎交通設施建設的不斷推進，高速公路作為促進經濟發展的重要工程，其建設步伐也逐年加快。但由于高速公路建設里程一般較長，沿線的地形地貌差異較大、水文地質條件較差，使得高速公路的路線縱斷面設計難度相對于低等級公路難度更大。與此同時，選擇經濟、合理、可行的山區公路路線設計方案是整個山區公路項目的重要前提[1]。在高速公路設計過程中，路線縱斷面設計是重中之重，路線縱斷面設計質量會直接影響工程成本的經濟性和公路建成后的行車安全性、舒適性、運營期壽命等[2]。與此同時，如果高速公路路線縱斷面設計不合理，還會引起設計返工、設計質量下降、設計工期推遲等。因此，為了提高高速公路路線縱斷面設計質量，推動我國公路工程項目的整體建設水平，研究高速公路路線縱斷面的設計具有十分重大的意義。

2 高速公路路線縱斷面設計中的問題

2.1 安全問題

在高速公路路線縱斷面設計時，如果對當地的地形地貌、水文地質等外部環境沒有深入的了解，冒然進行縱斷面設計可能存在較大的安全隱患。例如，在高海拔地區，往往應當布設越嶺線（明線）或隧道[3]。布設明線能夠使道路的平縱面協調良好，有利于路線總體設計，但在高邊坡開挖時難度較大，存在高邊坡穩定問題，防護不當就會在很大程度上增加施工過程中和運營期間出現泥石流、坍塌、滑坡等不良地質現象的可能性，甚至可能引發重大安全事故。因此，在確定縱斷面的最終設計方案時往往要對選線位置、工程量大小、工程造價等方面展開綜合分析。

2.2 環境問題

如果高速公路設計人員在進行路線縱斷面設計時環保意識較差，對沿線外界環境的保護措施制定不合理，未能將人文景觀和自然景觀很好地協調，就會使得高速公路出現孤立現象，影響其美觀。

3 高速公路路線縱斷面設計原則及關鍵點

3.1 路線縱斷面設計原則

在展開高速公路路線縱斷面設計時，要遵循2大原則[4]：（1）要在確保能充分發揮公路基礎功能的前提下，盡可能地減少公路里程，降低其工程造價；（2）在進行公路路線縱斷面設計之前，要對該公路項目所處的自然環境展開充分的勘察和分析，盡可能地選擇地形地貌良好、水文地質條件較簡單、氣候較穩定的區域?？偠灾?，如果高速公路路線縱斷面設計能利用好工程所在的地形地勢，就可以減小公路建設的工程量、降低工程造價。如果高速公路路線縱斷面設計不能充分利用地形地勢，就必須對縱斷面進行優化。

3.2 路線縱斷面設計關鍵點

3.2.1 縱坡坡度設計

在設計高速公路路線縱斷面時，應當避免在地形比較復雜、地形起伏較大區域，最好不要利用陡坡路段；如果公路路線處于沿河路段，必須確保縱坡的平緩性，并應當合理控制縱坡長度；如果公路路線處于山區路段，進行縱坡設計時要對沿線地形綜合分析，盡可能不利用坡度很大的縱坡。

3.2.2 確定轉坡點位置

所謂轉坡點就是相鄰縱坡線的交點，2個轉坡點之間的水平距離是坡長[5]。轉坡點位置會對縱坡、坡長、平縱面組合、土石方填挖平衡等產生根本影響。在確定轉坡點位置過程中，應當對公路路線線形、土石方開挖回填、縱坡坡度、坡長等展開合理的確定，并滿足相關規范的要求。此外，轉坡點位置一般布置在樁號為整數處。

4 高速公路路線縱斷面設計流程

4.1 工程概況

某高速公路項目路線全長33.480km，共設18個平曲線交點，平均每千米交點數0.589個，路線增長系數1.14，平曲線總長20 156.546m，占路線全長的60.358%。公路路線縱斷面設計是在保證行駛安全、舒適的前提下，充分結合地形、地貌，綜合考慮設計洪水位及交叉構造物設置等因素，確定合理的主線高度，使路線縱坡均衡、平緩，降低填方高度，減少土石數量，少占農田等，主要工程技術指標如表1所示。

表1 某高速公路主要工程技術指標

4.2 路線縱斷面設計步驟

在路線縱斷面設計開始之前，需要在設計圖紙上確定工程的樁號、標高，并標注出路線的平曲線。在所有的基礎資料準備好后，嚴格按照以下步驟展開路線縱斷面設計：標注控制點→試坡→調整縱坡坡度→核對（避免出現填挖過大、坡腳落空、擋土墻尺寸不合理等問題）→定坡（最大縱坡坡度3%、最小縱坡坡度0.5%、合成坡度不超過10%、最小坡長300m）→路線轉折處設置豎曲線→計算各樁號處填挖值。

4.3 路線縱斷面豎曲線設計

4.3.1 確定豎曲線形式

為了保證公路縱斷面上相鄰2條縱坡線相交處或縱坡變化位置行車的平順度和安全性，必須設置豎曲線。豎曲線一般有平曲線和二次拋物線形式。拋物線形式的豎曲線在計算時更加方便，故高速公路在縱斷面設計時一般采用二次拋物線形式。

4.3.2 確定豎曲線最小半徑

為了行車的安全性和舒適度，公路縱斷面設計時必須滿足JTG D20—2011《公路路線設計規范》中對豎曲線最小半徑和長度的要求，豎曲線要素如圖1所示。該高速設計速度為100km/h，對于凸形豎曲線視覺所需要的一般最小半徑為20 000m，對于凹形豎曲線視覺所需要的一般最小半徑為12 000m，豎曲線長度的一般長度為210m、極限長度為85m。

圖1 豎曲線要素圖

5 結語

本文對高速公路路線縱斷面設計存在的問題、設計關鍵點、設計流程等方面展開了深入的研究，得到了3個方面的結論：（1）高速公路路線縱斷面設計時要對選線位置、工程量大小、工程造價等方面展開綜合分析，并與沿線環境協調；（2）高速公路縱斷面設計過程中要遵循以下步驟：標注控制點→試坡→調整縱坡坡度→核對→定坡→路線轉折處設置豎曲線→計算各樁號處填挖值；（3）高速公路在縱斷面設計時豎曲線一般采用二次拋物線形式，豎曲線的最小半徑和長度要根據設計速度來確定，凹、凸形豎曲線視覺所需要的一般最小半徑分別為12 000m、20 000m，一般長度和極限長度分別為210m、85m。