平原区全封闭一级公路的纵断面设计探讨

徐博书 周均立

(1.徐州市交通规划设计研究院 徐州 221000； 2.上海市金山区公路管理所 上海 201599)

纵断面的填高是影响公路用地和造价的主要因素。在全封闭公路纵断面设计时，须对沿线被交路合理分类、适当合并，尽量降低填土高度，综合考虑用地、造价等因素，在满足规范的前提下，根据沿线控制因素合理设计纵断面。

272省道是江苏省省道公路网规划中的重要公路，项目路主线采用双向4车道一级公路的设计标准，设计车速为100 km/h，路基全宽26 m。桥涵设计荷载为公路-I级。272省道铜山段路线起于三环北路与中山北路交叉处，向北止于铜山区马坡镇北铜山与沛县交界处，路线全长25.284 km，为全封闭公路，形成了“准高速”。

受用地指标和造价等因素限制,一级公路无法达到高速公路的指标。如《公路工程项目建设用地指标》规定[1],I类地形区(平原区)4车道高速公路(路基宽度26 m)建设用地总体指标值为6.966 7 km2/km;4车道一级公路(路基宽度26 m)建设用地总体指标值为 5.604 4 km2/km。因此，以下就本段公路纵断面设计做详细探讨。

1 纵断面设计原则

在本路段纵断面设计时，应综合分析沿线的水文和地质情况，合理确定路基最小填土高度，满足路基设计洪水频率、通行净空要求(下穿夹北铁路、上跨京台高速公路、分离式立交)及通航河流(郑集河、鹿口河、沿河等)洪水位要求。

路线纵坡设计注意纵坡的均衡性，尽量避免采用极限值，在工程量增加不大的情况下，尽量采用较高的纵面指标，力求平纵面设计与地形、地貌和周围环境相协调[2]。

2 纵断面考虑因素

本项目为新建道路，路基设计高程采用中央分隔带的外侧边缘高程。纵断面设计时应根据相关规范的要求，结合道路沿线地形地物，合理设置纵断面的坡度、坡长、高程。纵断面设计中具体的考虑因素如下。

1) 构造物的控制高程。沿线构造物的控制高程是纵断面设计中最主要的因素，也是影响纵断面填高的关键要素。无构造物控制高程的一般段落，纵断面可以按照规范的最小纵坡度拉坡，而有构造物的段落，必须满足构造物的高程要求。

由于全封闭道路的封闭特性，只有互通处能进出主路，故除设置了互通处的道路，沿线的其他被交路均无法直接进出本项目主路。为保证沿线居民出行，尽量使原有道路不中断，本项目路段必须设置足够数量的分离式立交(主线上跨或被交路上跨)。同时，由于项目路所在区域路网密集，机耕道路及等级道路较多，在所有的被交路处均设置分离式立交既不经济，又不现实，故必须在合理归并被交路的基础上，对纵断面进行综合设计。

沿线控制高程的主要构造物分为2类：跨越河流的构造物和跨越道路的构造物。

对于跨越河流处，需根据水利及航道等部门提供的水位要求设计纵断面。本项目道路等级为一级公路，特大桥的设计洪水频率采用1/300，其他桥梁的设计洪水频率采用1/100。

对于跨越道路处，按照被交路的等级，根据相应的净空高度控制纵断面的高程。JTG D20-2017 《公路路线设计规范》 规定，通行拖拉机时通道净高按2.7 m控制，通行农用汽车时通道净高按3.2 m控制[3]。根据地区实际，农业机械使用率较高，本项目机耕通道处采用净高3.2 m进行控制。

本项目跨越道路处，高速公路及一、二级公路净高按5 m控制，见图1。三、四级公路净高按4.5 m控制；机耕通道净高按3.2 m控制。

图1 典型通道及天桥平面布置图

沿线被交路设置通道还是设置支线上跨主线的天桥，在初步设计阶段已基本确定。根据地形条件，本项目在K9+074 处跨越苏北堤河，需设置大桥1处。受河流水位要求，桥梁设计高程较高，桥下净高满足道路的通行需求。故在此处结合该桥梁设置1条通道。而K9+600处，主线纵断面填高较低，此处可以采取支线上跨主线，以减少主线工程量。

该段落在纵断面设计时，结合通道与天桥的布置，根据相应控制高程，合理设计纵坡。典型通道及天桥纵断面见图2。

图2 典型通道及天桥纵断面示意图

根据前期设计成果、现场调查及收集的资料，本项目的纵断面控制高程见表1。

表1 纵断面控制的高程(部分)

2) 满足路线设计规范对设计车速100 km/h公路的指标要求。根据控制高程，结合规范对纵断面指标的具体要求合理拉坡。有条件路段，纵断面采用按视觉需要的竖曲线半径值作为控制。本项目采用的主要纵断面指标：凸型竖曲线最小半径采用6 500 m，凹型竖曲线最小半径采用6 000 m，最小坡长取250 m，竖曲线最小长度取210 m，最大坡度取3%。在不过大增加工程规模的前提下尽量采用较大的指标。

3) 注重平纵组合设计，避免急弯陡坡。本项目设计速度较高,在确定纵断面指标时，不仅应符合纵断面的规定，还应考虑平、纵、横的组合设计，避免平纵横的不利值相互组合[4]。尤其是避免凸型竖曲线的顶部或凹型竖曲线的底部与反向平曲线拐点重合的情况。

4) 考虑并行铁路的构造物设置。本项目在K6+500-K8+500与疏港铁路并行，两者最小间距约20 m。由于疏港铁路与本项目距离较近，故纵断面优化及设计时，需协调两者构造物的设置情况，避免两者构造物的净高、净空等不一致，公路铁路并行段示意图见图3。

图3 公路铁路并行段示意图

5) 互通段及跨高速段考虑远期的预留。本项目设置了4处互通式立交，另外与规划北外环交叉处预留1处互通。在互通式立体交叉范围内，由于运行条件复杂，需有比其他路段更大的视距，故互通区主线的竖曲线应满足更大视距的要求。本项目互通范围内主线竖曲线最小半径按分流鼻端前识别视距控制路段的最小半径。分流鼻端前识别视距范围内的凸形竖曲线最小半径按识别视距计算确定(识别视距取停车视距的1.25 倍，物高取值为0)。根据计算，本项目互通区段，主线凸型竖曲线半径取17 000 m，凹型竖曲线半径取8 000 m，互通预留示意图见图4。

根据高速公路管理部门要求，本项目跨越高速公路处净高按高速公路远期拓宽到双向8车道的宽度预留，跨越高速公路处纵断面示意见图5。

图4 预留互通示意图

图5 跨越高速公路处纵断面示意图

6) 直坡段满足3 s行程。纵断面设计时，尽量使竖曲线之间的直坡段长度满足3 s行程的要求，即至少满足83.3 m的直坡段长度。如果条件受限，特别是同向凹型竖曲线之间直坡段较短时，应使2个竖曲线相接，但最多不要超过3个竖曲线连在一起，纵断面直坡段示意图见图6。

图6 纵断面直坡段长度设计图(单位：m)

7) 凹型竖曲线不要位于桥上。由于桥梁位于凹曲线时，桥梁结构受额外的作用力，并且排水不畅。故本项目在纵断面优化设计时，尽量使桥梁位于凸型竖曲线或直坡段上，条件受限处的桥梁不可位于凹型竖曲线的最低点。如图7所示，因K22+900需设置大桥，而K23+343处也要设置桥梁，应避免图中虚线的纵断面线型，尽量使桥梁位于最低点以外。

图7 凹曲线与桥梁关系纵断面示意图

8) 保证道路最小填土高度。纵断面的设计应保证路基处于干燥或中湿状态，根据本地区经验及项目地勘、水文资料，最小填土高度取1.3～1.5 m。

9) 起点、终点道路的衔接。保证与起终点相接道路的高程、坡度的顺接，实现与已建工程的连续统一。

10) 考虑道路排水顺畅。纵坡以平、缓为宜，但是最小纵坡不宜小于0.3%，尤其是设置超高的段落，应保证合成坡度不为0，避免因路面积水而影响行车安全[5]。限于篇幅超高段纵断面设计示意图略。

该段平面线形为2个平曲线直接相接。两平曲线均设置了220 m长的缓和曲线。此段纵断面设计时，尽量使最小纵坡大于0.3%，保证横坡在从2%～-2%的超高渐变中，合成坡度满足排水需求。

3 结语

平原区全封闭一级公路的纵断面在设计时，必须根据沿线的实际情况及控制因素，在满足规范的前提下，使纵坡合理、纵断面线形平顺，以实现快、安、舒、美，造价较低且满足沿线交通需求的目标。结合具体工程项目，本文阐述了平原区全封闭一级公路纵断面优化设计重点考虑的因素，以供类似项目参考。