一級公路改擴建工程路線設計

侯振東

（安徽瑞成土木工程設計咨詢有限公司，合肥 230088）

1 引言

為確保公路工程改擴建項目順利完成，應完善路線設計，勘測施工現場的地質，收集足夠的資料，對路線設計的要點展開研究，同時設計多種設計方案進行對比，最終根據項目實際需求選擇最適宜的方案。

2 改擴建工程路線設計思路及原則

在改擴建工程中進行路線設計時，需遵循以下幾點思路及原則：

1）開展公路改擴建項目的目的是提升道路的通行能力和服務水平，減小交通安全事故發生的可能性，優化道路設施建設，為來往車輛帶來更優質的行駛體驗。

2）應立足于科學發展觀的角度進行設計，確保設計后的改擴建項目具有科學性、可行性，保證道路的暢通。為實現這一目標，設計人員在開始設計之前，應對項目擁堵路段進行勘測，提前做好機動車OD（交通起止調查）調查、交通量調查等工作，并從高速公路運營部門申請查閱來往車輛類型等數據資料，對路段的交通量進行分析、預測，以制訂最貼合實際的設計方案。

3）對方案進行優化，最大程度控制施工成本[1]，首選占地較少的方案，以此避免占用過多的土地，實現保護耕地的目的[2]。

3 項目背景

本文選擇柳州市鹿寨縣一級公路改擴建項目作為研究對象進行分析。該一級公路全線長達652 km，于2008 年開始正式投入使用。整個線路周圍地質條件非常復雜，既有道路分別設計了100 km/h、80 km/h 兩種速度，道路寬度設計為24.5 m。隨著當地社會經濟的不斷發展，既有道路難以承載日益增長的交通量，局部路段時常出現交通擁堵等問題，因此，對其進行改擴建非常有必要。

4 公路改擴建工程路線設計

4.1 改擴建工程路線數據收集

正式開始改擴建項目設計之前，需找出既有線路的施工圖、竣工圖等資料，將線路的平、縱、橫坡導入Excel 軟件中。借助緯地道路設計軟件設計出項目文件，以便設計人員隨時了解既有線路的各處高程、平縱面等情況，使用這一方法輔助設計的優勢在于能夠有效提升設計結果的精度，以便設計方案貼合項目現場實際需求。

4.2 改擴建方案比選和論證

1）制訂改擴建方案時，需提前對既有道路的使用狀況進行調查、勘測，計算道路目前承受的交通量，做好安全事故分析、規劃，從環保的角度進行綜合論證，以便選擇最適合的路線改擴建方案，確定項目建設規模、標準，參照相關的標準判定如何改造既有線路。若既有線路局部地段的平面、縱斷面難以達到設計規定的標準，此時應適當調整、修改改擴建方案，以便制訂最適宜的方案。

2）對比分析不同的設計方案。本項目的施工目的是改擴建既有線路，針對項目實際情況，需要對兩處局部線路方案進行設計，即設計人員需要對黃冕鄉段、來賓市城區段進行設計。其中，前者地質條件相對復雜，設計時所需注意的內容較多，最終共計設計出了3 個方案，具體內容如下：（1）方案一：K線方案，要求直接在既有線路的兩側適當加寬，以達到改擴建的效果；（2）方案二：A+K 方案，即在右側建設一條分離單向四車道A 線，并將左幅改建成單向四車道K 線；（3）方案三：B+K 方案，即在左側建設一條分離單向四車道B 線，同時將右幅改建成單向四車道K 線。

上述3 個方案的優點、缺點如下：（1）方案一最大程度上保留了既有道路，但使用這一方法施工時，極有可能受到地形因素的限制，需設置大量的防護結構，從而嚴重影響了路基結構的穩定性；（2）方案二選擇在右側新建分離式路基，相較于方案一，更容易適應地形，且施工量相對較小，耗費的施工成本較少，對周圍環境的破壞也較小；（3）方案三選擇在左側建設分離式路基，但由于左側邊坡高度較小，極易遭到洪水的影響，需做大量的防護施工，導致施工成本大大增加。綜上所述，本項目最適宜使用方案二。

3）本項目可在既有道路周邊建造一條全新的線路，以提升公路的交通負荷能力，新建道路的具體位置需結合現有道路網絡密度、工程經濟等因素來決定。對于來賓城區段（K574+300～K594+281）進行路線設計時，參照項目實際情況，共制訂了兩種方案，其一是改擴建舊路，其二是新建來賓繞城段。若項目最終決定按照改擴建方案進行施工，由于線路將影響當地的飲用水源保護區，且線路會直接穿越當地主城區，因此，施工過程中極易受到外界因素的干擾，阻礙了當地城市的未來發展。相較之下，使用第二種方法進行施工能夠最大程度上減小對周圍環境的影響，有利于保護飲用水資源、降低大氣污染，可促進該城市的未來發展。因此，選用第二種方案更為合適。

4.3 改擴建平面設計

1）進行線路平面設計時，應先調繪航測1∶2 000 的三維地形圖，即根據既有道路的施工圖平縱橫資料，借助緯地道路軟件編制出路線數據項目文件，繪制出三維模型圖。采取運行速度V85 的計算方法測算既有線路的行車安全，通過計算找出存在顯著隱患的路段，將其作為本次改擴建施工的重中之重。對于既有線路中所有事故頻發地、小半徑危險彎道、視距不良路段，都需要立足于安全、經濟、合理、環保等多個角度綜合分析，以便制訂出最適宜的改擴建方案。

2）通過對公路永福—黃冕段（K424+800～K431+150）段進行分析，發現該路段的兩側地形坡度較陡，難以對兩側進行拓寬，且項目中包含了大量的橋隧結構物，施工之前需要立足于安全性、經濟性等多個角度進行分析研究，以便制訂最適宜的施工方案。根據既有線路施工圖可知，既有線路的設計速度設為80 km/h，路基寬度設計為24.5 m，最大縱坡可達4.490%。

根據JTG/T B05—2004《公路項目安全性評價指南》的規定，若道路路線的前后速度差在19～20 km/h，表明該線路的運行速度協調性較強。此外，考慮到既有線路的左側臨近洛清河，若繼續向左拓寬道路，有可能導致部分路基沉入河內，施工難度極高，所得效果較差，整個路基的穩定性能不佳，需安設大量的防護結構，致使施工成本顯著增加。

經勘測，該線路沿著河流分布，受到周圍水文等因素的影響，無法直接對兩端加寬擴建。基于此，本項目擬決定將既有線路當成左半幅路基，依照單層加寬分離路基的施工方法進行改擴建，采取右半幅路基新建分離式路基方法進行施工，能夠保證施工過程中既有線路可以照常運行。相較于其他施工方案，右半幅分離式路基方案更貼合本項目實際情況，環保效益更強，項目施工費用更少，最終的施工效果更佳。

3）整個項目不同地段的修筑時間不同，因此，不同路段的坐標系、高程系均有所差異，拼接時將受到角度偏差的影響，為有效解決這一問題，應重新測量舊控制點的坐標，統一所有的坐標、高程，把整個線路的數據文件構建出來，以便施工過程中隨時查閱。綜合使用RTK、水準儀等設備來測量左、右兩幅中央分隔帶的坐標點位、硬路肩坐標點等內容，借助Autocad 軟件完成連線，并使用緯地軟件下的“智能布線”功能擬合出圓曲線。對K424+800～K431+150 段路線逐樁坐標與實測坐標點進行計算分析，重點控制橋梁隧道結構物，平面擬合偏差均在±5 cm 以內，其中，在±3 cm 以內的占84.35%，平面擬合精度較高。一般路基路段平面擬合偏差均在±15 cm 以內，其中，在±10 cm 以內的控制點占71.74%，圓曲線半徑與舊路施工圖圓曲線半徑對比相差在±10 m 以內，通過采用以上方法擬合舊路平面線形精度高，擬合出的路線基本能保持原路設計的平面線形，降低了拼接設計難度和減少占用土地。

4.4 改擴建縱斷面設計

1）嚴格按照現行標準、規范進行路基標高的改擴建設計。當對既有線路進行縱斷面線形設計時，應結合既有線路的實際情況，依照不等填挖高度的縱斷面設計方案的要求開展施工。借助Autoca 軟件進行縱斷面擬合設計，通過該軟件繪制出左右兩幅中央分隔帶邊緣實測點的高程線路，并在軟件中標記出所有隧道、橋梁的具體點位，在既有線路高程的基礎上進行調整，從而確定新的路面結構厚度線。通過對（K424+800～K431+150）路線設計高程、實測點坐標高程等展開計算研究，得出在橋梁隧道結構物重點控制路段的縱面擬合偏差均被控制在±3 cm 以內，其中，有86.3%被控制在了±2 cm 以內。結果顯示，該設計方法非常適用于本項目，設計所得的道路縱斷面偏差能夠得到有效控制。

2）線路縱路面設計時，設計人員應提前查閱高速公路管理部門記錄的養護資料，找出所有無法達到路基設計水位、地下水位標準的區域；凡出現平縱組合不良、部分橋梁結構遭受破壞等問題，必須立即對其彌補，以確保來往車輛的行車安全[3]。

3）勘測發現，項目內局部地區出現了緩和曲線內平坡（0.0%）路段或縱坡在0.3%以內的情況，此時應根據實際需求適當調整、優化縱坡結構，安設好排水設施，防止出現路面積水、路基病害等問題。

4.5 改擴建橫斷面設計

1）當對一級公路進行拼接改擴建時，若發現路基強度、穩定性等均不佳，需要根據施工現場的環境、原有線路的竣工圖資料，查明實際地質狀況后，再開始規劃路線。若施工現場地質條件非常復雜，必要的時候，可同時加寬道路兩側。對于臨時加寬的路段，施工人員應參照橋梁、路基、路面使用情況對路面橫坡做好核查擬合工作[4]。若測量發現既有道路路面橫坡和本次項目設計的橫坡差在0.5%以內，應嚴格參照實際路拱坡度展開設計；若項目施工區域臨近海邊、雨水充足，需適當提升橫坡值，防止出現路面積水。

2）開展路基拼接設計時，應通過地基處理和路基填筑兩種方法有效控制新老路基之間的沉降差距。參照路基填高及舊路施工資料，本項目可借助注漿法處理常見的舊路路基病害問題，例如，路基沉陷、橋頭下沉等。

5 結語

一級公路改擴建項目的難度極高，為保障整體項目的質量，必須根據項目實際情況提前做好路線設計工作。本文以柳州市鹿寨縣一級公路工程作為研究案例，對不同的公路改擴建方案展開了詳細的對比、論證，總結出了最適宜的路線設計思路，詳細闡述了公路改擴建項目的設計方案、路線平、縱、橫斷面設計方案，望能為類似項目提供參考。