公路設(shè)計(jì)過程中的路線布局設(shè)計(jì)與路基設(shè)計(jì)要素分析

朱永暉

（滄州市交通運(yùn)輸局，河北 滄州 061000）

1 引言

公路工程路線布局設(shè)計(jì)是指公路工程設(shè)計(jì)過程中針對(duì)公路的縱向斷面線形，平面線形與公路方向走勢(shì)等工程三維空間位置關(guān)系與工程結(jié)構(gòu)幾何形狀等要素展開的成體系的設(shè)計(jì)[1]。其中既包含了對(duì)于公路工程路線的選擇、線形的構(gòu)造，也包含了諸如路基建設(shè)、路面處理及橋梁涵洞構(gòu)造設(shè)計(jì)等具體化的工程設(shè)計(jì)，其中前者對(duì)后者的施工起到指導(dǎo)性作用[2]。在公路工程設(shè)計(jì)過程中，可以通過原則性的規(guī)劃達(dá)到避開地形環(huán)境復(fù)雜，減少生態(tài)負(fù)面影響與降低周邊居民生活影響等效果。公路后續(xù)施工過程中施工難度是否能夠達(dá)到合理降低，公路本身的彎度與坡度布置是否合理，是否適合車輛行駛，是否能夠有效減少交通事故的可能性，這些都是由公路布局設(shè)計(jì)來決定的。而在布局設(shè)計(jì)之上的路基基礎(chǔ)化設(shè)計(jì)則為布局的實(shí)現(xiàn)打下了基礎(chǔ)[3]。合理的布局設(shè)計(jì)與路基設(shè)計(jì)是促進(jìn)提升道路經(jīng)濟(jì)效益，延長(zhǎng)道路壽命的重要因素。

2 公路路線布局設(shè)計(jì)原則分析

在進(jìn)行公路路線布局設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該遵循3 項(xiàng)主要原則，分別為流暢性原則、綜合性原則與高效性原則，如圖1 所示。

圖1 公路路線布局設(shè)計(jì)原則

2.1 流暢性原則

公路工程布局設(shè)計(jì)過程中，首先需要確保的就是交通的暢通性，即需要在各個(gè)路段做到規(guī)范統(tǒng)一，同時(shí)將路段設(shè)計(jì)規(guī)劃與整體設(shè)計(jì)規(guī)劃、周邊建筑規(guī)劃相結(jié)合，建立起明確的交通規(guī)劃體系。在進(jìn)行具體環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對(duì)公路工程項(xiàng)目進(jìn)行綜合性的考慮，交叉關(guān)聯(lián)對(duì)比，并合理處理區(qū)域商業(yè)、市政與公路項(xiàng)目之間的復(fù)雜關(guān)系。一方面，研究人員需要提前對(duì)項(xiàng)目工程涉及的項(xiàng)目材料、地理環(huán)境與其他周邊情況進(jìn)行分析，并從中選擇能夠服務(wù)于項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要素。另一方面，工作人員還需要科學(xué)合理地利用施工技術(shù)在控制施工成本的同時(shí)降低施工期間項(xiàng)目對(duì)周邊產(chǎn)生的不利影響。

2.2 綜合性原則

在進(jìn)行公路工程布局設(shè)計(jì)中，需要對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的各項(xiàng)影響性要素進(jìn)行綜合性考慮，其中包含農(nóng)田、城市建筑及其他交叉道路等多方面的影響。同時(shí)由于公路路線的布局設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)區(qū)域路網(wǎng)的整體性能質(zhì)量形成影響，因此，在進(jìn)行具體路線設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)已經(jīng)存在的影響因素進(jìn)行合理預(yù)測(cè)。其中施工現(xiàn)場(chǎng)的土質(zhì)、路線周邊的環(huán)境都屬于重要的外部影響性因素，應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行綜合性考慮后選擇最為可行的路線布局。還應(yīng)確保修建成功后的路線會(huì)與區(qū)域內(nèi)的路網(wǎng)充分結(jié)合，不會(huì)產(chǎn)生諸如占用農(nóng)田，生態(tài)影響負(fù)面等問題，從綜合性角度合理化、最小化綜合成本，提升綜合效益。

2.3 高效性原則

在公路布局設(shè)計(jì)與修建過程中，往往涉及諸如盤山公路、河間橋梁、穿山隧道等多種大流量耗費(fèi)人力物力的建設(shè)路段，因此，在進(jìn)行布局設(shè)計(jì)時(shí)便應(yīng)精準(zhǔn)測(cè)量公路沿線的地質(zhì)信息，并在合理范圍內(nèi)盡可能地避開大量消耗人力物流。同時(shí)在建設(shè)周期長(zhǎng)，建設(shè)效率低下的路段，應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)成本，提升建設(shè)效率。而在具體施工過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w地質(zhì)條件選擇最為適合的施工技術(shù)，并且根據(jù)實(shí)際公路需求需要選擇最為科學(xué)的施工方案。

3 公路路線布局設(shè)計(jì)分析

3.1 選線設(shè)計(jì)

在公路路線布局設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)施工當(dāng)?shù)氐膶?shí)際地質(zhì)條件與人文狀況進(jìn)行深入考察，并完成相關(guān)準(zhǔn)備工作，對(duì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況做出綜合性的專業(yè)分析，進(jìn)而為路線的合理布設(shè)打下基礎(chǔ)。在合理化布設(shè)基礎(chǔ)上，應(yīng)采用以曲線為主的路線設(shè)計(jì)方式，通過不斷降低坡度對(duì)車輛的影響來避免路段縱向變化幅度較大而造成的行車?yán)щy和行車安全性問題。如圖2 所示。

圖2 選線策略

在以曲線為選線設(shè)計(jì)方案時(shí)，需要在設(shè)計(jì)過程中不斷調(diào)整曲線設(shè)計(jì)，最終使得曲線設(shè)計(jì)與道路網(wǎng)絡(luò)布局形成統(tǒng)一性，最大限度地考慮行駛過程中的安全性需求與其他功能性需求，保障道路車輛的安全性和運(yùn)輸效率性。

3.2 爬坡車道與縱向線形設(shè)計(jì)

公路路線布局設(shè)計(jì)中，爬坡車道與縱向線形的設(shè)計(jì)直接影響了公路的安全性。由于公路的主要服務(wù)對(duì)象是駕駛者，因此，在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)該從駕駛者的角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保道路的實(shí)用價(jià)值和質(zhì)量安全。首先，需要綜合縱向坡道的總體長(zhǎng)度，分析荷載車輛的類型和車輛載重等因素，達(dá)到對(duì)設(shè)計(jì)公路路況的綜合控制。另外，還應(yīng)結(jié)合公路的縱向斷面線形對(duì)行程圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)車速曲線進(jìn)行繪制。在繪制車速度后設(shè)計(jì)人員需要對(duì)最低車速的路段進(jìn)行定位，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)爬坡路段。在合理控制道路坡度的同時(shí)保證路線的起點(diǎn)與終點(diǎn)都具有良好的車輛通視條件，同時(shí)避免連續(xù)性的急轉(zhuǎn)彎出現(xiàn)，影響道路的安全性。

在坡度控制方面，在對(duì)城鎮(zhèn)附近的公路進(jìn)行布設(shè)時(shí)，通常城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)域與公路區(qū)域之間的間隔應(yīng)該合理保持在8 km以下，一般控制在2~5 km。當(dāng)公路需要經(jīng)過地理環(huán)境較為復(fù)雜的區(qū)域時(shí)，一般可以采用的選線方式為3 種，分別為越嶺線、沿河線與山脊線。在選線的過程中應(yīng)該合理控制選線長(zhǎng)度，對(duì)平均坡度進(jìn)行把控，同時(shí)預(yù)留出縱坡的空間。由于公路建設(shè)往往采用的是分段建設(shè)的方式，因此，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該由難向易進(jìn)行推進(jìn)，同時(shí)考慮車輛行駛的安全性、舒適性。如果不是路段特殊要求，不針對(duì)展線路段進(jìn)行反向坡度設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中爬坡車道應(yīng)該與縱向線形的設(shè)計(jì)統(tǒng)一化，使得兩種方案達(dá)到相對(duì)統(tǒng)一的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)符合國(guó)家相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。

3.3 公路超高部分設(shè)計(jì)

由于公路途經(jīng)區(qū)域的地形地貌往往是復(fù)雜多樣的，因此，在建設(shè)過程中有可能會(huì)經(jīng)過地形相對(duì)較高的區(qū)域，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)不同的地質(zhì)狀況，針對(duì)地形相對(duì)較高的區(qū)域提出科學(xué)合理的解決措施。首先，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該根據(jù)公路途經(jīng)區(qū)域的具體地質(zhì)狀況整體考量，對(duì)較高路段的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量和計(jì)算，并設(shè)計(jì)較為合理的方案。如果不同路段的地形不同或者道路需求不同，那么便需要進(jìn)行分段化的合理設(shè)計(jì)。同時(shí)在進(jìn)行路線設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)考慮到公路橋梁超高有可能形成的路線合理性影響，并在此基礎(chǔ)上盡量降低交通安全事故的概率。在對(duì)公路橋梁進(jìn)行超高優(yōu)化設(shè)置的時(shí)候，需要將橋梁的段部設(shè)置為超高點(diǎn)，并以緩沖橋梁自身的扭曲壓力為主要目標(biāo)，保障橋梁的安全性和穩(wěn)定性，延長(zhǎng)橋梁公路的使用壽命。另外，在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該重視下坡路段，下坡路段往往是最容易產(chǎn)生超速與其他類型交通事故的路段，應(yīng)該通過合理的設(shè)計(jì)來控制該路段下的車輛速度，進(jìn)而確保車輛行駛的安全性。

4 路基設(shè)計(jì)分析

4.1 邊坡設(shè)計(jì)與陡坡路堤設(shè)計(jì)

公路路基的形狀以公路自身的形狀為基礎(chǔ)，因此，在進(jìn)行路基設(shè)計(jì)時(shí)需要以當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)特征與路況特征為基礎(chǔ)，進(jìn)行路基形狀修正時(shí)也應(yīng)根據(jù)選用的填料與整體性能狀態(tài)進(jìn)行修正。同時(shí)，進(jìn)行坡度設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)重視周圍植被與山體的破壞情況，避免出現(xiàn)坍塌或者滑坡等安全事故。陡坡設(shè)計(jì)是路基設(shè)計(jì)中較為重要的一點(diǎn)。在進(jìn)行陡坡與高邊坡設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該開展合理的規(guī)劃，在重視設(shè)計(jì)差異性的同時(shí)去確保路基的可靠性與安全性。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的不同路段進(jìn)行詳盡檢查，盡早發(fā)現(xiàn)初期設(shè)計(jì)中有可能存在的問題，并在有效時(shí)間內(nèi)提出解決措施。

4.2 排水設(shè)計(jì)

路基設(shè)計(jì)中的排水設(shè)計(jì)關(guān)系公路項(xiàng)目在完工后的使用效果與公路安全性問題。整體設(shè)計(jì)重要性思路如圖3 所示。

圖3 排水設(shè)計(jì)重要性思路

首先，需要對(duì)整體工程中的不同路段的排水方式具有深入的認(rèn)知，進(jìn)而根據(jù)不同路段的特點(diǎn)設(shè)計(jì)具有適宜性的公路排水方案。其次，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該保證排水功能不會(huì)對(duì)公路性能造成影響，不會(huì)對(duì)公路工程的整體性結(jié)構(gòu)造成破壞。在選用有效的排水方案的同時(shí)，也應(yīng)該選擇有效排水技術(shù)，提升排水設(shè)計(jì)的合理性，不能僅憑自身的經(jīng)驗(yàn)與已有的公路排水設(shè)計(jì)案例來進(jìn)行排水方案設(shè)計(jì)，而是應(yīng)該深入施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)當(dāng)?shù)氐乃沫h(huán)境和地條件進(jìn)行深入的調(diào)查，進(jìn)而確定排水口的尺寸，排水渠之間的距離等，將排水工程充分融入公路工程的整體建設(shè)中去。

4.3 路塹設(shè)計(jì)

路塹設(shè)計(jì)是路基設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一部分，也是最為基礎(chǔ)的一部分。在路塹設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該綜合考慮公路周邊環(huán)境與邊坡的具體情況，進(jìn)而確立較為合理的設(shè)計(jì)方案。由于路塹設(shè)計(jì)具有基礎(chǔ)性，因此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該與施工人員建立有效的溝通渠道，在施工過程中保持溝通。一旦施工過程中出現(xiàn)諸如坡度較高的情況時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)邊坡做出及時(shí)的調(diào)整設(shè)計(jì)，進(jìn)而通過有效的微處理來處理相關(guān)問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

4.4 高度設(shè)計(jì)

公路項(xiàng)目對(duì)路基的高度要求是相對(duì)較高的，其中諸如山區(qū)等復(fù)雜地形地區(qū)的要求會(huì)更加嚴(yán)格。通常情況下，公路的路基高度是由公路的縱向坡度與周邊的建筑工程情況來決定的。在實(shí)際設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該綜合考慮路基高度帶來的穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)，將路基高度控制在合理范圍內(nèi)。在平原地區(qū)，應(yīng)該盡量降低路基的實(shí)際高度，提升路基的實(shí)用性。而在山區(qū)則需要測(cè)量公路與隧道之間的高度，在設(shè)計(jì)路基高度時(shí)充分考慮公路的連貫性。

5 結(jié)語(yǔ)

在公路路線布局設(shè)計(jì)與路基設(shè)計(jì)中，應(yīng)該遵循流暢性原則、綜合性原則與高效性原則3 項(xiàng)主要原則，以公路設(shè)計(jì)的流暢性為主，合理利用地形，充分考慮公路建設(shè)在當(dāng)?shù)匦纬傻木C合性效應(yīng)，在此基礎(chǔ)上降低建設(shè)成本，提升建設(shè)效益。同時(shí)應(yīng)綜合考量公路的地質(zhì)選線設(shè)計(jì)，特殊部分設(shè)計(jì)，進(jìn)行綜合化的布局設(shè)計(jì)。在進(jìn)行配套的地基設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該從地基的基礎(chǔ)條件、附加工程等多角度入手，對(duì)地基設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，保證公路的安全性與連貫性，重視諸如陡坡等特殊路段的設(shè)計(jì)，進(jìn)而提升公路工程的整體使用效果。