綠色公路設計中的平縱指標靈活運用探討

嚴 謹

（中設設計集團股份有限公司，江蘇南京210014）

0 引言

公路尤其是高速公路在建設過程中，會占用大量的土地、開挖山體，對自然環(huán)境有一定破壞作用，主要表現(xiàn)為：改變局部地貌、破壞植被、影響排灌系統(tǒng)、影響生態(tài)環(huán)境等。一些地區(qū)在早期高速公路建設探索過程中過于注重高指標，主要表現(xiàn)為：高填深挖造成次生地質災害，增加施工難度和風險；大量取、棄土影響環(huán)境，堵塞河溝，占用土地尤其是農田多；路基易失穩(wěn)，影響運營安全，二次防護增加投入；道路本身與環(huán)境融合和景觀效果差。

2004年，全國公路勘察設計工作會議提出了“六個堅持、六個樹立”的公路設計新理念，其中“堅持人與自然和諧、樹立尊重自然、保護環(huán)境的理念”“堅持合理選用技術標準，樹立設計創(chuàng)作的理念”等，對當下綠色公路建設的探索和實踐仍然具有較強的指導意義。

1 技術指標的運用原則

在我國公路建設從量變累積到質變的背景下，在新時期“綠水青山就是金山銀山”科學論斷的指引下，公路設計將注意保護環(huán)境及景觀要求已經提到了新的高度，不應一味追求高指標，特別是平、縱面線形指標，應尊重自然、結合地形地質條件，盡量避免高填深挖。

《公路路線設計規(guī)范》對線形設計的要求進行了詳細的規(guī)定，并給出了不同技術標準對應的技術指標值，設計人員在熟練掌握設計原則和指標的基礎上，理解掌握規(guī)范指標的內涵，才能在具體項目中因地制宜、靈活運用。

技術指標適度運用的原則是，對于規(guī)范要求嚴格控制的指標強制執(zhí)行，對于非嚴格控制的指標甚至是好中求好的指標，可靈活運用、采用低值，在經過論證的基礎上，甚至可適當突破指標使用。

2 平面主要技術指標的運用

2.1 圓曲線

根據路線規(guī)范對于圓曲線半徑指標的規(guī)定，以及規(guī)定停車視距長度結合橫斷面布置的計算，圓曲線指標分為不設超高的圓曲線半徑、滿足停車視距的圓曲線半徑、一般最小半徑和極限最小半徑四種。

從路線順捷、車輛行駛舒適度的角度出發(fā)，對于平面布設受限較少的項目，如路網、村鎮(zhèn)密度相對較低的平原區(qū)公路項目，采用不設超高的半徑是合適的；但對于地形、地質相對復雜的山區(qū)項目，尤其是山嶺重丘區(qū)項目，全部采用不設超高的圓曲線半徑無疑是不經濟的，造成大量的高填深挖，對施工期、運營期的安全造成一定的隱患。

因此，在實際運用時應該因地制宜：針對地形地質條件相對簡單的低山丘陵區(qū)項目，原則上可采用滿足停車視距的圓曲線半徑，局部困難路段以一般最小半徑控制；對于地形地質條件復雜的山嶺重丘區(qū)項目，宜以一般最小半徑控制，條件較好的局部路段可采用滿足停車視距的圓曲線半徑，地形地質條件特別困難的個別路段，經過運行速度檢驗、安全性評價后，可采用極限半徑指標。

同時，從行車安全角度出發(fā)，采用小半徑圓曲線需要特別注意以下幾點：

（1）平縱組合要注意避免出現(xiàn)陡坡與小半徑曲線的組合。（2）平面布設要注意前后指標的均衡過渡，避免出現(xiàn)長直線接小半徑曲線，S形曲線圓曲線要滿足半徑比1∶2的要求，緩和曲線參數(shù)比應小于2，宜小于1.5。（3）經計算不滿足停車視距要求的，需通過加寬中間帶路緣帶寬度等措施來滿足停車視距要求。（4）隧道尤其是長隧道段應盡量采用滿足停車視距的圓曲線半徑。

2.2 直線

直線的指標主要為長度，分為最大長度和最小長度。

2.2.1 最小直線長度

現(xiàn)行路線設計規(guī)范規(guī)定，兩圓曲線間以直線徑向連接時，直線的長度不宜過短，并應符合下列規(guī)定：設計速度大于或等于60 km/h 時，同向圓曲線間最小直線長度以不小于設計速度的6倍為宜，反向圓曲線間最小直線長度以不小于設計速度的2倍為宜。

在實際工程設計中，尤其是地形復雜地區(qū)，同向曲線間最小直線長度6 V的規(guī)定要求偏高，往往會引起橋隧等工程規(guī)模的較大增加。因此，同向曲線間直線長度較短時，可考慮改為卵形曲線；當直線長度較長又滿足不了6 V時，增加直線長度不適應地形對工程規(guī)模、環(huán)境影響較大時，可結合實際情況考慮限速，同時在部分省份可根據地方規(guī)定降低至4 V 標準執(zhí)行［1］，可通過透視圖或BIM技術模擬檢驗是否會產生視錯覺。

2.2.2 最大長度

根據交通心理學研究，當高速公路直線長度過長，公路形式過于單調，環(huán)境缺乏變化時，經常會導致駕駛員放松警惕，易引發(fā)車禍［2］。因此現(xiàn)行路線規(guī)范中，對于最大直線長度的要求表述為：直線的長度不宜過長。受地形條件或其他特殊情況限制而采用長直線時，應結合沿線具體情況采取相應的技術措施。條文說明中對技術措施進行了進一步闡述：當具體項目中因條件限制采用長直線時，應結合運行速度分析和安全性評價，增設必要的提醒和警示標志，避免出現(xiàn)駕駛疲勞等現(xiàn)象。

規(guī)范中未給出長直線具體的界定長度，實際的工程設計中，一般參照日本和德國的規(guī)定，直線路段的最大長度（m）控制在設計速度的20 倍［3］。長直線主要出現(xiàn)在跨越江河湖泊等大型水體的橋梁、穿越山嶺重丘的長大隧道，以及戈壁荒漠等地形平坦、地物稀少的地區(qū)，對策主要是采用限速、警示等管理標志，同時在有條件時增加路側視線誘導設施。

對長直線的靈活運用原則是避免過長直線，但也不人為地設置曲線增加工程規(guī)模和路線里程，涉及長直線的設計應注意以下幾點：（1）在長直線上縱坡不宜過大，一般應小于3%，因長直線再加下陡坡更易導致高速度。（2）長直線與大半徑凹豎曲線組合為宜，從視覺上使生硬呆板的直線得到一些緩和。（3）道路兩側過于空曠時，宜采取植不同樹種或設置結合當?shù)匚幕挠操|景觀等措施，以改善單調的路容。（4）對于隧道段的長直線，宜采用變換內裝飾等措施，減少疲勞感。

2.3 緩和曲線

緩和曲線的設置目的是通過平面曲率的逐漸變化，適應汽車轉向操作的行駛軌跡及路線的順暢，避免行車方向的突變和離心力的突然產生，同時作為超高變化的過渡段，使得行車順適。緩和曲線的主要指標為長度和A 值。長度要求主要考慮按超高過渡所需長度來控制，同時規(guī)定了最小長度來確保平面線形過渡的需要，A 值R/3～R 的范圍要求主要是按視覺過渡要求控制。

緩和曲線的設計，長度應當滿足最基本的超高漸變和線形過渡要求，在此基礎上適當加長對平面過渡的順適有利，但不能一味追求加長緩和曲線。

平原微丘區(qū)，路線平面布設主要受地形地物限制，布線相對自由，圓曲線半徑一般較大，此時緩和曲線長度可適當加大。山嶺重丘區(qū)，地形一般比較復雜，而且多受地質條件限制，緩和曲線的長度對圓曲線位置的影響較大，進而影響工程規(guī)模，緩和曲線A值宜取較小值，確保滿足超高過渡和平面過渡需求的最小長度即可。設計中，地形復雜地區(qū)尤其要注重和地形的吻合度，同時應注意避免將緩和曲線伸入大型橋隧構造物起止段，對位于緩坡或豎曲線頂部、底部的緩和曲線，應盡可能控制緩和曲線長度。

3 縱面主要技術指標的運用

3.1 坡度坡長的運用

縱面指標里的最大坡度和最小坡長以及陡坡對應的最大坡長等限制的規(guī)定，主要考慮各種機動車輛的動力性能、制動能力以及行駛的連續(xù)性等要求，關系到行車安全，應該嚴格遵守。最小坡度的規(guī)定主要從道路路面排水的角度出發(fā)，可以適當靈活掌握。

對于地形復雜的山區(qū)項目，應合理搭配陡坡和緩坡，增加縱坡變更次數(shù)和豎曲線比例，使縱斷面設計盡可能契合地形，減少高填深挖。

平原地區(qū)，由于平面指標普遍較高，不應通過縮短坡長增加變坡點的方法降低工程規(guī)模，避免直線或大半徑平曲線范圍內出現(xiàn)多個豎曲線的不利組合。在非雨量充沛地區(qū)，橫坡滿足排水綜合坡度要求的前提下，可以降低縱坡坡度甚至采用平坡，但需對邊溝進行縱向排水設計。

3.2 豎曲線的運用

規(guī)范中的豎曲線最小長度及最小半徑，是根據汽車行駛力學計算出的緩沖汽車行駛沖擊力的需要和保證車輛視距的需要所確定的，關系行車安全，應該嚴格遵守。條件受限情況下采用極限指標時，應進行經濟技術論證。

對于高速公路的互通、服務區(qū)范圍內，因運行條件復雜且變化頻繁，對視距有著更高的要求，規(guī)范要求采用滿足視覺要求的豎曲線半徑。在實際應用的過程中，因采用一般值控制對工程規(guī)模影響較大，通常按規(guī)定的極限值控制，條件受限嚴重的主線路段可按分合流鼻的位置分段控制。

即使在平原地區(qū)，如果不是高速公路的互通、服務區(qū)路段或一般公路的平交口路段，也不應過分追求采用滿足視覺所需的豎曲線半徑。

4 平縱組合的運用

《公路路線設計規(guī)范》JTJ 011-94 對平縱組合設計的要求極為嚴格，規(guī)定：平曲線與豎曲線應相互重合，且平曲線應稍長于豎曲線（見圖1）。

圖1 《公路路線設計規(guī)范》JTJ 011-94平縱組合示例

《公路路線設計規(guī)范》JTG D20—2006 要求：平、縱線形組合設計原則為宜相互對應。當平、豎曲線半徑均較小時，其對應程度應較嚴格；隨著平、豎曲線半徑的同時增大，其對應程度可適當放寬；當平、豎曲線半徑均大時，可不嚴格相互對應?！豆仿肪€設計規(guī)范》JTG D20—2017與JTG D20—2006版要求相同，僅增加“平曲線宜比豎曲線長”的表述。

《公路路線設計細則》（總校稿）中對指標掌握的尺度進行了進一步說明：一個平曲線與一個豎曲線組合時，平、豎曲線宜相互對應，且平曲線稍長于豎曲線，形成“平包豎”。高速公路、一級公路，當平曲線半徑小于2 000 m、豎曲線半徑小于15 000 m 時，平、豎曲線的組合應予慎重；當平曲線半徑大于6 000 m、豎曲線半徑大于25 000 m 時，可不強調平、豎曲線的對應關系。

梳理路線規(guī)范對于平縱組合設計要求的變化，凸顯出“設計創(chuàng)作”理念的趨勢，強調設計師的作用，在受限的情況下結合前后路段平縱指標均衡性、平縱橫指標的組合情況及對工程規(guī)模的影響程度等，對平縱組合不利情況做出綜合判斷，合理掌握平縱組合對應程度。

規(guī)范所指的平縱組合對應程度可適當放寬的設計空間主要在平曲線半徑介于2 000～6 000 m或豎曲線半徑介于15 000～25 000 m的范圍，如條件受限、過于強調平縱組合會導致工程規(guī)模增加較多，可適當放寬平縱組合要求，但需注意滿足以下幾點：

（1）前后路段指標的均衡性。

前后路段的平縱面指標包括曲線半徑和曲線長度應較為均衡，避免指標突降和平縱配合不對應的不利組合，易引起駕駛人員的反應不及或過度反應。

（2）合成坡度要滿足規(guī)范要求。

合成坡度既不能過小也不能過大，合成坡度過小會引起路面排水不暢引發(fā)交通事故，合成坡度過大會引起車輛橫向滑移傾覆，尤其是積雪冰凍地區(qū)。

（3）保持一定的通視距離。

平縱組合不能嚴格對應的路段，平、縱面指標應滿足停車視距的要求。同時對平縱組合放寬的路段，尤其是縱面凸曲線與平面S 形曲線拐點存在重合的情況，應通過道路透視圖檢驗視覺誘導效果，避免出現(xiàn)線形扭曲或去向不明的現(xiàn)象。