高等級公路線形設計的有關問題探討

范曉為

（蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210017）

線形是構成高等級公路的骨架，不僅會影響后續車輛通行的舒適性與安全性，也會對整個公路工程項目當中的路基、橋涵、沿線設施以及交叉部位等構筑物本身的建設規模產生極大影響，所以必須要對公路的線形進行科學設計。特別是在建成公路之后，由于線形是伴隨著工程長期存在的，如果對其進行改變，就會耗費較大的工程項目投資。因此，為了全面提升高等級公路建設的質量與經濟效益，就必須高度重視公路線形的設計。

1 高等級公路線形設計的重要性

作為構成高等級公路工程核心“骨架”的重要組成部分之一，線形會對整個公路工程項目建設的質量與經濟效益帶來極大影響，具體主要表現在如下幾個方面。一是要從道路運營及維護管理視角來對相應的道路維護費用和成本進行控制，確保整體的道路設計經濟效益。二是立足于道路駕駛人員本身的行車視覺視角，保證線形設計可以為駕駛人員提供一個更為適宜的視覺環境，使他們可以體會并感受到道路駕駛的舒適性，避免因為扭曲或急劇起伏變化的道路線形而影響了駕駛人員的行車視覺與舒適性，因此需借助合理的線形設計來確保道路駕駛的安全性。三是通過合理設計道路線形可以強化道路設計同周邊景觀及環境之間的協調發展。四是通過借助道路線形設計可以使整個道路建設同周邊的地物、地形乃至土地利用等相關的建設條件之間保持一致性，不僅可以提高整體的道路建設及施工便捷性，也可以更好地解決整體項目的建設費用。五是公路線形設計涉及高等級公路同其他相關設施之間的協調性與平衡性，如豎曲線與縱坡線、縱面線形和平面線形，以及緩和曲線、圓曲線和直線彼此之間都要保持良好的組合協調性，這樣可以全面提升高等級公路設計的效果。

2 高等級公路線形設計的核心原則

2.1 安全性與實效性原則

在諸多高等級公路線形設計原則當中，安全性是占據首要地位的一個原則，尤其是在山區等復雜地形條件下的高等級公路建設過程中，由于地貌、地質等條件錯綜復雜，在實際的公路線形設計實踐中需要綜合考慮眾多方面的因素。由于山區或者復雜地勢條件下的高等級公路路線一般很難一直保持比較長的順直性特征，所以需要對公路路線的坡度以及轉彎進行頻繁改變，方可更好地確保所設計公路路線的貫通性。針對這些復雜條件下的高等級公路設計更加需要高度重視安全性這一基本設計原則，如要綜合考慮轉彎圓曲線半徑、縱坡的坡長等關鍵因素，它們都是影響線形設計安全性的重要因素。考慮到山區等一些復雜地勢條件下的海拔高度具有比較大的變化，所以在設計相應區域高等級公路過程中會常常應用“長大縱坡”這一線形設計方式，保證車輛行駛期間速度可以得到更好地控制，但是由于需要頻繁踩剎車，容易造成車輛的剎車片出現故障。與此同時，從駕駛人員心理層面來講，在對長大縱坡的坡長進行設計期間，如果直接選擇制動距離這一指標是不全面的，尤其是這種設計指標沒有突出人性化與安全性設計理念。因此，在設計長大縱坡期間必須要高度重視考慮道路駕駛人員的心理因素，優化設計縱坡的坡度、坡長乃至道路車輛本身的瞬時速度等因素。

以長大縱坡路段下載重車輛的剎車距離為例，表1展示的是坡度為4.8%條件下的載重車輛處于緩行狀態下的剎車距離數據。

表1 坡度為4.8%條件下的載重車輛對應的剎車距離

由表1 可知，在公路線形設計期間必須綜合考慮縱坡的剎車距離與車輛行駛速率二者之間的平衡關系，并重點設計危險地段的交通標識，如載重車輛的限速標識或車距提醒標識等，還要注意在縱坡上面車輛的極限制動距離位置處科學設計避險車道。此外，從道路駕駛人員的心理層面來講，針對限速值為100 km/h 條件下的道路坡長設計值設計，要綜合考慮駕駛人員本身的心率值與坡長設計值，更好地借助線形的科學設計來確保駕駛人員的安全性，保證坡長、坡度等相關線形設計關鍵指標的合理性與科學性。

2.2 合理性和科學性原則

合理性是影響高等級公路線形設計質量的另一個關鍵設計原則，就是要在公路線形設計實踐中緊密結合道路設計現場的實際情況，科學設計線形，保證其可以同當地的地質條件等保持更好的適宜性。以山區地區的高等級公路設計為例，需要在線形設計中綜合考慮山區地勢的起伏或環繞等不同的工況條件，并且結合這些公路建設及設計需求或要求等對線形的形式進行科學設計，保證借助圓曲線、緩和曲線以及直線等多種線形的綜合應用來提高整體線形設計的合理性與實效性。

在需要轉彎的山區路段進行線形設計期間，如果山體本身具有比較小的夾角，可以在設計中應用沿著山體展線的設計手段，以此有效解決區段內公路轉彎行車視距不足或者轉彎過小等設計問題。為了確保公路行車的安全，避免急轉陡坡影響駕駛人員的行車視線，在山體轉彎部位處的道路線形設計過程中要盡量采取圓曲線設計方式作為過渡，且其半徑值要盡量大一些，確保路線線形設計的合理性。而在對不同段的公路曲線進行設計過程中必須充分考慮道路駕駛的安全性與舒適性等要求，針對曲線之間直線段這一過渡段進行科學設計，且直線距離要符合設計規范和要求，而如果相應區段的地形條件不適合采用直線段作為曲線段之間的過渡，那么可以應用單曲線方式來對多曲線連接方式進行替代。此外，在開展道路線形設計過程中不僅需要考慮線形組合設計因素，還要注意優化設計縱斷面形式來提升線形設計效果，確保道路線形設計之后可以為道路行車人員提供一個暢通、連續的行車視距，避免在小路徑范圍內頻繁變更縱斷面；在縱斷面設計過程中如果碰到連續上坡段，那么要本著自下而上逐級遞減的方式對路面坡率值進行設計；要有機結合平面線形與縱斷面來合理開展線形設計，確保其設計的規范性和合理性。

3 高等級公路線形設計的策略及要點

3.1 基于安全性與實效性原則的總體設計策略

基于上述分析可知，安全問題與實效性問題是高等級公路線形設計中需要重點關注的一類問題，會對整體的公路線形設計安全性帶來極大影響。比如，針對山區高等級高速公路長大縱坡路段設計過程中存在的制動距離過大誘發的駕駛人員心理負擔過重問題，必須要注意做好這一路段的線形安全設計，可以在需要車輛頻繁行駛的長大縱坡路段設計過程中增設抗滑罩面設計，并要對相應路段本身的摩阻力進行提高，對車輛制動距離進行有效控制。比如，可以在原有公路瀝青路面上面增設黏層后再進行瀝青瑪蹄脂混凝土罩面層鋪設如圖1 所示，這種設計方式可以顯著改善原有公路路面本身的摩阻系數。此外，要對公路縱坡的坡長與坡率進行嚴格控制，期間需要設計人員綜合考慮駕駛人員行車的心理舒適度、道路排水要求以及剎車距離限值等多方面因素。特別是要注意嚴格依據公路設計方面的設計限制規定及要求來開展縱坡設計，并且結合實際的地形條件對設計值進行適當調整，保證可以在滿足公路線形設計安全性等要求及標準的基礎上，增加整體高等級公路線形設計的經濟效益。

圖1 抗滑罩面設計示意圖

除了上述長大縱坡路段的安全設計要求及策略外，還要切實做好相應路段的交通安全設計工作，具體可以在下坡路段科學噴涂振蕩標線，并對突起路標進行科學布設，以此來提醒及警示道路行車人員注意安全；可以在陡坡急轉彎部位合理設置警示標識，尤其是要在那些專用于重載車輛的爬坡車道上面做好安全警示標識設計工作，對重載車輛與小型車輛要做好分流工作，這樣可以更好地確保小型車輛在相應區段上行車安全，也可以為重載車輛在相應區段上進行緊急制動預留更加充足的距離與空間，圖2 就是高等級公路路線設計中比較多用的交通安全基礎設施，會對整體的道路路線設計安全性產生極大影響，所以也是需要設計人員在路線設計中考慮的一類問題。通過這種公路路線設計措施的應用，可以更好地確保道路行車的安全。

圖2 高等級公路常用的安全警示標識及基礎設施

3.2 基于合理性與科學性原則的線形設計策略

在高等級公路線形設計實踐中，設計人員必須切實意識到線形設計可能對整個后續公路行車舒適性與安全性帶來的巨大影響，然后需要緊密結合高等級公路所處區域的地質條件、地形條件等對線形設計方案進行持續改進及優化，這樣才能更好地提升整體道路線形設計的合理性與科學性，具體的設計策略及要點如下。

一是要對公路平曲線的半徑值進行合理控制。特別是在面對隧道過境路段、小半徑平曲線路段以及長大縱坡路段等不利于安全駕駛的公路路段，如果平曲線半徑設計過小，就容易使駕駛人員在經過該路段的過程中產生比較嚴重的緊張感，同時也會影響他們的行車視覺條件。現有的設計項目在開展設計過程中都以相應的設計下限作為基本標準，雖然這種設計方式符合設計規范，但是在實際的道路線形設計過程中卻存在部分設計不合理的問題。為了可以對小半徑平曲線進行優化及合理修整，結合相關工程設計實踐，可以保證最小平曲線的半徑值不小于1 km，并且如果設計條件允許，要優先選擇應用沒有設置超高的最小半徑值。二是要結合現場條件合理調整公路路基設計寬度，并要對傳統土路肩進行硬化處理；陡崖部位需要在緊鄰懸崖部位一側設計護欄（金屬或混凝土等材質），并且要對遠景的交通流量進行綜合考慮，盡量選擇幾何線形方式來為后續的高等級公路改造創設良好的條件。

4 結束語

總之，線形設計是高等級公路設計中的一項重要任務，會對公路行車安全性與穩定性產生極大影響。其中安全性和合理性問題既是公路線形設計中需要重點關注的問題，也是需要設計人員遵從的設計原則，但是都需要設計人員結合高等級公路建設實際情況，針對突出的設計安全問題及合理性問題來合理設計線形，保證最大程度提升公路線形設計效果。