高速公路路线纵断面设计探讨

魏同军

（东营市公路勘察设计院有限公司，山东 东营 257091）

1 引言

随着基础交通设施建设的不断推进，高速公路作为促进经济发展的重要工程，其建设步伐也逐年加快。但由于高速公路建设里程一般较长，沿线的地形地貌差异较大、水文地质条件较差，使得高速公路的路线纵断面设计难度相对于低等级公路难度更大。与此同时，选择经济、合理、可行的山区公路路线设计方案是整个山区公路项目的重要前提[1]。在高速公路设计过程中，路线纵断面设计是重中之重，路线纵断面设计质量会直接影响工程成本的经济性和公路建成后的行车安全性、舒适性、运营期寿命等[2]。与此同时，如果高速公路路线纵断面设计不合理，还会引起设计返工、设计质量下降、设计工期推迟等。因此，为了提高高速公路路线纵断面设计质量，推动我国公路工程项目的整体建设水平，研究高速公路路线纵断面的设计具有十分重大的意义。

2 高速公路路线纵断面设计中的问题

2.1 安全问题

在高速公路路线纵断面设计时，如果对当地的地形地貌、水文地质等外部环境没有深入的了解，冒然进行纵断面设计可能存在较大的安全隐患。例如，在高海拔地区，往往应当布设越岭线（明线）或隧道[3]。布设明线能够使道路的平纵面协调良好，有利于路线总体设计，但在高边坡开挖时难度较大，存在高边坡稳定问题，防护不当就会在很大程度上增加施工过程中和运营期间出现泥石流、坍塌、滑坡等不良地质现象的可能性，甚至可能引发重大安全事故。因此，在确定纵断面的最终设计方案时往往要对选线位置、工程量大小、工程造价等方面展开综合分析。

2.2 环境问题

如果高速公路设计人员在进行路线纵断面设计时环保意识较差，对沿线外界环境的保护措施制定不合理，未能将人文景观和自然景观很好地协调，就会使得高速公路出现孤立现象，影响其美观。

3 高速公路路线纵断面设计原则及关键点

3.1 路线纵断面设计原则

在展开高速公路路线纵断面设计时，要遵循2大原则[4]：（1）要在确保能充分发挥公路基础功能的前提下，尽可能地减少公路里程，降低其工程造价；（2）在进行公路路线纵断面设计之前，要对该公路项目所处的自然环境展开充分的勘察和分析，尽可能地选择地形地貌良好、水文地质条件较简单、气候较稳定的区域。总而言之，如果高速公路路线纵断面设计能利用好工程所在的地形地势，就可以减小公路建设的工程量、降低工程造价。如果高速公路路线纵断面设计不能充分利用地形地势，就必须对纵断面进行优化。

3.2 路线纵断面设计关键点

3.2.1 纵坡坡度设计

在设计高速公路路线纵断面时，应当避免在地形比较复杂、地形起伏较大区域，最好不要利用陡坡路段；如果公路路线处于沿河路段，必须确保纵坡的平缓性，并应当合理控制纵坡长度；如果公路路线处于山区路段，进行纵坡设计时要对沿线地形综合分析，尽可能不利用坡度很大的纵坡。

3.2.2 确定转坡点位置

所谓转坡点就是相邻纵坡线的交点，2个转坡点之间的水平距离是坡长[5]。转坡点位置会对纵坡、坡长、平纵面组合、土石方填挖平衡等产生根本影响。在确定转坡点位置过程中，应当对公路路线线形、土石方开挖回填、纵坡坡度、坡长等展开合理的确定，并满足相关规范的要求。此外，转坡点位置一般布置在桩号为整数处。

4 高速公路路线纵断面设计流程

4.1 工程概况

某高速公路项目路线全长33.480km，共设18个平曲线交点，平均每千米交点数0.589个，路线增长系数1.14，平曲线总长20 156.546m，占路线全长的60.358%。公路路线纵断面设计是在保证行驶安全、舒适的前提下，充分结合地形、地貌，综合考虑设计洪水位及交叉构造物设置等因素，确定合理的主线高度，使路线纵坡均衡、平缓，降低填方高度，减少土石数量，少占农田等，主要工程技术指标如表1所示。

表1 某高速公路主要工程技术指标

4.2 路线纵断面设计步骤

在路线纵断面设计开始之前，需要在设计图纸上确定工程的桩号、标高，并标注出路线的平曲线。在所有的基础资料准备好后，严格按照以下步骤展开路线纵断面设计：标注控制点→试坡→调整纵坡坡度→核对（避免出现填挖过大、坡脚落空、挡土墙尺寸不合理等问题）→定坡（最大纵坡坡度3%、最小纵坡坡度0.5%、合成坡度不超过10%、最小坡长300m）→路线转折处设置竖曲线→计算各桩号处填挖值。

4.3 路线纵断面竖曲线设计

4.3.1 确定竖曲线形式

为了保证公路纵断面上相邻2条纵坡线相交处或纵坡变化位置行车的平顺度和安全性，必须设置竖曲线。竖曲线一般有平曲线和二次抛物线形式。抛物线形式的竖曲线在计算时更加方便，故高速公路在纵断面设计时一般采用二次抛物线形式。

4.3.2 确定竖曲线最小半径

为了行车的安全性和舒适度，公路纵断面设计时必须满足JTG D20—2011《公路路线设计规范》中对竖曲线最小半径和长度的要求，竖曲线要素如图1所示。该高速设计速度为100km/h，对于凸形竖曲线视觉所需要的一般最小半径为20 000m，对于凹形竖曲线视觉所需要的一般最小半径为12 000m，竖曲线长度的一般长度为210m、极限长度为85m。

图1 竖曲线要素图

5 结语

本文对高速公路路线纵断面设计存在的问题、设计关键点、设计流程等方面展开了深入的研究，得到了3个方面的结论：（1）高速公路路线纵断面设计时要对选线位置、工程量大小、工程造价等方面展开综合分析，并与沿线环境协调；（2）高速公路纵断面设计过程中要遵循以下步骤：标注控制点→试坡→调整纵坡坡度→核对→定坡→路线转折处设置竖曲线→计算各桩号处填挖值；（3）高速公路在纵断面设计时竖曲线一般采用二次抛物线形式，竖曲线的最小半径和长度要根据设计速度来确定，凹、凸形竖曲线视觉所需要的一般最小半径分别为12 000m、20 000m，一般长度和极限长度分别为210m、85m。