改扩建公路路线设计关键要素分析

朱晋超

华设设计集团股份有限公司 江苏省南京市 210014

随着国内交通运输业的发展，道路交通量持续增加，加之重载车辆问题、超载问题等问题频繁出现，极大增加了道路行车荷载，使得在服役道路已经无法满足道路交通行车需求。如果对它们进行推翻重建，那么会浪费宝贵的建设资源，此时如果可以结合当前在服役道路的运行情况，灵活地采用改造与拓宽等手段，这样可以进一步改善道路行车性能，保障道路行车安全与稳定。其中路线设计是决定整个改扩建道路建设成败的一个关键环节，加强其优化设计研讨显得尤为重要。

1 改扩建公路路线设计的意义

改扩建公路存在的根本原因是原有的公路路线设计已经不再满足新时期道路交通运输需求，或者原有公路在运营过程中面临着较多的路基病害与软基地质问题，整体的使用寿命大大缩减，并且会对后续道路行车稳定与安全带来不利影响。而路线设计是改扩建公路工程项目建设过程中一个非常重要的环节，其主要是建立在原有公路基础上，力求保障道路行车安全以及满足大众出现需求。通过有效的路线设计，可以最大程度降低改扩建项目对原有公路沿线周边区域既有居民的正常出现带来不利影响，保证可以从整体上优化改扩建公路路线，以此才能够为原有公路的改扩建项目建设提供更为明确、可靠的依据，避免因为路线设计不到位而直接影响了后续改扩建公路项目顺利建设。此外，路线设计的合理性也会对整个改扩建项目建设的成本投入产生极大影响，为了保障整个路线设计的成本，必须要注意结合改扩建工程项目建设实际情况来优化设计路线，力求最大程度借助线路优化设计来增加改扩建工程项目建设的经济效益。

2 改扩建公路路线设计的原则

2.1 因地制宜

在改扩建公路工程建设过程中，为了保障路线设计的质量，必须要首先本着因地制宜原则开展路线设计工作，具体就是要对公路所在地区现场路况与地域特色等实际情况，对路线方案进行优化设计，保证路线设计实效性。针对位于重丘山岭区域的公路改扩建项目建设而言，由于受到路基、隧道、桥梁以及施工和交通组织等众多方面因素影响而会对改扩建项目建设带来极大影响，这时候需要结合这些众多因素的分析结果来灵活地选择“单边加宽”（图1）这一路线设计方式；针对处于平原微丘区域的改扩建公路路线设计，则更加适宜采用“两侧拼接，局部分离”的路线设计原则开展设计工作。通过对原有公路情况进行认真调研，结合一体化路线设计理念，本着因地制宜原则来对原有公路本身的特征与优势进行充分保留的基础上科学设计路线方案。

图1 “单边加宽”改扩建公路

2.2 安全原则

在改扩建道路路线设计中，安全为首要也是需要重点关注的设计原则，既要对改扩建之后的道路行车安全进行保障，这就需要实际的公路路线设计中合理科学地设计符合设计规范和安全规定且切实可行的安全评价指标、内容及措施，保证严格执行控制路线设计的有效性。针对那些大挖大填、事故易发区域、河坝堤岸、沟堰池塘等影响较大的公路路段，在开展改扩建公路路线设计过程中要注意综合对比分析不同种路线设计方案，力求从中选择出最佳的路线优化设计方案，保证可以借此设计方式来最大程度保留及延续原有公路特征与优势，尤其是要借助路线设计来对原有公路设计中比较突出的问题，有效保障改扩建公路设计的安全性。比如，针对坡度和长度大，纵坡连续的道路路段，在改扩建项目设计过程中要注意及时开展运行速度检测工作，保证改扩建处理之后道路行车安全。

2.3 环保原则

在可持续发展理念下，无论是新建公路项目或者改扩建项目，都需要在整个设计工作中融入环境保护理念，即不能够只注重改扩建公路工程项目的品质，同样需要渗透环保理念。而环保原则在路线设计中的融入主要体现在要结合原有公路沿线的实际构筑物或建筑物等分布实际情况，保证路线设计可以同沿线周边生态环境保持良好的平衡性。比如，在设计路线中要对改扩建沿线路段的人文历史景观、资源、农田资源等等进行重点保护，避免因为改扩建工程项目的路线设计方案而对道路沿线生态环境造成破坏，如图2所示的公路路段在左侧部位处存在村落，此时在开展改扩建路线设计中就需要在右侧进行单侧拓宽，避免在左侧拓宽公路过程中影响沿线村落居民的正常生活。因此，在实际的路线设计中必须要对改扩建项目所在区域的当地环境进行认真调查，保证路线设计满足环保原则。

图2 某公路路段

2.4 整体原则

所谓的整体原则，是在对改扩建公路路线进行设计过程中利于宏观和整体层面，对一切可能影响路线的因素进行综合考虑。比如，要对沿线的水利、路网与城镇等多方面的规划进行综合考虑，保证改扩建公路路线设计可以同周边城乡规划发展保持良好的一致性。又或者，在对线路纵断面进行设计期间，要立足于整体视角来合理调整原有公路纵坡，保证可以将原有公路上面所存在的凹陷或凸起问题进行有效消除，避免相应路段出现积水问题，尤其是在乡村或小镇路段，要避免因为过大设计标高而直接影响了周边居民的正常出行。此外，整体性原则是除了考虑前期的设计与后续的通车使用外，还要注意保证路线合计可以便于后续道路运营维护及管理工作，如要保证路线进行优化设计后便于后续道路运营维护。

3 改扩建公路路线设计的关键要素

3.1 线形设计要点

作为改扩建公路线形设计的关键环节之一，线形设计的合理性会对整体线形设计方案产生极大影响，具体需要做好前期的改扩建公路项目调研工作，因为线形设计同道路行车安全具有紧密联系。通过前期设计调查研究工作，主要是要了解现阶段原有公路的实际运行情况以及各种关键的参数数据和存在的问题，如改扩建之前要充分了解原有公路的道路拥堵问题、事故频发路段问题等等。只有定性分析这些原有公路存在的问题，结合实地勘察工作结果以及原有道路设计图纸等方面数据，立足于源头视角来对线形设计合理性进行有效评估。此外，在对公路路线线形进行优化设计过程中，也要注意结合现阶段公路问题针对性制定有效的解决方案，保证可以最大程度提高解决这些问题的实效性，避免后续经过改扩建之后继续存在这些道路病害或问题。

3.2 平面线拟合设计要点

在整条公路路线设计中，平面线拟合设计是非常关键的设计环节之一，也是一种非常基本的路线表现形式。因为在道路车行车过程中，车辆主要侧重径向转动或平动这两种转动方式，这就需要拟合设计实践中要尽可能地规避大规模曲线变化问题的出现，否则会对后续道路行车安全带来不利影响。如果公路平面线涉及到较大变化幅度，那么在实际的道路行车中就很难及时调整行驶的方向，进而会因此而增加了道路行车中翻车或撞车等安全事故的概率。因此，在开展拟合设计过程中必须要基于原有构筑物这一设计基准物进行多段公路线路拟合。如果原有公路涉及到较多的曲线和圆弧，那么在路线设计中可以应用多元曲线彼此之间相互拟合这一设计思路，保证可以对线路设计精度进行有效控制。与此同时，为了进一步保障道路行车安全，在拟合设计中同样需要保障公路线路彼此衔接和过渡的稳定性。如果涉及到大圆弧路段，那么要详细考察该路段周边的沿线实际情况，之后针对性设计拟合方案，保证整体设计方案的可行性与安全性。

3.3 断面设计要点

对改扩建公路断面设计而言，主要涉及到横、纵两类断面，具体设计要点如下：

（1）纵断面设计。在纵断面设计中需要对多方面因素进行综合考虑，由于原有公路本身的横坡度同改扩建之后的公路存在一些差距，如果二者差距较小，那么在设计中可以借助中线控制方法来达到预定设计目标。如果二者伴有较大差距，那么要对道路一侧进行加宽，并且要对改扩建公路路线的中线标高进行测量。一般经过改扩建处理之后的道路路线坡度要长度要比原有公路更小，所以在对坡长选择中要尽可能地不采取最小坡长这种方式。与此同时，要将原有公路纵坡相应地确定为全新公路的路面基层，并且半径选择方面要比最小半径更大，具体最小半径值可以结合公路线路竖曲线半径、长度视距等关键参数及要求来进行合理确定。

（2）横断面设计。如果改扩建公路工程的线路设计中采取超高方案，那么相应横坡控制点可以选择明式构造物来保障整体路线设计安全，避免在雨季的时候路面出现积水；针对道路拼接路段，可以采取同原有公路路面相同的结合，并且在设计横断面中要注意对其横坡大小进行严格检查，同时还要同改扩建路段进行对比分析，如果二者差距不足±0.5%，那么不需要对横坡进行调整，反之如果二者差距超过±0.5%，那么要结合实际的路线设计情况来进行合理调整。

3.4 曲线设计要点

在整个路线设计中，曲线是另一个非常关键的设计内容，主要包括了圆曲线与缓和曲线，如图3所示。它们是保证道路行车过程中对两个不同线路进行有效衔接的过渡段，曲线设计合理性关系道路行车平稳与安全。

图3 圆曲线和缓和曲线构成简图

对各部分曲线设计的具体要点而言，主要表现如下：

（1）最小圆曲线半径进行合理确定。无论公路平面涉及到多大转角，都要对圆曲线进行合理设计，实际设计过程中要最大程度对原有路线进行利用，所以会涉及到比较小的圆曲线半径，但是该值也不适宜过小，否则在道路行车的时候会使驾驶者承受过大加速度。而最小圆曲线半径设计时只需要其满足改扩建公路项目相关设计规范中有关规定及要求即可。但是由于改扩建公路项目设计中涉及到比较多的受限因素，为了保证道路行车安全，还需要保障圆曲线半径值比设计时速条件下的极限值更小，如圆曲线半径大于9km，视线集中处在300～600m，那么所形成的视觉效果同直线效果基本保持一致。这就决定了该值同样不宜过大，一般不宜大于10km。

（2）缓和曲线设计。在设计缓和曲线期间，要对道路行车过程中车辆方向盘操作所需长度、离心加速度本身的变化率、行车视觉、线形美学以及超高缓率本身需要长度等进行综合考虑，保证可以经过综合考虑提高缓和曲线设计的合理性，这样才能保证最终设计方案的质量。通过对缓和曲线进行优化设计，可以为道路驾驶人员平稳转弯提供更多的操作空间，避免因为过于生硬的路线连接，或者缓和曲线设计角度不足和长度不足而直接影响了道路行车的安全性。

（3）合理设计圆曲线和平曲线的长度。虽然现阶段公路线路设计规范中没有明确规定圆曲线的具体长度要求，但是实际设计中需要考虑道路行车安全性，一般其长度采取3s时间之内设计车速通过所需的距离，同时还要本着因地制宜的原则对其适宜性和合理性进行有效评估。而现有的道路线路设计规范要求平曲线设计中的最小长度大于2倍缓和曲线长度，所以在实际的设计过程中要综合考虑曲线设计中各段的设计要求规定，从保障道路行车安全出发来科学规划路线，力求更好提高整体路线设计质量。但是也要保证其设计长度不能够过长，否则会占用过大的占地面积，浪费过多建设资源。

4 结语

总之，改扩建公路路线设计直接关系现有公路能否继续服役以及它们最终的使用年限，加强路线优化设计具有非常重要的现实意义。在对其路线进行设计中，可以本着因地制宜、安全、环保和整体几个方面原则，切实做好线形、纵横断面、曲线等方面设计工作，尤其是要保证各个设计环节中的设计工作契合原有公路的实际条件的同时，符合道路线路设计规范及要求，从整体上对整个路线设计过程进行管控，这样才能全面提升路线设计质量。