公路路基橫斷面超高加寬計(jì)算及設(shè)計(jì)

摘 要：該文主要探究公路路基橫斷面的超高計(jì)算和加寬計(jì)算方法，以及路基橫斷面的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。在公路平曲線超高計(jì)算中，重點(diǎn)考慮繞中軸旋轉(zhuǎn)和繞內(nèi)邊軸旋轉(zhuǎn)2種形式下超高值計(jì)算方法；在公路平曲線加寬計(jì)算中，除計(jì)算加寬值外，還考慮直線段與平曲線段過渡區(qū)域的漸變率，保證2種路段的流暢銜接。在橫斷面設(shè)計(jì)中，要注意填方路基和挖方路基的橫斷面處理方式存在差異。對于分離式路基，在路堤與路堤、路堤與路塹的拼合處理中，要設(shè)置線間溝和邊坡，并且合理設(shè)計(jì)線間溝的寬度，確保分離式路基能夠拼合成為整體，減少公路出現(xiàn)貫通裂縫的幾率。

關(guān)鍵詞：路基橫斷面；全面加寬值；分離式路基；路基拼合；設(shè)計(jì)方法

中圖分類號：U412.33 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）29-0130-04

Abstract： This paper mainly probes into the superelevation calculation and widening calculation method of highway roadbed cross section， as well as the design key points of roadbed cross section. In the superelevation calculation of highway horizontal curve， the superelevation calculation methods of rotating around the middle axis and rotating around the inner axis are mainly considered. In addition to calculating the widening value， the gradual change rate of the transition region between the straight line section and the flat curve section is also considered to ensure the smooth connection of the two road sections. In the cross-section design， it should be noted that there are differences in cross-section treatment between filled roadbed and cut roadbed. For the separated roadbed， in the combination of embankment and embankment， embankment and cutting， the inter-line ditch and slope should be set up， and the width of the inter-line ditch should be designed reasonably to ensure that the separated roadbed can be assembled into a whole and reduce the probability of through cracks in the highway.

Keywords： roadbed cross section; overall widening value; separated roadbed; subgrader2Ktb/2sx5HwKl7vqLMi5Q== splicing; design method

在公路工程設(shè)計(jì)中的曲線段是設(shè)計(jì)重點(diǎn)，一方面需要在曲線段的外側(cè)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募痈咛幚?，以克服車輛駛過曲線段時產(chǎn)生的離心力，保證車輛平穩(wěn)、安全轉(zhuǎn)彎；另一方面，曲線段的內(nèi)側(cè)要進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐貙捥幚?，防止汽車后軸內(nèi)側(cè)車輪掉落到路面以外。在設(shè)計(jì)時，需要綜合考慮行車道寬度、設(shè)計(jì)時速、路拱和路肩橫坡度等因素，確保超高和加寬計(jì)算結(jié)果的科學(xué)性，為后續(xù)施工提供參考。除此之外，路基橫斷面的形式，以及相鄰路基之間的拼接處理等，也都是公路路基橫斷面設(shè)計(jì)中必須要考慮的重點(diǎn)。通過提高設(shè)計(jì)方案的合理性和可行性，確保了公路行車安全。

1 公路路基橫斷面超高加寬計(jì)算

1.1 平曲線超高計(jì)算

考慮到車輛在公路曲線路段行駛時會受到離心力的影響，需要將路面做成“外高內(nèi)低”的單向橫坡形式，通過適當(dāng)超高抵消部分離心力，保證行車安全。超高計(jì)算方法如下：首先，參考JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，確定公路土路肩、硬路肩及行車道的橫坡；其次將整條線路進(jìn)行合理分段，同時計(jì)算每個分段的偏轉(zhuǎn)方向、過渡類型（如單面坡過渡、雙面坡過渡等），并確定超高過渡特征橫斷面的具體位置。一般來說，特征橫斷面有2種常見形式，即繞中軸旋轉(zhuǎn)、繞內(nèi)邊軸旋轉(zhuǎn)。

對于繞中軸旋轉(zhuǎn)的情況，路中線維持不變，當(dāng)設(shè)計(jì)高程的位置處于路中線上時，此時路中線的超高值H=0 m；當(dāng)設(shè)計(jì)高程的位置處于偏離路中線的路基邊緣時，路中線的超高值H可通過下式求得

式中：B為行車道寬度；θ1為路拱橫坡度；b2和θ2分別為硬路肩的寬度和橫坡度：b3和θ3分別為土路肩的寬度和橫坡度。

對于繞內(nèi)邊軸旋轉(zhuǎn)的情況，從第1段超高點(diǎn)至超高臨界斷面之間的路中線維持不變，存在超高起點(diǎn)高程等于超高臨界斷面的路面橫坡高程的關(guān)系[1]。從第2段臨界斷面開始，一直到全超高斷面為止，路中線不斷升高。假設(shè)設(shè)計(jì)高程的位置處于路中心上，則第1段路中線的超高值H=0 m；當(dāng)設(shè)計(jì)高程的位置處于偏離路中線的路基邊緣時，第1段路中線的超高值可利用式（1）求得，從第2段開始，超高值則使用下式計(jì)算

式中：θ0為第2段之間的任意斷面橫坡度，其他符號同式（1）。

1.2 平曲線加寬計(jì)算

當(dāng)汽車在曲線路段行駛時，不同車輪的軌跡半徑也存在差異。以四輪汽車為例，行駛軌跡半徑為前軸外側(cè)車輪大于后軸外側(cè)車輪大于前軸內(nèi)側(cè)車輪大于后軸內(nèi)側(cè)車輪。對于圓曲線半徑較小的路段，必須在車道內(nèi)側(cè)適當(dāng)加寬路面，才能滿足汽車后軸外側(cè)車輪對行駛軌跡的要求，從而確保行車安全[2]。參考JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)平曲線半徑R≤250 m時，需要在平曲線內(nèi)側(cè)做加寬處理。加寬值B與公路的車道數(shù)量有關(guān)，可根據(jù)下式求得

B=，（3）

式中：N為公路車道數(shù)目：A為汽車后軸與前保險(xiǎn)杠之間的距離；R為圓曲線半徑。對于雙車道公路，路面加寬值可參考JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》，見表1。表1中Ⅰ類（5 m）表示汽車軸距加前懸長度，Ⅱ類（8 m）和Ⅲ類（5.2 m+8.8 m）同理。

需要注意的是，由于公路的平曲線路段需要加寬，而直線段不需要加寬，要想使兩者之間做到平滑過渡，必須要在直線段與平曲線段設(shè)置“加寬緩和段”。常用的加寬過渡形式有線性過渡、高次拋物線過渡等類型，通常按照1∶15的漸變率確定加寬緩和段的長度，并且最短不得低于10 m。

2 公路路基橫斷面設(shè)計(jì)

路基橫斷面設(shè)計(jì)的目的是確定橫斷面的類型、尺寸、坡率等基本參數(shù)，在此基礎(chǔ)上求得橫斷面的填挖面積，進(jìn)而為后續(xù)土石方工程施工提供依據(jù)。在橫斷面設(shè)計(jì)中，常用的輔助工具有CAD、InRails等，本文選擇CAD軟件進(jìn)行路基橫斷面設(shè)計(jì)。

2.1 橫斷面的路幅外設(shè)計(jì)

2.1.1 路堤和路塹邊坡設(shè)計(jì)方法

首先按照順序核對樁號，判斷填挖類型。若判斷為“挖方”，則設(shè)置邊溝，線上刷坡，或者按照要求設(shè)置路塹擋土墻；若判斷為“填方”，則向下放坡，或者按照要求設(shè)置路堤、路肩擋土墻。路堤邊坡和路塹邊坡的設(shè)計(jì)流程如圖1所示。

結(jié)合圖1，對于公路的路堤邊坡，首先確定路堤邊坡模板上的各個點(diǎn)，然后將邊坡模板上的邊坡線延伸至地面，得到邊坡線與地面線的交點(diǎn)，將該交點(diǎn)作為邊坡終點(diǎn)，將多個交點(diǎn)的連接線作為路堤基準(zhǔn)線，從而確定路堤邊坡的走向。在路堤邊坡的底部設(shè)置用于排水的邊溝。對于公路的路塹邊坡，首先檢查地面線與邊溝是否存在交點(diǎn)，如果有，則將該交點(diǎn)作為路塹邊坡終點(diǎn)，將該終點(diǎn)與路塹邊坡起點(diǎn)連接后，即可確定路塹邊坡的走向，直接鏟平后即可得到路塹邊坡[3]。如果沒有交點(diǎn)，需要設(shè)計(jì)邊溝，再求路塹邊坡模板上的各個點(diǎn)，根據(jù)邊坡設(shè)計(jì)線與地面線的交點(diǎn)確定邊坡的走向。

2.1.2 路堤墻或路肩墻設(shè)計(jì)方法

公路擋土墻主要有路堤墻、路肩墻2種形式，設(shè)計(jì)流程如圖2所示。

在設(shè)計(jì)擋土墻時，首先確定擋土墻在橫斷面上所處的位置，并標(biāo)記出擋土墻的O點(diǎn)。對于擋土墻位于橫向斜坡上的情況，前趾埋入地面的深度和距離地表的水平距離可參考JTG D20—2017《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》中的有關(guān)規(guī)定，據(jù)此可以求得O點(diǎn)的移動軌跡線PQ。將PQ線延長至與地面線相交，2條線的交點(diǎn)為R。以R點(diǎn)作為擋土墻對角線的交點(diǎn)，確定擋土墻的4個頂點(diǎn)，得到擋土墻的形狀、尺寸。判斷此時擋土墻的埋深是否符合規(guī)范，如果判斷為“否”，則將擋土墻的4個頂點(diǎn)沿著PQ線繼續(xù)向下移動一段距離，再次進(jìn)行判斷，直到判斷結(jié)果為“是”。此時可以根據(jù)擋土墻的埋深求出墻體高度。最后，根據(jù)路堤墻或路肩墻的墻體類型、墻體高度、地基承載力、路堤和路基寬度等參數(shù)，從擋土墻截面尺寸參考表中查找出擋土墻的截面尺寸。

2.2 分離式路基橫斷面設(shè)計(jì)

當(dāng)公路經(jīng)過復(fù)雜地形或特殊地質(zhì)時，通常會設(shè)置分離式路基，路基左右兩側(cè)樁號的確定方式如下：由于分離式路基的左線與右線相互關(guān)聯(lián)，首先選擇一條線（假設(shè)為左線），并確定橫斷面里程；再從另一條線（即右線）上找出與之對應(yīng)的橫斷面樁號。右線對應(yīng)樁號的計(jì)算方法是以左線的起算樁號為參考點(diǎn)，量出參考點(diǎn)到左線設(shè)計(jì)軸線的垂直距離，記為L；然后從參考點(diǎn)向右線引出一條長度同樣為L的線段，并且與右線垂直[4]。該線段與右線的交點(diǎn)記為右線上對應(yīng)的樁號，如圖3所示。

分離式路基橫斷面的設(shè)計(jì)流程為：將公路左右線橫斷面地面線、超高值與加寬值，以及左右線平縱面資料等全部輸入到CAD軟件中，啟動該軟件的橫斷面設(shè)計(jì)功能模塊，執(zhí)行一個判斷程序“左線右側(cè)路肩處設(shè)計(jì)高與地面高之差ΔH＞0？”如果判斷為“是”，則進(jìn)行填方邊坡設(shè)計(jì)；如果判斷為“否”，則進(jìn)行挖方邊坡設(shè)計(jì)。在填方邊坡設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)根據(jù)填方邊坡模板定義的邊坡形式向地面放坡，并確定填方邊坡與地面線的交點(diǎn)。如果該交點(diǎn)在左線的左側(cè)或右線的右側(cè)，則使用支擋結(jié)構(gòu)物進(jìn)行支擋，完成設(shè)計(jì)；如果該交點(diǎn)在左線的右側(cè)或右線的左側(cè)，則將兩者合并設(shè)計(jì)[5]。具體合并形式有路堤與路塹合并（A類）、路堤與路堤合并（B類）等，如圖4所示。

本文以路堤和路堤合并為例，介紹分離式路基左線右側(cè)和右線左側(cè)的合并設(shè)計(jì)方法。當(dāng)路肩的距離等于一個線間寬時，在2個路堤之間設(shè)置線間溝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)路堤與路堤的拼合。在這類拼合處理中，如何精確找出線間溝的坐標(biāo)點(diǎn)是關(guān)鍵。以圖5為例，圖5中A、D表示左線右側(cè)和右線左側(cè)的路肩點(diǎn)，GL表示A和D

2點(diǎn)之間的距離。從A、D兩點(diǎn)向下傾斜15°引出2條線，交于C點(diǎn)。從C點(diǎn)處做一條垂直向下的線，將這條線作為中軸線，向兩側(cè)擴(kuò)展20 cm做出線間溝。線間溝的左側(cè)與AC線相交于B點(diǎn)，右側(cè)與DC線相交于E點(diǎn)。在已知A、D點(diǎn)坐標(biāo)的情況下，可以求得B、E點(diǎn)坐標(biāo)，最終得到線間溝的詳細(xì)尺寸。

3 結(jié)束語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，CAD、ActiveX等技術(shù)在公路路基的超高加寬計(jì)算與橫斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。設(shè)計(jì)人員一方面要開展實(shí)地調(diào)研，結(jié)合公路工程的現(xiàn)場情況，如行車道寬度、設(shè)計(jì)時速、圓曲線半徑等，計(jì)算出平曲線路段的超高值和加寬值；另一方面，將獲取到的各類數(shù)據(jù)輸入到設(shè)計(jì)軟件中，由軟件自動完成路基橫斷面的路堤和路塹邊坡設(shè)計(jì)，分離式路基橫斷面設(shè)計(jì)，驗(yàn)證超高加寬計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。用設(shè)計(jì)方案指導(dǎo)后續(xù)的公路工程施工，對提高公路路基的超高加寬處理效果，以及保證路基穩(wěn)定與行車安全有積極幫助。

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