公路路线设计指标的灵活运用研究

沙声博

摘要 为了提升公路路线设计水平，文章总结了灵活设计公路路线指标的原则和流程，从交通量变化、地形条件变化、布线方式等方面分析了路线技术标准灵活选择方法。随后，将路线平纵指标进行分类，分析了直线长度、圆曲线半径、平曲线长度、视距、最大纵坡、坡长、竖曲线半径等强制性指标的灵活运用方法，研究成果可为公路路线设计提供理论指导。

关键词 公路；路线设计；灵活运用；技术标准；平纵指标

中图分类号 U412.3文献标识码 A文章编号 2096-8949（2023）14-0027-03

0 引言

随着我国经济的快速发展，公路工程作为重要的基础交通设施，其建设里程逐年增加。公路工程属于三维带状构造物，建设里程长达几十公里至数百公里。公路路线设计水平的高低，会直接影响工程建设造价、周边自然环境与社会环境及公路在运营期间的安全性和舒适性。在公路路线设计时，技术人员选择指标时往往将规范条文视作法律条文。但是，规范本身是不具备法律效应，只有当公路工程的各参建方（业主、设计、施工等单位）认同，才能作为法律仲裁的依据。这种做法不利于设计人员创造性地发挥和综合能力的提升，并阻碍新技术、新材料等的应用[1]。因此，进一步研究公路路线设计指标的灵活运用具有重要的工程意义。

1 灵活设计公路路线指标的原则和流程

1.1 灵活性设计原则

灵活性设计公路路线指标并不是创造一个新的标准或完全脱离规范，而是在不降低工程安全性的前提下，结合项目实际情况灵活选用路线指标，以促进公路工程的可持续发展。《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）中给出的路线指标是范围值，比如个别指标选择极限值仍会导致较高的工程造价或对环境有严重影响，可考虑突破极限值。但设计人员应清楚突破极限值可能带来的后果，并提出相应的措施。条件允许时，可组织专家对超标现象进行论证，判断设计方案是否可行。

公路路线指标在灵活性设计期间要避免两种倾向[2]：第一种倾向是认为标准越高越好。部分设计人员会生搬硬套规范，不考虑实际情况，选择较高的平、纵线形指标，这样会造成公路的征地拆迁规模过大、造价过高，严重破坏与外界环境的协调性；第二种倾向是随意突破规范中的标准。部分设计人员安全意识薄弱，路线综合比选能力较差，在没有充分论证可行性就随意突破规范，可能导致公路在运营期间交通事故频发，造成人员伤亡。

1.2 灵活性设计流程

公路路线指标的设计是层层推进、不断深化的过程，大致包括以下流程：工程可行性研究→设计文件审查和批复→初步设计→设计文件审查和批复→施工图设计→设计文件审查和批复。如果公路项目较复杂，需要在初步设计和施工图设计时直接增加一个技术设计[3]。

（1）工程可行性研究。工程可行性研究阶段是为了确定公路走廊带，即路线的起点、终点和关键控制点等。设计前要详细搜集相关资料，开展现场调查。在确定走廊带时可听取沿线行政主管部门的意见，但不宜盲目听从，否则会大幅度地降低走廊带方案的科学性。

（2）初步设计。初步设计阶段对多条路线方案进行综合比选，以明确路线各分部控制点，综合考虑路线长度、桥隧比、土石方工程量、占地面積、施工难度、征地拆迁规模等因素，基本确定路线指标。

（3）施工图设计。施工图阶段是结合专家审查意见及咨询单位意见对路线方案局部优化，并逐段检查路线平纵组合的协调性和安全性，实现经济、安全之间的平衡。

2 公路路线技术标准的灵活性

公路路线技术标准直接影响设计指标，尤其是大型公路项目，其建设里程长达几十公里至数百公里，需根据公路功能、交通量不同，选择合理的技术标准。根据相关研究成果，设计速度相同的路段可视为同一标准的路段。

高速公路最小设计路段宜≥15 km，一级、二级公路最小设计路段宜≥10 km，三级、四级公路的设计路段长度根据实际需求确定，且不同设计速度的路段应设置过渡段，平、纵线形指标逐渐过渡。公路等级或技术标准变化的分界点应尽量设置在视野开阔的路段，并设置醒目标志。公路路线技术标准的具体分段可考虑以下因素[4]。

2.1 交通量变化

交通量是选择公路技术标准的基础，直接影响公路设计速度和车道数，见表1。

由表1可知：在公路设计速度一定时，不同车道数所承担的交通量不同。不同设计速度、不同车道数所对应的交通量有一定重叠，使得公路技术标准选择具有较大灵活性。

2.2 地形条件变化

设计里程较长的公路会穿越不同地区，可根据地形条件的不同合理选择路线指标。在平原区，地势较平坦，公路选线影响因素大，路线平、纵指标可适当取大值；山岭地区的公路地形条件复杂，地势起伏大，路线设计指标可选用较低的标准。当平原区公路与山区公路连接时，需注意路线平、纵指标的平滑过渡。

2.3 布线方式

分离式路基是山区公路路线设计时常用的布线方式，通常采用平面分离的分离式路基，即左、右路幅完全分开，且每一幅的平、纵线形指标相互独立。左右幅路线的走向不同，其分担的交通量或所处的地形环境也不同，可以灵活选用技术标准。分离式路基的技术标准灵活运用体现在两个方面：一是技术标准完全不同；二是技术标准相同。

3 公路路线平、纵指标的灵活性

公路工程的平、纵线形指标相互协调，才能保证行车安全性和舒适性。路线方案在制定时，要遵循“安全、经济、可持续发展”的基本原则，基于《公路路线设计规范》（JTG D20—2017），灵活选择路线的平、纵线形指标。

3.1 路线平、纵指标的分类

结合相关研究成果，该文将公路路线设计划分为强制性指标和非强制性指标两类。强制性指标（见表2）主要考虑公路行车的安全性，规范中用词为“应”。强制性指标对公路建设指标影响大，在设计时宜选择较高指标。即使受地形限制，也要大于一般最小值，尽量不用极限值。反之，要组织专家论证，审查通过后方可交付图纸。非强制性指标一般是从美学和行车舒适的角度考虑，规范中用词为“宜”。

综上，路线强制性指标应严格执行，非强制性指标正常条件下按规范执行，但当用规范要求指标会在环保、节能、工程造价等方面付出较大代价时，可灵活应用。

3.2 路线平面指标灵活设计

（1）直线长度。公路上直线长度过长容易使司机感觉单调，产生焦躁情绪。在确定长直线长度时，要考虑司机的心理承受能力。但是，每个司机的心理承受能力不同，沿线地形、地物、绿化植物等对司机焦躁情绪的缓解也不同，因此最大直线长度难以有明确规定。大量工程实践表明，最大直线长度控制在20V（V表示公路设计速度，下同）之内。

如果相邻圆曲线间的直线长度过短，会让司机产生错觉，影响行车安全。《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）中规定，同向曲线间的最短直线长度≥6V，反向圆曲线间的最短直线长度≥2V。如果受地形限制，采用规范指标会大幅度地增加工程规模和造价，可适当降低指标。

（2）圆曲线半径。圆曲线半径应结合设计速度、超高横坡等参数确定，并尽量选择较大值，主要原因在于：车辆在公路弯道上行驶，会受到离心力作用，从而出现外侧滑移或倾覆病害。一般情况下，圆曲线半径越小，车辆所受到的离心力越大，车辆出现事故的可能性越高。离心力大小F计算可按式（1）：

式中，G——汽车自身重力（kN）；g——重力加速度（m/s2）；v——设计速度（km/h）。

（3）平曲线长度。公路平曲线是由1条圆曲线和2条缓和曲线组成。为了避免车辆在弯道行驶时的离心加速度变化率过大，路线设计时要控制平曲线最小长度Lmin，具体可按式（2）计算：

式中，t——汽车通过平曲线的时间。

（4）视距。视距是保证公路上行车安全的重要指标。高速公路、一级公路在设计时应采用停车视距，设计速度为60 km/h、80 km/h、100 km/h、120 km/h，停车视距分别不小于75 m、110 m、160 m、210 m。二级及二级以下的公路在设计时应采用会车视距，设计速度为20 km/h、

30 km/h、40 km/h、60 km/h、80 km/h，会车视距分别不小于40 m、60 m、80 m、150 m、220 m。同时，还需注意互通立交合流点的识别视距，以确保“合流三角区”的视觉通畅。主线可按车辆行驶8 s距离控制，匝道可按车辆行驶5 s距离控制，见图1[5]。

3.3 路线纵断面指标灵活设计

公路纵断面指标直接影响了路基填挖高度、隧道埋深、桥梁桩基长度、排水效果等，从而影响公路的工程造价。因此，纵断面在设计时要控制好其坡度、坡长、合成坡度、竖曲线半径等参数。

（1）纵坡坡度和坡长。公路路线纵坡坡度和坡长会直接影响车辆的形式状态，纵坡越大，坡长越长，行车安全性越低。比如在连续上坡路段，司机需频繁换挡（尤其是交通拥堵时），增大了司机操作失误的概率。行驶一段距离后，发动机发热，水箱温度升高，增加了油耗。如果汽车性能差，甚至会熄火；在连续下坡路段，汽车受到惯性力的作用，重力势能转换为动能，车速越来越大，司机需要频繁制动，易导致安全事故。

由此可知，公路纵坡坡度和坡长在设计时必须充分考虑汽车的性能与路线最大纵坡imax的关系应满足式（3）和（4）：

式中，λ——海拔修正系數；T——汽车驱动力（kN）；Fa——空气阻力（kN）；D——变量动力系数；f——滚动摩擦力系数。

为了验证计算公式的可行性，该文统计了不同纵坡坡率下公路的交通事故率，统计结果见图2[6]。

由图2可知：纵坡越大，公路上的越容易发生交通事故。当纵坡坡度＞4%，交通事故率急剧上升，故建立公路纵断面设计时，纵坡坡度控制在4%以内。

（2）合成坡度。在路基横坡一定的条件下，公路路线纵坡越小，路面合成坡度较小，越不利于路面排水。为了保证公路排水，路线最小纵坡应≥0.3%，合成坡度应≥0.5%，否则应采取综合排水措施。需注意，当陡坡与小半径平曲线相重叠时，宜采用较小的合成坡度。以下三种情况路面合成坡度应＜8%：①冬季路面有结冰、积雪的地区；②自然横坡较陡峻的傍山路段；③非汽车交通量较大的路段。

（3）竖曲线半径。当汽车在纵断面上的变坡点行驶时，为了缓和因车辆动能变化而产生的冲击和保证视距，必须插入竖曲线（凸曲线和凹曲线）。竖曲线有圆曲线和二次抛物线两种形式，由于竖曲线前后坡差小，抛物线平缓，曲率变化小，与圆曲线相差不大。在实际公路项目中，通常选择圆曲线。

《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）中所给出的各级公路的竖曲线最小半径“极限值”，只有在地形限制的条件下才能使用。在实际设计中，为了保证车辆行驶的安全性和舒适性，应采用规范所给“一般值”的1.5～2.0倍。

4 结语

该文主要分析了灵活运用公路路线设计指标的原则、流程及平纵路线指标的设计方法。研究成果表明：

（1）灵活性设计路线指标并不是标准越高越好，也不是随意突破规范，而是应该结合工程实际情况选择。

（2）公路路线指标设计应层层推进，先结合交通量变化、地形条件变化、布线方式等灵活确定路线各分段的技术标准。

（3）公路路线平纵指标可划分为强制性指标和非强制性指标两类，其中强制性指标必须严格执行，包括直线长度、圆曲线半径、平曲线长度、视距、最大纵坡、坡长、竖曲线半径等。

参考文献

[1]伍华勇. 公路路线指标的灵活运用研究[J]. 黑龙江交通科技， 2019（5）： 83-84.

[2]易娟. 浅谈高速公路路线设计与沿线景观协调性[J]. 低碳世界， 2018（5）： 220-221.

[3]王富强. 公路路线设计指标的灵活运用研究[J]. 中国标准化， 2018（8）： 135-136+139.

[4]翟文涛. 公路路线设计中指标灵活运用探讨[J]. 中国科技信息， 2015（21）： 133+135.

[5]张宇. 公路路线设计指标的灵活运用[J]. 黑龙江交通科技， 2015（1）： 77-78.

[6]张星. 国内外道路线形设计技术指标对比研究[D]. 西安：长安大学， 2011.