高速公路改擴建路線設計方法
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2021-12-13 07:58張迎春
工程技術研究 2021年18期
張迎春
湖南省交通規劃勘察設計院有限公司，湖南 長沙 410008
我國形成了完善的高速公路網絡，為經濟社會發展提供了良好的交通保障。我國的高速公路路網中，有很多為早期建設的，受到當時的建設技術、資金等的限制，本身就存在著結構性能方面的不足。當前隨著高速公路建設和通行標準的提升，必須在原有高速公路的基礎上進行適當的改建和擴建，使改擴建以后的高速公路滿足當下的通行要求，同時創造巨大的工程效益。但每條高速公路都有各自的特點，應采取有針對性的路線設計方法。
1 工程概況
沈陽至?？趪腋咚俟匪谥涟咨扯雾椖浚ê喎Q開陽高速）位于珠江三角洲中西部地區，是國家高速公路網規劃“2縱”沈陽至?？谥骶€的一段，是唯一一條貫通中國東南沿海地區的高速公路，地理位置如圖1所示。開陽高速自2003年9月建成通車以來，交通量快速增長，路段交通量達到或接近高速公路路段所能適應的通行能力。與較高的交通需求相比，現有公路交通的運行環境已難以滿足社會經濟發展對交通運輸的需求，影響沿線各地區城鎮經濟的發展，急需提高開陽高速通行能力。
圖1 沈陽至?？趪腋咚俟匪谥涟咨扯蔚乩砦恢脠D
2 開陽高速改擴建路線設計
2.1 對行車視距的考慮
在該高速公路的改擴建項目實施中，為了提升改擴建合理性，應注意對停車視距的有效控制。在改擴建工程項目中，一般伴隨設計速度的加快，往往會同步出現部分停車視距不足的問題，當在整個路段的改擴建過程中，面臨的是平面曲線路段，一旦存在橋墩、橋臺或者挖方邊坡、防護欄等對視距的遮擋情況，為了提升行車安全性，設計人員在進行改擴建方案的設計時要進行平曲線視距橫凈距的驗算，依據相應的計算公式，獲得每個平曲線路段內側、外側車道的橫凈距，隨后結合對工程現場的總體情況把握，判斷整體式和分離式道路結構下現有橫凈距能夠與運行速度條件下車輛視距的設計要求相匹配。不同的設計速度下所對應的停車視距如表1所示。
表1 設計速度對應的停車視距
2.2 長陡坡段縱斷指標控制
在早期的高速公路工程建設中，因為施工技術的限制，人們在開展高速公路的設計建設時往往未完全考慮貨車超載現象、長陡坡段交通特性等因素，再加上出于成本的考慮，在長陡坡段的設計工作中往往表現出平均縱坡偏大、縱面指標偏低的情況，這種設計方面的不足導致在高速公路投入使用以后，下坡向常常會出現各種的通行事故，且上坡向的通行能力不足。在針對這一高速公路的改擴建線路設計中，為了有效克服傳統設計方面所存在的不足，專業設計人員在最終的設計工作中應加強對原有公路通行事故情況的調查和分析，對幾種改擴建線路設計方案加以綜合對比，不斷進行縱斷面設計和平均縱坡的科學優化，以提升整體的設計水平。設計時應注意以下要點：（1）最長陡坡段的平均縱坡不應超過2.5%，如果路段的高差達到了300m以上，其平均縱坡應保持在2.0%～2.3%范圍；（2）長陡坡段的最大縱坡應保持在4%以下，如果緩和坡度在2%以下，對于坡長沒有嚴格的限制；（3）長陡坡段應以平均縱坡作為基礎，保障分布的均勻性，盡可能避免出現上緩下急的問題；（4）一旦在連續下坡中出現了短反坡或者緩坡情況，應將其作為連續長陡下坡路段。
2.3 平面擬合設計
開陽高速采用兩側直接拼寬方案，因此路線中心線選定為中央分隔帶中心線。首先進行數據采集，按10m間距采集1組4個點，分別為中央分隔帶兩側點和硬路肩外邊線點。路線平面擬合根據零散分布點（各斷面實測中分帶邊緣點）確定一個基本單元，運用最小二乘法原理把各單元連接成整體，然后把擬合的線位恢復成數據文件后進行優化修改，盡量使擬合出的線位跟實測點的偏差最小。在具體操作過程中根據竣工圖文件中的線位和實測的一些特殊點作為參照來確定單元曲線的起終點，同時利用竣工圖文件中的數據檢查擬合數據的準確性。
2.4 縱面擬合設計
縱斷面線形的擬合，利用實測高程，參考竣工圖文件中的縱坡、豎曲線半徑等，根據明式構造物、路基加鋪方案，分左、右幅分別初步擬訂10個方案并選取其中最優方案，然后進行優化，并根據實測地面高程適當調整坡長及坡度，盡量使擬合出的線位跟實測點的偏差最小。
在左右兩幅的縱面線形擬合完成后，才能開始兩側拼寬路段的縱面設計?？v面設計主要以路面擴建加鋪層厚度和構造物的橋面加鋪層厚度為控制因素?？紤]到開陽高速的路面擴建加鋪層厚度、20m及以下跨徑的橋梁的橋面加鋪厚度、其他大中橋的加鋪厚度和特殊橋梁的加鋪厚度都不同，提出三種縱面設計方案來調整橋頭路段存在的高差。
方案一：既有橋梁位于豎曲線上的，利用豎曲線來調整高差。
方案二：既有橋梁位于直坡段上的，在橋梁兩頭設置漸變過渡段來調整高差
方案三：縱面設計僅考慮路面擴建加鋪層厚度，橋梁范圍根據不同的加鋪厚度提出相應的調坡標準圖。
以上縱面嚴格遵循寧填勿挖的原則，不對最短坡長指標進行控制，但是豎曲線最小長度以3s行程進行控制。各方案優缺點對比如表2所示。
表2 各方案優缺點對比
2.5 橫斷面擬合設計
（1）直線及不設超高曲線段。根據開陽高速公路竣工文件及實測資料，直線段及不設超高曲線段路面橫坡基本為-2%，為了最大限度地利用原有工程，方便路面加鋪，減少工程量，此次擬合設計直線段及不設超高曲線段路面橫坡按-2%擬合。
（2）超高漸變段及全超高段。該項目原路基寬度為28m，繞中分帶邊緣旋轉，路面超高寬度為11.75m，-2%～2%漸變段的長度為120m，超高漸變率為1/255。改擴建至42m路基寬后，路面超高寬度為18.75m，若直接順接原有橫坡，-2%～2%漸變段的超高漸變率為1/160，不滿足《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）第7.5.4條超高漸變率的要求，需調整路拱橫坡。
將-2%至2%超高漸變段長度由120m調整為190m。為了避免引起剩余緩和曲線段（2%至全超高路段）及全超高段橫坡調整，向直線段延伸，從而最大限度地減少工程量。
3 結束語
現階段的高速公路改擴建項目日漸增多，在開展線路改擴建時，設計人員需結合既有公路的路線指標和交通事故種類和發生頻次，嚴格遵守相應的設計規范和標準，全面提升改擴建線路的設計水平。
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張迎春
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1 工程概況
沈陽至?？趪腋咚俟匪谥涟咨扯雾椖浚ê喎Q開陽高速）位于珠江三角洲中西部地區，是國家高速公路網規劃“2縱”沈陽至?？谥骶€的一段，是唯一一條貫通中國東南沿海地區的高速公路，地理位置如圖1所示。開陽高速自2003年9月建成通車以來，交通量快速增長，路段交通量達到或接近高速公路路段所能適應的通行能力。與較高的交通需求相比，現有公路交通的運行環境已難以滿足社會經濟發展對交通運輸的需求，影響沿線各地區城鎮經濟的發展，急需提高開陽高速通行能力。
圖1 沈陽至?？趪腋咚俟匪谥涟咨扯蔚乩砦恢脠D
2 開陽高速改擴建路線設計
2.1 對行車視距的考慮
在該高速公路的改擴建項目實施中，為了提升改擴建合理性，應注意對停車視距的有效控制。在改擴建工程項目中，一般伴隨設計速度的加快，往往會同步出現部分停車視距不足的問題，當在整個路段的改擴建過程中，面臨的是平面曲線路段，一旦存在橋墩、橋臺或者挖方邊坡、防護欄等對視距的遮擋情況，為了提升行車安全性，設計人員在進行改擴建方案的設計時要進行平曲線視距橫凈距的驗算，依據相應的計算公式，獲得每個平曲線路段內側、外側車道的橫凈距，隨后結合對工程現場的總體情況把握，判斷整體式和分離式道路結構下現有橫凈距能夠與運行速度條件下車輛視距的設計要求相匹配。不同的設計速度下所對應的停車視距如表1所示。
表1 設計速度對應的停車視距
2.2 長陡坡段縱斷指標控制
在早期的高速公路工程建設中，因為施工技術的限制，人們在開展高速公路的設計建設時往往未完全考慮貨車超載現象、長陡坡段交通特性等因素，再加上出于成本的考慮，在長陡坡段的設計工作中往往表現出平均縱坡偏大、縱面指標偏低的情況，這種設計方面的不足導致在高速公路投入使用以后，下坡向常常會出現各種的通行事故，且上坡向的通行能力不足。在針對這一高速公路的改擴建線路設計中，為了有效克服傳統設計方面所存在的不足，專業設計人員在最終的設計工作中應加強對原有公路通行事故情況的調查和分析，對幾種改擴建線路設計方案加以綜合對比，不斷進行縱斷面設計和平均縱坡的科學優化，以提升整體的設計水平。設計時應注意以下要點：（1）最長陡坡段的平均縱坡不應超過2.5%，如果路段的高差達到了300m以上，其平均縱坡應保持在2.0%～2.3%范圍；（2）長陡坡段的最大縱坡應保持在4%以下，如果緩和坡度在2%以下，對于坡長沒有嚴格的限制；（3）長陡坡段應以平均縱坡作為基礎，保障分布的均勻性，盡可能避免出現上緩下急的問題；（4）一旦在連續下坡中出現了短反坡或者緩坡情況，應將其作為連續長陡下坡路段。
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在左右兩幅的縱面線形擬合完成后，才能開始兩側拼寬路段的縱面設計?？v面設計主要以路面擴建加鋪層厚度和構造物的橋面加鋪層厚度為控制因素?？紤]到開陽高速的路面擴建加鋪層厚度、20m及以下跨徑的橋梁的橋面加鋪厚度、其他大中橋的加鋪厚度和特殊橋梁的加鋪厚度都不同，提出三種縱面設計方案來調整橋頭路段存在的高差。
方案一：既有橋梁位于豎曲線上的，利用豎曲線來調整高差。
方案二：既有橋梁位于直坡段上的，在橋梁兩頭設置漸變過渡段來調整高差
方案三：縱面設計僅考慮路面擴建加鋪層厚度，橋梁范圍根據不同的加鋪厚度提出相應的調坡標準圖。
以上縱面嚴格遵循寧填勿挖的原則，不對最短坡長指標進行控制，但是豎曲線最小長度以3s行程進行控制。各方案優缺點對比如表2所示。
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2.5 橫斷面擬合設計
（1）直線及不設超高曲線段。根據開陽高速公路竣工文件及實測資料，直線段及不設超高曲線段路面橫坡基本為-2%，為了最大限度地利用原有工程，方便路面加鋪，減少工程量，此次擬合設計直線段及不設超高曲線段路面橫坡按-2%擬合。
（2）超高漸變段及全超高段。該項目原路基寬度為28m，繞中分帶邊緣旋轉，路面超高寬度為11.75m，-2%～2%漸變段的長度為120m，超高漸變率為1/255。改擴建至42m路基寬后，路面超高寬度為18.75m，若直接順接原有橫坡，-2%～2%漸變段的超高漸變率為1/160，不滿足《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）第7.5.4條超高漸變率的要求，需調整路拱橫坡。
將-2%至2%超高漸變段長度由120m調整為190m。為了避免引起剩余緩和曲線段（2%至全超高路段）及全超高段橫坡調整，向直線段延伸，從而最大限度地減少工程量。
3 結束語
現階段的高速公路改擴建項目日漸增多，在開展線路改擴建時，設計人員需結合既有公路的路線指標和交通事故種類和發生頻次，嚴格遵守相應的設計規范和標準，全面提升改擴建線路的設計水平。
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