甄 鑫

(貴州省銅仁公路勘察設(shè)計(jì)院，貴州 銅仁 554300)

山區(qū)低等級(jí)改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)探究

甄 鑫

(貴州省銅仁公路勘察設(shè)計(jì)院，貴州 銅仁 554300)

針對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)，將其中的線形設(shè)計(jì)內(nèi)容作為研究對(duì)象，在明確選線原則的基礎(chǔ)上，分別從單交點(diǎn)、雙交點(diǎn)與曲線擬合三方面論述線形設(shè)計(jì)方法。

山區(qū)低等級(jí)公路；改擴(kuò)建；線形設(shè)計(jì)

1 山區(qū)低等級(jí)改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)

1.1 單交點(diǎn)設(shè)計(jì)

(1)外距控制

通常在有最大限度利用舊路需求、曲線內(nèi)存在需進(jìn)行保護(hù)的構(gòu)筑物、外距容易對(duì)工程量和路基造成影響的狀況下應(yīng)用。路線轉(zhuǎn)角可通過(guò)實(shí)測(cè)得出，外距的確定需綜合考慮舊路利用、現(xiàn)有構(gòu)筑物和交點(diǎn)的間距、工程量。設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls，則這一曲線長(zhǎng)度、路線轉(zhuǎn)角、曲線半徑和外距有如下關(guān)系

(1)

通過(guò)計(jì)算即可得出曲線半徑R。得出R值以后，還要根據(jù)線形的協(xié)調(diào)性要求與現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查，若檢查發(fā)現(xiàn)不合理要重新進(jìn)行計(jì)算，直到R值合理。

(2)切線長(zhǎng)控制

山區(qū)低等級(jí)公路因受到地形地勢(shì)因素影響，交點(diǎn)之間的距離通常很短，難以滿足直線長(zhǎng)要求，往往要設(shè)置復(fù)曲線，而此時(shí)的平曲線設(shè)計(jì)就要用到切線長(zhǎng)控制。路線轉(zhuǎn)角可通過(guò)實(shí)測(cè)得出，根據(jù)公路線形設(shè)計(jì)需要選定切線長(zhǎng)。設(shè)計(jì)過(guò)程中可按實(shí)際狀況設(shè)計(jì)成兩種基本形，即對(duì)稱基本形與非對(duì)稱基本形。

①對(duì)稱基本形。首先假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls，則這一曲線長(zhǎng)度、路線轉(zhuǎn)角、曲線半徑和切線長(zhǎng)有如下關(guān)系

(2)

通過(guò)計(jì)算即可得出曲線半徑R。如果路線的轉(zhuǎn)角相對(duì)較大，則以上公式結(jié)果的準(zhǔn)確性較差，此時(shí)應(yīng)將采用以上公式計(jì)算得出的R值作為初始值，再采用以下公式得出最終的曲線半徑

(3)

②非對(duì)稱基本形。假設(shè)切線長(zhǎng)分別為T(mén)1或者是T2，假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls1、ls2，可得

(4)

(5)

通過(guò)計(jì)算即可得出曲線半徑R。

(3)任意點(diǎn)支距長(zhǎng)控制

通常在現(xiàn)有擋墻與涵洞等構(gòu)造物可以進(jìn)行利用時(shí)應(yīng)用。路線轉(zhuǎn)角可通過(guò)實(shí)測(cè)得出，任意一點(diǎn)P和導(dǎo)線的間距為m，和交點(diǎn)的間距為n，如圖1所示。

圖1 任意點(diǎn)支距長(zhǎng)控制

設(shè)計(jì)過(guò)程中，使用R0表示曲線的半徑，可得

(6)

通過(guò)計(jì)算得出R0，若其值比未設(shè)超高狀態(tài)下最小半徑大，則此值即所求；相反，若其值比未設(shè)超高狀態(tài)下最小半徑小，則要設(shè)置緩和曲線。假定所設(shè)緩和曲線的后曲線發(fā)生內(nèi)移，使其不經(jīng)過(guò)點(diǎn)P，則可采取迭代方法縮小半徑，直到曲線經(jīng)過(guò)點(diǎn)P。

1.2 雙交點(diǎn)設(shè)計(jì)

在對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路進(jìn)行改擴(kuò)建的過(guò)程中，因受舊路、地形地貌與既有地物等因素的限制，為了給測(cè)量設(shè)計(jì)工作提供方便，時(shí)?？梢砸?jiàn)到設(shè)置雙交點(diǎn)的情況。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，即可將曲線視作復(fù)曲線，也可視作基本形曲線。

(1)復(fù)曲線

設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)實(shí)情采用單交點(diǎn)方式對(duì)其中一個(gè)曲線的長(zhǎng)與半徑進(jìn)行確定，然后再通過(guò)計(jì)算得出另外一個(gè)曲線的長(zhǎng)與半徑。設(shè)由單交點(diǎn)方式得出的曲線長(zhǎng)等于lsA，半徑等于RA，則有

(7)

通過(guò)計(jì)算即可得出曲線半徑RB。兩曲線的半徑存在較大偏差，則按照現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范的要求需要在曲線之間設(shè)置緩和曲線。

(2)虛交

虛交主要分為下列三種情況：

①切線長(zhǎng)控制：通過(guò)對(duì)虛交三角形的求解，促使單交點(diǎn)變?yōu)樘摻?，再根?jù)這一單交點(diǎn)的實(shí)際情況對(duì)半徑及緩和曲線的長(zhǎng)進(jìn)行確定。

②切基線：假設(shè)緩和曲線的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為ls，則有

(8)

通過(guò)計(jì)算即可得出曲線半徑R。

③外距控制：先采用切基線得出初始半徑值，然后對(duì)其外距值進(jìn)行計(jì)算，再按要求線位關(guān)系，對(duì)外距進(jìn)行適當(dāng)增大或減小，借助虛交三角形的求解采用單交點(diǎn)替換虛交，最后即可采取外距控制方法求取曲線的長(zhǎng)與半徑值。

1.3 曲線擬合設(shè)計(jì)

如果交點(diǎn)難以確定，則可先選定一段圓曲線與直線，然后由緩和曲線對(duì)二者進(jìn)行連接。其中，選定直線較為容易，而圓曲線選定需要使用計(jì)算機(jī)。

(1)圓曲線設(shè)計(jì)

山區(qū)低等級(jí)公路大多彎道多縱坡大，時(shí)常是一個(gè)彎道挨著一個(gè)彎道，如果某路段曲線無(wú)法使用交點(diǎn)進(jìn)行控制，在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置控制樁，促使后續(xù)的平曲線設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)這些控制樁，則會(huì)降低設(shè)計(jì)的難度，假設(shè)控制點(diǎn)Pi(xi,yi)的數(shù)量為n，曲線半徑R，曲線圓心(x0,y0)，則可得圓方程

(x-x0)2+(y-y0)2=R2

(9)

如果n>3，則有

(10)

(2)緩和曲線設(shè)計(jì)

當(dāng)直線與圓曲線均已選定之后，即可在相鄰曲線和之間，或則是曲線之間設(shè)計(jì)出一條緩和曲線。在這一過(guò)程中，需要將距離條件作為設(shè)計(jì)依據(jù)。

2 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在山區(qū)低等級(jí)公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)過(guò)程中，合理可行的線形設(shè)計(jì)除了能有效提升舊路綜合技術(shù)等級(jí)，還能協(xié)調(diào)舊路利用等相關(guān)問(wèn)題，既減少了改擴(kuò)建施工的工程量，又節(jié)省了施工成本，進(jìn)而滿足山區(qū)低等級(jí)公路的各項(xiàng)使用要求。針對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路的改擴(kuò)建工程線形設(shè)計(jì)進(jìn)行研究是十分必要的，同時(shí)也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，必須得到相關(guān)工作人員的高度重視。

[1] 楊同偉.合理線形指標(biāo)在山區(qū)低等級(jí)公路改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用[J].中華建設(shè)，2015，(4):122-123.

[2] 吳高南.山區(qū)低等級(jí)改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)探究[J].山西建筑，2014，(24):146-148.

[3] 陳廣文.淺談山區(qū)低等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)[J].民營(yíng)科技，2013，(6):116-117.

U412.3

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1008-3383(2017)10-0029-02

2017-06-07

甄鑫(1991-)，男，貴州銅仁人，研究方向：公路與橋梁勘察設(shè)計(jì)。