小交通量農(nóng)村公路設(shè)計(jì)過(guò)程研究

李滿花

（惠州市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，廣東 惠州 516001）

0 引言

農(nóng)村公路工程建設(shè)是落實(shí)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要舉措，要求以建好、管好、護(hù)好、運(yùn)營(yíng)好為目標(biāo)。“建好”作為第一環(huán)節(jié)，以設(shè)計(jì)方案為依據(jù)，雖然與高等級(jí)公路建設(shè)相比，小交通量農(nóng)村公路設(shè)計(jì)難度下降，但也因不受重視而出現(xiàn)設(shè)計(jì)不合理情況。為此，深入探究小交通量農(nóng)村公路設(shè)計(jì)過(guò)程，對(duì)建好農(nóng)村公路，加速農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 路線設(shè)計(jì)

1.1 平面設(shè)計(jì)

公路路線設(shè)計(jì)中，平面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)盡可能以原路為基準(zhǔn)進(jìn)行布線，能夠?qū)υ新坊⒑础蛄旱冗M(jìn)行利用，降低設(shè)計(jì)與施工難度，若遇到路基寬度不足的情況，則可以直接考慮單側(cè)加寬。但是，當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)不得利用原路段，即原有路段平曲線間直線段長(zhǎng)度未達(dá)到2V、6V 要求（V 表示設(shè)計(jì)速度）時(shí)，且設(shè)計(jì)中必須按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求的2V、6V 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平曲線間直線段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，原路無(wú)法利用，因此，為了避免原有資源被浪費(fèi)，可以以最小長(zhǎng)度為3s 行程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行曲線間直線段設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)可以為司機(jī)反應(yīng)預(yù)留出時(shí)間，也使原路資源得到合理利用。但還要考慮原路中出現(xiàn)的小偏角曲線，若需要大段利用原路資源，可以將存在的小偏角保留到設(shè)計(jì)中[1]。

1.2 縱斷面設(shè)計(jì)

縱斷面設(shè)計(jì)同樣以減少資源投入為主要目標(biāo)，應(yīng)以原路高程作為基礎(chǔ)，通過(guò)增加路面結(jié)構(gòu)層厚度完成設(shè)計(jì)。起點(diǎn)與終點(diǎn)位置縱坡設(shè)計(jì)應(yīng)與原路路面相交位置縱坡相一致，從而最大程度地?cái)M合原路縱坡，提高對(duì)原路資源的利用效率。但縱斷面設(shè)計(jì)中遇到原路大縱坡情況則需要改善，可以將原路縱坡降低，若降低設(shè)計(jì)上存在困難，如在深溝位置、兩側(cè)均有村莊、臨近高山時(shí)，則盡可能保留原路標(biāo)高設(shè)計(jì)。

1.3 橫斷面設(shè)計(jì)

農(nóng)村小交通量公路在我國(guó)公路等級(jí)體系中屬于四級(jí)公路，橫斷面設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要對(duì)錯(cuò)車道的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行考慮，且若需要進(jìn)行錯(cuò)車道路面加寬應(yīng)單獨(dú)計(jì)列。在交通運(yùn)輸部發(fā)布的《小交通量農(nóng)村公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 2111—2019）以及《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）中分別對(duì)錯(cuò)車道有效長(zhǎng)度做出規(guī)定，兩者均規(guī)定錯(cuò)車道寬度為6m、路肩寬度為0.25m，但前者規(guī)定錯(cuò)車道有效長(zhǎng)度為10m、后者為20m，且前者規(guī)定每端錯(cuò)車道漸變段長(zhǎng)度為9m、后者無(wú)明確要求，設(shè)計(jì)中應(yīng)合理選擇設(shè)計(jì)參照標(biāo)準(zhǔn)[2]。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中除保證設(shè)計(jì)符合國(guó)家規(guī)定與選擇合適標(biāo)準(zhǔn)外，也要注意以下事項(xiàng)：第一，盡量避開(kāi)不良地質(zhì)。諸多農(nóng)村處于山區(qū)，地形地勢(shì)相對(duì)復(fù)雜，影響路線設(shè)計(jì)，從安全角度與施工難易程度考慮，避開(kāi)不良地質(zhì)路段，可降低對(duì)土體的擾動(dòng)，預(yù)防泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。第二，減少占用耕地，加強(qiáng)水毀預(yù)防。農(nóng)村地區(qū)通常最大程度保留河谷、溪流的自然形態(tài)，導(dǎo)致公路設(shè)計(jì)中經(jīng)常遇到曲折迂回的河谷、溪流，因此不得不考慮水位漲落以及河岸陡坡對(duì)公路路線設(shè)計(jì)的影響，采取合理的設(shè)計(jì)預(yù)防公路被沖刷現(xiàn)象，避免公路水毀。具體來(lái)講，設(shè)計(jì)中要做好地質(zhì)勘測(cè)工作，全面掌握公路區(qū)間內(nèi)水文情況，將沖刷嚴(yán)重區(qū)域避開(kāi)，并利用防水毀設(shè)施，避免公路功能受到影響，但也不得占用耕地，影響當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2 路基路面設(shè)計(jì)

2.1 路基拼寬設(shè)計(jì)

小交通量農(nóng)村公路設(shè)計(jì)中路基拼寬有兩種方式，即單側(cè)或兩側(cè)加寬。設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮路基橫斷面的寬度設(shè)計(jì)要求、原路基寬度、工程段內(nèi)地貌地物特征、路線走向等情況，盡量利用原路，減少資源投入與浪費(fèi)。但在單車道設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)于錯(cuò)車道路基寬度設(shè)計(jì)要給予特殊關(guān)注，若先對(duì)錯(cuò)車路基寬度進(jìn)行編輯，并根據(jù)平面曲線加寬的具體數(shù)值在最近的圓曲線加寬值當(dāng)中體現(xiàn)錯(cuò)車道加寬值，將會(huì)導(dǎo)致數(shù)值與規(guī)范要求不一致，甚至出現(xiàn)平曲線加寬表中半徑＞250m圓曲線體現(xiàn)為加寬情況，因此先確定平曲線加寬值，再進(jìn)行寬度參數(shù)處理，對(duì)于錯(cuò)車道加寬量的設(shè)計(jì)應(yīng)單獨(dú)計(jì)算，不得體現(xiàn)在平曲線加寬表當(dāng)中。

2.2 路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 路面材料選擇

小交通量農(nóng)村公路屬于低等級(jí)公路，在設(shè)計(jì)過(guò)程中瀝青應(yīng)為路面的材料首選，其具有耐磨性、耐久性好的優(yōu)勢(shì)，但為了不浪費(fèi)原有資源，可以將原沙礫或水泥路面作為基層，通過(guò)混凝土補(bǔ)強(qiáng)層完成路面加寬，再在表層通鋪瀝青混凝土，提高路面強(qiáng)度。其中，原路面為水泥混凝土?xí)r，在加寬過(guò)程中需要考慮新舊基層銜接位置的處理問(wèn)題，選擇土工格柵可以實(shí)現(xiàn)銜接處有效連接，也可以預(yù)防因強(qiáng)度不一致而引發(fā)的不均勻沉降、路面開(kāi)裂問(wèn)題。

2.2.2 路面厚度確定

以水泥混凝土面板路面為例，路面厚度設(shè)計(jì)過(guò)程中需先選取合適參數(shù)，包括設(shè)計(jì)交通量、路面結(jié)構(gòu)寬度、路面材料以及接縫傳荷能力應(yīng)力折減等其他系數(shù)，再準(zhǔn)確計(jì)算出路面的厚度。

其一，設(shè)計(jì)交通量參數(shù)。設(shè)計(jì)前先統(tǒng)計(jì)農(nóng)村公路交流量，對(duì)于平原路段、山區(qū)路段要進(jìn)行分開(kāi)統(tǒng)計(jì)，再根據(jù)《小交通量農(nóng)村公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG 2111—2019）完成軸載換算。換算公式為：

式（1）中：Ns表示標(biāo)準(zhǔn)軸載作用次數(shù)；αi表示軸一輪型系數(shù)（單軸單輪取1.0）；Ni表示i級(jí)軸載作用次數(shù)；Pi表示i級(jí)軸載重量；Ps表示設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)軸載。

其二，路面寬度參數(shù)。需要結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)村地質(zhì)條件、交通流量情況進(jìn)行確定，若采用小型水泥混凝土板長(zhǎng)寬比應(yīng)控制在1.30 以內(nèi)。

其三，路面材料參數(shù)。路面材料參數(shù)主要包括土基參數(shù)、基層參數(shù)、面層參數(shù)，土基參數(shù)確定中因公路建設(shè)在已有路基基礎(chǔ)上進(jìn)行。土基強(qiáng)度高，應(yīng)在35～80MPa 確定原路基回彈模量，在30～65MPa 確定新建路基回彈模量。基層參數(shù)設(shè)計(jì)中常用材料有水泥、水泥穩(wěn)定集料、級(jí)配碎石等，在350～1700MPa 確定回彈模量。面層參數(shù)確定中因設(shè)計(jì)為水泥混凝土路面，根據(jù)公路等級(jí)對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與要求，彎拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值與抗彎拉彈性模量分別為4.0MPa、27000MPa。

其四，其他設(shè)計(jì)系數(shù)。根據(jù)《公路水泥混凝土路面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D40—2018）中的要求，小交通量農(nóng)村公路路面厚度設(shè)計(jì)中還需要確定以下參數(shù)：接縫傳荷能力應(yīng)力折減系數(shù)，由于此類型公路多為土路肩或柔性路肩，折減系數(shù)取值為1.0；路面疲勞損壞影響綜合系數(shù)，取值1.0；最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值，取值要求見(jiàn)表1。

表1 最大溫度梯度標(biāo)準(zhǔn)值

結(jié)構(gòu)厚度需要進(jìn)行以下參數(shù)計(jì)算：

荷載疲勞應(yīng)力：

式（2）中：kr表示路面板接縫傳荷能力折減系數(shù)（1.0）；kf表示設(shè)計(jì)年限內(nèi)荷載疲勞應(yīng)力累計(jì)疲勞工作下疲勞應(yīng)力系數(shù)；kc表示路面疲勞損壞影響綜合系數(shù)；σps表示標(biāo)準(zhǔn)荷載作用于臨界位產(chǎn)生的荷載應(yīng)力。最大溫度梯度時(shí)溫度翹曲應(yīng)力：

式（3）中：σtm表示溫度翹曲應(yīng)力；αc表示混凝土的線膨脹系數(shù)；Ec表示水泥混凝土抗彎拉彈性模量；hc表示混凝土面板厚度；Tg表示最大溫度梯度；BL表示溫度應(yīng)力系數(shù)。

在此基礎(chǔ)上考慮土基不同情況下回彈模量差異、板面尺寸差異、設(shè)計(jì)年限要求、工程造價(jià)，對(duì)面層厚度臨界值進(jìn)行確定，并計(jì)算出不同使用年限時(shí)路面總體疲勞應(yīng)力，確定最佳面層厚度參數(shù)。

3 安全生命防護(hù)工程設(shè)計(jì)

在了解小交通量農(nóng)村公路交通安全特征以及安全隱患情況后，基于提高道路交通安全水平以及改善通行服務(wù)的目標(biāo)，完成安全生命防護(hù)工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)公路的安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)。

3.1 合理降低防護(hù)設(shè)施使用條件

小交通量農(nóng)村地區(qū)存在經(jīng)濟(jì)落后情況，在設(shè)計(jì)中必須考慮當(dāng)?shù)厥欠衲軌蜇?fù)擔(dān)得起安全防護(hù)設(shè)施建設(shè)費(fèi)用，而為了節(jié)約資金、提高資源利用率，以最低的成本發(fā)揮最大的防護(hù)作用，則可以在設(shè)計(jì)中合理降低防護(hù)設(shè)施的使用條件。例如，在承擔(dān)農(nóng)村地區(qū)客運(yùn)功能的小交通量公路上，安全防護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是道路兩側(cè)防護(hù)，為了節(jié)約成本，可以就地取材，將植物作為防護(hù)設(shè)置，雖與國(guó)標(biāo)規(guī)范中規(guī)定相比標(biāo)準(zhǔn)有所降低，但在經(jīng)濟(jì)條件不允許的情況下，可以大范圍利用植物防護(hù)，有效節(jié)約成本。在急彎或連續(xù)急彎彎道內(nèi)側(cè)，經(jīng)判斷危險(xiǎn)程度不高，可以不進(jìn)行路側(cè)護(hù)欄設(shè)置。通過(guò)修整邊坡、邊溝，對(duì)道路視距進(jìn)行改善。經(jīng)濟(jì)允許的情況下可以設(shè)置單側(cè)護(hù)欄[3]。

3.2 合理設(shè)計(jì)不同路段防護(hù)設(shè)施

不同路段對(duì)安全防護(hù)的要求不同，設(shè)計(jì)上也應(yīng)體現(xiàn)出差異。

在錯(cuò)位交叉口路段，錯(cuò)位道路為支路、相交道路為主路，且道路在住宅區(qū)外，服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、客運(yùn)、物流集散，行人相對(duì)較少，日常主要通行機(jī)動(dòng)車或非機(jī)動(dòng)車，在防護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)上，沿主路方向，需要將道口標(biāo)柱設(shè)計(jì)在支路兩側(cè)、道路與轉(zhuǎn)角圓曲線交會(huì)位置的路肩上，標(biāo)柱與道路邊緣相距0.5m；在支路進(jìn)口與交叉口相距3～5m 的位置設(shè)計(jì)減速標(biāo)志，與道路邊緣相距0.5m，四周不得有遮擋物，并且在路口畫減速讓行標(biāo)線；在與交叉口相距30m 的主路位置上設(shè)計(jì)交叉口警告標(biāo)志，與道路邊緣相距0.5m。

在長(zhǎng)上/下坡路段，應(yīng)設(shè)計(jì)預(yù)告區(qū)域，區(qū)域內(nèi)設(shè)置警告、預(yù)告以及限速限重標(biāo)志，如前方50m 處長(zhǎng)上/下坡等，發(fā)揮警示與引導(dǎo)作用，使駕駛員集中精力、控制好車速。路段內(nèi)容易發(fā)生超速或降低速度區(qū)域也要設(shè)計(jì)防護(hù)設(shè)施，如震蕩減速標(biāo)線等。同時(shí)，在條件允許的情況下，應(yīng)在長(zhǎng)上/下坡路段內(nèi)設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道，包括避險(xiǎn)車道引道、車道、服務(wù)車道以及相關(guān)配套設(shè)施，避險(xiǎn)車道線形設(shè)計(jì)中平面線形應(yīng)以直線為主，盡可能地將與直線的夾角控制在最小，且設(shè)計(jì)中合理確定長(zhǎng)度，不能過(guò)大。避險(xiǎn)車道寬度設(shè)計(jì)以容納一輛車為標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)計(jì)照明、監(jiān)控設(shè)備等。若無(wú)法設(shè)計(jì)避險(xiǎn)車道，可以在設(shè)計(jì)中考慮消能減速護(hù)欄。

3.3 針對(duì)性設(shè)計(jì)隱患處防護(hù)設(shè)施

小交通量農(nóng)村公路存在多種類型的隱患，諸多隱患表現(xiàn)以組合形式出現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)過(guò)程中要綜合考慮。

一方面，設(shè)計(jì)中采取組合防護(hù)技術(shù)。對(duì)交通事故分析法、交通沖突分析法等對(duì)組合隱患中出現(xiàn)的關(guān)鍵隱患進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)針對(duì)性防護(hù)措施，并秉持著簡(jiǎn)潔有效的設(shè)計(jì)原則，考慮組合防護(hù)技術(shù)之間的包含關(guān)系與取舍關(guān)系，盡量減少技術(shù)過(guò)量問(wèn)題。例如，在急彎陡坡位置，上坡方向應(yīng)合并設(shè)計(jì)向左/右急彎標(biāo)志與上陡坡標(biāo)志；下坡方向應(yīng)設(shè)計(jì)速度標(biāo)志，向左/右急彎標(biāo)志以及下陡坡標(biāo)志；雙車道道路時(shí)應(yīng)設(shè)計(jì)黃實(shí)線作為分界線；設(shè)計(jì)減速路面、標(biāo)線；路側(cè)可以設(shè)計(jì)護(hù)欄時(shí)，應(yīng)選擇合適等級(jí)的護(hù)欄，并設(shè)計(jì)視線誘導(dǎo)設(shè)施，無(wú)條件設(shè)計(jì)護(hù)欄時(shí)，則應(yīng)在路側(cè)設(shè)計(jì)警示樁或示警墩[4]。再如，在急彎交叉口位置，合并設(shè)計(jì)急彎路與交叉路口標(biāo)志；在支路上根據(jù)交通量情況設(shè)計(jì)停車讓行或減速讓行標(biāo)志，并在道口位置設(shè)計(jì)標(biāo)樁；護(hù)欄設(shè)計(jì)同急彎陡坡位置。又如，在急彎接橋梁位置，設(shè)計(jì)急彎標(biāo)志，若為窄橋需要設(shè)計(jì)寬路窄橋標(biāo)志；雙車道時(shí)設(shè)計(jì)黃實(shí)線作為分界線；橋梁護(hù)欄長(zhǎng)度不足時(shí)，設(shè)計(jì)中應(yīng)延伸護(hù)欄，將其引入路塹或山體中，并在端頭位置設(shè)計(jì)具有反光效果的立面標(biāo)記。

另一方面，設(shè)計(jì)中考慮道路功能，形成差異化防護(hù)方案。小交通量農(nóng)村公路有著不同的功能、不同類型的安全隱患，設(shè)計(jì)中不僅要考慮隱患類型，還要結(jié)合道路功能考慮隱患的處理。例如，在穿越學(xué)校、村鎮(zhèn)的小交通量公路設(shè)計(jì)上，應(yīng)重點(diǎn)對(duì)交通標(biāo)志標(biāo)線進(jìn)行設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)交通秩序的規(guī)范，避免因交通混亂而引發(fā)沖突。對(duì)于承擔(dān)農(nóng)村物流集散功能的公路，應(yīng)重點(diǎn)改善線形、橋涵等構(gòu)造物限高限重情況，合理配合防護(hù)設(shè)施設(shè)計(jì)，滿足貨運(yùn)需求。對(duì)于承擔(dān)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、居民生活出行功能的路段，設(shè)計(jì)中應(yīng)加大交通安全設(shè)施設(shè)置量，解決會(huì)車?yán)щy問(wèn)題以及坡度彎道位置存在的安全隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在小交通量農(nóng)村公路設(shè)計(jì)中因環(huán)境條件復(fù)雜、經(jīng)濟(jì)條件有限、耕地多等而存在一定難度。為了擺脫經(jīng)濟(jì)條件的限制，減少經(jīng)濟(jì)投入，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先利用原路，線形設(shè)計(jì)上盡量擬合原路平縱，對(duì)于無(wú)法滿足國(guó)標(biāo)規(guī)范要求的指標(biāo)進(jìn)行針對(duì)性改善；路基路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上應(yīng)經(jīng)過(guò)精細(xì)的計(jì)算，確定最佳路基寬度與路面厚度；安全生命防護(hù)工程設(shè)計(jì)上應(yīng)細(xì)致分析道路交通量、功能、存在的安全隱患，從經(jīng)濟(jì)可行性與技術(shù)可行性角度設(shè)計(jì)出最佳的防護(hù)方案，從而實(shí)現(xiàn)小交通量農(nóng)村公路的合理性、科學(xué)性、安全性的設(shè)計(jì)目標(biāo)。