公路路線縱斷面設計方法分析

繆國平

（江西贛北公路勘察設計院，江西 九江 332000）

0 引言

公路路線縱斷面設計尤為重要，縱斷面設計水平的高低與整體路線的質(zhì)量有著密切的聯(lián)系，因此分析公路路線縱斷面設計的方法，掌握公路路線縱斷面設計的工作要點，對推動公路項目的開展有著重要的作用。

1 公路路線縱斷面設計的控制指標

1.1 坡度

在公路路線縱斷面的設計時，應從縱坡、橫坡、合成坡度方面出發(fā)。上述幾個參數(shù)值都有最大、最小值的規(guī)定，以達到使用的標準要求。縱坡最大、最小值的設計，應分析了解車輛的爬坡能力、排水要求。比如，縱坡坡度在0.3%以內(nèi)時，會對縱向排水產(chǎn)生不利影響，所以應合理地進行邊溝縱斷面的設計工作。而在超出最大值的情況下，縱坡會讓車輛的行駛速度下降到最低值，車輛的通行效果比較差。橫坡通常可以分為超高處橫坡、路拱處橫坡。對于超高處橫坡來說，設計最大值、最小值時，應綜合分析考慮彎道內(nèi)車輛離心力的控制，達到平衡性的要求。在路拱處橫坡設計時，應滿足排水性要求，適應當?shù)氐慕涤炅恳螅苊獬霈F(xiàn)路面積水嚴重的情況。合成坡度不單是路面水流的流水線，同時也是車輛在彎道行駛能否保證車輛安全通行的坡度。所以在設計的過程中除了應達到標準和規(guī)范外，還要結合多種坡度設計的最佳參數(shù)，達到通暢性、安全性的標準。

1.2 坡長

在公路路線縱斷面設計時，坡長也是重要的數(shù)據(jù)信息，是重要的衡量指標，包括最大坡長、最小坡長。坡長應根據(jù)當?shù)氐牡匦螚l件確定，了解整個路線的性能指標參數(shù)，以得出最佳坡長參數(shù)值以及坡長組合形式。需要合理地布置坡長，不能使用長緩坡，也不能使用過陡的短坡，應保證車輛的上、下坡都達到安全性標準，通過有效地控制坡長，達到車輛行駛安全性的標準。

1.3 平均縱坡

在公路路線縱斷面設計時，平均縱坡參數(shù)也是不容忽視的，對于公路車輛行駛安全性的影響最為直接。即使最大縱坡、坡長都已經(jīng)達到要求，但是依然有部分路段的平均縱坡較大，車輛行駛時，容易發(fā)生發(fā)動機過熱而引發(fā)爆缸，也會出現(xiàn)制動力失效的情況。如果不能消除這些問題，容易引發(fā)安全問題，危害人們的生命健康。因此，在公路路線縱斷面設計時，應將平均縱坡控制在合理范圍內(nèi)，不超出規(guī)定的要求。

1.4 豎曲線半徑

在公路路線縱斷面設計時，豎曲線半徑也是必不可少的部分，該指標容易被人們忽視。豎曲線在設計中，主要分為凸曲線和凹曲線的形式。在變坡點的位置上設置豎曲線，一方面使縱坡變化處的豎向離心力有了緩沖過渡，另一方面使變坡點處的視距良好。凸曲線半徑的設計，應考慮到白天行車視距，而凹曲線半徑的設計，則會影響夜間行車視距。如果豎曲線設計不能達到規(guī)定的標準要求，行車視距無法滿足要求，會給公路交通的安全性帶來負面影響。

2 公路路線縱斷面設計的原則

設計人員在進行公路縱斷面設計時，應嚴格落實經(jīng)濟性、環(huán)保性的要求，符合當?shù)氐膶嶋H情況。第一，經(jīng)濟性原則。在公路功能合格的條件下，應盡量減少流程，以達到降低成本的效果。為了使車輛通行達到安全性標準，應綜合分析各方面需求。如果公路建設施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件較差，在方案設計時，可以適當?shù)卦龃舐坊母叨取Ｔ诠讽椖拷ㄔO環(huán)節(jié)，應提高路基結構的強度性能，達到挖填平衡性的要求，在符合質(zhì)量、性能的基礎條件下，降低項目成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益的提升。第二，環(huán)保性原則。在公路項目建設施工前，設計人員應進入項目建設現(xiàn)場，了解自然環(huán)境，保護沿線區(qū)域內(nèi)的自然生態(tài)環(huán)境。對現(xiàn)場進行詳細勘探設計，了解工程的要求，滿足項目現(xiàn)場建設的需要，并不斷優(yōu)化和改進，符合公路運行標準的要求，從而提高結構的性能。設計人員需要對車輛的特性進行分析，了解車輛的牽引性能，使公路項目的坡度設計達到科學性、合理性的要求。第三，符合當?shù)丨h(huán)境需要。有很多在山區(qū)地帶建設的公路項目，設計人員應對地貌條件有足夠的了解，再確定最佳的縱斷面設計方案。如果現(xiàn)場情況發(fā)生變化，需要及時做出改進和調(diào)整。為了確保車輛行駛更具安全性、穩(wěn)定性，還要提高公路通行的平順度，不能存在過大的起伏。

3 設計公路路線縱斷面的方法

3.1 確定縱斷面線性要素

3.1.1 坡長長度必須處于適宜范圍內(nèi)

在縱斷面設計中，路線坡長需要合理設計，按照地質(zhì)條件、地形環(huán)境確定。目前在我國的公路設計中，需要按照縱坡平緩、坡段更長的原則進行，以防止在公路路線設計環(huán)節(jié)出現(xiàn)起伏變化過于劇烈的情況。這種設計方案的應用有效地提升了公路通行的舒適度、安全性。此外，因為公路路線設計的影響因素較多，并不是單一要素的影響，所以必須從綜合角度出發(fā)分析控制。將坡段長度控制在合理的范圍內(nèi)，如果坡段長度過長，項目建設成本較高。在坡長設計環(huán)節(jié)，變坡點的設計極為重要，避免設置在緩和曲線與直線交接部位上。

3.1.2 確定豎曲線的半徑

豎曲線是公路路線的主要設計形式，包含凸形豎曲線和凹形豎曲線。應用凸形豎曲線，視距效果良好，而應用凹形豎曲線可以增大燈光照射的范圍。豎曲線半徑在直線段設計極為重要，必須達到規(guī)定標準和要求。如果半徑無法滿足要求，應將其合并為單曲線的形式，但是不能出現(xiàn)背曲線。在方案設計時，參數(shù)值要在現(xiàn)場調(diào)查分析后確定，消除不利因素的影響，提高路線設計水平。如果縱坡代數(shù)差相對較小，可以把該數(shù)值設定在2～3 倍左右。

3.2 縱斷面線性組合設計的科學性

在縱斷面線形組合設計方案中，確保視覺角度達到連續(xù)性的要求，從全面性角度出發(fā)分析，明確具體的縱斷面線形組合與平曲線的關系。在縱坡坡度比較小且相對緩和的條件下，因為縱斷面起伏變化較大，不會對車輛行駛造成不利影響，可以在視覺上使駕駛員產(chǎn)生連續(xù)性感受。所以在設計階段，應盡量保持豎曲線和平曲線處于相對應狀態(tài)。如果在實際設計中，無法達到設計要求，就需要在設計平曲線時增加2～3 個豎曲線的形式。此外，應用平曲線包住豎曲線，不設置過多的變坡點，路面也能夠達到整體性的要求。

本研究在教學實驗中制定了考核評價標準（見表3），對學生游泳能力進行評價同時還對安全自救能力、救助能力及基本救生常識進行考核評價，并將游泳技能表現(xiàn)與救助能力表現(xiàn)整合起來，為教師游泳教學提供教學內(nèi)容參考、明確學生學習的目標，進一步完善學生游泳自救與救助技能評價標準，再將標準開發(fā)為目標和監(jiān)控手段，有力地提升教學質(zhì)量，促使更多學生掌握游泳生存自救及救助能力。

3.3 做好準備工作

3.3.1 正式設計前階段

在設計方案中，先明確具體的設計比例，標注好設計里程以及標高參數(shù)，然后繪制出地面線。在上述工作結束后，在設計圖紙中應填寫相應的資料、數(shù)據(jù)和信息，達到使用的要求。此外，為了滿足設計方案的要求，相關人員應該隨時跟蹤整理與歸納管理。

3.3.2 在圖紙中標注好控制點

因為控制點包含的范圍比較大，除了公路起點以及終點的位置之外，必須要覆蓋整個公路路線的埡口、橋梁、涵洞等部位。如果在路線設計中，沿線路段的自然條件比較差，應明確具體的最小填土高度、最大挖深等參數(shù)，進而明確具體的洪水水位。在圖紙中做好標記處理，隨時掌握現(xiàn)場情況，對提升現(xiàn)場施工效果具有積極意義。

3.3.3 重視經(jīng)濟點設計位置

經(jīng)濟點是指在山區(qū)公路建設中，應結合具體的路基開挖平衡關系，確定最佳標高點位置，一般都會在公路橫斷面設計中選擇確定。因為在平原地帶進行公路建設施工，不需要考慮經(jīng)濟點的問題，所以在經(jīng)濟點設計中，要合理地確定坡度參數(shù)。在確定經(jīng)濟點設計位置時，應做好如下幾個方面的工作：一是對于已經(jīng)明確的坡度以及所選路線的坡度參數(shù)，如果兩者數(shù)據(jù)基本符合，則可以立即開始設計；如果兩者存在過大的差異，則應加強分析和研究，判斷可能存在的問題，確定最佳坡度數(shù)據(jù)，以達到正常的使用標準。二是檢測與審核路線最小、最大縱坡以及坡長參數(shù)是否達到技術標準，然后確定相應的平面線形以及縱斷面線形組合形式是否符合要求。只有如此，才能使路線設計交叉點、接線位置上都達到科學性、合理性的要求。

3.4 確定控制標高，降低填土高度

3.4.1 合理規(guī)劃通道的數(shù)量

在公路路線設計環(huán)節(jié)，加強路線分析，提高交通通行水平。因此，應合理規(guī)劃車道數(shù)量，為社會的發(fā)展提供基礎。從實際情況分析，在公路路線設計中，必須考慮到中心城區(qū)經(jīng)濟帶動周邊區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的功能，還要方便沿線群眾的日常生活，促進相互交流與合作，推動經(jīng)濟社會的全面發(fā)展。在具體發(fā)展中，落實公路設計工作，必須遵循當?shù)氐陌l(fā)展需要，才能提高公路通行的質(zhì)量和效率。基于此，在公路設計中，規(guī)劃通道的數(shù)量，考慮到當?shù)亟煌ㄍㄐ械膶嶋H情況，符合交通的要求。如果由于通道設計而造成縱斷面填土高度增大的情況，設計人員應考慮到公路路線情況，合理做出調(diào)整，并根據(jù)需要建設橋梁、涵洞等設施，盡量減少填土高度，符合公路交通通行的需要。

3.4.2 科學選擇支線上跨或下穿

在公路通道設計環(huán)節(jié)，應從下述兩個方面出發(fā)分析：其一，分析周圍地形條件，發(fā)揮出地形的優(yōu)勢，使路線設計更具合理性；其二，分析確定填土高度參數(shù)。根據(jù)上述分析，可以確定具體的上跨、下穿設計方案。如果在平原地帶設計，則使用上跨方案，所以立交橋的建設比例較高。

3.4.3 通道設計需要滿足凈空標準

必須遵循從實際出發(fā)的基本原則，做到實事求是、因地制宜，結合現(xiàn)場具體情況確定合適的設計方案，并且保持公平、公正與客觀。方案設計時，根據(jù)地方具體情況，確保設計方案具備科學性、合理性的要求。在通道設計環(huán)節(jié)，分析了解排水設施的具體情況，通常來說應超出原路面一定的高度，理論上不能因為降低填土高度而盲目下挖，防止對路基質(zhì)量造成負面的影響，引發(fā)通道積水的情況。

4 公路路線縱斷面設計的優(yōu)化策略

4.1 設計緩和坡度

在公路縱斷面設計環(huán)節(jié)，緩和坡度的設計尤為重要。在陡坡長度已經(jīng)臨近限制坡長的情況下，可以設計緩和坡度的形式，以縮短上坡、下坡的時間，控制在陡坡上的行駛速度，預防出現(xiàn)嚴重的危險性因素。從公路交通行駛安全性角度出發(fā)，緩和坡度可以讓車輛持續(xù)下坡時調(diào)整行駛速度。緩和坡度在設計中，要從造價、工程量、地形等方面分析考慮。在有些工程中，理論上車輛加速應加長長度，所以在設計時應符合最小坡長的要求，盡量增大緩和坡長。設計人員綜合分析緩和坡段的地勢條件，符合自然地形條件變化要求。如果長度不能滿足標準，應加強后坡的坡度控制，同時加大前坡坡度。在路線選擇時，還要考慮到實際的情況，避免出現(xiàn)過大填方工程的情況。此外，分析平面線形的特點，把緩和坡段設計在平面線大半徑或者平面直線上，使緩和坡段達到標準要求。

4.2 設計合成坡度

合成坡度主要是指路拱橫坡與彎道超高橫坡與路線縱坡的坡度，為流水線方向的形式。在平面曲線的設計中，并不是橫坡方向，也不是縱坡方向，而是這兩者的組合形式，以流水線方向為主要形式。在有些路線部位會存在冰凍、積雪等情況，合成坡度如果設計超過8%，在縱斷面的設計環(huán)節(jié)，要分析工程量變化的情況，一般都會控制在8%以內(nèi)，利用合成坡度的形式來緩和坡道彎度。如果在設計環(huán)節(jié)，應用最大合成坡度，在橫坡或者縱坡一方達到最大值時，另外一方則要控制在2%以內(nèi)。也就是說，在合成坡度設計時，可以將其布置在坡度超過8%的部分，再根據(jù)需要調(diào)整橫坡與縱坡，選擇合適的組合形式，以達到設計標準。

4.3 緩解地形影響

有些公路在線形設計中，縱斷面的設計應考慮到工程資金量、原公路技術等級等因素，所以在確定設計方案時，應防止存在多填溝、挖山等情況，不能進行平面線形的優(yōu)化設計。因此，在方案設計中，不能利用平面加長里程的方式來緩解連續(xù)坡長。有些路段位于山區(qū)地帶，并且公路在山區(qū)的長度較長，則可以根據(jù)山體走向變化來確定縱斷面設計方案。因此，在高差大、地勢起伏變化大的路段，一般可以采用排水效果較好的倒坡形式。如果有不利于排水的路段，需要在現(xiàn)場設置涵洞的形式，以提升排水效果。也要注意，有些設計人員選擇使用緩和坡長和最大縱坡極限長度交替的形式，雖然可以滿足實際需要，但是駕駛人員通過時，會存在頻繁換擋的情況，對于車輛行駛的安全性產(chǎn)生不利影響。

4.4 保持環(huán)境協(xié)調(diào)性

確定公路縱斷面設計方案時，既要確保車輛通行的安全性，還要和周邊自然環(huán)境保持協(xié)調(diào)性。比如，在山區(qū)公路的縱斷面設計中，應考慮到公路和環(huán)境的融合性，還要遵循多樣化的標準要求，避免駕駛人員出現(xiàn)駕駛疲勞的情況。分析確定路線的連續(xù)性、通暢性，在縱斷面設計中，還要考慮到和自然環(huán)境的融合性，盡量不要損害當?shù)氐牡刭|(zhì)條件，保持自然風貌。在施工結束后，還要對公路周邊進行綠化施工，恢復自然環(huán)境，達到美觀性的同時，也能預防發(fā)生雨水嚴重沖刷。

5 結語

綜上所述，在公路路線縱斷面設計中，應綜合分析各個方面的要素，才能提高設計水平。選擇合適的縱斷面設計形式，減少工程量，降低項目建設成本，提高公路行駛的安全性、舒適性，達到長期運營的標準，推動交通事業(yè)的全面發(fā)展。