高速公路改扩建路线纵断面设计要点分析

高速公路改扩建路线纵断面设计要点分

析

摘要：根据对我国高速公路现状相关的调查研究发现：我国已建的高速公路

运行很多年，大都存在着明显的不均匀沉降，尤其是在填土高度比较大的路段，

由于填土高度不同，所以形成了不同程度凹凸不平。一般根据模型进行拟合计算

后对于高速公路的纵断面都存在着两个问题：第一个问题是最小纵坡无法满足现

行规范的要求;另外一个就是不均匀沉降引起的竖曲线左右两侧的填挖明显的不

对称。本文针对纵断面设计内容及以上注意的问题，提出自己的一点看法，以供

同行参考指正。

关键词：高速公路；改扩建；纵断面设计

高速公路改扩建工程路线纵断面设计主要包括路线纵坡组合设计和竖曲线设计。在纵断面线形设计时和平面设计大致相同，主要是为了满足行车和视觉诱导

舒适等要求，但同时要经济合理。纵断面线形设计中必须和地形、地物和景观等

相适应，在保持线形连续均衡的同时，还要与平面线形相互配合。

1 纵断面线形设计

1.1 纵断面设计的主要内容

纵断面设计的主要内容就是根据汽车的动力特性、道路等级、地物、地形、

水文地质，综合考虑路基的稳定、排水以及工程特性等，研究纵坡的大小、长短、竖曲线半径、与平面线形的组合关系，最终满足行车安全、舒适和运输经济合理

的目的以。设计的同时应考虑与桥梁、路面设计、交叉工程及沿线的附属设施相

协调。

1.2纵断面拟合设计的原则

纵断面设计是改扩建工程中是比较复杂的部分，制约着整个改扩建工程的质量和进度。在进行老路改扩建工程纵断面设计时要遵循以下原则：

（1）当老路的纵断面满足标准时，重新拟合设计的纵断面线形要尽量与老路的纵断面线形保持一致，这样可以充分利用原有路面强度，降低了路面的改造费用。

（2）老路改扩建纵断面设计中一般路段尽量保持"宁填勿挖"的原则，拟合后要满足纵断面的规范要求。如果在纵断面设计中设计值偏低，就必须对老路进行挖除，这样的话不仅增加了施工的难度，而且不能充分利用材料，同时对环境造成污染。

（3）在满足规范要求和行车安全的情况下，充分利用原有构造物，对纵坡进行拟合和优化，受净空以及构造物限制的特殊路段可以不控制最短坡长。

（4）结合路面扩建方案，以明式的构造物及隧道为控制点，进行分段、分幅拟合设计，并且进行误差分析。

（5）在构造物等节点采用合理的坡率和坡长，力求达到指标均衡，竖曲线指标不仅在满足线形设计规范的基础上，而且还应满足视觉的要求，力求视觉的平顺舒适。

1.3纵断面设计的限制因素

（1）改扩建后的设计速度和道路等级。虽然通常高速公路改扩建后道路为同一等级，但改扩建后道路设计速度提高或道路等级有所提高或提升，设计标准应根据实际的情况来定。

（2）路拱坡度和超高。高速公路改扩建后加行车道增加，对于改造后加宽了高速公路，由于路面较改之前宽，所以要注意迅速排除路面积水。当旧路路拱横坡较小时，可以适当取大路拱横坡来满足路面排水要求。尤其是当拟改扩建公路处于降水强度较大的地区时应采用较高的路拱横坡。

（3）沿线明式构造物限制。沿线构造物对道路改造的限制主要体现在是否

满足净空要求，其中包括被交路跨线桥、隧道和跨河大桥。

2纵断面设计的方法

纵断面设计线的组成包括直线和竖曲线。与改扩建路线平面设计一样，现有

高速公路的设计文件不易得到或者是已经不再适用，但改扩建的高速公路纵断面

的设计需要了解原有道路的纵断面线形，重新拟合出纵断面设计需要的变坡点标

高H以及竖曲线半径R等数据。

3 纵断面设计的约束条件

3.1先对坡长进行约束处理。拟改造的坡长小于规定的最小坡长时，即可确

定该路段约束被破坏。在段落比较复杂的路段，有可能出现连续几段坡长约束破坏。可通过删除那些不合理的转点方法或者通过减少变坡点的次数，来进行约束

处理。

3.2对纵坡度进行约束处理。当纵坡坡度不满足规定的最大和最小纵坡要求时，则确定该段约束被破坏。可通过来改变纵坡线，进行约束处理。

3.3对竖曲线半径进行约束处理。当竖曲线半径小于规定的最小半径，可确

定该段约束被破坏。进行调整竖曲线半径使满足规范规定的最小竖曲线半径要求。

3.4改扩建工程中包括旧路构造物，由于在对构造物的拟合精度比较高，通

过设置一些控制点，要求在线位必须通过或者精度必须在对构造物拟合的误差范

围内，从而得到最佳的设计数据。拟合时通过进一步调整纵断面线位数据得到合

适的线位数据。

4改扩建纵断面设计中常见问题及解决方法

在改扩建过程中，必须确定合适的最小坡长，在满足相关的规范要求和行车

的舒适性外，尽可能减少填方，也尽量避免出现挖方;同时为了保证纵断面的平顺、圆滑和经济，更好的与老路相衔接，在设计的时候可采用不对称的竖曲线进

行设计。

4.1 最小坡长的取用

坡长是纵断面上相邻两边坡点间的长度。纵断面上若变坡点过多，从车辆行

驶的角度来说，纵向起伏变化过于频繁，会使车辆行驶颠簸频繁，影响了行车的

舒适和安全。从线形的几何构造上来看，相邻的变坡点之间的距离不宜过短，否

则不便插入适当的竖曲线来缓和纵坡的要求，也不便于平纵线形组合的合理布置。《公路路线设计规范》中对高速公路的最小坡长做出了相应的取值，对于设计速

度分别是120km/h 和100km/h，对应的最小坡长分别是300m和250m。

对于改扩建的高速公路要消除现有路面不同程度的不平现象，设计时可采用

两种方法：

1.依据现有高速公路的原设计方案和现行规范要求的最小坡长进行改扩建的

纵断面设计。但这种方法一般会增加路基的填方量，路面加罩也比较厚，还会加

重桥梁路段的负荷，不能满足改扩建工程的需要和结构的安全，基本不予考虑。

2.根据拟合纵断面线形的实际情况，在纵断面设计时可适当增加原设计方案

的的变坡点，在增加的变坡点的转坡角较小的前提下，可以放宽对最小坡长的规

定灵活运用。但这种方法不能满足现行设计规范和标准的要求。采用此种方法需

要研究最小坡长的控制值，来满足交通安全和行驶舒适性。

4.2 平纵组合设计

平、纵线形组合设计是指在满足汽车动力学和力学要求的前提下，研究如何

满足视觉和心理方面的连续、舒适，与周围环境的协调和良好的排水条件。特别

在高等级公路的设计中必须注重平、纵线形的合理组合。就技术指标来说，行驶

力学满足的是保持行车稳定和安全，要求线形的最小值，而视觉心理要求的则是

最大值。但若采用较大值的技术标准往往与工程经济相矛盾。综上所述，改扩建

工程中平纵线型借鉴于新建高速公路的平纵组合设计，设计出合理的总体线型：

1.平纵组合设计中在平纵曲线半径及长度取用问题上，在满足地形、规范和

经济的基础上尽量采用最大值，保持平纵线形几何指标的大小均衡，同时要注意

和环境的协调，不应过于追求高指标。