山區(qū)農(nóng)村公路路線設(shè)計(jì)中存在的問題及其解決方案

薛 銀

(長治市通明公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 長治 046000)

1 山區(qū)農(nóng)村公路的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及流程

根據(jù)山區(qū)公路地形地物的復(fù)雜性、交通量較小及農(nóng)村公路技術(shù)等級(jí)低的特點(diǎn)，應(yīng)在設(shè)計(jì)前進(jìn)行充分調(diào)查、科學(xué)謀劃，確定合理的工作步驟。(1)要根據(jù)項(xiàng)目功能、交通量預(yù)測(cè)及投資規(guī)模合理確定山區(qū)農(nóng)村公路的技術(shù)等級(jí)，在充分考慮環(huán)境保護(hù)的情況下確定設(shè)計(jì)速度、設(shè)計(jì)車型及其他基本控制要素。(2)根據(jù)項(xiàng)目起終點(diǎn)及中間控制點(diǎn)通過合理穿越沿線各地理單元進(jìn)行布線，解決路線走廊帶的問題。(3)將路線根據(jù)地形地物的復(fù)雜程度劃分為若干個(gè)設(shè)計(jì)單元，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)查后擬定小的控制點(diǎn)，期間要注意整體填挖平衡，減少支擋結(jié)構(gòu)物數(shù)量及確定哪些部位需要設(shè)置回頭曲線等特殊線形。(4)根據(jù)調(diào)查確定的小控制點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)布線比較，擬定出最佳的道路中線。

經(jīng)廣泛調(diào)查分析，山區(qū)農(nóng)村公路的交通組成與常規(guī)的公路有明顯差異，為了適應(yīng)山區(qū)行車特點(diǎn)，確定更合理的平縱線形指標(biāo)，從安全性、經(jīng)濟(jì)性和便捷性角度出發(fā)，可將山區(qū)農(nóng)村公路的設(shè)計(jì)車型分為小型車(6.0 m×1.8 m×2.0 m)，主要包括小汽車、中微型面包車及輕型貨車等，大型車(12.0 m×2.5 m×4.0 m)，主要包括載重汽車、大客車等，而常規(guī)公路上的拖掛車及集裝箱車不宜作為設(shè)計(jì)車型，因此在以縱斷面設(shè)計(jì)為控制的山區(qū)農(nóng)村公路中，可以優(yōu)化平縱指標(biāo)。

2 平縱線形及其組合設(shè)計(jì)

2.1 選線

山區(qū)公路的選線是整個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，直接影響到建設(shè)規(guī)模，工程艱巨程度，環(huán)境的破壞程度等，對(duì)整個(gè)路網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營和養(yǎng)護(hù)也至關(guān)重要。為了充分保障山區(qū)農(nóng)村公路的行車安全性，在選線階段就應(yīng)該深入調(diào)查各個(gè)地形地貌單元，結(jié)合橫斷面和縱斷面反復(fù)比選道路中線的位置，利用各種線形單元和組合盡可能規(guī)避地形地質(zhì)較差的路段，對(duì)山體的破壞，確保公路與環(huán)境的自然融合。山區(qū)沿河線選線過程中要時(shí)刻保持著兩側(cè)河岸、河流及路線三者之間的和諧，合理選取高低線，在合適部位跨河換岸。越嶺線選線過程中最關(guān)鍵的是選取合適的埡口翻越山嶺，同時(shí)還要尋找埡口附近的有利地形進(jìn)行展線。

2.2 平縱組合設(shè)計(jì)

結(jié)合山區(qū)公路的技術(shù)等級(jí)，平縱組合控制的嚴(yán)格程度應(yīng)根據(jù)其設(shè)計(jì)速度的不同而不同，當(dāng)設(shè)計(jì)速度小于60 km/h時(shí)，可僅對(duì)急彎陡坡等視線不良路段進(jìn)行平縱組合設(shè)計(jì)，一般路段若工程艱巨可不嚴(yán)格要求，當(dāng)設(shè)計(jì)速度大于等于60 km/h時(shí)，全線各平縱線形單元均應(yīng)進(jìn)行平縱組合設(shè)計(jì)。平縱組合設(shè)計(jì)中遵循的一項(xiàng)基本原則就是“平包豎”，當(dāng)無法滿足時(shí)，則應(yīng)將平曲線和豎曲線適當(dāng)拉開，單獨(dú)設(shè)置。山區(qū)公路平面設(shè)計(jì)主要以曲線來適應(yīng)地形變化，不同曲線單元之間要合理設(shè)置直線，直線最短距離應(yīng)不小于3 s行程。另外，為了保持線形均衡，視覺流暢，避免線形扭曲，盡量避免凸型豎曲線頂部或凹型豎曲線底部插入反向平曲線的組合。

2.3 視距問題

山區(qū)農(nóng)村公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)低，建設(shè)條件復(fù)雜，經(jīng)常遇到急彎陡坡或繞山嘴等情況，又受限于投資規(guī)模和保護(hù)環(huán)境，不可能對(duì)現(xiàn)狀地形地貌進(jìn)行過多的開挖，因此在這種復(fù)雜的情況下進(jìn)行路線設(shè)計(jì)往往會(huì)導(dǎo)致諸多視距不良的問題，而視距又直接影響著行車安全，特別是當(dāng)沿線交通設(shè)施未完善時(shí)，保證視距成為路線設(shè)計(jì)的重要控制因素，挖方路段尤為如此。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量利用開闊及有利的地形穿越，保證橫向視距和縱向視距的要求，有條件的情況下盡可能采用較大的圓曲線半徑，嚴(yán)格控制彎道內(nèi)側(cè)障礙物進(jìn)入建筑限界。對(duì)于雙車道農(nóng)村公路，縱向視距可選用停車視距進(jìn)行驗(yàn)證，單車道公路采用會(huì)車視距驗(yàn)證，同時(shí)輔以反光凸面鏡，視距不良路段提示標(biāo)牌等交通工程措施進(jìn)行配合，保障行車安全。

2.4 連續(xù)上下坡問題

由于受到條件限制，山區(qū)農(nóng)村公路為了克服較大高差或降低高差，往往在縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)采用最大坡長和最大坡度進(jìn)行極限組合，期望以最小的工程規(guī)模達(dá)到爬升的目的，而連續(xù)的上坡易使得車輛在行駛過程中輸出過大的功率，對(duì)于載重汽車甚至?xí)霈F(xiàn)速度降低太多，爬坡無力的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響通行能力和行車安全。連續(xù)的下坡使得車輛在行駛過程中頻繁的制動(dòng)，易對(duì)駕駛員心理造成壓力，同時(shí)還易造成制動(dòng)失靈的嚴(yán)重后果。因此在路線設(shè)計(jì)時(shí)可適當(dāng)展線，選擇有利地形布線以克服高差，盡量不要頻繁使用極限坡長和坡度組合，當(dāng)條件困難不得已時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)車輛的動(dòng)力性能以及設(shè)計(jì)速度，反復(fù)驗(yàn)算坡長和縱坡取值的合理性，如圖1和圖2所示。

圖1 載重車爬坡速度與坡長曲線圖

圖2 載重車速度折減與坡長曲線圖

另一方面，兩段大縱坡之間應(yīng)插入合理長度的緩和坡段供上坡車輛恢復(fù)爬坡降低的行駛速度以及減少下坡車輛的制動(dòng)頻率，緩和坡段的坡度應(yīng)滿足縱向排水的要求，并盡量不超過3%，其坡長的設(shè)置應(yīng)以恢復(fù)上坡載重車輛正常速度所行駛的最小加速長度，并與對(duì)應(yīng)的最小坡長對(duì)比，取二者的大值。對(duì)于連續(xù)上下坡路段，有用地條件的，也可在行車方向右側(cè)設(shè)置爬坡車道和避險(xiǎn)車道，以提高通行能力和行車安全。

3 合成坡度控制

山區(qū)農(nóng)村公路技術(shù)等級(jí)低、面臨的環(huán)境復(fù)雜，經(jīng)常遇到急彎陡坡的線形組合，面對(duì)這種情況，僅從平面、縱斷面線形指標(biāo)及其組合上控制仍然具有較大風(fēng)險(xiǎn)，彎道的合成坡度作為直接關(guān)系到行車安全和排水通暢的指標(biāo)應(yīng)受到重視。車輛由直線經(jīng)緩和曲線進(jìn)入彎道時(shí)，會(huì)產(chǎn)生逐漸變大的橫向力，這種橫向力由輪胎和路面的摩擦來平衡，彎道的圓曲線半徑越小，橫向力越大，乘客的舒適性就越低，車輛輪胎也承擔(dān)著打滑的風(fēng)險(xiǎn)。在緩和曲線部分就將橫斷面外側(cè)車道的橫坡逐漸抬高，讓車輛的一部分重力分離提供橫向力可以大大緩解乘客的不適感，這種超高橫坡與縱坡的組合即為合成坡度，也是路面排水的方向。在高等級(jí)公路中，縱坡和超高限制較嚴(yán)格，合成坡度基本能滿足要求，但山區(qū)農(nóng)村公路的線形指標(biāo)均比較低，為適應(yīng)地形地物，經(jīng)常出現(xiàn)大縱坡和大超高同時(shí)存在的情況，另一方面，以往合成坡度直接取縱坡和全超高進(jìn)行驗(yàn)算，大多未考慮在超高過渡段，路面外側(cè)的縱坡有明顯的抬高過程，實(shí)際上外邊線的縱坡值明顯高于中線的縱坡值，因此需要針對(duì)這種情況進(jìn)行最不利合成坡度的驗(yàn)算，以確保外側(cè)車道行車安全。在緩和坡段縱坡較小的路段，車輛由圓曲線經(jīng)緩和曲線進(jìn)入直線時(shí)，路面外側(cè)在超高漸變段的縱坡應(yīng)比中線縱坡小，因此可能會(huì)導(dǎo)致合成坡度達(dá)不到0.5%的情況，這樣對(duì)路面排水的順暢造成影響，需要計(jì)算后調(diào)整縱坡滿足要求。

4 回頭曲線設(shè)置

當(dāng)路線需要穿越的兩點(diǎn)之間高差過大，周邊又受地形地物限制無法進(jìn)行自然展線時(shí)，則可通過設(shè)置回頭曲線滿足克服高差的目的。根據(jù)需要，回頭曲線可以設(shè)置在可以在同一自然坡面上，也可以在不同坡面上，布線時(shí)應(yīng)注意橫斷面的布置，盡量達(dá)到填挖平衡，減少半填半挖的斷面，確實(shí)存在時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置擋土墻等構(gòu)造物確保路基穩(wěn)定。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，為了達(dá)到同一坡面盡快克服高差的效果，回頭曲線的曲線半徑一般較小，當(dāng)設(shè)計(jì)速度為20 km/h時(shí)，最小半徑為15 m，從行車安全的角度，為適應(yīng)嚴(yán)格的圓曲線半徑要求，需要對(duì)圓曲線內(nèi)側(cè)進(jìn)行加寬，雙車道加寬寬度為3 m，縱坡通常不超過4.5%。回頭曲線前后的接線線形指標(biāo)應(yīng)均勻連續(xù)，滿足通視要求，上下線不宜相隔太近，并輔以限速及交通安全設(shè)施。

5 結(jié) 語

由于其環(huán)境的復(fù)雜性，山區(qū)農(nóng)村公路建設(shè)需要在有限的投資和較低的技術(shù)等級(jí)下不斷地優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決許多影響行車安全和舒適性的問題。研究為設(shè)計(jì)人員進(jìn)一步理解山區(qū)公路的工程建設(shè)特點(diǎn)，合理的選用路線平縱設(shè)計(jì)指標(biāo)和線形元素提供了分析依據(jù)。