分離式路基設(shè)計(jì)方法

穆 凡

（江蘇高速公路工程養(yǎng)護(hù)有限公司，江蘇 淮安 223100）

公路路基設(shè)計(jì)是公路設(shè)計(jì)中一個(gè)重要組成部分，不僅要考慮路基的特點(diǎn)和要求，也應(yīng)考慮相關(guān)的工程需求[1]。當(dāng)下，分離式路基受到較多青睞，不僅是因其可以解決地勢(shì)復(fù)雜地區(qū)的高差問題，還因其降低了基坑開挖工程量，采用分離式路基是節(jié)約占地面積、減少投資的有效途經(jīng)[2]，是一種值得推廣的綠色環(huán)保施工工藝。

分離式路基由單向行駛的上、下行或左、右幅構(gòu)成，二者可有不同的平、縱斷面設(shè)計(jì)，相對(duì)獨(dú)立。根據(jù)路基方向的不同將其分為：（1）平面分離式路基，指把往復(fù)行車道分開，各行車道都有自身單獨(dú)的設(shè)計(jì)線；（2）縱面分離式路基，指往復(fù)行車道的設(shè)計(jì)中線相同，但縱斷面的高程不同的路基形式[3-4]。

1 縱橫斷面測(cè)量

公路測(cè)量工作一般包括選線、中線測(cè)量、斷面測(cè)量、路基土石方量計(jì)算等工作。斷面測(cè)量為施工設(shè)計(jì)提供更詳細(xì)的公路空間地理信息。縱、橫斷面測(cè)量銜接了公路的勘測(cè)設(shè)計(jì)、規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行管理各個(gè)階段，選擇恰當(dāng)?shù)挠^測(cè)方法，遵循測(cè)量技術(shù)要求規(guī)范，量測(cè)出中線各里程樁和垂直于中線上特征點(diǎn)的地面高程，用于對(duì)地面實(shí)施平整。

傳統(tǒng)縱斷面測(cè)量，將水準(zhǔn)儀安置好，較短測(cè)段地區(qū)，觀測(cè)精度好，效率高；如圖1所示，將水準(zhǔn)儀安置在測(cè)站1，后視BM1、前視TPI，測(cè)量BM1與TPI各中樁的高程，然后，將儀器測(cè)站2，后視TPI、前視TP2，然后測(cè)TPI和TP2中各中心的高程，重復(fù)工作，將路線測(cè)到BM2上，可測(cè)得整個(gè)測(cè)段的高程，每一測(cè)站的計(jì)算按下式進(jìn)行：

圖1 水準(zhǔn)儀縱斷面測(cè)量

對(duì)于橫斷面測(cè)量，首先要能標(biāo)定橫斷面方向，然后進(jìn)行橫斷面觀測(cè)。當(dāng)中心點(diǎn)位于直線段上時(shí)，如圖2所示應(yīng)用方向架，將桿頭立在中線上A點(diǎn)，將2-2'方向和中線方向處于平行方向，則1-1'所標(biāo)定的就是線路橫斷面方向。

圖2 橫斷面方向標(biāo)定

如圖3所示，選用全站儀對(duì)邊測(cè)量模式進(jìn)行橫斷面數(shù)據(jù)采集時(shí)，選擇橫斷面測(cè)量的（A-B，A-C）對(duì)邊測(cè)量類型，照準(zhǔn)一條橫斷面中心點(diǎn)A上的棱鏡，測(cè)量得到全站儀至中心點(diǎn)A之間的平距HD，照準(zhǔn)立于橫斷面特征點(diǎn)B上的棱鏡，測(cè)量得到全站儀至特征點(diǎn)B之間的平距HD，通過設(shè)置鍵，進(jìn)行中心點(diǎn)A與特征點(diǎn)B平距和高差測(cè)量[5]，同法，依次測(cè)出中心A與其他特征點(diǎn)的平距和高差。根據(jù)縱斷面選取的里程樁樁位進(jìn)行橫斷面數(shù)據(jù)測(cè)量采集，以保證橫斷面的采集點(diǎn)點(diǎn)位信息與縱斷面上選取的里程樁位置能大致對(duì)應(yīng)。

圖3 橫斷面測(cè)量

隨著電子測(cè)量儀器飛速發(fā)展，能夠快速方便地采集到地形特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)，在繪圖軟件的幫助下，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速地處理繪圖，輸出測(cè)量成果，部分傳統(tǒng)斷面測(cè)量工作將逐漸被替代，依托現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)和儀器設(shè)備，優(yōu)化斷面數(shù)據(jù)采集測(cè)量工作，為后續(xù)設(shè)計(jì)提供可靠測(cè)量數(shù)據(jù)。例如，GPS-RTK測(cè)量范圍廣、使用靈活等，網(wǎng)絡(luò)RTK采集的數(shù)據(jù)是采集點(diǎn)的三維坐標(biāo)信息，可以直接傳輸?shù)接?jì)算機(jī)繪圖軟件中直接使用，不用進(jìn)行繁瑣的數(shù)據(jù)錄入工作過程，減少內(nèi)業(yè)可能會(huì)出現(xiàn)的人為錯(cuò)誤，高度集成化的操作系統(tǒng)，隨著網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)的發(fā)展日益成熟，可滿足縱橫斷面采集的要求。

2 分離式路基設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

線路設(shè)計(jì)中要做好調(diào)查研究的準(zhǔn)備，根據(jù)帶狀地形圖從選區(qū)到大致路線范圍帶、從大致路線范圍帶到確定線路，通過對(duì)比不同的路線方案，選擇最佳路線。在高速公路的修建中，若受到地形、地物的限制，在分離式路基設(shè)計(jì)時(shí)著重處理新建與改建、局部與整體、近期與遠(yuǎn)期等關(guān)系。平、縱、橫設(shè)計(jì)與功能、環(huán)境等保持協(xié)調(diào)[6]。因分離式路基寬度同整體式路基寬度各異，為確保行車道順接，過渡段設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)合理選擇漸變率和漸變方式[7]。重點(diǎn)做好路基分幅、合幅過渡的三角區(qū)域的防護(hù)和排水，以確保路基使用安全，不留隱患。在縱斷面設(shè)計(jì)中考慮整體上路基分幅、合幅點(diǎn)處縱向平順銜接。且左右路幅的分幅點(diǎn)、合幅點(diǎn)的標(biāo)高應(yīng)與整體式路基設(shè)計(jì)標(biāo)高一致[8]。同時(shí)，在長大縱坡路段設(shè)計(jì)中，對(duì)于超高值設(shè)置應(yīng)確保上坡一幅路的大于下坡一幅路。

3 平面設(shè)計(jì)

平面設(shè)計(jì)是公路線形設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容之一，要保持三維空間線的連續(xù)、協(xié)調(diào)和舒順。將當(dāng)?shù)氐牡匦?、地貌、地物以及?dāng)?shù)丨h(huán)境、人文、政府要求等其他因素與道路的直線、曲線的要求，計(jì)算方法結(jié)合在一起，推算出各段的直線長度，圓曲線長度以及緩和曲線的長度等。在地形圖上定出直線、曲線、交點(diǎn)的位置，具體包括：直線的長度；圓曲線的長度、半徑、外矩；緩和曲線的長度、半徑、參數(shù)、切線長等。這些做完就已經(jīng)可以完成主線平面設(shè)計(jì)。無論是分離式路基的整合還是整體式路基的分離，當(dāng)偏移量在車道中不可避免出現(xiàn)時(shí)，注意在彎道中留出過渡路段，盡可能在回旋線范圍內(nèi)，長度和回旋線保持一致。若因外界因素限制，其漸變率需設(shè)在0.01內(nèi)[2]。部分特殊路段采用分離式路基，應(yīng)逐漸向整體式路基靠近[4]。

4 縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面線形設(shè)計(jì)主要通過結(jié)合當(dāng)?shù)氐囊?guī)劃、地勢(shì)、地形，考慮公路的性質(zhì)以及等級(jí)等條件，確定出最主要的直線與豎曲線作為主要設(shè)計(jì)內(nèi)容，縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：重視當(dāng)?shù)氐牡匦握{(diào)查情況，按照相關(guān)道路指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)；滿足城市規(guī)劃控制標(biāo)高要求；應(yīng)滿足防洪、排水以及凈空的要求；施工中關(guān)注分離式路基的分幅點(diǎn)、合幅點(diǎn)的標(biāo)高與整體式路基設(shè)計(jì)標(biāo)高保持一致性，以確保路基的銜接。若以此選作分離式路基設(shè)計(jì)線的標(biāo)高位置通過把標(biāo)高位置設(shè)置在其他位置時(shí)與整體式路基縱斷面設(shè)計(jì)線設(shè)計(jì)標(biāo)高之間的換算，以便降低工程量[9]；此外，還應(yīng)注意讓分離式路基的縱坡與整體式路基的縱坡設(shè)置一致性，有分幅、合幅處的設(shè)計(jì)縱坡，對(duì)于分幅中間段的縱斷面設(shè)計(jì)應(yīng)避免左右幅高差過大，引起邊坡坡率過陡。

5 橫斷面設(shè)計(jì)

通常分離式路基應(yīng)用于高速公路中，其斷面根據(jù)沿線當(dāng)?shù)刈匀粭l件、工程地質(zhì)條件等進(jìn)行設(shè)計(jì)。分離式路基施工項(xiàng)目在分幅、合幅處還存在一定施工缺陷，其不同樁號(hào)之間同步作業(yè)[9]，分幅與合幅二者的樁號(hào)是同步的，意味著分離式路基中左右兩幅并未真正分開，因?yàn)榇藭r(shí)縱斷面上依然為同一坡度，所以可把該斷面看成一整體，參考大斷面的標(biāo)準(zhǔn)和要求對(duì)其進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)；等左、右幅的路基徹底分開后，即為兩個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，需要分別進(jìn)行橫斷面設(shè)計(jì)，注意二者的對(duì)應(yīng)關(guān)系[2]。應(yīng)用緯地三維道路CAD設(shè)計(jì)軟件完成平面線形設(shè)計(jì)、縱斷面拉坡設(shè)計(jì)，找到不同幅之間的平距與高差，進(jìn)而表示出分離式路基的位置。如圖4和圖5所示分別是路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖和分離式路基。

圖4 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖 （單位：cm）

圖5 分離式路基 （單位：cm）

6 路基設(shè)計(jì)

水對(duì)路基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性有重要影響，造成路基病害的原因有多種，其中水的影響不可或缺。因而路基排水設(shè)計(jì)是路基設(shè)計(jì)中重要組成部分[10]，其主要目的是保證路基穩(wěn)定性時(shí)，有效去除地面水和地下水，保證路基表面干燥狀態(tài)[11]。將分離式路基中間地帶的地面修筑成碟形曲線地面，在曲線最低處設(shè)置縱向暗邊溝以排除左右兩路基間的回水。若左右線間無高差，暗邊溝設(shè)在中間，反之，設(shè)在較低的路基處[12]。

緯地道路設(shè)計(jì)軟件在路基設(shè)計(jì)中，主要需要完成的是：計(jì)算縱斷面中每個(gè)樁號(hào)的設(shè)計(jì)標(biāo)高、地面標(biāo)高以及路幅的設(shè)計(jì)高差和寬度的變化，計(jì)算結(jié)束會(huì)生成一個(gè)路基文件。這里要注意的是在路基設(shè)計(jì)完成前要查看前面應(yīng)有的設(shè)計(jì)是否已經(jīng)完成，比如設(shè)計(jì)向?qū)?，超高加寬的設(shè)置等。在施工現(xiàn)場(chǎng)路基因?yàn)榕潘男枰?，根?jù)圖紙要施做2%~4%的雙向橫坡。路基采用水泥穩(wěn)定土的粒料，具有一定的路拱度。使用GPS來測(cè)量路基的橫坡，手持移動(dòng)站在路的左右邊緣和中心分別放出點(diǎn)，每隔30 m一組，盡量選取整樁號(hào)，得到坐標(biāo)和高程驗(yàn)算出橫坡度。如果橫坡度不滿足設(shè)計(jì)要求，需及時(shí)調(diào)整攤鋪機(jī)幅度滿足橫坡排水要求。

7 結(jié)束語

公路建設(shè)對(duì)沿線環(huán)境將產(chǎn)生很大的影響，在公路設(shè)計(jì)中將全面執(zhí)行各項(xiàng)設(shè)計(jì)原則，通過精心的設(shè)計(jì)確保對(duì)環(huán)境的影響降到最低。采用分離式路基時(shí)，采用平、縱、橫設(shè)計(jì)合理，反復(fù)調(diào)整，使線性均衡、連貫，避免不利組合，在總體設(shè)計(jì)中貫徹各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，以提高設(shè)計(jì)的合理性與實(shí)用性。平面線形設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮沿線地形、地物、水文等條件，做到線位布設(shè)合理，運(yùn)用指標(biāo)適宜，且與自然環(huán)境相協(xié)調(diào)，合理的路基排水設(shè)計(jì)可以有效降低水流對(duì)路基的破壞，促進(jìn)路基藏水的降低和水流排出的加快。用緯地三維道路CAD交點(diǎn)法進(jìn)行平面線形設(shè)計(jì)，重視分離式路基與整體式路基之間的過渡，嚴(yán)格控制二者標(biāo)高的一致性[10]，設(shè)計(jì)中關(guān)于路基設(shè)計(jì)前，一定做好縱斷面拉坡設(shè)計(jì)，橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)要注意外業(yè)采集的斷面數(shù)據(jù)輸入與縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)錄入的高程、樁號(hào)的一致性，橫斷面輸入斷面數(shù)可少于縱斷面斷面數(shù)，但是錄入橫斷面數(shù)據(jù)樁號(hào)一定在縱斷面樁號(hào)中存在，平、縱、橫設(shè)計(jì)必須執(zhí)行國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有效實(shí)施，確保工程質(zhì)量[13]。