高速公路改扩建工程路线设计研究

白伟方

摘 要：近年来，我国高速公路建设已取得较大成就，但早期建设道路基本达到设计使用年限，需及时做好扩建改造工作，以此满足当前或今后交通量需求，高速公路改扩建制约因素较多，如选取新建工程设计模式，根本无法有效处理改扩建相关问题，尤其是路线问题，为此研究高速公路改扩建工程路线设计意义重大。

关键词：高速公路；改扩建工程；路线设计

中图分类号：U418.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）05-0129-02

改革开放以后，我国交通量日益增长，汽车载重重型化愈加严重，导致道路服务水平持续降低，严重损坏路基路面，甚至危害道路正常使用。为满足日益饱和的交通需求，必须做好公路改扩建作业。目前主要包括两类改建，即对现有非高速公路实施改扩建，通过原有道路等级、线形及技术指标提升的方法，实现行车条件改善。或对现有高速公扩容，通过速度提升与车道增加的方式，提高道路通行能力，解决或缓解交通压力。

1 高速公路改扩建工程路线平面设计

在条件允许情况下，改建工程平面设计可选取新建工程布线法，但与新建工程相比，改建工程制约因素较多。为此，必须重视改建工程设计法的合理选择。在充分考虑多种影响因素的基础上，本文决定改建工程拟合设计法选用“综合法”。综合法是指先将路线测定环节确定的控制点输入，通过样条曲线实现拟合，构成一条符合制约条件的光滑曲线，随后顺着曲线行走方向，计算并获取准确的间隔点曲率，并按照上述结果确定拟合曲线长度，及绘制曲率关系图。随后按照该图形状，通过直线、圆、缓和曲线三个公路平面线形基本要素所对应的曲率图式处理拟合曲线，构成和公路平面线形组合相同的桩号，及绘制曲率图。并将曲线单元要素计算出来，通过“线元法”计算曲线，最终获取公路平面线位图。该设计方法主要是通过有机结合“拟合法”与“线元法”两种方法，以此将拟合曲线曲率图转化为公路平面线形曲率图，从而达到拟合曲线转化为公路平面线形的目的。该设计方法的应用可优化改建工程线位设计，并具有良好经济性。平面拟合设计技术指标如表1所示。

（1）直线。平面拟合设计过程中，通常会将短直线布设到长平曲线上，即便此类直线长度符合相关规定，但有线形连续性、行车安全角度，还存在一定缺陷，为此应直接选取曲线连接。拟合时，还会存在直线为原旧路路基大段的问题，但对直线长度的规定并不明确。经研究表明，如车速在每小时100km的情况下，2min为2km直线的行车时间，如与景观设计相互搭配，驾驶员在2min内视觉上不会觉得枯燥、单调，但相比曲线，驾驶员行车更倾向于直线段。为此，很大程度上，改扩建工程应尽可能选用长直线设置，并配备合理的景观设计。

在直线段上，相比设计车速，实际车辆行驶速度普遍偏大，为此，设计过程中必须此类因素加以考虑。合理控制直线段、相邻曲线段两段间的行驶速度差，一般控制在每小时15km以内。

（2）圆曲线。平面拟合时，改扩建工程往往会出现“小偏角”现象，也就是平曲线最小长度问题。根据《公路路线设计规范》相关要求，应按规定在小转角设置时，曲线长度充足。如因地形地质等因素制约，保证平曲线长度符合规定，局部少数部位可进行小偏角设置。如7°以上为偏角角度，线形曲线长度过短，此时必须增加平曲线半径，进而实现曲线长度加大的目的。圆曲线布设时需充分考虑地形条件，一般选取超高为2%到4%之间的圆曲线半径。同时，需保证与其相连平、纵线形条件相符，保证曲线线形具有连续性、均衡性。

2 高速公路改扩建路线纵断面设计

2.1 路线纵断面设计

纵断面设计是指按照改扩建原理，在原有道路实测高程前提下，根据改扩建公路技术指标设计纵坡、竖曲线。纵断面线形设计，应与行车、视觉诱导、安全等需求相符，并对工程造价经济性充分考虑。作为一个较为复杂的过程，高速公路改扩建纵断面设计流程如下：

（1）按照交通量分析结果，将路面设计弯沉值准确计算出来。（2）按照原有道路路面弯沉值，对所有路段路面强度进行评定，并完成路段划分，及对各个路段弯沉值、当量回弹模量计算出来。（3）按照路基横断面测量数据，进行设计路拱补强部位确定，并对路线纵断面最小控制标高加以确定。（4）按照技术标准设计纵断面，确保所有断面设计标高大于或等于最小控制标高。

2.2 平纵组合

在充分考虑行车舒适性及安全性的前提下，合理设计公路平纵线形组合。在线形设计时，可将公路三维线形向四维、五维空间提升，在重视行车时间及舒适性条件的同时，还应关注驾驶员视觉及心理方面。要求严格按照以下原则合理设计平纵断面线形组合。

第一，视觉方面能够对驾驶员视线起到诱导作用，保证视觉连续性；

第二，平、纵面线形技术指标必须具备均衡性特点，保证在视觉、心理双方面线形协调；

第三，合成纵坡组合应具备合理性，以此为路面排水、行车舒适提供有利条件。

因改扩建道路平纵技术因素受限较多，为实现旧路充分利用的目的，根本无法满足新建工程要求。为此，必须在充分了解设计要点的基础上，做到以下几点：

（1）平曲线需重合于竖曲线，相比豎曲线，平曲线长度应多一点，这样才能保证线形设计质量及美观性。（2）平纵曲线半径大小必须具备均衡性特点。是指平曲线具有较大半径时，竖曲线半径也应随之增加。以此满足线形连续、美观，且视觉不受影响的效果。具体指标如表2所示。（3）通常情况下，需在0.5%～8.0%之间合理控制合成纵坡，且不得出现急坡结合陡坡的现象。如具有较大合成坡度，将加大行车危险性。如合成坡度较小，则对路面排水极为不利，进而影响道路安全。（4）不宜将小半径平曲线设置到凸形竖曲线顶部或凹形底部位置。且以上两位置应避免与平曲线拐点重合。（5）通常可将多个变坡点布设到相同平曲线内，但必须合理控制坡差，避免影响驾驶员视觉。小半径竖曲线不得重叠到缓和曲线内，防止驾驶员出现操作失误，出现安全事故。

3 结语

综上所述，在公路建设规模不断扩大的过程中，必须满足日益增长的交通量需求。为此，必须根据具体情况，采取科学有效的设计方法，有效提升道路行驶通畅性。高速公路改扩建工程线形设计时，应与所有设计规范、指标规定相符。要求必须做好高速公路平面、纵断面线形设计，并全面考虑施工场地的自然环境、行车安全、地形地势等因素，以期更好地解决我国高速公路改扩建线形设计问题，提高设计合理性，保证行车舒适性、安全性。

参考文献

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