李秋蕊 曹常樂

摘 要：為滿足設計安全性，必須重視公路線形設計。為此，本文基于山區(qū)車輛彎道行駛受力特點，對山區(qū)公路縱斷面線形設計要點進行了探討，以期全面提升公路設計合理性、可行性，保證施工建設質量。

關鍵詞：山區(qū)公路；縱斷面；線形設計

山區(qū)具有山高谷深、高差大、地形及地質復雜等特點，進而導致公路工程項目投資大、工程艱巨。而公路線形對公路條件起決定作用，公路線形指標是否合理，同樣對構造物設置、環(huán)境破壞程度及建設費用影響較大，甚至威脅到駕駛人員的行駛安全。由此可見，道路線形和道路安全關系極為密切，尤其在山區(qū)低等級公路上最為顯著。與平原地區(qū)相比，山區(qū)具有較為復雜的自然條件，生態(tài)環(huán)境制約嚴重，影響因素較多。山區(qū)自身因素將加大行車難度，進而要求必須提高山區(qū)公路線形設計質量，線形設計是否合理直接決定著車輛行駛的舒適性、安全性。為此，必須在設計階段檢驗并評價公路線形，且以此找出線形存在的不足，并加以修正。

1 公路縱斷面線形設計的概述

伴隨公路工程建設事業(yè)的不斷進步，想要使工程質量得到更好的提升，就必須嚴格按照相關要求合理選擇設計方案。在公路路線設計中，要加大技術改革力度、提高設計水平，只有這樣才能使施工工期大幅縮短，才能使工程質量得到提高，進一步提升公路工程的經濟效益和社會效益。順著道路中線豎直剖切隨后展開即為路線縱斷面?？v斷面設計要求嚴格按照相關條件，如汽車動力特征、道路等級等，深入探討起伏空間幾何組成的大小、長度等，進而實現安全行車的目的。

繪制地面線與地形圖、平面繪制道路中線點密切相關，主要包含平面直線、地質條件等因素，因此必須全面掌握設計意圖。根據技術指標、選線意圖等條件，保證縱斷面圖能夠有機結合地面起伏變化情況。在試坡線及選線環(huán)節(jié)，需做好坡度比對工作，如和實際情況存在較大差異，需及時做好分析工作，根據技術標準，詳細查看設計最大縱坡、坡長是否符合設計要求。尤其是設計橫斷面環(huán)節(jié)，包含深挖、擋土墻等，需及時確定并讀出縱斷面圖內的樁號填挖信息，保證其數據的準確性。如產生填挖不當、坡腳落空等現象，相關人員應立即做好縱坡線調整工作。做好校對核查工作后，需進行直坡線坡度值、變坡點樁號等相關內容的確定。

豎曲線半徑應嚴格遵循相關技術規(guī)定進行準確確定，并做好計算工作。計算豎曲線沒有設置前樁號設計標高時，需遵循既定縱坡、變坡點設計標高進行確定。凸形曲線是豎曲線的主要類型之一，曲線前后坡度需滿足有關規(guī)定，要求其不得大于最大縱坡坡度，不得小于最小排水坡度的0.3%。

2 山區(qū)車輛彎道行駛受力分析

山區(qū)道路車輛主要為大中型車，此類車體型較大，速度慢，在正常運行或爬坡過程中必須對車輛行駛安全加以考慮。除此之外，因山區(qū)地理環(huán)境的特殊性，要求設計線形時必須與山區(qū)交通特性充分結合，在全面分析行駛車輛受力條件的基礎上，以此獲取行駛安全的各類影響因素。本文以大型車為研究對象，在爬坡運行時對大型車輛承受的各類阻力、牽引力進行分析，以此分析道路縱曲線是否受車輛受力的影響。

2.1 滾動阻力

根據下式分析滾動阻力：

Pf=G.fcosθ

其中，坡度可由θ表示；

基于山區(qū)路面特點，按照《公路工程技術標準》相關規(guī)定，以0.015作為f，能夠符合山區(qū)行車安全性需求。

2.2 空氣阻力

根據下式分析空氣阻力：

Pw=Kfu?（N）

其中，空氣阻力系數可由K表示；

汽車時速可由V表示；

縱軸垂直平面上汽車的投影面積可由F表示。

汽車流線型系數可由KF表示，山區(qū)道路車輛主要為大型貨車，且山區(qū)空曠、地勢高具有較大空氣阻力，設計縱斷面線形時，可在2.5左右合理選擇汽車流線型系數，進而滿足行車安全需求。

2.3 坡道阻力

坡道阻力是在上下坡過程中車輛重力在平行路面方向對汽車運動產生阻礙的力。

上坡時，可表示為Pi=Gsinα（N）

下坡時，可表示為Pi=-Gsinα（N）

綜上所述，相比平原道路，對山區(qū)道路車輛行駛影響較大的因素為空氣阻力、坡度阻力，但滾動阻力影響相對不大。為此，在設計山區(qū)道路縱斷面線形時，必須對山區(qū)地理環(huán)境與車輛類型之間的關系進行分析，在道路設計中始終堅持“行車安全”的原則，利用修正各類參數，如坡道、曲線長度等，進而滿足道路行車舒適性、安全性的需求。

3 山區(qū)公路縱斷面線形設計要點分析

縱坡度、豎曲線等是山區(qū)道路縱斷面線形設計的主要因素，與平原道路相比，山區(qū)道路所在地形地質、氣候等都存在一定差異性，為此，必須充分結合山區(qū)道路特點，合理設計縱斷面線形。

3.1 縱坡度及坡長設計

3.1.1 縱坡度

第一，最大縱坡度。最大縱坡度是指設計時，根據公路等級、自然條件等因素所限定采用的最大縱坡值。在充分考慮車輛動力性能、道路設計速度、自然條件等因素后，可合理確定道路允許最大縱坡度。因自然條件制約，山區(qū)道路路面空氣阻力過大，在保證行車安全的前提下，必須合理減小道路設計速度，才能確定最大縱坡度。具體如表1所示。

第二，最小縱坡度。為順利排出道路地面水，要求合理控制縱坡，通常控制在0.5%以上，特殊情況下也應在0.3%以上。只有這樣才能及時排除道路積水，避免路基內滲水，對道路穩(wěn)定性造成嚴重影響。

一般需同時調整最大、最小縱坡，才能獲取期望的線形。最大、最小縱坡合理設置，才能對整體各坡段起到制約，如相鄰坡度縱坡差控制等。為滿足縱斷面線形連續(xù)性需求，通?？蛇m量減小最大縱坡值，也可適當提高最小縱坡值，但在地勢由陡急轉緩部位，則會出現強制“高陡—急降，平緩—升坡”問題，加大部分位置設計線和地面線之間高度差，增加工程量，為此，必須結合施工場地實際情況，合理設置最大、最小縱坡。

第三，合成坡度。山區(qū)道路設計中，必須合理控制合成坡度，其主要作用是對急彎+陡坡形式進行有效控制，避免太大合成坡度影響行車安全。通常情況下，必須盡可能取小值，但必須在0.5%以上，防止因排水不通暢影響路基穩(wěn)定性。

3.1.2 縱坡長

山區(qū)道路設計中，在對車輛特性、當地自然地理環(huán)境等因素充分考慮的前提下，合理設計縱坡長度，盡可能避免因縱坡長度不足，導致爬坡過程中產生行駛危害。同時，因山區(qū)地勢高、地形復雜，也不能一味追求平緩縱坡，對其地形嚴重破壞，進而降低基層穩(wěn)定性，增加工程造價，影響行車安全。

最小坡長的作用為輔助調節(jié)，通過以上指標調整后，如若干個最小坡長出現于線形內，可適量提升最小坡長值。防止大量極限坡長問題產生，只有合理調整最小坡長，才能改善線形質量。

3.2 豎曲線設計

豎曲線是指線路縱斷面上，以變坡點作為交點進行相鄰坡段連接的曲線。凹、凸形為豎曲線的主要形式。一般以拋物線作為豎曲線，與圓曲線相比，拋物線在設計、計算等方面更為便利。將豎曲線設置到變坡位置，可實現線路平緩過渡，確保行車安全性。曲線最小半徑、最小長度是豎曲線的主要設計要素，在設計環(huán)節(jié)，應充分考慮其緩和沖擊力。在豎曲線上車輛行駛過程中會受到離心力作用，為降低安全行車影響度，可通過最小半徑控制法實現行車安全要求。同時，必須合理控制行駛時間，保證不會影響駕駛員視距。

4 結束語

綜上所述，隨著社會經濟的高速發(fā)展，高等級公路建設逐步延伸到山嶺重丘區(qū)。與平原地區(qū)相比，山區(qū)具有較為復雜的地形條件，尤其是縱斷面線形，其線形指標受到多方面因素的制約，設計時應充分考慮其地形條件、自然環(huán)境、縱坡等，以便滿足行車安全的要求。

參考文獻

[1]余豫新.多約束條件下的復雜縱斷面設計及評價研究[J].筑路機械與施工機械化.2013（11）

[2]袁勝強，徐健，朱銀樂.拓建高速公路縱斷面設計的兩個重要技術問題[J].上海公路.2010（01）

[3]林聲，劉建蓓，閻瑩，羅京，袁振洲.基于駕駛負荷的山區(qū)高速公路長大下坡路段安全性評價模型[J].交通運輸工程學報.2013（06）