山區低等級改擴建公路線形設計探究

甄 鑫

(貴州省銅仁公路勘察設計院，貴州 銅仁 554300)

山區低等級改擴建公路線形設計探究

甄 鑫

(貴州省銅仁公路勘察設計院，貴州 銅仁 554300)

針對山區低等級公路的改擴建設計，將其中的線形設計內容作為研究對象，在明確選線原則的基礎上，分別從單交點、雙交點與曲線擬合三方面論述線形設計方法。

山區低等級公路；改擴建；線形設計

1 山區低等級改擴建公路線形設計

1.1 單交點設計

(1)外距控制

通常在有最大限度利用舊路需求、曲線內存在需進行保護的構筑物、外距容易對工程量和路基造成影響的狀況下應用。路線轉角可通過實測得出，外距的確定需綜合考慮舊路利用、現有構筑物和交點的間距、工程量。設計過程中，首先假設緩和曲線的設計長度為ls，則這一曲線長度、路線轉角、曲線半徑和外距有如下關系

(1)

通過計算即可得出曲線半徑R。得出R值以后，還要根據線形的協調性要求與現行技術標準進行檢查，若檢查發現不合理要重新進行計算，直到R值合理。

(2)切線長控制

山區低等級公路因受到地形地勢因素影響，交點之間的距離通常很短，難以滿足直線長要求，往往要設置復曲線，而此時的平曲線設計就要用到切線長控制。路線轉角可通過實測得出，根據公路線形設計需要選定切線長。設計過程中可按實際狀況設計成兩種基本形，即對稱基本形與非對稱基本形。

①對稱基本形。首先假設緩和曲線的設計長度為ls，則這一曲線長度、路線轉角、曲線半徑和切線長有如下關系

(2)

通過計算即可得出曲線半徑R。如果路線的轉角相對較大，則以上公式結果的準確性較差，此時應將采用以上公式計算得出的R值作為初始值，再采用以下公式得出最終的曲線半徑

(3)

②非對稱基本形。假設切線長分別為T1或者是T2，假設緩和曲線的設計長度為ls1、ls2，可得

(4)

(5)

通過計算即可得出曲線半徑R。

(3)任意點支距長控制

通常在現有擋墻與涵洞等構造物可以進行利用時應用。路線轉角可通過實測得出，任意一點P和導線的間距為m，和交點的間距為n，如圖1所示。

圖1 任意點支距長控制

設計過程中，使用R0表示曲線的半徑，可得

(6)

通過計算得出R0，若其值比未設超高狀態下最小半徑大，則此值即所求；相反，若其值比未設超高狀態下最小半徑小，則要設置緩和曲線。假定所設緩和曲線的后曲線發生內移，使其不經過點P，則可采取迭代方法縮小半徑，直到曲線經過點P。

1.2 雙交點設計

在對山區低等級公路進行改擴建的過程中，因受舊路、地形地貌與既有地物等因素的限制，為了給測量設計工作提供方便，時常可以見到設置雙交點的情況。在設計過程中，即可將曲線視作復曲線，也可視作基本形曲線。

(1)復曲線

設計過程中，根據實情采用單交點方式對其中一個曲線的長與半徑進行確定，然后再通過計算得出另外一個曲線的長與半徑。設由單交點方式得出的曲線長等于lsA，半徑等于RA，則有

(7)

通過計算即可得出曲線半徑RB。兩曲線的半徑存在較大偏差，則按照現行設計規范的要求需要在曲線之間設置緩和曲線。

(2)虛交

虛交主要分為下列三種情況：

①切線長控制：通過對虛交三角形的求解，促使單交點變為虛交，再根據這一單交點的實際情況對半徑及緩和曲線的長進行確定。

②切基線：假設緩和曲線的設計長度為ls，則有

(8)

通過計算即可得出曲線半徑R。

③外距控制：先采用切基線得出初始半徑值，然后對其外距值進行計算，再按要求線位關系，對外距進行適當增大或減小，借助虛交三角形的求解采用單交點替換虛交，最后即可采取外距控制方法求取曲線的長與半徑值。

1.3 曲線擬合設計

如果交點難以確定，則可先選定一段圓曲線與直線，然后由緩和曲線對二者進行連接。其中，選定直線較為容易，而圓曲線選定需要使用計算機。

(1)圓曲線設計

山區低等級公路大多彎道多縱坡大，時常是一個彎道挨著一個彎道，如果某路段曲線無法使用交點進行控制，在現場設置控制樁，促使后續的平曲線設計經過這些控制樁，則會降低設計的難度，假設控制點Pi(xi,yi)的數量為n，曲線半徑R，曲線圓心(x0,y0)，則可得圓方程

(x-x0)2+(y-y0)2=R2

(9)

如果n>3，則有

(10)

(2)緩和曲線設計

當直線與圓曲線均已選定之后，即可在相鄰曲線和之間，或則是曲線之間設計出一條緩和曲線。在這一過程中，需要將距離條件作為設計依據。

2 結束語

綜上所述，在山區低等級公路的改擴建設計過程中，合理可行的線形設計除了能有效提升舊路綜合技術等級，還能協調舊路利用等相關問題，既減少了改擴建施工的工程量，又節省了施工成本，進而滿足山區低等級公路的各項使用要求。針對山區低等級公路的改擴建工程線形設計進行研究是十分必要的，同時也具有重要的現實意義，必須得到相關工作人員的高度重視。

[1] 楊同偉.合理線形指標在山區低等級公路改擴建工程中的應用[J].中華建設，2015，(4):122-123.

[2] 吳高南.山區低等級改擴建公路線形設計探究[J].山西建筑，2014，(24):146-148.

[3] 陳廣文.淺談山區低等級公路線形設計[J].民營科技，2013，(6):116-117.

U412.3

B

1008-3383(2017)10-0029-02

2017-06-07

甄鑫(1991-)，男，貴州銅仁人，研究方向：公路與橋梁勘察設計。