張輝、何善晶

（江西省贛南公路勘察設(shè)計(jì)院，江西贛州341000）

0 引言

公路路線線形擬合設(shè)計(jì)作為公路工程設(shè)計(jì)中一項(xiàng)非常關(guān)鍵的設(shè)計(jì)內(nèi)容，其設(shè)計(jì)方案是否科學(xué)直接影響到了線路的應(yīng)用。因此，在該項(xiàng)工作的開(kāi)展階段，要意識(shí)到公路路線線形擬合設(shè)計(jì)的重要性，只有從實(shí)際出發(fā)做好設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，才能夠提高設(shè)計(jì)效果，達(dá)到公路項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

1 平面線形組合類(lèi)型

公路路線線形擬合設(shè)計(jì)是重要的設(shè)計(jì)理念和方式，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要綜合分析平面線形組合、曲率變化、適用范圍等要素，并充分掌握曲率變化的實(shí)際情況。如果能通過(guò)模擬軟件分析和計(jì)算出擬合曲線曲率變化的參數(shù)值，并掌握實(shí)際的特征點(diǎn)及線形組合類(lèi)型，就能有效解決公路平面線形擬合方面的實(shí)際問(wèn)題。為了保證曲線擬合法能夠被有效應(yīng)用到實(shí)際的公路工程中，必須綜合分析各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)，從而更好地?cái)M合各種具體方案，為公路路線線形設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，這也是保證公路運(yùn)行效果的關(guān)鍵。

2 平面線形組合的設(shè)計(jì)原則

在改、擴(kuò)建公路的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，必須分析公路建設(shè)與改建公路結(jié)構(gòu)形式之間存在的關(guān)系。其設(shè)計(jì)的基本原則就是選線，必須要能夠達(dá)到公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及路線設(shè)計(jì)規(guī)范要求，同時(shí)還要考慮到橋梁運(yùn)行情況，靈活使用多種線形的形式，來(lái)滿足經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、科學(xué)、安全等方面的要求，從而對(duì)公路路線的正常使用起到積極的促進(jìn)作用。針對(duì)公路改建，綜合性考慮、分析工程的增加量、技術(shù)指標(biāo)、地形地貌、地質(zhì)條件、水文狀況等方面的因素，掌握占地環(huán)境、安全性等方面的要素，從而保證設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)、合理。公路中心線擬合設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要保證其上跨主線分離式的立交橋凈寬限制公路的中心線符合實(shí)際應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)要求。在平、縱線形設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，要考慮到結(jié)構(gòu)物的特點(diǎn)和要求，不會(huì)對(duì)實(shí)際運(yùn)行的產(chǎn)生任何影響。通過(guò)結(jié)構(gòu)物的位置及高程擬合線路的方式達(dá)到一致，然后計(jì)算結(jié)構(gòu)承載性能參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，保證縱面、橫面都符合要求，達(dá)到科學(xué)、合理。公路改、擴(kuò)建的方案在實(shí)施過(guò)程中，要遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)規(guī)范要求，通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算、分析，確保其達(dá)到協(xié)調(diào)性與穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足實(shí)際運(yùn)行需要。

同時(shí)，設(shè)計(jì)人員還要分析交通事故的發(fā)生率，及時(shí)總結(jié)、了解該線路的幾何設(shè)計(jì)與沿線公路等缺陷問(wèn)題，以確定最佳的路線改造施工方案，明確交通保障技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)管理措施和要求，進(jìn)行公路的自我檢驗(yàn)與完善，全面提升現(xiàn)場(chǎng)的勘察能力和水平，滿足使用標(biāo)準(zhǔn)。綜合分析目前已經(jīng)存在的路網(wǎng)條件，與當(dāng)前已有公路有效結(jié)合，實(shí)現(xiàn)城市協(xié)調(diào)化一體化發(fā)展，構(gòu)建符合我國(guó)需要的交通路網(wǎng)系統(tǒng)，為經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

此外，還要考慮到公路施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，做好現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)分析和控制工作，使公路線形的運(yùn)行完全達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，還要和沿線景觀保持協(xié)調(diào)，不能犧牲環(huán)境質(zhì)量而建設(shè)公路項(xiàng)目。在初測(cè)與初設(shè)環(huán)節(jié)，要積極做好各項(xiàng)環(huán)境保護(hù)措施，不會(huì)因?yàn)楣方ㄔO(shè)而產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境破壞和污染的問(wèn)題，而引發(fā)生態(tài)災(zāi)難，必須嚴(yán)格對(duì)待。對(duì)于目前公路建設(shè)施工過(guò)程中所存在的環(huán)境污染問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)予以治理，充分保護(hù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，恢復(fù)已遭破壞的生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡與發(fā)展。為了避免對(duì)環(huán)境、景觀造成任何危害和影響，在設(shè)計(jì)階段必須保護(hù)地形、地貌條件，防止大范圍拆遷，如果可能因?yàn)楣こ探ㄔO(shè)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞或負(fù)面影響，比如植被損壞、噪聲污染、水土流失等，在設(shè)計(jì)方案中應(yīng)明確具體的處理方法和應(yīng)對(duì)措施，以消除對(duì)環(huán)境的干擾和影響，大幅提升生態(tài)環(huán)保水平[1]。

3 項(xiàng)目概況

某高速公路項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)方案中明確了該項(xiàng)目運(yùn)行的最高時(shí)速為120km/h，路基寬42m，其他結(jié)構(gòu)尺寸及方案設(shè)計(jì)完全符合國(guó)家規(guī)定和要求。因?yàn)楣返燃?jí)相差比較大，且在設(shè)計(jì)時(shí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)比較少，監(jiān)督管理也不嚴(yán)格，造成該項(xiàng)目施工效果比較差。所以在設(shè)計(jì)中，需要對(duì)該公路工程進(jìn)行設(shè)計(jì)等級(jí)的統(tǒng)一設(shè)置，考慮到不同路段的具體情況，選擇最佳的設(shè)計(jì)方案，才能符合公路交通的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，為交通質(zhì)量的改善和提升做出貢獻(xiàn)。

3.1 路線平面擬合設(shè)計(jì)

3.1.1 舊路平面現(xiàn)狀

選擇該項(xiàng)目中一段長(zhǎng)度為95.28km 的路段進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工，設(shè)計(jì)時(shí)速為120km/h，平面線形由直線、圓曲線、緩和曲線組成，并以曲線為主，平曲線占路線總長(zhǎng)度的55.91%。

3.1.2 平面線形擬合原則

（1）結(jié)合自然下沉條件、地理環(huán)境確定符合現(xiàn)場(chǎng)要求的擴(kuò)建施工方案。

（2）設(shè)計(jì)路線方案時(shí)，應(yīng)該保證現(xiàn)場(chǎng)組織方案符合實(shí)際情況。

（3）分析、了解現(xiàn)場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，明確平面線形擬合具體的應(yīng)用情況。

（4）方案設(shè)計(jì)時(shí)，要減少土地資源的使用量，盡量避免大規(guī)模拆遷。

（5）檢測(cè)原路面結(jié)構(gòu)的平、縱標(biāo)準(zhǔn)，確保其符合運(yùn)行的要求。

（6）充分利用現(xiàn)有的公路工程項(xiàng)目。

（7）根據(jù)平、縱、橫向設(shè)計(jì)方案對(duì)沿線結(jié)構(gòu)物進(jìn)行控制。

（8）不會(huì)對(duì)其他的基礎(chǔ)設(shè)施和公路運(yùn)行造成任何負(fù)面影響。此外，在線路方案設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還應(yīng)綜合分析、了解現(xiàn)場(chǎng)的管道、線路以及電力設(shè)施等方面的情況，以保證不會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各項(xiàng)設(shè)施帶來(lái)任何影響，確保結(jié)構(gòu)的運(yùn)行效果符合實(shí)際要求。

3.1.3 平面線形擬合方案

根據(jù)改擴(kuò)建線路的特性，考慮到該工程的具體狀況，選擇使用如何擬合的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)：以實(shí)際線位作為設(shè)計(jì)的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)，擬合數(shù)據(jù)與實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)之間的偏差必須控制在10cm 以內(nèi)。樁號(hào)的使用應(yīng)符合我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，通過(guò)機(jī)載激光雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)采集老路面4 點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后根據(jù)需要在電子地圖上進(jìn)行擬合與計(jì)算，地圖比例設(shè)定為1∶2000。為了保證擬合曲線和已有的線路匹配，避免存在過(guò)大誤差，在擬合設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，首先要利用雷達(dá)獲取到路面車(chē)道邊的位置，并通過(guò)這4 個(gè)點(diǎn)采用內(nèi)插法的方式進(jìn)行內(nèi)邊2點(diǎn)計(jì)算、分析，以實(shí)現(xiàn)中線擬合，最后進(jìn)行最外側(cè)2 點(diǎn)檢查、驗(yàn)算。通過(guò)分析最終的結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，99.46%的觀測(cè)點(diǎn)誤差都符合誤差的標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明該方案符合實(shí)際需求，具有可行性[2]。

3.2 路線縱面擬合設(shè)計(jì)

3.2.1 舊路縱面現(xiàn)狀

縱面線形主要包含直坡段、圓形豎曲線，在線路內(nèi)分布著108 個(gè)變坡點(diǎn)，其中坡長(zhǎng)最短的部分達(dá)447.627m，縱坡最大為4.809，豎曲線占路線總長(zhǎng)度的57.3%?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)量之后確定，該線路內(nèi)的路基為26m寬，其他路段部分的路基寬為28m。該路段內(nèi)的縱向指標(biāo)相對(duì)比較低，且該路段內(nèi)的原路面結(jié)構(gòu)已經(jīng)基本改造完畢，所以這就對(duì)該項(xiàng)目的擴(kuò)建提出了全新的要求，需要做好現(xiàn)場(chǎng)的事故調(diào)查以及老路面結(jié)構(gòu)的運(yùn)行分析，考慮路線指標(biāo)及技術(shù)參數(shù)等方面的信息，可以在最大線路內(nèi)采用原公路結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上確定合適的路線設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求[3]。

3.2.2 縱面線形擬合原則

（1）縱面結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)要求以及結(jié)構(gòu)物的限制條件進(jìn)行設(shè)置，并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求進(jìn)行檢查、設(shè)計(jì)和使用，保證擬合線路滿足運(yùn)行需求。

（2）根據(jù)縱面設(shè)計(jì)的基本原則，結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，在縱面擬合中，在保證沒(méi)有任何隱患的前提下，縱坡設(shè)計(jì)可以選擇確定規(guī)范內(nèi)的最低限值，避免開(kāi)挖量過(guò)大的情況。

（3）加鋪瀝青層結(jié)構(gòu)的厚度是縱面設(shè)計(jì)控制標(biāo)高參數(shù)的關(guān)鍵，還要分析施工、測(cè)量、標(biāo)高擬合誤差等方面的情況。

（4）結(jié)合橋面改造方案的特性，達(dá)到橋面標(biāo)高的要求，對(duì)于不設(shè)置加鋪層結(jié)構(gòu)的橋梁來(lái)說(shuō)，應(yīng)根據(jù)原橋面結(jié)構(gòu)的擬合線路展開(kāi)縱面設(shè)計(jì)，根據(jù)加鋪層的結(jié)構(gòu)形式確定縱面設(shè)計(jì)標(biāo)高參數(shù)，保證其運(yùn)行性能合格。

（5）綜合分析現(xiàn)場(chǎng)對(duì)于排水性能的要求，調(diào)整局部縱坡過(guò)緩的路段，以提高排水效果。

3.2.3 縱面線形擬合方案

根據(jù)目前擬合路線的具體情況，在路面結(jié)構(gòu)平面內(nèi)每間隔20m 的長(zhǎng)度，進(jìn)行車(chē)道邊緣4 點(diǎn)高程的數(shù)據(jù)確定，以橫坡參數(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行原路面左右標(biāo)高的計(jì)算和控制，然后明確縱面線形擬合方案。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察、分析確定，原公路左右標(biāo)高并不存在過(guò)大差別，所以并不需要對(duì)于原公路結(jié)構(gòu)實(shí)施分幅縱面擬合處理，可以通過(guò)應(yīng)用左右設(shè)計(jì)標(biāo)高參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)縱面擬合處理。以激光雷達(dá)的檢測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，展開(kāi)驗(yàn)算分析，發(fā)現(xiàn)該公路的擬合相關(guān)性符合要求，和實(shí)際線路完全貼合。

3.3 路面橫坡擬合

3.3.1 舊路橫坡現(xiàn)狀

根據(jù)老路橫坡勘查的結(jié)論，在正常路拱及超高段橫坡中，設(shè)計(jì)橫坡參數(shù)值±0.3%的范圍內(nèi)占比在86%左右，所以應(yīng)該結(jié)合具體的拱段及超高段橫坡的設(shè)計(jì)要求，來(lái)實(shí)現(xiàn)平衡性設(shè)置。該公路工程中包含40 處超高漸變段，經(jīng)過(guò)路面加寬施工后，只有4 處超高漸變段達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，所以該超高漸變段范圍內(nèi)的路拱橫坡為滿足要求，要提升或者做降低處理，各個(gè)斷面的參數(shù)值都是不同的，且參數(shù)的變化并不存在規(guī)律性，只通過(guò)瀝青層實(shí)現(xiàn)橫坡調(diào)平是難以達(dá)到要求的，施工過(guò)程也不方便。因此，在實(shí)際中，要把原公路結(jié)構(gòu)和路床清理掉，再次進(jìn)行路床結(jié)構(gòu)的鋪設(shè)施工，保證路床橫坡調(diào)平后符合要求，再在表面統(tǒng)一鋪設(shè)路面結(jié)構(gòu)層，達(dá)到結(jié)構(gòu)性能的標(biāo)準(zhǔn)。

3.3.2 舊路橫坡擬合設(shè)計(jì)

在舊路面擴(kuò)建項(xiàng)目中，平縱組合的方式還要保證橫斷面的尺寸合格。對(duì)于高速公路的立體線形進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，不但要看平、縱線形是否達(dá)到匹配要求，還要看其與周邊的地形、環(huán)境是否相互適應(yīng)。一方面，應(yīng)該通過(guò)設(shè)計(jì)使得平、縱曲線和地形條件達(dá)到協(xié)調(diào)、均衡。另一方面，要確保高速公路的斷面和地形條件是相互協(xié)調(diào)的。所以，在擴(kuò)建方案的設(shè)計(jì)中，必須綜合分析地形條件的特性，確保平、縱組合設(shè)計(jì)與橫斷面設(shè)計(jì)滿足要求，同時(shí)還要考慮到兩者間組合性的作用，從而保證路線設(shè)計(jì)滿足要求，符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)[4]。

目前，公路擴(kuò)建主要采用的施工方式是通過(guò)整體拼接實(shí)現(xiàn)橫斷面拓寬，施工人員對(duì)于這種方式的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)比較豐富，技術(shù)水平也比較高。但是在橫斷面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，并沒(méi)有可以參考的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)的改擴(kuò)建技術(shù)指標(biāo)通常是按照普通四車(chē)道公路形式進(jìn)行設(shè)計(jì)的。然而，公路在經(jīng)過(guò)改擴(kuò)建施工后，環(huán)境產(chǎn)生了很大的變化，其方法和技術(shù)指標(biāo)需要在某些條件下才能應(yīng)用。超高漸變段也是重要的組成部分，在橫斷面設(shè)計(jì)中，最重要的指標(biāo)就是超高漸變率，指的是旋轉(zhuǎn)軸和行車(chē)道外側(cè)邊緣之間的比例參數(shù)，實(shí)際上也是行車(chē)道外側(cè)邊緣縱斷面設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)需要合理的調(diào)整坡度值參數(shù)。超高漸變率達(dá)到科學(xué)、合理，既不會(huì)對(duì)路面運(yùn)行安全產(chǎn)生任何影響，又能保證路面線形達(dá)到平順度的要求，美觀性和運(yùn)行質(zhì)量也會(huì)得到保障。

在改、擴(kuò)建項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)速度也是重要的技術(shù)參數(shù)。地形條件允許的情況下，可以適當(dāng)增大圓曲線半徑與曲線長(zhǎng)度參數(shù)。在公路改、擴(kuò)建項(xiàng)目中，如果設(shè)計(jì)為長(zhǎng)度較長(zhǎng)的緩和曲線，那么容易出現(xiàn)超高漸變率較小的情況，易導(dǎo)致積水無(wú)法排出，尤其是縱坡較小的情況下，不但車(chē)輛行駛的安全性無(wú)法滿足要求，同時(shí)也會(huì)造成邊緣位置出現(xiàn)扭曲變形的問(wèn)題。通過(guò)外業(yè)測(cè)量獲取到的大量數(shù)據(jù)信息，可以用于建設(shè)路面三維模型，通過(guò)應(yīng)用CARD/1 進(jìn)行全線超高圓曲線設(shè)置，然后統(tǒng)計(jì)超高橫坡參數(shù)。以行車(chē)速度進(jìn)行現(xiàn)有路面原設(shè)計(jì)超高和橫坡值驗(yàn)算分析，以確保該參數(shù)滿足運(yùn)行要求。以此次項(xiàng)目改擴(kuò)建工程的要求為出發(fā)點(diǎn)，路線縱坡相對(duì)平緩，八車(chē)道的公路寬度較大，為保證雨水可以被及時(shí)排出，達(dá)到運(yùn)行安全標(biāo)準(zhǔn)，在超高漸變段設(shè)計(jì)中，計(jì)算確定行車(chē)道寬度為16.25m，并未包含硬路肩寬度尺寸，只考慮了路緣帶寬度，還要綜合分析各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以滿足公路運(yùn)行要求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在公路路線線型擬合設(shè)計(jì)階段，對(duì)設(shè)計(jì)方案的精確性要求非常高。所以，在設(shè)計(jì)階段要按照公路路線設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)線形擬合設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行分析，對(duì)涉及的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行綜合分析、了解，同時(shí)還要將新思路、新技術(shù)、新方法應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中，這樣才能夠提高設(shè)計(jì)水平。