公路工程項目路線縱斷面的設計方法探討

摘要 公路工程作為重要的交通基礎設施，在國民經濟發展和人們的生產生活中發揮著至關重要的作用。但由于公路工程建設具有線長面廣、環境復雜、地質條件變化大等特點，使得路線縱斷面設計難度顯著增大。為保證路線設計的合理性，提高道路運營的安全性和高效性，加強公路工程縱斷面設計尤為重要。鑒于此，文章針對公路工程路線縱斷面設計方法展開全面探究，論述了路線縱斷面設計的原則，提出了針對性的設計方法及設計要點，為后續同類工程項目設計和施工提供參考。

關鍵詞 公路工程項目；路線設計；縱斷面設計；設計方法

中圖分類號 U412.33 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0168-03

0 引言

公路工程是交通運輸行業的重要組成部分，有效推動了社會經濟和交通運輸行業的發展。公路工程路線縱斷面設計作為公路建設不可或缺的關鍵環節，對保證公路建設質量具有重要作用。道路縱斷面設計的合理性與否直接決定工程建設的經濟性、合理性，影響道路運營安全。為此，該文針對公路工程項目路線縱斷面設計進行全面分析，提出了切實可行的設計方法。

1 設計原則

（1）道路縱坡設計應符合現行規范及標準要求，包含各等級公路最大縱坡及滿足排水要求的最小縱坡等。

（2）為保證行車安全性、流暢性和高效性，應科學進行縱坡設計，確保平順和銜接良好。

（3）對規劃區域內地形地貌、自然環境、地質條件等各方面因素進行充分調查，統籌各方面情況進行科學處理，保證公路線形的合理性。

（4）結合路線地勢特征，全面考慮農田、河流等各方面具體要求。

（5）若道路沿線地質條件較差，應采取科學方法合理調整路基高度。

（6）在確保路基承載性能滿足要求的情況下，盡可能保持填挖平衡，降低土方開挖量，節約工程成本。

（7）對后續道路改擴建施工相關情況作適當考慮。

2 路線縱斷面設計準備工作

公路工程路線縱斷面設計時，應科學做好設計準備工作。具體內容如下：

（1）道路縱坡設計前，應根據比例要求，提前在圖紙中標注樁號、高程等內容，作出地面線，并將相關信息填入圖紙內，收集有關資料，完成整理及歸類工作，了解設計要求。

（2）標注控制點。控制點包括公路起止點及沿線橋梁、隘口、涵洞等設施。地質條件較差的路段，還應確定最小填方高度及最大挖方深度。若存在鐵路道口，應準確標注于圖中，根據城市規劃控制高程，合理確定道路高程控制點。

（3）加強經濟點設計。山區路段應按照路基填挖平衡關系確定高程點，平原地區則無需考慮經濟點問題，但應注意坡度方面要求，將確定坡度與選線坡度實施對比，若二者大致相同，則表明設計合理；若二者差異較大，則應查明原因，找出存在問題，并合理進行判定，確定最佳坡度[1]。

3 坡長設計選擇

（1）坡長主要指的是縱斷面相鄰變坡點間的水平距離，道路縱斷面應與現場地形相適應，坡長設計時應結合現場實際情況進行統籌設計[2]。

（2）縱坡應保持平順和舒緩，且盡可能拉長坡段長度，避免出現連續起伏。但應著重強調的是若坡長過長，會造成道路高程無法滿足標準要求，且會顯著增大土石方用量。根據相關技術標準規定，最小坡長不得小于設計速度持續行駛9 s的長度。按照此標準，高速公路坡長通常不得小于300 m。但現實情況下，大部分駕駛員均將精力放在前方300 m區域內，若最小坡長設計為300 m，勢必會造成道路縱斷面產生連續起伏，影響視覺效果，增加交通安全風險[3]。結合某高速公路工程實踐，設計中最小坡長為400 m，視覺效果顯著，且增加的工程量有限。因此，在平原地區，最小坡長設計為400 m效果更佳。

（3）不同方向曲線拐點、直線與回旋線間的交點、圓曲線與回旋線間的交點及直線與圓曲線間的交點，均不得出現變坡點。不同等級公路最大容許合成坡度及最小坡長如表1和表2所示。

（4）若公路位于高原地帶，其縱坡應根據實際海拔高度折減。當海拔介于3 000～4 000 m時應以1%標準實施折減，當海拔介于4 000～5 000 m時應以2%的標準實施折減，當海拔超過5 000 m時，應以3%的標準實施折減[4]。

4 豎曲線半徑確定

（1）在確定道路豎曲線半徑時，凸形豎曲線及凹形豎曲線半徑存在一定差異，二者側重點不同。凸形豎曲線主要是以保證視距為標準進行半徑設計；而凹形豎曲線則主要以保證車燈照射范圍為標準進行半徑設計，并保證因離心作用形成沖擊荷載滿足汽車彈簧承載要求。根據上述標準確定的半徑為極限半徑，具體設計時僅適用于特殊條件下，一般情況下應略大于最小值[5]。

（2）就道路線形而言，長豎曲線顯著優于短豎曲線。因此，實際設計時，可合理增大豎曲線半徑，特別對于代數差較小的情況下，應采取大半徑，以保證豎曲線長度符合要求，避免產生視覺不良。當設計條件允許時，為最大限度地保證縱斷面線形平順，應從視覺方面對豎曲線半徑進行設計，在確保工程量不超要求的前提下，豎曲線長度不得小于400 m[6]。

5 豎曲線間直線坡段長度確定

（1）根據相關技術標準規定，針對同向豎曲線，特別是同向凹形豎曲線，當直線坡段長度較短時，應將其合并為單曲線或復合式曲線，以避免形成斷背曲線，影響行車安全。直線坡段長度的確定，通常難以根據理論計算得出，應結合駕駛人員心理狀況綜合確定。多數設計人士普遍認為直線坡段長度和同向平曲線間的直線段相同，即為設計速度的6倍。而實際狀況下，影響道路縱斷面設計的因素較多，采用6倍設計速度實時控制給施工帶來較大困難[7]。因此，當縱坡代數差較小時，可采用4倍設計速度實施控制。結合某高速公路工程實踐，對同向凹形豎曲線間直線段長度采用10倍設計速度實時控制，其視覺效果顯著，且線形平順。若相鄰豎曲線間直線度長度大于4倍設計速度，則需對變坡點進行科學調整，并將其合并為單曲線或復合式曲線。

（2）相關技術標準明確規定，反向豎曲線間的直線坡段長度應為設計速度持續行駛3 s的長度。因此，其理論設計值不得小于100 m。而實際設計時，若相鄰反向豎曲線間的直線坡段長度小于100 m，應適當減小豎曲線半徑，以保證直線坡段長度滿足標準要求。但應重點關注半徑調整后的高程變化。從視覺效果來看，曲線多的路線平順程度遠遠超出直線段較多的線路[8]。

6 縱斷面線形組合設計

公路工程線路縱斷面線形組合設計，應嚴格遵循以下標準：

（1）確保線形達到視覺平順的要求。平、豎曲線彼此對應時，變坡點設置于平曲線中點處最為合理。實際設計時，應全面考慮平、縱線形間的相互影響。但位于平原地帶的高速公路，其平曲線半徑通常較大，一般為1～2 km，局部地段達6～7 km，為有效保證平、縱線形滿足1∶1對應關系，不僅填方量較大，且會造成相關構造設施高程達不到標準要求。結合實際工程效果來看，若縱向坡度較緩，縱面連續起伏對視覺效果影響相對較小。實際設計時，應合理控制，在滿足相關要求的條件下，盡可能實現彼此對應，若無法實現，則應保證各長平曲線包含三個豎曲線。同時，還應保證每個長平曲線能夠包含多條豎曲線，避免豎曲線直接插入變坡點[9]。

（2）確保線形符合視覺及心理的雙重需求。公路工程平、縱斷面線形相關技術指標設計應合理，平面設計時，豎曲線半徑為平曲線半徑的10～20倍。同時，若一條平曲線內部含有多條豎曲線時，其半徑及長度也應均衡，滿足視覺效果及心理作用的雙重需求。

（3）確保線形與沿線生態景觀相協調。為實現公路工程安全、穩定運營的目標，僅僅滿足相關技術標準規定的線形要求是遠遠不夠的。在實際設計時，還應結合道路沿線地形、環境、景觀等各方面要素，統籌兼顧，正確處理好公路建設與生態環境之間的關系，合理優化道路縱斷面設計形式，實現道路線形與沿線生態環境的協調一致。此外，為創造良好的視線誘導效果，應在中央分隔帶內種植綠色植物，并在兩側安裝波形防護欄桿。

7 標高確定與減少填土高度

公路工程縱斷面設計影響因素眾多，具體包括坡度、坡長、豎曲線半徑、豎曲線長度、平縱面線形組合形式及自然環境因素等。因此，道路線形實際設計時，合理確定道路標高，實現道路挖填平衡，最大限度地保護耕地，是當面設計人員面臨的主要難題。道路縱斷面設計時，應加強道路沿線地質、環境、地形等各方面要素的調查，全面了解實際情況，避免軟土區域填方高度過大，確保各項指標滿足標準要求。全面了解道路沿線橋梁布設形式及通航能力的具體要求，結合現場實際情況，按照因地制宜、生態和諧的目標，確定橋梁設計方案，重點考慮預應力混凝土橋梁或裝配式橋梁，此類橋梁可顯著降低橋梁高度。另外，還需要做好以下幾方面的技術把控。

7.1 科學選擇通道位置和數量

一是我國人員較多，村莊分布范圍較廣，造成公路設計時通道數量較多，嚴重影響道路縱斷面設計質量，因此實際設計時應加強通道選擇控制。二是公路工程建設的主要目的是為了方便人們的生產生活，為人們提供優質、高效的交通服務。鑒于此，公路工程設計時應全面結合道路沿線實際生產生活需求，推動區域經濟的快速發展。三是為保證公路與地方道路的有效連接，應設置必要的連接通道，但現實中，許多通道得不到有效利用，造成資源的嚴重浪費，且對道路縱斷面設計帶來諸多不利影響。為此，實際設計時應結合實際情況，科學取舍。若通道布置造成道路縱斷面填高增加，應綜合研判確定最佳處治方案，如調整道路位置使通道下穿通過；四是科學利用邊孔及箱涵，減少通道數量。五是結合道路沿線人口及村鎮分布情況，合理確定通道布設間距，在人口較為密集的路段，應以2～3座/千米的標準進行布設。

7.2 合理確定支線布設形式

一是嚴格按照道路沿線地形分布特征，并結合道路填方高度情況，選擇合適的支線布設方案，即上跨或下穿。二是一般情況下，在微丘地段采用上跨方式，平原地區采用下穿方式。三是平原地區采用主線上方跨越的分離式立交，普遍存在縱向坡度大，道路連接困難的現象。結合某高速公路工程實踐，沿線包含兩處分離式立交，實際設計時，為有效減少主線道路填方高度，設計為從主線上方跨越的形式，該設計方案不僅對原始道路結構造成較大破壞，且顯著增大支線建設成本。改用下穿方案后，效果顯著，得到了當地人們的高度認可，相比初步設計方案成本更低[10]。

7.3 確定通道凈空

一是應結合工程現場實際情況進行通道高度設計，從而有效確保設計成果的合理性，避免填方工程量增加影響工程整體造價。二是通道標高設計時，應全面考慮排水需求，應略高于原始道路標高，方便雨水快速排出。三是局部路段的通道應根據現場排水情況進行科學設計，若能保證自排水通暢，可合理下挖，但應堅決杜絕因一味追求降低填方高度而造成的盲目開挖，尤其針對降雨豐富且地基長期位于潮濕環境中的地段應高度關注，以免造成通道積水，影響通道正常使用。

8 結論

綜上所述，公路工程路線縱斷面設計是道路工程建設的重要環節，其設計合理性與否直接決定公路建設的安全性和可行性，對保證公路安全穩定運營具有重要影響。因此，在進行道路縱斷面設計時，應嚴格遵循設計原則，提前做好控制點、經濟點設計等各項準備工作，嚴格按照相關技術標準要求，并結合道路沿線實際情況，合理確定坡長、豎曲線半徑、豎曲線間直線坡段長度、縱斷面線形組合形式及標高等各項技術指標，最大限度地減少填方高度，降低工程建設成本，確保公路工程建設的經濟性和合理性。此外，道路縱斷面設計應符合相關技術標準要求，全面考慮整體與局部、短期與長期、公路建設與經濟發展之間的關系，綜合各個方面進行方案比選，從而確定最佳的縱斷面設計方案。

參考文獻

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