道路與橋梁路線設計研究

方凱

（中國瑞林工程技術股份有限公司，江西南昌 330031）

0 引言

某路橋工程位于江西地區，是高速公路與省道之間的重要交通傳輸紐帶，路線全長為9.6km，樁號起止為0K+000—9K+600。路線內包括2 座橋梁，路橋按照一級公路標準設計，公路寬度為33.2m，路拱橫坡度為1.5%，路肩寬度為3m，道路為雙向八車道，兩座橋梁長度分別為602m 和394m，道路工程為瀝青混凝土道路，與橋梁相一致。公路沿線地質多為粉質黏土，多巖石地質，部分地形較為平坦，但地下水含量較多，路線走向設計受到沿線地質、既有建筑等因素影響，需確保相關指標滿足要求。路橋工程項目技術標準如表1 所示。

表1 路橋工程項目技術標準

1 路橋路線設計問題

1.1 直線、曲線搭配不均衡

直線、曲線搭配不均衡是路線設計問題的表現之一，工程項目處于平原地段，視野開闊，多使用直線設計方案。經過鄉村、城市等區域后，周邊既有建筑、地下管線數量較多，結合地形變化需要將直路線段轉化為曲路線段，并在轉換位置設計緩和曲線，實現車輛在行駛過程中的平穩過渡。在平面路線設計中，問題主要表現在兩個方面，一是路段中設計直線比較長，雖然長期直路線設計能夠降低成本，但也會使得駕駛人出現視覺疲勞，容易發生交通事故。二是設計曲線半徑不合理，路線設計中的曲線半徑過小會導致車輛在轉彎時速度變化過大，并且容易引發交通事故[1]。

1.2 縱斷面不合理

路橋工程路線設計中的縱斷面包括上坡、下坡、連續坡等，尤其是在公路與橋梁的貼合處，復雜的坡度變化則可能會影響駕駛人員的體驗，產生一系列的安全隱患。在縱斷面內，由于上坡或者下坡坡度過大或者過小，會對駕駛員的視野和車輛的行駛穩定性產生負面影響，增加交通事故的風險。坡長的設計也會影響到駕駛的安全性，在上坡或者下坡時，駕駛人員為了保證行車穩定性，會通過踩剎車或者放松油門的方式控制車速，安全隱患也有所增加，道路路線坡度設計問題表現如圖1 所示。

圖1 道路路線坡度設計問題

1.3 缺乏地形適應性

在路橋工程路線設計中，地形適應性是指將道路或橋梁設計與周圍地形特征協調的能力。地形起伏較大的區域，路線設計未考慮到行車安全，在坡度和曲線設計上，存在過大的坡度會導致車輛制動困難、失控和翻車等問題[2]。

1.4 視距安全不夠

路線設計未考慮行車人員的變化，停車視距、安全交叉停車視距未能滿足實際要求，出現視距偏小的問題，駕駛人在行駛期間速度過快，在盲區范圍內容易與對向來車發生碰撞事故。

2 路橋路線設計要點把握

2.1 合理設置曲線半徑

針對路線設計曲線半徑不合理的問題，應從路線外形上進行控制。設計人員應全面分析公路、橋梁所處的空間位置，結合實際的地形情況，獲取有關數據，確定公路路線設計的上限值，并根據交通量、車型等，做好選線設計工作，以避免出現直線長度、曲路線過長的問題[3]。在曲線半徑設計上，基于設計速度標準，做好曲線半徑一般值和極限值的路線配置和設計工作，具體曲線半徑設計應滿足要求，如表2 所示。

表2 路線曲線半徑設計要求

表2中的一般曲線半徑表示為較為平緩的曲線半徑數值要求，但受地質條件、既有環境影響的情況下，可適當減少曲線半徑參數，以極限曲線半徑為標準。合理設置曲線半徑，使得路線中直線、曲線等路線的長度能夠滿足要求，即可增強路線設計的安全性和合理性。在路橋路線設計上，根據不同的限速要求，進行公路平曲線最小長度的計算，具體公式如式（1）所示。

式中：L——平曲線的最小長度，m；R——曲率半徑，m；H——限制速度。

通過計算得到的結果即為相應限速要求下的平曲線最小長度。需要注意的是，這些計算結果僅供參考，實際設計中還需結合實際情況、相關規范和標準進行具體設計和評估。

2.2 縱斷面設計

縱斷面設計受沿線地質結構影響，公路與橋梁的轉接處的坡度也會受到橋梁長度影響。路線設計期間，通過適當延長橋梁長度的方式，以減少上坡和下坡的坡度。涉及地形坡度較大的地質，設計同向連續坡，以合理的坡度變化路徑和坡度系數，確保路橋路線的安全性、科學性。坡度的長度、角度、連續坡長之間相互影響，共同作用影響路線內車輛行駛的安全性。因此，設計人員在坡度、坡長、相對高差的設計中，應結合實際情況，確保各參數之間的適應性，按照80km/h 的公路設計速度，具體設計標準詳情如表3 所示。

表3 路橋工程坡度與坡長關系

基于上述標準，在路線縱斷面設計中，應結合道路設計情況，合理設計坡度、坡長、相對高差等，以避免坡度過大或者過小對行車安全性造成的影響。

2.3 線型合理搭配

線型設計需要充分考慮交通流、安全性和流暢性等因素，依據國家和地區的相關標準和規范進行各個道路類型的合理搭配和連接。尤其是本項目設計中涉及匝道，對線型搭配設計提出了更高的要求。在路線設計方案中，盡可能避免道路與橋梁連接處出現突變的情況，確保連接的平滑線。在匝道線型設計中，設置充足的過渡區域，避免駕駛員需要突然調整速度和行駛方式所引發的危險。道路交叉口位置，以正交為主進行設計，或者設計標識，減少路線內盲區對行車的影響，路線盲區警示如圖2 所示。

圖2 路線盲區警示

2.4 地形適應性優化

地形起伏較大的區域，需要考慮合理的坡度和曲線設計，以確保車輛行駛的舒適性和安全性。在山區或易發生泥石流和滑坡的地區，設計人員需要考慮到自然災害的影響，采取相應的防護措施，如設置擋土墻、排水系統等，以保護道路或橋梁免受損壞。在低洼地區或有高地下水位的區域，設計人員需要對地下水位進行準確測量，并考慮其對路橋結構的影響。合理處理地下水排水和防水措施是確保道路或橋梁穩定性的關鍵[4]。在存在巖石和土壤穩定性問題的地區，需要進行詳細的地質勘察和工程地質分析，確保路橋結構的穩定性和安全性，采取加固或改造措施，如巖體爆破、擋墻設置等，以確保路線安全穩定。

2.5 視距設計要點

視距設計通過調整路線的長度、轉彎半徑等實現，通過各路線段內道路兩側的環境，考慮樹木等對視線的遮擋，適當調整路線角度，設置路線坡度及半徑。基于安全性考慮，路線設計中應確保交叉停車的視距滿足要求，如表4 所示。

表4 公路視距設計要求

3 路橋路線設計優化方法

3.1 數字模型構建

由于整個路橋工程的路線具有復雜性，考慮到每個階段、每個節點的具體路線參數存在差異，建立數字形象模型，應用Open Roads 軟件模擬整個路段內的實際情況，建立路線的不規則數據分布點，進行模型的創建。模型創建基于地質勘察結果，應用過濾器組，進行高程信息的標記，識別路線中的高程點和等線高，完成地形三角網的編輯和剪切，控制數據誤差在可控范圍內，道路路線模型如圖3 所示。

圖3 道路路線模型（局部）

在模型構建過程中，收集和整理有關區域的地理、地質、土壤、地貌等相關數據。對這些數據進行分析，了解地質條件、周邊道路網絡情況、車流量分布等。利用地形數據進行地形分析，包括劃定谷口、山脈、河流等地形特征，并確定最佳走廊。將設計模型與實地情況進行對比驗證，通過勘測和實測數據對模型進行校正和調整，確保設計方案的可行性。路橋路線設計模型應結合當地的相關法規和規范進行設計，并經過工程師和專業團隊的多學科協作和復審，確保設計結果滿足安全、經濟和可行性要求。

3.2 平面路線優化設計

基于模型進行路橋路線段內的平面設計優化，模擬道路中心線和水平線的設計方案，使用交點法進行連續單元的路線模擬繪制，完成路橋工程的完整路線設計。本次設計使用交點法進行優化，根據地質條件、環境、安全指標等，同時設計多個路線方案，經過經濟可行性、技術可行性、安全可行性的綜合分析，得到最優方案。平面路線設計嚴格按照《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）文件要求，將起止點、坐標點、地形結合，確定平面內合適的曲線半徑及曲線長度，自動生成平滑的道路中線，生成路線坐標。利用模型進行平面設計，有效解決了不同性質道路之間的路線銜接問題，且確保曲線半徑等相關參數滿足要求。

3.3 縱斷面路線優化設計

縱斷面設計激活模型后，提取地面線數據，確定圓曲線和緩和曲線的位置。模型結合地質情況，設計縱斷面數據，確保挖填均衡性，在多個縱斷面方案中進行比選，選擇最適宜的路線縱斷面設計方案。其中包括縱斷面的長度數據、大小數據、豎曲線半徑數據，設計期間共計生成變坡點數量18 個，根據樁號、高程等，完成線型的設計，確保直線長度、坡度、豎曲線、凹形豎曲線等滿足安全性的要求[5]。

3.4 橫斷面路線優化設計

橫斷面設計主要針對道路中的廊道，包括中間帶、路基、分隔帶、路緣帶、路肩等。依據模型，將道路廊道內各組成的元件進行組合、拼接，確定路基、路面的橫坡、寬度、材質、厚度等，完成基礎模板的設計。隨后，設計人員通過添加約束條件，定義特征后，完成道路標線的設計，并在存在多種橫斷面的情況下，設置漸變加寬，控制模板偏移，隨后進行路基、路面、挖方量、土方量的計算和評估，完成橫斷面的三維視圖設計工作。

4 結語

道路與橋梁路線設計問題主要表現在道路的縱斷面、橫斷面、平面上，結合路橋路線設計問題，坡度、線形指標、視距等是需要重點考慮的內容。在路線設計過程中，應做好路線的線型設計、斷面設計等工作，并建立道路路線數字模型，實現綜合路線科學優化，制定最佳、最合理的路線方案，以確保路線設計的經濟性、科學性、安全性。