0 引 言

目前 ,我国已经形成了相对完善的国省道干线路网 ,但是早期建设的国省道受技术条件限制 ,普遍存在线形指标低、服务水平不足等问题。当前 ,由于经济的快速发展以及交通量的大幅度增长 ,交通拥堵时常发生 ,行车安全也不能得到很好的保障。

因此 ,国省道干线的改扩建建设是我国路网整体升级的必然趋势。路线设计作为改扩建工程的核心环节 ,须统筹功能需求、资源节约与可持续发展。

本文结合 G105线霍邱段工程实践 ,从平面、纵断面、横断面三方面探讨设计要点 ,可为同类项目提供参考。

1 工程概况

G105 国道(京澳线)总体呈南北走向 ,路线起于北京市永定门桥 ,终于澳门特别行政区 ,纵贯京、津、冀、鲁、豫、皖、赣、粤八省市 ,是我国干线公路网的重要组成部分。G105安徽段途经阜阳、六安、安庆三市 ,是安徽省西部区域南北向的交通干道。

目前 ,阜阳市颍上段、六安市金安区段已经升级改造为一级公路 ,而位于路线中间的霍邱段仍然为二级公路标准 ,既有道路路面宽 12 m ,道路沿线交通干扰较大 ,道路服务水平较低 ,无法满足实际需求 ,不能适应交通发展需求 ,交通安全事故频发 ,因此既有道路迫切需要进行升级改造。

本项目路线起点接 G105 南照淮河大桥引桥(霍邱侧) ,自北向南基本沿老路布线 ,经周集、冯井、经开区、马店、龙潭、户胡、河口、乌龙、众兴集、曹庙等 10 个乡镇 ,终于霍邱县与六安市叶集区交界处 ,路线全长约 83. 1 km (图 1)。

图 1 G105线霍邱段一级公路改建项目地理位置图

2 设计要点2.1 路线平面设计

道路总体布置方案的指导理念为 “综合交通、智慧交通、绿色交通、平安交通 ”,基本的原则为 “满足功能、节约资源、兼顾发展、注重细节 ”。平面设计遵循 “利用老路、减少拆迁、避让敏感区 ”原则 ,通过单侧加宽、双侧加宽与局部绕行相结合的方式优化线形。

(1) 路网布局要合理。在进行路线设计时 ,应尽量利用既有道路走廊带 ,以降低建设规模和里程。

(2) 尽可能利用老路。在尽量优化老路平纵面线形指标的前提下 ,尽量提高老路利用率 ,以节约占地 ,降低投资。

(3) 重视环境保护。路线的整体走向应与道路周边的地形地貌相适应 ,使道路融入周边环境 ,道路走向要尽量避开环境敏感点 ,如水源保护地、医院、学校等。

(4) 尽量减少新增占地 ,避免路线穿越大面积居住区 ,减少拆迁建筑物 ,在不可避免时 ,协助当地政府做好居民的安置工作。

(5) 处理好与重大建筑物交叉关系 ,与沿线城镇规划相协调。

本项目是针对既有 G105霍邱段进行改建设计 ,平面设计重在整体利用既有道路进行布设。绕镇段主要以城镇规划、现有公路、河流、高压走廊等影响因素为控制点 ,总体路线方案符合相关规划的要求。

老路利用段路线平面设计以充分利用老路的路面、路基以及老路用地等为原则 ,根据路侧建筑、沟渠、用地规划、管线等影响因素确定加宽方案 ,进行路线布设。通过收集本项目区域规划资料(如城镇总体规划、城市综合交通规划等) ,并结合现场踏勘、调研 ,综合考虑沿线各控制因素布线 ,积极征询相关主管单位意见 ,确保本项目的路线方案的可行性、合理性 ;平面方案结合区域路网规划及地方规划综合考虑 ,节约资源。

在公路改扩建项目中 ,关键的环节之一就是加宽的方式 ,受实际构筑物的影响 ,加宽方式的改变也会导致平面线形的多样性。一般而言 ,加宽种类分为单侧加宽、双侧加宽、局部加宽等。单侧加宽即道路设计中心线位于拟建宽度的一半位置 ,保证既有道路的完整性 ,在一侧进行拼宽。

该类加宽方式受既有道路横坡的影响 ,需要对拼宽后的整体路基进行调坡设计。双侧加宽即道路设计中心线可与既有道路的中心线保持一致 ,此类加宽方式不受既有道路的影响 ,但需要对两侧的路基进行挖台阶处理 ,施工作业面相对较大。

G105霍邱段道路等级虽然为二级公路 ,但是其平面指标基本满足一级公路的要求。因此在拟合既有道路线性指标时 ,只需选择合理的加宽方式。如对于 K0+000—K5+000段 ,无明显构筑物等影响因素 ,采用单侧加宽的方式 ,以减小工程规模 ,节约造价。桩号 K7+ 100—K10+ 200段 ,为穿周集城镇段 ,受两侧房屋影响 ,只能选择双侧加宽。

为了减小行车的安全隐患以及进一步带动城镇外围的地块开发 ,越来越多的政府主管部门要求将国省道干线绕开城镇 ,使既有的道路作为镇域的内部道路使用。设计人员在类似情况下的选线需要充分征询主管部门意见 ,收集当地的规划资料 ,做好方案的比选论证工作。

G105在穿越龙潭镇和曹庙镇时 ,设计人员通过对 1 ∶ 10000和 1 ∶ 2000地形图的仔细分析研究 ,并结合实地调查以及相关建设部门意见、规划 ,对路线方案进行反复比选 ,由于路线方案受自身功能定位、结构物、现有老路的限制 ,走廊带基本确定。

因此 ,结合建设条件及主管部门意见 ,该项目共拟定 2 个方案比选论证 ,并进行同深度比较(以曹庙镇为例)。曹庙镇比较线方案为利用既有 G105进行加宽设计 ,推荐方案采用镇区北侧绕行方案 ,比较方案相对于推荐方案虽然路线里程短 0. 1 km 且新增用地及占用农田少 ,但曹庙街道房屋十分密集 ,商铺多 ,既有道路扩建方案拆迁量太大 ,实施困难 ,结合地方乡镇意见 ,本次推荐镇区北侧绕行方案 ,路线与镇区规划道路保持一致(图 2,表 1)。

图 2 曹庙镇路线方案对比图

表 1 曹庙镇路线方案优缺点对比分析表

经过充分的方案比选 ,并结合建设单位意见 ,推荐采用 K 线方案即绕镇方案。

对于改扩建道路而言 ,由于道路等级的提高 ,有一个重要的任务就是通过新的路线指标来消除既有道路的安全隐患。第一步就是收集既有道路的设计资料 ,并结合竣工图进行分析 ,核实既有道路的各项线性指标是否满足要求 ,包括既有道路的半径、超高、缓和曲线长度以及夹直线长度等。

通过分析当地交警部门提供的事故易发点和容易发生事故的路段的线性指标 ,找出事故发生与线性指标以及视距等关联度。对严重影响运营安全的路段 ,设计单位在进行改扩建设计时应提高该段的线性指标标准 ,对既有道路平面指标进行优化设计 ,并按照规范要求 ,按照货车的停车视距进行专项检验 ,必要情况下还要进行运行速度分析。综合考虑以上因素后 ,本项目平面主要技术指标见表 2。

表 2 平面主要技术指标表

序号

项 目

技术指标

备注

1

路线增长系数

1. 114

2

平均每公里交点个数 /个

0. 493

3

平曲线最小半径/(m/处)

800/1

老路利用段

4

最大夹直线长度 /m

3 260. 809

老路利用段

5

平曲线占路线总长

49. 869

2.2 路线纵断面分析

纵断面设计以 “填挖平衡、指标均衡 ”为原则 ,通过分段加铺厚度计算控制标高。对于老路改造段路线纵面设计以充分利用现有老路为原则 ,根据路面改建方案 ,结合老路标高、设计水位进行设计 ,同时考虑指标应用的均衡性及平纵面的配合 ,以获得舒适的立体线形。

对于新建段注重指标应用的均衡性及平纵面组合的合理性 ,以获得舒适的立体线形。尽量加大圆曲线半径 ,增加竖曲线长度 ,使线形柔和 ;同时采用满足视觉所需要的最小竖曲线半径为控制 ,从而提高行车舒适性 ,减少交通事故的发生。此外 ,在满足各种构造物净空标准的前提下 ,最大限度地控制填土高度和土方工程量 ,减少高边坡的数量 ,争取做到填挖平衡 ,降低工程造价。

本项目在纵面设计时主要考虑的因素有 :起点顺接淮河大桥纵坡及高程、终点现状路高程、沿线被交路规划及现状高程、穿镇段居民房屋高程、老路加铺厚度 ,综合各段设计水位的影响确定各段路基最小填土高度 ,以确保路基处于干燥或中湿状态 ,主要原则为 : ①路基段设计高程 ≥设计水位 +B×横 + +0. 5 m (安全高度) ; ②桥梁设计高程 ≥设计水位 +梁高 + B × 横坡 + 0. 5 m (浪高 + 壅水 ) + 0. 5 m (安全高度)。

本项目既有道路纵面指标已满足一级公路要求 ,本次纵面主要结合加铺厚度及横坡衰减影响值进行控制 ,结合老路检测报告及横坡变化情况 ,分路段进行分段加铺设计。具体计算过程及方法为 ,首先根据现场实测高程数据对该段的道路横坡进行分析 ,找出占比最大的区间范围 ,再根据不同的加宽形式选择不同的计算方式明确道路加铺厚度。

例如本项目在桩号 K0+000—K5+000平面设计为双侧绑宽路段 ,且既有道路无超高设计 ,经过现场实测及数据统计 ,该段的道路横坡分布主要集中在 1. 5% ~ 2. 5%(图 3、图 4, 表 3、表 4)。

图 3 K0+000—K5+000左侧横坡分布图

图 4 K0+000—K5+000右侧横坡分布图

表 3 K0+000—K5+000左侧横坡占比

横坡 /%

长度 /m

占比 /%

≤1. 5

710. 1

14. 174

1. 5~ 2. 5

3 940. 2

78. 647

>2. 5

359. 7

7. 180

表 4 K0+000—K5+000右侧横坡占比

横坡 /%

长度 /m

占比 /%

≤1. 5

969. 9

19. 359

1. 5~ 2. 5

3 470. 1

69. 263

>2. 5

570

11. 377

该段的纵断面抬高高度(图 5)计算公式为 :

纵断面抬高高度= 经计算得到的加铺厚度 H1 +横坡衰减影响值 L1 ×(2%-i%)

本项目 K40+500—K42+000平面设计为单侧绑宽路段 ,且既有道路无超高设计 ,该段的道路横坡分布主要集中在 ≤ 1. 5%(图 6、图 7,表 5、表 6)。

图 5 K0+000—K5+000段加铺高度计算示意图

图 6 K40+500—K42+000左侧横坡分布图

图 7 K40+500—K42+00右侧横坡分布图

表 5 K40+500—K42+000左侧横坡占比

横坡 /%

长度 /m

占比 /%

≤1. 5

989. 9

73. 304

1. 5~ 2. 5

360. 5

26. 696

表 6 K40+500—K42+000右侧横坡占比

横坡 /%

长度 /m

占比 /%

≤1. 5

941. 2

69. 698

1. 5~ 2. 5

409. 2

30. 302

该段的纵断面抬高高度(图 8)计算公式为 :

纵断面抬高高度综合以上因素度,+L纵面1×2%+L主要技术指1 ×标(2见%表i。%)

图 8 K40+500—K42+000段加铺高度计算示意图。

图8 K40+500—K42+000段加铺高度计算示意图

表 7 纵面主要技术指标表

序号

项 目

技术指标

1

最大纵坡 /( %/处)

3. 68/1

2

最小坡长 /m

180. 116

3

凸形竖曲线最小半径 /(m/处)

3 600/1

4

凹形竖曲线最小半径 /(m/处)

3 900/1

5

竖曲线占路线总长 /%

42. 166

6

平均每公里纵坡变更次数

1. 176

2.3 平纵组合

平纵线形遵循 “平包纵 ”原则 ,确保竖曲线略短于平曲线。国内外的研究表明 ,在路线平面曲线半径 R<2 000 m ,且竖曲线半径 R<15 000 m 时 ,平面与纵面的对应关系对其线性组合有重要的影响 ;随着平面和纵面半径值的增加 ,其对线性组合的影响逐渐降低 ;当路线平面曲线半径 R>6 000 m ,且竖曲线半径 R>25 000 m 时 ,其对线性组合的影响基本可以忽略。

经透视图检验 ,全线线形平顺 ,无视觉扭曲 ,线形设计在视觉上能自然诱导驾驶员视线 ,保持视觉连续性 ,线形平顺圆滑 ,技术指标均衡性良好。

2.4 道路横断面分析

根据现有交通量和车辆组成 ,结合区域路网规划构架路网布局 ,对设计年限内交通量进行预测 ,作为项目建设方案拟定和建设规模确定的重要依据。城镇段验证规划断面的合理性 ,确定横断面中机动车道、慢车道、多功能道路宽度。根据本项目的功能定位 ,本项目为一级公路 ,根据路侧房屋分布情况并结合地方主管部门的要求 ,分段进行不同的断面形式布置。

(1) 一般路段。断面采用双向四车道布设 ,具体断面布置为 0. 75 m 土路肩 +3 m 硬路肩 +2× 3. 75 m 行车道 +0. 5 m 路缘带 +2 m 中央分隔带 +0. 5 m 路缘带 +2× 3. 75 m 行车道 + 3 m 硬路肩 +0. 75 m 土路肩 ,总宽度为 25. 5 m。

(2) 对于村庄密集段。断面采用双向四车道布设 ,路侧根据村庄房屋分布情况增设 5. 5 m 多功能道 ,具体断面布置为 5. 5 m 多功能道 +1. 5 m 设施带 +3 m 硬路肩+2× 3. 75 m 行车道 +0. 5 m 路缘带 +2. 0 m 中央分隔带 +0. 5 m 路缘带 +2× 3. 75 m 行车道 +3 m 硬路肩 +1. 5 m 设施带 +5. 5 m 多功能道 ,总宽度为 38m。

3 结 论

一级公路改扩建须统筹安全、经济与环保需求。本文提出以下结论：

(1)平面设计应优先利用既有走廊带,通过方案比选降低拆迁成本;

(2)纵断面应结合老路横坡分布动态调整加铺厚度,实现填挖平衡;

(3)横断面差异化设计可有效协调通行能力与土地资源矛盾。

研究成果可为类似项目提供技术借鉴,未来应进一步探索智慧化设计在改扩建工程中的应用。

本文转自《工程设计》——一级公路改扩建路线设计思路———以 G105线霍邱段一级公路改建项目为例，作者：郑志成；仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！