公路工程縱斷面線形優化設計研究

趙迪

摘 要：近年來，我國公路交通建設迎來了高峰期。公路線路縱斷面設計方案不僅影響到線路的工程投資，還影響未來的運營成本。為了實現公路交通系統的可持續發展，合理設置縱斷面線形方案，已成為公路縱斷面優化設計的研究重點。為此，本文在全面掌握縱斷面線形設計原則的基礎上，對公路工程縱斷面線形優化設計要點進行了分析與探討。

關鍵詞：縱斷面;設計原則;設計要點

1 公路工程縱斷面線形優化設計原則

對于公路行車來說，公路坡度的大小直接影響到其行進的速度與安全，而這一切這都取決于公路路線的縱斷面設計的好壞。所以，設計人員一定要本著實事求是的態度對公路線路的縱斷面進行設計，具體來說，公路線路縱斷面設計的主要原則包括以下幾點：

（1）縱斷面線形設計要因具體情況的不同而分別處理。所謂具體情況具體分析，縱斷面的線形設計同樣要根據整個工程沿線的地質地形條件、水文氣候條件的差異而定，除此之外，還要充分考慮行車的速度，力求公路的縱坡大小、長短及其他因素與整個工程安全相匹配，以具體情況為出發點，實事求是，因時因地制宜，不做無用功。具體說來，縱斷面設計要與周圍地形景觀相協調，避免駕駛員與乘客產生視覺及心理上的不適。

（2）縱斷面的縱坡設計一定要符合《公路工程技術標準》的規定。設計人員要根據《公路工程技術標準》來正確合理地確定路線的坡度問題，最大縱坡、最小縱坡及最大和最小坡長限制的設定都要依據實際情況科學設定。最大縱坡是公路路線縱斷面設計的重要控制指標，也是直接與整個工程的工程造價掛鉤的一項指標，這是因為公路縱坡度越大，相應的工程路線就越短，這便導致工程數量也越來越少，工程造價也越來越低。

（3）公路路線縱斷面設計過程中要注意連續升坡路段的縱坡設計，要在其接近坡頂的縱坡上采用緩坡。如果相鄰縱坡發生的變化較小時，要設計比其他豎曲線半徑大的半徑;為了保證行車安全，要避免設計變化急劇的豎曲線;此外，設計人員在進行路線平縱面組合設計時，要盡量使平縱面的配合合理，且能夠保證工程的順利完成及行車的安全與舒適。

2 公路工程縱斷面線形優化設計要點

2.1 縱坡

縱坡坡度與坡長直接影響車輛上下坡時的車輛動力狀態及駕駛員操作感受。據相關研究表明，隨著縱坡坡度的增大，交通事故率整體呈上升趨勢，且坡度越大，事故率增長越快。在坡度由4%增至5%時以及7%增至8%時，交通事故率明顯升高，當縱坡小于4%時事故率處于較低水平。因此，在地形平坦地區盡量將縱坡控制在4%以內，在地形起伏較大的區域可將極端縱坡坡度放寬至7%。

同時，相關研究顯示，事故率與坡長呈線性正比例相關，這是由于車輛在長時間下坡過程中，駕駛員為控制車速會長時間踩剎車，剎車片過熱容易引起制動器故障，若對車速不進行控制，則到達坡底時車輛將積累很高的動能，導致車速高于正常行駛速度;在長時間上坡過程中，由于重力分力的存在從而控制了車速，相對而言沒有下坡路段危險。

2.2 豎曲線

豎曲線是指線路縱斷面上，以變坡點作為交點進行相鄰坡段連接的曲線。凹、凸形為豎曲線的主要形式。一般以拋物線作為豎曲線，與圓曲線相比，拋物線在設計、計算等方面更為便利。將豎曲線設置到變坡位置，可實現線路平緩過渡，確保行車安全性。曲線最小半徑、最小長度是豎曲線的主要設計要素，在設計環節，應充分考慮其緩和沖擊力。在豎曲線上車輛行駛過程中會受到離心力作用，為降低安全行車影響度，可通過最小半徑控制法實現行車安全要求。

2.3 平縱線形組合

道路線形并不是單純的平面線形或縱斷面線形，而是兩者疊加合成的三維空間曲線，因此對于線形安全的分析不能停留在二維層面，最終要落腳于平縱線形組合。平縱組合對交通事故率有顯著影響，雙重不利線形組合將對交通安全造成威脅。

（1）當小半徑平曲線和大縱坡同時出現，此段道路極易發生事故;當縱坡很大但彎道緩和時，事故率降為最不利組合的一半左右;當彎道為小半徑急轉彎但縱坡很小時，事故率降為最不利組合的三分之一左右。這意味著大縱坡相比于小半徑平曲線更不利于行車安全。

（2）小半徑曲線和大縱坡對交通安全的不利影響具有等效性，例如“平曲線半徑400～1 000m、縱坡2～3.99%”與“平曲線半徑>4 000m、縱坡4～5.99%”的事故率十分接近。因此，為在設計階段將預期事故率控制在某一水平以下，需根據工程實際與平縱不利線形的等效性進行平面線形與縱斷面線形之間的平衡取舍，必須采用大縱坡時則需要增大平曲線半徑，必須采用小半徑平曲線時則需要減小縱坡坡度，從而在道路線形適應地形條件的情況下保證道路交通安全。

（3）在平縱線形組合中要注意控制合成坡度的大小，即圓曲線與長大縱坡相重合。由于位于圓曲線的超高段具有較大側向橫坡，與縱坡坡度合成后將導致合成坡度過大，車輛行駛穩定性得不到保證。但這并不意味著合成坡度越小就越安全，還需要注意當緩和曲線段與長大縱坡相重合時，位于緩和曲線段的超高緩和段部分路段橫坡是否接近于0，若此時縱坡較小將導致合成坡度很小，不利于雨天排水;若縱坡較大會導致雨天水流匯聚于坡底路段，該路段排水不及時將可能成為行車危險區域。

3 結束語

綜上所述，公路是溝通不同區域、促進彼此區域經濟交流的紐帶，它為我國經濟的發展奠定了堅實的基礎。所以，在現階段我國的公路建設領域，公路線路的設計問題顯得至關重要，其中路線的縱斷面作為公路的骨架，其設計就最為關鍵。公路線路是一個相當復雜的帶狀的構造物，對其進行設計之前必須做好充足的準備工作，除了要對其進行合理規劃之外，還要認真勘察線路沿線以及周圍的地形地質條件、水文氣候條件等，收集好相關資料以備不時之需。只有綜合考慮各種影響因素，優化縱斷面線形設計，才能設計出經濟、合理、實用的路線，才能延長公路工程使用壽命、縮短建設周期，降低建設成本，實現公路建設經濟效益和社會效益最大化。

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