山區低等級公路升級改造技術研究

孟 超

(長治市通明公路勘察設計有限公司，山西 長治 046000)

0 引 言

山區公路工程作為促進區域交流和沿線經濟發展的重要交通設施，其建設規模日益擴大。由于山區地形起伏大、水文地質復雜、建設理念落后、工程造價限制等原因，使得公路建設難度大，服務水平往往不能達到預期，且隨著車輛迅速增加，越來越多的山區低等級公路已經難以滿足交通需求，從而造成嚴重的道路擁堵現象，影響行車安全性和舒適度。由于山區公路新建造價較高，選擇經濟合理的公路升級改造方案已經成為亟待實現的重要目標。近年來，國內外工程師也對山區公路的升級改造展開了一些研究，如程偉以貴州某山區公路為研究對象，分析了平面指標、路基寬度、交通安全設施等因素對公路升級改造的影響，并基于安全性和經濟性提出一種新的設計思路；張田總結了山區公路交通事故的發生原因，并研究了山區低等級公路升級改造時的路線指標選擇、橫斷面加寬方法。因此，研究公路設計中的山區低等級公路升級改造技術具有十分重要工程意義。

1 山區低等級公路特點及依托工程

1.1 山區低等級公路特點

由于山區特有的地形地貌、水文地質條件等原因，其低等級公路的建設通常具有以下特點：第一，公路路線的平面線形指標低，可能存在較多小曲線半徑，使得相鄰路段過渡困難；第二，公路縱斷面的高程差較大，會出現連續長大縱坡，局部縱坡超過極限值，影響行車制動效果和安全性；第三，公路路面承載能力低，養護維修不及時，使得路面破損嚴重，產生車轍、沉陷等病害，降低了路面使用性能；第四，山區低等級公路的交通組成較復雜，既有大型載重貨車和小汽車，還有摩托車、拖拉機等，導致路側干擾嚴重；第五，橋涵工程檢修養護困難，甚至很多荷載等級不符合規范要求的橋涵工程仍在運營。

1.2 工程實例

本文以某山區縣道為研究對象，對山區低等級公路的改造原因、改造形式、具體改造措施等進行分析。該山區公路建設標準為四級公路，全長18.6 km，起訖樁號為K5+450～K24+050，最大縱坡7.3%，設計速度為20 km/h。路面類型為瀝青混合料路面，路面結構組合為4 cm(AC-13C上面層)+5 cm(AC-16C下面層)+25 cm(水泥穩定碎石基層)。路基寬度為6.5 m，橫斷面布置形式為：0.25 m(土路肩)+2×3 m(行車道)+0.25 m(土路肩)，路拱橫坡為2%。從上述設計指標可知，山區低等級公路技術標準較低，尤其是設計速度是低于《公路工程技術標準》(JTG-B01 2014)規定速度的一般值，這說明地形對公路布線有較大的限制。

2 山區低等級公路改造原則及改造形式

2.1 公路改造原則

山區低等級公路不可盲目改造升級，在設計時應綜合當地經濟水平、遠期路網規劃、施工難度、地形地貌、工程地質等因素的限制，并遵循以下原則：(1)公路升級改造之前，應在現場對老路的交通量、平縱指標、視距等參數進行詳細調查，應在確保行車安全的前提下，最大程度地利用既有路線資源，不可隨意占用土地資源或增加拆遷工程量。同時，對于地形、地質條件較復雜路段，可適當降低路面的平面和縱斷面線形指標，并做好新路和老路之間的銜接過渡；(2)確定老路改造方案時，應做好交通組織設計和保通方案，降低施工期間對車輛行駛的干擾。對于工程量集中段落可選擇集中施工，設置便道、便橋等措施；(3)公路改造升級時盡量提出多個比較線，進行技術性和經濟型比選，以選出最優方案；(4)路線設計方案初步擬定后，還要對其運行速度進行驗證，危險路段需設置減速標志。

2.2 公路改造形式

山區低等級公路改造形式可從交通量、線形改造、路面等角度劃分，具體如表1所示。

表1 山區低等級公路升級改造形式劃分

3 山區低等級公路改造方案

3.1 路線升級改造

路基路面和橋涵專業設計等都是在路線方案確定的基礎上開展的，故路線設計對公路升級改造質量起著決定性作用。

(1)平面設計

相對于平原地區而言，山區低等級公路蜿蜒曲折，直線距離較短，線形以平曲線為主。如果既有道路線形為同向曲線，且兩曲線間的直線長度不滿足規范要求，可選擇圓曲線、緩和曲線或其他特殊形式曲線(如卵型、凸型、復合型等)連接；如果既有道路線形是反向曲線，一般采用S曲線連接。此外，既有道路的圓曲線半徑不能滿足升級改造后公路的設計指標，可通過縮短兩端直線距離來增加圓曲線半徑。

(2)縱斷面設計

在進行既有老路改造設計時，一方面應確保坡度和坡長不超過《公路路線設計規范》(JTG D20-2017)中的極限值，且盡量不出現連續長大縱坡，另一方面要適當減少土石方開挖工程量，并與平面線形相互協調(平包豎)。

3.2 路基升級改造

路基加寬時山區低等級公路升級改造的關鍵，其設計任務主要是加寬方式選擇和新舊路基結合處的處理，公路升級改造時路基加寬方式有單側加寬和雙側加寬，其中單側加寬路基作業面大，可確保路基填料充分壓實。但是，單側加寬后路基兩側寬度不對稱，使得邊坡受力復雜，對邊坡整體穩定性產生不良影響；而路基雙側加寬可保持中心設計線保持不變，且兩側橫坡保持一致，有利于路基排水。

本文在考慮兩種路基加寬方式特點的前提下，結合該山區公路的具體特點，選擇了雙側加寬的方式(如圖1所示)，將寬度為6.5 m的老路路基加寬至8.5 m，加寬后的路基橫斷面布局為0.75 m(土路肩)+2×3.5 m(行車道)+0.75 m(土路肩)，老路范圍內的路拱橫坡保持不變，加寬部分的橫坡取3%。為了提高路基整體穩定性，在新老路基結合位置開挖臺階，臺階寬度不小于2 m，并設置4%的內傾橫坡。

圖1 山區公路路基雙側加寬標準斷面

3.3 路面升級改造

路面升級改造有舊路加鋪和新建路面兩種方式。舊路加鋪是在原路基高度不變的前提下，將老路路面當做底基層，隨后對路面進行補強。新建路面主要用于老路路面結構破損嚴重或路線標高出現較大變化的；路段。該山區縣道升級改造時兩種方式均要采用，改造后的路面結構層是：4 cm(AC-13C上面層)+5 cm(AC-16C下面層)+25 cm(水泥穩定碎石基層)+15 cm(級配碎石底基層)。

4 山區低等級公路升級改造后運行速度評價

山區公路屬于三維帶狀結構物，選擇“三維線形條件下道路車輛行駛速度解算模型”來計算車輛運行速度更加科學合理。筆者針對該山區低等級公路右線連續上坡路段為研究對象來分析道路升級改造后運行速度的協調性。同時以小客車、大客車、大貨車等為基本車型，得到了常規駕駛模式和侵犯型駕駛模式下的行車速度，見圖2。

圖2 連續上坡路段運行速度計算結果

計算結果表明，該山區低等級公路車輛速度在H1處降低較明顯，其中小客車的速度差ΔV85在10～20 km/h之間。由《公路項目安全性評價指南》可知，H1處運行速度協調性是滿足要求的，但協調性一般，可能存在行車安全隱患。此時應盡可能地調整相鄰路段的技術指標和一致性，確保常規駕駛模式和侵犯型駕駛模式下的行車速度差不超過10 km/h。

5 結 語

在分析山區低等級公路特點的基礎上，分析了公路升級改造基本原則、改造形式及具體改造方案，主要得到以下結論。

(1)山區低等級公路具有線形指標低、路面承載力小、交通組成復雜等特點，升級改造難度大。

(2)平縱線形組合對公路升級改造水平起著決定性作用，擬定路線方案后應進行技術性和經濟性對比。

(3)山區低等級公路的路基加寬方式有單側加寬和雙側加寬，路面改造方法有舊路加鋪和新建路面。

(4)公路改造后應盡量保持各相鄰路段運行速度的協調性，以降低行車隱患。