公路工程路線和路基的設計原則和設計要點探討

摘要 為提升公路工程路線路基設計效果，完善公路網絡，文章以某公路工程為例，分析其路線和路基的設計原則和設計要點。結果表明：優化路線與路基設計具有重要意義，因此需要根據流暢性、綜合性、協調性等原則的要求優化路線的平面線形、縱面線形等方面的設計工作，并根據要求科學進行路基的路塹、路堤設計，增強設計的科學性與合理性。

關鍵詞 路線；路基；公路工程；設計原則

中圖分類號 U416 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0037-03

0 引言

加強公路工程設計和建設有利于為日常出行提供便利，而路線與路基設計效果會對工程整體設計質量產生較大影響，為此需要充分了解公路工程所在區域的地質環境、水文條件以及施工條件，之后再根據設計原則與設計要點優化路線與路基設計，增強公路工程的實用性。

1 工程概述

某公路工程位于高海拔地區，全長為94.14 km，其中5.54 km為新建公路，88.6 km為老路改建，路線大致呈南北走向，且該工程所處區域的地勢南高北低，地形相對高差較大，全年降雨量偏少。此外，該工程中的原有公路屬于簡易公路，技術標準較低，達不到二級公路與三級公路的要求，很容易出現坍塌等問題，所以需要優化該工程的路線與路基設計工作，提高公路工程的整體質量。

具體路線設計：采用了大量的不對稱平曲線、C形、卵形以及復合型平曲線等線形，不僅實現了不同線形的結合，也增大了曲線的比例，實現了平面線形的優化。同時加大了豎曲線半徑、將平面線形與縱面線形結合了起來、將短坡長與相鄰豎曲線銜接了起來，改善了公路視距不良的情況，增強了行車的安全性。

路基設計：優化了路基邊坡設計、排水構造物設計，且對臨河路基進行了整治設計。在進行路基邊坡設計時采用了放緩坡度、加強坡面防護等方式，增強了邊坡的穩定性與綠化性；在進行排水構造物設計時將土質邊溝、淺碟形邊溝、截水溝等構造物結合了起來；在進行整治設計時采用了改移河道的方式。

2 公路工程路線和路基的設計原則

2.1 流暢性

在進行公路工程路線和路基設計時應遵循流暢性這一原則，即應根據公路工程的具體要求以及所在區域的條件進行優化設計，并將路線、路基設計與其他方面的設計結合起來，確保路線與路基設計滿足公路網總體規劃的要求，使公路工程能夠達到交通通暢的狀態[1]。

2.2 綜合性

在進行路線與路基設計時也需要堅持綜合性這一原則，增強設計方案的可行性。首先，在設計過程中需要綜合考慮公路工程水文地質、周邊建筑、人文景觀等各方面因素，盡可能地減少設計方案對各個方面的影響與破壞[2]。其次，在設計過程中需要綜合運用先進的技術手段，從而提高施工效率與質量。最后，在設計時需要綜合考慮城市規劃、大眾出行等各個方面的要求，盡可能地使設計方案滿足多個方面的需求，增強設計的實用性。

2.3 協調性

在進行路線與路基設計時應貫徹協調性這一原則，避免出現相互矛盾等問題。一方面，在設計時需要全面協調好與相關單位以及部門之間的關系，充分明確各個單位與部門的要求。同時，應協調公路工程與交通體系、市政道路之間的關系。另一方面，需要全面協調路線布設與路基設計的整體效果，避免設計方案與既有的農田水利、施工組織等方面產生沖突。

2.4 安全性

安全性是進行路線與路基設計必須遵循的一個原則，因為只有堅持這一原則才能夠提高公路工程的安全系數。為此，設計人員需要嚴格按照國家相關標準與要求開展工作，根據公路工程的安全性要求明確路線與路基的技術參數，避免后續出現路基不均勻沉降等問題，否則可能會導致公路塌陷。

2.5 環保性

在全面倡導綠色環保的背景下開展路線與路基設計工作也需要堅持環保性這一原則。即設計前需要先做好周邊環境與綠化的調研工作，之后通過先進技術優化路線與路基設計，盡可能地減少對周邊綠化的破壞以及對生態的污染，實現公路工程事業與自然的和諧相處[3]。

3 公路工程路線設計要點

3.1 優化選線工作

自然環境、地質條件等各方面情況都會對工程建設產生較大影響，因此在進行路線設計時需要先做好自然條件的分析工作，根據實際情況優化路線布局，增強路線選擇與自然環境的協調性。且需要綜合分析公路工程的設計要求并設計多個路線方案，之后利用BIM技術對不同選線方案的施工成本、施工難度、對周邊環境影響等各個方面進行對比分析，最終選擇最合適的選線方案，為后續工作奠定基礎。

3.2 明確技術標準

完成選線工作后需要明確路線設計的技術標準，增強設計的規范性。首先，在選擇技術標準時應防止兩種傾向，其中一種傾向是不考慮路線的作用與運輸發展的要求，一味采用低標準以壓縮工程費用，另一種傾向是不顧工程情況，片面追求高指標，導致工程投資過高。其次，在明確標準時也需要慎重，要深入實際做好踏勘調查工作，征詢各方面的意見，根據任務書的要求以及遠景使用要求選擇合適的指標，避免影響公路工程的使用效果。最后，公路路線設計涉及諸多方面，如緩和曲線、視距等，在明確技術標準時需要明確這些方面的標準參數，增強設計的合理性。

3.3 優化平面線形設計

平面線形指的是道路中線在水平面上的投影形狀，主要是由直線、圓曲線、緩和曲線這三種線形構成的，只有做好這一方面的設計工作才能夠提高路線的設計質量。（1）明確設計要求。在設計時需要確保平面線形順直、連續、與地形以及地物相適應、與周邊環境相協調；確保平面線形不僅能夠滿足汽車行駛力學的基本要求，也能夠滿足駕駛員與乘客的視覺與心理要求；若工程屬于高速公路、一級公路或計算行車速度大于60 km/h的公路，就需要提高對立體線形設計的重視程度，增強線形的連續性；保持平面線形的均衡性與連貫性，確保線形各要素的技術指標不出現突變等情況；避免出現連續急彎的線形，否則會加大駕駛難度；確保平曲線具有足夠的長度，若平曲線過短就可能會影響到駕駛調整[4]。（2）優化直線設計。直線是平面線形中最關鍵的要素之一，對地形以及長度的要求相對較高，若地形不合適或過長就可能會導致駕駛員產生疲倦感甚至會引發交通事故，為此需要優先在平坦地區、開闊谷地、隧道、路線交叉點等位置設置直線路段并科學把控直線的長度。在設計直線的最大長度時需要綜合考慮駕駛員的視覺效果以及心理承受能力。例如，若公路工程處于城鎮附近或景色有較大變化的地方就可以將直線的最大長度設置為設計車速的20倍左右，若處于景色較為單調的地方可以將直線的最大長度控制在設計車速的20倍以內。其次，從線形連續性以及駕駛方便性等方面的要求來看，相鄰兩曲線之間應有一定的直線，這就需要明確直線的最小長度。一般情況下，需要將同向曲線間的最短直線長度控制在設計車速的6倍以上；將反向曲線間的最短直線長度控制在設計車速的2倍左右；將相鄰回頭曲線間的最短直線長度控制在合理范圍內，例如，若屬于二級公路就需要控制在200 m以上，若屬于三級公路就需要控制在150 m以上，若屬于四級公路就需要控制在100 m以上[5]。（3）優化圓曲線設計。圓曲線具有美觀、可循性良好、適應性強、易于測設等優勢，在公路路線中的應用較為廣泛。在進行圓曲線設計時需要根據汽車行駛在曲線上的平衡式[即公式（1）]計算圓曲線的半徑。同時，應確保所計算的半徑符合行車安全性、舒適性以及經濟性要求。（4）優化緩和曲線設計。緩和曲線一般被設置在直線與圓曲線之間，具有曲率均勻變化的特點，可以增強乘車的舒適性與穩定性、降低方向盤操縱難度，所以應明確緩和曲線的最小長度。

R= （1）

式中：R——圓曲線半徑（m）；v——各級公路的計算行車速度（km/h）；u——最大橫向力系數；i——路拱橫向坡度。

3.4 優化縱面線形設計

縱面線形指的是道路中線在縱剖面上的起伏形狀，主要是由直坡段與豎曲線等要素構成的，在設計過程中需要做好基礎工作并實現縱面線形與平面線形的協調。首先，應全面收集公路工程的要求，根據實際情況明確需要在路線的哪些位置設置直坡段與豎曲線，為后續工作奠定基礎。其次，在進行平、縱面線形的組合設計時需要科學控制豎曲線的長度，確保平曲線稍長于豎曲線；增強豎曲線與平曲線的均衡感，例如，若平曲線的半徑在1 000 m以內就需要將豎曲線的半徑設計為平曲線半徑的10～20倍；應科學調整豎曲線與平曲線的位置，避免豎曲線的頂部或底部插入小半徑的平曲線，否則可能會加大行車危險性。最后，在設計時應選擇合適的合成坡度，避免坡度過大或過小，否則若坡度過大就可能會降低行車安全性，若坡度過小會影響到道路排水。

3.5 優化爬坡車道設計

爬坡車道即設置在上坡路段、供慢速上坡車輛行駛的專用車道，在公路路線中占據著重要地位。（1）在進行橫斷面設計時需要科學調整爬坡車道的寬度，例如可以將其寬度設計為3.5 m。同時，需要科學設計爬坡車道的路肩，例如可以將硬路肩寬度設計為1.0 m，并按照正線要求設計土路肩寬度。若是長而連續的爬坡車道就需要在其右側設計緊急停車帶。（2）若爬坡車道位于直線路段，就需要按照正線路拱的坡度設計其橫坡度。（3）一般需要按照縱斷面線形等各方面情況設計爬坡車道的長度。

3.6 優化視距設計

道路視距即駕駛者目視前方道路或路上障礙物時汽車沿車道安全行駛所需要的最短距離，主要包括停車視距與超車視距。一方面，在進行停車視距設計時應充分考慮小客車、載重貨車等不同車輛的停車視距要求，且需要參考相應的技術標準（如表1所示）。另一方面，在進行超車視距設計時需要充分考慮被超越車輛的行駛速度、超車車輛駕駛人員的判斷時間、超車加速等情況，增強超車視距設計的科學性。例如，在公路工程屬于二級、三級或四級公路的情況下，若設計車速為80 km/h時就需要將超車視距設計為550 m、若設計車速為60 km/h就需要將超車視距設計為350 m、若設計車速為40 km/h時就需要將超車視距設計為200 m、若設計車速為30 km/h就需要將超車視距設計為150 m、若設計車速為20 km/h就需要將超車視距設計為100 m[6]。

4 公路工程路基設計要點

4.1 科學進行路塹設計

路塹是路基的關鍵構成部分，常見路塹有黏性土路塹、碎石土類路塹、巖石路塹等類型，在設計過程中需要充分考慮地質條件、水文條件等各方面因素對路塹的影響并綜合考慮施工邊坡結構以及原始邊坡結構，科學設計路塹邊坡參數，例如可以將黏性土路塹邊坡參數設計為1∶1～1∶1.5；將碎石土類路塹邊坡參數設計為1∶0.5～1∶1.5；將巖石路塹邊坡參數設計為1∶0.1～1∶1，之后根據不同工況下路塹邊坡穩定性的計算結果對設計方案進行反復分析、調整。

4.2 科學進行路堤設計

首先，需要根據填料的力學性質進行路堤邊坡的設計，一般情況下需要將邊坡參數設計為1∶1.5～1∶1.75，且若公路工程處于平原地區，就需要將路堤填土高度設計為0.5 m以上。同時，需要做好路堤兩側的排水設計工作。例如，可以在路堤邊坡設計草皮或灌木，從而預防雨水的沖刷；在路堤兩側的地面設計排水溝，降低坡腳出現積水等問題的概率；若當地多雨就需要在路堤兩側修筑護道；若路堤跨溝就需要在底部設計涵洞，從而排出地表水或泄溝水；若是土質路基就需要在其頂面設計路拱，從而將頂面的雨水排出。最后，需要優化路堤頂面的寬度設計，即根據公路路面寬度與兩側路肩寬進行設計，增強寬度的合理性。

4.3 科學進行特殊情況設計

路基設計中存在一些特殊情況，需做好優化設計工作。（1）填挖交界處設計。在設計路基時需要做好填挖交界處的設計工作，避免影響公路工程的安全性以及使用年限。因此需要優化填挖交界處的填料設計工作，例如若路基地質較硬就需要利用石料填充，若路基地質屬于土質類型就需要利用具有滲水性能的材料填充。（2）高度設計。若公路工程位于山區就需要科學分析地質特征、路線縱向坡度等因素對路基高度的影響，降低路基出現沉降等問題的概率。

5 結語

科學合理的公路路線與路基設計是促進地方經濟發展，助力地方區域總體規劃的重點，應在明確流暢性、綜合性、協調性、安全性等原則的基礎上，根據實際情況進行路線的平面線形設計、縱面線形設計、爬坡車道設計、視距設計，同時應做好路基的路塹設計、路堤設計、交界處設計，提高設計質量，從而合理分散人流物流，緩解交通壓力，構建符合當地實際情況的公路交通網絡，全面發揮公路工程的最大作用。

參考文獻

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[2]付飛.公路工程路線與路基精細化設計要點探析[J].交通世界， 2023（9）：60-62.

[3]牛小鵬.基于路線布設與路基設計的公路工程設計要點研究[J].中國建筑金屬結構， 2020（8）：30-31.

[4]施前進.公路工程路線選擇原則及設計要點分析[J].技術與市場， 2019（7）：152+154.

[5]謝文國.公路路線設計中的交通安全影響因素研究[J].運輸經理世界， 2024（3）：94-96.

[6]黃延亮.干線公路路線安全設計方法與評價體系研究[J].城市建筑空間， 2023（S2）：199-200.