公路路线纵断面设计方法分析

缪国平

（江西赣北公路勘察设计院，江西 九江 332000）

0 引言

公路路线纵断面设计尤为重要，纵断面设计水平的高低与整体路线的质量有着密切的联系，因此分析公路路线纵断面设计的方法，掌握公路路线纵断面设计的工作要点，对推动公路项目的开展有着重要的作用。

1 公路路线纵断面设计的控制指标

1.1 坡度

在公路路线纵断面的设计时，应从纵坡、横坡、合成坡度方面出发。上述几个参数值都有最大、最小值的规定，以达到使用的标准要求。纵坡最大、最小值的设计，应分析了解车辆的爬坡能力、排水要求。比如，纵坡坡度在0.3%以内时，会对纵向排水产生不利影响，所以应合理地进行边沟纵断面的设计工作。而在超出最大值的情况下，纵坡会让车辆的行驶速度下降到最低值，车辆的通行效果比较差。横坡通常可以分为超高处横坡、路拱处横坡。对于超高处横坡来说，设计最大值、最小值时，应综合分析考虑弯道内车辆离心力的控制，达到平衡性的要求。在路拱处横坡设计时，应满足排水性要求，适应当地的降雨量要求，避免出现路面积水严重的情况。合成坡度不单是路面水流的流水线，同时也是车辆在弯道行驶能否保证车辆安全通行的坡度。所以在设计的过程中除了应达到标准和规范外，还要结合多种坡度设计的最佳参数，达到通畅性、安全性的标准。

1.2 坡长

在公路路线纵断面设计时，坡长也是重要的数据信息，是重要的衡量指标，包括最大坡长、最小坡长。坡长应根据当地的地形条件确定，了解整个路线的性能指标参数，以得出最佳坡长参数值以及坡长组合形式。需要合理地布置坡长，不能使用长缓坡，也不能使用过陡的短坡，应保证车辆的上、下坡都达到安全性标准，通过有效地控制坡长，达到车辆行驶安全性的标准。

1.3 平均纵坡

在公路路线纵断面设计时，平均纵坡参数也是不容忽视的，对于公路车辆行驶安全性的影响最为直接。即使最大纵坡、坡长都已经达到要求，但是依然有部分路段的平均纵坡较大，车辆行驶时，容易发生发动机过热而引发爆缸，也会出现制动力失效的情况。如果不能消除这些问题，容易引发安全问题，危害人们的生命健康。因此，在公路路线纵断面设计时，应将平均纵坡控制在合理范围内，不超出规定的要求。

1.4 竖曲线半径

在公路路线纵断面设计时，竖曲线半径也是必不可少的部分，该指标容易被人们忽视。竖曲线在设计中，主要分为凸曲线和凹曲线的形式。在变坡点的位置上设置竖曲线，一方面使纵坡变化处的竖向离心力有了缓冲过渡，另一方面使变坡点处的视距良好。凸曲线半径的设计，应考虑到白天行车视距，而凹曲线半径的设计，则会影响夜间行车视距。如果竖曲线设计不能达到规定的标准要求，行车视距无法满足要求，会给公路交通的安全性带来负面影响。

2 公路路线纵断面设计的原则

设计人员在进行公路纵断面设计时，应严格落实经济性、环保性的要求，符合当地的实际情况。第一，经济性原则。在公路功能合格的条件下，应尽量减少流程，以达到降低成本的效果。为了使车辆通行达到安全性标准，应综合分析各方面需求。如果公路建设施工区域内的地质条件较差，在方案设计时，可以适当地增大路基的高度。在公路项目建设环节，应提高路基结构的强度性能，达到挖填平衡性的要求，在符合质量、性能的基础条件下，降低项目成本，实现经济效益的提升。第二，环保性原则。在公路项目建设施工前，设计人员应进入项目建设现场，了解自然环境，保护沿线区域内的自然生态环境。对现场进行详细勘探设计，了解工程的要求，满足项目现场建设的需要，并不断优化和改进，符合公路运行标准的要求，从而提高结构的性能。设计人员需要对车辆的特性进行分析，了解车辆的牵引性能，使公路项目的坡度设计达到科学性、合理性的要求。第三，符合当地环境需要。有很多在山区地带建设的公路项目，设计人员应对地貌条件有足够的了解，再确定最佳的纵断面设计方案。如果现场情况发生变化，需要及时做出改进和调整。为了确保车辆行驶更具安全性、稳定性，还要提高公路通行的平顺度，不能存在过大的起伏。

3 设计公路路线纵断面的方法

3.1 确定纵断面线性要素

3.1.1 坡长长度必须处于适宜范围内

在纵断面设计中，路线坡长需要合理设计，按照地质条件、地形环境确定。目前在我国的公路设计中，需要按照纵坡平缓、坡段更长的原则进行，以防止在公路路线设计环节出现起伏变化过于剧烈的情况。这种设计方案的应用有效地提升了公路通行的舒适度、安全性。此外，因为公路路线设计的影响因素较多，并不是单一要素的影响，所以必须从综合角度出发分析控制。将坡段长度控制在合理的范围内，如果坡段长度过长，项目建设成本较高。在坡长设计环节，变坡点的设计极为重要，避免设置在缓和曲线与直线交接部位上。

3.1.2 确定竖曲线的半径

竖曲线是公路路线的主要设计形式，包含凸形竖曲线和凹形竖曲线。应用凸形竖曲线，视距效果良好，而应用凹形竖曲线可以增大灯光照射的范围。竖曲线半径在直线段设计极为重要，必须达到规定标准和要求。如果半径无法满足要求，应将其合并为单曲线的形式，但是不能出现背曲线。在方案设计时，参数值要在现场调查分析后确定，消除不利因素的影响，提高路线设计水平。如果纵坡代数差相对较小，可以把该数值设定在2～3 倍左右。

3.2 纵断面线性组合设计的科学性

在纵断面线形组合设计方案中，确保视觉角度达到连续性的要求，从全面性角度出发分析，明确具体的纵断面线形组合与平曲线的关系。在纵坡坡度比较小且相对缓和的条件下，因为纵断面起伏变化较大，不会对车辆行驶造成不利影响，可以在视觉上使驾驶员产生连续性感受。所以在设计阶段，应尽量保持竖曲线和平曲线处于相对应状态。如果在实际设计中，无法达到设计要求，就需要在设计平曲线时增加2～3 个竖曲线的形式。此外，应用平曲线包住竖曲线，不设置过多的变坡点，路面也能够达到整体性的要求。

本研究在教学实验中制定了考核评价标准（见表3），对学生游泳能力进行评价同时还对安全自救能力、救助能力及基本救生常识进行考核评价，并将游泳技能表现与救助能力表现整合起来，为教师游泳教学提供教学内容参考、明确学生学习的目标，进一步完善学生游泳自救与救助技能评价标准，再将标准开发为目标和监控手段，有力地提升教学质量，促使更多学生掌握游泳生存自救及救助能力。

3.3 做好准备工作

3.3.1 正式设计前阶段

在设计方案中，先明确具体的设计比例，标注好设计里程以及标高参数，然后绘制出地面线。在上述工作结束后，在设计图纸中应填写相应的资料、数据和信息，达到使用的要求。此外，为了满足设计方案的要求，相关人员应该随时跟踪整理与归纳管理。

3.3.2 在图纸中标注好控制点

因为控制点包含的范围比较大，除了公路起点以及终点的位置之外，必须要覆盖整个公路路线的垭口、桥梁、涵洞等部位。如果在路线设计中，沿线路段的自然条件比较差，应明确具体的最小填土高度、最大挖深等参数，进而明确具体的洪水水位。在图纸中做好标记处理，随时掌握现场情况，对提升现场施工效果具有积极意义。

3.3.3 重视经济点设计位置

经济点是指在山区公路建设中，应结合具体的路基开挖平衡关系，确定最佳标高点位置，一般都会在公路横断面设计中选择确定。因为在平原地带进行公路建设施工，不需要考虑经济点的问题，所以在经济点设计中，要合理地确定坡度参数。在确定经济点设计位置时，应做好如下几个方面的工作：一是对于已经明确的坡度以及所选路线的坡度参数，如果两者数据基本符合，则可以立即开始设计；如果两者存在过大的差异，则应加强分析和研究，判断可能存在的问题，确定最佳坡度数据，以达到正常的使用标准。二是检测与审核路线最小、最大纵坡以及坡长参数是否达到技术标准，然后确定相应的平面线形以及纵断面线形组合形式是否符合要求。只有如此，才能使路线设计交叉点、接线位置上都达到科学性、合理性的要求。

3.4 确定控制标高，降低填土高度

3.4.1 合理规划通道的数量

在公路路线设计环节，加强路线分析，提高交通通行水平。因此，应合理规划车道数量，为社会的发展提供基础。从实际情况分析，在公路路线设计中，必须考虑到中心城区经济带动周边区域经济发展的功能，还要方便沿线群众的日常生活，促进相互交流与合作，推动经济社会的全面发展。在具体发展中，落实公路设计工作，必须遵循当地的发展需要，才能提高公路通行的质量和效率。基于此，在公路设计中，规划通道的数量，考虑到当地交通通行的实际情况，符合交通的要求。如果由于通道设计而造成纵断面填土高度增大的情况，设计人员应考虑到公路路线情况，合理做出调整，并根据需要建设桥梁、涵洞等设施，尽量减少填土高度，符合公路交通通行的需要。

3.4.2 科学选择支线上跨或下穿

在公路通道设计环节，应从下述两个方面出发分析：其一，分析周围地形条件，发挥出地形的优势，使路线设计更具合理性；其二，分析确定填土高度参数。根据上述分析，可以确定具体的上跨、下穿设计方案。如果在平原地带设计，则使用上跨方案，所以立交桥的建设比例较高。

3.4.3 通道设计需要满足净空标准

必须遵循从实际出发的基本原则，做到实事求是、因地制宜，结合现场具体情况确定合适的设计方案，并且保持公平、公正与客观。方案设计时，根据地方具体情况，确保设计方案具备科学性、合理性的要求。在通道设计环节，分析了解排水设施的具体情况，通常来说应超出原路面一定的高度，理论上不能因为降低填土高度而盲目下挖，防止对路基质量造成负面的影响，引发通道积水的情况。

4 公路路线纵断面设计的优化策略

4.1 设计缓和坡度

在公路纵断面设计环节，缓和坡度的设计尤为重要。在陡坡长度已经临近限制坡长的情况下，可以设计缓和坡度的形式，以缩短上坡、下坡的时间，控制在陡坡上的行驶速度，预防出现严重的危险性因素。从公路交通行驶安全性角度出发，缓和坡度可以让车辆持续下坡时调整行驶速度。缓和坡度在设计中，要从造价、工程量、地形等方面分析考虑。在有些工程中，理论上车辆加速应加长长度，所以在设计时应符合最小坡长的要求，尽量增大缓和坡长。设计人员综合分析缓和坡段的地势条件，符合自然地形条件变化要求。如果长度不能满足标准，应加强后坡的坡度控制，同时加大前坡坡度。在路线选择时，还要考虑到实际的情况，避免出现过大填方工程的情况。此外，分析平面线形的特点，把缓和坡段设计在平面线大半径或者平面直线上，使缓和坡段达到标准要求。

4.2 设计合成坡度

合成坡度主要是指路拱横坡与弯道超高横坡与路线纵坡的坡度，为流水线方向的形式。在平面曲线的设计中，并不是横坡方向，也不是纵坡方向，而是这两者的组合形式，以流水线方向为主要形式。在有些路线部位会存在冰冻、积雪等情况，合成坡度如果设计超过8%，在纵断面的设计环节，要分析工程量变化的情况，一般都会控制在8%以内，利用合成坡度的形式来缓和坡道弯度。如果在设计环节，应用最大合成坡度，在横坡或者纵坡一方达到最大值时，另外一方则要控制在2%以内。也就是说，在合成坡度设计时，可以将其布置在坡度超过8%的部分，再根据需要调整横坡与纵坡，选择合适的组合形式，以达到设计标准。

4.3 缓解地形影响

有些公路在线形设计中，纵断面的设计应考虑到工程资金量、原公路技术等级等因素，所以在确定设计方案时，应防止存在多填沟、挖山等情况，不能进行平面线形的优化设计。因此，在方案设计中，不能利用平面加长里程的方式来缓解连续坡长。有些路段位于山区地带，并且公路在山区的长度较长，则可以根据山体走向变化来确定纵断面设计方案。因此，在高差大、地势起伏变化大的路段，一般可以采用排水效果较好的倒坡形式。如果有不利于排水的路段，需要在现场设置涵洞的形式，以提升排水效果。也要注意，有些设计人员选择使用缓和坡长和最大纵坡极限长度交替的形式，虽然可以满足实际需要，但是驾驶人员通过时，会存在频繁换挡的情况，对于车辆行驶的安全性产生不利影响。

4.4 保持环境协调性

确定公路纵断面设计方案时，既要确保车辆通行的安全性，还要和周边自然环境保持协调性。比如，在山区公路的纵断面设计中，应考虑到公路和环境的融合性，还要遵循多样化的标准要求，避免驾驶人员出现驾驶疲劳的情况。分析确定路线的连续性、通畅性，在纵断面设计中，还要考虑到和自然环境的融合性，尽量不要损害当地的地质条件，保持自然风貌。在施工结束后，还要对公路周边进行绿化施工，恢复自然环境，达到美观性的同时，也能预防发生雨水严重冲刷。

5 结语

综上所述，在公路路线纵断面设计中，应综合分析各个方面的要素，才能提高设计水平。选择合适的纵断面设计形式，减少工程量，降低项目建设成本，提高公路行驶的安全性、舒适性，达到长期运营的标准，推动交通事业的全面发展。