本文結合某高速公路改擴建工程實(shí)際，通過(guò)設計中采用的平縱面擬合方法的闡述及運用分析，提出了相關(guān)控制原則，為設計者在公路改建設計中提供設計思路。

關(guān)鍵詞：平；縱斷；多圓復合曲線(xiàn)

1、概述

某高速公路為某省會(huì )城市環(huán)城高速，功能極為重要。隨著(zhù)城市的快速發(fā)展以及該高速公路的交通流量日益增加以及該高速自身在高速公路網(wǎng)中作用、功能的變化，客觀(guān)上要求對該高速進(jìn)行徹底擴建。

改擴建工程設計成功與否離不開(kāi)項目與周邊規劃的有機融合，更離不開(kāi)優(yōu)秀的平縱面設計工作。

2、平面設計

對于高速公路改擴建項目，平面設計的主要工作是對原道路的平面擬合設計，并在此基礎上結合擬合后的平面以及事故黑點(diǎn)分析，對現有平面提出平面是否需要進(jìn)行優(yōu)化。本項目擬合后個(gè)別路段指標不滿(mǎn)足120km/h要求，因項目所處地理位置的影響，平面指標調整工程代價(jià)巨大，經(jīng)過(guò)多方比選論證，將設計時(shí)速由120 km/h調整為100km/h，基本維持既有道路平面設計。

2.1理論依據

目前國家尚未發(fā)布關(guān)于公路平面擬合精度要求，本項目結合行業(yè)擴建項目控制原則以及《公路路線(xiàn)設計細則》（尚未發(fā)布）中有關(guān)規定，對于一般路基段落平面擬合誤差控制不大于20厘米，對于明橋（涵）等構造物誤差控制不大于10厘米。對于個(gè)別路段難以全部滿(mǎn)足上述要求時(shí)，抓住主要矛盾，即控制構造物、互通區的擬合精度，個(gè)別曲線(xiàn)路段適當放寬，以保證擬合線(xiàn)形的連續性。

2.2控制因素

平面擬合設計一般以橋梁、隧道、互通立交等為主要控制因素，本項目位于平原區，控制主要因素是橋梁和互通立交。

2.3擬合方法

設計對中央分給帶兩側邊緣點(diǎn)進(jìn)行測量，測點(diǎn)間距不大于20米，對于個(gè)別路段每10米或5米，通過(guò)設計軟件進(jìn)行擬合，擬合結果參考原路竣工圖紙并對比1：1000地形圖進(jìn)行校核。

公路平面線(xiàn)形主要由直線(xiàn)和曲線(xiàn)組成，平面擬合采用的線(xiàn)形必然離不開(kāi)直線(xiàn)、曲線(xiàn)。本項目在平面線(xiàn)形擬合中主要采用最小二乘法及多圓復曲線(xiàn)擬合法，對于長(cháng)大圓曲線(xiàn)采用單圓難以擬合時(shí)，采用了多圓復合曲線(xiàn)線(xiàn)形。擬合時(shí)首先用測量的平面點(diǎn)數據擬合出直線(xiàn)和圓弧，然后在直線(xiàn)和圓弧間反復試增設緩和曲線(xiàn)，直至緩和曲線(xiàn)段的平面擬合誤差滿(mǎn)足規定要求。

2.4平面擬合結果

經(jīng)過(guò)以程序為主、手工干預為輔的擬合手段，高速公路平面擬合統計分析結果是正負誤差分布情況基本上呈現正態(tài)分布，具體情況是實(shí)測有效數據中94.7%的點(diǎn)位擬合誤差小于0.1m，點(diǎn)位誤差絕對值不滿(mǎn)足擬合原則的僅占比0.5%，說(shuō)明該高速公路平面擬合精度控制非常好，擬合手段有效。

3、縱斷面設計

高速公路改擴建項目中縱斷面擬合至關(guān)重要，縱段擬合的優(yōu)劣影響工程造價(jià)及施工難度。優(yōu)秀、合理的縱斷面擬合，既能充分利用既有工程，降低工程造價(jià)，又能有效加快項目施工周期，降低施工難度。

3.1理論依據及原則

縱斷面擬合標準同平面擬合一樣，均無(wú)明確規定。本項目采用目前設計上常用的按左、右路幅分別控制擬合，以有利用原路面結構層的直接加鋪的路段為主要控制，盡量做到“寧填勿挖”?？v面擬合的設計誤差控制超挖不大于1厘米，最大填高不大于3厘米，對于明橋（涵）等造物控制誤差為0～3厘米。

3.2擬合方法

縱斷面擬合設計中根據高速公路中央分隔帶邊緣線(xiàn)的測量高程數據、橫斷數據以及橋面散點(diǎn)高程數據作為基礎數據進(jìn)行縱坡擬合。擬合原則是以不宜臺高的明橋（涵）構造物為主要控制點(diǎn)，橋頭采用順坡方式進(jìn)行擬合?？v面線(xiàn)形擬合以實(shí)測數據為基礎先擬合出直坡段，然后在直坡段間增設豎曲線(xiàn)。

3.2.1一般路段縱斷面擬合

傳統的縱斷面擬合只采用左右幅原設計高出地面高程作為基礎擬合地面高進(jìn)行縱斷面擬合。本項目在縱斷面擬合中充分考慮橫坡?tīng)顟B(tài)，形成“面”擬合，充分貫徹“寧填勿挖，嚴格控制最小填高”的原則，降低工程實(shí)施難度及造價(jià)。具體步驟如下：

（1）根據實(shí)測數據擬合橫坡

根據實(shí)測的逐樁橫斷面數據，分別計算斷面左、右幅的橫坡值。但因施工、路面病害維修等諸多因素，路面橫坡具有一定的離散型，故此根據路線(xiàn)單元分段進(jìn)行統計分析，結合平面條件，在滿(mǎn)足超高及路線(xiàn)規范的前提下，合理選用具有代表性的橫坡數據。

（2）計算橫斷最佳控制高程

根據控制的最小加鋪厚度以及擬合橫坡在橫斷面中的輔助線(xiàn)，逐一計算出左、右線(xiàn)路面在不銑刨情況下的最高點(diǎn)高程，此高程即為最佳控制高程。

（3）推算縱斷面地面線(xiàn)

根據最小加鋪厚度、最佳的控制高程以及其在橫斷面中的相對位置等因素，在此基礎上結合橫坡，推求縱斷面設計線(xiàn)位置的的地面線(xiàn)數據，并將其作為縱斷面擬合的依據。

（4）左右幅縱段對比調整

采用軟件自動(dòng)擬合后的左右幅縱段要進(jìn)行相同點(diǎn)位的高程對比，對比原則是控制相同點(diǎn)位高差不宜過(guò)大，原則上按不大于15厘米為宜，如超出需結合左右幅的精度情況進(jìn)行調整。

3.2.2特殊路段的縱斷面擬合

特殊路段中比較典型的是長(cháng)、大橋梁路段。如長(cháng)大橋梁路段粗放的采用常規曲線(xiàn)進(jìn)行擬合勢必造成大量點(diǎn)位鋪裝厚度增加或變薄，而橋梁橋面鋪過(guò)厚增加結構荷載，過(guò)薄又給降低了結構使用壽命、增加施工難度。故此，設計采用了連續、流暢的“高次拋物線(xiàn)方程”法對其擬合。

3.2.3擬合路段誤差分析

統計結果表明：正負誤差分布情況基本呈現正態(tài)分布，具體情況是實(shí)測數據有91.12%的控制點(diǎn)位誤差在0.05米以下，控制點(diǎn)誤差絕對值大于0.1米的僅占1.81%，說(shuō)明該高速公路縱斷面擬合精度控制非常好，擬合手段有效。

3.2.4 縱斷面調整

原高速公路的路面結構強度滿(mǎn)足規范要求，為降低工程造價(jià)，路面結構方案基本上是在局部病害處理后在進(jìn)行加鋪。但對于該高速一類(lèi)的擴建項目，因項目距離城市較近，難免因項目周邊的快速發(fā)展和城市的遠期規劃要求，對于制約城市發(fā)展的路段進(jìn)行必要的增設通行構筑物或者抬高縱段設計。

本項目多處縱斷面進(jìn)行了較大調整，雖然增加了一定的工程造價(jià)，但是充分體現了公路全方位服務(wù)設計的理念，為營(yíng)造和諧社會(huì )，順利推動(dòng)項目實(shí)施奠定了基礎。

4、本次設計的不足

（1）高速公路過(guò)境的重載車(chē)輛占比較高，造成局部段落橫向出現凹陷，設計測量階段考慮測量通行要就及測量安全對于路面僅進(jìn)行四點(diǎn)測量，對于凹槽部分測量精度不足，造成路面加鋪量存在一定誤差。

（2）路面設計中未能充分考慮施工期保通期間造成單幅通行壓力過(guò)大而造成的路面病害加劇，致使路面處置費用增加。

5、優(yōu)化思路

（1）采用先進(jìn)的技術(shù)手段，提高數據采集精度。結合現有國內改擴建經(jīng)驗及現有的測量、設計軟件，可采用先進(jìn)的車(chē)載激光測量結合數字模型，采用先進(jìn)的數據計算分析系統，提高縱斷面擬合精度，進(jìn)一步減少路面加鋪工程數量，從而達到降低工程數量。

（2）做好施工期交通組織并以此為依據，推演路面病害發(fā)展性狀，做好路面病害預防性設計。

6、結束語(yǔ)

“細節決定成敗”在高速公路改擴建的平縱擬合設計中體現得淋漓盡致，通過(guò)先進(jìn)的數據采集手段，優(yōu)秀的擬合軟件和具有極度富有責任心的優(yōu)秀設計者，一定能設計出超一流的擴建工程。