某高速公路设计质量控制要点研究
某公路某段至某段位于某省某部，该项目是《国家高速公路网规划》的重要组成部分。该段全线采用全封闭、全立交、双向四车道(六车道)的高速公路标准。其中主线起点至某段设计速度采用80km/h，路基宽度为24.5m;某段至某段设计速度采用100km/h，路基宽度为26.0m;某段至某段设计速度采用100km/h,路基宽度为33.5m;某段至终点段设计速度采用100km/h，路基宽度为26.0m。桥涵设计的汽车荷载等级为公路I级。
根据《工程可行性研究报告》，本项目主线长101.362km，沿线设置特大桥4座，大桥41座，分离式立交10处，隧道12座，互通式立交8处(1处预留)，通道33条，管理中心1处、服务区2处，养护工区2处，主线收费站1处，匝道收费站6处，项目估算总投资为95.6亿元。
2项目特点及难点
项目所经地区地形复杂、桥隧比例大。长隧道、大跨径桥梁的设计、施工均存在一定的技术难度，是本项目的设计难点，长连续下坡路段是车辆运营安全需要重点解决的问题。项目区域地质复杂，制约路线方案，必须加强地质勘察工作，增加力量投入，满足设计进度要求。
3路线设计
3.1路线平面设计
3.1.1本项目经过地区的生态环境基本为农业生态环境，路线占用土地大部分为农业用地，路线布设应尽量不毁或少毁水利设施，少占良田，尽可能绕避村镇，避免大规模拆迁。
3.1.2曲线间需设置直线段时，同向曲线间最小直线长度以不小于设计速度的6倍为宜;反向曲线间最小直线长度以不小于设计速度的2倍为宜;条件受限制时，反向曲线间直线长度不应小于按设计速度行驶3s的行程长度，同向曲线间直线长度不应小于设计速度的3倍。
3.1.3针对本项目沿线地形地貌特点，平曲线半径取值以不小于800m(设计速度100km/h)和500m(设计速度80km/h)为宜，极限最小半径不得轻易采用。
3.1.4隧道内线形应避免设置S形反向曲线，隧道洞口应避免设置在S形曲线上拐点处及其附近，隧道内应尽可能避免设置超高，必须设置超高时，道平面应尽量采用大于3%超高所对应的半径。
3.2路线纵面设计
3.2.1纵面线形充分利用地形、地势，合理采用坡率、坡长，力求指标均衡，避免大坡率、长坡段。坡长具体规定见表1表2。
表1最小坡长（m）
|
设计速度(km/h) |
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
30 |
20 |
|
最小坡长(m) |
300 |
250 |
200 |
150 |
120 |
100 |
60 |
表2不同纵坡最大坡长（m）
|
设计速度(km/h) |
120 |
100 |
80 |
60 |
40 |
30 |
20 |
|
纵坡坡度 |
3 |
900 |
1000 |
1100 |
1200 |
|
|
|
|
4 |
700 |
800 |
900 |
1000 |
1100 |
1100 |
1200 |
|
5 |
|
600 |
700 |
800 |
900 |
900 |
1000 |
|
6 |
|
|
500 |
600 |
700 |
700 |
800 |
|
7 |
|
|
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|
500 |
500 |
600 |
|
8 |
|
|
|
|
300 |
300 |
400 |
|
9 |
|
|
|
|
|
200 |
300 |
|
10 |
|
|
|
|
|
|
200 |
3.2.2在长路堑、低填以及其他横向排水不畅通地段，设置不小于0.3%的最小纵坡，一般情况下宜不小于0.5%;若条件受限，平坡或纵坡必须设计为小于0.3%时，边沟应作纵向排水设计。在弯道超高横坡渐变段上，设计最小纵坡不宜小于0.3%;在横向排水良好、不产生路面积水的路段，设计时可不考虑最小纵坡的限制。#p#分页标题#e#
3.2.3根据沿线实际，以不增加主线占地为前提，在特大桥和大桥桥头处、隧道和服务区两端，一般路段每间隔一定距离，设置一定数量的港湾式紧急停车带，以最大程度确保道路使用者、养护人员、车辆和设备的安全。
4路基路面设计
4.1路基的设计原则
在对公路沿线地形、地貌、气象、水文、地质、地震等自然条件全面调查研究的基础上，遵循“因地制宜，就地取材、安全经济、造型美观、顺应自然、与环境景观相协调”的原则，尽量减少工程投资，防治路基病害，保证路基的稳定。
4.2路基设计方案
4.2.1路基宽度
起点至某段为四车道高速公路，设计速度为80km/h，路基宽度为24.5m;某段至某段为四车道高速公路，设计速度为100km/h，路基宽度为26.0m;某段至某段为六车道高速公路，设计速度为100km/h，路基宽度为33.5m。
4.2.2中央分隔带护栏
中央分隔带均采用水泥混凝土护栏，中央带由左侧路缘带和中央分隔带组成，中间带宽度规定见表3。
表3中间带宽度
|
设计速度(km/h) |
120 |
100 |
80 |
60 |
|
中央分隔带宽度（m） |
一般值 |
3.00 |
2.00 |
2.00 |
2.00 |
|
最小值 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
1.00 |
|
左侧路缘带宽度（m） |
一般值 |
0.75 |
0.75 |
0.50 |
0.50 |
|
最小值 |
0.75 |
0.50 |
0.50 |
0.50 |
|
中间带宽度（m） |
一般值 |
4.50 |
3.50 |
3.00 |
3.00 |
|
最小值 |
2.50 |
2.00 |
2.00 |
2.00 |
4.2.3路拱线设计
采用中央分隔带外缘为旋转轴时，即便超高渐变率大于1/330，在纵坡较平缓的情况下，行车道排水也会因断面较宽而难以达到满意的效果。为避免这种不良现象，可以采用在行车道中间增设路拱线以减小流水行程，从而减轻路面积水的方法。多车道公路宜多采用增设1—2个路拱线以加速排水。“六车道及其以上的公路宜增设路拱线”，以改善排水条件，如图1所示。
图1增设路拱超高方式
4.2.4路基高度
路基填挖高度指标的控制原则如下:
(a)路基中心填方高度一般不宜大于20m，若填方高度大于20m时，原则上要采用桥梁，在地形复杂的狭窄沟谷地带，当路基弃方数量大且难以选择较为合适的堆放场地时，经采取切实可行的工程措施，在保证路基稳定，消除路基不均匀沉降变形，并对周围环境景观不产生影响的前提下，可选用高路堤方案;
(b)路基挖方中心深度一般不宜超过30m，若挖方深度超过30m，原则上采用隧道，但当挖方路段较短、地质条件较好、边坡稳定性验算满足要求时，可酌情采用深挖路基;
4.2.5路基最小填土高度
路基最小填土高度的设计应考虑以下因素:防洪、路基干湿类型、路基强度及压实度、道路排水系统、运营期沉降等。
4.3路面设计
4.3.1面层推荐采用沥青混凝土。沥青混凝土路面设计要注意温度稳定和水稳定性。为保证基层的水稳性，宜采用水泥稳定碎石结构，底基层可采用当地廉价材料。
4.3.2主线及互通式立交匝道路面结构推荐采用如下方案，但应经过计算和比选确定。表面层选用细粒式沥青混凝土(AC-13)，厚4cm;下面层选用中粒式沥青混凝土(AC-20)，厚6cm;柔性基层选用沥青稳定碎石(ATB-25)，厚12cm;基层选用水泥稳定碎石(水泥剂量5%~6%)，厚36cm;底基层选用水泥稳定砂砾，厚18cm;总厚度为76cm。岩质挖方段将底基层改为18cm厚的级配碎石。
5桥梁
5.1桥梁总体设计原则
5.1.1桥梁设计，尤其是桥型选择，必须坚持安全第一的原则。桥涵(含立交桥)结构型式的采用，应根据本地区的自然条件、材料来源、地基情况、施工特点和使用要求，进行综合考虑。
5.1.2根据沿线具体条件，并考虑行车舒适性及运营维护等因素，尽可能采用结构连续的上部结构，该结构有利于桥面平整、行车舒适。大型长桥宜采用连续体系结构或连续刚构体系，采用连续结构时，每联长度不宜大于160m。中、小桥宜采用后张法预应力混凝土空心板、部分预应力混凝土连续箱梁、预应力混凝土连续T梁或钢筋混凝土板。
5.1.3跨河桥梁设计必须考虑满足本项目防洪的要求。
5.1.4互通立交主线及匝道桥结构复杂，跨越主线的匝道桥、上跨主线的分离式立交桥、天桥、跨越匝道的匝道桥宜一孔跨越。
5.1.5特大桥和大、中桥，铺装层底侧设碎石盲沟或无砂混凝土盲沟，宽15cm、深8cm，即底面低于防水混凝土顶面2cm。
5.2桥梁上部结构型式的选择
5.2.1桥跨的选择应以标准桥跨为主，尽量采用以下标准跨径:2m,3m,4m,6m,8m,13m,16m、20m、25m、30m、40m。#p#分页标题#e#
5.2.210m以下跨径的板式构造物均采用现浇钢筋混凝土结构，10m以上跨径的桥梁构造物采用预应力混凝土结构。其中跨径13m,16m的桥梁构造物采用后张预应力混凝土空心板，多孔时采用结构连续体系;斜度为10°—30°、跨径为25m,30m,40m的桥梁构造物，可采用预应力混凝土连续T梁;斜度为0°~45°、跨径为20m,25m,30m的桥梁构造物，可采用预应力混凝土连续组合箱梁。对于桥跨大于40m的，针对本项目的特点，按照特殊桥跨设计。当桥跨大于或等于100m时，应根据地形尽可能采用行车舒适的结构连续体系，且应根据文件编制办法的要求，进行桥梁多方案的比选。对于多孔桥梁，应采用结构连续体系，即先简支后连续的结构。
5.3桥梁下部结构设计要点
5.3.1桥梁下部结构应结合桥型、桥高以及桥址区地质条件等综合选定。当地基条件较好时，采用重力式桥台、明挖基础;当地基条件较差时，宜用单、双排桩柱式桥台，桥墩可采用柱式或其他型式墩身，配桩基础或明挖基础。桩柱式桥墩系梁底面一般设在低水位以下50cm处，以方便施工。
5.3.2小桥涵下部结构的选择
在地基承载力满足设计要求的条件下，小桥涵优先采用轻台、扩大基础(孔径可采用2m,3m,4m,6m,8m)、钢筋混凝土拱结构(孔径可采用4m,6m)。对于地质较好的8m,13m,16m板式结构，可采用重力式台、扩大基础。
5.3.3大、中桥下部结构的选择
当桥台高度≤5.5m时，可采用柱式台;高度>5.5m时，一般采用肋板台。肋板式台左右两侧高差超过6m时，应考虑采用高桩承台型式;柱式台左右高差超过6m，应采用座板式桥台(无肋板的高桩承台型式)。墩高为30m时，一般采用桩、柱式墩;墩高为30m~60m时，一般采用等截面空心薄壁墩;墩高>60m时，一般采用变截面空心薄壁墩。
当桥墩高度>>30m，或桥墩高度为20m—30m且合成坡度≥4%时，经过计算，可采用墩梁简易固结。一联内不要连续固结，一般固结1~2个墩。对于24.5m和26m段，斜度为0°~15°时，单幅桥采用双柱;斜度为30°，45°时，采用三柱。对于33.5m段，均采用三柱。
6隧道
6.1隧道总体设计原则
6.1.1针对本项目桥隧比例大、中短隧道多、桥隧相连多的情况，隧道结构应遵循“宜分不宜连”的原则，根据隧址区域围岩条件合理采用分离式隧道或小净距隧道。原则上不选用连拱隧道。
6.2隧道设计一般规定
6.2.1隧道平面线形设计
隧道平面设计应根据地形、地质、路线走向、是否通风等因素确定，并应注意以下几点:
(a)隧道内线形应避免设置S形反向曲线，隧道洞口应避免设置在S形曲线上拐点处及其附近;
(b)设置于连续长下坡路段和长直线末端的隧道应避免采用小半径曲线;
(c)避免在直线段小半径凸形竖曲线后方的平曲线上设置隧道，隧道洞口凸形竖曲线半径应尽量满足视觉所需的竖曲线半径最小值;
(d)隧道洞口处应避免设置V型纵坡及相应的凹形竖曲线，避免雨季积水引起车辆侧滑，危及行车安全;
6.2.2隧道设计为上、下行分离的独立双洞，分离式路段的平面设计中的线宜与整体式路基的纵面设计中的线采用同一线位;洞口连接线的布设应与路线整体线形相协调，在适宜位置(洞口以外至1000m以内)设置联络车道。
6.2.3隧道路段的最小圆曲线半径应满足隧道内停车视距的要求，超高值不宜过大，可按表4取值。
表4隧道路段圆曲线半径最小值
|
序号 |
设计
速度(km/h) |
隧道内停车视距要求的平曲线最小半径计算值（m） |
超高要求的平曲线最小半径 |
圆曲线半径最小值 |
|
|
超高（％） |
半径（m） |
一般最小值（m） |
极限值（m） |
|
1 |
120 |
1837.50 |
2 |
3240 |
3250 |
1850 |
|
2 |
100 |
1066.70 |
3 |
1250 |
1250 |
1100 |
|
3 |
80 |
504.40 |
4 |
650 |
650 |
500 |
|
4 |
60 |
234.40 |
4 |
430 |
450 |
250 |
7路线交叉
7.1互通式立体交叉
互通式立体交设计应结合地形、地物、地质、经济等因素，使互通式立交达到快捷、安全、舒适的高标准要求。
7.1.1主线线形
互通式立交区段内的主线线形应符合表5中一般值的要求，受地形、地物等条件限制时，方可采用极限值。
表5主线线行标准
|
设计速度(km/h) |
100 |
80 |
|
最小平曲线半径（m） |
一般值 |
1500 |
1100 |
|
最小值 |
1000 |
700 |
|
最小竖曲线半径（m） |
凸形 |
一般值 |
25000 |
12000 |
|
最小值 |
15000 |
6000 |
|
凹形 |
一般值 |
12000 |
8000 |
|
最小值 |
8000 |
4000 |
|
最大纵坡％ |
|
一般值 |
2 |
3 |
|
最大值 |
2 |
4（3.5） |
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7.2匝道
高速公路引出的两条直连式或半直连式多车道匝道汇合成为另一条高速公路的一幅行车道(图中B)，或者由两条高速公路的同向行车道合并而成一条高速公路的一幅行车道(图中的B')，应按主线合流设计，如图2所示。
图2主线分岔与合流
结语
高速公路设计应结合地形、地貌、环境等建设条件以及社会经济发展的需求重视生态环境保护着重考虑公路使用者的需求。采用“安全、环境优美、节约资源、质量优良、系统最优”的手段，形成公路与自然的和谐统一。
