沙聲博

摘要 為了提升公路路線設(shè)計(jì)水平，文章總結(jié)了靈活設(shè)計(jì)公路路線指標(biāo)的原則和流程，從交通量變化、地形條件變化、布線方式等方面分析了路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)靈活選擇方法。隨后，將路線平縱指標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)，分析了直線長(zhǎng)度、圓曲線半徑、平曲線長(zhǎng)度、視距、最大縱坡、坡長(zhǎng)、豎曲線半徑等強(qiáng)制性指標(biāo)的靈活運(yùn)用方法，研究成果可為公路路線設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 公路；路線設(shè)計(jì)；靈活運(yùn)用；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；平縱指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào) U412.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）14-0027-03

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，公路工程作為重要的基礎(chǔ)交通設(shè)施，其建設(shè)里程逐年增加。公路工程屬于三維帶狀構(gòu)造物，建設(shè)里程長(zhǎng)達(dá)幾十公里至數(shù)百公里。公路路線設(shè)計(jì)水平的高低，會(huì)直接影響工程建設(shè)造價(jià)、周邊自然環(huán)境與社會(huì)環(huán)境及公路在運(yùn)營(yíng)期間的安全性和舒適性。在公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，技術(shù)人員選擇指標(biāo)時(shí)往往將規(guī)范條文視作法律條文。但是，規(guī)范本身是不具備法律效應(yīng)，只有當(dāng)公路工程的各參建方（業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工等單位）認(rèn)同，才能作為法律仲裁的依據(jù)。這種做法不利于設(shè)計(jì)人員創(chuàng)造性地發(fā)揮和綜合能力的提升，并阻礙新技術(shù)、新材料等的應(yīng)用[1]。因此，進(jìn)一步研究公路路線設(shè)計(jì)指標(biāo)的靈活運(yùn)用具有重要的工程意義。

1 靈活設(shè)計(jì)公路路線指標(biāo)的原則和流程

1.1 靈活性設(shè)計(jì)原則

靈活性設(shè)計(jì)公路路線指標(biāo)并不是創(chuàng)造一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)或完全脫離規(guī)范，而是在不降低工程安全性的前提下，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況靈活選用路線指標(biāo)，以促進(jìn)公路工程的可持續(xù)發(fā)展?！豆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）中給出的路線指標(biāo)是范圍值，比如個(gè)別指標(biāo)選擇極限值仍會(huì)導(dǎo)致較高的工程造價(jià)或?qū)Νh(huán)境有嚴(yán)重影響，可考慮突破極限值。但設(shè)計(jì)人員應(yīng)清楚突破極限值可能帶來(lái)的后果，并提出相應(yīng)的措施。條件允許時(shí)，可組織專(zhuān)家對(duì)超標(biāo)現(xiàn)象進(jìn)行論證，判斷設(shè)計(jì)方案是否可行。

公路路線指標(biāo)在靈活性設(shè)計(jì)期間要避免兩種傾向[2]：第一種傾向是認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)越高越好。部分設(shè)計(jì)人員會(huì)生搬硬套規(guī)范，不考慮實(shí)際情況，選擇較高的平、縱線形指標(biāo)，這樣會(huì)造成公路的征地拆遷規(guī)模過(guò)大、造價(jià)過(guò)高，嚴(yán)重破壞與外界環(huán)境的協(xié)調(diào)性；第二種傾向是隨意突破規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)。部分設(shè)計(jì)人員安全意識(shí)薄弱，路線綜合比選能力較差，在沒(méi)有充分論證可行性就隨意突破規(guī)范，可能導(dǎo)致公路在運(yùn)營(yíng)期間交通事故頻發(fā)，造成人員傷亡。

1.2 靈活性設(shè)計(jì)流程

公路路線指標(biāo)的設(shè)計(jì)是層層推進(jìn)、不斷深化的過(guò)程，大致包括以下流程：工程可行性研究→設(shè)計(jì)文件審查和批復(fù)→初步設(shè)計(jì)→設(shè)計(jì)文件審查和批復(fù)→施工圖設(shè)計(jì)→設(shè)計(jì)文件審查和批復(fù)。如果公路項(xiàng)目較復(fù)雜，需要在初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)時(shí)直接增加一個(gè)技術(shù)設(shè)計(jì)[3]。

（1）工程可行性研究。工程可行性研究階段是為了確定公路走廊帶，即路線的起點(diǎn)、終點(diǎn)和關(guān)鍵控制點(diǎn)等。設(shè)計(jì)前要詳細(xì)搜集相關(guān)資料，開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。在確定走廊帶時(shí)可聽(tīng)取沿線行政主管部門(mén)的意見(jiàn)，但不宜盲目聽(tīng)從，否則會(huì)大幅度地降低走廊帶方案的科學(xué)性。

（2）初步設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)階段對(duì)多條路線方案進(jìn)行綜合比選，以明確路線各分部控制點(diǎn)，綜合考慮路線長(zhǎng)度、橋隧比、土石方工程量、占地面積、施工難度、征地拆遷規(guī)模等因素，基本確定路線指標(biāo)。

（3）施工圖設(shè)計(jì)。施工圖階段是結(jié)合專(zhuān)家審查意見(jiàn)及咨詢(xún)單位意見(jiàn)對(duì)路線方案局部?jī)?yōu)化，并逐段檢查路線平縱組合的協(xié)調(diào)性和安全性，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、安全之間的平衡。

2 公路路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的靈活性

公路路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)直接影響設(shè)計(jì)指標(biāo)，尤其是大型公路項(xiàng)目，其建設(shè)里程長(zhǎng)達(dá)幾十公里至數(shù)百公里，需根據(jù)公路功能、交通量不同，選擇合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)研究成果，設(shè)計(jì)速度相同的路段可視為同一標(biāo)準(zhǔn)的路段。

高速公路最小設(shè)計(jì)路段宜≥15 km，一級(jí)、二級(jí)公路最小設(shè)計(jì)路段宜≥10 km，三級(jí)、四級(jí)公路的設(shè)計(jì)路段長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際需求確定，且不同設(shè)計(jì)速度的路段應(yīng)設(shè)置過(guò)渡段，平、縱線形指標(biāo)逐漸過(guò)渡。公路等級(jí)或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變化的分界點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在視野開(kāi)闊的路段，并設(shè)置醒目標(biāo)志。公路路線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的具體分段可考慮以下因素[4]。

2.1 交通量變化

交通量是選擇公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)，直接影響公路設(shè)計(jì)速度和車(chē)道數(shù)，見(jiàn)表1。

由表1可知：在公路設(shè)計(jì)速度一定時(shí)，不同車(chē)道數(shù)所承擔(dān)的交通量不同。不同設(shè)計(jì)速度、不同車(chē)道數(shù)所對(duì)應(yīng)的交通量有一定重疊，使得公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)選擇具有較大靈活性。

2.2 地形條件變化

設(shè)計(jì)里程較長(zhǎng)的公路會(huì)穿越不同地區(qū)，可根據(jù)地形條件的不同合理選擇路線指標(biāo)。在平原區(qū)，地勢(shì)較平坦，公路選線影響因素大，路線平、縱指標(biāo)可適當(dāng)取大值；山嶺地區(qū)的公路地形條件復(fù)雜，地勢(shì)起伏大，路線設(shè)計(jì)指標(biāo)可選用較低的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)平原區(qū)公路與山區(qū)公路連接時(shí)，需注意路線平、縱指標(biāo)的平滑過(guò)渡。

2.3 布線方式

分離式路基是山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)時(shí)常用的布線方式，通常采用平面分離的分離式路基，即左、右路幅完全分開(kāi)，且每一幅的平、縱線形指標(biāo)相互獨(dú)立。左右幅路線的走向不同，其分擔(dān)的交通量或所處的地形環(huán)境也不同，可以靈活選用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。分離式路基的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)靈活運(yùn)用體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)完全不同；二是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相同。

3 公路路線平、縱指標(biāo)的靈活性

公路工程的平、縱線形指標(biāo)相互協(xié)調(diào)，才能保證行車(chē)安全性和舒適性。路線方案在制定時(shí)，要遵循“安全、經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)發(fā)展”的基本原則，基于《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017），靈活選擇路線的平、縱線形指標(biāo)。

3.1 路線平、縱指標(biāo)的分類(lèi)

結(jié)合相關(guān)研究成果，該文將公路路線設(shè)計(jì)劃分為強(qiáng)制性指標(biāo)和非強(qiáng)制性指標(biāo)兩類(lèi)。強(qiáng)制性指標(biāo)（見(jiàn)表2）主要考慮公路行車(chē)的安全性，規(guī)范中用詞為“應(yīng)”。強(qiáng)制性指標(biāo)對(duì)公路建設(shè)指標(biāo)影響大，在設(shè)計(jì)時(shí)宜選擇較高指標(biāo)。即使受地形限制，也要大于一般最小值，盡量不用極限值。反之，要組織專(zhuān)家論證，審查通過(guò)后方可交付圖紙。非強(qiáng)制性指標(biāo)一般是從美學(xué)和行車(chē)舒適的角度考慮，規(guī)范中用詞為“宜”。

綜上，路線強(qiáng)制性指標(biāo)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行，非強(qiáng)制性指標(biāo)正常條件下按規(guī)范執(zhí)行，但當(dāng)用規(guī)范要求指標(biāo)會(huì)在環(huán)保、節(jié)能、工程造價(jià)等方面付出較大代價(jià)時(shí)，可靈活應(yīng)用。

3.2 路線平面指標(biāo)靈活設(shè)計(jì)

（1）直線長(zhǎng)度。公路上直線長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)容易使司機(jī)感覺(jué)單調(diào)，產(chǎn)生焦躁情緒。在確定長(zhǎng)直線長(zhǎng)度時(shí)，要考慮司機(jī)的心理承受能力。但是，每個(gè)司機(jī)的心理承受能力不同，沿線地形、地物、綠化植物等對(duì)司機(jī)焦躁情緒的緩解也不同，因此最大直線長(zhǎng)度難以有明確規(guī)定。大量工程實(shí)踐表明，最大直線長(zhǎng)度控制在20V（V表示公路設(shè)計(jì)速度，下同）之內(nèi)。

如果相鄰圓曲線間的直線長(zhǎng)度過(guò)短，會(huì)讓司機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)，影響行車(chē)安全?！豆仿肪€設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）中規(guī)定，同向曲線間的最短直線長(zhǎng)度≥6V，反向圓曲線間的最短直線長(zhǎng)度≥2V。如果受地形限制，采用規(guī)范指標(biāo)會(huì)大幅度地增加工程規(guī)模和造價(jià)，可適當(dāng)降低指標(biāo)。

（2）圓曲線半徑。圓曲線半徑應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)速度、超高橫坡等參數(shù)確定，并盡量選擇較大值，主要原因在于：車(chē)輛在公路彎道上行駛，會(huì)受到離心力作用，從而出現(xiàn)外側(cè)滑移或傾覆病害。一般情況下，圓曲線半徑越小，車(chē)輛所受到的離心力越大，車(chē)輛出現(xiàn)事故的可能性越高。離心力大小F計(jì)算可按式（1）：

式中，G——汽車(chē)自身重力（kN）；g——重力加速度（m/s2）；v——設(shè)計(jì)速度（km/h）。

（3）平曲線長(zhǎng)度。公路平曲線是由1條圓曲線和2條緩和曲線組成。為了避免車(chē)輛在彎道行駛時(shí)的離心加速度變化率過(guò)大，路線設(shè)計(jì)時(shí)要控制平曲線最小長(zhǎng)度Lmin，具體可按式（2）計(jì)算：

式中，t——汽車(chē)通過(guò)平曲線的時(shí)間。

（4）視距。視距是保證公路上行車(chē)安全的重要指標(biāo)。高速公路、一級(jí)公路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用停車(chē)視距，設(shè)計(jì)速度為60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h，停車(chē)視距分別不小于75 m、110 m、160 m、210 m。二級(jí)及二級(jí)以下的公路在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用會(huì)車(chē)視距，設(shè)計(jì)速度為20 km/h、

30 km/h、40 km/h、60 km/h、80 km/h，會(huì)車(chē)視距分別不小于40 m、60 m、80 m、150 m、220 m。同時(shí)，還需注意互通立交合流點(diǎn)的識(shí)別視距，以確?！昂狭魅菂^(qū)”的視覺(jué)通暢。主線可按車(chē)輛行駛8 s距離控制，匝道可按車(chē)輛行駛5 s距離控制，見(jiàn)圖1[5]。

3.3 路線縱斷面指標(biāo)靈活設(shè)計(jì)

公路縱斷面指標(biāo)直接影響了路基填挖高度、隧道埋深、橋梁樁基長(zhǎng)度、排水效果等，從而影響公路的工程造價(jià)。因此，縱斷面在設(shè)計(jì)時(shí)要控制好其坡度、坡長(zhǎng)、合成坡度、豎曲線半徑等參數(shù)。

（1）縱坡坡度和坡長(zhǎng)。公路路線縱坡坡度和坡長(zhǎng)會(huì)直接影響車(chē)輛的形式狀態(tài)，縱坡越大，坡長(zhǎng)越長(zhǎng)，行車(chē)安全性越低。比如在連續(xù)上坡路段，司機(jī)需頻繁換擋（尤其是交通擁堵時(shí)），增大了司機(jī)操作失誤的概率。行駛一段距離后，發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱，水箱溫度升高，增加了油耗。如果汽車(chē)性能差，甚至?xí)ɑ?；在連續(xù)下坡路段，汽車(chē)受到慣性力的作用，重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，車(chē)速越來(lái)越大，司機(jī)需要頻繁制動(dòng)，易導(dǎo)致安全事故。

由此可知，公路縱坡坡度和坡長(zhǎng)在設(shè)計(jì)時(shí)必須充分考慮汽車(chē)的性能與路線最大縱坡imax的關(guān)系應(yīng)滿(mǎn)足式（3）和（4）：

式中，λ——海拔修正系數(shù)；T——汽車(chē)驅(qū)動(dòng)力（kN）；Fa——空氣阻力（kN）；D——變量動(dòng)力系數(shù)；f——滾動(dòng)摩擦力系數(shù)。

為了驗(yàn)證計(jì)算公式的可行性，該文統(tǒng)計(jì)了不同縱坡坡率下公路的交通事故率，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖2[6]。

由圖2可知：縱坡越大，公路上的越容易發(fā)生交通事故。當(dāng)縱坡坡度＞4%，交通事故率急劇上升，故建立公路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，縱坡坡度控制在4%以?xún)?nèi)。

（2）合成坡度。在路基橫坡一定的條件下，公路路線縱坡越小，路面合成坡度較小，越不利于路面排水。為了保證公路排水，路線最小縱坡應(yīng)≥0.3%，合成坡度應(yīng)≥0.5%，否則應(yīng)采取綜合排水措施。需注意，當(dāng)陡坡與小半徑平曲線相重疊時(shí)，宜采用較小的合成坡度。以下三種情況路面合成坡度應(yīng)＜8%：①冬季路面有結(jié)冰、積雪的地區(qū)；②自然橫坡較陡峻的傍山路段；③非汽車(chē)交通量較大的路段。

（3）豎曲線半徑。當(dāng)汽車(chē)在縱斷面上的變坡點(diǎn)行駛時(shí)，為了緩和因車(chē)輛動(dòng)能變化而產(chǎn)生的沖擊和保證視距，必須插入豎曲線（凸曲線和凹曲線）。豎曲線有圓曲線和二次拋物線兩種形式，由于豎曲線前后坡差小，拋物線平緩，曲率變化小，與圓曲線相差不大。在實(shí)際公路項(xiàng)目中，通常選擇圓曲線。

《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）中所給出的各級(jí)公路的豎曲線最小半徑“極限值”，只有在地形限制的條件下才能使用。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為了保證車(chē)輛行駛的安全性和舒適性，應(yīng)采用規(guī)范所給“一般值”的1.5～2.0倍。

4 結(jié)語(yǔ)

該文主要分析了靈活運(yùn)用公路路線設(shè)計(jì)指標(biāo)的原則、流程及平縱路線指標(biāo)的設(shè)計(jì)方法。研究成果表明：

（1）靈活性設(shè)計(jì)路線指標(biāo)并不是標(biāo)準(zhǔn)越高越好，也不是隨意突破規(guī)范，而是應(yīng)該結(jié)合工程實(shí)際情況選擇。

（2）公路路線指標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)層層推進(jìn)，先結(jié)合交通量變化、地形條件變化、布線方式等靈活確定路線各分段的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）公路路線平縱指標(biāo)可劃分為強(qiáng)制性指標(biāo)和非強(qiáng)制性指標(biāo)兩類(lèi)，其中強(qiáng)制性指標(biāo)必須嚴(yán)格執(zhí)行，包括直線長(zhǎng)度、圓曲線半徑、平曲線長(zhǎng)度、視距、最大縱坡、坡長(zhǎng)、豎曲線半徑等。

參考文獻(xiàn)

[1]伍華勇. 公路路線指標(biāo)的靈活運(yùn)用研究[J]. 黑龍江交通科技， 2019（5）： 83-84.

[2]易娟. 淺談高速公路路線設(shè)計(jì)與沿線景觀協(xié)調(diào)性[J]. 低碳世界， 2018（5）： 220-221.

[3]王富強(qiáng). 公路路線設(shè)計(jì)指標(biāo)的靈活運(yùn)用研究[J]. 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化， 2018（8）： 135-136+139.

[4]翟文濤. 公路路線設(shè)計(jì)中指標(biāo)靈活運(yùn)用探討[J]. 中國(guó)科技信息， 2015（21）： 133+135.

[5]張宇. 公路路線設(shè)計(jì)指標(biāo)的靈活運(yùn)用[J]. 黑龍江交通科技， 2015（1）： 77-78.

[6]張星. 國(guó)內(nèi)外道路線形設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)對(duì)比研究[D]. 西安：長(zhǎng)安大學(xué)， 2011.