山区公路纵断面设计探讨

杨淮 陈云江

云南交通职业技术学院 云南 昆明 650221

云南省地处中华人民共和国西南边陲，属多山地区，其中山地约占84%，高原、丘陵约占10%。山岭区地形复杂，山高谷深，使得公路路线急弯、陡坡较多，线形较差；地质复杂，滑坡、碎落、泥石流等不良地质现象较多；水文条件复杂，河流曲折、水流急、比降大，云南的雨季集中在五月到八月，雨季来临，河流流速快、流量大，冲刷和破坏大；气候复杂，山区山高雾大，气温较低、昼夜温差大，空气稀薄，汽车的动力性能和安全性也受到影响。由于自然条件复杂，因而山区公路技术指标不高，路线布设时多以纵断面为主安排路线，如何做好纵断面设计，就成了山区公路设计的重要环节。

1 山区公路纵断面设计的原则

（1）根据公路等级、工程费用、经济效益、环保效益等因素，合理确定纵坡。

（2）纵坡设计应平顺、保持视觉连续性，与周围环境协调。

（3）纵坡设计应结合当地的地形、地质、水文、气候条件综合考虑，因地制宜，结合实际情况既满足标准、规范的设计要求，又保证路基稳定、管线有足够的覆盖厚度、防止洪水浸淹等要求。

（4）纵坡力求均匀，不宜采用最大纵坡，也不宜连续采用不同纵坡最大坡长值的陡坡间夹短距离缓坡的纵面线形。

（5）山区公路弃方处理比较困难，因而填挖平衡是纵坡设计的重要控制因素，尽量移挖作填以减少借方和弃方，减少土石方工程数量，节约土地，降低造价。

（6）尽量减少对生态环境的破坏。不宜为了片面追求高指标而造成大量的高填深挖，严重破坏公路和路域的生态环境[1]。

2 纵坡设计

2.1 满足坡度要求

在山岭区，路线纵坡直接影响到路线长度、使用质量、运输成本、工程造价。坡度大，则路线长度缩短、填挖工程量增加、构造物增多，汽车行驶缓慢，坡度小，则路线长度增加，汽车行驶速度提高。坡度过大，汽车为了克服坡度阻力，需用低速挡爬坡，会引起水箱开锅、行驶无力，下坡时需频繁制动，容易引起刹车片发热失效，坡度过小，则不利于排水，因而在进行纵坡设计时，要满足公路工程技术标准中的关于最大纵坡和最小纵坡的规定。纵坡起伏不宜太大、太频繁，设计时不要轻易采用极限值，只有当地形受限不得已时方可选用，一般而言，纵坡应尽量平缓一些，使驾乘人员有足够的安全感和舒适感，但对山区公路而言，因地形地质条件复杂，也不宜片面地追求高指标而造成填挖量过大、造价急剧上升。

2.2 满足坡长要求

坡长过大，连续上坡，会导致发动机过热影响机械效率，下坡则因制动次数增加影响行车安全，实践证明，长陡坡路段往往是事故多发地段，而且下坡方向的事故率远高于上坡方向，事故原因大多是由于载重汽车刹车失效。坡长过小，变坡点多，纵断面呈锯齿状，驾驶员需频繁换挡，不利于操纵，同时也严重影响驾乘人员舒适性。纵断面设计时，要熟悉标准，使坡长满足最大纵坡和最小纵坡的相关要求，如果陡坡长度达到坡长限制时，设置一段坡度不大于3%，长度不小于最小坡长的缓和坡段。缓坡宜长、陡坡宜短，两相邻变坡点间的坡长不宜太短。山区公路因受地形限制，陡坡较多，当连续陡坡由几个不同坡度值的坡段组合而成时，应按规定进行折算。某三级公路（V=40km/h），有三段连续陡坡，第一段坡度7%，坡长200m，第二段坡度6%，坡长250m，第三段坡段采用4%的坡度，其坡长不应超过[1-(200/500+250/700)]*1100=267.14m（500、700、1100是坡度分别为7%、6%、4%时的最大坡长值）。

2.3 满足平均纵坡的要求。

平均纵坡是衡量公路线形质量的重要指标之一。在长期的实践中发现，山区公路纵坡设计即使满足了上述关于坡度和坡长的指标，仍不能保证行车的安全，因此还需满足平均纵坡的相关要求。我国《公路工程技术标准[2]》规定：高速、一级公路的连续下坡路段，任意连续3公里平均纵坡不宜大于4%，二、三、四级公路，任意连续3公里平均纵坡不宜大于5.5%。

2.4 满足合成坡度的要求。

合成坡度是路线纵坡与横高横坡叠加的坡度，当平面圆曲线半径小于不设超高最小半径时，需设置单向超高横坡以抵消一部分离心力，该路段就需验算合成坡度，使其小于标准中规定的最大合成坡度，保证行车安全。为了保证路面排水通畅，合成坡度不宜小于0.5%。

3 竖曲线设计

在两个不同坡度相交的变坡点处，应设置竖曲线，目前我国采用二次抛物线作为竖曲线。竖曲线设计选择半径时，必须要满足竖曲线最小半径和最小长度的要求才可保证行车安全，地形条件允许时，以尽量选用大半径为宜。两个相邻的反向竖曲线间最好设置一段直线坡段，直线长度不小于设计速度的3s行程，当地形受限无法满足时，两反向竖曲线可直接连接。两个相邻的同向竖曲线间如直线长度过短，可合并为一个单曲线或复曲线。

4 平纵线形组合设计

公路线形由平、纵、横三维立体线形构成，纵断面设计时需要综合考虑平、纵组合与协调，不仅要满足汽车行驶的安全、舒适、经济，也要注重驾驶员的视觉、心理和生理方面的需求。好的线形组合设计能自然地诱导驾驶员的视线，并保持视觉的连续性。平纵组合设计的要求因不同公路等级、设计速度而异，设计速度高的公路应选用较高的技术指标；设计速度≥60km/h的公路，应注重平纵组合设计，做到线形连续、指标均衡、视觉良好；设计速度≤40km/h的公路，在保证安全行驶的前提下，力求做到各要素合理组合，避免或减轻不利的组合。设计速度越高，考虑的因素越全面，为驾乘人员提供更好的服务水平。

4.1 平曲线和竖曲线的组合

平曲线和竖曲线相互重合时，平曲线要稍长于竖曲线，就是平时俗称的“平包竖”。这种组合可以起到对驾驶员起到视线诱导的作用。但在山区公路中，由于受到地形的限制，一些路段不易做到，这时可容许平竖位置错开，但错开的位置应不大于1/4平曲线长，平曲线半径很大或纵坡坡度平缓时可不受此限制。

此外，平、竖曲线半径还应保持均衡。当一方若很平缓，另一方不能太小或变化过多，这样做浪费投资，线形也不美观。均衡不是指的大小相等。根据经验，平曲线半径不大于1000米时，竖曲线的半径为平曲线半径的10～20倍时便可达到这一要求。

4.2 平面直线与纵断面直线的组合

这路线形单调枯燥，驾驶员易疲劳，超速行驶、超车，为了改善单调的视觉，可增设视线诱导设施，搞好公路两侧的景观设计。

4.3 平曲线与直线坡段的组合

若平曲线半径适当，这种组合视觉效果较好，若因平曲线半径小于不设超高最小半径时，需设单向超高横坡，此时要验算合成纵坡，避免急弯与陡坡的组合。

4.4 平面直线与竖曲线的组合线形

调，司机行车到竖曲线位置时无法判断前方是左转、右转、还是直行，所以应尽量避免这种组合，若避免不了则注意采用大半径竖曲线以保证足够的视距。平面直线与凹形竖曲线的组合线形不再生硬呆板，视距条件好，地形允许时尽量采用大半径的凹形竖曲线以获取更好的行车条件[3]。

5 充分考虑自然条件

纵坡设计时，应结合公路沿线的地形、地质、地貌、气候、土壤、水文等自然条件进行综合考虑。挖方地段要考虑边沟排水（排水沟纵坡单独设计时除外）；沿河线要高出设计洪水频率计算水位0.5m以上；农田等地下水位高的地段要保证最小填土高度；长期地表积水路段应满足路基临界高度要求。

6 考虑工程经济

纵坡设计在满足指标的前提下，可行方案很多，设计人员应反复斟酌，多次试坡、调坡，力求高指标、低造价，不能为了节约费用使用低指标，也不能片面追求高指标而造成费用剧增。在进行山区公路纵坡设计时，宜力求使纵、横向填挖平衡，尽量不高填深挖，山区公路土薄石多，深挖路堑为了保证路基稳定性，需做支挡和防护工程，容易引发地质灾害，增加费用，高填路堤填方数量大、坡脚远、占地多，挡墙、护脚、砌石路基等支挡工程也会使造价明显上升，故而在纵坡设计时要充分考虑工程经济性，有意识地避免高填深挖、避开不良地质路段。

要搞好山区公路纵断面设计，不仅要求设计人员熟练掌握相关设计标准和规范，还需深入现场充分了解当地自然条件，综合考虑平面、纵断面 、横断面三者之间的协调和相互影响、制约，反复比较、多次调整，因地制宜，设计出与切合实际、指标较高、经济节约的公路。

[1]张维全.道路勘测设计 [M].北京:人民交通出版社,2017:91-128.

[2]JTG B01-2014.公路工程技术标准[S].北京:中国标准出版社,2014.

[3]JTG B20-2006.公路路线设计规范[S].北京:中国标准出版社,2006.