【技术】改扩建道路工程中纵断面设计分析

摘要：本文对改扩建公路纵断面设计的必要性，设计内容及设计步骤进行了概括与总结，并阐述了纵断面设计中的制约因素，以及在设计中如何考虑这些制约因素。为今后的公路改扩建工程纵断面设计提供有益参考。

关键词：道路，改扩建工程，纵断面设计

随着我国公路里程的逐年增加，但公路建设初期，由于当时工程技术水平尚未成熟，无论在施工还是设计上水平都较低，导致公路病害日益增多。为了能够满足交通量的需求，提高道路的使用性能和服务水平，必须对原有的公路情况进行改善，相对于新建公路的纵断面线形设计来说，公路改扩建纵断面线形设计更为复杂，涉及的问题较多。公路的纵断面设计是指根据道路沿线的自然地理环境、道路等级、汽车的动力性能和工程经济性等，研究起伏空间线的大小、长度等几何参数，从而达到安全行车、经济合理运输以及行驶舒适的目的。本文对公路改扩建的必要性，影响纵断面设计的因素及其设计内容等进行阐述，为今后的公路改扩建工程纵断面设计提供有益参考。

1 公路改扩建的必要性介绍

（1）原有公路是该地区的路网中一个重要组成部分，占用了通道内的黄金资源，沿线经济依托原有的公路进行发展，如果改道新建，有可能会影响原有道路沿线的经济。对原有公路进行改扩建，能够更好得发挥其作用，促进公路所在区域内的经济发展。

（2）新建公路相对于旧路加宽来说不仅建设周期长，而且势必要占用更多的土地资源，而原有旧路所处的走廊带的资源是不可再生的，据相关统计显示，旧路改建所耗费的工程造价及土地资源是新建公路的一半。

（3）公路在长时间的使用之后，其使用性能在荷载和环境的影响下会逐渐变差，导致车辆的行车成本升高、舒适性降低，造成资源的浪费，阻碍经济效益的增长。所以，为提高公路的使用性能，应及时对原有的公路进行改建扩宽。由于改扩建道路受到原有道路结构物、纵坡、路面沉陷以及改造方案等的影响，公路改扩建的纵断面设计相对于新建公路纵断面设计要复杂许多，新建公路工程纵断面设计的思路和方法，无法很好的解决改建公路纵断面设计中遇到的问题。与新建公路纵断面线形设计的“地形服从线形”原则有所不同，改扩建公路线形设计必须遵循“线形服从地形”的原则，充分利用原有的公路线形。在对改扩建公路进行线形设计时，既要保证线形的舒适性，减少既有公路“凹凸不平”的现象，在此基础上还应该保证重新设计的纵断面和原有的公路纵断面的拟合相差不大，应尽量避免开挖的出现，保证路面填方在满足最小补强厚度的前提下尽可能小。

基于以上原因及目前国内尚未出台公路的改扩建设计方面（尤其是改扩建公路的纵断面设计方面）比较完整的规范。所以，对公路改扩建纵断面设计的研究是很有必要的。

2 国内外研究现状

西方发达国家于20世纪 30 年代就开始对公路进行改造修建，形成了相对完整的有关公路改扩建的标准体系。美国的高速公路充分考虑了未来发展，在设计高速公路时，通常把中央分隔带设计得较宽，能够更便于布设交通安全设施以及排水、管线，同时也为将来的道路拓宽提供了土地资源。在新建公路时已经预留了中央分隔带以用于今后的路基拓宽改造，所以美国的旧路改造中，新老路基的沉降差异问题并不突出。

在这期间，我国对扩建公路建设的研究主要集中在工程技术问题上，改扩建公路的纵断面线形的研究，只停留在理论上。国外对于纵断面的线形研究开始的较早，对于线形的研究也相对成熟。但是线形研究大都基于如何让线形更平缓，使驾驶员受到的缓和冲击更小，很少提及这些线形在改扩建工程中的应用。在公路改扩建设计中，由于需改扩建的公路年代久远，许多数据已经丢失或没有及时更新，因此，对于原路面数据的拟合也是改扩建中重要的工作之一。

1990年以前，我国公路改扩建的主要对象仅仅局限于普通道路，改扩建道路的主要工作内容也只是单纯的提高路面的等级，而没有涉及到公路扩建加宽的内容。近几年，为数不多的国内学者们才开始了公路改扩建的研究。交通部专家委员会于2004年11月在南京召开了有关于高速公路改扩建项目的技术研究讨论会，对过去几年来我国的一些进行改扩建的高速公路的经验和技术问题进行了总结。一些学者对纵断面的线形进行了研究，提出了自动设计的数学模型以及如何实现的方法，关于线形的拟合方法在数学方面的理论研究已经很成熟，但在改扩建工程纵断面设计方面的研究相对来说还比较少。

3 改扩建道路纵断面设计内容

3.1改扩建道路纵断面主要设计内容

在新建公路的纵坡设计中，应先按比例标注桩号、绘制地面线，在地面线图中标注控制点和经济点，再根据标出的控制点和经济点，依据选线意图及技术指标，并结合地形的起伏变化试定纵坡线，在调整、核对、定坡之后，依据技术标准的要求，并且考虑平纵组合均衡问题，定出竖曲线的半径R，并计算出竖曲线的其它要素。

对于改建公路，纵坡的设计是一个较为复杂的过程，老路的纵坡和走向大致已经确定，改建后的公路应该尽量遵循老路的路线走向来设计，而公路在运营过程中产生沉降，路面线形与之前的设计资料大多不符，所以需要对老路进行拟合。老路的桥梁和隧道都是既有的，为了使用原有公路的构造物能够最大程度的被利用，在改扩建纵断面设计时必须考虑原有的桥梁、隧道，以其为控制点。对于老路下穿桥梁及隧道来说，还应该充分考虑净空是否满足要求。根据路面的最小补强厚度确定出纵断面的最小控制标高，在设计时要保证最小设计标高应大于最小控制标高。再根据各种控制因素进行纵坡和竖曲线的设计。

3.2设计影响因素分析

（1）改扩建后的道路等级。

道路等级提高的同时，设计车速也相应提高，从而对应的设计指标，如最大纵坡、平均纵坡、最小坡长及最大坡长的限制也相应改变。改扩建之前的原路的设计指标有可能无法满足改扩建之后的指标，设计标准应该根据实际情况来定，这就给设计者带来了一定的麻烦。

（2）控制点

道路的起讫点，越岭垭口，重要的桥梁涵洞，铁路道口，隧道进出口，平面交叉和立体交叉点，及沿溪线的洪水位，地质不良的最小填土高度，最大挖深，这些都是在新建公路纵断面设计中的控制点。而改扩建公路的纵断面设计是在已建成的公路的基础上设计的，改建公路沿线存在许多明式构造物，如跨河大桥、隧道和被交路跨线桥等，明式构造物的净空要求也是旧路改造主要的限制因素，在设计时应考虑满足这些明式构造物的净空要求。

（3）纵断面标高

在进行旧路改造时，为节省路面改建工程造价，应充分利用旧路路面的强度。由于挖除旧路路面会造成增加施工难度、浪费材料以及破坏环境的问题，所以在设计纵断面时应考虑纵断面标高不应设计得过低。

3.3 纵断面设计的步骤

（1）首先计算路面的设计弯沉值。

（2）根据旧路面的弯沉测量结果评定各路段的路面强度状况，计算每个段落的计算弯沉值和当量回弹模量。

（3）确定设计路拱的最薄补强位置，根据不同路面材料的最小碾压厚度和最大碾压厚度的要求进行修正，并依此确定路线纵断面的最小控制标高。

（4）确定沿线上跨分离式立交的桥下净空高度。

（5）根据所测得的地面数据对原地面进行纵断面的拟合，得到原地面线的几何参数。

（6）按照所拟合的旧路纵断面进行修改设计，并保证设计所得的纵断面标高，且所有桥下净空满足要求。

3.4 改扩建纵断面设计的原则

（1）纵断面设计必须满足《公路工程技术标准 JTG B01-2014》和《公路路线设计规范 JTG D20-2006》的各项规定。

（2）纵坡的纵向起伏不能过大且不宜过度频繁，所设计的纵断面线形应具有一定的平顺性，从而能够保证车辆安全顺适地行驶通过。如果旧路纵坡起伏过大，则可适当增加补强厚度，提高线形指标。对缓和坡段应进行合理的安排，且尽量避免使用纵坡的极限指标，在两段极限长度的陡坡中间不宜设置采用极限最小长度的缓坡。反坡段不能设置在连续上、下坡路段。线路为越岭线且纵坡位于垭口附近时要放缓坡度。

（3）当纵断面线形受到约束时，应根据路线的具体情况，可适当采用极限设计指标。

（4）改扩建公路纵断面设计时，当采用传统的对称竖曲线时，遇到需要调整纵坡中直线长度的情况时，则往往需调整好几个连续的纵坡，设计人员可考虑使用不对称竖曲线替换对称竖曲线进行设计，使直线和曲线的长度满足要求。

（5）在新建公路的纵断面设计中必须考虑土方平衡，使挖方用作就近路段的填方。在旧路改建中，当涉及到补强设计时，则不能与新建公路一样考虑填挖平衡，此时设计的新的纵断面高程应该高于原有路面的标高，以避免挖除原有路面，造成施工上的困难和材料的浪费。

（6）为保证道路路基的强度，在纵坡设计时应综合考虑沿线地形、地质、水文、气候、地下管线和排水，正确处理好道路、地下水以及管线的高程关系，以利于排水。

（7）水系较发达路段，为保证路基的稳定性，除满足规范中最小纵坡的要求外，所设计的道路纵断面应该要满足最小填土高度要求。

4 结论

国内对于改扩建公路中纵断面的线形设计研究相对来说还比较不足，对于改扩建工程无论是设计还是施工，都没有建立完整的理论体系，目前仍然处于边实践边探索的阶段，公路改扩建相对于新建公路来说其既有的制约条件要多得多，不能仅仅用新建公路的设计方法来解决改扩建工程所碰到的问题。

参考文献：

• 高艳玲,黄子航等.我国高速公路改扩建的必要性分析[J].交通纵横,2009.11.

• 杨林,单炜等.公路改扩建设计的技术问题探讨[J].森林工程,2007,23（5）:53-55.

• 陈建宗.旧路改造纵断面设计研究[J].城市道桥与防洪,2010,（5）：23-24.