高速公路改擴(kuò)建工程平縱線形設(shè)計(jì)張麗娟

摘要：本文結(jié)合某高速公路改擴(kuò)建工程實(shí)際，通過(guò)設(shè)計(jì)中采用的平縱面擬合方法的闡述及運(yùn)用分析，提出了相關(guān)控制原則，為設(shè)計(jì)者在公路改建設(shè)計(jì)中提供設(shè)計(jì)思路。

關(guān)鍵詞：平；縱斷；多圓復(fù)合曲線

1、概述

某高速公路為某省會(huì)城市環(huán)城高速，功能極為重要。隨著城市的快速發(fā)展以及該高速公路的交通流量日益增加以及該高速自身在高速公路網(wǎng)中作用、功能的變化，客觀上要求對(duì)該高速進(jìn)行徹底擴(kuò)建。

改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)成功與否離不開(kāi)項(xiàng)目與周邊規(guī)劃的有機(jī)融合，更離不開(kāi)優(yōu)秀的平縱面設(shè)計(jì)工作。

2、平面設(shè)計(jì)

對(duì)于高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目，平面設(shè)計(jì)的主要工作是對(duì)原道路的平面擬合設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合擬合后的平面以及事故黑點(diǎn)分析，對(duì)現(xiàn)有平面提出平面是否需要進(jìn)行優(yōu)化。本項(xiàng)目擬合后個(gè)別路段指標(biāo)不滿足120km/h要求，因項(xiàng)目所處地理位置的影響，平面指標(biāo)調(diào)整工程代價(jià)巨大，經(jīng)過(guò)多方比選論證，將設(shè)計(jì)時(shí)速由120 km/h調(diào)整為100km/h，基本維持既有道路平面設(shè)計(jì)。

2.1理論依據(jù)

目前國(guó)家尚未發(fā)布關(guān)于公路平面擬合精度要求，本項(xiàng)目結(jié)合行業(yè)擴(kuò)建項(xiàng)目控制原則以及《公路路線設(shè)計(jì)細(xì)則》（尚未發(fā)布）中有關(guān)規(guī)定，對(duì)于一般路基段落平面擬合誤差控制不大于20厘米，對(duì)于明橋（涵）等構(gòu)造物誤差控制不大于10厘米。對(duì)于個(gè)別路段難以全部滿足上述要求時(shí)，抓住主要矛盾，即控制構(gòu)造物、互通區(qū)的擬合精度，個(gè)別曲線路段適當(dāng)放寬，以保證擬合線形的連續(xù)性。

2.2控制因素

平面擬合設(shè)計(jì)一般以橋梁、隧道、互通立交等為主要控制因素，本項(xiàng)目位于平原區(qū)，控制主要因素是橋梁和互通立交。

2.3擬合方法

設(shè)計(jì)對(duì)中央分給帶兩側(cè)邊緣點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)點(diǎn)間距不大于20米，對(duì)于個(gè)別路段每10米或5米，通過(guò)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果參考原路竣工圖紙并對(duì)比1：1000地形圖進(jìn)行校核。

公路平面線形主要由直線和曲線組成，平面擬合采用的線形必然離不開(kāi)直線、曲線。本項(xiàng)目在平面線形擬合中主要采用最小二乘法及多圓復(fù)曲線擬合法，對(duì)于長(zhǎng)大圓曲線采用單圓難以擬合時(shí)，采用了多圓復(fù)合曲線線形。擬合時(shí)首先用測(cè)量的平面點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合出直線和圓弧，然后在直線和圓弧間反復(fù)試增設(shè)緩和曲線，直至緩和曲線段的平面擬合誤差滿足規(guī)定要求。

2.4平面擬合結(jié)果

經(jīng)過(guò)以程序?yàn)橹?、手工干預(yù)為輔的擬合手段，高速公路平面擬合統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果是正負(fù)誤差分布情況基本上呈現(xiàn)正態(tài)分布，具體情況是實(shí)測(cè)有效數(shù)據(jù)中94.7%的點(diǎn)位擬合誤差小于0.1m，點(diǎn)位誤差絕對(duì)值不滿足擬合原則的僅占比0.5%，說(shuō)明該高速公路平面擬合精度控制非常好，擬合手段有效。

3、縱斷面設(shè)計(jì)

高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目中縱斷面擬合至關(guān)重要，縱段擬合的優(yōu)劣影響工程造價(jià)及施工難度。優(yōu)秀、合理的縱斷面擬合，既能充分利用既有工程，降低工程造價(jià)，又能有效加快項(xiàng)目施工周期，降低施工難度。

3.1理論依據(jù)及原則

縱斷面擬合標(biāo)準(zhǔn)同平面擬合一樣，均無(wú)明確規(guī)定。本項(xiàng)目采用目前設(shè)計(jì)上常用的按左、右路幅分別控制擬合，以有利用原路面結(jié)構(gòu)層的直接加鋪的路段為主要控制，盡量做到“寧填勿挖”?？v面擬合的設(shè)計(jì)誤差控制超挖不大于1厘米，最大填高不大于3厘米，對(duì)于明橋（涵）等造物控制誤差為0～3厘米。

3.2擬合方法

縱斷面擬合設(shè)計(jì)中根據(jù)高速公路中央分隔帶邊緣線的測(cè)量高程數(shù)據(jù)、橫斷數(shù)據(jù)以及橋面散點(diǎn)高程數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行縱坡擬合。擬合原則是以不宜臺(tái)高的明橋（涵）構(gòu)造物為主要控制點(diǎn)，橋頭采用順坡方式進(jìn)行擬合?？v面線形擬合以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)先擬合出直坡段，然后在直坡段間增設(shè)豎曲線。

3.2.1一般路段縱斷面擬合

傳統(tǒng)的縱斷面擬合只采用左右幅原設(shè)計(jì)高出地面高程作為基礎(chǔ)擬合地面高進(jìn)行縱斷面擬合。本項(xiàng)目在縱斷面擬合中充分考慮橫坡?tīng)顟B(tài)，形成“面”擬合，充分貫徹“寧填勿挖，嚴(yán)格控制最小填高”的原則，降低工程實(shí)施難度及造價(jià)。具體步驟如下：

（1）根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合橫坡

根據(jù)實(shí)測(cè)的逐樁橫斷面數(shù)據(jù)，分別計(jì)算斷面左、右幅的橫坡值。但因施工、路面病害維修等諸多因素，路面橫坡具有一定的離散型，故此根據(jù)路線單元分段進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合平面條件，在滿足超高及路線規(guī)范的前提下，合理選用具有代表性的橫坡數(shù)據(jù)。

（2）計(jì)算橫斷最佳控制高程

根據(jù)控制的最小加鋪厚度以及擬合橫坡在橫斷面中的輔助線，逐一計(jì)算出左、右線路面在不銑刨情況下的最高點(diǎn)高程，此高程即為最佳控制高程。

（3）推算縱斷面地面線

根據(jù)最小加鋪厚度、最佳的控制高程以及其在橫斷面中的相對(duì)位置等因素，在此基礎(chǔ)上結(jié)合橫坡，推求縱斷面設(shè)計(jì)線位置的的地面線數(shù)據(jù)，并將其作為縱斷面擬合的依據(jù)。

（4）左右幅縱段對(duì)比調(diào)整

采用軟件自動(dòng)擬合后的左右幅縱段要進(jìn)行相同點(diǎn)位的高程對(duì)比，對(duì)比原則是控制相同點(diǎn)位高差不宜過(guò)大，原則上按不大于15厘米為宜，如超出需結(jié)合左右幅的精度情況進(jìn)行調(diào)整。

3.2.2特殊路段的縱斷面擬合

特殊路段中比較典型的是長(zhǎng)、大橋梁路段。如長(zhǎng)大橋梁路段粗放的采用常規(guī)曲線進(jìn)行擬合勢(shì)必造成大量點(diǎn)位鋪裝厚度增加或變薄，而橋梁橋面鋪過(guò)厚增加結(jié)構(gòu)荷載，過(guò)薄又給降低了結(jié)構(gòu)使用壽命、增加施工難度。故此，設(shè)計(jì)采用了連續(xù)、流暢的“高次拋物線方程”法對(duì)其擬合。

3.2.3擬合路段誤差分析

統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：正負(fù)誤差分布情況基本呈現(xiàn)正態(tài)分布，具體情況是實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有91.12%的控制點(diǎn)位誤差在0.05米以下，控制點(diǎn)誤差絕對(duì)值大于0.1米的僅占1.81%，說(shuō)明該高速公路縱斷面擬合精度控制非常好，擬合手段有效。

3.2.4 縱斷面調(diào)整

原高速公路的路面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求，為降低工程造價(jià)，路面結(jié)構(gòu)方案基本上是在局部病害處理后在進(jìn)行加鋪。但對(duì)于該高速一類的擴(kuò)建項(xiàng)目，因項(xiàng)目距離城市較近，難免因項(xiàng)目周邊的快速發(fā)展和城市的遠(yuǎn)期規(guī)劃要求，對(duì)于制約城市發(fā)展的路段進(jìn)行必要的增設(shè)通行構(gòu)筑物或者抬高縱段設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目多處縱斷面進(jìn)行了較大調(diào)整，雖然增加了一定的工程造價(jià)，但是充分體現(xiàn)了公路全方位服務(wù)設(shè)計(jì)的理念，為營(yíng)造和諧社會(huì)，順利推動(dòng)項(xiàng)目實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。

4、本次設(shè)計(jì)的不足

（1）高速公路過(guò)境的重載車輛占比較高，造成局部段落橫向出現(xiàn)凹陷，設(shè)計(jì)測(cè)量階段考慮測(cè)量通行要就及測(cè)量安全對(duì)于路面僅進(jìn)行四點(diǎn)測(cè)量，對(duì)于凹槽部分測(cè)量精度不足，造成路面加鋪量存在一定誤差。

（2）路面設(shè)計(jì)中未能充分考慮施工期保通期間造成單幅通行壓力過(guò)大而造成的路面病害加劇，致使路面處置費(fèi)用增加。

5、優(yōu)化思路

（1）采用先進(jìn)的技術(shù)手段，提高數(shù)據(jù)采集精度。結(jié)合現(xiàn)有國(guó)內(nèi)改擴(kuò)建經(jīng)驗(yàn)及現(xiàn)有的測(cè)量、設(shè)計(jì)軟件，可采用先進(jìn)的車載激光測(cè)量結(jié)合數(shù)字模型，采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)計(jì)算分析系統(tǒng)，提高縱斷面擬合精度，進(jìn)一步減少路面加鋪工程數(shù)量，從而達(dá)到降低工程數(shù)量。

（2）做好施工期交通組織并以此為依據(jù)，推演路面病害發(fā)展性狀，做好路面病害預(yù)防性設(shè)計(jì)。

6、結(jié)束語(yǔ)

“細(xì)節(jié)決定成敗”在高速公路改擴(kuò)建的平縱擬合設(shè)計(jì)中體現(xiàn)得淋漓盡致，通過(guò)先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集手段，優(yōu)秀的擬合軟件和具有極度富有責(zé)任心的優(yōu)秀設(shè)計(jì)者，一定能設(shè)計(jì)出超一流的擴(kuò)建工程。

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