道路与桥梁路线设计研究

方凯

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330031）

0 引言

某路桥工程位于江西地区，是高速公路与省道之间的重要交通传输纽带，路线全长为9.6km，桩号起止为0K+000—9K+600。路线内包括2 座桥梁，路桥按照一级公路标准设计，公路宽度为33.2m，路拱横坡度为1.5%，路肩宽度为3m，道路为双向八车道，两座桥梁长度分别为602m 和394m，道路工程为沥青混凝土道路，与桥梁相一致。公路沿线地质多为粉质黏土，多岩石地质，部分地形较为平坦，但地下水含量较多，路线走向设计受到沿线地质、既有建筑等因素影响，需确保相关指标满足要求。路桥工程项目技术标准如表1 所示。

表1 路桥工程项目技术标准

1 路桥路线设计问题

1.1 直线、曲线搭配不均衡

直线、曲线搭配不均衡是路线设计问题的表现之一，工程项目处于平原地段，视野开阔，多使用直线设计方案。经过乡村、城市等区域后，周边既有建筑、地下管线数量较多，结合地形变化需要将直路线段转化为曲路线段，并在转换位置设计缓和曲线，实现车辆在行驶过程中的平稳过渡。在平面路线设计中，问题主要表现在两个方面，一是路段中设计直线比较长，虽然长期直路线设计能够降低成本，但也会使得驾驶人出现视觉疲劳，容易发生交通事故。二是设计曲线半径不合理，路线设计中的曲线半径过小会导致车辆在转弯时速度变化过大，并且容易引发交通事故[1]。

1.2 纵断面不合理

路桥工程路线设计中的纵断面包括上坡、下坡、连续坡等，尤其是在公路与桥梁的贴合处，复杂的坡度变化则可能会影响驾驶人员的体验，产生一系列的安全隐患。在纵断面内，由于上坡或者下坡坡度过大或者过小，会对驾驶员的视野和车辆的行驶稳定性产生负面影响，增加交通事故的风险。坡长的设计也会影响到驾驶的安全性，在上坡或者下坡时，驾驶人员为了保证行车稳定性，会通过踩刹车或者放松油门的方式控制车速，安全隐患也有所增加，道路路线坡度设计问题表现如图1 所示。

图1 道路路线坡度设计问题

1.3 缺乏地形适应性

在路桥工程路线设计中，地形适应性是指将道路或桥梁设计与周围地形特征协调的能力。地形起伏较大的区域，路线设计未考虑到行车安全，在坡度和曲线设计上，存在过大的坡度会导致车辆制动困难、失控和翻车等问题[2]。

1.4 视距安全不够

路线设计未考虑行车人员的变化，停车视距、安全交叉停车视距未能满足实际要求，出现视距偏小的问题，驾驶人在行驶期间速度过快，在盲区范围内容易与对向来车发生碰撞事故。

2 路桥路线设计要点把握

2.1 合理设置曲线半径

针对路线设计曲线半径不合理的问题，应从路线外形上进行控制。设计人员应全面分析公路、桥梁所处的空间位置，结合实际的地形情况，获取有关数据，确定公路路线设计的上限值，并根据交通量、车型等，做好选线设计工作，以避免出现直线长度、曲路线过长的问题[3]。在曲线半径设计上，基于设计速度标准，做好曲线半径一般值和极限值的路线配置和设计工作，具体曲线半径设计应满足要求，如表2 所示。

表2 路线曲线半径设计要求

表2中的一般曲线半径表示为较为平缓的曲线半径数值要求，但受地质条件、既有环境影响的情况下，可适当减少曲线半径参数，以极限曲线半径为标准。合理设置曲线半径，使得路线中直线、曲线等路线的长度能够满足要求，即可增强路线设计的安全性和合理性。在路桥路线设计上，根据不同的限速要求，进行公路平曲线最小长度的计算，具体公式如式（1）所示。

式中：L——平曲线的最小长度，m；R——曲率半径，m；H——限制速度。

通过计算得到的结果即为相应限速要求下的平曲线最小长度。需要注意的是，这些计算结果仅供参考，实际设计中还需结合实际情况、相关规范和标准进行具体设计和评估。

2.2 纵断面设计

纵断面设计受沿线地质结构影响，公路与桥梁的转接处的坡度也会受到桥梁长度影响。路线设计期间，通过适当延长桥梁长度的方式，以减少上坡和下坡的坡度。涉及地形坡度较大的地质，设计同向连续坡，以合理的坡度变化路径和坡度系数，确保路桥路线的安全性、科学性。坡度的长度、角度、连续坡长之间相互影响，共同作用影响路线内车辆行驶的安全性。因此，设计人员在坡度、坡长、相对高差的设计中，应结合实际情况，确保各参数之间的适应性，按照80km/h 的公路设计速度，具体设计标准详情如表3 所示。

表3 路桥工程坡度与坡长关系

基于上述标准，在路线纵断面设计中，应结合道路设计情况，合理设计坡度、坡长、相对高差等，以避免坡度过大或者过小对行车安全性造成的影响。

2.3 线型合理搭配

线型设计需要充分考虑交通流、安全性和流畅性等因素，依据国家和地区的相关标准和规范进行各个道路类型的合理搭配和连接。尤其是本项目设计中涉及匝道，对线型搭配设计提出了更高的要求。在路线设计方案中，尽可能避免道路与桥梁连接处出现突变的情况，确保连接的平滑线。在匝道线型设计中，设置充足的过渡区域，避免驾驶员需要突然调整速度和行驶方式所引发的危险。道路交叉口位置，以正交为主进行设计，或者设计标识，减少路线内盲区对行车的影响，路线盲区警示如图2 所示。

图2 路线盲区警示

2.4 地形适应性优化

地形起伏较大的区域，需要考虑合理的坡度和曲线设计，以确保车辆行驶的舒适性和安全性。在山区或易发生泥石流和滑坡的地区，设计人员需要考虑到自然灾害的影响，采取相应的防护措施，如设置挡土墙、排水系统等，以保护道路或桥梁免受损坏。在低洼地区或有高地下水位的区域，设计人员需要对地下水位进行准确测量，并考虑其对路桥结构的影响。合理处理地下水排水和防水措施是确保道路或桥梁稳定性的关键[4]。在存在岩石和土壤稳定性问题的地区，需要进行详细的地质勘察和工程地质分析，确保路桥结构的稳定性和安全性，采取加固或改造措施，如岩体爆破、挡墙设置等，以确保路线安全稳定。

2.5 视距设计要点

视距设计通过调整路线的长度、转弯半径等实现，通过各路线段内道路两侧的环境，考虑树木等对视线的遮挡，适当调整路线角度，设置路线坡度及半径。基于安全性考虑，路线设计中应确保交叉停车的视距满足要求，如表4 所示。

表4 公路视距设计要求

3 路桥路线设计优化方法

3.1 数字模型构建

由于整个路桥工程的路线具有复杂性，考虑到每个阶段、每个节点的具体路线参数存在差异，建立数字形象模型，应用Open Roads 软件模拟整个路段内的实际情况，建立路线的不规则数据分布点，进行模型的创建。模型创建基于地质勘察结果，应用过滤器组，进行高程信息的标记，识别路线中的高程点和等线高，完成地形三角网的编辑和剪切，控制数据误差在可控范围内，道路路线模型如图3 所示。

图3 道路路线模型（局部）

在模型构建过程中，收集和整理有关区域的地理、地质、土壤、地貌等相关数据。对这些数据进行分析，了解地质条件、周边道路网络情况、车流量分布等。利用地形数据进行地形分析，包括划定谷口、山脉、河流等地形特征，并确定最佳走廊。将设计模型与实地情况进行对比验证，通过勘测和实测数据对模型进行校正和调整，确保设计方案的可行性。路桥路线设计模型应结合当地的相关法规和规范进行设计，并经过工程师和专业团队的多学科协作和复审，确保设计结果满足安全、经济和可行性要求。

3.2 平面路线优化设计

基于模型进行路桥路线段内的平面设计优化，模拟道路中心线和水平线的设计方案，使用交点法进行连续单元的路线模拟绘制，完成路桥工程的完整路线设计。本次设计使用交点法进行优化，根据地质条件、环境、安全指标等，同时设计多个路线方案，经过经济可行性、技术可行性、安全可行性的综合分析，得到最优方案。平面路线设计严格按照《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）文件要求，将起止点、坐标点、地形结合，确定平面内合适的曲线半径及曲线长度，自动生成平滑的道路中线，生成路线坐标。利用模型进行平面设计，有效解决了不同性质道路之间的路线衔接问题，且确保曲线半径等相关参数满足要求。

3.3 纵断面路线优化设计

纵断面设计激活模型后，提取地面线数据，确定圆曲线和缓和曲线的位置。模型结合地质情况，设计纵断面数据，确保挖填均衡性，在多个纵断面方案中进行比选，选择最适宜的路线纵断面设计方案。其中包括纵断面的长度数据、大小数据、竖曲线半径数据，设计期间共计生成变坡点数量18 个，根据桩号、高程等，完成线型的设计，确保直线长度、坡度、竖曲线、凹形竖曲线等满足安全性的要求[5]。

3.4 横断面路线优化设计

横断面设计主要针对道路中的廊道，包括中间带、路基、分隔带、路缘带、路肩等。依据模型，将道路廊道内各组成的元件进行组合、拼接，确定路基、路面的横坡、宽度、材质、厚度等，完成基础模板的设计。随后，设计人员通过添加约束条件，定义特征后，完成道路标线的设计，并在存在多种横断面的情况下，设置渐变加宽，控制模板偏移，随后进行路基、路面、挖方量、土方量的计算和评估，完成横断面的三维视图设计工作。

4 结语

道路与桥梁路线设计问题主要表现在道路的纵断面、横断面、平面上，结合路桥路线设计问题，坡度、线形指标、视距等是需要重点考虑的内容。在路线设计过程中，应做好路线的线型设计、断面设计等工作，并建立道路路线数字模型，实现综合路线科学优化，制定最佳、最合理的路线方案，以确保路线设计的经济性、科学性、安全性。