高速公路改擴建工程路線設(shè)計研究

白偉方

摘 要：近年來，我國高速公路建設(shè)已取得較大成就，但早期建設(shè)道路基本達(dá)到設(shè)計使用年限，需及時做好擴建改造工作，以此滿足當(dāng)前或今后交通量需求，高速公路改擴建制約因素較多，如選取新建工程設(shè)計模式，根本無法有效處理改擴建相關(guān)問題，尤其是路線問題，為此研究高速公路改擴建工程路線設(shè)計意義重大。

關(guān)鍵詞：高速公路；改擴建工程；路線設(shè)計

中圖分類號：U418.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0129-02

改革開放以后，我國交通量日益增長，汽車載重重型化愈加嚴(yán)重，導(dǎo)致道路服務(wù)水平持續(xù)降低，嚴(yán)重?fù)p壞路基路面，甚至危害道路正常使用。為滿足日益飽和的交通需求，必須做好公路改擴建作業(yè)。目前主要包括兩類改建，即對現(xiàn)有非高速公路實施改擴建，通過原有道路等級、線形及技術(shù)指標(biāo)提升的方法，實現(xiàn)行車條件改善?；?qū)ΜF(xiàn)有高速公擴容，通過速度提升與車道增加的方式，提高道路通行能力，解決或緩解交通壓力。

1 高速公路改擴建工程路線平面設(shè)計

在條件允許情況下，改建工程平面設(shè)計可選取新建工程布線法，但與新建工程相比，改建工程制約因素較多。為此，必須重視改建工程設(shè)計法的合理選擇。在充分考慮多種影響因素的基礎(chǔ)上，本文決定改建工程擬合設(shè)計法選用“綜合法”。綜合法是指先將路線測定環(huán)節(jié)確定的控制點輸入，通過樣條曲線實現(xiàn)擬合，構(gòu)成一條符合制約條件的光滑曲線，隨后順著曲線行走方向，計算并獲取準(zhǔn)確的間隔點曲率，并按照上述結(jié)果確定擬合曲線長度，及繪制曲率關(guān)系圖。隨后按照該圖形狀，通過直線、圓、緩和曲線三個公路平面線形基本要素所對應(yīng)的曲率圖式處理擬合曲線，構(gòu)成和公路平面線形組合相同的樁號，及繪制曲率圖。并將曲線單元要素計算出來，通過“線元法”計算曲線，最終獲取公路平面線位圖。該設(shè)計方法主要是通過有機結(jié)合“擬合法”與“線元法”兩種方法，以此將擬合曲線曲率圖轉(zhuǎn)化為公路平面線形曲率圖，從而達(dá)到擬合曲線轉(zhuǎn)化為公路平面線形的目的。該設(shè)計方法的應(yīng)用可優(yōu)化改建工程線位設(shè)計，并具有良好經(jīng)濟性。平面擬合設(shè)計技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

（1）直線。平面擬合設(shè)計過程中，通常會將短直線布設(shè)到長平曲線上，即便此類直線長度符合相關(guān)規(guī)定，但有線形連續(xù)性、行車安全角度，還存在一定缺陷，為此應(yīng)直接選取曲線連接。擬合時，還會存在直線為原舊路路基大段的問題，但對直線長度的規(guī)定并不明確。經(jīng)研究表明，如車速在每小時100km的情況下，2min為2km直線的行車時間，如與景觀設(shè)計相互搭配，駕駛員在2min內(nèi)視覺上不會覺得枯燥、單調(diào)，但相比曲線，駕駛員行車更傾向于直線段。為此，很大程度上，改擴建工程應(yīng)盡可能選用長直線設(shè)置，并配備合理的景觀設(shè)計。

在直線段上，相比設(shè)計車速，實際車輛行駛速度普遍偏大，為此，設(shè)計過程中必須此類因素加以考慮。合理控制直線段、相鄰曲線段兩段間的行駛速度差，一般控制在每小時15km以內(nèi)。

（2）圓曲線。平面擬合時，改擴建工程往往會出現(xiàn)“小偏角”現(xiàn)象，也就是平曲線最小長度問題。根據(jù)《公路路線設(shè)計規(guī)范》相關(guān)要求，應(yīng)按規(guī)定在小轉(zhuǎn)角設(shè)置時，曲線長度充足。如因地形地質(zhì)等因素制約，保證平曲線長度符合規(guī)定，局部少數(shù)部位可進(jìn)行小偏角設(shè)置。如7°以上為偏角角度，線形曲線長度過短，此時必須增加平曲線半徑，進(jìn)而實現(xiàn)曲線長度加大的目的。圓曲線布設(shè)時需充分考慮地形條件，一般選取超高為2%到4%之間的圓曲線半徑。同時，需保證與其相連平、縱線形條件相符，保證曲線線形具有連續(xù)性、均衡性。

2 高速公路改擴建路線縱斷面設(shè)計

2.1 路線縱斷面設(shè)計

縱斷面設(shè)計是指按照改擴建原理，在原有道路實測高程前提下，根據(jù)改擴建公路技術(shù)指標(biāo)設(shè)計縱坡、豎曲線?？v斷面線形設(shè)計，應(yīng)與行車、視覺誘導(dǎo)、安全等需求相符，并對工程造價經(jīng)濟性充分考慮。作為一個較為復(fù)雜的過程，高速公路改擴建縱斷面設(shè)計流程如下：

（1）按照交通量分析結(jié)果，將路面設(shè)計彎沉值準(zhǔn)確計算出來。（2）按照原有道路路面彎沉值，對所有路段路面強度進(jìn)行評定，并完成路段劃分，及對各個路段彎沉值、當(dāng)量回彈模量計算出來。（3）按照路基橫斷面測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行設(shè)計路拱補強部位確定，并對路線縱斷面最小控制標(biāo)高加以確定。（4）按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計縱斷面，確保所有斷面設(shè)計標(biāo)高大于或等于最小控制標(biāo)高。

2.2 平縱組合

在充分考慮行車舒適性及安全性的前提下，合理設(shè)計公路平縱線形組合。在線形設(shè)計時，可將公路三維線形向四維、五維空間提升，在重視行車時間及舒適性條件的同時，還應(yīng)關(guān)注駕駛員視覺及心理方面。要求嚴(yán)格按照以下原則合理設(shè)計平縱斷面線形組合。

第一，視覺方面能夠?qū)︸{駛員視線起到誘導(dǎo)作用，保證視覺連續(xù)性；

第二，平、縱面線形技術(shù)指標(biāo)必須具備均衡性特點，保證在視覺、心理雙方面線形協(xié)調(diào)；

第三，合成縱坡組合應(yīng)具備合理性，以此為路面排水、行車舒適提供有利條件。

因改擴建道路平縱技術(shù)因素受限較多，為實現(xiàn)舊路充分利用的目的，根本無法滿足新建工程要求。為此，必須在充分了解設(shè)計要點的基礎(chǔ)上，做到以下幾點：

（1）平曲線需重合于豎曲線，相比豎曲線，平曲線長度應(yīng)多一點，這樣才能保證線形設(shè)計質(zhì)量及美觀性。（2）平縱曲線半徑大小必須具備均衡性特點。是指平曲線具有較大半徑時，豎曲線半徑也應(yīng)隨之增加。以此滿足線形連續(xù)、美觀，且視覺不受影響的效果。具體指標(biāo)如表2所示。（3）通常情況下，需在0.5%～8.0%之間合理控制合成縱坡，且不得出現(xiàn)急坡結(jié)合陡坡的現(xiàn)象。如具有較大合成坡度，將加大行車危險性。如合成坡度較小，則對路面排水極為不利，進(jìn)而影響道路安全。（4）不宜將小半徑平曲線設(shè)置到凸形豎曲線頂部或凹形底部位置。且以上兩位置應(yīng)避免與平曲線拐點重合。（5）通?？蓪⒍鄠€變坡點布設(shè)到相同平曲線內(nèi)，但必須合理控制坡差，避免影響駕駛員視覺。小半徑豎曲線不得重疊到緩和曲線內(nèi)，防止駕駛員出現(xiàn)操作失誤，出現(xiàn)安全事故。

3 結(jié)語

綜上所述，在公路建設(shè)規(guī)模不斷擴大的過程中，必須滿足日益增長的交通量需求。為此，必須根據(jù)具體情況，采取科學(xué)有效的設(shè)計方法，有效提升道路行駛通暢性。高速公路改擴建工程線形設(shè)計時，應(yīng)與所有設(shè)計規(guī)范、指標(biāo)規(guī)定相符。要求必須做好高速公路平面、縱斷面線形設(shè)計，并全面考慮施工場地的自然環(huán)境、行車安全、地形地勢等因素，以期更好地解決我國高速公路改擴建線形設(shè)計問題，提高設(shè)計合理性，保證行車舒適性、安全性。

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