改擴建公路路線設計關鍵要素分析

朱晉超

華設設計集團股份有限公司 江蘇省南京市 210014

隨著國內交通運輸業的發展，道路交通量持續增加，加之重載車輛問題、超載問題等問題頻繁出現，極大增加了道路行車荷載，使得在服役道路已經無法滿足道路交通行車需求。如果對它們進行推翻重建，那么會浪費寶貴的建設資源，此時如果可以結合當前在服役道路的運行情況，靈活地采用改造與拓寬等手段，這樣可以進一步改善道路行車性能，保障道路行車安全與穩定。其中路線設計是決定整個改擴建道路建設成敗的一個關鍵環節，加強其優化設計研討顯得尤為重要。

1 改擴建公路路線設計的意義

改擴建公路存在的根本原因是原有的公路路線設計已經不再滿足新時期道路交通運輸需求，或者原有公路在運營過程中面臨著較多的路基病害與軟基地質問題，整體的使用壽命大大縮減，并且會對后續道路行車穩定與安全帶來不利影響。而路線設計是改擴建公路工程項目建設過程中一個非常重要的環節，其主要是建立在原有公路基礎上，力求保障道路行車安全以及滿足大眾出現需求。通過有效的路線設計，可以最大程度降低改擴建項目對原有公路沿線周邊區域既有居民的正常出現帶來不利影響，保證可以從整體上優化改擴建公路路線，以此才能夠為原有公路的改擴建項目建設提供更為明確、可靠的依據，避免因為路線設計不到位而直接影響了后續改擴建公路項目順利建設。此外，路線設計的合理性也會對整個改擴建項目建設的成本投入產生極大影響，為了保障整個路線設計的成本，必須要注意結合改擴建工程項目建設實際情況來優化設計路線，力求最大程度借助線路優化設計來增加改擴建工程項目建設的經濟效益。

2 改擴建公路路線設計的原則

2.1 因地制宜

在改擴建公路工程建設過程中，為了保障路線設計的質量，必須要首先本著因地制宜原則開展路線設計工作，具體就是要對公路所在地區現場路況與地域特色等實際情況，對路線方案進行優化設計，保證路線設計實效性。針對位于重丘山嶺區域的公路改擴建項目建設而言，由于受到路基、隧道、橋梁以及施工和交通組織等眾多方面因素影響而會對改擴建項目建設帶來極大影響，這時候需要結合這些眾多因素的分析結果來靈活地選擇“單邊加寬”（圖1）這一路線設計方式；針對處于平原微丘區域的改擴建公路路線設計，則更加適宜采用“兩側拼接，局部分離”的路線設計原則開展設計工作。通過對原有公路情況進行認真調研，結合一體化路線設計理念，本著因地制宜原則來對原有公路本身的特征與優勢進行充分保留的基礎上科學設計路線方案。

圖1 “單邊加寬”改擴建公路

2.2 安全原則

在改擴建道路路線設計中，安全為首要也是需要重點關注的設計原則，既要對改擴建之后的道路行車安全進行保障，這就需要實際的公路路線設計中合理科學地設計符合設計規范和安全規定且切實可行的安全評價指標、內容及措施，保證嚴格執行控制路線設計的有效性。針對那些大挖大填、事故易發區域、河壩堤岸、溝堰池塘等影響較大的公路路段，在開展改擴建公路路線設計過程中要注意綜合對比分析不同種路線設計方案，力求從中選擇出最佳的路線優化設計方案，保證可以借此設計方式來最大程度保留及延續原有公路特征與優勢，尤其是要借助路線設計來對原有公路設計中比較突出的問題，有效保障改擴建公路設計的安全性。比如，針對坡度和長度大，縱坡連續的道路路段，在改擴建項目設計過程中要注意及時開展運行速度檢測工作，保證改擴建處理之后道路行車安全。

2.3 環保原則

在可持續發展理念下，無論是新建公路項目或者改擴建項目，都需要在整個設計工作中融入環境保護理念，即不能夠只注重改擴建公路工程項目的品質，同樣需要滲透環保理念。而環保原則在路線設計中的融入主要體現在要結合原有公路沿線的實際構筑物或建筑物等分布實際情況，保證路線設計可以同沿線周邊生態環境保持良好的平衡性。比如，在設計路線中要對改擴建沿線路段的人文歷史景觀、資源、農田資源等等進行重點保護，避免因為改擴建工程項目的路線設計方案而對道路沿線生態環境造成破壞，如圖2所示的公路路段在左側部位處存在村落，此時在開展改擴建路線設計中就需要在右側進行單側拓寬，避免在左側拓寬公路過程中影響沿線村落居民的正常生活。因此，在實際的路線設計中必須要對改擴建項目所在區域的當地環境進行認真調查，保證路線設計滿足環保原則。

圖2 某公路路段

2.4 整體原則

所謂的整體原則，是在對改擴建公路路線進行設計過程中利于宏觀和整體層面，對一切可能影響路線的因素進行綜合考慮。比如，要對沿線的水利、路網與城鎮等多方面的規劃進行綜合考慮，保證改擴建公路路線設計可以同周邊城鄉規劃發展保持良好的一致性。又或者，在對線路縱斷面進行設計期間，要立足于整體視角來合理調整原有公路縱坡，保證可以將原有公路上面所存在的凹陷或凸起問題進行有效消除，避免相應路段出現積水問題，尤其是在鄉村或小鎮路段，要避免因為過大設計標高而直接影響了周邊居民的正常出行。此外，整體性原則是除了考慮前期的設計與后續的通車使用外，還要注意保證路線合計可以便于后續道路運營維護及管理工作，如要保證路線進行優化設計后便于后續道路運營維護。

3 改擴建公路路線設計的關鍵要素

3.1 線形設計要點

作為改擴建公路線形設計的關鍵環節之一，線形設計的合理性會對整體線形設計方案產生極大影響，具體需要做好前期的改擴建公路項目調研工作，因為線形設計同道路行車安全具有緊密聯系。通過前期設計調查研究工作，主要是要了解現階段原有公路的實際運行情況以及各種關鍵的參數數據和存在的問題，如改擴建之前要充分了解原有公路的道路擁堵問題、事故頻發路段問題等等。只有定性分析這些原有公路存在的問題，結合實地勘察工作結果以及原有道路設計圖紙等方面數據，立足于源頭視角來對線形設計合理性進行有效評估。此外，在對公路路線線形進行優化設計過程中，也要注意結合現階段公路問題針對性制定有效的解決方案，保證可以最大程度提高解決這些問題的實效性，避免后續經過改擴建之后繼續存在這些道路病害或問題。

3.2 平面線擬合設計要點

在整條公路路線設計中，平面線擬合設計是非常關鍵的設計環節之一，也是一種非常基本的路線表現形式。因為在道路車行車過程中，車輛主要側重徑向轉動或平動這兩種轉動方式，這就需要擬合設計實踐中要盡可能地規避大規模曲線變化問題的出現，否則會對后續道路行車安全帶來不利影響。如果公路平面線涉及到較大變化幅度，那么在實際的道路行車中就很難及時調整行駛的方向，進而會因此而增加了道路行車中翻車或撞車等安全事故的概率。因此，在開展擬合設計過程中必須要基于原有構筑物這一設計基準物進行多段公路線路擬合。如果原有公路涉及到較多的曲線和圓弧，那么在路線設計中可以應用多元曲線彼此之間相互擬合這一設計思路，保證可以對線路設計精度進行有效控制。與此同時，為了進一步保障道路行車安全，在擬合設計中同樣需要保障公路線路彼此銜接和過渡的穩定性。如果涉及到大圓弧路段，那么要詳細考察該路段周邊的沿線實際情況，之后針對性設計擬合方案，保證整體設計方案的可行性與安全性。

3.3 斷面設計要點

對改擴建公路斷面設計而言，主要涉及到橫、縱兩類斷面，具體設計要點如下：

（1）縱斷面設計。在縱斷面設計中需要對多方面因素進行綜合考慮，由于原有公路本身的橫坡度同改擴建之后的公路存在一些差距，如果二者差距較小，那么在設計中可以借助中線控制方法來達到預定設計目標。如果二者伴有較大差距，那么要對道路一側進行加寬，并且要對改擴建公路路線的中線標高進行測量。一般經過改擴建處理之后的道路路線坡度要長度要比原有公路更小，所以在對坡長選擇中要盡可能地不采取最小坡長這種方式。與此同時，要將原有公路縱坡相應地確定為全新公路的路面基層，并且半徑選擇方面要比最小半徑更大，具體最小半徑值可以結合公路線路豎曲線半徑、長度視距等關鍵參數及要求來進行合理確定。

（2）橫斷面設計。如果改擴建公路工程的線路設計中采取超高方案，那么相應橫坡控制點可以選擇明式構造物來保障整體路線設計安全，避免在雨季的時候路面出現積水；針對道路拼接路段，可以采取同原有公路路面相同的結合，并且在設計橫斷面中要注意對其橫坡大小進行嚴格檢查，同時還要同改擴建路段進行對比分析，如果二者差距不足±0.5%，那么不需要對橫坡進行調整，反之如果二者差距超過±0.5%，那么要結合實際的路線設計情況來進行合理調整。

3.4 曲線設計要點

在整個路線設計中，曲線是另一個非常關鍵的設計內容，主要包括了圓曲線與緩和曲線，如圖3所示。它們是保證道路行車過程中對兩個不同線路進行有效銜接的過渡段，曲線設計合理性關系道路行車平穩與安全。

圖3 圓曲線和緩和曲線構成簡圖

對各部分曲線設計的具體要點而言，主要表現如下：

（1）最小圓曲線半徑進行合理確定。無論公路平面涉及到多大轉角，都要對圓曲線進行合理設計，實際設計過程中要最大程度對原有路線進行利用，所以會涉及到比較小的圓曲線半徑，但是該值也不適宜過小，否則在道路行車的時候會使駕駛者承受過大加速度。而最小圓曲線半徑設計時只需要其滿足改擴建公路項目相關設計規范中有關規定及要求即可。但是由于改擴建公路項目設計中涉及到比較多的受限因素，為了保證道路行車安全，還需要保障圓曲線半徑值比設計時速條件下的極限值更小，如圓曲線半徑大于9km，視線集中處在300～600m，那么所形成的視覺效果同直線效果基本保持一致。這就決定了該值同樣不宜過大，一般不宜大于10km。

（2）緩和曲線設計。在設計緩和曲線期間，要對道路行車過程中車輛方向盤操作所需長度、離心加速度本身的變化率、行車視覺、線形美學以及超高緩率本身需要長度等進行綜合考慮，保證可以經過綜合考慮提高緩和曲線設計的合理性，這樣才能保證最終設計方案的質量。通過對緩和曲線進行優化設計，可以為道路駕駛人員平穩轉彎提供更多的操作空間，避免因為過于生硬的路線連接，或者緩和曲線設計角度不足和長度不足而直接影響了道路行車的安全性。

（3）合理設計圓曲線和平曲線的長度。雖然現階段公路線路設計規范中沒有明確規定圓曲線的具體長度要求，但是實際設計中需要考慮道路行車安全性，一般其長度采取3s時間之內設計車速通過所需的距離，同時還要本著因地制宜的原則對其適宜性和合理性進行有效評估。而現有的道路線路設計規范要求平曲線設計中的最小長度大于2倍緩和曲線長度，所以在實際的設計過程中要綜合考慮曲線設計中各段的設計要求規定，從保障道路行車安全出發來科學規劃路線，力求更好提高整體路線設計質量。但是也要保證其設計長度不能夠過長，否則會占用過大的占地面積，浪費過多建設資源。

4 結語

總之，改擴建公路路線設計直接關系現有公路能否繼續服役以及它們最終的使用年限，加強路線優化設計具有非常重要的現實意義。在對其路線進行設計中，可以本著因地制宜、安全、環保和整體幾個方面原則，切實做好線形、縱橫斷面、曲線等方面設計工作，尤其是要保證各個設計環節中的設計工作契合原有公路的實際條件的同時，符合道路線路設計規范及要求，從整體上對整個路線設計過程進行管控，這樣才能全面提升路線設計質量。