公路工程項目路線縱斷面的設(shè)計方法探討

摘要 公路工程作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，在國民經(jīng)濟發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但由于公路工程建設(shè)具有線長面廣、環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件變化大等特點，使得路線縱斷面設(shè)計難度顯著增大。為保證路線設(shè)計的合理性，提高道路運營的安全性和高效性，加強公路工程縱斷面設(shè)計尤為重要。鑒于此，文章針對公路工程路線縱斷面設(shè)計方法展開全面探究，論述了路線縱斷面設(shè)計的原則，提出了針對性的設(shè)計方法及設(shè)計要點，為后續(xù)同類工程項目設(shè)計和施工提供參考。

關(guān)鍵詞 公路工程項目；路線設(shè)計；縱斷面設(shè)計；設(shè)計方法

中圖分類號 U412.33 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0168-03

0 引言

公路工程是交通運輸行業(yè)的重要組成部分，有效推動了社會經(jīng)濟和交通運輸行業(yè)的發(fā)展。公路工程路線縱斷面設(shè)計作為公路建設(shè)不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對保證公路建設(shè)質(zhì)量具有重要作用。道路縱斷面設(shè)計的合理性與否直接決定工程建設(shè)的經(jīng)濟性、合理性，影響道路運營安全。為此，該文針對公路工程項目路線縱斷面設(shè)計進行全面分析，提出了切實可行的設(shè)計方法。

1 設(shè)計原則

（1）道路縱坡設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求，包含各等級公路最大縱坡及滿足排水要求的最小縱坡等。

（2）為保證行車安全性、流暢性和高效性，應(yīng)科學(xué)進行縱坡設(shè)計，確保平順和銜接良好。

（3）對規(guī)劃區(qū)域內(nèi)地形地貌、自然環(huán)境、地質(zhì)條件等各方面因素進行充分調(diào)查，統(tǒng)籌各方面情況進行科學(xué)處理，保證公路線形的合理性。

（4）結(jié)合路線地勢特征，全面考慮農(nóng)田、河流等各方面具體要求。

（5）若道路沿線地質(zhì)條件較差，應(yīng)采取科學(xué)方法合理調(diào)整路基高度。

（6）在確保路基承載性能滿足要求的情況下，盡可能保持填挖平衡，降低土方開挖量，節(jié)約工程成本。

（7）對后續(xù)道路改擴建施工相關(guān)情況作適當(dāng)考慮。

2 路線縱斷面設(shè)計準(zhǔn)備工作

公路工程路線縱斷面設(shè)計時，應(yīng)科學(xué)做好設(shè)計準(zhǔn)備工作。具體內(nèi)容如下：

（1）道路縱坡設(shè)計前，應(yīng)根據(jù)比例要求，提前在圖紙中標(biāo)注樁號、高程等內(nèi)容，作出地面線，并將相關(guān)信息填入圖紙內(nèi)，收集有關(guān)資料，完成整理及歸類工作，了解設(shè)計要求。

（2）標(biāo)注控制點?？刂泣c包括公路起止點及沿線橋梁、隘口、涵洞等設(shè)施。地質(zhì)條件較差的路段，還應(yīng)確定最小填方高度及最大挖方深度。若存在鐵路道口，應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)注于圖中，根據(jù)城市規(guī)劃控制高程，合理確定道路高程控制點。

（3）加強經(jīng)濟點設(shè)計。山區(qū)路段應(yīng)按照路基填挖平衡關(guān)系確定高程點，平原地區(qū)則無需考慮經(jīng)濟點問題，但應(yīng)注意坡度方面要求，將確定坡度與選線坡度實施對比，若二者大致相同，則表明設(shè)計合理；若二者差異較大，則應(yīng)查明原因，找出存在問題，并合理進行判定，確定最佳坡度[1]。

3 坡長設(shè)計選擇

（1）坡長主要指的是縱斷面相鄰變坡點間的水平距離，道路縱斷面應(yīng)與現(xiàn)場地形相適應(yīng)，坡長設(shè)計時應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行統(tǒng)籌設(shè)計[2]。

（2）縱坡應(yīng)保持平順和舒緩，且盡可能拉長坡段長度，避免出現(xiàn)連續(xù)起伏。但應(yīng)著重強調(diào)的是若坡長過長，會造成道路高程無法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且會顯著增大土石方用量。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最小坡長不得小于設(shè)計速度持續(xù)行駛9 s的長度。按照此標(biāo)準(zhǔn)，高速公路坡長通常不得小于300 m。但現(xiàn)實情況下，大部分駕駛員均將精力放在前方300 m區(qū)域內(nèi)，若最小坡長設(shè)計為300 m，勢必會造成道路縱斷面產(chǎn)生連續(xù)起伏，影響視覺效果，增加交通安全風(fēng)險[3]。結(jié)合某高速公路工程實踐，設(shè)計中最小坡長為400 m，視覺效果顯著，且增加的工程量有限。因此，在平原地區(qū)，最小坡長設(shè)計為400 m效果更佳。

（3）不同方向曲線拐點、直線與回旋線間的交點、圓曲線與回旋線間的交點及直線與圓曲線間的交點，均不得出現(xiàn)變坡點。不同等級公路最大容許合成坡度及最小坡長如表1和表2所示。

（4）若公路位于高原地帶，其縱坡應(yīng)根據(jù)實際海拔高度折減。當(dāng)海拔介于3 000～4 000 m時應(yīng)以1%標(biāo)準(zhǔn)實施折減，當(dāng)海拔介于4 000～5 000 m時應(yīng)以2%的標(biāo)準(zhǔn)實施折減，當(dāng)海拔超過5 000 m時，應(yīng)以3%的標(biāo)準(zhǔn)實施折減[4]。

4 豎曲線半徑確定

（1）在確定道路豎曲線半徑時，凸形豎曲線及凹形豎曲線半徑存在一定差異，二者側(cè)重點不同。凸形豎曲線主要是以保證視距為標(biāo)準(zhǔn)進行半徑設(shè)計；而凹形豎曲線則主要以保證車燈照射范圍為標(biāo)準(zhǔn)進行半徑設(shè)計，并保證因離心作用形成沖擊荷載滿足汽車彈簧承載要求。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)確定的半徑為極限半徑，具體設(shè)計時僅適用于特殊條件下，一般情況下應(yīng)略大于最小值[5]。

（2）就道路線形而言，長豎曲線顯著優(yōu)于短豎曲線。因此，實際設(shè)計時，可合理增大豎曲線半徑，特別對于代數(shù)差較小的情況下，應(yīng)采取大半徑，以保證豎曲線長度符合要求，避免產(chǎn)生視覺不良。當(dāng)設(shè)計條件允許時，為最大限度地保證縱斷面線形平順，應(yīng)從視覺方面對豎曲線半徑進行設(shè)計，在確保工程量不超要求的前提下，豎曲線長度不得小于400 m[6]。

5 豎曲線間直線坡段長度確定

（1）根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，針對同向豎曲線，特別是同向凹形豎曲線，當(dāng)直線坡段長度較短時，應(yīng)將其合并為單曲線或復(fù)合式曲線，以避免形成斷背曲線，影響行車安全。直線坡段長度的確定，通常難以根據(jù)理論計算得出，應(yīng)結(jié)合駕駛?cè)藛T心理狀況綜合確定。多數(shù)設(shè)計人士普遍認(rèn)為直線坡段長度和同向平曲線間的直線段相同，即為設(shè)計速度的6倍。而實際狀況下，影響道路縱斷面設(shè)計的因素較多，采用6倍設(shè)計速度實時控制給施工帶來較大困難[7]。因此，當(dāng)縱坡代數(shù)差較小時，可采用4倍設(shè)計速度實施控制。結(jié)合某高速公路工程實踐，對同向凹形豎曲線間直線段長度采用10倍設(shè)計速度實時控制，其視覺效果顯著，且線形平順。若相鄰豎曲線間直線度長度大于4倍設(shè)計速度，則需對變坡點進行科學(xué)調(diào)整，并將其合并為單曲線或復(fù)合式曲線。

（2）相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，反向豎曲線間的直線坡段長度應(yīng)為設(shè)計速度持續(xù)行駛3 s的長度。因此，其理論設(shè)計值不得小于100 m。而實際設(shè)計時，若相鄰反向豎曲線間的直線坡段長度小于100 m，應(yīng)適當(dāng)減小豎曲線半徑，以保證直線坡段長度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但應(yīng)重點關(guān)注半徑調(diào)整后的高程變化。從視覺效果來看，曲線多的路線平順程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出直線段較多的線路[8]。

6 縱斷面線形組合設(shè)計

公路工程線路縱斷面線形組合設(shè)計，應(yīng)嚴(yán)格遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）確保線形達到視覺平順的要求。平、豎曲線彼此對應(yīng)時，變坡點設(shè)置于平曲線中點處最為合理。實際設(shè)計時，應(yīng)全面考慮平、縱線形間的相互影響。但位于平原地帶的高速公路，其平曲線半徑通常較大，一般為1～2 km，局部地段達6～7 km，為有效保證平、縱線形滿足1∶1對應(yīng)關(guān)系，不僅填方量較大，且會造成相關(guān)構(gòu)造設(shè)施高程達不到標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合實際工程效果來看，若縱向坡度較緩，縱面連續(xù)起伏對視覺效果影響相對較小。實際設(shè)計時，應(yīng)合理控制，在滿足相關(guān)要求的條件下，盡可能實現(xiàn)彼此對應(yīng)，若無法實現(xiàn)，則應(yīng)保證各長平曲線包含三個豎曲線。同時，還應(yīng)保證每個長平曲線能夠包含多條豎曲線，避免豎曲線直接插入變坡點[9]。

（2）確保線形符合視覺及心理的雙重需求。公路工程平、縱斷面線形相關(guān)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計應(yīng)合理，平面設(shè)計時，豎曲線半徑為平曲線半徑的10～20倍。同時，若一條平曲線內(nèi)部含有多條豎曲線時，其半徑及長度也應(yīng)均衡，滿足視覺效果及心理作用的雙重需求。

（3）確保線形與沿線生態(tài)景觀相協(xié)調(diào)。為實現(xiàn)公路工程安全、穩(wěn)定運營的目標(biāo)，僅僅滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的線形要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在實際設(shè)計時，還應(yīng)結(jié)合道路沿線地形、環(huán)境、景觀等各方面要素，統(tǒng)籌兼顧，正確處理好公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，合理優(yōu)化道路縱斷面設(shè)計形式，實現(xiàn)道路線形與沿線生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)一致。此外，為創(chuàng)造良好的視線誘導(dǎo)效果，應(yīng)在中央分隔帶內(nèi)種植綠色植物，并在兩側(cè)安裝波形防護欄桿。

7 標(biāo)高確定與減少填土高度

公路工程縱斷面設(shè)計影響因素眾多，具體包括坡度、坡長、豎曲線半徑、豎曲線長度、平縱面線形組合形式及自然環(huán)境因素等。因此，道路線形實際設(shè)計時，合理確定道路標(biāo)高，實現(xiàn)道路挖填平衡，最大限度地保護耕地，是當(dāng)面設(shè)計人員面臨的主要難題。道路縱斷面設(shè)計時，應(yīng)加強道路沿線地質(zhì)、環(huán)境、地形等各方面要素的調(diào)查，全面了解實際情況，避免軟土區(qū)域填方高度過大，確保各項指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。全面了解道路沿線橋梁布設(shè)形式及通航能力的具體要求，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，按照因地制宜、生態(tài)和諧的目標(biāo)，確定橋梁設(shè)計方案，重點考慮預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁或裝配式橋梁，此類橋梁可顯著降低橋梁高度。另外，還需要做好以下幾方面的技術(shù)把控。

7.1 科學(xué)選擇通道位置和數(shù)量

一是我國人員較多，村莊分布范圍較廣，造成公路設(shè)計時通道數(shù)量較多，嚴(yán)重影響道路縱斷面設(shè)計質(zhì)量，因此實際設(shè)計時應(yīng)加強通道選擇控制。二是公路工程建設(shè)的主要目的是為了方便人們的生產(chǎn)生活，為人們提供優(yōu)質(zhì)、高效的交通服務(wù)。鑒于此，公路工程設(shè)計時應(yīng)全面結(jié)合道路沿線實際生產(chǎn)生活需求，推動區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展。三是為保證公路與地方道路的有效連接，應(yīng)設(shè)置必要的連接通道，但現(xiàn)實中，許多通道得不到有效利用，造成資源的嚴(yán)重浪費，且對道路縱斷面設(shè)計帶來諸多不利影響。為此，實際設(shè)計時應(yīng)結(jié)合實際情況，科學(xué)取舍。若通道布置造成道路縱斷面填高增加，應(yīng)綜合研判確定最佳處治方案，如調(diào)整道路位置使通道下穿通過；四是科學(xué)利用邊孔及箱涵，減少通道數(shù)量。五是結(jié)合道路沿線人口及村鎮(zhèn)分布情況，合理確定通道布設(shè)間距，在人口較為密集的路段，應(yīng)以2～3座/千米的標(biāo)準(zhǔn)進行布設(shè)。

7.2 合理確定支線布設(shè)形式

一是嚴(yán)格按照道路沿線地形分布特征，并結(jié)合道路填方高度情況，選擇合適的支線布設(shè)方案，即上跨或下穿。二是一般情況下，在微丘地段采用上跨方式，平原地區(qū)采用下穿方式。三是平原地區(qū)采用主線上方跨越的分離式立交，普遍存在縱向坡度大，道路連接困難的現(xiàn)象。結(jié)合某高速公路工程實踐，沿線包含兩處分離式立交，實際設(shè)計時，為有效減少主線道路填方高度，設(shè)計為從主線上方跨越的形式，該設(shè)計方案不僅對原始道路結(jié)構(gòu)造成較大破壞，且顯著增大支線建設(shè)成本。改用下穿方案后，效果顯著，得到了當(dāng)?shù)厝藗兊母叨日J(rèn)可，相比初步設(shè)計方案成本更低[10]。

7.3 確定通道凈空

一是應(yīng)結(jié)合工程現(xiàn)場實際情況進行通道高度設(shè)計，從而有效確保設(shè)計成果的合理性，避免填方工程量增加影響工程整體造價。二是通道標(biāo)高設(shè)計時，應(yīng)全面考慮排水需求，應(yīng)略高于原始道路標(biāo)高，方便雨水快速排出。三是局部路段的通道應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場排水情況進行科學(xué)設(shè)計，若能保證自排水通暢，可合理下挖，但應(yīng)堅決杜絕因一味追求降低填方高度而造成的盲目開挖，尤其針對降雨豐富且地基長期位于潮濕環(huán)境中的地段應(yīng)高度關(guān)注，以免造成通道積水，影響通道正常使用。

8 結(jié)論

綜上所述，公路工程路線縱斷面設(shè)計是道路工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計合理性與否直接決定公路建設(shè)的安全性和可行性，對保證公路安全穩(wěn)定運營具有重要影響。因此，在進行道路縱斷面設(shè)計時，應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計原則，提前做好控制點、經(jīng)濟點設(shè)計等各項準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合道路沿線實際情況，合理確定坡長、豎曲線半徑、豎曲線間直線坡段長度、縱斷面線形組合形式及標(biāo)高等各項技術(shù)指標(biāo)，最大限度地減少填方高度，降低工程建設(shè)成本，確保公路工程建設(shè)的經(jīng)濟性和合理性。此外，道路縱斷面設(shè)計應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，全面考慮整體與局部、短期與長期、公路建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展之間的關(guān)系，綜合各個方面進行方案比選，從而確定最佳的縱斷面設(shè)計方案。

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