本文對改擴(kuò)建公路縱斷面設(shè)計(jì)的必要性，設(shè)計(jì)內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行了概括與總結(jié)，并闡述了縱斷面設(shè)計(jì)中的制約因素，以及在設(shè)計(jì)中如何考慮這些制約因素。為今后的公路改擴(kuò)建工程縱斷面設(shè)計(jì)提供有益參考。

關(guān)鍵詞：道路，改擴(kuò)建工程，縱斷面設(shè)計(jì)

隨著我國公路里程的逐年增加，但公路建設(shè)初期，由于當(dāng)時工程技術(shù)水平尚未成熟，無論在施工還是設(shè)計(jì)上水平都較低，導(dǎo)致公路病害日益增多。為了能夠滿足交通量的需求，提高道路的使用性能和服務(wù)水平，必須對原有的公路情況進(jìn)行改善，相對于新建公路的縱斷面線形設(shè)計(jì)來說，公路改擴(kuò)建縱斷面線形設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，涉及的問題較多。公路的縱斷面設(shè)計(jì)是指根據(jù)道路沿線的自然地理環(huán)境、道路等級、汽車的動力性能和工程經(jīng)濟(jì)性等，研究起伏空間線的大小、長度等幾何參數(shù)，從而達(dá)到安全行車、經(jīng)濟(jì)合理運(yùn)輸以及行駛舒適的目的。本文對公路改擴(kuò)建的必要性，影響縱斷面設(shè)計(jì)的因素及其設(shè)計(jì)內(nèi)容等進(jìn)行闡述，為今后的公路改擴(kuò)建工程縱斷面設(shè)計(jì)提供有益參考。

1 公路改擴(kuò)建的必要性介紹

（1）原有公路是該地區(qū)的路網(wǎng)中一個重要組成部分，占用了通道內(nèi)的黃金資源，沿線經(jīng)濟(jì)依托原有的公路進(jìn)行發(fā)展，如果改道新建，有可能會影響原有道路沿線的經(jīng)濟(jì)。對原有公路進(jìn)行改擴(kuò)建，能夠更好得發(fā)揮其作用，促進(jìn)公路所在區(qū)域內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

（2）新建公路相對于舊路加寬來說不僅建設(shè)周期長，而且勢必要占用更多的土地資源，而原有舊路所處的走廊帶的資源是不可再生的，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，舊路改建所耗費(fèi)的工程造價及土地資源是新建公路的一半。

（3）公路在長時間的使用之后，其使用性能在荷載和環(huán)境的影響下會逐漸變差，導(dǎo)致車輛的行車成本升高、舒適性降低，造成資源的浪費(fèi)，阻礙經(jīng)濟(jì)效益的增長。所以，為提高公路的使用性能，應(yīng)及時對原有的公路進(jìn)行改建擴(kuò)寬。由于改擴(kuò)建道路受到原有道路結(jié)構(gòu)物、縱坡、路面沉陷以及改造方案等的影響，公路改擴(kuò)建的縱斷面設(shè)計(jì)相對于新建公路縱斷面設(shè)計(jì)要復(fù)雜許多，新建公路工程縱斷面設(shè)計(jì)的思路和方法，無法很好的解決改建公路縱斷面設(shè)計(jì)中遇到的問題。與新建公路縱斷面線形設(shè)計(jì)的“地形服從線形”原則有所不同，改擴(kuò)建公路線形設(shè)計(jì)必須遵循“線形服從地形”的原則，充分利用原有的公路線形。在對改擴(kuò)建公路進(jìn)行線形設(shè)計(jì)時，既要保證線形的舒適性，減少既有公路“凹凸不平”的現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)上還應(yīng)該保證重新設(shè)計(jì)的縱斷面和原有的公路縱斷面的擬合相差不大，應(yīng)盡量避免開挖的出現(xiàn)，保證路面填方在滿足最小補(bǔ)強(qiáng)厚度的前提下盡可能小。

基于以上原因及目前國內(nèi)尚未出臺公路的改擴(kuò)建設(shè)計(jì)方面（尤其是改擴(kuò)建公路的縱斷面設(shè)計(jì)方面）比較完整的規(guī)范。所以，對公路改擴(kuò)建縱斷面設(shè)計(jì)的研究是很有必要的。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

西方發(fā)達(dá)國家于20世紀(jì) 30 年代就開始對公路進(jìn)行改造修建，形成了相對完整的有關(guān)公路改擴(kuò)建的標(biāo)準(zhǔn)體系。美國的高速公路充分考慮了未來發(fā)展，在設(shè)計(jì)高速公路時，通常把中央分隔帶設(shè)計(jì)得較寬，能夠更便于布設(shè)交通安全設(shè)施以及排水、管線，同時也為將來的道路拓寬提供了土地資源。在新建公路時已經(jīng)預(yù)留了中央分隔帶以用于今后的路基拓寬改造，所以美國的舊路改造中，新老路基的沉降差異問題并不突出。

在這期間，我國對擴(kuò)建公路建設(shè)的研究主要集中在工程技術(shù)問題上，改擴(kuò)建公路的縱斷面線形的研究，只停留在理論上。國外對于縱斷面的線形研究開始的較早，對于線形的研究也相對成熟。但是線形研究大都基于如何讓線形更平緩，使駕駛員受到的緩和沖擊更小，很少提及這些線形在改擴(kuò)建工程中的應(yīng)用。在公路改擴(kuò)建設(shè)計(jì)中，由于需改擴(kuò)建的公路年代久遠(yuǎn)，許多數(shù)據(jù)已經(jīng)丟失或沒有及時更新，因此，對于原路面數(shù)據(jù)的擬合也是改擴(kuò)建中重要的工作之一。

1990年以前，我國公路改擴(kuò)建的主要對象僅僅局限于普通道路，改擴(kuò)建道路的主要工作內(nèi)容也只是單純的提高路面的等級，而沒有涉及到公路擴(kuò)建加寬的內(nèi)容。近幾年，為數(shù)不多的國內(nèi)學(xué)者們才開始了公路改擴(kuò)建的研究。交通部專家委員會于2004年11月在南京召開了有關(guān)于高速公路改擴(kuò)建項(xiàng)目的技術(shù)研究討論會，對過去幾年來我國的一些進(jìn)行改擴(kuò)建的高速公路的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)問題進(jìn)行了總結(jié)。一些學(xué)者對縱斷面的線形進(jìn)行了研究，提出了自動設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型以及如何實(shí)現(xiàn)的方法，關(guān)于線形的擬合方法在數(shù)學(xué)方面的理論研究已經(jīng)很成熟，但在改擴(kuò)建工程縱斷面設(shè)計(jì)方面的研究相對來說還比較少。

3 改擴(kuò)建道路縱斷面設(shè)計(jì)內(nèi)容

3.1改擴(kuò)建道路縱斷面主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

在新建公路的縱坡設(shè)計(jì)中，應(yīng)先按比例標(biāo)注樁號、繪制地面線，在地面線圖中標(biāo)注控制點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，再根據(jù)標(biāo)出的控制點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)點(diǎn)，依據(jù)選線意圖及技術(shù)指標(biāo)，并結(jié)合地形的起伏變化試定縱坡線，在調(diào)整、核對、定坡之后，依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，并且考慮平縱組合均衡問題，定出豎曲線的半徑R，并計(jì)算出豎曲線的其它要素。

對于改建公路，縱坡的設(shè)計(jì)是一個較為復(fù)雜的過程，老路的縱坡和走向大致已經(jīng)確定，改建后的公路應(yīng)該盡量遵循老路的路線走向來設(shè)計(jì)，而公路在運(yùn)營過程中產(chǎn)生沉降，路面線形與之前的設(shè)計(jì)資料大多不符，所以需要對老路進(jìn)行擬合。老路的橋梁和隧道都是既有的，為了使用原有公路的構(gòu)造物能夠最大程度的被利用，在改擴(kuò)建縱斷面設(shè)計(jì)時必須考慮原有的橋梁、隧道，以其為控制點(diǎn)。對于老路下穿橋梁及隧道來說，還應(yīng)該充分考慮凈空是否滿足要求。根據(jù)路面的最小補(bǔ)強(qiáng)厚度確定出縱斷面的最小控制標(biāo)高，在設(shè)計(jì)時要保證最小設(shè)計(jì)標(biāo)高應(yīng)大于最小控制標(biāo)高。再根據(jù)各種控制因素進(jìn)行縱坡和豎曲線的設(shè)計(jì)。

3.2設(shè)計(jì)影響因素分析

（1）改擴(kuò)建后的道路等級。

道路等級提高的同時，設(shè)計(jì)車速也相應(yīng)提高，從而對應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，如最大縱坡、平均縱坡、最小坡長及最大坡長的限制也相應(yīng)改變。改擴(kuò)建之前的原路的設(shè)計(jì)指標(biāo)有可能無法滿足改擴(kuò)建之后的指標(biāo)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來定，這就給設(shè)計(jì)者帶來了一定的麻煩。

（2）控制點(diǎn)

道路的起訖點(diǎn)，越嶺埡口，重要的橋梁涵洞，鐵路道口，隧道進(jìn)出口，平面交叉和立體交叉點(diǎn)，及沿溪線的洪水位，地質(zhì)不良的最小填土高度，最大挖深，這些都是在新建公路縱斷面設(shè)計(jì)中的控制點(diǎn)。而改擴(kuò)建公路的縱斷面設(shè)計(jì)是在已建成的公路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，改建公路沿線存在許多明式構(gòu)造物，如跨河大橋、隧道和被交路跨線橋等，明式構(gòu)造物的凈空要求也是舊路改造主要的限制因素，在設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮滿足這些明式構(gòu)造物的凈空要求。

（3）縱斷面標(biāo)高

在進(jìn)行舊路改造時，為節(jié)省路面改建工程造價，應(yīng)充分利用舊路路面的強(qiáng)度。由于挖除舊路路面會造成增加施工難度、浪費(fèi)材料以及破壞環(huán)境的問題，所以在設(shè)計(jì)縱斷面時應(yīng)考慮縱斷面標(biāo)高不應(yīng)設(shè)計(jì)得過低。

3.3 縱斷面設(shè)計(jì)的步驟

（1）首先計(jì)算路面的設(shè)計(jì)彎沉值。

（2）根據(jù)舊路面的彎沉測量結(jié)果評定各路段的路面強(qiáng)度狀況，計(jì)算每個段落的計(jì)算彎沉值和當(dāng)量回彈模量。

（3）確定設(shè)計(jì)路拱的最薄補(bǔ)強(qiáng)位置，根據(jù)不同路面材料的最小碾壓厚度和最大碾壓厚度的要求進(jìn)行修正，并依此確定路線縱斷面的最小控制標(biāo)高。

（4）確定沿線上跨分離式立交的橋下凈空高度。

（5）根據(jù)所測得的地面數(shù)據(jù)對原地面進(jìn)行縱斷面的擬合，得到原地面線的幾何參數(shù)。

（6）按照所擬合的舊路縱斷面進(jìn)行修改設(shè)計(jì)，并保證設(shè)計(jì)所得的縱斷面標(biāo)高，且所有橋下凈空滿足要求。

3.4 改擴(kuò)建縱斷面設(shè)計(jì)的原則

（1）縱斷面設(shè)計(jì)必須滿足《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) JTG B01-2014》和《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D20-2006》的各項(xiàng)規(guī)定。

（2）縱坡的縱向起伏不能過大且不宜過度頻繁，所設(shè)計(jì)的縱斷面線形應(yīng)具有一定的平順性，從而能夠保證車輛安全順適地行駛通過。如果舊路縱坡起伏過大，則可適當(dāng)增加補(bǔ)強(qiáng)厚度，提高線形指標(biāo)。對緩和坡段應(yīng)進(jìn)行合理的安排，且盡量避免使用縱坡的極限指標(biāo)，在兩段極限長度的陡坡中間不宜設(shè)置采用極限最小長度的緩坡。反坡段不能設(shè)置在連續(xù)上、下坡路段。線路為越嶺線且縱坡位于埡口附近時要放緩坡度。

（3）當(dāng)縱斷面線形受到約束時，應(yīng)根據(jù)路線的具體情況，可適當(dāng)采用極限設(shè)計(jì)指標(biāo)。

（4）改擴(kuò)建公路縱斷面設(shè)計(jì)時，當(dāng)采用傳統(tǒng)的對稱豎曲線時，遇到需要調(diào)整縱坡中直線長度的情況時，則往往需調(diào)整好幾個連續(xù)的縱坡，設(shè)計(jì)人員可考慮使用不對稱豎曲線替換對稱豎曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)，使直線和曲線的長度滿足要求。

（5）在新建公路的縱斷面設(shè)計(jì)中必須考慮土方平衡，使挖方用作就近路段的填方。在舊路改建中，當(dāng)涉及到補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)時，則不能與新建公路一樣考慮填挖平衡，此時設(shè)計(jì)的新的縱斷面高程應(yīng)該高于原有路面的標(biāo)高，以避免挖除原有路面，造成施工上的困難和材料的浪費(fèi)。

（6）為保證道路路基的強(qiáng)度，在縱坡設(shè)計(jì)時應(yīng)綜合考慮沿線地形、地質(zhì)、水文、氣候、地下管線和排水，正確處理好道路、地下水以及管線的高程關(guān)系，以利于排水。

（7）水系較發(fā)達(dá)路段，為保證路基的穩(wěn)定性，除滿足規(guī)范中最小縱坡的要求外，所設(shè)計(jì)的道路縱斷面應(yīng)該要滿足最小填土高度要求。

4 結(jié)論

國內(nèi)對于改擴(kuò)建公路中縱斷面的線形設(shè)計(jì)研究相對來說還比較不足，對于改擴(kuò)建工程無論是設(shè)計(jì)還是施工，都沒有建立完整的理論體系，目前仍然處于邊實(shí)踐邊探索的階段，公路改擴(kuò)建相對于新建公路來說其既有的制約條件要多得多，不能僅僅用新建公路的設(shè)計(jì)方法來解決改擴(kuò)建工程所碰到的問題。