本文對改擴建公路縱斷面設計的必要性，設計內容及設計步驟進(jìn)行了概括與總結，并闡述了縱斷面設計中的制約因素，以及在設計中如何考慮這些制約因素。為今后的公路改擴建工程縱斷面設計提供有益參考。

關(guān)鍵詞：道路，改擴建工程，縱斷面設計

隨著(zhù)我國公路里程的逐年增加，但公路建設初期，由于當時(shí)工程技術(shù)水平尚未成熟，無(wú)論在施工還是設計上水平都較低，導致公路病害日益增多。為了能夠滿(mǎn)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(xiàn)形設計來(lái)說(shuō)，公路改擴建縱斷面線(xiàn)形設計更為復雜，涉及的問(wèn)題較多。公路的縱斷面設計是指根據道路沿線(xiàn)的自然地理環(huán)境、道路等級、汽車(chē)的動(dòng)力性能和工程經(jīng)濟性等，研究起伏空間線(xiàn)的大小、長(cháng)度等幾何參數，從而達到安全行車(chē)、經(jīng)濟合理運輸以及行駛舒適的目的。本文對公路改擴建的必要性，影響縱斷面設計的因素及其設計內容等進(jìn)行闡述，為今后的公路改擴建工程縱斷面設計提供有益參考。

1 公路改擴建的必要性介紹

（1）原有公路是該地區的路網(wǎng)中一個(gè)重要組成部分，占用了通道內的黃金資源，沿線(xiàn)經(jīng)濟依托原有的公路進(jìn)行發(fā)展，如果改道新建，有可能會(huì )影響原有道路沿線(xiàn)的經(jīng)濟。對原有公路進(jìn)行改擴建，能夠更好得發(fā)揮其作用，促進(jìn)公路所在區域內的經(jīng)濟發(fā)展。

（2）新建公路相對于舊路加寬來(lái)說(shuō)不僅建設周期長(cháng)，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，據相關(guān)統計顯示，舊路改建所耗費的工程造價(jià)及土地資源是新建公路的一半。

（3）公路在長(cháng)時(shí)間的使用之后，其使用性能在荷載和環(huán)境的影響下會(huì )逐漸變差，導致車(chē)輛的行車(chē)成本升高、舒適性降低，造成資源的浪費，阻礙經(jīng)濟效益的增長(cháng)。所以，為提高公路的使用性能，應及時(shí)對原有的公路進(jìn)行改建擴寬。由于改擴建道路受到原有道路結構物、縱坡、路面沉陷以及改造方案等的影響，公路改擴建的縱斷面設計相對于新建公路縱斷面設計要復雜許多，新建公路工程縱斷面設計的思路和方法，無(wú)法很好的解決改建公路縱斷面設計中遇到的問(wèn)題。與新建公路縱斷面線(xiàn)形設計的“地形服從線(xiàn)形”原則有所不同，改擴建公路線(xiàn)形設計必須遵循“線(xiàn)形服從地形”的原則，充分利用原有的公路線(xiàn)形。在對改擴建公路進(jìn)行線(xiàn)形設計時(shí)，既要保證線(xiàn)形的舒適性，減少既有公路“凹凸不平”的現象，在此基礎上還應該保證重新設計的縱斷面和原有的公路縱斷面的擬合相差不大，應盡量避免開(kāi)挖的出現，保證路面填方在滿(mǎn)足最小補強厚度的前提下盡可能小。

基于以上原因及目前國內尚未出臺公路的改擴建設計方面（尤其是改擴建公路的縱斷面設計方面）比較完整的規范。所以，對公路改擴建縱斷面設計的研究是很有必要的。

2 國內外研究現狀

西方發(fā)達國家于20世紀 30 年代就開(kāi)始對公路進(jìn)行改造修建，形成了相對完整的有關(guān)公路改擴建的標準體系。美國的高速公路充分考慮了未來(lái)發(fā)展，在設計高速公路時(shí)，通常把中央分隔帶設計得較寬，能夠更便于布設交通安全設施以及排水、管線(xiàn)，同時(shí)也為將來(lái)的道路拓寬提供了土地資源。在新建公路時(shí)已經(jīng)預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(wèn)題并不突出。

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

1990年以前，我國公路改擴建的主要對象僅僅局限于普通道路，改擴建道路的主要工作內容也只是單純的提高路面的等級，而沒(méi)有涉及到公路擴建加寬的內容。近幾年，為數不多的國內學(xué)者們才開(kāi)始了公路改擴建的研究。交通部專(zhuān)家委員會(huì )于2004年11月在南京召開(kāi)了有關(guān)于高速公路改擴建項目的技術(shù)研究討論會(huì )，對過(guò)去幾年來(lái)我國的一些進(jìn)行改擴建的高速公路的經(jīng)驗和技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行了總結。一些學(xué)者對縱斷面的線(xiàn)形進(jìn)行了研究，提出了自動(dòng)設計的數學(xué)模型以及如何實(shí)現的方法，關(guān)于線(xiàn)形的擬合方法在數學(xué)方面的理論研究已經(jīng)很成熟，但在改擴建工程縱斷面設計方面的研究相對來(lái)說(shuō)還比較少。

3 改擴建道路縱斷面設計內容

3.1改擴建道路縱斷面主要設計內容

在新建公路的縱坡設計中，應先按比例標注樁號、繪制地面線(xiàn)，在地面線(xiàn)圖中標注控制點(diǎn)和經(jīng)濟點(diǎn)，再根據標出的控制點(diǎn)和經(jīng)濟點(diǎn)，依據選線(xiàn)意圖及技術(shù)指標，并結合地形的起伏變化試定縱坡線(xiàn)，在調整、核對、定坡之后，依據技術(shù)標準的要求，并且考慮平縱組合均衡問(wèn)題，定出豎曲線(xiàn)的半徑R，并計算出豎曲線(xiàn)的其它要素。

對于改建公路，縱坡的設計是一個(gè)較為復雜的過(guò)程，老路的縱坡和走向大致已經(jīng)確定，改建后的公路應該盡量遵循老路的路線(xiàn)走向來(lái)設計，而公路在運營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生沉降，路面線(xiàn)形與之前的設計資料大多不符，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造物能夠最大程度的被利用，在改擴建縱斷面設計時(shí)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(lái)說(shuō)，還應該充分考慮凈空是否滿(mǎn)足要求。根據路面的最小補強厚度確定出縱斷面的最小控制標高，在設計時(shí)要保證最小設計標高應大于最小控制標高。再根據各種控制因素進(jìn)行縱坡和豎曲線(xiàn)的設計。

3.2設計影響因素分析

（1）改擴建后的道路等級。

道路等級提高的同時(shí)，設計車(chē)速也相應提高，從而對應的設計指標，如最大縱坡、平均縱坡、最小坡長(cháng)及最大坡長(cháng)的限制也相應改變。改擴建之前的原路的設計指標有可能無(wú)法滿(mǎn)足改擴建之后的指標，設計標準應該根據實(shí)際情況來(lái)定，這就給設計者帶來(lái)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(xiàn)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計中的控制點(diǎn)。而改擴建公路的縱斷面設計是在已建成的公路的基礎上設計的，改建公路沿線(xiàn)存在許多明式構造物，如跨河大橋、隧道和被交路跨線(xiàn)橋等，明式構造物的凈空要求也是舊路改造主要的限制因素，在設計時(shí)應考慮滿(mǎn)足這些明式構造物的凈空要求。

（3）縱斷面標高

在進(jìn)行舊路改造時(shí)，為節省路面改建工程造價(jià)，應充分利用舊路路面的強度。由于挖除舊路路面會(huì )造成增加施工難度、浪費材料以及破壞環(huán)境的問(wèn)題，所以在設計縱斷面時(shí)應考慮縱斷面標高不應設計得過(guò)低。

3.3 縱斷面設計的步驟

（1）首先計算路面的設計彎沉值。

（2）根據舊路面的彎沉測量結果評定各路段的路面強度狀況，計算每個(gè)段落的計算彎沉值和當量回彈模量。

（3）確定設計路拱的最薄補強位置，根據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(xiàn)縱斷面的最小控制標高。

（4）確定沿線(xiàn)上跨分離式立交的橋下凈空高度。

（5）根據所測得的地面數據對原地面進(jìn)行縱斷面的擬合，得到原地面線(xiàn)的幾何參數。

（6）按照所擬合的舊路縱斷面進(jìn)行修改設計，并保證設計所得的縱斷面標高，且所有橋下凈空滿(mǎn)足要求。

3.4 改擴建縱斷面設計的原則

（1）縱斷面設計必須滿(mǎn)足《公路工程技術(shù)標準 JTG B01-2014》和《公路路線(xiàn)設計規范 JTG D20-2006》的各項規定。

（2）縱坡的縱向起伏不能過(guò)大且不宜過(guò)度頻繁，所設計的縱斷面線(xiàn)形應具有一定的平順性，從而能夠保證車(chē)輛安全順適地行駛通過(guò)。如果舊路縱坡起伏過(guò)大，則可適當增加補強厚度，提高線(xiàn)形指標。對緩和坡段應進(jìn)行合理的安排，且盡量避免使用縱坡的極限指標，在兩段極限長(cháng)度的陡坡中間不宜設置采用極限最小長(cháng)度的緩坡。反坡段不能設置在連續上、下坡路段。線(xiàn)路為越嶺線(xiàn)且縱坡位于埡口附近時(shí)要放緩坡度。

（3）當縱斷面線(xiàn)形受到約束時(shí)，應根據路線(xiàn)的具體情況，可適當采用極限設計指標。

（4）改擴建公路縱斷面設計時(shí)，當采用傳統的對稱(chēng)豎曲線(xiàn)時(shí)，遇到需要調整縱坡中直線(xiàn)長(cháng)度的情況時(shí)，則往往需調整好幾個(gè)連續的縱坡，設計人員可考慮使用不對稱(chēng)豎曲線(xiàn)替換對稱(chēng)豎曲線(xiàn)進(jìn)行設計，使直線(xiàn)和曲線(xiàn)的長(cháng)度滿(mǎn)足要求。

（5）在新建公路的縱斷面設計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，當涉及到補強設計時(shí)，則不能與新建公路一樣考慮填挖平衡，此時(shí)設計的新的縱斷面高程應該高于原有路面的標高，以避免挖除原有路面，造成施工上的困難和材料的浪費。

（6）為保證道路路基的強度，在縱坡設計時(shí)應綜合考慮沿線(xiàn)地形、地質(zhì)、水文、氣候、地下管線(xiàn)和排水，正確處理好道路、地下水以及管線(xiàn)的高程關(guān)系，以利于排水。

（7）水系較發(fā)達路段，為保證路基的穩定性，除滿(mǎn)足規范中最小縱坡的要求外，所設計的道路縱斷面應該要滿(mǎn)足最小填土高度要求。

4 結論

國內對于改擴建公路中縱斷面的線(xiàn)形設計研究相對來(lái)說(shuō)還比較不足，對于改擴建工程無(wú)論是設計還是施工，都沒(méi)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，公路改擴建相對于新建公路來(lái)說(shuō)其既有的制約條件要多得多，不能僅僅用新建公路的設計方法來(lái)解決改擴建工程所碰到的問(wèn)題。