公路工程设计基本要点和注意事项分析

杨欢

（湖南省农林工业勘察设计研究总院，湖南 长沙 410007）

公路工程设计基本要点和注意事项分析

杨欢

（湖南省农林工业勘察设计研究总院，湖南 长沙 410007）

提出公路工程设计的三个基本点：路线规划、交通设计和节点工程设计，其中路线规划设计是最基础环节。论述了路线规划设计的原则、路线设计与节点工程的融合及平纵曲线组合设计方法；进一步分析了交通和节点工程的设计要点。期望充分利用公路工程对该路线下各区域经济发展的促进效应，并保证公路的运营安全和长期使用。

公路设计；路线规划；设计要点；注意事项；节点工程

0　引言

公路是国民经济发展的动脉，直接联系各区域的交通和经济，是实现各区域经济协同发展、物资资源共享和社会交流的基础设施保障。在公路工程的建设中，首要任务就是对公路进行合理规划和设计，使得公路的建设达到预期的社会和经济效益。

公路工程是涉及桥梁与隧道工程、道路工程和交通工程的多学科复杂体系，进行公路的设计也需要综合考虑上述节点工程的特征。一般而言，公路工程的设计包含路线规划设计、交通设计和桥梁、隧道和道路节点工程设计三大部分，其中路线规划设计是公路工程设计的基础。公路路线设计不仅需要考虑路线走廊带所联系的区域地带，还应根据地形、地质条件，并在对工程、水文地质、筑路材料、生态环境、自然景观等进行充分调查的基础上选择适宜的路线。在公路的路线规划设计过程中大型的桥梁及隧道节点工程也是公路路线设计中的主要控制点；而交通设计则应根据公路的功能、组成、环境及运营条件等设置，与公路的总体设计要求相互匹配，协调统一，以满足公路的安全管理与服务要求，并充分发挥公路的整体效益。

在我国路网体系逐渐完善的背景下，公路工程的设计愈加精细化，其考虑的因素也更加复杂。本文分别研究公路路线规划设计、交通设计、节点工程等设计基本要点和注意事项，论述公路设计的主导和附属因素，确定各部分的设计融合，以实现公路路网的精准设计与定位，推动我国交通运输体系的完善和经济的快速发展。

1　公路路线规划设计要点及注意事项

1.1公路路线规划设计原则

路线规划设计涉及土地征用、基础设施建设和环境的变动，需要基于国家经济可持续发展的先导原则，进行合理规划和设计。公路路线规划设计一般在满足下列原则的基础上进行定线：

（1）应该在进行深层次的地质勘察、环境调研的基础上设计路线，路线应避免突出地质问题的区域，防止因地质环境改造而显著增加工程设计难度和经济性。路线的规划分别通过区段比选和总体比选等方式，最终确定。

（2）公路工程路线应尽量配合农田的基础建设，尽可能少占用农田，并尽可能避免对高产地带和经济作物田的征用和破坏。

（3）公路路线应尽可能减少对路线走廊带环境的破坏，经过名胜古迹或风景园林等地时，应该协调好环境，对生态环境及人文环境做最大可能的保护。

（4）路线应充分考虑筑路材料来源、施工条件及其工程量、三材（钢筋、木材、水泥）用量、造价、工期、劳动力等情况。

（5）路线的设计确保后期建造的高效率，以及便于后期的管理与维护。

（6）线路选线在遵从路线的预定起始点的基础上，对可能的展线长度进行细致比选分析，选择合理的中间控制节点。根据地形地貌确定合理的定线方式。

1.2路线设计要点和注意事项

路线设计一方面要综合考虑路网所连接的桥梁、隧道和道路各节点工程的建造，另一方面路线设计本身需要满足交通行驶的安全性和便易性，综合而言，路线设计考虑如下要点：

（1）路线设计与桥梁、隧道和道路等节点工程的融合。公路工程的各个节点工程的运营要求不一致，但总体而言需与路线的总体布置相匹配。例如，桥梁结构的桥头引道与道路路线要保持良好的连续性和均衡度，隧道入口和出口与道路连接应平缓且视野开阔，关键道路工程的路线视野及总体走势与路线协调，这些都是确保节点工程与路线整体的融合性，否则极易引发安全事故或对结构形成损伤、破坏。

（2）平纵线形组合设计保证行车舒适与安全。公路事故多发的重要原因是线形组合设计不合理而诱发。例如，将长直线与陡坡组合、连续急转弯组合、长直线与小半径或长度过短的竖曲线的平纵面组合等，这些都显著增加车辆驾驶的危险性，容易滋生交通事故。

首先，平面线形的设计应综合应用直线、圆曲线和缓和曲线，在公路设计限值内尽量选择较大半径的圆曲线，圆曲线的最小半径见表1。但若圆曲线超过限值10 000 m则很容易给驾驶员形成错误的路线判断；在地形条件很好的区域，尽量选用直线铺设，但不宜采用长直线，若受地形条件或其他特殊情况限制而采用长直线时，应妥善处理好与曲线的连接问题，并结合沿线具体情况采取相应的技术措施。

表1　圆曲线最小半径

其次，纵曲线的设计应具有一定平顺性，不能出现过大的起伏，且不宜选用极限纵坡值，坡度的合理组合需要考虑车辆的驾驶性能，不同设计速度下竖曲线的最小长度和半径要求见表2，设计中应避免选用极限取值。最后，进行平纵线形组合设计时，应防止采用较长的平曲线包含较多的短曲线，确保长度很小的平曲线不与长度很小的竖曲线组合，总体而言保证视觉上线形的连续性。

1.3横断面设计

横断面的设计主要考虑公路的使用性能和交通要求，应根据交通量的预测进行道路车道数量的设计，确保在一定年限范围内的使用要求，防止因交通流量预测的不足而形成公路扩建要求，这样将极大增加工程投入。

现行的《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）中仅仅保留了对公路路基宽度的定义。取消了原规范中对路基宽度的规定。只规定公路路基横断面中各部分宽度，包括发挥各部分基本功能和行车安全性密切关联的“最小值”指标，以鼓励根据建设条件，因地制宜地布置横断面。故横断面设计中应主要强调以满足行车安全要求为前提，根据项目交通功能、各组成部分所具备功能、设计交通量以及沿线地形等建设和通行条件综合确定路基横断面总宽度。

表2　竖曲线半径及其最小长度

2　公路交通设计要点及注意事项

公路交通设计包含交通流体系的设计和交通设施的设计，交通流体系设计主要根据公路的预期使用特点，对交通流量、交通引流和扩散等进行设计，例如路线的汇合、路线的集散等问题；交通设施设计则包含路面标记、监控、收费、照明和通信等交通设施。

基于公路的运输要求，需要在总体路网的基础上通过引流和分流建立公路交通流设计，突出公路工程对沿线交通和经济发展的促进效应。在交通流量准确预测的基础上，明确各主干线路和支线路的道路通行要求，包含所需车道数量和所运营的车辆组成等，在明确上述设计要素的情况下才能保证节点工程的设计标准。

我国高速公路的建设大都采用收费标准，通过载重和车型的分类收费实现对公路建设的效益回报，并保证公路工程基础设施的运营安全。超载和重载问题在我国非常突出，多数基础设施结构因超载重载出现大量的结构损伤、破坏，甚至倒塌，因而需要合理设置交通设施（如监控、收费等），实现对交通参与体的合理收费，并根据道路的运营标准及要求，通过交通设施对不良运输车辆实行管制。同时，随着近年来国内外对交通设施的重视程度的不断加强，以人为本的设计思想越来越受到重视，纵观近几十年的发展，可以明显地看出整个交通行业在改善交通设施方面投入了前所未有的巨大人力和物力，交通设计的标准在持续不断地加强和补充，交通设计的建设规模与标准应根据公路网规划、公路功能、交通量及营运条件等综合论证确定。

3　桥梁、隧道和道路等节点工程设计要点及注意事项

在明确公路路线设计和交通设计的前提下，对桥梁、隧道和道路等节点工程的设计，则基本完成了公路工程结构的总体设计。

3.1桥梁与隧道工程

桥梁和隧道是公路工程的枢纽节点，其安全性对整个路网体系具有不可替代的作用。突发自然灾害引起的桥梁或隧道结构的破坏，往往是形成交通瘫痪的根源，且在短时间内很难快速解决，因而需要对公路工程的桥梁与隧道设计足够重视。桥梁和隧道结构都是跨越长障碍的构造体，桥梁采用上部跨越而隧道采用下部跨越。

桥梁工程的设计要点首先根据跨越长度、地质条件和设计荷载，选择适宜的桥梁结构形式，对于小跨径推荐梁式结构，对于超大跨越采用斜拉桥和悬索桥。桥梁结构的选择需要进行经济性能、安全性能和耐久性能等指标的比选，这些指标涵盖了桥梁的结构性能、施工建造工艺和长期运营特征。另外，还需要注意桥梁结构与公路路线总体的配合。

隧道工程的设计主要选择合理的跨越位置和方式，并通过对地质环境的详细勘察给出施工方法的可行性，在开展施工前进行详细的风险评估，确定工程开展的难度和注意事项。

3.2道路工程

道路工程的设计与隧道、桥梁工程显著不同，道路是整个公路工程中应用最为广泛的结构形式，它需要适应各种地质和地形条件的建设需求。道路工程设计的难点是路基路面的设计，路基设计应注意以下事项：

在确定路面边坡形式时，需要考虑自然边坡的高度、土质环境和施工方法，充分利用天然的稳定边坡和施工边坡作为路基设计、施工的基础。如图1所示是根据自然边坡的地质条件开挖形成的台阶状和折角状的路基形式。对于山区公路的建设，则往往面临高边坡或陡坡路基的设计，同样，在充分考察原有的边坡特点的情况下，充分利用稳定的边坡和相关施工方法，确定半挖半填的路基结构（见图2）。总之，道路的设计应该充分利用已有的良好地质状况，对于不利地质环境则采用加固设计方法，确定合理的路基形式。

图1　利用自然边坡开挖形成的道路路基形式

图2　常用的半挖半填的高边坡路基形式

路面设计应注意路面方案比选及结构层的组成与厚度。路面结构方案是根据交通量对路面强度的要求，按照《公路工程技术标准》（JTG B01—2014）、《公路沥青路面设计规范》（JTG D50—2006）、《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2011）的规定，结合沿线气候、水文、地形、地质、路基工程特点、筑路材料来源及供应量、施工条件等多方面实际情况，经过技术、经济比较后确定。沥青混凝土路面和水泥混凝土路面两种路面结构类型进行的比较，见表3。

表3　路面结构类型比较

4　结　语

公路工程是国民经济的命脉，在我国路网逐渐完善的形势下，需要对公路工程的设计更加精细化，充分利用公路工程促进该路线下各区域的经济协同发展、物资资源共享和社会交流。本文提出了公路工程设计的三个基本点：路线规划设计、交通设计和节点工程设计，其中路线规划设计是最基础环节。同时论述了路线规划设计的原则、路线设计与节点工程的融合及平纵曲线组合设计方法；进一步分析了交通和节点工程的设计要点。必须重视公路工程的设计质量，保证公路的安全营运，最大限度推进公路建设对社会和经济发展的带动效应。

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U412.36

B

1009-7716（2016）07-0049-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.014

2016-03-02

杨欢（1981-），男，湖南靖州人，工程师，从事路桥设计工作。