浅谈公路纵断面设计

摘要：公路路线纵断面设计是公路线形设计的关键，是影响公路工程建设规模、运行安全的主要因素。本文结合工程设计实践，阐述了公路纵断面设计的一些体会与见解。

关键词：公路；纵断面；设计

Abstract：Longitudinal section of highway alignment design of highway design is the key, is the impact of highway engineering construction scale, the safe operation of the main factors. According to the engineering design practice, elaborated highway vertical section design of some experience and insights.

Key words：Highway；Vertical section；Design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

一、引言

公路是个复杂的空间带状构造物,其设计主要包括公路线形设计和结构设计两个方面。公路路线的平面、纵断面、横断面设计总称为公路路线的线形设计。公路纵断面设计主要是根据道路的性质和等级，汽车类型和行驶性能，沿线地形、地物的状况，结合当地气候、水文、土质的条件以及排水的要求，具体确定各边坡点及坡度坡长。因此确定公路的合理标高、正确运用坡度坡长等技术指标就成了公路纵断面设计中要解决的主要问题。

二、公路纵断面设计中标高的确定

公路纵断面设计中，首先要明确标高的控制因素都有哪些，然后根据这些控制因素拟定控制标高。根据这些控制标高，结合路基土石方平衡、桥隧长度与规模、高边坡规模及数量，可以较为合理的确定纵断面设计标高。因此纵断面设计中，控制性标高的确定，是一件首先而且重要的内容。标高控制因素大体可分为水位控制因素和净高控制因素。

1 水位控制因素

公路纵断面高程受水位控制影响的情况是比较常见的。这又分两种情况，即地表水和地下水。地表水水位主要有水库的设计洪水位、有地表积水段的内渍水位、分蓄洪区的分蓄洪水位、河流的设计洪水位、现有或者规划的河流通航水位要求。地下水水位主要是考虑路床不应处于潮湿及过湿状态的要求。

地表水路段的纵断面设计应结合路基或是桥梁而有所区别。若采用桥梁方式，考虑到桥梁支座的使用，设计时以保证桥梁支座的安全考虑。即桥梁支座底标高应高于设计洪水位加壅水高、波浪侵袭高，以及0.5m的安全高度。因此桥面的最低设计标高就是设计洪水位+壅水和浪高+安全高度+支座高度+桥梁结构高度+桥梁铺装厚度+桥梁横坡高差。若采用路基通过，则路面底也就是路床顶应不低于路基设计洪水频率的水位加壅水高、波浪侵袭高、0.5m的安全高度，因此路面的最低设计标高就是设计洪水位+壅水和浪高+安全高度+路面层厚度+路面横坡高差。以上是这些路段的共同点，但不同的路段也会有需要注意的要点。

水库地段考虑到环境及水资源保护的要求，一般平面设计时会尽量避开。没有避开的情况下，路线就会从水库穿过。设计中需要注意，水库管理单位提供的洪水水位是什么高程系统的，不同的高程系统之间存在高程转换。水文单位常用的高程系统有吴淞高程、1956年黄海高程系。

分蓄洪区段的高速公路一般采用桥梁方式通过。但宜隔一定距离要考虑抗洪抢险船只通过的需求。例如在武汉至监利高速公路洪湖至监利段项目，路线经过了洪湖分蓄洪区，除了考虑洪水位的要求，另外每隔5km还考虑了抗洪抢险船只（快艇）通过。一般快艇通过区，净空高度不小于2m，可以满足使用要求。

河流段除了考虑设计洪水位，还需要考虑是否有通航要求，通航要求与航道等级对应。而航道等级需要考虑是否有远期规划要求。湖北省的主要水运通道有长江、汉江等，长江航道现有等级为一级、二级，远期规划为一级。汉江航道现有等级为四到七级，远期规划为三级、四级。不同的通航等级对应不同的通航净宽及净高要求，具体取值可见《内河通航标准》。

对于地下水水位及地表长期积水段（不利季节积水20天以上）的路线纵面标高的确定，与路基的干湿状态密切相关。因路基特别是路床的干湿状态，不但影响路基的强度和稳定性，而且在很大程度上影响路面结构及厚度的确定。因此，土路基干湿类型确定对路面结构设计也具有重要意义。在路基、路面工程中，把路基干湿类型划分为：干燥、中湿、潮湿和过湿四个类别。路基干湿类型可用平均稠度指标来判定。对路线纵断面设计来说，可以通过不同干湿状态的路基临界高度来控制纵断面设计标高。在纵断面设计中，为了路基的强度和稳定性及路面结构厚度的考虑，一般以路床不处于潮湿和过湿状态的路基临界高度来控制设计标高。即干燥和中湿状态下的路基临界高度。其中临界高度是指在最不利季节，当路基处于相应状态时，路面底距地下水位或长期地表积水水位的最小高度。若以H标示中湿状态的临界高度，则路线纵断面最低设计标高即为H+路面层厚度+路面横坡高差。

2 净高控制因素

净高控制因素主要有公路与铁路、公路、乡村道路、管线交叉的净空要求。一条高速公路一般都会有交叉，只是或多或少了。这些净高要求均可查阅公路规范和相应的行业规范。而这些标高的确定由高速公路和这些交叉之间采用的跨越方式来决定，高速公路与这些交叉方式就是上跨或者下穿这两种关系。上跨还是下穿的方式，一般综合考虑交叉处的两个项目的等级、相对位置关系、地形、地物、工程经济这些因素后拟定。

三、对纵断面设计中技术指标的理解

1坡度、合成坡度

路线纵坡以平缓且坡段较长为好。长缓坡既避免纵断面反复起伏，也利于行车的安全、舒适与经济。公路的最大纵坡主要是考虑载重汽车的爬坡性能和公路通行能力而确定的，最小坡度则是出于公路路面排水和边沟排水考虑。若考虑公路路面排水则除了跟路面结构有关外，路线方面影响指标就是合成坡度了。若合成坡度过小，将会影响到路面排水。路面排水不畅引起路面积水易使汽车滑移，前方车辆溅水造成的水幕影响通视，使行车中容易发生事故，影响行车安全性。因此需要保证路面有0.5%的合成坡度。为了边沟排水顺畅，边沟坡度不小于0.3%，一般情况下边沟坡度和路线纵坡度是一致的，因此规范规定最小纵坡不宜小于0.3%的要求。根据公路最小纵坡拟定的原因，可以得出最小纵坡的运用原则。最小纵坡一般情况下不宜小于0.5%；长路堑、低填以及横向排水不畅路段（路面横坡度小于0.5%）应大于等于0.3%；对于干旱降雨很少地区、填方路拱横坡度不小于0.5%的路段，可以采用0%的纵坡。对于填方路面横坡度不小于0.5%路段的最小纵坡，做法不一，有人取0.3%以下，有人取不小于0.3%，有人取不小于0.5%，这些没有对错，只有是否更合理之说。另外需要特别注意纵断面竖曲线与缓和曲线配合范围内的合成坡度是否满足要求。这是因为竖曲线的切向坡率是逐渐变化的，缓和曲线的超高横坡度也是逐渐变化的，他们的合成纵坡容易达不到规范要求。麻城至竹溪高速公路随州西段项目中，对缓和曲线与竖曲线配合的路段，经计算最小合成坡度均大于0.5%。

2平均纵坡

公路纵断面设计即使完全符合最大纵坡及坡长限制，也设置了缓和纵坡段，还是不能有效保证行车安全性。这是因为不少路段平均纵坡较大，上坡持续使用低速档，容易导致车辆水箱沸腾。而下坡时长时间频繁使用刹车，导致刹车发热失效。因此为了更好的行车安全性，减少事故的发生，需要控制路线的平均纵坡。这有时是左右山区公路项目里程长度及建设规模的决定性因素。高速公路由于交通量大、大型载重车辆多、行车快，对平均纵坡的要求更加严格，设计时取值应更加谨慎。目前对平均纵坡，国内外都没有比较成熟的结论，还处于探索阶段。在现在项目的设计中，对平均纵坡取值，一般依据下坡长度来考虑。连续3km下坡平均纵坡度宜小于3.5%，连续4km下坡平均纵坡度宜小于3.0%，连续8km下坡平均纵坡度宜小于2.5%，当然考虑到工程规模，较长距离或者高差条件下，个人认为平均纵坡控制在2.5%以下也是可以的。连续下坡长度越长，平均纵坡要求越平缓。长下坡路段，在有条件的情况下，宜多设置避险车道。利川至万州高速公路工程中，长下坡长达40km,其中湖北省境内就达23km,考虑到长下坡长度，平均纵坡按2.0%控制，以利于行车安全，同时为了安全考虑，设置了避险车道。

3最小坡长

对坡长的运用，规范依据爬坡能力及下坡安全，制定了较大坡度时的最大坡长限制，以及防止变坡频繁导致行车舒适性不佳的最小坡长限制。但在设计过程中，容易被忽略的问题就是反向竖曲线间最短直坡段长度问题。因为汽车行驶在竖曲线上，会产生径向离心力。这个力在凹形竖曲线上是增重，在凸形竖曲线上是减重，所以反向竖曲线会有增重与减重之间的变化，为了提高行驶舒适性，设计中一般会设置一段直坡段，从驾驶操作性角度考虑，最小长度宜满足3秒。而同向竖曲线为了避免出现断背曲线，其间的直坡段长度宜不小于对应设计车速的最小坡长。

四、结论

路线纵断面线形影响到工程规模、行车安全、运行经济性。因此做好公路纵断面设计，是提高汽车行驶的安全性、舒适性、经济性和保证驾驶员视觉上美感的关键。

参考文献：

[1]JTG D20-2006，公路路线设计规范[S]

[2]JTG D30-2004，公路路基设计规范[S]