甄 鑫
(貴州省銅仁公路勘察設(shè)計(jì)院,貴州 銅仁 554300)
山區(qū)低等級(jí)改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)探究
甄 鑫
(貴州省銅仁公路勘察設(shè)計(jì)院,貴州 銅仁 554300)
針對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì),將其中的線形設(shè)計(jì)內(nèi)容作為研究對(duì)象,在明確選線原則的基礎(chǔ)上,分別從單交點(diǎn)、雙交點(diǎn)與曲線擬合三方面論述線形設(shè)計(jì)方法。
山區(qū)低等級(jí)公路;改擴(kuò)建;線形設(shè)計(jì)
(1)外距控制
通常在有最大限度利用舊路需求、曲線內(nèi)存在需進(jìn)行保護(hù)的構(gòu)筑物、外距容易對(duì)工程量和路基造成影響的狀況下應(yīng)用。路線轉(zhuǎn)角可通過實(shí)測(cè)得出,外距的確定需綜合考慮舊路利用、現(xiàn)有構(gòu)筑物和交點(diǎn)的間距、工程量。設(shè)計(jì)過程中,首先假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls,則這一曲線長(zhǎng)度、路線轉(zhuǎn)角、曲線半徑和外距有如下關(guān)系
(1)
通過計(jì)算即可得出曲線半徑R。得出R值以后,還要根據(jù)線形的協(xié)調(diào)性要求與現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查,若檢查發(fā)現(xiàn)不合理要重新進(jìn)行計(jì)算,直到R值合理。
(2)切線長(zhǎng)控制
山區(qū)低等級(jí)公路因受到地形地勢(shì)因素影響,交點(diǎn)之間的距離通常很短,難以滿足直線長(zhǎng)要求,往往要設(shè)置復(fù)曲線,而此時(shí)的平曲線設(shè)計(jì)就要用到切線長(zhǎng)控制。路線轉(zhuǎn)角可通過實(shí)測(cè)得出,根據(jù)公路線形設(shè)計(jì)需要選定切線長(zhǎng)。設(shè)計(jì)過程中可按實(shí)際狀況設(shè)計(jì)成兩種基本形,即對(duì)稱基本形與非對(duì)稱基本形。
①對(duì)稱基本形。首先假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls,則這一曲線長(zhǎng)度、路線轉(zhuǎn)角、曲線半徑和切線長(zhǎng)有如下關(guān)系
(2)
通過計(jì)算即可得出曲線半徑R。如果路線的轉(zhuǎn)角相對(duì)較大,則以上公式結(jié)果的準(zhǔn)確性較差,此時(shí)應(yīng)將采用以上公式計(jì)算得出的R值作為初始值,再采用以下公式得出最終的曲線半徑
(3)
②非對(duì)稱基本形。假設(shè)切線長(zhǎng)分別為T1或者是T2,假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls1、ls2,可得
(4)
(5)
通過計(jì)算即可得出曲線半徑R。
(3)任意點(diǎn)支距長(zhǎng)控制
通常在現(xiàn)有擋墻與涵洞等構(gòu)造物可以進(jìn)行利用時(shí)應(yīng)用。路線轉(zhuǎn)角可通過實(shí)測(cè)得出,任意一點(diǎn)P和導(dǎo)線的間距為m,和交點(diǎn)的間距為n,如圖1所示。
圖1 任意點(diǎn)支距長(zhǎng)控制
設(shè)計(jì)過程中,使用R0表示曲線的半徑,可得
(6)
通過計(jì)算得出R0,若其值比未設(shè)超高狀態(tài)下最小半徑大,則此值即所求;相反,若其值比未設(shè)超高狀態(tài)下最小半徑小,則要設(shè)置緩和曲線。假定所設(shè)緩和曲線的后曲線發(fā)生內(nèi)移,使其不經(jīng)過點(diǎn)P,則可采取迭代方法縮小半徑,直到曲線經(jīng)過點(diǎn)P。
在對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路進(jìn)行改擴(kuò)建的過程中,因受舊路、地形地貌與既有地物等因素的限制,為了給測(cè)量設(shè)計(jì)工作提供方便,時(shí)常可以見到設(shè)置雙交點(diǎn)的情況。在設(shè)計(jì)過程中,即可將曲線視作復(fù)曲線,也可視作基本形曲線。
(1)復(fù)曲線
設(shè)計(jì)過程中,根據(jù)實(shí)情采用單交點(diǎn)方式對(duì)其中一個(gè)曲線的長(zhǎng)與半徑進(jìn)行確定,然后再通過計(jì)算得出另外一個(gè)曲線的長(zhǎng)與半徑。設(shè)由單交點(diǎn)方式得出的曲線長(zhǎng)等于lsA,半徑等于RA,則有
(7)
通過計(jì)算即可得出曲線半徑RB。兩曲線的半徑存在較大偏差,則按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求需要在曲線之間設(shè)置緩和曲線。
(2)虛交
虛交主要分為下列三種情況:
①切線長(zhǎng)控制:通過對(duì)虛交三角形的求解,促使單交點(diǎn)變?yōu)樘摻?,再根?jù)這一單交點(diǎn)的實(shí)際情況對(duì)半徑及緩和曲線的長(zhǎng)進(jìn)行確定。
②切基線:假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls,則有
(8)
通過計(jì)算即可得出曲線半徑R。
③外距控制:先采用切基線得出初始半徑值,然后對(duì)其外距值進(jìn)行計(jì)算,再按要求線位關(guān)系,對(duì)外距進(jìn)行適當(dāng)增大或減小,借助虛交三角形的求解采用單交點(diǎn)替換虛交,最后即可采取外距控制方法求取曲線的長(zhǎng)與半徑值。
如果交點(diǎn)難以確定,則可先選定一段圓曲線與直線,然后由緩和曲線對(duì)二者進(jìn)行連接。其中,選定直線較為容易,而圓曲線選定需要使用計(jì)算機(jī)。
(1)圓曲線設(shè)計(jì)
山區(qū)低等級(jí)公路大多彎道多縱坡大,時(shí)常是一個(gè)彎道挨著一個(gè)彎道,如果某路段曲線無法使用交點(diǎn)進(jìn)行控制,在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置控制樁,促使后續(xù)的平曲線設(shè)計(jì)經(jīng)過這些控制樁,則會(huì)降低設(shè)計(jì)的難度,假設(shè)控制點(diǎn)Pi(xi,yi)的數(shù)量為n,曲線半徑R,曲線圓心(x0,y0),則可得圓方程
(x-x0)2+(y-y0)2=R2
(9)
如果n>3,則有
(10)
(2)緩和曲線設(shè)計(jì)
當(dāng)直線與圓曲線均已選定之后,即可在相鄰曲線和之間,或則是曲線之間設(shè)計(jì)出一條緩和曲線。在這一過程中,需要將距離條件作為設(shè)計(jì)依據(jù)。
綜上所述,在山區(qū)低等級(jí)公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)過程中,合理可行的線形設(shè)計(jì)除了能有效提升舊路綜合技術(shù)等級(jí),還能協(xié)調(diào)舊路利用等相關(guān)問題,既減少了改擴(kuò)建施工的工程量,又節(jié)省了施工成本,進(jìn)而滿足山區(qū)低等級(jí)公路的各項(xiàng)使用要求。針對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路的改擴(kuò)建工程線形設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分必要的,同時(shí)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義,必須得到相關(guān)工作人員的高度重視。
[1] 楊同偉.合理線形指標(biāo)在山區(qū)低等級(jí)公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用[J].中華建設(shè),2015,(4):122-123.
[2] 吳高南.山區(qū)低等級(jí)改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)探究[J].山西建筑,2014,(24):146-148.
[3] 陳廣文.淺談山區(qū)低等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)[J].民營(yíng)科技,2013,(6):116-117.
U412.3
B
1008-3383(2017)10-0029-02
2017-06-07
甄鑫(1991-),男,貴州銅仁人,研究方向:公路與橋梁勘察設(shè)計(jì)。