高速公路改扩建路线设计方法
——以沈阳至海口国家高速公路水口至白沙段项目为例

张迎春

湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南 长沙 410008

我国形成了完善的高速公路网络，为经济社会发展提供了良好的交通保障。我国的高速公路路网中，有很多为早期建设的，受到当时的建设技术、资金等的限制，本身就存在着结构性能方面的不足。当前随着高速公路建设和通行标准的提升，必须在原有高速公路的基础上进行适当的改建和扩建，使改扩建以后的高速公路满足当下的通行要求，同时创造巨大的工程效益。但每条高速公路都有各自的特点，应采取有针对性的路线设计方法。

1 工程概况

沈阳至海口国家高速公路水口至白沙段项目（简称开阳高速）位于珠江三角洲中西部地区，是国家高速公路网规划“2纵”沈阳至海口主线的一段，是唯一一条贯通中国东南沿海地区的高速公路，地理位置如图1所示。开阳高速自2003年9月建成通车以来，交通量快速增长，路段交通量达到或接近高速公路路段所能适应的通行能力。与较高的交通需求相比，现有公路交通的运行环境已难以满足社会经济发展对交通运输的需求，影响沿线各地区城镇经济的发展，急需提高开阳高速通行能力。

图1 沈阳至海口国家高速公路水口至白沙段地理位置图

2 开阳高速改扩建路线设计

2.1 对行车视距的考虑

在该高速公路的改扩建项目实施中，为了提升改扩建合理性，应注意对停车视距的有效控制。在改扩建工程项目中，一般伴随设计速度的加快，往往会同步出现部分停车视距不足的问题，当在整个路段的改扩建过程中，面临的是平面曲线路段，一旦存在桥墩、桥台或者挖方边坡、防护栏等对视距的遮挡情况，为了提升行车安全性，设计人员在进行改扩建方案的设计时要进行平曲线视距横净距的验算，依据相应的计算公式，获得每个平曲线路段内侧、外侧车道的横净距，随后结合对工程现场的总体情况把握，判断整体式和分离式道路结构下现有横净距能够与运行速度条件下车辆视距的设计要求相匹配。不同的设计速度下所对应的停车视距如表1所示。

表1 设计速度对应的停车视距

2.2 长陡坡段纵断指标控制

在早期的高速公路工程建设中，因为施工技术的限制，人们在开展高速公路的设计建设时往往未完全考虑货车超载现象、长陡坡段交通特性等因素，再加上出于成本的考虑，在长陡坡段的设计工作中往往表现出平均纵坡偏大、纵面指标偏低的情况，这种设计方面的不足导致在高速公路投入使用以后，下坡向常常会出现各种的通行事故，且上坡向的通行能力不足。在针对这一高速公路的改扩建线路设计中，为了有效克服传统设计方面所存在的不足，专业设计人员在最终的设计工作中应加强对原有公路通行事故情况的调查和分析，对几种改扩建线路设计方案加以综合对比，不断进行纵断面设计和平均纵坡的科学优化，以提升整体的设计水平。设计时应注意以下要点：（1）最长陡坡段的平均纵坡不应超过2.5%，如果路段的高差达到了300m以上，其平均纵坡应保持在2.0%～2.3%范围；（2）长陡坡段的最大纵坡应保持在4%以下，如果缓和坡度在2%以下，对于坡长没有严格的限制；（3）长陡坡段应以平均纵坡作为基础，保障分布的均匀性，尽可能避免出现上缓下急的问题；（4）一旦在连续下坡中出现了短反坡或者缓坡情况，应将其作为连续长陡下坡路段。

2.3 平面拟合设计

开阳高速采用两侧直接拼宽方案，因此路线中心线选定为中央分隔带中心线。首先进行数据采集，按10m间距采集1组4个点，分别为中央分隔带两侧点和硬路肩外边线点。路线平面拟合根据零散分布点（各断面实测中分带边缘点）确定一个基本单元，运用最小二乘法原理把各单元连接成整体，然后把拟合的线位恢复成数据文件后进行优化修改，尽量使拟合出的线位跟实测点的偏差最小。在具体操作过程中根据竣工图文件中的线位和实测的一些特殊点作为参照来确定单元曲线的起终点，同时利用竣工图文件中的数据检查拟合数据的准确性。

2.4 纵面拟合设计

纵断面线形的拟合，利用实测高程，参考竣工图文件中的纵坡、竖曲线半径等，根据明式构造物、路基加铺方案，分左、右幅分别初步拟订10个方案并选取其中最优方案，然后进行优化，并根据实测地面高程适当调整坡长及坡度，尽量使拟合出的线位跟实测点的偏差最小。

在左右两幅的纵面线形拟合完成后，才能开始两侧拼宽路段的纵面设计。纵面设计主要以路面扩建加铺层厚度和构造物的桥面加铺层厚度为控制因素。考虑到开阳高速的路面扩建加铺层厚度、20m及以下跨径的桥梁的桥面加铺厚度、其他大中桥的加铺厚度和特殊桥梁的加铺厚度都不同，提出三种纵面设计方案来调整桥头路段存在的高差。

方案一：既有桥梁位于竖曲线上的，利用竖曲线来调整高差。

方案二：既有桥梁位于直坡段上的，在桥梁两头设置渐变过渡段来调整高差

方案三：纵面设计仅考虑路面扩建加铺层厚度，桥梁范围根据不同的加铺厚度提出相应的调坡标准图。

以上纵面严格遵循宁填勿挖的原则，不对最短坡长指标进行控制，但是竖曲线最小长度以3s行程进行控制。各方案优缺点对比如表2所示。

表2 各方案优缺点对比

2.5 横断面拟合设计

（1）直线及不设超高曲线段。根据开阳高速公路竣工文件及实测资料，直线段及不设超高曲线段路面横坡基本为-2%，为了最大限度地利用原有工程，方便路面加铺，减少工程量，此次拟合设计直线段及不设超高曲线段路面横坡按-2%拟合。

（2）超高渐变段及全超高段。该项目原路基宽度为28m，绕中分带边缘旋转，路面超高宽度为11.75m，-2%～2%渐变段的长度为120m，超高渐变率为1/255。改扩建至42m路基宽后，路面超高宽度为18.75m，若直接顺接原有横坡，-2%～2%渐变段的超高渐变率为1/160，不满足《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）第7.5.4条超高渐变率的要求，需调整路拱横坡。

将-2%至2%超高渐变段长度由120m调整为190m。为了避免引起剩余缓和曲线段（2%至全超高路段）及全超高段横坡调整，向直线段延伸，从而最大限度地减少工程量。

3 结束语

现阶段的高速公路改扩建项目日渐增多，在开展线路改扩建时，设计人员需结合既有公路的路线指标和交通事故种类和发生频次，严格遵守相应的设计规范和标准，全面提升改扩建线路的设计水平。