浅析在公路设计中竖曲线的应用

摘 要：在公路设计中如何采用竖曲线尤为重要，本文作者结合S217新化至石槽公路改造工程从竖曲线的设计原则及应用进行阐述，对平、 竖曲线的组合设计及设计注意事项进行了简要分析，具有较好的参考价值。

关键词：竖曲线；设计原则；组合设计；应用

1 工程概况

S217是娄底市“六众三横一联线”公路网的组成部分，它贯通娄底西部的新化县。北起益阳市安化县梅城镇、娄底市新化县、冷水江市、新邵县、邵阳市、永州市，终于永州市城区镇，全长252.6公里（其中娄底市境内60.1公里）。是娄底西部地区联系邵阳市、永州市的一条重要的经济干线，对于有效缓解湘中地区邵阳与娄底之间的交通压力，加速湘中与湘西南地区的经济交流与协调发展，具有显著的经济和社会效益。

2 竖曲线的设计

2.1竖曲线的设计标准

本项目一阶段施工图设计根据湘发改交能【2009】305号关于省道S217线娄底新化至石槽公路改建工程可行性研究报告的批复，以现行《公路工程技术标准》（JTG B01－2003）及有关勘测设计规范为依据，主要指标见下表：

指标名称 单位 技术指标

公路等级 二级

设计速度 Kmh 60

路基宽度 m 10

竖

曲

线

半

径 凸形 极限最小半径 m 1400

一般最小半径 m 2000

凹形 极限最小半径 m 1000

一般最小半径 m 1500

最大纵坡 6

最大超高 8

行车道宽度 m 2×3.5

竖曲线的设计原则

( 1 ) 竖曲线设计应根据技术标准的要求,结合沿线自然条件(地形、 地质、 水文、 气候等 ) 综合考虑。竖曲线线形与地形起伏必须相一致， 这样不但可使线型与周围自然环境相协调，还可有效控制工程投资。

( 2 ) 从行车的安全、舒适和视觉良好的要求来看，竖曲线线形应连续顺适。

( 3 ) 在山岭重丘区，尤其在连续较长的上坡路段，其变坡点附近应尽量采用较平缓的坡度或较大的竖曲线半径，以保证行车顺畅和足够的视距。

( 4 ) 在山岭重丘区，竖曲线设计应充分考虑填 、挖方数量平衡，尽量利用挖方作为就近填方，减少借方和废方数量,降低工程造价。

( 5 ) 应注意与平面线形相结合，以达到完美的立体效果 。

( 6 ) 根据我国混合交通的特点，竖曲线设计应考虑到民间运输工具、农业运输及作业机械等方面的要求。

竖曲线设计应用

在进行竖曲线设计时，本工程结合当地地形变化的凹凸情况，考虑控制点的标高及填、挖方数量的平衡等条件，用直线定出纵坡，并将这些直线连接起来作为竖曲线的基本线形（如表1）；而后在变坡点处根据规范要求和实际需要插入适当长度竖曲线；再根据汽车行驶力学要求和工程造价的关系进行一系列调整，最终确定竖曲线线形。

表1 S217新化至石槽公路改造工程表

序

号 桩

号 竖曲线

标高（m） 凸曲线半径R（m） 凹曲线半径

R（m） 切线长

T（m） 外距

E（） 起点桩号 终点桩号

0 K26＋300 257

1 K26＋380 257.2513 8000 28.80233333 0.0518484 K26＋351.198 K26＋408.802

2 K26＋530 256.6424 6000 54.2618604 0.245362458 K26＋475.738 K26＋584.262

3 K26＋658.857 258.45

规范中的竖曲线最小长度( 或最小半径) 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视距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，而不能保证驾驶员心理上的安全性、舒适性和连续性。因此在此次设计中避免使用规范最小值，采用了大于规范最小值的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。

竖曲线形设计应注意以下几点：

( 1 ) 应注意填、挖方数量的大致平衡( 有特殊要求的路段除外)，避免有较大数量的借方或弃方，否则应调整纵断面设计线使其合理化；

( 2 ) 注意交叉口、桥梁及引道、隧道、陡坡急弯等路段的特殊纵坡要求；

( 3 ) 大、中桥梁上最好不设竖曲线 ；

( 4 ) 当平、竖曲线重合时，要注意技术指标的均衡，位置要恰当，避免出现不良线形组合。

平竖曲线的组合设计

平竖曲线组合设计的原则

( 1 ) 根据汽车行驶力学和路面排水的需要设置适当的合成纵坡。

在山岭重丘区，由于纵坡较大，若再设置小半径平曲线，则会造成合成纵坡过大，不能保证汽车行驶的安全顺畅；在平原微丘区， 由于纵坡较小，在平曲线起点附近的合成纵坡 很小，易引起排水不良。为避免这些问题的出现，在进行平、竖曲线形组合设计时就要考虑设置合适的合成纵坡。

( 2 ) 应满足司乘人员的视觉和心理要求。

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。

平竖曲线形组合设计的具体应用

( 1 ) 平面直线与竖面直线相结合。

从视觉心理分析，由于这种线形单调、枯燥，在行车过程 中线形无变化，容易引起司机的疲劳或频繁超车，引发交通事故。但在交通比较复杂的路段，采用这种线形组合是有利的。

( 2 ) 平面直线与凹形竖曲线相结合。

这种组合避免了直线与直线组合的呆板印象，不但给司机以动的感觉，提高了行车的舒适性，还可具有较好的视距条件。但应注意以下两点 ：

①注意避免采用短的竖曲线， 尤其在长直线末端不宜插入小半径凹曲线；

②两凹曲线间不能插入短直线。若能将两凹形竖曲线合二为一则会具有更佳的视觉和行车效果。

( 3 ) 平面直线与凸形竖曲线相结合。

在山岭重丘区，这种线形组合视距条件较差，尤其是与平面直线和断竖面凹曲线的线形组合相连接时，易形成“ 突峰” 、“ 暗凹”、“ 波浪形”等不良视觉现象。因此这种线形组合应避免，若不能避免应采用较大的曲线半径以改善视距条件。

( 4 ) 平面曲线与竖面直线相结合。

这种线形组合只要平面线形组合良好， 就会有良好的视觉效果。汽车在这种路段上行驶， 可以获得良好的路旁景观，且逐步变化的景观使驾驶员有新鲜感，不易疲劳。采用此中线形组合应注意合成纵坡的要求，既要避免急弯与陡坡重和，又要避免合成纵坡太小引起排水不畅。

( 5 ) 平面曲线与竖曲线相结合。

这种线形组合是常见的和复杂的。若平、纵线形几何要素大小搭配得当、均衡协调、位置适宜，可以获得良好的空间线形。反之，会出现一些不良情况。采用此种线形组合时应注意以下几点：

①应使平、竖曲线位置对应,并使平曲线比竖曲线长,将竖曲线包容起来,这样有利于视线诱导、行车安全、线形舒适美观；

②注意平、竖要素的均衡。不要把过急和过缓、过长与过短的平、竖曲线组合在一起；

③竖面线形的变坡点不得与反向曲线的拐点想重合，尤其是凸形竖曲线更应避免，否则会造成错误的视线诱导。

结 语

近年来,由于我国公路事业的迅猛发展,竖曲线设计作为缓和变坡点处的高程突变,使行车平稳和满足视距要求的作用日益突出。它不仅对公路的稳定性、舒适性、安全性有影响，而且对工程投资、环境保护影响很大。

参考文献

戈向群;老路改建工程线形的设计与研究[D];东南大学;2004年

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。