山區(qū)低等級公路改建工程路線設(shè)計研究

劉國華

（甘肅卓通工程技術(shù)服務(wù)有限公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，客貨交通量迅速擴(kuò)張，公路等交通運(yùn)輸設(shè)施的壓力大幅度增加。相關(guān)調(diào)查顯示，有些地區(qū)的低等級公路在交通體系中存在不適應(yīng)現(xiàn)象，特別是在重載和大交通量等因素的影響下，公路病害現(xiàn)象嚴(yán)重，而這會對公路運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性及舒適性產(chǎn)生不利影響。因此，需要加大公路工程改建力度，尤其要及時對山區(qū)低等級公路進(jìn)行改建，以更好地滿足區(qū)域發(fā)展需求，保證交通運(yùn)行的安全性。

1 山區(qū)低等級公路改建工程概述

公路改建的主要目的是提升舊公路等級及通行能力，確保通行安全，營造良好的運(yùn)行環(huán)境，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。由于需要改建的舊公路路線技術(shù)等級一般較低，這種情況下原公路的整體設(shè)計不可避免地會存在不合理現(xiàn)象[1]。因此，在改建工程的設(shè)計階段，往往需要重新設(shè)計路線。當(dāng)前，在低等級公路改建工程中，路線設(shè)計主要包括明確標(biāo)準(zhǔn)、交通量預(yù)測、平面設(shè)計、縱斷面和橫斷面設(shè)計等內(nèi)容。

通過分析山區(qū)低等級公路改建工程可知，此類工程的特點(diǎn)具體包括以下幾點(diǎn)：

第一，工作總量大。山路工程的作業(yè)環(huán)境一般較為惡劣，且山區(qū)公路的大部分路段鄰近山地，使得整個施工過程較為困難、工作總量更大，且一旦遭遇降水容易引發(fā)滑坡和落石等問題，甚至可能引發(fā)安全事故。改建時，大部分施工需要深入挖掘山體。在運(yùn)輸開發(fā)時，為保證交通順暢，需要使用小體積運(yùn)輸車輛，單次運(yùn)輸少量土方，而這會導(dǎo)致施工速度受到影響。同時，有些部位的施工需要用到大型機(jī)械設(shè)備，而這些設(shè)備一般需要穩(wěn)定立足點(diǎn)，但是山區(qū)道路工程的施工環(huán)境差，難以找到現(xiàn)成且實用的立足點(diǎn)，有時候需要修建立足點(diǎn)，這些工作都屬于工程總量內(nèi)容，在上述問題的影響下，會導(dǎo)致工作總量大、工程推進(jìn)速度受到制約[2]。

第二，工期緊張。山區(qū)公路建設(shè)期間，有時會受到修建難度和資金方面的限制，導(dǎo)致部分山區(qū)公路的路面寬度較常規(guī)公路窄一些，有些山區(qū)甚至只有一條公路，需要在改建時盡量恢復(fù)工程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，這會一定程度上加劇工期的緊張程度。

第三，施工難度大。一般城市道路改建時可以封堵某一路段，確保另幾路交通正常，但是這種模式無法應(yīng)用在山區(qū)低等級公路的改建過程中。由于本身道路較窄，若是采用該模式會導(dǎo)致交通不夠順暢，因此實際施工期間必須盡可能控制好作業(yè)范圍，主要在保證基本交通的前提下預(yù)留作業(yè)面，這會導(dǎo)致作業(yè)面很窄，也會進(jìn)一步增加施工難度[3]。另外，施工時還需要運(yùn)輸施工材料，運(yùn)輸期間必須合理調(diào)配車輛，特別是行駛路段和施工路段臨近的情況下，若是駕駛?cè)藛T操作不到位，不僅容易引發(fā)安全事故，還會影響后續(xù)施工。

2 山區(qū)低等級公路改建工程路線設(shè)計

2.1 明確標(biāo)準(zhǔn)

山區(qū)低等級公路改建設(shè)計時需要按照要求考慮好技術(shù)指標(biāo)的連續(xù)性、均衡性等，具體設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 公路改建路線設(shè)計指標(biāo)

2.2 交通量預(yù)測

公路改建的交通量包括趨勢增長、轉(zhuǎn)移、誘增這三部分，由于山區(qū)低等級公路改建項目周邊路網(wǎng)一般比較簡單，因此采用定基預(yù)測法計算趨勢增長交通量，也就是基于歷年交通量數(shù)據(jù)預(yù)測歷年交通量變化以及基年交通量。因為并無其他競爭性運(yùn)輸路線，因此轉(zhuǎn)移交通量并未作考慮。至于誘增交通量，是基于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)模型對沿線區(qū)域未來年客、貨運(yùn)輸生成量進(jìn)行預(yù)測，之后對該線路交通量進(jìn)行預(yù)測[4]。按照當(dāng)前《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）中的二級公路設(shè)計交通量，根據(jù)15 年運(yùn)行年限進(jìn)行預(yù)測，以可行性報告計劃通車年為預(yù)測起算年，通過分析預(yù)算統(tǒng)計交通量[5]。

2.3 平面設(shè)計

設(shè)計山區(qū)低等級公路改建工程路線時，多采用平面線形設(shè)計技術(shù)，實際設(shè)計時需要遵循以下要求：第一，安全性要求，即在設(shè)計平面線形時技術(shù)人員負(fù)責(zé)梳理線形設(shè)計情況，并按照40km/h 行車速度進(jìn)行設(shè)計，計算行駛時的平面線形最小數(shù)值；第二，優(yōu)化組合要求，設(shè)計時技術(shù)人員需根據(jù)具體情況，對比不同類型線形組合，并結(jié)合區(qū)域調(diào)查數(shù)據(jù)，選擇最優(yōu)線形組合，使平面結(jié)構(gòu)更具適用性[6]。

在山區(qū)低等級公路改建工程的路線設(shè)計方面，設(shè)計人員需要有效利用既有資源，如充分利用涵洞、橋梁等原路基結(jié)構(gòu)。不過在應(yīng)用原路基結(jié)構(gòu)進(jìn)行路線設(shè)計前，應(yīng)綜合勘查公路情況，如果基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能比較好，則可以采取有效措施加固處理，以滿足交通運(yùn)行新需求。在實際設(shè)計時可以采用圖形設(shè)計優(yōu)化法進(jìn)行設(shè)計，也就是統(tǒng)計原路基可用數(shù)據(jù)并在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)形成處理模型，對比其中的關(guān)鍵部位，并對其標(biāo)注，采用穿線交點(diǎn)法明確結(jié)構(gòu)交叉點(diǎn)，并在其上設(shè)置曲線形成平面線形圖，其間可對這一過程反復(fù)操作、論證，使最終的平面設(shè)計結(jié)果更精準(zhǔn)、更適用[7]。該部分設(shè)計的關(guān)鍵在于盡可能地利用原路路基，將其作為新路路基組成部分，以有效縮短施工周期。由于舊路的使用時間較長，一般會存在線路半徑曲線多或是平曲線長度短等現(xiàn)象，因此在進(jìn)行平面線形設(shè)計時，需要根據(jù)具體問題采取針對性的解決措施，如根據(jù)現(xiàn)場實際作業(yè)情況，適度擴(kuò)大曲線半徑，進(jìn)而將更多原路路基納入其中，有效提升資源利用率。

平曲線會直接影響通行安全和視距，平面設(shè)計環(huán)節(jié)需要保證平曲線各要素符合相關(guān)規(guī)范的要求。平曲線設(shè)計要點(diǎn)在于圓曲線半徑、緩和曲線長度、超高加寬和直線段長度等滿足規(guī)范要求。改建工程既要確保平面線形符合規(guī)范，保證通行，同時需要按照環(huán)保要求，降低對自然環(huán)境的影響。此外，進(jìn)行平面線形設(shè)計時，還需要以舊路等級作為一項設(shè)計參考的依據(jù)。若是改建道路屬于沙土路，則該路的技術(shù)等級比較低，需要按照規(guī)范進(jìn)行平面線形設(shè)計，重點(diǎn)在于提升舊路的技術(shù)等級；若是舊路有一定的技術(shù)等級，則需要在拓寬路面的同時調(diào)整原路線平面，例如四級公路平縱指標(biāo)低，設(shè)計速度可以選用30km/h 標(biāo)準(zhǔn)，同時對部分路段進(jìn)行限速，這樣可以減少拆遷，并提升原公路的通行能力。

第一，直線?，F(xiàn)行的公路建設(shè)技術(shù)規(guī)范明確規(guī)定了路段平曲線間直線長度，即同向和反向分別不低于6V 和2V，可為速度在40km/h 以內(nèi)的公路設(shè)計提供參考。二級公路設(shè)計速度需要達(dá)到80km/h，這一等級的公路大多是省級干線道路，因此平曲線間直線長度需要滿足要求，以確保通行安全。而駕駛?cè)藛T一般需要根據(jù)沿線綜合信息實時調(diào)整駕駛行為，具體判斷信息包括線形、交通組織、標(biāo)志、環(huán)境等，因此設(shè)計時要考慮好停車視距的要求，取約3.6s 左右行程距離作為同向平曲線間直線最小距離，取約1.2s 左右行程距離作為反向平曲線間直線最小，且實踐證明，該設(shè)計足以滿足較低等級公路的行車安全要求[8]。

第二，平曲線。平面設(shè)計中平曲線包括基本形、S形、卵形、凸形和復(fù)合形、C 形這幾種，后三種形式比較特殊。涉及技術(shù)等級提升的公路改建工程路線設(shè)計可能會遇到以下問題：其一，平面線形。設(shè)計時，設(shè)計人員會比較擔(dān)心偏離舊路中線太大，導(dǎo)致造價和交點(diǎn)增加，進(jìn)而使公路平曲線指標(biāo)較低；若是直接使用極限數(shù)值，會導(dǎo)致線形指標(biāo)難以處于順直狀態(tài)，也無法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。對此，需要注意優(yōu)化橫斷面設(shè)計，根據(jù)平面設(shè)計縱橫?；A(chǔ)形曲線要根據(jù)同比例進(jìn)行緩和曲線和圓曲線的設(shè)計；S 形曲線半徑比值最好處于1～1/3 區(qū)域內(nèi)，另外設(shè)計時若是交點(diǎn)間距短，則要以卵形設(shè)計為主。其二，平曲線長度。若是行車速度快，曲線長度不夠會導(dǎo)致駕駛困難。因此，平曲線長度設(shè)計方面，除應(yīng)滿足設(shè)置回旋線或超高、加寬過渡的需要外，還應(yīng)保留一段圓曲線，以保證汽車行駛狀態(tài)的平穩(wěn)過渡。

2.4 縱斷面設(shè)計

為了保證車輛行駛的安全性，在對山區(qū)低等級公路縱坡進(jìn)行設(shè)計時，要保證縱坡具有高平順性，并合理控制結(jié)構(gòu)起伏度。由于山區(qū)低等級道路比較特殊，因此進(jìn)行路線設(shè)計時需要根據(jù)地形變化，注意控制坡度變化，在路段中應(yīng)適度安排緩沖區(qū)。若是需要設(shè)計極限縱坡數(shù)值，技術(shù)人員可以在結(jié)構(gòu)部位設(shè)置緩沖區(qū)域，避免采用連續(xù)坡段對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響[9]?？傊?，應(yīng)綜合考慮多方面因素，明確縱坡設(shè)計方案。

第一，影響因素?？v坡會影響行車速度，因此在進(jìn)行縱斷面設(shè)計時可通過減少變坡點(diǎn)的方式，降低駕駛難度，創(chuàng)造良好的行車條件。此外，縱斷面設(shè)計時需要考慮起終點(diǎn)標(biāo)高、橋涵控制標(biāo)高、舊路既有建筑標(biāo)高、平交口內(nèi)坡度、填挖平衡等，因此需要保證地面線數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，尤其是現(xiàn)有建筑實際標(biāo)高。

第二，坡長。設(shè)計縱斷面時需要根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范明確不同等級坡度坡長，同時優(yōu)化舊路縱斷面。

第三，豎曲線半徑。豎曲線具有降低沖擊、滿足縱向行車視距需求、提高排水性能和行車舒適性等作用，設(shè)計時需要控制好最小長度和半徑，其中半徑曲線起始位置到終點(diǎn)部位最好位于緩和曲線正中間，若是條件困難，則長度需要不低于規(guī)范數(shù)值[10]。

第四，平包豎。若是平縱線形組合適當(dāng)，不僅可以起到良好的誘導(dǎo)作用，也能使縱坡更平順。平包豎在設(shè)計時需要注意以下幾個要點(diǎn)：其一，豎曲線與平曲線重合，平曲線長度不可低于豎曲線；其二，豎曲線與平曲線大小處于均衡狀態(tài)，若是平曲線半徑過大則豎曲線也需要適度擴(kuò)大；其三，設(shè)計時要盡可能防止組合形式出現(xiàn)，即防止交點(diǎn)和變坡點(diǎn)重合，防止緩和曲線與半徑小豎曲線重疊，長平曲線中需要盡量使用直坡線，若是豎曲線與平曲線半徑較小，則需要防止二者重合并將其分開。

第五，設(shè)計方法。公路擴(kuò)建設(shè)計時建議采用圖形設(shè)計優(yōu)化法，即統(tǒng)計原路基可用數(shù)據(jù)信息，并將之輸入到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，形成縱斷面地面線，或是利用測繪軟件形成應(yīng)用模型，對于比較關(guān)鍵位置，可在設(shè)計過程中對其進(jìn)行標(biāo)注?？衫密浖炱旅娼Y(jié)構(gòu)縱坐標(biāo)，為保證設(shè)計結(jié)果的合理性，需要綜合利用縱坡和橫坡設(shè)計在線面上設(shè)置曲線，使之再次形成縱斷面地面線，反復(fù)操作可以提高結(jié)果的適用性。此外，需要注意，山區(qū)的地形結(jié)構(gòu)比較特殊，在設(shè)計縱斷面時要盡量減少山體開挖量，設(shè)計中可以盡量采用填充路段的方式。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，地方經(jīng)濟(jì)也在不斷發(fā)展，山區(qū)公路交通需求不斷提高，交通體量也不斷擴(kuò)大。很多既有公路已經(jīng)難以滿足山區(qū)交通需求，需要加大力度改建山區(qū)低等級公路工程，為保證改建工程順利進(jìn)行，需要合理設(shè)計路線，有效提高山區(qū)低等級公路的通行能力，更好地促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。