改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素分析

朱晉超

華設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 江蘇省南京市 210014

隨著國(guó)內(nèi)交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，道路交通量持續(xù)增加，加之重載車輛問題、超載問題等問題頻繁出現(xiàn)，極大增加了道路行車荷載，使得在服役道路已經(jīng)無法滿足道路交通行車需求。如果對(duì)它們進(jìn)行推翻重建，那么會(huì)浪費(fèi)寶貴的建設(shè)資源，此時(shí)如果可以結(jié)合當(dāng)前在服役道路的運(yùn)行情況，靈活地采用改造與拓寬等手段，這樣可以進(jìn)一步改善道路行車性能，保障道路行車安全與穩(wěn)定。其中路線設(shè)計(jì)是決定整個(gè)改擴(kuò)建道路建設(shè)成敗的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加強(qiáng)其優(yōu)化設(shè)計(jì)研討顯得尤為重要。

1 改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)的意義

改擴(kuò)建公路存在的根本原因是原有的公路路線設(shè)計(jì)已經(jīng)不再滿足新時(shí)期道路交通運(yùn)輸需求，或者原有公路在運(yùn)營(yíng)過程中面臨著較多的路基病害與軟基地質(zhì)問題，整體的使用壽命大大縮減，并且會(huì)對(duì)后續(xù)道路行車穩(wěn)定與安全帶來不利影響。而路線設(shè)計(jì)是改擴(kuò)建公路工程項(xiàng)目建設(shè)過程中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其主要是建立在原有公路基礎(chǔ)上，力求保障道路行車安全以及滿足大眾出現(xiàn)需求。通過有效的路線設(shè)計(jì)，可以最大程度降低改擴(kuò)建項(xiàng)目對(duì)原有公路沿線周邊區(qū)域既有居民的正常出現(xiàn)帶來不利影響，保證可以從整體上優(yōu)化改擴(kuò)建公路路線，以此才能夠?yàn)樵泄返母臄U(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)提供更為明確、可靠的依據(jù)，避免因?yàn)槁肪€設(shè)計(jì)不到位而直接影響了后續(xù)改擴(kuò)建公路項(xiàng)目順利建設(shè)。此外，路線設(shè)計(jì)的合理性也會(huì)對(duì)整個(gè)改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)的成本投入產(chǎn)生極大影響，為了保障整個(gè)路線設(shè)計(jì)的成本，必須要注意結(jié)合改擴(kuò)建工程項(xiàng)目建設(shè)實(shí)際情況來優(yōu)化設(shè)計(jì)路線，力求最大程度借助線路優(yōu)化設(shè)計(jì)來增加改擴(kuò)建工程項(xiàng)目建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益。

2 改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)的原則

2.1 因地制宜

在改擴(kuò)建公路工程建設(shè)過程中，為了保障路線設(shè)計(jì)的質(zhì)量，必須要首先本著因地制宜原則開展路線設(shè)計(jì)工作，具體就是要對(duì)公路所在地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)路況與地域特色等實(shí)際情況，對(duì)路線方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證路線設(shè)計(jì)實(shí)效性。針對(duì)位于重丘山嶺區(qū)域的公路改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)而言，由于受到路基、隧道、橋梁以及施工和交通組織等眾多方面因素影響而會(huì)對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目建設(shè)帶來極大影響，這時(shí)候需要結(jié)合這些眾多因素的分析結(jié)果來靈活地選擇“單邊加寬”（圖1）這一路線設(shè)計(jì)方式；針對(duì)處于平原微丘區(qū)域的改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)，則更加適宜采用“兩側(cè)拼接，局部分離”的路線設(shè)計(jì)原則開展設(shè)計(jì)工作。通過對(duì)原有公路情況進(jìn)行認(rèn)真調(diào)研，結(jié)合一體化路線設(shè)計(jì)理念，本著因地制宜原則來對(duì)原有公路本身的特征與優(yōu)勢(shì)進(jìn)行充分保留的基礎(chǔ)上科學(xué)設(shè)計(jì)路線方案。

圖1 “單邊加寬”改擴(kuò)建公路

2.2 安全原則

在改擴(kuò)建道路路線設(shè)計(jì)中，安全為首要也是需要重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)計(jì)原則，既要對(duì)改擴(kuò)建之后的道路行車安全進(jìn)行保障，這就需要實(shí)際的公路路線設(shè)計(jì)中合理科學(xué)地設(shè)計(jì)符合設(shè)計(jì)規(guī)范和安全規(guī)定且切實(shí)可行的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)、內(nèi)容及措施，保證嚴(yán)格執(zhí)行控制路線設(shè)計(jì)的有效性。針對(duì)那些大挖大填、事故易發(fā)區(qū)域、河壩堤岸、溝堰池塘等影響較大的公路路段，在開展改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)過程中要注意綜合對(duì)比分析不同種路線設(shè)計(jì)方案，力求從中選擇出最佳的路線優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證可以借此設(shè)計(jì)方式來最大程度保留及延續(xù)原有公路特征與優(yōu)勢(shì)，尤其是要借助路線設(shè)計(jì)來對(duì)原有公路設(shè)計(jì)中比較突出的問題，有效保障改擴(kuò)建公路設(shè)計(jì)的安全性。比如，針對(duì)坡度和長(zhǎng)度大，縱坡連續(xù)的道路路段，在改擴(kuò)建項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中要注意及時(shí)開展運(yùn)行速度檢測(cè)工作，保證改擴(kuò)建處理之后道路行車安全。

2.3 環(huán)保原則

在可持續(xù)發(fā)展理念下，無論是新建公路項(xiàng)目或者改擴(kuò)建項(xiàng)目，都需要在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中融入環(huán)境保護(hù)理念，即不能夠只注重改擴(kuò)建公路工程項(xiàng)目的品質(zhì)，同樣需要滲透環(huán)保理念。而環(huán)保原則在路線設(shè)計(jì)中的融入主要體現(xiàn)在要結(jié)合原有公路沿線的實(shí)際構(gòu)筑物或建筑物等分布實(shí)際情況，保證路線設(shè)計(jì)可以同沿線周邊生態(tài)環(huán)境保持良好的平衡性。比如，在設(shè)計(jì)路線中要對(duì)改擴(kuò)建沿線路段的人文歷史景觀、資源、農(nóng)田資源等等進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)，避免因?yàn)楦臄U(kuò)建工程項(xiàng)目的路線設(shè)計(jì)方案而對(duì)道路沿線生態(tài)環(huán)境造成破壞，如圖2所示的公路路段在左側(cè)部位處存在村落，此時(shí)在開展改擴(kuò)建路線設(shè)計(jì)中就需要在右側(cè)進(jìn)行單側(cè)拓寬，避免在左側(cè)拓寬公路過程中影響沿線村落居民的正常生活。因此，在實(shí)際的路線設(shè)計(jì)中必須要對(duì)改擴(kuò)建項(xiàng)目所在區(qū)域的當(dāng)?shù)丨h(huán)境進(jìn)行認(rèn)真調(diào)查，保證路線設(shè)計(jì)滿足環(huán)保原則。

圖2 某公路路段

2.4 整體原則

所謂的整體原則，是在對(duì)改擴(kuò)建公路路線進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中利于宏觀和整體層面，對(duì)一切可能影響路線的因素進(jìn)行綜合考慮。比如，要對(duì)沿線的水利、路網(wǎng)與城鎮(zhèn)等多方面的規(guī)劃進(jìn)行綜合考慮，保證改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)可以同周邊城鄉(xiāng)規(guī)劃發(fā)展保持良好的一致性。又或者，在對(duì)線路縱斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，要立足于整體視角來合理調(diào)整原有公路縱坡，保證可以將原有公路上面所存在的凹陷或凸起問題進(jìn)行有效消除，避免相應(yīng)路段出現(xiàn)積水問題，尤其是在鄉(xiāng)村或小鎮(zhèn)路段，要避免因?yàn)檫^大設(shè)計(jì)標(biāo)高而直接影響了周邊居民的正常出行。此外，整體性原則是除了考慮前期的設(shè)計(jì)與后續(xù)的通車使用外，還要注意保證路線合計(jì)可以便于后續(xù)道路運(yùn)營(yíng)維護(hù)及管理工作，如要保證路線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后便于后續(xù)道路運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

3 改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素

3.1 線形設(shè)計(jì)要點(diǎn)

作為改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，線形設(shè)計(jì)的合理性會(huì)對(duì)整體線形設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生極大影響，具體需要做好前期的改擴(kuò)建公路項(xiàng)目調(diào)研工作，因?yàn)榫€形設(shè)計(jì)同道路行車安全具有緊密聯(lián)系。通過前期設(shè)計(jì)調(diào)查研究工作，主要是要了解現(xiàn)階段原有公路的實(shí)際運(yùn)行情況以及各種關(guān)鍵的參數(shù)數(shù)據(jù)和存在的問題，如改擴(kuò)建之前要充分了解原有公路的道路擁堵問題、事故頻發(fā)路段問題等等。只有定性分析這些原有公路存在的問題，結(jié)合實(shí)地勘察工作結(jié)果以及原有道路設(shè)計(jì)圖紙等方面數(shù)據(jù)，立足于源頭視角來對(duì)線形設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行有效評(píng)估。此外，在對(duì)公路路線線形進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，也要注意結(jié)合現(xiàn)階段公路問題針對(duì)性制定有效的解決方案，保證可以最大程度提高解決這些問題的實(shí)效性，避免后續(xù)經(jīng)過改擴(kuò)建之后繼續(xù)存在這些道路病害或問題。

3.2 平面線擬合設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在整條公路路線設(shè)計(jì)中，平面線擬合設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)之一，也是一種非?；镜穆肪€表現(xiàn)形式。因?yàn)樵诘缆奋囆熊囘^程中，車輛主要側(cè)重徑向轉(zhuǎn)動(dòng)或平動(dòng)這兩種轉(zhuǎn)動(dòng)方式，這就需要擬合設(shè)計(jì)實(shí)踐中要盡可能地規(guī)避大規(guī)模曲線變化問題的出現(xiàn)，否則會(huì)對(duì)后續(xù)道路行車安全帶來不利影響。如果公路平面線涉及到較大變化幅度，那么在實(shí)際的道路行車中就很難及時(shí)調(diào)整行駛的方向，進(jìn)而會(huì)因此而增加了道路行車中翻車或撞車等安全事故的概率。因此，在開展擬合設(shè)計(jì)過程中必須要基于原有構(gòu)筑物這一設(shè)計(jì)基準(zhǔn)物進(jìn)行多段公路線路擬合。如果原有公路涉及到較多的曲線和圓弧，那么在路線設(shè)計(jì)中可以應(yīng)用多元曲線彼此之間相互擬合這一設(shè)計(jì)思路，保證可以對(duì)線路設(shè)計(jì)精度進(jìn)行有效控制。與此同時(shí)，為了進(jìn)一步保障道路行車安全，在擬合設(shè)計(jì)中同樣需要保障公路線路彼此銜接和過渡的穩(wěn)定性。如果涉及到大圓弧路段，那么要詳細(xì)考察該路段周邊的沿線實(shí)際情況，之后針對(duì)性設(shè)計(jì)擬合方案，保證整體設(shè)計(jì)方案的可行性與安全性。

3.3 斷面設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)改擴(kuò)建公路斷面設(shè)計(jì)而言，主要涉及到橫、縱兩類斷面，具體設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：

（1）縱斷面設(shè)計(jì)。在縱斷面設(shè)計(jì)中需要對(duì)多方面因素進(jìn)行綜合考慮，由于原有公路本身的橫坡度同改擴(kuò)建之后的公路存在一些差距，如果二者差距較小，那么在設(shè)計(jì)中可以借助中線控制方法來達(dá)到預(yù)定設(shè)計(jì)目標(biāo)。如果二者伴有較大差距，那么要對(duì)道路一側(cè)進(jìn)行加寬，并且要對(duì)改擴(kuò)建公路路線的中線標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量。一般經(jīng)過改擴(kuò)建處理之后的道路路線坡度要長(zhǎng)度要比原有公路更小，所以在對(duì)坡長(zhǎng)選擇中要盡可能地不采取最小坡長(zhǎng)這種方式。與此同時(shí)，要將原有公路縱坡相應(yīng)地確定為全新公路的路面基層，并且半徑選擇方面要比最小半徑更大，具體最小半徑值可以結(jié)合公路線路豎曲線半徑、長(zhǎng)度視距等關(guān)鍵參數(shù)及要求來進(jìn)行合理確定。

（2）橫斷面設(shè)計(jì)。如果改擴(kuò)建公路工程的線路設(shè)計(jì)中采取超高方案，那么相應(yīng)橫坡控制點(diǎn)可以選擇明式構(gòu)造物來保障整體路線設(shè)計(jì)安全，避免在雨季的時(shí)候路面出現(xiàn)積水；針對(duì)道路拼接路段，可以采取同原有公路路面相同的結(jié)合，并且在設(shè)計(jì)橫斷面中要注意對(duì)其橫坡大小進(jìn)行嚴(yán)格檢查，同時(shí)還要同改擴(kuò)建路段進(jìn)行對(duì)比分析，如果二者差距不足±0.5%，那么不需要對(duì)橫坡進(jìn)行調(diào)整，反之如果二者差距超過±0.5%，那么要結(jié)合實(shí)際的路線設(shè)計(jì)情況來進(jìn)行合理調(diào)整。

3.4 曲線設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在整個(gè)路線設(shè)計(jì)中，曲線是另一個(gè)非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要包括了圓曲線與緩和曲線，如圖3所示。它們是保證道路行車過程中對(duì)兩個(gè)不同線路進(jìn)行有效銜接的過渡段，曲線設(shè)計(jì)合理性關(guān)系道路行車平穩(wěn)與安全。

圖3 圓曲線和緩和曲線構(gòu)成簡(jiǎn)圖

對(duì)各部分曲線設(shè)計(jì)的具體要點(diǎn)而言，主要表現(xiàn)如下：

（1）最小圓曲線半徑進(jìn)行合理確定。無論公路平面涉及到多大轉(zhuǎn)角，都要對(duì)圓曲線進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，實(shí)際設(shè)計(jì)過程中要最大程度對(duì)原有路線進(jìn)行利用，所以會(huì)涉及到比較小的圓曲線半徑，但是該值也不適宜過小，否則在道路行車的時(shí)候會(huì)使駕駛者承受過大加速度。而最小圓曲線半徑設(shè)計(jì)時(shí)只需要其滿足改擴(kuò)建公路項(xiàng)目相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范中有關(guān)規(guī)定及要求即可。但是由于改擴(kuò)建公路項(xiàng)目設(shè)計(jì)中涉及到比較多的受限因素，為了保證道路行車安全，還需要保障圓曲線半徑值比設(shè)計(jì)時(shí)速條件下的極限值更小，如圓曲線半徑大于9km，視線集中處在300～600m，那么所形成的視覺效果同直線效果基本保持一致。這就決定了該值同樣不宜過大，一般不宜大于10km。

（2）緩和曲線設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)緩和曲線期間，要對(duì)道路行車過程中車輛方向盤操作所需長(zhǎng)度、離心加速度本身的變化率、行車視覺、線形美學(xué)以及超高緩率本身需要長(zhǎng)度等進(jìn)行綜合考慮，保證可以經(jīng)過綜合考慮提高緩和曲線設(shè)計(jì)的合理性，這樣才能保證最終設(shè)計(jì)方案的質(zhì)量。通過對(duì)緩和曲線進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以為道路駕駛?cè)藛T平穩(wěn)轉(zhuǎn)彎提供更多的操作空間，避免因?yàn)檫^于生硬的路線連接，或者緩和曲線設(shè)計(jì)角度不足和長(zhǎng)度不足而直接影響了道路行車的安全性。

（3）合理設(shè)計(jì)圓曲線和平曲線的長(zhǎng)度。雖然現(xiàn)階段公路線路設(shè)計(jì)規(guī)范中沒有明確規(guī)定圓曲線的具體長(zhǎng)度要求，但是實(shí)際設(shè)計(jì)中需要考慮道路行車安全性，一般其長(zhǎng)度采取3s時(shí)間之內(nèi)設(shè)計(jì)車速通過所需的距離，同時(shí)還要本著因地制宜的原則對(duì)其適宜性和合理性進(jìn)行有效評(píng)估。而現(xiàn)有的道路線路設(shè)計(jì)規(guī)范要求平曲線設(shè)計(jì)中的最小長(zhǎng)度大于2倍緩和曲線長(zhǎng)度，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮曲線設(shè)計(jì)中各段的設(shè)計(jì)要求規(guī)定，從保障道路行車安全出發(fā)來科學(xué)規(guī)劃路線，力求更好提高整體路線設(shè)計(jì)質(zhì)量。但是也要保證其設(shè)計(jì)長(zhǎng)度不能夠過長(zhǎng)，否則會(huì)占用過大的占地面積，浪費(fèi)過多建設(shè)資源。

4 結(jié)語

總之，改擴(kuò)建公路路線設(shè)計(jì)直接關(guān)系現(xiàn)有公路能否繼續(xù)服役以及它們最終的使用年限，加強(qiáng)路線優(yōu)化設(shè)計(jì)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。在對(duì)其路線進(jìn)行設(shè)計(jì)中，可以本著因地制宜、安全、環(huán)保和整體幾個(gè)方面原則，切實(shí)做好線形、縱橫斷面、曲線等方面設(shè)計(jì)工作，尤其是要保證各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的設(shè)計(jì)工作契合原有公路的實(shí)際條件的同時(shí)，符合道路線路設(shè)計(jì)規(guī)范及要求，從整體上對(duì)整個(gè)路線設(shè)計(jì)過程進(jìn)行管控，這樣才能全面提升路線設(shè)計(jì)質(zhì)量。