李秋蕊 曹常乐

摘 要：为满足设计安全性，必须重视公路线形设计。为此，本文基于山区车辆弯道行驶受力特点，对山区公路纵断面线形设计要点进行了探讨，以期全面提升公路设计合理性、可行性，保证施工建设质量。

关键词：山区公路；纵断面；线形设计

山区具有山高谷深、高差大、地形及地质复杂等特点，进而导致公路工程项目投资大、工程艰巨。而公路线形对公路条件起决定作用，公路线形指标是否合理，同样对构造物设置、环境破坏程度及建设费用影响较大，甚至威胁到驾驶人员的行驶安全。由此可见，道路线形和道路安全关系极为密切，尤其在山区低等级公路上最为显著。与平原地区相比，山区具有较为复杂的自然条件，生态环境制约严重，影响因素较多。山区自身因素将加大行车难度，进而要求必须提高山区公路线形设计质量，线形设计是否合理直接决定着车辆行驶的舒适性、安全性。为此，必须在设计阶段检验并评价公路线形，且以此找出线形存在的不足，并加以修正。

1 公路纵断面线形设计的概述

伴随公路工程建设事业的不断进步，想要使工程质量得到更好的提升，就必须严格按照相关要求合理选择设计方案。在公路路線设计中，要加大技术改革力度、提高设计水平，只有这样才能使施工工期大幅缩短，才能使工程质量得到提高，进一步提升公路工程的经济效益和社会效益。顺着道路中线竖直剖切随后展开即为路线纵断面。纵断面设计要求严格按照相关条件，如汽车动力特征、道路等级等，深入探讨起伏空间几何组成的大小、长度等，进而实现安全行车的目的。

绘制地面线与地形图、平面绘制道路中线点密切相关，主要包含平面直线、地质条件等因素，因此必须全面掌握设计意图。根据技术指标、选线意图等条件，保证纵断面图能够有机结合地面起伏变化情况。在试坡线及选线环节，需做好坡度比对工作，如和实际情况存在较大差异，需及时做好分析工作，根据技术标准，详细查看设计最大纵坡、坡长是否符合设计要求。尤其是设计横断面环节，包含深挖、挡土墙等，需及时确定并读出纵断面图内的桩号填挖信息，保证其数据的准确性。如产生填挖不当、坡脚落空等现象，相关人员应立即做好纵坡线调整工作。做好校对核查工作后，需进行直坡线坡度值、变坡点桩号等相关内容的确定。

竖曲线半径应严格遵循相关技术规定进行准确确定，并做好计算工作。计算竖曲线没有设置前桩号设计标高时，需遵循既定纵坡、变坡点设计标高进行确定。凸形曲线是竖曲线的主要类型之一，曲线前后坡度需满足有关规定，要求其不得大于最大纵坡坡度，不得小于最小排水坡度的0.3%。

2 山区车辆弯道行驶受力分析

山区道路车辆主要为大中型车，此类车体型较大，速度慢，在正常运行或爬坡过程中必须对车辆行驶安全加以考虑。除此之外，因山区地理环境的特殊性，要求设计线形时必须与山区交通特性充分结合，在全面分析行驶车辆受力条件的基础上，以此获取行驶安全的各类影响因素。本文以大型车为研究对象，在爬坡运行时对大型车辆承受的各类阻力、牵引力进行分析，以此分析道路纵曲线是否受车辆受力的影响。

2.1 滚动阻力

根据下式分析滚动阻力：

Pf=G.fcosθ

其中，坡度可由θ表示；

基于山区路面特点，按照《公路工程技术标准》相关规定，以0.015作为f，能够符合山区行车安全性需求。

2.2 空气阻力

根据下式分析空气阻力：

Pw=Kfu?（N）

其中，空气阻力系数可由K表示；

汽车时速可由V表示；

纵轴垂直平面上汽车的投影面积可由F表示。

汽车流线型系数可由KF表示，山区道路车辆主要为大型货车，且山区空旷、地势高具有较大空气阻力，设计纵断面线形时，可在2.5左右合理选择汽车流线型系数，进而满足行车安全需求。

2.3 坡道阻力

坡道阻力是在上下坡过程中车辆重力在平行路面方向对汽车运动产生阻碍的力。

上坡时，可表示为Pi=Gsinα（N）

下坡时，可表示为Pi=-Gsinα（N）

综上所述，相比平原道路，对山区道路车辆行驶影响较大的因素为空气阻力、坡度阻力，但滚动阻力影响相对不大。为此，在设计山区道路纵断面线形时，必须对山区地理环境与车辆类型之间的关系进行分析，在道路设计中始终坚持“行车安全”的原则，利用修正各类参数，如坡道、曲线长度等，进而满足道路行车舒适性、安全性的需求。

3 山区公路纵断面线形设计要点分析

纵坡度、竖曲线等是山区道路纵断面线形设计的主要因素，与平原道路相比，山区道路所在地形地质、气候等都存在一定差异性，为此，必须充分结合山区道路特点，合理设计纵断面线形。

3.1 纵坡度及坡长设计

3.1.1 纵坡度

第一，最大纵坡度。最大纵坡度是指设计时，根据公路等级、自然条件等因素所限定采用的最大纵坡值。在充分考虑车辆动力性能、道路设计速度、自然条件等因素后，可合理确定道路允许最大纵坡度。因自然条件制约，山区道路路面空气阻力过大，在保证行车安全的前提下，必须合理减小道路设计速度，才能确定最大纵坡度。具体如表1所示。

第二，最小纵坡度。为顺利排出道路地面水，要求合理控制纵坡，通常控制在0.5%以上，特殊情况下也应在0.3%以上。只有这样才能及时排除道路积水，避免路基内渗水，对道路稳定性造成严重影响。

一般需同时调整最大、最小纵坡，才能获取期望的线形。最大、最小纵坡合理设置，才能对整体各坡段起到制约，如相邻坡度纵坡差控制等。为满足纵断面线形连续性需求，通常可适量减小最大纵坡值，也可适当提高最小纵坡值，但在地势由陡急转缓部位，则会出现强制“高陡—急降，平缓—升坡”问题，加大部分位置设计线和地面线之间高度差，增加工程量，为此，必须结合施工场地实际情况，合理设置最大、最小纵坡。

第三，合成坡度。山区道路设计中，必须合理控制合成坡度，其主要作用是对急弯+陡坡形式进行有效控制，避免太大合成坡度影响行车安全。通常情况下，必须尽可能取小值，但必须在0.5%以上，防止因排水不通畅影响路基稳定性。

3.1.2 纵坡长

山区道路设计中，在对车辆特性、当地自然地理环境等因素充分考虑的前提下，合理设计纵坡长度，尽可能避免因纵坡长度不足，导致爬坡过程中产生行驶危害。同时，因山区地势高、地形复杂，也不能一味追求平缓纵坡，对其地形严重破坏，进而降低基层稳定性，增加工程造价，影响行车安全。

最小坡长的作用为辅助调节，通过以上指标调整后，如若干个最小坡长出现于线形内，可适量提升最小坡长值。防止大量极限坡长问题产生，只有合理调整最小坡长，才能改善线形质量。

3.2 竖曲线设计

竖曲线是指线路纵断面上，以变坡点作为交点进行相邻坡段连接的曲线。凹、凸形为竖曲线的主要形式。一般以抛物线作为竖曲线，与圆曲线相比，抛物线在设计、计算等方面更为便利。将竖曲线设置到变坡位置，可实现线路平缓过渡，确保行车安全性。曲线最小半径、最小长度是竖曲线的主要设计要素，在设计环节，应充分考虑其缓和冲击力。在竖曲线上车辆行驶过程中会受到离心力作用，为降低安全行车影响度，可通过最小半径控制法实现行车安全要求。同时，必须合理控制行驶时间，保证不会影响驾驶员视距。

4 结束语

综上所述，随着社会经济的高速发展，高等级公路建设逐步延伸到山岭重丘区。与平原地区相比，山区具有较为复杂的地形条件，尤其是纵断面线形，其线形指标受到多方面因素的制约，设计时应充分考虑其地形条件、自然环境、纵坡等，以便满足行车安全的要求。

参考文献

[1]余豫新.多约束条件下的复杂纵断面设计及评价研究[J].筑路机械与施工机械化.2013（11）

[2]袁胜强，徐健，朱银乐.拓建高速公路纵断面设计的两个重要技术问题[J].上海公路.2010（01）

[3]林声，刘建蓓，阎莹，罗京，袁振洲.基于驾驶负荷的山区高速公路长大下坡路段安全性评价模型[J].交通运输工程学报.2013（06）