山區(qū)公路縱斷面設(shè)計(jì)探討

楊淮 陳云江

云南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 云南 昆明 650221

云南省地處中華人民共和國(guó)西南邊陲，屬多山地區(qū)，其中山地約占84%，高原、丘陵約占10%。山嶺區(qū)地形復(fù)雜，山高谷深，使得公路路線急彎、陡坡較多，線形較差；地質(zhì)復(fù)雜，滑坡、碎落、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象較多；水文條件復(fù)雜，河流曲折、水流急、比降大，云南的雨季集中在五月到八月，雨季來臨，河流流速快、流量大，沖刷和破壞大；氣候復(fù)雜，山區(qū)山高霧大，氣溫較低、晝夜溫差大，空氣稀薄，汽車的動(dòng)力性能和安全性也受到影響。由于自然條件復(fù)雜，因而山區(qū)公路技術(shù)指標(biāo)不高，路線布設(shè)時(shí)多以縱斷面為主安排路線，如何做好縱斷面設(shè)計(jì)，就成了山區(qū)公路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。

1 山區(qū)公路縱斷面設(shè)計(jì)的原則

（1）根據(jù)公路等級(jí)、工程費(fèi)用、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益等因素，合理確定縱坡。

（2）縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)平順、保持視覺連續(xù)性，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)。

（3）縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)、水文、氣候條件綜合考慮，因地制宜，結(jié)合實(shí)際情況既滿足標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的設(shè)計(jì)要求，又保證路基穩(wěn)定、管線有足夠的覆蓋厚度、防止洪水浸淹等要求。

（4）縱坡力求均勻，不宜采用最大縱坡，也不宜連續(xù)采用不同縱坡最大坡長(zhǎng)值的陡坡間夾短距離緩坡的縱面線形。

（5）山區(qū)公路棄方處理比較困難，因而填挖平衡是縱坡設(shè)計(jì)的重要控制因素，盡量移挖作填以減少借方和棄方，減少土石方工程數(shù)量，節(jié)約土地，降低造價(jià)。

（6）盡量減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。不宜為了片面追求高指標(biāo)而造成大量的高填深挖，嚴(yán)重破壞公路和路域的生態(tài)環(huán)境[1]。

2 縱坡設(shè)計(jì)

2.1 滿足坡度要求

在山嶺區(qū)，路線縱坡直接影響到路線長(zhǎng)度、使用質(zhì)量、運(yùn)輸成本、工程造價(jià)。坡度大，則路線長(zhǎng)度縮短、填挖工程量增加、構(gòu)造物增多，汽車行駛緩慢，坡度小，則路線長(zhǎng)度增加，汽車行駛速度提高。坡度過大，汽車為了克服坡度阻力，需用低速擋爬坡，會(huì)引起水箱開鍋、行駛無力，下坡時(shí)需頻繁制動(dòng)，容易引起剎車片發(fā)熱失效，坡度過小，則不利于排水，因而在進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)時(shí)，要滿足公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)于最大縱坡和最小縱坡的規(guī)定。縱坡起伏不宜太大、太頻繁，設(shè)計(jì)時(shí)不要輕易采用極限值，只有當(dāng)?shù)匦问芟薏坏靡褧r(shí)方可選用，一般而言，縱坡應(yīng)盡量平緩一些，使駕乘人員有足夠的安全感和舒適感，但對(duì)山區(qū)公路而言，因地形地質(zhì)條件復(fù)雜，也不宜片面地追求高指標(biāo)而造成填挖量過大、造價(jià)急劇上升。

2.2 滿足坡長(zhǎng)要求

坡長(zhǎng)過大，連續(xù)上坡，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)過熱影響機(jī)械效率，下坡則因制動(dòng)次數(shù)增加影響行車安全，實(shí)踐證明，長(zhǎng)陡坡路段往往是事故多發(fā)地段，而且下坡方向的事故率遠(yuǎn)高于上坡方向，事故原因大多是由于載重汽車剎車失效。坡長(zhǎng)過小，變坡點(diǎn)多，縱斷面呈鋸齒狀，駕駛員需頻繁換擋，不利于操縱，同時(shí)也嚴(yán)重影響駕乘人員舒適性。縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，要熟悉標(biāo)準(zhǔn)，使坡長(zhǎng)滿足最大縱坡和最小縱坡的相關(guān)要求，如果陡坡長(zhǎng)度達(dá)到坡長(zhǎng)限制時(shí)，設(shè)置一段坡度不大于3%，長(zhǎng)度不小于最小坡長(zhǎng)的緩和坡段。緩坡宜長(zhǎng)、陡坡宜短，兩相鄰變坡點(diǎn)間的坡長(zhǎng)不宜太短。山區(qū)公路因受地形限制，陡坡較多，當(dāng)連續(xù)陡坡由幾個(gè)不同坡度值的坡段組合而成時(shí)，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行折算。某三級(jí)公路（V=40km/h），有三段連續(xù)陡坡，第一段坡度7%，坡長(zhǎng)200m，第二段坡度6%，坡長(zhǎng)250m，第三段坡段采用4%的坡度，其坡長(zhǎng)不應(yīng)超過[1-(200/500+250/700)]*1100=267.14m（500、700、1100是坡度分別為7%、6%、4%時(shí)的最大坡長(zhǎng)值）。

2.3 滿足平均縱坡的要求。

平均縱坡是衡量公路線形質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在長(zhǎng)期的實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，山區(qū)公路縱坡設(shè)計(jì)即使?jié)M足了上述關(guān)于坡度和坡長(zhǎng)的指標(biāo)，仍不能保證行車的安全，因此還需滿足平均縱坡的相關(guān)要求。我國(guó)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[2]》規(guī)定：高速、一級(jí)公路的連續(xù)下坡路段，任意連續(xù)3公里平均縱坡不宜大于4%，二、三、四級(jí)公路，任意連續(xù)3公里平均縱坡不宜大于5.5%。

2.4 滿足合成坡度的要求。

合成坡度是路線縱坡與橫高橫坡疊加的坡度，當(dāng)平面圓曲線半徑小于不設(shè)超高最小半徑時(shí)，需設(shè)置單向超高橫坡以抵消一部分離心力，該路段就需驗(yàn)算合成坡度，使其小于標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最大合成坡度，保證行車安全。為了保證路面排水通暢，合成坡度不宜小于0.5%。

3 豎曲線設(shè)計(jì)

在兩個(gè)不同坡度相交的變坡點(diǎn)處，應(yīng)設(shè)置豎曲線，目前我國(guó)采用二次拋物線作為豎曲線。豎曲線設(shè)計(jì)選擇半徑時(shí)，必須要滿足豎曲線最小半徑和最小長(zhǎng)度的要求才可保證行車安全，地形條件允許時(shí)，以盡量選用大半徑為宜。兩個(gè)相鄰的反向豎曲線間最好設(shè)置一段直線坡段，直線長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)速度的3s行程，當(dāng)?shù)匦问芟逕o法滿足時(shí)，兩反向豎曲線可直接連接。兩個(gè)相鄰的同向豎曲線間如直線長(zhǎng)度過短，可合并為一個(gè)單曲線或復(fù)曲線。

4 平縱線形組合設(shè)計(jì)

公路線形由平、縱、橫三維立體線形構(gòu)成，縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)需要綜合考慮平、縱組合與協(xié)調(diào)，不僅要滿足汽車行駛的安全、舒適、經(jīng)濟(jì)，也要注重駕駛員的視覺、心理和生理方面的需求。好的線形組合設(shè)計(jì)能自然地誘導(dǎo)駕駛員的視線，并保持視覺的連續(xù)性。平縱組合設(shè)計(jì)的要求因不同公路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度而異，設(shè)計(jì)速度高的公路應(yīng)選用較高的技術(shù)指標(biāo)；設(shè)計(jì)速度≥60km/h的公路，應(yīng)注重平縱組合設(shè)計(jì)，做到線形連續(xù)、指標(biāo)均衡、視覺良好；設(shè)計(jì)速度≤40km/h的公路，在保證安全行駛的前提下，力求做到各要素合理組合，避免或減輕不利的組合。設(shè)計(jì)速度越高，考慮的因素越全面，為駕乘人員提供更好的服務(wù)水平。

4.1 平曲線和豎曲線的組合

平曲線和豎曲線相互重合時(shí)，平曲線要稍長(zhǎng)于豎曲線，就是平時(shí)俗稱的“平包豎”。這種組合可以起到對(duì)駕駛員起到視線誘導(dǎo)的作用。但在山區(qū)公路中，由于受到地形的限制，一些路段不易做到，這時(shí)可容許平豎位置錯(cuò)開，但錯(cuò)開的位置應(yīng)不大于1/4平曲線長(zhǎng)，平曲線半徑很大或縱坡坡度平緩時(shí)可不受此限制。

此外，平、豎曲線半徑還應(yīng)保持均衡。當(dāng)一方若很平緩，另一方不能太小或變化過多，這樣做浪費(fèi)投資，線形也不美觀。均衡不是指的大小相等。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，平曲線半徑不大于1000米時(shí)，豎曲線的半徑為平曲線半徑的10～20倍時(shí)便可達(dá)到這一要求。

4.2 平面直線與縱斷面直線的組合

這路線形單調(diào)枯燥，駕駛員易疲勞，超速行駛、超車，為了改善單調(diào)的視覺，可增設(shè)視線誘導(dǎo)設(shè)施，搞好公路兩側(cè)的景觀設(shè)計(jì)。

4.3 平曲線與直線坡段的組合

若平曲線半徑適當(dāng)，這種組合視覺效果較好，若因平曲線半徑小于不設(shè)超高最小半徑時(shí)，需設(shè)單向超高橫坡，此時(shí)要驗(yàn)算合成縱坡，避免急彎與陡坡的組合。

4.4 平面直線與豎曲線的組合線形

調(diào)，司機(jī)行車到豎曲線位置時(shí)無法判斷前方是左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、還是直行，所以應(yīng)盡量避免這種組合，若避免不了則注意采用大半徑豎曲線以保證足夠的視距。平面直線與凹形豎曲線的組合線形不再生硬呆板，視距條件好，地形允許時(shí)盡量采用大半徑的凹形豎曲線以獲取更好的行車條件[3]。

5 充分考慮自然條件

縱坡設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合公路沿線的地形、地質(zhì)、地貌、氣候、土壤、水文等自然條件進(jìn)行綜合考慮。挖方地段要考慮邊溝排水（排水溝縱坡單獨(dú)設(shè)計(jì)時(shí)除外）；沿河線要高出設(shè)計(jì)洪水頻率計(jì)算水位0.5m以上；農(nóng)田等地下水位高的地段要保證最小填土高度；長(zhǎng)期地表積水路段應(yīng)滿足路基臨界高度要求。

6 考慮工程經(jīng)濟(jì)

縱坡設(shè)計(jì)在滿足指標(biāo)的前提下，可行方案很多，設(shè)計(jì)人員應(yīng)反復(fù)斟酌，多次試坡、調(diào)坡，力求高指標(biāo)、低造價(jià)，不能為了節(jié)約費(fèi)用使用低指標(biāo)，也不能片面追求高指標(biāo)而造成費(fèi)用劇增。在進(jìn)行山區(qū)公路縱坡設(shè)計(jì)時(shí)，宜力求使縱、橫向填挖平衡，盡量不高填深挖，山區(qū)公路土薄石多，深挖路塹為了保證路基穩(wěn)定性，需做支擋和防護(hù)工程，容易引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，增加費(fèi)用，高填路堤填方數(shù)量大、坡腳遠(yuǎn)、占地多，擋墻、護(hù)腳、砌石路基等支擋工程也會(huì)使造價(jià)明顯上升，故而在縱坡設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮工程經(jīng)濟(jì)性，有意識(shí)地避免高填深挖、避開不良地質(zhì)路段。

要搞好山區(qū)公路縱斷面設(shè)計(jì)，不僅要求設(shè)計(jì)人員熟練掌握相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，還需深入現(xiàn)場(chǎng)充分了解當(dāng)?shù)刈匀粭l件，綜合考慮平面、縱斷面 、橫斷面三者之間的協(xié)調(diào)和相互影響、制約，反復(fù)比較、多次調(diào)整，因地制宜，設(shè)計(jì)出與切合實(shí)際、指標(biāo)較高、經(jīng)濟(jì)節(jié)約的公路。

[1]張維全.道路勘測(cè)設(shè)計(jì) [M].北京:人民交通出版社,2017:91-128.

[2]JTG B01-2014.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

[3]JTG B20-2006.公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2006.