公路工程线形设计常见问题和优化方法

摘要：简述公路线形设计方案的可行性、协调性等方面公路线形设计要求，分析缓和曲线的长度不能满足要求、公路超高渐变段位置欠优化、避免弯道半径不协调以及控制平面直线路段长度等方面路线设计中常见问题，阐述平面路段、交叉路段、公路纵断面等方面公路线形设计优化方法，指出线形相互组合、所有位置临界点、点间距离测定，对设计的影响等方面公路线形设计注意事项，为公路工程线形设计提供了技术支持。

关键词：公路工程；线形设计；优化方法；缓和曲线；夹直线

0" "引言

公路工程项目实施设计的阶段是一个很重要的环节，公路线形设计对整个工程的施工质量有很大的影响。在公路线形设计过程中，除了要考虑费用之外，还要保证线形的科学性和可行性，这样才能为公路工程项目的实施打下坚实的基础[1]。

1" "公路线形设计要求

1.1" "线形设计方案的可行性

线形设计方案的选择，对工程项目的成本有很大的影响，必须根据工程预算制定出科学合理的设计方案。在进行公路线形设计时，要充分考虑各个方面因素。具体包括以下几点：

一是要对施工场地的地形地貌进行调查，这样才能判断出哪些地方需要避开或者需要特别关注。二是要全面勘察施工区域的地质情况，使设计者更好地了解施工区域的地质构造和地基条件[2]。三是要了解施工区域对周边生态环境的潜在影响，若线形设计方案对周边生态环境可能产生一定影响，则需对二者的关系进行权衡。

1.2" 公路两旁景观的协调性

在 进行公路线形设计时，要充分考虑公路设计与周边景观的协调统一。例如部分盘山道在修建时，不仅能满足交通需求，而且还能与周围景观融为一体；有的公路设计路段的旁边有一条河流，在进行设计时不仅要考虑如何跨越这条河流，更重要的是考虑如何将公路的走向与河道的走向相结合，从而达到交通项目的修建与景观的平衡[3]。

1.3" "对线形设计方案进行评估

在公路线形设计方案制定完毕后，要运用多种技术方法，对公路线形设计方案进行评估，确保设计方案与实际要求相吻合，确保设计方案实施后能为交通便捷提供保障。为此，需要检验和评估线路的平衡性和路面接头的极差性。

2" "线形设计中常见问题分析

2.1" "缓和曲线的长度不能满足要求

公路工程设计中，平面线形主要有直线和曲线两种，而缓和曲线是介于直线和曲线之间的过渡曲线，在线形交叉设计中经常使用。缓和曲线设计中，若设计人员只以最小长度为参照，没有考虑线形、超高、宽高比等因素，极易导致线形设计不理想。

现阶段我国桥梁结构的设计规范规定，桥梁设计既要满足桥梁最小长度要求，又要考虑超高、加宽、渐变等因素，以达到规范规定要求。从当前的设计需求来看，当缓和曲线满足超高渐变断面需求时，其在制定设计方案时，会直接采用直、圆曲线。这不仅使公路线形不美观，还会对行车安全产生不利影响[4]。

2.2" "公路超高渐变段位置欠优化

在传统的结构设计中，渐变段一般设于缓和曲线上，这样整体线形不会有太大的变动。但是采用该方法对公路桥梁建设有一定的负面影响。例如，公路超高渐变区段设置在大桥中部，当从负坡向正坡转变时，其横向坡度也将随之改变。对此需要对渐变超高断面进行合理的设计，使其能够满足路面行车需求。在保证行车安全的前提下，应将渐变超高区段移至桥头，并在此路段逐步实现负坡向正坡的过渡。在设计过程中，必须采用简单、合理的线形，只有这样才能保证设计与施工的一致性，才能保证项目的质量与效率。

2.3" "弯道半径比例不合理

在线形初步设计阶段，要对各种因素进行全面分析，将每种路线的方案进行比较，并进行专业的技术论证。在此基础上提出一种以最少费用，最大经济效益，最合理技术指标，最少环境污染的设计方案，以保证公路交通的安全运行。在进行方案比较时，可发现各个方案均有优劣之处，对此应进行综合分析，取长补短形成最优方案，以达到最好的设计效果[5]。

在深化完善施工图设计过程中，更应结合地质条件、周边环境以及工程的实际需要，在初步设计基础上，采取平纵横相结合的方法，尽量避免产生弯道半径不协调问题。通常情况下，平曲线的半径比例应控制在1：1.5以下，以确保平面线形的一致性和协调性。按照这个半径比例设计完成的线形更合理、更科学，可避免由于设计原因造成车速衔接不合理而引发交通事故，从而公路行车更加安全可靠。

2.4" "控制平面直线路段长度难度大

在高速公路的平面线形组成中，直线与曲线占了很大比重，其中直线与曲线的过渡线段（简称“缓和曲线段”）在某些方面存在着相似之处。经过长期统计和研究发现，在公路平面设计中，直线是最合理的线形，其行车的安全度最高。但是目前很多公路工程修建在山区，地形地势起伏较大，保持直线线形的设计难度极大。因此在公路线形设计中，要因地制宜设计直线路段，且直线路段的长度不能过长，要在一定的范围内使用曲线及缓和曲线。

通过调研可知，目前国内高等级公路干线的直线路段大都超过6km，有的甚至超过10km。从实践经验来看，在一条很长的直线路段上行驶，驾驶员会感到枯燥、乘客会感到疲惫，其精神状态会变得涣散、反应会变慢。此时若遇到突发状况，很可能发生车祸。

另外，当驾驶员在长直路段上行驶到尽头时，其车速容易很高，突然驶入弯路时容易引发车祸。尤其是一些波状线形，无法保证行驶的连续性，会给公路交通安全带来一定的负面影响。

3" "公路线形设计优化方法

3.1" "平面路段线形设计优化方法

3.1.1" "选用适宜的设计方法

公路平面路段要根据不同的具体情况，合理选用不同的设计方法。可采用的设计方法有直线法和曲线法。在选用设计方法时，要结合当地的具体情况和地形条件进行评判。若公路工程处于平原地带，且施工环境能得到相应的保证，可选用直线法。若公路工程的周边地形比较复杂，且受多种因素影响，不能得到很好的控制，则应选用符合本地地形的曲线法。在实际应用中，往往因为地形复杂，需要将这两种设计方法相结合。

3.1.2" "从实际出发确定超高取值

高速公路特别是山地公路，确定其超高的取值非常重要。这项工作能否完成，直接关系公路所能承载的交通量和通行能力。一般来说，要根据当地的自然环境和地质条件来决定超高的取值，还应结合公路工程规划的交通流量和车速，以及平面路线圆弧半径，来确定具体的取值范围。

由于区域的地理情况不同，在决定超高值时所要注意的因素也会有不同的偏差。假如山区公路上行驶的车辆主要是公交车，超高取值应该很小；但是平原公路上的情况就有所不同。另外，高速公路的排水也应考虑在内。

3.1.3" "确定夹直线的最小长度

夹直线是指相邻两条缓和曲线端点之间的直线段。最小夹直线可分为最小同向夹直线和最小逆向夹直线两种。规范对设计最小同向夹直线的长度有较高要求，为符合相关规范要求，往往需要对公路进行扩建，由此对周边生态环境造成一定破坏。

对于最小逆向夹直线，实现起来比较容易，可采用缓和曲线的长度及园曲线的半径来达到这一目标。这一长度的设定对驾驶员很有益处，能充分利用周边的生态环境，使公路景观与周边环境融为一体。

3.2" "交叉路段线形设计优化方法

3.2.1" "立体交叉路段线形优化方法

分离式立交设计方案需要建立高架公路，基于此，必须对高架公路的施工质量进行控制，同时对高架公路长度及高架桥与通道的角度进行控制。就高架公路长度来说，其跨距应控制在3～20m之间，而桥与桥之间的夹角通常是70°。

在设计过程中，要充分发挥周边环境的优势，把桥的设计与园林融为一体。同时对上、下两座桥的位置进行合理设计。在高速公路周边有建筑的情况下，可在高速公路上设置隔离带。

3.2.2" "平面交叉路段线形优化方法

相关规范规定，高速公路不准采用平面交叉，一级公路可少量采用平面交叉，其他公路可采用平面交叉。平面交叉公路的设计，在通常情况下可分公路与公路交叉、公路与铁路交叉、公路与便道交叉等3种情况，均形成不同结构的平面交叉口。

平面交叉口容易发生交通堵塞和交通事故，因此正确设计平面交叉口十分重要。平面交叉口的设计要以满足交通需要、确保公路畅通为前提，为此需要考虑到当地的地理条件和最大的投资成本等情况。

3.3" "公路纵断面线形设计优化方法

3.3.1" "注重设计要点

设计要点包括以下3点：一是合理设计公路路线的中心线，二是在设计阶段就决定好中心线的高程。三是在进行施工图设计时，要充分考虑公路周边的地质、生态、通行需求、投资费用等具体情况。

3.3.2" "合理选择工艺参数

在选择工艺参数时，应将坡面、坡长等因素考虑在内。应该对局部有无可利用的纵坡进行分析，加以改造后形成路面基层。此外，竖向曲线半径、长度与视线间距等因素也是设计中必须考虑的问题。路线的半径和长度要根据视觉的需要确定。

4" "公路线形设计注意事项

4.1" "注意线形的相互组合

4.1.1" "注重两条曲线线形一致性

要考虑公路两条曲线之间的一致性。无论朝什么方向移动，都要保持平行或垂直的状态。假如其线形不一致，就会导致整条线路的不协调。在公路线形的3种设计方法中，最主要的就是确定公路纵断面上两条竖曲线相连贯的变坡点。

4.1.2" "控制斜坡位移点

斜坡位移点也就是曲线减重点，斜坡位移点应该是一个点。掌握好这个概念，将有助于确保公路设计的科学、合理。对于公路纵向线形来说，应尽可能避免多点连接，而应在其上设计一条与之相垂直的平面曲线。施行这样的设计，如果斜坡设有多个弯道，就可以用肉眼观察到前方路面。

4.1.3" "控制纵横曲线的坡度

公路纵、横曲线的坡度太大，将对行车安全产生不利影响。在交通运输中，特别是在冬天，很容易发生交通事故。公路纵、横曲线的坡度过大，还会给公路施工质量带来不利影响。一般来说，公路纵、横曲线的坡度均不能超过3%。

4.2" "与当地生态环境相结合

在进行公路线形设计时，要考虑施工现场的具体条件。比如，公路旁有一条河，就要将这条河的流向和宽度都考虑进去。可以根据河的流向和宽度，将整条公路的建设与当地的生态环境相结合，使公路的弯曲程度与河道的方向相一致。

在山区修建公路时，要保证公路的行车安全和驾驶员对前方路面的视线要求。要根据当地的地形特征设计山区公路，必须与当地的地势相适应，且要与山川、河流等保持一定距离。

4.3" "关注点间距离测定对设计的影响

要确保正确地利用曲线，结合施工现场的实际情况，对平面的位置进行相应的调整，并结合设计方案，使交叉间距减小或增大。以山区公路设计为例，若两个交点处的间距与两个圆曲线的切线长度之和相等，则不满足7：4：2的规定，应将其线形做成椭圆形。

无论线形是否对称，均可将弹性曲线的长短相结合进行线形设计。特别是山区公路线形设计，不仅要考虑总工程量，而且要考虑到当地的地形和生态环境。若两个圆的切线方向成反角度，则可直接耦合。在这种情形中，必须保证两点之间没有相对高度。若不增加宽度，则可由减少曲率半径来调整，通常定位调节范围应在10m以上。

5" "结束语

在公路工程项目设计过程中，要对立体交叉桥梁的线形进行优化，注意线形选择与周边景观的相协调，并与车速的设置相结合。要对公路线形设计中出现的问题进行及时处理，并对公路线形设计思路和公路工程施工工艺进行持续更新，对线形设计中所包含的参数进行合理调整，从而提高公路工程的设计质量。

参考文献

[1] 赵鑫.探析公路路线设计中的存在问题及控制要点[J].城

市建设理论研究（电子版），2018，（19）：141.DOI：10.19569/j.

cnki.cn119313/tu.201819125.

[2] 王喜刚.扩容高速公路公路线形拟合设计分析[J].工程建

设与设计，2019（10）：94-96．

[3] 张欢欢.关于高速公路路线设计中的相关问题分析[J].民

营科技，2016（2）：171．

[4] 董宝明.关于山区公路线形设计的几点思考[J].低碳世界，

2021，11（5）：245-246．

[5] 陈玮，叶伟华.关于公路路线设计与交通安全关系的分析

[J].交通节能与环保，2016，12（4）：56-59．