范曉為

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線形是構(gòu)成高等級(jí)公路的骨架，不僅會(huì)影響后續(xù)車輛通行的舒適性與安全性，也會(huì)對整個(gè)公路工程項(xiàng)目當(dāng)中的路基、橋涵、沿線設(shè)施以及交叉部位等構(gòu)筑物本身的建設(shè)規(guī)模產(chǎn)生極大影響，所以必須要對公路的線形進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)。特別是在建成公路之后，由于線形是伴隨著工程長期存在的，如果對其進(jìn)行改變，就會(huì)耗費(fèi)較大的工程項(xiàng)目投資。因此，為了全面提升高等級(jí)公路建設(shè)的質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益，就必須高度重視公路線形的設(shè)計(jì)。

1 高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)的重要性

作為構(gòu)成高等級(jí)公路工程核心“骨架”的重要組成部分之一，線形會(huì)對整個(gè)公路工程項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)效益帶來極大影響，具體主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面。一是要從道路運(yùn)營及維護(hù)管理視角來對相應(yīng)的道路維護(hù)費(fèi)用和成本進(jìn)行控制，確保整體的道路設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益。二是立足于道路駕駛?cè)藛T本身的行車視覺視角，保證線形設(shè)計(jì)可以為駕駛?cè)藛T提供一個(gè)更為適宜的視覺環(huán)境，使他們可以體會(huì)并感受到道路駕駛的舒適性，避免因?yàn)榕で蚣眲∑鸱兓牡缆肪€形而影響了駕駛?cè)藛T的行車視覺與舒適性，因此需借助合理的線形設(shè)計(jì)來確保道路駕駛的安全性。三是通過合理設(shè)計(jì)道路線形可以強(qiáng)化道路設(shè)計(jì)同周邊景觀及環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。四是通過借助道路線形設(shè)計(jì)可以使整個(gè)道路建設(shè)同周邊的地物、地形乃至土地利用等相關(guān)的建設(shè)條件之間保持一致性，不僅可以提高整體的道路建設(shè)及施工便捷性，也可以更好地解決整體項(xiàng)目的建設(shè)費(fèi)用。五是公路線形設(shè)計(jì)涉及高等級(jí)公路同其他相關(guān)設(shè)施之間的協(xié)調(diào)性與平衡性，如豎曲線與縱坡線、縱面線形和平面線形，以及緩和曲線、圓曲線和直線彼此之間都要保持良好的組合協(xié)調(diào)性，這樣可以全面提升高等級(jí)公路設(shè)計(jì)的效果。

2 高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)的核心原則

2.1 安全性與實(shí)效性原則

在諸多高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)原則當(dāng)中，安全性是占據(jù)首要地位的一個(gè)原則，尤其是在山區(qū)等復(fù)雜地形條件下的高等級(jí)公路建設(shè)過程中，由于地貌、地質(zhì)等條件錯(cuò)綜復(fù)雜，在實(shí)際的公路線形設(shè)計(jì)實(shí)踐中需要綜合考慮眾多方面的因素。由于山區(qū)或者復(fù)雜地勢條件下的高等級(jí)公路路線一般很難一直保持比較長的順直性特征，所以需要對公路路線的坡度以及轉(zhuǎn)彎進(jìn)行頻繁改變，方可更好地確保所設(shè)計(jì)公路路線的貫通性。針對這些復(fù)雜條件下的高等級(jí)公路設(shè)計(jì)更加需要高度重視安全性這一基本設(shè)計(jì)原則，如要綜合考慮轉(zhuǎn)彎圓曲線半徑、縱坡的坡長等關(guān)鍵因素，它們都是影響線形設(shè)計(jì)安全性的重要因素?？紤]到山區(qū)等一些復(fù)雜地勢條件下的海拔高度具有比較大的變化，所以在設(shè)計(jì)相應(yīng)區(qū)域高等級(jí)公路過程中會(huì)常常應(yīng)用“長大縱坡”這一線形設(shè)計(jì)方式，保證車輛行駛期間速度可以得到更好地控制，但是由于需要頻繁踩剎車，容易造成車輛的剎車片出現(xiàn)故障。與此同時(shí)，從駕駛?cè)藛T心理層面來講，在對長大縱坡的坡長進(jìn)行設(shè)計(jì)期間，如果直接選擇制動(dòng)距離這一指標(biāo)是不全面的，尤其是這種設(shè)計(jì)指標(biāo)沒有突出人性化與安全性設(shè)計(jì)理念。因此，在設(shè)計(jì)長大縱坡期間必須要高度重視考慮道路駕駛?cè)藛T的心理因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)縱坡的坡度、坡長乃至道路車輛本身的瞬時(shí)速度等因素。

以長大縱坡路段下載重車輛的剎車距離為例，表1展示的是坡度為4.8%條件下的載重車輛處于緩行狀態(tài)下的剎車距離數(shù)據(jù)。

表1 坡度為4.8%條件下的載重車輛對應(yīng)的剎車距離

由表1 可知，在公路線形設(shè)計(jì)期間必須綜合考慮縱坡的剎車距離與車輛行駛速率二者之間的平衡關(guān)系，并重點(diǎn)設(shè)計(jì)危險(xiǎn)地段的交通標(biāo)識(shí)，如載重車輛的限速標(biāo)識(shí)或車距提醒標(biāo)識(shí)等，還要注意在縱坡上面車輛的極限制動(dòng)距離位置處科學(xué)設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道。此外，從道路駕駛?cè)藛T的心理層面來講，針對限速值為100 km/h 條件下的道路坡長設(shè)計(jì)值設(shè)計(jì)，要綜合考慮駕駛?cè)藛T本身的心率值與坡長設(shè)計(jì)值，更好地借助線形的科學(xué)設(shè)計(jì)來確保駕駛?cè)藛T的安全性，保證坡長、坡度等相關(guān)線形設(shè)計(jì)關(guān)鍵指標(biāo)的合理性與科學(xué)性。

2.2 合理性和科學(xué)性原則

合理性是影響高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)質(zhì)量的另一個(gè)關(guān)鍵設(shè)計(jì)原則，就是要在公路線形設(shè)計(jì)實(shí)踐中緊密結(jié)合道路設(shè)計(jì)現(xiàn)場的實(shí)際情況，科學(xué)設(shè)計(jì)線形，保證其可以同當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件等保持更好的適宜性。以山區(qū)地區(qū)的高等級(jí)公路設(shè)計(jì)為例，需要在線形設(shè)計(jì)中綜合考慮山區(qū)地勢的起伏或環(huán)繞等不同的工況條件，并且結(jié)合這些公路建設(shè)及設(shè)計(jì)需求或要求等對線形的形式進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，保證借助圓曲線、緩和曲線以及直線等多種線形的綜合應(yīng)用來提高整體線形設(shè)計(jì)的合理性與實(shí)效性。

在需要轉(zhuǎn)彎的山區(qū)路段進(jìn)行線形設(shè)計(jì)期間，如果山體本身具有比較小的夾角，可以在設(shè)計(jì)中應(yīng)用沿著山體展線的設(shè)計(jì)手段，以此有效解決區(qū)段內(nèi)公路轉(zhuǎn)彎行車視距不足或者轉(zhuǎn)彎過小等設(shè)計(jì)問題。為了確保公路行車的安全，避免急轉(zhuǎn)陡坡影響駕駛?cè)藛T的行車視線，在山體轉(zhuǎn)彎部位處的道路線形設(shè)計(jì)過程中要盡量采取圓曲線設(shè)計(jì)方式作為過渡，且其半徑值要盡量大一些，確保路線線形設(shè)計(jì)的合理性。而在對不同段的公路曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮道路駕駛的安全性與舒適性等要求，針對曲線之間直線段這一過渡段進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，且直線距離要符合設(shè)計(jì)規(guī)范和要求，而如果相應(yīng)區(qū)段的地形條件不適合采用直線段作為曲線段之間的過渡，那么可以應(yīng)用單曲線方式來對多曲線連接方式進(jìn)行替代。此外，在開展道路線形設(shè)計(jì)過程中不僅需要考慮線形組合設(shè)計(jì)因素，還要注意優(yōu)化設(shè)計(jì)縱斷面形式來提升線形設(shè)計(jì)效果，確保道路線形設(shè)計(jì)之后可以為道路行車人員提供一個(gè)暢通、連續(xù)的行車視距，避免在小路徑范圍內(nèi)頻繁變更縱斷面；在縱斷面設(shè)計(jì)過程中如果碰到連續(xù)上坡段，那么要本著自下而上逐級(jí)遞減的方式對路面坡率值進(jìn)行設(shè)計(jì)；要有機(jī)結(jié)合平面線形與縱斷面來合理開展線形設(shè)計(jì)，確保其設(shè)計(jì)的規(guī)范性和合理性。

3 高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)的策略及要點(diǎn)

3.1 基于安全性與實(shí)效性原則的總體設(shè)計(jì)策略

基于上述分析可知，安全問題與實(shí)效性問題是高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的一類問題，會(huì)對整體的公路線形設(shè)計(jì)安全性帶來極大影響。比如，針對山區(qū)高等級(jí)高速公路長大縱坡路段設(shè)計(jì)過程中存在的制動(dòng)距離過大誘發(fā)的駕駛?cè)藛T心理負(fù)擔(dān)過重問題，必須要注意做好這一路段的線形安全設(shè)計(jì)，可以在需要車輛頻繁行駛的長大縱坡路段設(shè)計(jì)過程中增設(shè)抗滑罩面設(shè)計(jì)，并要對相應(yīng)路段本身的摩阻力進(jìn)行提高，對車輛制動(dòng)距離進(jìn)行有效控制。比如，可以在原有公路瀝青路面上面增設(shè)黏層后再進(jìn)行瀝青瑪蹄脂混凝土罩面層鋪設(shè)如圖1 所示，這種設(shè)計(jì)方式可以顯著改善原有公路路面本身的摩阻系數(shù)。此外，要對公路縱坡的坡長與坡率進(jìn)行嚴(yán)格控制，期間需要設(shè)計(jì)人員綜合考慮駕駛?cè)藛T行車的心理舒適度、道路排水要求以及剎車距離限值等多方面因素。特別是要注意嚴(yán)格依據(jù)公路設(shè)計(jì)方面的設(shè)計(jì)限制規(guī)定及要求來開展縱坡設(shè)計(jì)，并且結(jié)合實(shí)際的地形條件對設(shè)計(jì)值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，保證可以在滿足公路線形設(shè)計(jì)安全性等要求及標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，增加整體高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 抗滑罩面設(shè)計(jì)示意圖

除了上述長大縱坡路段的安全設(shè)計(jì)要求及策略外，還要切實(shí)做好相應(yīng)路段的交通安全設(shè)計(jì)工作，具體可以在下坡路段科學(xué)噴涂振蕩標(biāo)線，并對突起路標(biāo)進(jìn)行科學(xué)布設(shè)，以此來提醒及警示道路行車人員注意安全；可以在陡坡急轉(zhuǎn)彎部位合理設(shè)置警示標(biāo)識(shí)，尤其是要在那些專用于重載車輛的爬坡車道上面做好安全警示標(biāo)識(shí)設(shè)計(jì)工作，對重載車輛與小型車輛要做好分流工作，這樣可以更好地確保小型車輛在相應(yīng)區(qū)段上行車安全，也可以為重載車輛在相應(yīng)區(qū)段上進(jìn)行緊急制動(dòng)預(yù)留更加充足的距離與空間，圖2 就是高等級(jí)公路路線設(shè)計(jì)中比較多用的交通安全基礎(chǔ)設(shè)施，會(huì)對整體的道路路線設(shè)計(jì)安全性產(chǎn)生極大影響，所以也是需要設(shè)計(jì)人員在路線設(shè)計(jì)中考慮的一類問題。通過這種公路路線設(shè)計(jì)措施的應(yīng)用，可以更好地確保道路行車的安全。

圖2 高等級(jí)公路常用的安全警示標(biāo)識(shí)及基礎(chǔ)設(shè)施

3.2 基于合理性與科學(xué)性原則的線形設(shè)計(jì)策略

在高等級(jí)公路線形設(shè)計(jì)實(shí)踐中，設(shè)計(jì)人員必須切實(shí)意識(shí)到線形設(shè)計(jì)可能對整個(gè)后續(xù)公路行車舒適性與安全性帶來的巨大影響，然后需要緊密結(jié)合高等級(jí)公路所處區(qū)域的地質(zhì)條件、地形條件等對線形設(shè)計(jì)方案進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)及優(yōu)化，這樣才能更好地提升整體道路線形設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性，具體的設(shè)計(jì)策略及要點(diǎn)如下。

一是要對公路平曲線的半徑值進(jìn)行合理控制。特別是在面對隧道過境路段、小半徑平曲線路段以及長大縱坡路段等不利于安全駕駛的公路路段，如果平曲線半徑設(shè)計(jì)過小，就容易使駕駛?cè)藛T在經(jīng)過該路段的過程中產(chǎn)生比較嚴(yán)重的緊張感，同時(shí)也會(huì)影響他們的行車視覺條件?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)項(xiàng)目在開展設(shè)計(jì)過程中都以相應(yīng)的設(shè)計(jì)下限作為基本標(biāo)準(zhǔn)，雖然這種設(shè)計(jì)方式符合設(shè)計(jì)規(guī)范，但是在實(shí)際的道路線形設(shè)計(jì)過程中卻存在部分設(shè)計(jì)不合理的問題。為了可以對小半徑平曲線進(jìn)行優(yōu)化及合理修整，結(jié)合相關(guān)工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以保證最小平曲線的半徑值不小于1 km，并且如果設(shè)計(jì)條件允許，要優(yōu)先選擇應(yīng)用沒有設(shè)置超高的最小半徑值。二是要結(jié)合現(xiàn)場條件合理調(diào)整公路路基設(shè)計(jì)寬度，并要對傳統(tǒng)土路肩進(jìn)行硬化處理；陡崖部位需要在緊鄰懸崖部位一側(cè)設(shè)計(jì)護(hù)欄（金屬或混凝土等材質(zhì)），并且要對遠(yuǎn)景的交通流量進(jìn)行綜合考慮，盡量選擇幾何線形方式來為后續(xù)的高等級(jí)公路改造創(chuàng)設(shè)良好的條件。

4 結(jié)束語

總之，線形設(shè)計(jì)是高等級(jí)公路設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)重要任務(wù)，會(huì)對公路行車安全性與穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響。其中安全性和合理性問題既是公路線形設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，也是需要設(shè)計(jì)人員遵從的設(shè)計(jì)原則，但是都需要設(shè)計(jì)人員結(jié)合高等級(jí)公路建設(shè)實(shí)際情況，針對突出的設(shè)計(jì)安全問題及合理性問題來合理設(shè)計(jì)線形，保證最大程度提升公路線形設(shè)計(jì)效果。