公路工程纵断面线形优化设计研究

赵迪

摘 要：近年来，我国公路交通建设迎来了高峰期。公路线路纵断面设计方案不仅影响到线路的工程投资，还影响未来的运营成本。为了实现公路交通系统的可持续发展，合理设置纵断面线形方案，已成为公路纵断面优化设计的研究重点。为此，本文在全面掌握纵断面线形设计原则的基础上，对公路工程纵断面线形优化设计要点进行了分析与探讨。

关键词：纵断面;设计原则;设计要点

1 公路工程纵断面线形优化设计原则

对于公路行车来说，公路坡度的大小直接影响到其行进的速度与安全，而这一切这都取决于公路路线的纵断面设计的好坏。所以，设计人员一定要本着实事求是的态度对公路线路的纵断面进行设计，具体来说，公路线路纵断面设计的主要原则包括以下几点：

（1）纵断面线形设计要因具体情况的不同而分别处理。所谓具体情况具体分析，纵断面的线形设计同样要根据整个工程沿线的地质地形条件、水文气候条件的差异而定，除此之外，还要充分考虑行车的速度，力求公路的纵坡大小、长短及其他因素与整个工程安全相匹配，以具体情况为出发点，实事求是，因时因地制宜，不做无用功。具体说来，纵断面设计要与周围地形景观相协调，避免驾驶员与乘客产生视觉及心理上的不适。

（2）纵断面的纵坡设计一定要符合《公路工程技术标准》的规定。设计人员要根据《公路工程技术标准》来正确合理地确定路线的坡度问题，最大纵坡、最小纵坡及最大和最小坡长限制的设定都要依据实际情况科学设定。最大纵坡是公路路线纵断面设计的重要控制指标，也是直接与整个工程的工程造价挂钩的一项指标，这是因为公路纵坡度越大，相应的工程路线就越短，这便导致工程数量也越来越少，工程造价也越来越低。

（3）公路路线纵断面设计过程中要注意连续升坡路段的纵坡设计，要在其接近坡顶的纵坡上采用缓坡。如果相邻纵坡发生的变化较小时，要设计比其他竖曲线半径大的半径;为了保证行车安全，要避免设计变化急剧的竖曲线;此外，设计人员在进行路线平纵面组合设计时，要尽量使平纵面的配合合理，且能够保证工程的顺利完成及行车的安全与舒适。

2 公路工程纵断面线形优化设计要点

2.1 纵坡

纵坡坡度与坡长直接影响车辆上下坡时的车辆动力状态及驾驶员操作感受。据相关研究表明，随着纵坡坡度的增大，交通事故率整体呈上升趋势，且坡度越大，事故率增长越快。在坡度由4%增至5%时以及7%增至8%时，交通事故率明显升高，当纵坡小于4%时事故率处于较低水平。因此，在地形平坦地区尽量将纵坡控制在4%以内，在地形起伏较大的区域可将极端纵坡坡度放宽至7%。

同时，相关研究显示，事故率与坡长呈线性正比例相关，这是由于车辆在长时间下坡过程中，驾驶员为控制车速会长时间踩刹车，刹车片过热容易引起制动器故障，若对车速不进行控制，则到达坡底时车辆将积累很高的动能，导致车速高于正常行驶速度;在长时间上坡过程中，由于重力分力的存在从而控制了车速，相对而言没有下坡路段危险。

2.2 竖曲线

竖曲线是指线路纵断面上，以变坡点作为交点进行相邻坡段连接的曲线。凹、凸形为竖曲线的主要形式。一般以抛物线作为竖曲线，与圆曲线相比，抛物线在设计、计算等方面更为便利。将竖曲线设置到变坡位置，可实现线路平缓过渡，确保行车安全性。曲线最小半径、最小长度是竖曲线的主要设计要素，在设计环节，应充分考虑其缓和冲击力。在竖曲线上车辆行驶过程中会受到离心力作用，为降低安全行车影响度，可通过最小半径控制法实现行车安全要求。

2.3 平纵线形组合

道路线形并不是单纯的平面线形或纵断面线形，而是两者叠加合成的三维空间曲线，因此对于线形安全的分析不能停留在二维层面，最终要落脚于平纵线形组合。平纵组合对交通事故率有显著影响，双重不利线形组合将对交通安全造成威胁。

（1）当小半径平曲线和大纵坡同时出现，此段道路极易发生事故;当纵坡很大但弯道缓和时，事故率降为最不利组合的一半左右;当弯道为小半径急转弯但纵坡很小时，事故率降为最不利组合的三分之一左右。这意味着大纵坡相比于小半径平曲线更不利于行车安全。

（2）小半径曲线和大纵坡对交通安全的不利影响具有等效性，例如“平曲线半径400～1 000m、纵坡2～3.99%”与“平曲线半径>4 000m、纵坡4～5.99%”的事故率十分接近。因此，為在设计阶段将预期事故率控制在某一水平以下，需根据工程实际与平纵不利线形的等效性进行平面线形与纵断面线形之间的平衡取舍，必须采用大纵坡时则需要增大平曲线半径，必须采用小半径平曲线时则需要减小纵坡坡度，从而在道路线形适应地形条件的情况下保证道路交通安全。

（3）在平纵线形组合中要注意控制合成坡度的大小，即圆曲线与长大纵坡相重合。由于位于圆曲线的超高段具有较大侧向横坡，与纵坡坡度合成后将导致合成坡度过大，车辆行驶稳定性得不到保证。但这并不意味着合成坡度越小就越安全，还需要注意当缓和曲线段与长大纵坡相重合时，位于缓和曲线段的超高缓和段部分路段横坡是否接近于0，若此时纵坡较小将导致合成坡度很小，不利于雨天排水;若纵坡较大会导致雨天水流汇聚于坡底路段，该路段排水不及时将可能成为行车危险区域。

3 结束语

综上所述，公路是沟通不同区域、促进彼此区域经济交流的纽带，它为我国经济的发展奠定了坚实的基础。所以，在现阶段我国的公路建设领域，公路线路的设计问题显得至关重要，其中路线的纵断面作为公路的骨架，其设计就最为关键。公路线路是一个相当复杂的带状的构造物，对其进行设计之前必须做好充足的准备工作，除了要对其进行合理规划之外，还要认真勘察线路沿线以及周围的地形地质条件、水文气候条件等，收集好相关资料以备不时之需。只有综合考虑各种影响因素，优化纵断面线形设计，才能设计出经济、合理、实用的路线，才能延长公路工程使用寿命、缩短建设周期，降低建设成本，实现公路建设经济效益和社会效益最大化。

参考文献：

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