楊歡

（湖南省農林工業(yè)勘察設計研究總院，湖南 長沙 410007）

公路工程設計基本要點和注意事項分析

楊歡

（湖南省農林工業(yè)勘察設計研究總院，湖南 長沙 410007）

提出公路工程設計的三個基本點：路線規(guī)劃、交通設計和節(jié)點工程設計，其中路線規(guī)劃設計是最基礎環(huán)節(jié)。論述了路線規(guī)劃設計的原則、路線設計與節(jié)點工程的融合及平縱曲線組合設計方法；進一步分析了交通和節(jié)點工程的設計要點。期望充分利用公路工程對該路線下各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的促進效應，并保證公路的運營安全和長期使用。

公路設計；路線規(guī)劃；設計要點；注意事項；節(jié)點工程

0　引言

公路是國民經(jīng)濟發(fā)展的動脈，直接聯(lián)系各區(qū)域的交通和經(jīng)濟，是實現(xiàn)各區(qū)域經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展、物資資源共享和社會交流的基礎設施保障。在公路工程的建設中，首要任務就是對公路進行合理規(guī)劃和設計，使得公路的建設達到預期的社會和經(jīng)濟效益。

公路工程是涉及橋梁與隧道工程、道路工程和交通工程的多學科復雜體系，進行公路的設計也需要綜合考慮上述節(jié)點工程的特征。一般而言，公路工程的設計包含路線規(guī)劃設計、交通設計和橋梁、隧道和道路節(jié)點工程設計三大部分，其中路線規(guī)劃設計是公路工程設計的基礎。公路路線設計不僅需要考慮路線走廊帶所聯(lián)系的區(qū)域地帶，還應根據(jù)地形、地質條件，并在對工程、水文地質、筑路材料、生態(tài)環(huán)境、自然景觀等進行充分調查的基礎上選擇適宜的路線。在公路的路線規(guī)劃設計過程中大型的橋梁及隧道節(jié)點工程也是公路路線設計中的主要控制點；而交通設計則應根據(jù)公路的功能、組成、環(huán)境及運營條件等設置，與公路的總體設計要求相互匹配，協(xié)調統(tǒng)一，以滿足公路的安全管理與服務要求，并充分發(fā)揮公路的整體效益。

在我國路網(wǎng)體系逐漸完善的背景下，公路工程的設計愈加精細化，其考慮的因素也更加復雜。本文分別研究公路路線規(guī)劃設計、交通設計、節(jié)點工程等設計基本要點和注意事項，論述公路設計的主導和附屬因素，確定各部分的設計融合，以實現(xiàn)公路路網(wǎng)的精準設計與定位，推動我國交通運輸體系的完善和經(jīng)濟的快速發(fā)展。

1　公路路線規(guī)劃設計要點及注意事項

1.1公路路線規(guī)劃設計原則

路線規(guī)劃設計涉及土地征用、基礎設施建設和環(huán)境的變動，需要基于國家經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的先導原則，進行合理規(guī)劃和設計。公路路線規(guī)劃設計一般在滿足下列原則的基礎上進行定線：

（1）應該在進行深層次的地質勘察、環(huán)境調研的基礎上設計路線，路線應避免突出地質問題的區(qū)域，防止因地質環(huán)境改造而顯著增加工程設計難度和經(jīng)濟性。路線的規(guī)劃分別通過區(qū)段比選和總體比選等方式，最終確定。

（2）公路工程路線應盡量配合農田的基礎建設，盡可能少占用農田，并盡可能避免對高產(chǎn)地帶和經(jīng)濟作物田的征用和破壞。

（3）公路路線應盡可能減少對路線走廊帶環(huán)境的破壞，經(jīng)過名勝古跡或風景園林等地時，應該協(xié)調好環(huán)境，對生態(tài)環(huán)境及人文環(huán)境做最大可能的保護。

（4）路線應充分考慮筑路材料來源、施工條件及其工程量、三材（鋼筋、木材、水泥）用量、造價、工期、勞動力等情況。

（5）路線的設計確保后期建造的高效率，以及便于后期的管理與維護。

（6）線路選線在遵從路線的預定起始點的基礎上，對可能的展線長度進行細致比選分析，選擇合理的中間控制節(jié)點。根據(jù)地形地貌確定合理的定線方式。

1.2路線設計要點和注意事項

路線設計一方面要綜合考慮路網(wǎng)所連接的橋梁、隧道和道路各節(jié)點工程的建造，另一方面路線設計本身需要滿足交通行駛的安全性和便易性，綜合而言，路線設計考慮如下要點：

（1）路線設計與橋梁、隧道和道路等節(jié)點工程的融合。公路工程的各個節(jié)點工程的運營要求不一致，但總體而言需與路線的總體布置相匹配。例如，橋梁結構的橋頭引道與道路路線要保持良好的連續(xù)性和均衡度，隧道入口和出口與道路連接應平緩且視野開闊，關鍵道路工程的路線視野及總體走勢與路線協(xié)調，這些都是確保節(jié)點工程與路線整體的融合性，否則極易引發(fā)安全事故或對結構形成損傷、破壞。

（2）平縱線形組合設計保證行車舒適與安全。公路事故多發(fā)的重要原因是線形組合設計不合理而誘發(fā)。例如，將長直線與陡坡組合、連續(xù)急轉彎組合、長直線與小半徑或長度過短的豎曲線的平縱面組合等，這些都顯著增加車輛駕駛的危險性，容易滋生交通事故。

首先，平面線形的設計應綜合應用直線、圓曲線和緩和曲線，在公路設計限值內盡量選擇較大半徑的圓曲線，圓曲線的最小半徑見表1。但若圓曲線超過限值10 000 m則很容易給駕駛員形成錯誤的路線判斷；在地形條件很好的區(qū)域，盡量選用直線鋪設，但不宜采用長直線，若受地形條件或其他特殊情況限制而采用長直線時，應妥善處理好與曲線的連接問題，并結合沿線具體情況采取相應的技術措施。

表1　圓曲線最小半徑

其次，縱曲線的設計應具有一定平順性，不能出現(xiàn)過大的起伏，且不宜選用極限縱坡值，坡度的合理組合需要考慮車輛的駕駛性能，不同設計速度下豎曲線的最小長度和半徑要求見表2，設計中應避免選用極限取值。最后，進行平縱線形組合設計時，應防止采用較長的平曲線包含較多的短曲線，確保長度很小的平曲線不與長度很小的豎曲線組合，總體而言保證視覺上線形的連續(xù)性。

1.3橫斷面設計

橫斷面的設計主要考慮公路的使用性能和交通要求，應根據(jù)交通量的預測進行道路車道數(shù)量的設計，確保在一定年限范圍內的使用要求，防止因交通流量預測的不足而形成公路擴建要求，這樣將極大增加工程投入。

現(xiàn)行的《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）中僅僅保留了對公路路基寬度的定義。取消了原規(guī)范中對路基寬度的規(guī)定。只規(guī)定公路路基橫斷面中各部分寬度，包括發(fā)揮各部分基本功能和行車安全性密切關聯(lián)的“最小值”指標，以鼓勵根據(jù)建設條件，因地制宜地布置橫斷面。故橫斷面設計中應主要強調以滿足行車安全要求為前提，根據(jù)項目交通功能、各組成部分所具備功能、設計交通量以及沿線地形等建設和通行條件綜合確定路基橫斷面總寬度。

表2　豎曲線半徑及其最小長度

2　公路交通設計要點及注意事項

公路交通設計包含交通流體系的設計和交通設施的設計，交通流體系設計主要根據(jù)公路的預期使用特點，對交通流量、交通引流和擴散等進行設計，例如路線的匯合、路線的集散等問題；交通設施設計則包含路面標記、監(jiān)控、收費、照明和通信等交通設施。

基于公路的運輸要求，需要在總體路網(wǎng)的基礎上通過引流和分流建立公路交通流設計，突出公路工程對沿線交通和經(jīng)濟發(fā)展的促進效應。在交通流量準確預測的基礎上，明確各主干線路和支線路的道路通行要求，包含所需車道數(shù)量和所運營的車輛組成等，在明確上述設計要素的情況下才能保證節(jié)點工程的設計標準。

我國高速公路的建設大都采用收費標準，通過載重和車型的分類收費實現(xiàn)對公路建設的效益回報，并保證公路工程基礎設施的運營安全。超載和重載問題在我國非常突出，多數(shù)基礎設施結構因超載重載出現(xiàn)大量的結構損傷、破壞，甚至倒塌，因而需要合理設置交通設施（如監(jiān)控、收費等），實現(xiàn)對交通參與體的合理收費，并根據(jù)道路的運營標準及要求，通過交通設施對不良運輸車輛實行管制。同時，隨著近年來國內外對交通設施的重視程度的不斷加強，以人為本的設計思想越來越受到重視，縱觀近幾十年的發(fā)展，可以明顯地看出整個交通行業(yè)在改善交通設施方面投入了前所未有的巨大人力和物力，交通設計的標準在持續(xù)不斷地加強和補充，交通設計的建設規(guī)模與標準應根據(jù)公路網(wǎng)規(guī)劃、公路功能、交通量及營運條件等綜合論證確定。

3　橋梁、隧道和道路等節(jié)點工程設計要點及注意事項

在明確公路路線設計和交通設計的前提下，對橋梁、隧道和道路等節(jié)點工程的設計，則基本完成了公路工程結構的總體設計。

3.1橋梁與隧道工程

橋梁和隧道是公路工程的樞紐節(jié)點，其安全性對整個路網(wǎng)體系具有不可替代的作用。突發(fā)自然災害引起的橋梁或隧道結構的破壞，往往是形成交通癱瘓的根源，且在短時間內很難快速解決，因而需要對公路工程的橋梁與隧道設計足夠重視。橋梁和隧道結構都是跨越長障礙的構造體，橋梁采用上部跨越而隧道采用下部跨越。

橋梁工程的設計要點首先根據(jù)跨越長度、地質條件和設計荷載，選擇適宜的橋梁結構形式，對于小跨徑推薦梁式結構，對于超大跨越采用斜拉橋和懸索橋。橋梁結構的選擇需要進行經(jīng)濟性能、安全性能和耐久性能等指標的比選，這些指標涵蓋了橋梁的結構性能、施工建造工藝和長期運營特征。另外，還需要注意橋梁結構與公路路線總體的配合。

隧道工程的設計主要選擇合理的跨越位置和方式，并通過對地質環(huán)境的詳細勘察給出施工方法的可行性，在開展施工前進行詳細的風險評估，確定工程開展的難度和注意事項。

3.2道路工程

道路工程的設計與隧道、橋梁工程顯著不同，道路是整個公路工程中應用最為廣泛的結構形式，它需要適應各種地質和地形條件的建設需求。道路工程設計的難點是路基路面的設計，路基設計應注意以下事項：

在確定路面邊坡形式時，需要考慮自然邊坡的高度、土質環(huán)境和施工方法，充分利用天然的穩(wěn)定邊坡和施工邊坡作為路基設計、施工的基礎。如圖1所示是根據(jù)自然邊坡的地質條件開挖形成的臺階狀和折角狀的路基形式。對于山區(qū)公路的建設，則往往面臨高邊坡或陡坡路基的設計，同樣，在充分考察原有的邊坡特點的情況下，充分利用穩(wěn)定的邊坡和相關施工方法，確定半挖半填的路基結構（見圖2）?？傊缆返脑O計應該充分利用已有的良好地質狀況，對于不利地質環(huán)境則采用加固設計方法，確定合理的路基形式。

圖1　利用自然邊坡開挖形成的道路路基形式

圖2　常用的半挖半填的高邊坡路基形式

路面設計應注意路面方案比選及結構層的組成與厚度。路面結構方案是根據(jù)交通量對路面強度的要求，按照《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）、《公路瀝青路面設計規(guī)范》（JTG D50—2006）、《公路水泥混凝土路面設計規(guī)范》（JTG D40—2011）的規(guī)定，結合沿線氣候、水文、地形、地質、路基工程特點、筑路材料來源及供應量、施工條件等多方面實際情況，經(jīng)過技術、經(jīng)濟比較后確定。瀝青混凝土路面和水泥混凝土路面兩種路面結構類型進行的比較，見表3。

表3　路面結構類型比較

4　結　語

公路工程是國民經(jīng)濟的命脈，在我國路網(wǎng)逐漸完善的形勢下，需要對公路工程的設計更加精細化，充分利用公路工程促進該路線下各區(qū)域的經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展、物資資源共享和社會交流。本文提出了公路工程設計的三個基本點：路線規(guī)劃設計、交通設計和節(jié)點工程設計，其中路線規(guī)劃設計是最基礎環(huán)節(jié)。同時論述了路線規(guī)劃設計的原則、路線設計與節(jié)點工程的融合及平縱曲線組合設計方法；進一步分析了交通和節(jié)點工程的設計要點。必須重視公路工程的設計質量，保證公路的安全營運，最大限度推進公路建設對社會和經(jīng)濟發(fā)展的帶動效應。

［1］李繼業(yè)，張玉穩(wěn).公路工程設計與實例 ［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2010.

［2］趙勝林，許剛，袁曉寅.山區(qū)高速公路路線設計基本思路及選線方法的研究［J］.公路交通科技（應用技術版），2011（1）:38-43.

［3］佘艷華，蘇華友.公路線形設計因素對交通安全的影響分析［J］.華東公路，2006（5）:9-11.

［4］JTG B01—2014，公路工程技術標準［S］.

［5］鄭亮.關于山區(qū)公路設計的要點分析 ［J］.城市建設理論研究，2012（10）.

U412.36

B

1009-7716（2016）07-0049-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.014

2016-03-02

楊歡（1981-），男，湖南靖州人，工程師，從事路橋設計工作。