摘要 公路工程作為重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但由于公路工程建設(shè)具有線長(zhǎng)面廣、環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件變化大等特點(diǎn)，使得路線縱斷面設(shè)計(jì)難度顯著增大。為保證路線設(shè)計(jì)的合理性，提高道路運(yùn)營(yíng)的安全性和高效性，加強(qiáng)公路工程縱斷面設(shè)計(jì)尤為重要。鑒于此，文章針對(duì)公路工程路線縱斷面設(shè)計(jì)方法展開(kāi)全面探究，論述了路線縱斷面設(shè)計(jì)的原則，提出了針對(duì)性的設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為后續(xù)同類工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工提供參考。

關(guān)鍵詞 公路工程項(xiàng)目；路線設(shè)計(jì)；縱斷面設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)方法

中圖分類號(hào) U412.33 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）06-0168-03

0 引言

公路工程是交通運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分，有效推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展。公路工程路線縱斷面設(shè)計(jì)作為公路建設(shè)不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)保證公路建設(shè)質(zhì)量具有重要作用。道路縱斷面設(shè)計(jì)的合理性與否直接決定工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性、合理性，影響道路運(yùn)營(yíng)安全。為此，該文針對(duì)公路工程項(xiàng)目路線縱斷面設(shè)計(jì)進(jìn)行全面分析，提出了切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方法。

1 設(shè)計(jì)原則

（1）道路縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)要求，包含各等級(jí)公路最大縱坡及滿足排水要求的最小縱坡等。

（2）為保證行車安全性、流暢性和高效性，應(yīng)科學(xué)進(jìn)行縱坡設(shè)計(jì)，確保平順和銜接良好。

（3）對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)地形地貌、自然環(huán)境、地質(zhì)條件等各方面因素進(jìn)行充分調(diào)查，統(tǒng)籌各方面情況進(jìn)行科學(xué)處理，保證公路線形的合理性。

（4）結(jié)合路線地勢(shì)特征，全面考慮農(nóng)田、河流等各方面具體要求。

（5）若道路沿線地質(zhì)條件較差，應(yīng)采取科學(xué)方法合理調(diào)整路基高度。

（6）在確保路基承載性能滿足要求的情況下，盡可能保持填挖平衡，降低土方開(kāi)挖量，節(jié)約工程成本。

（7）對(duì)后續(xù)道路改擴(kuò)建施工相關(guān)情況作適當(dāng)考慮。

2 路線縱斷面設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作

公路工程路線縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)科學(xué)做好設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作。具體內(nèi)容如下：

（1）道路縱坡設(shè)計(jì)前，應(yīng)根據(jù)比例要求，提前在圖紙中標(biāo)注樁號(hào)、高程等內(nèi)容，作出地面線，并將相關(guān)信息填入圖紙內(nèi)，收集有關(guān)資料，完成整理及歸類工作，了解設(shè)計(jì)要求。

（2）標(biāo)注控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)包括公路起止點(diǎn)及沿線橋梁、隘口、涵洞等設(shè)施。地質(zhì)條件較差的路段，還應(yīng)確定最小填方高度及最大挖方深度。若存在鐵路道口，應(yīng)準(zhǔn)確標(biāo)注于圖中，根據(jù)城市規(guī)劃控制高程，合理確定道路高程控制點(diǎn)。

（3）加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)。山區(qū)路段應(yīng)按照路基填挖平衡關(guān)系確定高程點(diǎn)，平原地區(qū)則無(wú)需考慮經(jīng)濟(jì)點(diǎn)問(wèn)題，但應(yīng)注意坡度方面要求，將確定坡度與選線坡度實(shí)施對(duì)比，若二者大致相同，則表明設(shè)計(jì)合理；若二者差異較大，則應(yīng)查明原因，找出存在問(wèn)題，并合理進(jìn)行判定，確定最佳坡度[1]。

3 坡長(zhǎng)設(shè)計(jì)選擇

（1）坡長(zhǎng)主要指的是縱斷面相鄰變坡點(diǎn)間的水平距離，道路縱斷面應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)地形相適應(yīng)，坡長(zhǎng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行統(tǒng)籌設(shè)計(jì)[2]。

（2）縱坡應(yīng)保持平順和舒緩，且盡可能拉長(zhǎng)坡段長(zhǎng)度，避免出現(xiàn)連續(xù)起伏。但應(yīng)著重強(qiáng)調(diào)的是若坡長(zhǎng)過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成道路高程無(wú)法滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，且會(huì)顯著增大土石方用量。根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最小坡長(zhǎng)不得小于設(shè)計(jì)速度持續(xù)行駛9 s的長(zhǎng)度。按照此標(biāo)準(zhǔn)，高速公路坡長(zhǎng)通常不得小于300 m。但現(xiàn)實(shí)情況下，大部分駕駛員均將精力放在前方300 m區(qū)域內(nèi)，若最小坡長(zhǎng)設(shè)計(jì)為300 m，勢(shì)必會(huì)造成道路縱斷面產(chǎn)生連續(xù)起伏，影響視覺(jué)效果，增加交通安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。結(jié)合某高速公路工程實(shí)踐，設(shè)計(jì)中最小坡長(zhǎng)為400 m，視覺(jué)效果顯著，且增加的工程量有限。因此，在平原地區(qū)，最小坡長(zhǎng)設(shè)計(jì)為400 m效果更佳。

（3）不同方向曲線拐點(diǎn)、直線與回旋線間的交點(diǎn)、圓曲線與回旋線間的交點(diǎn)及直線與圓曲線間的交點(diǎn)，均不得出現(xiàn)變坡點(diǎn)。不同等級(jí)公路最大容許合成坡度及最小坡長(zhǎng)如表1和表2所示。

（4）若公路位于高原地帶，其縱坡應(yīng)根據(jù)實(shí)際海拔高度折減。當(dāng)海拔介于3 000～4 000 m時(shí)應(yīng)以1%標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施折減，當(dāng)海拔介于4 000～5 000 m時(shí)應(yīng)以2%的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施折減，當(dāng)海拔超過(guò)5 000 m時(shí)，應(yīng)以3%的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施折減[4]。

4 豎曲線半徑確定

（1）在確定道路豎曲線半徑時(shí)，凸形豎曲線及凹形豎曲線半徑存在一定差異，二者側(cè)重點(diǎn)不同。凸形豎曲線主要是以保證視距為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行半徑設(shè)計(jì)；而凹形豎曲線則主要以保證車燈照射范圍為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行半徑設(shè)計(jì)，并保證因離心作用形成沖擊荷載滿足汽車彈簧承載要求。根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)確定的半徑為極限半徑，具體設(shè)計(jì)時(shí)僅適用于特殊條件下，一般情況下應(yīng)略大于最小值[5]。

（2）就道路線形而言，長(zhǎng)豎曲線顯著優(yōu)于短豎曲線。因此，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，可合理增大豎曲線半徑，特別對(duì)于代數(shù)差較小的情況下，應(yīng)采取大半徑，以保證豎曲線長(zhǎng)度符合要求，避免產(chǎn)生視覺(jué)不良。當(dāng)設(shè)計(jì)條件允許時(shí)，為最大限度地保證縱斷面線形平順，應(yīng)從視覺(jué)方面對(duì)豎曲線半徑進(jìn)行設(shè)計(jì)，在確保工程量不超要求的前提下，豎曲線長(zhǎng)度不得小于400 m[6]。

5 豎曲線間直線坡段長(zhǎng)度確定

（1）根據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，針對(duì)同向豎曲線，特別是同向凹形豎曲線，當(dāng)直線坡段長(zhǎng)度較短時(shí)，應(yīng)將其合并為單曲線或復(fù)合式曲線，以避免形成斷背曲線，影響行車安全。直線坡段長(zhǎng)度的確定，通常難以根據(jù)理論計(jì)算得出，應(yīng)結(jié)合駕駛?cè)藛T心理狀況綜合確定。多數(shù)設(shè)計(jì)人士普遍認(rèn)為直線坡段長(zhǎng)度和同向平曲線間的直線段相同，即為設(shè)計(jì)速度的6倍。而實(shí)際狀況下，影響道路縱斷面設(shè)計(jì)的因素較多，采用6倍設(shè)計(jì)速度實(shí)時(shí)控制給施工帶來(lái)較大困難[7]。因此，當(dāng)縱坡代數(shù)差較小時(shí)，可采用4倍設(shè)計(jì)速度實(shí)施控制。結(jié)合某高速公路工程實(shí)踐，對(duì)同向凹形豎曲線間直線段長(zhǎng)度采用10倍設(shè)計(jì)速度實(shí)時(shí)控制，其視覺(jué)效果顯著，且線形平順。若相鄰豎曲線間直線度長(zhǎng)度大于4倍設(shè)計(jì)速度，則需對(duì)變坡點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，并將其合并為單曲線或復(fù)合式曲線。

（2）相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，反向豎曲線間的直線坡段長(zhǎng)度應(yīng)為設(shè)計(jì)速度持續(xù)行駛3 s的長(zhǎng)度。因此，其理論設(shè)計(jì)值不得小于100 m。而實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，若相鄰反向豎曲線間的直線坡段長(zhǎng)度小于100 m，應(yīng)適當(dāng)減小豎曲線半徑，以保證直線坡段長(zhǎng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。但應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注半徑調(diào)整后的高程變化。從視覺(jué)效果來(lái)看，曲線多的路線平順程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出直線段較多的線路[8]。

6 縱斷面線形組合設(shè)計(jì)

公路工程線路縱斷面線形組合設(shè)計(jì)，應(yīng)嚴(yán)格遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：

（1）確保線形達(dá)到視覺(jué)平順的要求。平、豎曲線彼此對(duì)應(yīng)時(shí)，變坡點(diǎn)設(shè)置于平曲線中點(diǎn)處最為合理。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面考慮平、縱線形間的相互影響。但位于平原地帶的高速公路，其平曲線半徑通常較大，一般為1～2 km，局部地段達(dá)6～7 km，為有效保證平、縱線形滿足1∶1對(duì)應(yīng)關(guān)系，不僅填方量較大，且會(huì)造成相關(guān)構(gòu)造設(shè)施高程達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求。結(jié)合實(shí)際工程效果來(lái)看，若縱向坡度較緩，縱面連續(xù)起伏對(duì)視覺(jué)效果影響相對(duì)較小。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理控制，在滿足相關(guān)要求的條件下，盡可能實(shí)現(xiàn)彼此對(duì)應(yīng)，若無(wú)法實(shí)現(xiàn)，則應(yīng)保證各長(zhǎng)平曲線包含三個(gè)豎曲線。同時(shí)，還應(yīng)保證每個(gè)長(zhǎng)平曲線能夠包含多條豎曲線，避免豎曲線直接插入變坡點(diǎn)[9]。

（2）確保線形符合視覺(jué)及心理的雙重需求。公路工程平、縱斷面線形相關(guān)技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)合理，平面設(shè)計(jì)時(shí)，豎曲線半徑為平曲線半徑的10～20倍。同時(shí)，若一條平曲線內(nèi)部含有多條豎曲線時(shí)，其半徑及長(zhǎng)度也應(yīng)均衡，滿足視覺(jué)效果及心理作用的雙重需求。

（3）確保線形與沿線生態(tài)景觀相協(xié)調(diào)。為實(shí)現(xiàn)公路工程安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)的目標(biāo)，僅僅滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的線形要求是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)結(jié)合道路沿線地形、環(huán)境、景觀等各方面要素，統(tǒng)籌兼顧，正確處理好公路建設(shè)與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，合理優(yōu)化道路縱斷面設(shè)計(jì)形式，實(shí)現(xiàn)道路線形與沿線生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)一致。此外，為創(chuàng)造良好的視線誘導(dǎo)效果，應(yīng)在中央分隔帶內(nèi)種植綠色植物，并在兩側(cè)安裝波形防護(hù)欄桿。

7 標(biāo)高確定與減少填土高度

公路工程縱斷面設(shè)計(jì)影響因素眾多，具體包括坡度、坡長(zhǎng)、豎曲線半徑、豎曲線長(zhǎng)度、平縱面線形組合形式及自然環(huán)境因素等。因此，道路線形實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，合理確定道路標(biāo)高，實(shí)現(xiàn)道路挖填平衡，最大限度地保護(hù)耕地，是當(dāng)面設(shè)計(jì)人員面臨的主要難題。道路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)道路沿線地質(zhì)、環(huán)境、地形等各方面要素的調(diào)查，全面了解實(shí)際情況，避免軟土區(qū)域填方高度過(guò)大，確保各項(xiàng)指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。全面了解道路沿線橋梁布設(shè)形式及通航能力的具體要求，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，按照因地制宜、生態(tài)和諧的目標(biāo)，確定橋梁設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)考慮預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁或裝配式橋梁，此類橋梁可顯著降低橋梁高度。另外，還需要做好以下幾方面的技術(shù)把控。

7.1 科學(xué)選擇通道位置和數(shù)量

一是我國(guó)人員較多，村莊分布范圍較廣，造成公路設(shè)計(jì)時(shí)通道數(shù)量較多，嚴(yán)重影響道路縱斷面設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)通道選擇控制。二是公路工程建設(shè)的主要目的是為了方便人們的生產(chǎn)生活，為人們提供優(yōu)質(zhì)、高效的交通服務(wù)。鑒于此，公路工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面結(jié)合道路沿線實(shí)際生產(chǎn)生活需求，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。三是為保證公路與地方道路的有效連接，應(yīng)設(shè)置必要的連接通道，但現(xiàn)實(shí)中，許多通道得不到有效利用，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，且對(duì)道路縱斷面設(shè)計(jì)帶來(lái)諸多不利影響。為此，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，科學(xué)取舍。若通道布置造成道路縱斷面填高增加，應(yīng)綜合研判確定最佳處治方案，如調(diào)整道路位置使通道下穿通過(guò)；四是科學(xué)利用邊孔及箱涵，減少通道數(shù)量。五是結(jié)合道路沿線人口及村鎮(zhèn)分布情況，合理確定通道布設(shè)間距，在人口較為密集的路段，應(yīng)以2～3座/千米的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行布設(shè)。

7.2 合理確定支線布設(shè)形式

一是嚴(yán)格按照道路沿線地形分布特征，并結(jié)合道路填方高度情況，選擇合適的支線布設(shè)方案，即上跨或下穿。二是一般情況下，在微丘地段采用上跨方式，平原地區(qū)采用下穿方式。三是平原地區(qū)采用主線上方跨越的分離式立交，普遍存在縱向坡度大，道路連接困難的現(xiàn)象。結(jié)合某高速公路工程實(shí)踐，沿線包含兩處分離式立交，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，為有效減少主線道路填方高度，設(shè)計(jì)為從主線上方跨越的形式，該設(shè)計(jì)方案不僅對(duì)原始道路結(jié)構(gòu)造成較大破壞，且顯著增大支線建設(shè)成本。改用下穿方案后，效果顯著，得到了當(dāng)?shù)厝藗兊母叨日J(rèn)可，相比初步設(shè)計(jì)方案成本更低[10]。

7.3 確定通道凈空

一是應(yīng)結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行通道高度設(shè)計(jì)，從而有效確保設(shè)計(jì)成果的合理性，避免填方工程量增加影響工程整體造價(jià)。二是通道標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)全面考慮排水需求，應(yīng)略高于原始道路標(biāo)高，方便雨水快速排出。三是局部路段的通道應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)排水情況進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，若能保證自排水通暢，可合理下挖，但應(yīng)堅(jiān)決杜絕因一味追求降低填方高度而造成的盲目開(kāi)挖，尤其針對(duì)降雨豐富且地基長(zhǎng)期位于潮濕環(huán)境中的地段應(yīng)高度關(guān)注，以免造成通道積水，影響通道正常使用。

8 結(jié)論

綜上所述，公路工程路線縱斷面設(shè)計(jì)是道路工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)合理性與否直接決定公路建設(shè)的安全性和可行性，對(duì)保證公路安全穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)具有重要影響。因此，在進(jìn)行道路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)原則，提前做好控制點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)點(diǎn)設(shè)計(jì)等各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，并結(jié)合道路沿線實(shí)際情況，合理確定坡長(zhǎng)、豎曲線半徑、豎曲線間直線坡段長(zhǎng)度、縱斷面線形組合形式及標(biāo)高等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，最大限度地減少填方高度，降低工程建設(shè)成本，確保公路工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和合理性。此外，道路縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，全面考慮整體與局部、短期與長(zhǎng)期、公路建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系，綜合各個(gè)方面進(jìn)行方案比選，從而確定最佳的縱斷面設(shè)計(jì)方案。

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