中铁城际公路院谈公路路线纵断面设计

公路路线纵断面设计是公路设计中非常重要的一个环节，要综合考虑各方面的因素和要求，首先必须符合《公路工程技术标准》的相关规定；其次要综合考虑沿线自然地形、地质、水文、气候等因素；最后还要从经济的角度出发，尽量考虑填挖均衡。本文探讨了传统的公路路线纵断面设计方法和步骤，对于公路设计初学者具有一定的参考价值。
公路的纵断面是指沿着道路的中线竖着剖开以后再展开，由平坡线、坡线、竖曲线等三个几个要素组成，它是对设计路线的纵向坡度和中线地面高低起伏的反映，是道路设计的重要组成部分。
1 路线纵断面设计依据的相关资料
　　路线纵断面设计通常是在平面线形初定之后，结合地形、地物、环境和土石方工程量等条件，将构成纵断面线形的几何要素进行合理组合，满足行车安全、舒适、与环境协调、工程经济的要求。路线纵断面设计之前，要有路线的平面地形图、直线曲线及转角一览表、水准测量记录表、沿线构造物设置等外业调查资料、地质勘察资料、公路设计等级、公路工程技术标准、路线设计规范等相关资料。
　2 绘制路线纵断面设计图
　　路线纵断面设计图的绘制，是纵断面设计的主要任务，设计时要综合考虑多方面的因素和要求。传统的人工路线纵断面设计工作具体步骤和思路如下：
　　2. 1 建立直角坐标系
　　路线纵断面图采用直角坐标系，以横坐标表示路线的里程，纵坐标表示高程。通常情况下，在山岭区横坐标采用1∶2 000的比例，纵坐标采用1∶200 的比例; 在丘陵区和平原区，横坐标采用1∶5 000 的比例，纵坐标采用1∶500 的比例。建立坐标系时应注意，首先，要把该坐标系的坐标原点在图纸中的位置确定好，否则会直接影响到纵断面图在图纸中的位置，也会使图纸的美观和图的直观效果受到影响。另外在该图纸的适当位置应注明横、纵坐标所用的比例。一条公路的纵断面图往往有若干张，因此，要在每张图纸的右上角注出图纸分式编号，分母表示图纸总张数，分子表示本张图纸的序号。
　　横、纵坐标的单位都用米表示，纵坐标上要标注数字，也可将其绘成标有刻度的标尺。
　　2. 2 绘制纵断面设计图
　　( 1) 纵断面图资料。通常是在纵断面图纸的下方，以表格的形式自下而上依次列出: 直线与平曲线、里程桩号、纵坡/坡长、地面标高、设计标高、填挖高度、地质说明等。
　　( 2) “直线与平曲线”。根据平面设计资料中的“直线曲线及转角一览表”绘出平面上的直线和曲线的位置及走向。直线段用水平线表示，平曲线为左偏时开口向上，右偏时开口向下，并在开口处注明交点编号及曲线半径。注意开口的起点和终点要和该平曲线的起、终点的桩号相对应。
　　( 3) “里程桩号”和“地面高程”。可直接由平面设计资料中的中桩记录表或水准测量提供的相应桩号、地面高程得到，填写时注意桩号与横坐标表示的实际里程要对应。
　　( 4) 勾绘地面线。根据纵断面图资料部分的“里程桩号”和“地面高程”，在绘图区相应的位置按里程桩号先后点出各地面点在纵断面图中的具体位置，然后再用折线依次连接图中的地面点，即得到纵断面图的地面线。
　　( 5) 绘制纵坡设计线。即进行纵坡设计，是纵断面设计的核心。
　　纵坡设计时，一定要注意按照公路工程技术标准的要求，科学合理的确定路线的最大纵坡、最小纵坡及最大和最小坡长限制，在高原地区还要考虑纵坡的折减。最大纵坡是纵断面设计的重要控制指标，主要考虑载重汽车的爬坡性能和通行能力。一般来说，在克服高差一定的情况下，纵坡度越大，路线就越短，工程数量就越少，工程造价也就越低。但纵坡度较大时，汽车爬坡就越困难，尤其是积雪冰冻地区，路面结冰后对载重汽车的影响尤为显著，同时也带来了极大的行车安全隐患；纵坡度过小时，又会增大工程造价，有时在长路段低填方处，还会影响到路线的纵向排水。除此之外，还应满足标准中对缓和坡段、平均纵坡及合成坡度的相关规定，尽量使纵坡设计顾及到各个方面的要求。
　　在纵断面图上布置设计线时，要结合路线的平面地形图及地质勘察的有关资料，考虑设计标高的要求。在平原地区，应保证路基的最小填土高度符合标准的要求，即满足路基处于干燥或中湿状态; 在丘陵区及山岭区，主要考虑土石均衡，以降低工程造价; 对于沿河路段，要从路基稳定考虑，设计线应在设计洪水位及计算水位0．5 m 高度以上，以保证足够的安全储备。
　　路线的各坡段纵坡设计时，各级公路的最大纵坡值、陡坡限制坡长和最小坡长限制值，一般不要轻易采用，以便为以后公路升级改造或公路的改扩建留下设计余地；必须采用时，应进行充分的技术、经济论证。
　　纵坡设计时，首先应将路线的起点、终点、最小填土高度、最大开挖深度、桥涵的标高限制、交叉点等起控制作用的控制点的位置标注于纵断面设计图上; 接着要全面考虑路线设计要求及规范的规定，尽量考虑填挖的均衡性，试定出各坡段的纵坡线; 在划分坡段时，注意相邻两坡段的交点即变坡点位置，应尽量设在10 m 的整桩号处，且最好位于平曲线的曲中点附近或远离平曲线而设在直线上。以便在后续布设竖曲线时，使平曲线和竖曲线尽量重合或竖曲线完全包于平曲线中，为驾驶员提供最好的视觉诱导；或直接将平曲线和竖曲线拉开一定距离，以保证行车的安全性。
　　最后根据路线选线时纵坡的安排，调整图上纵坡线，使设计和实地尽量相符; 要结合实际地形，特别注意检查、核实高填深挖断面处实地情况，必要时调整纵坡线，以保证设计出合理且符合要求的设计线。在变坡点处设置竖曲线时，应注意使竖曲线的最小半径和最小长度符合技术标准的要求。为了安全和舒适，竖曲线的半径一般应尽量选择大一些，在公路路线纵断面设计的实践中，应取技术标准中所列半径的一般最小值的1．5 ～ 2．0 倍，即最小半径的一般值。
　　另外，纵断面设计时，还要考虑平、纵线形的组合。其组合应能保证行车时视觉上的连续性，并有足够的安全感、舒适感和美感; 平、纵线形的设计技术指标一般不宜悬殊太大。
　　( 6) 填写“坡度/坡长”。在图上定出纵坡设计线之后，就可根据图上各坡段的起、终点的高程计算出该坡段的高差，各坡段的起终、点的桩号之差即为该坡段的坡长，然后计算高差与坡长的百分比，即为坡度。如5 /400，表示该坡段的坡长是400 m，坡度是5%。
　　( 7) 计算设计高程。根据各坡段的坡度，计算各中桩的设计高程。中桩设计高程= 变坡点的高程± 桩号差× 坡度，式中的桩号差为该中桩桩号与变坡点的桩号之差，坡度为该桩所在坡段的坡度，坡度要以小数形式代入式中。计算上坡段中桩高程时用“+”，下坡段用“－”。若设置有竖曲线，则在竖曲线部分还应计算高程改正值。用未考虑竖曲线时计算得到的中桩设计高程值，加上或减去改正值后得到的结果，作为该中桩的实际设计高程。
　　( 8) 填挖高度计算。填挖高度= 设计高程－ 地面高程，结果为正值时为填，负值时为挖。
　　( 9) 地质概况。根据外业勘测资料，填写沿线地质情况。
　　另外，在纵断面图上，还可以标注出相应的水准点的位置和标高，有桥涵、隧道等构造物时还应标注构造物的位置、结构类型及跨径、长度等信息，竖曲线的曲线要素等。
3 结语
　　上文简要探讨了公路路线纵断面设计的方法和思路。公路设计师应注意在实践的过程中不断积累和总结设计经验，因为科学、合理的设计方法和思路，将起到事半功倍的作用，使纵断面设计更加趋于条理化、合理化、清晰化。随着计算机的普及和人机动态交互式设计软件的发展，将使路线的纵断面设计工作更加高效、快捷，公路设计师也能更好的从总体上掌握并控制公路的技术指标和工程造价，为我国公路交通事业又好又快的发展做出更加突出的贡献。

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