一级公路改扩建工程路线设计

侯振东

（安徽瑞成土木工程设计咨询有限公司，合肥 230088）

1 引言

为确保公路工程改扩建项目顺利完成，应完善路线设计，勘测施工现场的地质，收集足够的资料，对路线设计的要点展开研究，同时设计多种设计方案进行对比，最终根据项目实际需求选择最适宜的方案。

2 改扩建工程路线设计思路及原则

在改扩建工程中进行路线设计时，需遵循以下几点思路及原则：

1）开展公路改扩建项目的目的是提升道路的通行能力和服务水平，减小交通安全事故发生的可能性，优化道路设施建设，为来往车辆带来更优质的行驶体验。

2）应立足于科学发展观的角度进行设计，确保设计后的改扩建项目具有科学性、可行性，保证道路的畅通。为实现这一目标，设计人员在开始设计之前，应对项目拥堵路段进行勘测，提前做好机动车OD（交通起止调查）调查、交通量调查等工作，并从高速公路运营部门申请查阅来往车辆类型等数据资料，对路段的交通量进行分析、预测，以制订最贴合实际的设计方案。

3）对方案进行优化，最大程度控制施工成本[1]，首选占地较少的方案，以此避免占用过多的土地，实现保护耕地的目的[2]。

3 项目背景

本文选择柳州市鹿寨县一级公路改扩建项目作为研究对象进行分析。该一级公路全线长达652 km，于2008 年开始正式投入使用。整个线路周围地质条件非常复杂，既有道路分别设计了100 km/h、80 km/h 两种速度，道路宽度设计为24.5 m。随着当地社会经济的不断发展，既有道路难以承载日益增长的交通量，局部路段时常出现交通拥堵等问题，因此，对其进行改扩建非常有必要。

4 公路改扩建工程路线设计

4.1 改扩建工程路线数据收集

正式开始改扩建项目设计之前，需找出既有线路的施工图、竣工图等资料，将线路的平、纵、横坡导入Excel 软件中。借助纬地道路设计软件设计出项目文件，以便设计人员随时了解既有线路的各处高程、平纵面等情况，使用这一方法辅助设计的优势在于能够有效提升设计结果的精度，以便设计方案贴合项目现场实际需求。

4.2 改扩建方案比选和论证

1）制订改扩建方案时，需提前对既有道路的使用状况进行调查、勘测，计算道路目前承受的交通量，做好安全事故分析、规划，从环保的角度进行综合论证，以便选择最适合的路线改扩建方案，确定项目建设规模、标准，参照相关的标准判定如何改造既有线路。若既有线路局部地段的平面、纵断面难以达到设计规定的标准，此时应适当调整、修改改扩建方案，以便制订最适宜的方案。

2）对比分析不同的设计方案。本项目的施工目的是改扩建既有线路，针对项目实际情况，需要对两处局部线路方案进行设计，即设计人员需要对黄冕乡段、来宾市城区段进行设计。其中，前者地质条件相对复杂，设计时所需注意的内容较多，最终共计设计出了3 个方案，具体内容如下：（1）方案一：K线方案，要求直接在既有线路的两侧适当加宽，以达到改扩建的效果；（2）方案二：A+K 方案，即在右侧建设一条分离单向四车道A 线，并将左幅改建成单向四车道K 线；（3）方案三：B+K 方案，即在左侧建设一条分离单向四车道B 线，同时将右幅改建成单向四车道K 线。

上述3 个方案的优点、缺点如下：（1）方案一最大程度上保留了既有道路，但使用这一方法施工时，极有可能受到地形因素的限制，需设置大量的防护结构，从而严重影响了路基结构的稳定性；（2）方案二选择在右侧新建分离式路基，相较于方案一，更容易适应地形，且施工量相对较小，耗费的施工成本较少，对周围环境的破坏也较小；（3）方案三选择在左侧建设分离式路基，但由于左侧边坡高度较小，极易遭到洪水的影响，需做大量的防护施工，导致施工成本大大增加。综上所述，本项目最适宜使用方案二。

3）本项目可在既有道路周边建造一条全新的线路，以提升公路的交通负荷能力，新建道路的具体位置需结合现有道路网络密度、工程经济等因素来决定。对于来宾城区段（K574+300～K594+281）进行路线设计时，参照项目实际情况，共制订了两种方案，其一是改扩建旧路，其二是新建来宾绕城段。若项目最终决定按照改扩建方案进行施工，由于线路将影响当地的饮用水源保护区，且线路会直接穿越当地主城区，因此，施工过程中极易受到外界因素的干扰，阻碍了当地城市的未来发展。相较之下，使用第二种方法进行施工能够最大程度上减小对周围环境的影响，有利于保护饮用水资源、降低大气污染，可促进该城市的未来发展。因此，选用第二种方案更为合适。

4.3 改扩建平面设计

1）进行线路平面设计时，应先调绘航测1∶2 000 的三维地形图，即根据既有道路的施工图平纵横资料，借助纬地道路软件编制出路线数据项目文件，绘制出三维模型图。采取运行速度V85 的计算方法测算既有线路的行车安全，通过计算找出存在显著隐患的路段，将其作为本次改扩建施工的重中之重。对于既有线路中所有事故频发地、小半径危险弯道、视距不良路段，都需要立足于安全、经济、合理、环保等多个角度综合分析，以便制订出最适宜的改扩建方案。

2）通过对公路永福—黄冕段（K424+800～K431+150）段进行分析，发现该路段的两侧地形坡度较陡，难以对两侧进行拓宽，且项目中包含了大量的桥隧结构物，施工之前需要立足于安全性、经济性等多个角度进行分析研究，以便制订最适宜的施工方案。根据既有线路施工图可知，既有线路的设计速度设为80 km/h，路基宽度设计为24.5 m，最大纵坡可达4.490%。

根据JTG/T B05—2004《公路项目安全性评价指南》的规定，若道路路线的前后速度差在19～20 km/h，表明该线路的运行速度协调性较强。此外，考虑到既有线路的左侧临近洛清河，若继续向左拓宽道路，有可能导致部分路基沉入河内，施工难度极高，所得效果较差，整个路基的稳定性能不佳，需安设大量的防护结构，致使施工成本显著增加。

经勘测，该线路沿着河流分布，受到周围水文等因素的影响，无法直接对两端加宽扩建。基于此，本项目拟决定将既有线路当成左半幅路基，依照单层加宽分离路基的施工方法进行改扩建，采取右半幅路基新建分离式路基方法进行施工，能够保证施工过程中既有线路可以照常运行。相较于其他施工方案，右半幅分离式路基方案更贴合本项目实际情况，环保效益更强，项目施工费用更少，最终的施工效果更佳。

3）整个项目不同地段的修筑时间不同，因此，不同路段的坐标系、高程系均有所差异，拼接时将受到角度偏差的影响，为有效解决这一问题，应重新测量旧控制点的坐标，统一所有的坐标、高程，把整个线路的数据文件构建出来，以便施工过程中随时查阅。综合使用RTK、水准仪等设备来测量左、右两幅中央分隔带的坐标点位、硬路肩坐标点等内容，借助Autocad 软件完成连线，并使用纬地软件下的“智能布线”功能拟合出圆曲线。对K424+800～K431+150 段路线逐桩坐标与实测坐标点进行计算分析，重点控制桥梁隧道结构物，平面拟合偏差均在±5 cm 以内，其中，在±3 cm 以内的占84.35%，平面拟合精度较高。一般路基路段平面拟合偏差均在±15 cm 以内，其中，在±10 cm 以内的控制点占71.74%，圆曲线半径与旧路施工图圆曲线半径对比相差在±10 m 以内，通过采用以上方法拟合旧路平面线形精度高，拟合出的路线基本能保持原路设计的平面线形，降低了拼接设计难度和减少占用土地。

4.4 改扩建纵断面设计

1）严格按照现行标准、规范进行路基标高的改扩建设计。当对既有线路进行纵断面线形设计时，应结合既有线路的实际情况，依照不等填挖高度的纵断面设计方案的要求开展施工。借助Autoca 软件进行纵断面拟合设计，通过该软件绘制出左右两幅中央分隔带边缘实测点的高程线路，并在软件中标记出所有隧道、桥梁的具体点位，在既有线路高程的基础上进行调整，从而确定新的路面结构厚度线。通过对（K424+800～K431+150）路线设计高程、实测点坐标高程等展开计算研究，得出在桥梁隧道结构物重点控制路段的纵面拟合偏差均被控制在±3 cm 以内，其中，有86.3%被控制在了±2 cm 以内。结果显示，该设计方法非常适用于本项目，设计所得的道路纵断面偏差能够得到有效控制。

2）线路纵路面设计时，设计人员应提前查阅高速公路管理部门记录的养护资料，找出所有无法达到路基设计水位、地下水位标准的区域；凡出现平纵组合不良、部分桥梁结构遭受破坏等问题，必须立即对其弥补，以确保来往车辆的行车安全[3]。

3）勘测发现，项目内局部地区出现了缓和曲线内平坡（0.0%）路段或纵坡在0.3%以内的情况，此时应根据实际需求适当调整、优化纵坡结构，安设好排水设施，防止出现路面积水、路基病害等问题。

4.5 改扩建横断面设计

1）当对一级公路进行拼接改扩建时，若发现路基强度、稳定性等均不佳，需要根据施工现场的环境、原有线路的竣工图资料，查明实际地质状况后，再开始规划路线。若施工现场地质条件非常复杂，必要的时候，可同时加宽道路两侧。对于临时加宽的路段，施工人员应参照桥梁、路基、路面使用情况对路面横坡做好核查拟合工作[4]。若测量发现既有道路路面横坡和本次项目设计的横坡差在0.5%以内，应严格参照实际路拱坡度展开设计；若项目施工区域临近海边、雨水充足，需适当提升横坡值，防止出现路面积水。

2）开展路基拼接设计时，应通过地基处理和路基填筑两种方法有效控制新老路基之间的沉降差距。参照路基填高及旧路施工资料，本项目可借助注浆法处理常见的旧路路基病害问题，例如，路基沉陷、桥头下沉等。

5 结语

一级公路改扩建项目的难度极高，为保障整体项目的质量，必须根据项目实际情况提前做好路线设计工作。本文以柳州市鹿寨县一级公路工程作为研究案例，对不同的公路改扩建方案展开了详细的对比、论证，总结出了最适宜的路线设计思路，详细阐述了公路改扩建项目的设计方案、路线平、纵、横断面设计方案，望能为类似项目提供参考。