高等级公路线形设计的有关问题探讨

范晓为

（苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017）

线形是构成高等级公路的骨架，不仅会影响后续车辆通行的舒适性与安全性，也会对整个公路工程项目当中的路基、桥涵、沿线设施以及交叉部位等构筑物本身的建设规模产生极大影响，所以必须要对公路的线形进行科学设计。特别是在建成公路之后，由于线形是伴随着工程长期存在的，如果对其进行改变，就会耗费较大的工程项目投资。因此，为了全面提升高等级公路建设的质量与经济效益，就必须高度重视公路线形的设计。

1 高等级公路线形设计的重要性

作为构成高等级公路工程核心“骨架”的重要组成部分之一，线形会对整个公路工程项目建设的质量与经济效益带来极大影响，具体主要表现在如下几个方面。一是要从道路运营及维护管理视角来对相应的道路维护费用和成本进行控制，确保整体的道路设计经济效益。二是立足于道路驾驶人员本身的行车视觉视角，保证线形设计可以为驾驶人员提供一个更为适宜的视觉环境，使他们可以体会并感受到道路驾驶的舒适性，避免因为扭曲或急剧起伏变化的道路线形而影响了驾驶人员的行车视觉与舒适性，因此需借助合理的线形设计来确保道路驾驶的安全性。三是通过合理设计道路线形可以强化道路设计同周边景观及环境之间的协调发展。四是通过借助道路线形设计可以使整个道路建设同周边的地物、地形乃至土地利用等相关的建设条件之间保持一致性，不仅可以提高整体的道路建设及施工便捷性，也可以更好地解决整体项目的建设费用。五是公路线形设计涉及高等级公路同其他相关设施之间的协调性与平衡性，如竖曲线与纵坡线、纵面线形和平面线形，以及缓和曲线、圆曲线和直线彼此之间都要保持良好的组合协调性，这样可以全面提升高等级公路设计的效果。

2 高等级公路线形设计的核心原则

2.1 安全性与实效性原则

在诸多高等级公路线形设计原则当中，安全性是占据首要地位的一个原则，尤其是在山区等复杂地形条件下的高等级公路建设过程中，由于地貌、地质等条件错综复杂，在实际的公路线形设计实践中需要综合考虑众多方面的因素。由于山区或者复杂地势条件下的高等级公路路线一般很难一直保持比较长的顺直性特征，所以需要对公路路线的坡度以及转弯进行频繁改变，方可更好地确保所设计公路路线的贯通性。针对这些复杂条件下的高等级公路设计更加需要高度重视安全性这一基本设计原则，如要综合考虑转弯圆曲线半径、纵坡的坡长等关键因素，它们都是影响线形设计安全性的重要因素。考虑到山区等一些复杂地势条件下的海拔高度具有比较大的变化，所以在设计相应区域高等级公路过程中会常常应用“长大纵坡”这一线形设计方式，保证车辆行驶期间速度可以得到更好地控制，但是由于需要频繁踩刹车，容易造成车辆的刹车片出现故障。与此同时，从驾驶人员心理层面来讲，在对长大纵坡的坡长进行设计期间，如果直接选择制动距离这一指标是不全面的，尤其是这种设计指标没有突出人性化与安全性设计理念。因此，在设计长大纵坡期间必须要高度重视考虑道路驾驶人员的心理因素，优化设计纵坡的坡度、坡长乃至道路车辆本身的瞬时速度等因素。

以长大纵坡路段下载重车辆的刹车距离为例，表1展示的是坡度为4.8%条件下的载重车辆处于缓行状态下的刹车距离数据。

表1 坡度为4.8%条件下的载重车辆对应的刹车距离

由表1 可知，在公路线形设计期间必须综合考虑纵坡的刹车距离与车辆行驶速率二者之间的平衡关系，并重点设计危险地段的交通标识，如载重车辆的限速标识或车距提醒标识等，还要注意在纵坡上面车辆的极限制动距离位置处科学设计避险车道。此外，从道路驾驶人员的心理层面来讲，针对限速值为100 km/h 条件下的道路坡长设计值设计，要综合考虑驾驶人员本身的心率值与坡长设计值，更好地借助线形的科学设计来确保驾驶人员的安全性，保证坡长、坡度等相关线形设计关键指标的合理性与科学性。

2.2 合理性和科学性原则

合理性是影响高等级公路线形设计质量的另一个关键设计原则，就是要在公路线形设计实践中紧密结合道路设计现场的实际情况，科学设计线形，保证其可以同当地的地质条件等保持更好的适宜性。以山区地区的高等级公路设计为例，需要在线形设计中综合考虑山区地势的起伏或环绕等不同的工况条件，并且结合这些公路建设及设计需求或要求等对线形的形式进行科学设计，保证借助圆曲线、缓和曲线以及直线等多种线形的综合应用来提高整体线形设计的合理性与实效性。

在需要转弯的山区路段进行线形设计期间，如果山体本身具有比较小的夹角，可以在设计中应用沿着山体展线的设计手段，以此有效解决区段内公路转弯行车视距不足或者转弯过小等设计问题。为了确保公路行车的安全，避免急转陡坡影响驾驶人员的行车视线，在山体转弯部位处的道路线形设计过程中要尽量采取圆曲线设计方式作为过渡，且其半径值要尽量大一些，确保路线线形设计的合理性。而在对不同段的公路曲线进行设计过程中必须充分考虑道路驾驶的安全性与舒适性等要求，针对曲线之间直线段这一过渡段进行科学设计，且直线距离要符合设计规范和要求，而如果相应区段的地形条件不适合采用直线段作为曲线段之间的过渡，那么可以应用单曲线方式来对多曲线连接方式进行替代。此外，在开展道路线形设计过程中不仅需要考虑线形组合设计因素，还要注意优化设计纵断面形式来提升线形设计效果，确保道路线形设计之后可以为道路行车人员提供一个畅通、连续的行车视距，避免在小路径范围内频繁变更纵断面；在纵断面设计过程中如果碰到连续上坡段，那么要本着自下而上逐级递减的方式对路面坡率值进行设计；要有机结合平面线形与纵断面来合理开展线形设计，确保其设计的规范性和合理性。

3 高等级公路线形设计的策略及要点

3.1 基于安全性与实效性原则的总体设计策略

基于上述分析可知，安全问题与实效性问题是高等级公路线形设计中需要重点关注的一类问题，会对整体的公路线形设计安全性带来极大影响。比如，针对山区高等级高速公路长大纵坡路段设计过程中存在的制动距离过大诱发的驾驶人员心理负担过重问题，必须要注意做好这一路段的线形安全设计，可以在需要车辆频繁行驶的长大纵坡路段设计过程中增设抗滑罩面设计，并要对相应路段本身的摩阻力进行提高，对车辆制动距离进行有效控制。比如，可以在原有公路沥青路面上面增设黏层后再进行沥青玛蹄脂混凝土罩面层铺设如图1 所示，这种设计方式可以显著改善原有公路路面本身的摩阻系数。此外，要对公路纵坡的坡长与坡率进行严格控制，期间需要设计人员综合考虑驾驶人员行车的心理舒适度、道路排水要求以及刹车距离限值等多方面因素。特别是要注意严格依据公路设计方面的设计限制规定及要求来开展纵坡设计，并且结合实际的地形条件对设计值进行适当调整，保证可以在满足公路线形设计安全性等要求及标准的基础上，增加整体高等级公路线形设计的经济效益。

图1 抗滑罩面设计示意图

除了上述长大纵坡路段的安全设计要求及策略外，还要切实做好相应路段的交通安全设计工作，具体可以在下坡路段科学喷涂振荡标线，并对突起路标进行科学布设，以此来提醒及警示道路行车人员注意安全；可以在陡坡急转弯部位合理设置警示标识，尤其是要在那些专用于重载车辆的爬坡车道上面做好安全警示标识设计工作，对重载车辆与小型车辆要做好分流工作，这样可以更好地确保小型车辆在相应区段上行车安全，也可以为重载车辆在相应区段上进行紧急制动预留更加充足的距离与空间，图2 就是高等级公路路线设计中比较多用的交通安全基础设施，会对整体的道路路线设计安全性产生极大影响，所以也是需要设计人员在路线设计中考虑的一类问题。通过这种公路路线设计措施的应用，可以更好地确保道路行车的安全。

图2 高等级公路常用的安全警示标识及基础设施

3.2 基于合理性与科学性原则的线形设计策略

在高等级公路线形设计实践中，设计人员必须切实意识到线形设计可能对整个后续公路行车舒适性与安全性带来的巨大影响，然后需要紧密结合高等级公路所处区域的地质条件、地形条件等对线形设计方案进行持续改进及优化，这样才能更好地提升整体道路线形设计的合理性与科学性，具体的设计策略及要点如下。

一是要对公路平曲线的半径值进行合理控制。特别是在面对隧道过境路段、小半径平曲线路段以及长大纵坡路段等不利于安全驾驶的公路路段，如果平曲线半径设计过小，就容易使驾驶人员在经过该路段的过程中产生比较严重的紧张感，同时也会影响他们的行车视觉条件。现有的设计项目在开展设计过程中都以相应的设计下限作为基本标准，虽然这种设计方式符合设计规范，但是在实际的道路线形设计过程中却存在部分设计不合理的问题。为了可以对小半径平曲线进行优化及合理修整，结合相关工程设计实践，可以保证最小平曲线的半径值不小于1 km，并且如果设计条件允许，要优先选择应用没有设置超高的最小半径值。二是要结合现场条件合理调整公路路基设计宽度，并要对传统土路肩进行硬化处理；陡崖部位需要在紧邻悬崖部位一侧设计护栏（金属或混凝土等材质），并且要对远景的交通流量进行综合考虑，尽量选择几何线形方式来为后续的高等级公路改造创设良好的条件。

4 结束语

总之，线形设计是高等级公路设计中的一项重要任务，会对公路行车安全性与稳定性产生极大影响。其中安全性和合理性问题既是公路线形设计中需要重点关注的问题，也是需要设计人员遵从的设计原则，但是都需要设计人员结合高等级公路建设实际情况，针对突出的设计安全问题及合理性问题来合理设计线形，保证最大程度提升公路线形设计效果。