高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)探討

魏同軍

（東營(yíng)市公路勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山東 東營(yíng) 257091）

1 引言

隨著基礎(chǔ)交通設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，高速公路作為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要工程，其建設(shè)步伐也逐年加快。但由于高速公路建設(shè)里程一般較長(zhǎng)，沿線的地形地貌差異較大、水文地質(zhì)條件較差，使得高速公路的路線縱斷面設(shè)計(jì)難度相對(duì)于低等級(jí)公路難度更大。與此同時(shí)，選擇經(jīng)濟(jì)、合理、可行的山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)方案是整個(gè)山區(qū)公路項(xiàng)目的重要前提[1]。在高速公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，路線縱斷面設(shè)計(jì)是重中之重，路線縱斷面設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)直接影響工程成本的經(jīng)濟(jì)性和公路建成后的行車安全性、舒適性、運(yùn)營(yíng)期壽命等[2]。與此同時(shí)，如果高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)不合理，還會(huì)引起設(shè)計(jì)返工、設(shè)計(jì)質(zhì)量下降、設(shè)計(jì)工期推遲等。因此，為了提高高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)公路工程項(xiàng)目的整體建設(shè)水平，研究高速公路路線縱斷面的設(shè)計(jì)具有十分重大的意義。

2 高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)中的問(wèn)題

2.1 安全問(wèn)題

在高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，如果對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?、水文地質(zhì)等外部環(huán)境沒有深入的了解，冒然進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)可能存在較大的安全隱患。例如，在高海拔地區(qū)，往往應(yīng)當(dāng)布設(shè)越嶺線（明線）或隧道[3]。布設(shè)明線能夠使道路的平縱面協(xié)調(diào)良好，有利于路線總體設(shè)計(jì)，但在高邊坡開挖時(shí)難度較大，存在高邊坡穩(wěn)定問(wèn)題，防護(hù)不當(dāng)就會(huì)在很大程度上增加施工過(guò)程中和運(yùn)營(yíng)期間出現(xiàn)泥石流、坍塌、滑坡等不良地質(zhì)現(xiàn)象的可能性，甚至可能引發(fā)重大安全事故。因此，在確定縱斷面的最終設(shè)計(jì)方案時(shí)往往要對(duì)選線位置、工程量大小、工程造價(jià)等方面展開綜合分析。

2.2 環(huán)境問(wèn)題

如果高速公路設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行路線縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)環(huán)保意識(shí)較差，對(duì)沿線外界環(huán)境的保護(hù)措施制定不合理，未能將人文景觀和自然景觀很好地協(xié)調(diào)，就會(huì)使得高速公路出現(xiàn)孤立現(xiàn)象，影響其美觀。

3 高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)原則及關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 路線縱斷面設(shè)計(jì)原則

在展開高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，要遵循2大原則[4]：（1）要在確保能充分發(fā)揮公路基礎(chǔ)功能的前提下，盡可能地減少公路里程，降低其工程造價(jià)；（2）在進(jìn)行公路路線縱斷面設(shè)計(jì)之前，要對(duì)該公路項(xiàng)目所處的自然環(huán)境展開充分的勘察和分析，盡可能地選擇地形地貌良好、水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單、氣候較穩(wěn)定的區(qū)域?？偠灾?，如果高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)能利用好工程所在的地形地勢(shì)，就可以減小公路建設(shè)的工程量、降低工程造價(jià)。如果高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)不能充分利用地形地勢(shì)，就必須對(duì)縱斷面進(jìn)行優(yōu)化。

3.2 路線縱斷面設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

3.2.1 縱坡坡度設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)高速公路路線縱斷面時(shí)，應(yīng)當(dāng)避免在地形比較復(fù)雜、地形起伏較大區(qū)域，最好不要利用陡坡路段；如果公路路線處于沿河路段，必須確保縱坡的平緩性，并應(yīng)當(dāng)合理控制縱坡長(zhǎng)度；如果公路路線處于山區(qū)路段，進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)沿線地形綜合分析，盡可能不利用坡度很大的縱坡。

3.2.2 確定轉(zhuǎn)坡點(diǎn)位置

所謂轉(zhuǎn)坡點(diǎn)就是相鄰縱坡線的交點(diǎn)，2個(gè)轉(zhuǎn)坡點(diǎn)之間的水平距離是坡長(zhǎng)[5]。轉(zhuǎn)坡點(diǎn)位置會(huì)對(duì)縱坡、坡長(zhǎng)、平縱面組合、土石方填挖平衡等產(chǎn)生根本影響。在確定轉(zhuǎn)坡點(diǎn)位置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)公路路線線形、土石方開挖回填、縱坡坡度、坡長(zhǎng)等展開合理的確定，并滿足相關(guān)規(guī)范的要求。此外，轉(zhuǎn)坡點(diǎn)位置一般布置在樁號(hào)為整數(shù)處。

4 高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)流程

4.1 工程概況

某高速公路項(xiàng)目路線全長(zhǎng)33.480km，共設(shè)18個(gè)平曲線交點(diǎn)，平均每千米交點(diǎn)數(shù)0.589個(gè)，路線增長(zhǎng)系數(shù)1.14，平曲線總長(zhǎng)20 156.546m，占路線全長(zhǎng)的60.358%。公路路線縱斷面設(shè)計(jì)是在保證行駛安全、舒適的前提下，充分結(jié)合地形、地貌，綜合考慮設(shè)計(jì)洪水位及交叉構(gòu)造物設(shè)置等因素，確定合理的主線高度，使路線縱坡均衡、平緩，降低填方高度，減少土石數(shù)量，少占農(nóng)田等，主要工程技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 某高速公路主要工程技術(shù)指標(biāo)

4.2 路線縱斷面設(shè)計(jì)步驟

在路線縱斷面設(shè)計(jì)開始之前，需要在設(shè)計(jì)圖紙上確定工程的樁號(hào)、標(biāo)高，并標(biāo)注出路線的平曲線。在所有的基礎(chǔ)資料準(zhǔn)備好后，嚴(yán)格按照以下步驟展開路線縱斷面設(shè)計(jì)：標(biāo)注控制點(diǎn)→試坡→調(diào)整縱坡坡度→核對(duì)（避免出現(xiàn)填挖過(guò)大、坡腳落空、擋土墻尺寸不合理等問(wèn)題）→定坡（最大縱坡坡度3%、最小縱坡坡度0.5%、合成坡度不超過(guò)10%、最小坡長(zhǎng)300m）→路線轉(zhuǎn)折處設(shè)置豎曲線→計(jì)算各樁號(hào)處填挖值。

4.3 路線縱斷面豎曲線設(shè)計(jì)

4.3.1 確定豎曲線形式

為了保證公路縱斷面上相鄰2條縱坡線相交處或縱坡變化位置行車的平順度和安全性，必須設(shè)置豎曲線。豎曲線一般有平曲線和二次拋物線形式。拋物線形式的豎曲線在計(jì)算時(shí)更加方便，故高速公路在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)一般采用二次拋物線形式。

4.3.2 確定豎曲線最小半徑

為了行車的安全性和舒適度，公路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足JTG D20—2011《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中對(duì)豎曲線最小半徑和長(zhǎng)度的要求，豎曲線要素如圖1所示。該高速設(shè)計(jì)速度為100km/h，對(duì)于凸形豎曲線視覺所需要的一般最小半徑為20 000m，對(duì)于凹形豎曲線視覺所需要的一般最小半徑為12 000m，豎曲線長(zhǎng)度的一般長(zhǎng)度為210m、極限長(zhǎng)度為85m。

圖1 豎曲線要素圖

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題、設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)、設(shè)計(jì)流程等方面展開了深入的研究，得到了3個(gè)方面的結(jié)論：（1）高速公路路線縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)選線位置、工程量大小、工程造價(jià)等方面展開綜合分析，并與沿線環(huán)境協(xié)調(diào)；（2）高速公路縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中要遵循以下步驟：標(biāo)注控制點(diǎn)→試坡→調(diào)整縱坡坡度→核對(duì)→定坡→路線轉(zhuǎn)折處設(shè)置豎曲線→計(jì)算各樁號(hào)處填挖值；（3）高速公路在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)豎曲線一般采用二次拋物線形式，豎曲線的最小半徑和長(zhǎng)度要根據(jù)設(shè)計(jì)速度來(lái)確定，凹、凸形豎曲線視覺所需要的一般最小半徑分別為12 000m、20 000m，一般長(zhǎng)度和極限長(zhǎng)度分別為210m、85m。