改扩建道路纵断拟合设计

李洪亮，沈 可

（天津市市政工程设计研究院，天津市 300051）

0 引言

旧路改扩建项目中路线的纵断面设计是其中关键一环，该设计步骤在工程的实施过程中是必须的、重要的内容，其决定着项目实施后的道路的行车安全及服务水平，是改扩建项目成功与否重要指标，同时也极大的影响着扩建项目的工程规模，是项目实施过程中总造价控制的重要因素之一，是实施路面补强工程的先决条件。因此纵断设计是改扩建项目的重点。

目前我国改扩建项目仍无专门的路线设计规范，设计指标仍需遵循与新建项目一样的《路线设计规范》（JTG D20-2006），但改扩建项目受现状高程制约较多，一般要充分考虑对现状道路的路基、路面、桥涵结构物等的充分利用，这就要求扩建项目的纵断设计必须以现状道路纵断为基础，根据现状道路高程进行拟合设计。但需进行改扩建项目的现状道路往往因为路况较差，道路的高程起伏不规则，不均匀沉降较多，路基、路面及构造物的情况复杂，对其进行处理利用的原则不尽一致，纵断拟合过程中一方面要保证设计指标满足规范要求，同时也要满足相应的路基路面补强方案的要求，控制工程造价。因此纵断设计更是改扩建项目的难点。

总之，有必要对改扩建项目的纵断设计进行深入的研究，并总结归纳出一定的规律和技巧，进而为改扩建项目纵断设计提出一套系统的方法和步骤，指导此类项目的设计工作。笔者将以唐津高速扩建工程为实例，展开此方面的讨论。

1 工程概况及背景介绍

唐津高速即长深高速（G25），是国家“7918”干线高速路网中的一纵，在天津段称为唐津高速，南北走向，北接河北省唐山，南接河北省黄骅，总长104 km，拟将现状双向四车道扩建为双向六车道，扩建原则为维持中线不动，两侧对称加宽。唐津高速改扩建纵断面设计在招标之前的施工图中已经根据现状实测地面高及路基路面补强原则进行了拟合设计，并测算了相应工程量。但这次设计中实测高是在唐津高速运营情况下进行的，因此其精确度及密度都受到运营车辆的影响。同时项目扩建部分路基实施期间仍维持通车，因此施工期间的车辆对旧路路面仍会造成影响，路面进行断交施工前，有必要重新测量现状路面高，并重新对设计纵断进行拟合。

2 纵断拟合目标及实施原则

纵断拟合主要目标是尽量控制旧路铣刨和补强的工程量与已完成招标的部分不要有太大的出入。唐津高速原设计纵断是根据现状路面的测量高程结合不同段落的旧路补强方案而确定的，路面的补强方案全线共分为四种，基本思路为根据旧路状况不同而对其进行不同深度的铣刨，然后逐层回铺新建的路面结构层。补强后路面高程基本上是涨高的，涨高值在12～19 cm之间。现场施做的时候是根据设计高程及路段对应补强方案的新建的结构厚度，推算对旧路铣刨深度，现场铣刨到位并验收合格后，再逐层铺设新建的路面结构。

3 纵断拟合设计原则

本次拟合纵断，应首先对比原设计纵断高程与本次实测高程之间高差，并与该路段对应的路面补强方案对照。然后按如下原则进行纵断的调整：满足《路线设计规范》（JTG D20-2006），并通过调整纵断，使设计高程较实测路面高12～19 cm范围。

4 纵断拟合设计步骤

（1）实际调整过程中，应首先对路面涨高大于19 cm的路段进行降高，重点核查补强方案中不铣刨或仅对沥青路面进行铣刨的路段，这样方案的段落其设计高与实测高之间的高差如果与对应方案的增高值差距过大会导致工程量显著增大，因此是调整纵断的重点部位。力求使这样的路段设计与实测高差控制在对应补强方案的规定增高值范围附近，并尽量精确。

（2）本项目沿线有诸如轻质土路基处理等非一般填土路段，同时受工期控制，该部分工程已经按原设计高开始实施，因此对该部分路段，纵断不能再比原设计调高，否则就会造成轻质土浇筑的二次进场或利用灰土等其他材料进行衬补，增加工程造价。但对这样的段落是可以适当的降低设计高的，降低后可对已实施的部分采用减薄路面结构或削减已完工的轻质土顶面等措施。

（3）桥梁等构造物一般扩建项目考虑对其的充分利用，因此该部分结构高程应主要根据现状墩线及结构物路面高推算扩建部分的设计高程。因此桥头等构造物部位，设计高调整时需有所考虑。原则上应保证不填不挖，但实际控制有困难时，需至少保证纵断与现状结构物顶面高相比，可以适当增高但不能降低，否则现状结构物无法正常利用。

（4）在不受上述条件控制的路段，若设计高较原地面高低于10 cm的，应尽量将其调高至12 cm以上。

（5）调整纵断完成后，需注意复核立交端部设计及上跨或下穿的结构物出的净空，是否仍满足相关要求。

5 现场实施及对纵断的在调整

纵断调整后，现场应按调整后的设计高程进行旧路的铣刨和新建路基的填筑。根据设计高程和对应的补强方案对旧路铣刨到位后，应结合每个补强方案的检测标准（根据结构计算确定的路面铣刨后弯沉标准）对铣刨层底面进行检测。

若满足标准要求，则可后直接按设计厚度逐层铺设路面结构；若不满足标准要求，则需继续向下铣刨，此时则需根据超铣的结构厚度对路面设计高进行第二轮调整。

6 桥头部位纵断处理

桥头等构造物处，因考虑对现状的充分利用，纵断高原则上应与现状一致，但若构造物较为密集，受设计规范控制，道路纵断满足一定的设计指标时将无法满足构造物处高程与现状一致的要求。这时需对桥头位置进行特殊的纵断处理。而对这样的段落，国内已经实施的其他扩建项目中一般是进行折线坡处理。即在一定程度范围内，改变桥头段的道路设计纵坡，在满足车辆行驶过程中无不舒适感觉的前提下，完成路桥之间的高程衔接。

根据相关研究可知，人体对于纵坡改变时的舒适度变化见表1。

表1 人体舒适度愈加速度关系

根据相关研究可知，加速度与道路竖曲线之间关系为：

式中：a——加速度，m·s-2；

V——行车速度，km/h；

R——竖曲线半径，m。

另根据《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），满足人体舒适性要求对应公式为：

对应式（1）可知满足人体舒适性所要求的加速度为a=0.278，对于高速公路，V=120 km/h，可知R=4 000 m。

另有竖曲线半径与长度关系如下：

式中：Δ——竖曲线坡差；

L——竖曲线长度，m；

R——竖曲线半径，m。

施工过程中一般竖曲线放线长度为10～20 m，即可认为L=10～20 m，当对应于R=4 000 m即满足舒适性要求时，根据式（3）可知允许的坡差为：

Δ=L/R=0.25%～0.5%。

由此可知，当坡率变化在0.25%～0.5%，基本不会对行车造成不良感觉。考虑到扩建项目工后沉降可能会继续增加的因素，一般将坡率控制在0.1%～0.3%，具体见图1。

图1 路桥衔接处纵断调整示意图

同时为保证一定的时间行程，避免高程变化太短引起的不适，应保证L的长度满足3 s行程，对于V=120 km/h的高速公路，L≥100 m。

7 结论

改扩建项目道路设计纵断是控制工程规模的重要因素，设计中应在满足相关规范的基础上，尽量降低工程的造价。纵断拟合设计过程中，应首先根据路基路面的补强原则确定路面涨高范围，并以此为目标进行控制设计，对于补强方案收涨高值影响较为敏感的路段，应进行重点精确拟合；其次，拟合过程中也应注意不同路基处理方式及工期对于纵断的控制条件；再次，应注意桥梁等结构物对纵断的控制条件；最后，对于不受上述条件控制的路段，应将纵断高程抬高至补强方案对应的高程范围。同时，对桥头位置的路线纵断可根据桥头高程进行折线坡渐变处理，而且路面铣刨过程中亦应根据现场情况做出更为细致的动态调整。

[1]JTG D20-2006,路线设计规范[S].

[2]张雨化,朱照宏.道路勘测设计[M].北京:人民交通出版社.

[3]ISO2631,关于全身振动评价指南[S].1985.

[4]JTG B01-2003,公路工程技术标准[S].