周 寧

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津市300381）

1 概述

隨著中國經(jīng)濟建設的蓬勃發(fā)展，中國公路建設也取得了令世人矚目的成就。但公路建設中不可避免地對自然、人文環(huán)境造成了不同程度的破壞。如何做到靈活設計，使公路安全、舒適、環(huán)保、經(jīng)濟，并最大限度地保護環(huán)境，已越來越成為公路設計人員需要考慮的問題。

本文依托某山區(qū)旅游公路，結(jié)合項目設計過程中遇到的若干問題，嘗試對公路平、縱斷設計過程中的靈活性進行分析。

2 工程概況

某山區(qū)旅游公路位于太行山東翼南段，屬黃土高原的一部分，以中等構(gòu)造剝蝕侵蝕山地為主。該公路原為四級公路，現(xiàn)升級改造為三級公路，全長18.201 km，路基寬度7.5 m。

通過在地形圖上對舊路擬合，現(xiàn)狀路線平曲線共有105處，平均每km交點數(shù)5.8個。最小平曲線半徑約15 m，共有2處，半徑小于30 m的平曲線有6處。全線多處縱坡超過8%，最大坡長約為750 m。全線最低海拔約725 m，最高海拔約1 065 m，高差達340 m。

為符合環(huán)境保護和綠色發(fā)展的原則，項目公路的平面及縱斷面盡量利用舊路線形，以保證充分利用舊路，減小投資。僅在有必要的位置進行改線。

3 設計思路

公路平面、縱斷線形設計要注意的要點：路線要與地形協(xié)調(diào)、保護沿線的建筑物。好的線形是一個隨地形起伏，不影響沿線的景觀、歷史和文化資源的線形。在許多情況下，與地形結(jié)合緊密的道路工程，會顯著減少土石方工程量，降低工程造價，保護風景資源[1]。

在地勢復雜的區(qū)域，上述因素影響了路線方案的確定。因此，靈活選擇線位以及靈活運用設計規(guī)范的指標，是確定公路項目優(yōu)劣的重要因素。

3.1 靈活選線

3.1.1 靈活選線降低對自然景觀的破壞

本項目在確定平面線位時側(cè)重考慮了以下幾個方面的因素：（1）行車是否順暢、舒適；（2）是否與周圍的自然環(huán)境相融合；（3）是否能夠避免高填深挖，降低工程造價。

通常這三個方面不能夠兼顧，比如線形順暢，常常需要大填大挖，不能很好地融入周圍環(huán)境。這就需要設計人員做出取舍，選擇一個適合項目的方案。

以本項目K7+900位置山谷為例。路線在K7+900位置有一處山谷，見圖1，舊路呈幾字型繞過山谷，線形較差。

這里提出兩個方案：A線方案基本沿用舊路路線，對幾個圓曲線稍作優(yōu)化；B線方案截彎取直，從山谷中間直接穿過。

B線方案線形很順暢，而且路線長度比A線方案短198.786 m,但需要穿過山谷，為與山谷兩側(cè)的舊路在高程上接順，需要高填路堤，最高填方高度約24 m。

圖1 幾字型山谷位置

從道路對自然景觀的影響上來看，A線方案正好落在兩級山坡之間的平臺上，不論從山頂向下看，還是從谷底向上看，道路都能夠巧妙隱藏在景觀之中，并未對整體環(huán)境造成破壞（見圖2）。而B線方案因為需要在谷底填方，其高度達24 m，從山頂視角看，是一個很突兀的構(gòu)造物，很難與周圍環(huán)境融為一體（見圖3）。

圖2 A線方案橫斷面圖

圖3 B線方案橫斷面圖

通過多輪討論與溝通，最終選擇了A線方案，并進一步優(yōu)化線形，使4個圓曲線的指標變化均衡、連續(xù)。

3.1.2 靈活選線降低對人文環(huán)境的影響

舊路沿線有很多村莊的民房依路而建，道路施工期間的噪聲及建筑垃圾，運營期間的汽車噪聲及尾氣等，勢必會給路線經(jīng)過村莊及其他環(huán)境敏感區(qū)域帶來不同程度的影響。此外，拓寬的道路仍然沿舊路路線穿村而過，還需要拆遷部分房屋。而路線遠離村莊又給村民出行帶來不便，不能發(fā)揮道路的輻射作用。

本項目有一段舊路穿越村莊，路面寬度為4.5~5 m，兩側(cè)均為民房，并且舊路在村莊中有1個直角轉(zhuǎn)角。如果仍按照原線位，則道路拓寬以及增設圓曲線都會增加大量拆遷，對村莊影響很大。因此，按照“近村不進村”的原則，該段路線選擇A線方案（見圖4）使路線在村莊南側(cè)繞過后，再轉(zhuǎn)回舊路線位。新線位（A線）有以下優(yōu)點：

圖4 A、C線方案比選示意圖

（1）減小施工期間對村莊的影響。道路施工期間，施工機械的噪聲、施工帶來的揚塵和垃圾等，會給村民的生活帶來影響。路線繞村而過，將顯著降低以上因素對村莊的影響。

（2）減小運營期間對村莊的影響。道路運營期間，汽車噪聲、尾氣等，影響村民健康。新線位從村莊外圍通過，減少了上述影響。

（3）減少拆遷量。“近村而不進村”避免拆遷減少對沿線人文環(huán)境的破壞，與此同時，也降低了工程造價。

3.2 平面技術指標的靈活運用

好的平面線形，應該是在地形、地物、地質(zhì)等自然地貌條件允許的基礎上，盡量選用較高指標，為適應遠景車型、性能的提升留出空間，同時，也不能盲目地追求高指標[2]，在指標滿足規(guī)范且均衡、連續(xù)，行車安全、順暢的基礎上，盡量利用舊路，以降低工程造價，減少道路對環(huán)境的影響。

3.2.1 圓曲線

由于舊路圓曲線很多，且有多處小半徑圓曲線（舊路共105處圓曲線，最小平曲線半徑約15m，共有2處，半徑小于30 m的平曲線有6處），為了盡量利用舊路，新路線要盡量擬合在舊路上，線形指標不宜過高。同時為保證安全，需要保持線形指標的均衡與連貫。本項目存在很多連續(xù)平曲線路段，在平面線形設計中，特別注意到了在小半徑曲線前后線形指標的過渡，利用一系列半徑逐漸減小的曲線來引導駕駛者逐漸降低車速，避免在小半徑曲線處因車速過快而發(fā)生事故（見圖5）。

3.2.2 短直線

《公路路線設計規(guī)范》（JTG D20—2017）7.2.2款中對兩圓曲線間直線的最短長度要求為：當設計速度v≥60 km/h時，同向圓曲線間最小直線長度（以m計）以不小于6 v為宜，反向圓曲線間最小直線長度（以m計）以不小于2 v為宜。

圖5 小半徑曲線兩側(cè)的過渡

傳統(tǒng)的平面線形設計思想，是要求公路線形高標準、高指標，強調(diào)線形舒展、行車舒適、視覺效果良好。但是對于山區(qū)公路，這樣的設計思想，會帶來高填深挖路基，不但增加工程造價，而且破壞自然環(huán)境，甚至可能存在潛在的地質(zhì)災害。

交通部公路司編著的《降低造價公路設計指南》[3]認為，技術指標分為主要指標與次要指標。主要指標是由很多影響事項和計算參數(shù)確定的，凡是涉及到安全性的指標，或者計算參數(shù)應嚴格執(zhí)行或從嚴掌握的，應盡量采用較高指標，規(guī)范中用詞一般為“應”；次要指標是指在滿足安全的基礎上，從美學和行車舒適等角度提出的，一般情況應按規(guī)范要求執(zhí)行，而當采用規(guī)范要求值將對自然資源、環(huán)境、生態(tài)等方面造成較大影響，以及在工程造價方面明顯增加的情況下，則應靈活掌握，可以采用低值或極限值指標，甚至可以適當突破，規(guī)范中用詞一般為“宜”。同向及反向圓曲線間最小直線長度屬于次要指標，可以適當放松要求。對于地形條件惡劣的路段，同向曲線間的直線長度可突破一般規(guī)定值，采用4 v，甚至3 v的最小值。

本項目所處區(qū)域地形復雜，且為改造項目，舊路平曲線多、線形指標差，有多處連續(xù)3個甚至4個平曲線相連。改造后同向曲線間的最小直線長度在山區(qū)復雜的地形條件下較難滿足，調(diào)整為單圓或復曲線，或其他組合線形也較困難。如果機械地為滿足規(guī)范要求而減小曲線半徑，降低技術指標，反而會有更大的安全隱患；或者出現(xiàn)大填大挖路段，造成自然環(huán)境的極大破壞。

以K17處路線為例。通過對舊路線位擬合，該位置存在一同向圓曲線間的短直線（短直線為由北向南方向），長度小于6 v，在線路優(yōu)化的過程中嘗試消除短直線。該段路設置在山坡上，左側(cè)為山，右側(cè)為水渠，舊路依山而建，短直線的南側(cè)、北側(cè)各有3個連續(xù)平曲線（見圖6）。

圖6 連續(xù)平曲線間的短直線

因地面與現(xiàn)狀道路高差較大，若將直線段向兩側(cè)延伸，則因為延長后的直線段偏離舊路線位，將會大大增加填挖工程量。直線段北側(cè)為村莊，若將直線段向北延長會新增大量拆遷。若縮短該段短直線，將兩側(cè)的平曲線直接相連，因為兩側(cè)均為連續(xù)圓曲線，調(diào)整后線位與舊路線位將完全偏離，不能夠利用舊路路基，且該路段所在區(qū)域地勢呈明顯的左高右低趨勢，調(diào)整后填挖方增加很多。

經(jīng)過反復的方案調(diào)整與比選后，決定突破路線規(guī)范中關于同向圓曲線間最短直線長度不宜小于6 v的要求，采用不小于4 v。

3.3 縱斷面技術指標的靈活運用

道路縱斷面的設計與項目的土石方工程量密切相關，設計過程中應注意盡量利用地勢，靈活設計，保持填挖平衡。

縱斷面線形與平面線形是互補的，縱斷面設計與平面設計應同時進行，互相配合，否則就會出現(xiàn)不必要的大填大挖現(xiàn)象，不僅增加投資，也會給自然景觀帶來不好的影響。

本項目的特點是高差大，連續(xù)上坡路段長?？v斷面設計過程中，為了克服高差，多處縱坡達到了7.5%。這帶來了3個問題：（1）7.5%的縱坡與4%的超高結(jié)合在一起，合成坡度達到8.5%，超過了《公路路線設計規(guī)范》（JTG D20—2017）8.5.2款中冬季路面有結(jié)冰、積雪地區(qū)合成坡度必須小于8%的要求；（2）由于本項目小半徑平曲線較多，縱斷面設計上必須避開大縱坡與小半徑平曲線的不利組合；（3）大縱坡路段較多，平均縱坡超過了《公路路線設計規(guī)范》（JTG D20—2017）8.3.4款“任意連續(xù)3 km路段的平均縱坡宜不大于5.5%”的要求，需要設置緩和坡段。

針對以上問題，縱斷面設計過程中，充分考慮了縱斷面與平面的結(jié)合，注意了以下因素：

（1）避免同一路段上同時出現(xiàn)大縱坡與小半徑平曲線。

（2）避免長大縱坡坡底接小半徑平曲線。

（3）盡量將大長縱坡的坡頂設置在小半徑平曲線處，利用此段平曲線位置設置縱坡較小的緩和坡段。

4 結(jié)語

山區(qū)公路的設計是一項十分復雜的工作。特別是山區(qū)低等級公路升級改造的項目，常常資金有限，十分重視對舊路的利用。在滿足行車安全、順暢的基礎上，還要將線形擬合到原有的按照四級公路甚至更低標準設計的路線上，要求設計過程中統(tǒng)籌考慮各種因素，合理取舍，靈活設計，做出安全、節(jié)約、環(huán)境優(yōu)美、系統(tǒng)最優(yōu)的工程。