公路工程縱斷面線形優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

趙迪

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)公路交通建設(shè)迎來(lái)了高峰期。公路線路縱斷面設(shè)計(jì)方案不僅影響到線路的工程投資，還影響未來(lái)的運(yùn)營(yíng)成本。為了實(shí)現(xiàn)公路交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，合理設(shè)置縱斷面線形方案，已成為公路縱斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究重點(diǎn)。為此，本文在全面掌握縱斷面線形設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，對(duì)公路工程縱斷面線形優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：縱斷面;設(shè)計(jì)原則;設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 公路工程縱斷面線形優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

對(duì)于公路行車來(lái)說(shuō)，公路坡度的大小直接影響到其行進(jìn)的速度與安全，而這一切這都取決于公路路線的縱斷面設(shè)計(jì)的好壞。所以，設(shè)計(jì)人員一定要本著實(shí)事求是的態(tài)度對(duì)公路線路的縱斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體來(lái)說(shuō)，公路線路縱斷面設(shè)計(jì)的主要原則包括以下幾點(diǎn)：

（1）縱斷面線形設(shè)計(jì)要因具體情況的不同而分別處理。所謂具體情況具體分析，縱斷面的線形設(shè)計(jì)同樣要根據(jù)整個(gè)工程沿線的地質(zhì)地形條件、水文氣候條件的差異而定，除此之外，還要充分考慮行車的速度，力求公路的縱坡大小、長(zhǎng)短及其他因素與整個(gè)工程安全相匹配，以具體情況為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)事求是，因時(shí)因地制宜，不做無(wú)用功。具體說(shuō)來(lái)，縱斷面設(shè)計(jì)要與周圍地形景觀相協(xié)調(diào)，避免駕駛員與乘客產(chǎn)生視覺(jué)及心理上的不適。

（2）縱斷面的縱坡設(shè)計(jì)一定要符合《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。設(shè)計(jì)人員要根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》來(lái)正確合理地確定路線的坡度問(wèn)題，最大縱坡、最小縱坡及最大和最小坡長(zhǎng)限制的設(shè)定都要依據(jù)實(shí)際情況科學(xué)設(shè)定。最大縱坡是公路路線縱斷面設(shè)計(jì)的重要控制指標(biāo)，也是直接與整個(gè)工程的工程造價(jià)掛鉤的一項(xiàng)指標(biāo)，這是因?yàn)楣房v坡度越大，相應(yīng)的工程路線就越短，這便導(dǎo)致工程數(shù)量也越來(lái)越少，工程造價(jià)也越來(lái)越低。

（3）公路路線縱斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意連續(xù)升坡路段的縱坡設(shè)計(jì)，要在其接近坡頂?shù)目v坡上采用緩坡。如果相鄰縱坡發(fā)生的變化較小時(shí)，要設(shè)計(jì)比其他豎曲線半徑大的半徑;為了保證行車安全，要避免設(shè)計(jì)變化急劇的豎曲線;此外，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行路線平縱面組合設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量使平縱面的配合合理，且能夠保證工程的順利完成及行車的安全與舒適。

2 公路工程縱斷面線形優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 縱坡

縱坡坡度與坡長(zhǎng)直接影響車輛上下坡時(shí)的車輛動(dòng)力狀態(tài)及駕駛員操作感受。據(jù)相關(guān)研究表明，隨著縱坡坡度的增大，交通事故率整體呈上升趨勢(shì)，且坡度越大，事故率增長(zhǎng)越快。在坡度由4%增至5%時(shí)以及7%增至8%時(shí)，交通事故率明顯升高，當(dāng)縱坡小于4%時(shí)事故率處于較低水平。因此，在地形平坦地區(qū)盡量將縱坡控制在4%以內(nèi)，在地形起伏較大的區(qū)域可將極端縱坡坡度放寬至7%。

同時(shí)，相關(guān)研究顯示，事故率與坡長(zhǎng)呈線性正比例相關(guān)，這是由于車輛在長(zhǎng)時(shí)間下坡過(guò)程中，駕駛員為控制車速會(huì)長(zhǎng)時(shí)間踩剎車，剎車片過(guò)熱容易引起制動(dòng)器故障，若對(duì)車速不進(jìn)行控制，則到達(dá)坡底時(shí)車輛將積累很高的動(dòng)能，導(dǎo)致車速高于正常行駛速度;在長(zhǎng)時(shí)間上坡過(guò)程中，由于重力分力的存在從而控制了車速，相對(duì)而言沒(méi)有下坡路段危險(xiǎn)。

2.2 豎曲線

豎曲線是指線路縱斷面上，以變坡點(diǎn)作為交點(diǎn)進(jìn)行相鄰坡段連接的曲線。凹、凸形為豎曲線的主要形式。一般以拋物線作為豎曲線，與圓曲線相比，拋物線在設(shè)計(jì)、計(jì)算等方面更為便利。將豎曲線設(shè)置到變坡位置，可實(shí)現(xiàn)線路平緩過(guò)渡，確保行車安全性。曲線最小半徑、最小長(zhǎng)度是豎曲線的主要設(shè)計(jì)要素，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)充分考慮其緩和沖擊力。在豎曲線上車輛行駛過(guò)程中會(huì)受到離心力作用，為降低安全行車影響度，可通過(guò)最小半徑控制法實(shí)現(xiàn)行車安全要求。

2.3 平縱線形組合

道路線形并不是單純的平面線形或縱斷面線形，而是兩者疊加合成的三維空間曲線，因此對(duì)于線形安全的分析不能停留在二維層面，最終要落腳于平縱線形組合。平縱組合對(duì)交通事故率有顯著影響，雙重不利線形組合將對(duì)交通安全造成威脅。

（1）當(dāng)小半徑平曲線和大縱坡同時(shí)出現(xiàn)，此段道路極易發(fā)生事故;當(dāng)縱坡很大但彎道緩和時(shí)，事故率降為最不利組合的一半左右;當(dāng)彎道為小半徑急轉(zhuǎn)彎但縱坡很小時(shí)，事故率降為最不利組合的三分之一左右。這意味著大縱坡相比于小半徑平曲線更不利于行車安全。

（2）小半徑曲線和大縱坡對(duì)交通安全的不利影響具有等效性，例如“平曲線半徑400～1 000m、縱坡2～3.99%”與“平曲線半徑>4 000m、縱坡4～5.99%”的事故率十分接近。因此，為在設(shè)計(jì)階段將預(yù)期事故率控制在某一水平以下，需根據(jù)工程實(shí)際與平縱不利線形的等效性進(jìn)行平面線形與縱斷面線形之間的平衡取舍，必須采用大縱坡時(shí)則需要增大平曲線半徑，必須采用小半徑平曲線時(shí)則需要減小縱坡坡度，從而在道路線形適應(yīng)地形條件的情況下保證道路交通安全。

（3）在平縱線形組合中要注意控制合成坡度的大小，即圓曲線與長(zhǎng)大縱坡相重合。由于位于圓曲線的超高段具有較大側(cè)向橫坡，與縱坡坡度合成后將導(dǎo)致合成坡度過(guò)大，車輛行駛穩(wěn)定性得不到保證。但這并不意味著合成坡度越小就越安全，還需要注意當(dāng)緩和曲線段與長(zhǎng)大縱坡相重合時(shí)，位于緩和曲線段的超高緩和段部分路段橫坡是否接近于0，若此時(shí)縱坡較小將導(dǎo)致合成坡度很小，不利于雨天排水;若縱坡較大會(huì)導(dǎo)致雨天水流匯聚于坡底路段，該路段排水不及時(shí)將可能成為行車危險(xiǎn)區(qū)域。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，公路是溝通不同區(qū)域、促進(jìn)彼此區(qū)域經(jīng)濟(jì)交流的紐帶，它為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以，在現(xiàn)階段我國(guó)的公路建設(shè)領(lǐng)域，公路線路的設(shè)計(jì)問(wèn)題顯得至關(guān)重要，其中路線的縱斷面作為公路的骨架，其設(shè)計(jì)就最為關(guān)鍵。公路線路是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的帶狀的構(gòu)造物，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)之前必須做好充足的準(zhǔn)備工作，除了要對(duì)其進(jìn)行合理規(guī)劃之外，還要認(rèn)真勘察線路沿線以及周圍的地形地質(zhì)條件、水文氣候條件等，收集好相關(guān)資料以備不時(shí)之需。只有綜合考慮各種影響因素，優(yōu)化縱斷面線形設(shè)計(jì)，才能設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)、合理、實(shí)用的路線，才能延長(zhǎng)公路工程使用壽命、縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本，實(shí)現(xiàn)公路建設(shè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最大化。

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