公路线形设计的体会

摘要:公路线形设计是公路设计的核心,本文对作者在线形设计工作中的体会和认识做了简要叙述。

关键词:公路 线形设计 平纵组合 设计

公路线形设计是指公路平面线形、纵面线形及其二者相结合的三维空间线形的总称。长期以来,设计人员认为汽车行驶理论是线形设计的理论基础,修建道路以满足汽车行驶要求为准,只要在设计中使得线形指标满足规范要求即可。然而按照这种现行的理论指标设计的某些路段,却不能保证行车的安全。最突出的例子是长直线连接合乎技术标准规定的小半径曲线,因曲线与直线不匹配,曾屡屡出现事故。这就是通常所说的合法不合理现象。我们应该从交通的角度以运动的观点综合地设计路线的几何元素。摒弃静止的、孤立的套用道路技术标准各项指标的设计方法。

1.平面线形设计中几何元素的协调

几何元素协调,则车速连续。若两路段车速之比V2/V1大于等于0.8,就是连续。据此,在长直线末端连接的曲线半径不应机械地套用技术标准,而应以运动的观点分析直线的交通条件,考虑在直线末端可能形成的车速V2。通常规定的设计车速只能控制相应等级的几何尺寸,不能控制驾驶员开车的速度。一般而言,道路条件好,交通条件允许,车速就快,否则车速就慢。故确定曲线半径的大小,应考虑可能形成的车速。

我国公路技术标准规定了公路线形直线段不宜过长,但是具体多长为宜,没有做详细规定。具体到曲线设计时,几乎所有的资料均提出尽量采用较大的半径,提高曲线长度,却很少有人注意到曲线行车时间过长,连续的曲线路段行驶,同样使人感到乏味。据查阅大量有关资料,在具有很大半径的弯道上差不多所有汽车都低于最佳行驶速度。也就是说,相邻直线和曲线路段要协调,相邻直线和曲线半径保持一定的比例,一般情况应控制在1:3的范围内,超过就不易达到相邻路段的协调。对于极限和一般最小半径的邻近曲线应逐步过渡为好,在直线和曲线的协调上,应防止长直线与小半径曲线的线形设计,曲线的半径也不是越大越好,超过R:10000m半径的平曲线曲率很小也接近于直线,一般情况下不宜采用。

两曲线之间所连直线段长度也应有所分析。直线过长,则线形单调,容易驱使驾驶员开快车。直线过短,看上去直线向圆心所在一侧弯曲,形成断背曲线。基本上所有关于道路的设计资料和设计规范中都强调避免断背曲线,尽量做成单曲线和复曲线。我国规范规定以不小于计算行车速度(km/h)的6倍。这样在公路线形设计上对直线路段长度的限定就比较明确,在6~20之间。但是满足直线长度不超过20比较容易,而必须大于6的条件有时就比较困难。在实际处理这个问题时,可以根据断背曲线的直线长度灵活运用复曲线、卵形曲线或C形曲线线形,从而避免出现断背曲线。

2.纵断面线形设计

规范中的竖曲线最小长度是根据汽车行驶力学计算出的缓冲汽车行驶冲击力所需要的最小长度和为保证停车时间的最小长度所确定的,若仅停留在满足最低标准的水平上,只能满足汽车行驶力学的最低要求,而不能保证驾驶人员心里上的安全性、舒适性和连续性。因此在设计中避免使用规范最小值,尽量采用大于规范最小值的3~5倍的线形标准。虽然有时会增大一些工程量,或给施工带来一些不便,但工程竣工后会给人一种连续流畅的感觉,保证行车的安全、舒适、经济。

其实,纵坡设计中最为重要的应是平均填土高度的控制,它是路线设计中一项综合技术指标。特别是在路网发达、河网沟渠密布的沿海、沿江等省市的周边区域,路基填土高度受到众多因素制约,其设计的好坏显得尤为重要,但这一点却正是我们在设计中容易忽略的。减少路基填土高度,对于缩小工程规模、节约国土资源、减少对城镇发展规划的影响具有非常重要的作用。

纵断面线形设计应该在视觉上获得圆顺的效果,因此纵面线形能否顺适,指标是否均匀连续是衡量线形优劣的一个重要因素。研究显示,司机在高速公路上行驶的目光集中在前方大约300~600m范围,如果纵面坡差相差过大,竖曲线半径较为尖锐,容易造成司机视觉上的中断而无法遇见未来,进而引起司机心里紧张,甚至危及行车安全。因此我们在纵坡设计中应综合考虑平纵线形,适当增加工程量,以避免纵断面凹凸反复、波浪起伏或中间暗凹的不利线形。

3.平、纵面线形组合设计

空间线形在视觉上应对司机产生自然诱导,使其能及时掌握路线变化情况,不产生错觉和误会,给人以连续、圆滑、顺畅、美观且不单调的感觉。线形组合还应使线形指标均衡合理、组合协调,不产生线形中断、扭曲等不良现象,以免造成司乘人员视觉和心理上的不良反应。

为了在视觉上得到平顺、连续的线形,各元素的定位和取值应当匹配,保持均衡,要考虑平面、纵断面标准的协调。若平面线形标准较低,没必要将纵断面标准定的很高,反之亦然。

一般来说,为保证汽车在进入竖曲线钱,司机能够判断路线方向的变化,平曲线应该比竖曲线要长,而平曲线越长,竖曲线也应增长,应尽量做到平纵曲线一一对应。在山区高速公路中,为避免高填深挖,一段平曲线必须包含几段竖曲线也是可取的。不必为了最求平纵最优组合而刻意减少变坡点而加大工程量。随着设计手段的提高,像这类非常规组合应采用三维透视图或其它模型进行检查,以获得从司机角度看到的公路视觉效果,确保公路与地形的自然协调。

4.结语

随着公路建设的发展,对公路线形设计的要求越来越高,因此在路线线形设计中直线、曲线、缓和曲线的设计指标运用要灵活,摒弃静止的、孤立的套用道路技术标准各项指标的设计方法,在符合设计标准的前提下,做到线形均衡、连续,确保行驶的可预见性。

参考文献:

⑴JTG B01―2003.公路工程技术标准

⑵JTG D20―2006.公路路线设计规范

⑶JTJ 061―99.公路勘测规范

⑷JTG/T B05―2004.公路显目安全性评价指南