復雜地形背景下山區公路路線設計分析

楊志平

（撫州贛東公路設計院有限公司，江西 撫州 344000）

0 引言

復雜地形條件下的山區公路路線設計一直是具有較高難度的公路設計工作，對這類項目設計的要點進行研究，可以有效提高復雜地形公路設計水平，對于完善交通路線設計理論也有著深刻意義。但現有的相關研究中，多是圍繞多挖少填、縱向利用的公路路線思路進行分析，創新性不足，也未充分考慮多項公路設計要素，使得相關設計不合理之處較多，故而本文推崇了一種山區公路路線設計的新思路，主要針對設計原則、公路選線、路基和排水設計等內容進行了研究。

1 復雜地形背景下山區公路路線設計的特點

山區的地形地勢較為復雜，在這類地區建設公路工程時也需考慮較多問題，其與一般公路的不同之處在于伴山而建，而山路多是曲折的，因此公路路線也會呈現出彎彎曲曲的狀態，同時容易受到外部環境因素影響，施工時很容易出現安全事故。具體來說，山區公路路線設計的特點可總結為以下兩點：一是工程建設中需考慮自然環境因素，在路線規劃和修建時一定要充分了解地形條件。二是圍繞著山區公路工程的突出性問題進行研究，以往相似工程經驗表明，山區公路較明顯的問題為路窄彎急、坡陡且長，地形具有多變性，在公路路線設計時需要考慮公路本身縱面及平面的角度確定。

2 復雜地形背景下山區公路路線設計的基本原則

2.1 安全設計原則

在復雜地形背景中，實施山區公路路線設計時除了要確保設計本身達到公路規劃要求之外，還要保證基于安全原則之上彌補山區公路路線的不足之處，確保特殊地勢下的公路能夠維持安全水平，促進整體運行穩定。安全設計原則主要涉及山區公路路線的行車安全，因而在實施設計時，要確保公路坡度具有科學性。結合當前最新的《公路路線設計規范》（JTG D20—2017）文件內容，要求山區設計的公路車速為20km/h，其縱坡坡度值最大為9%，過大可能影響到行車穩定。若山區地勢本身的海拔超過2000m，或其處于經常出現積雪冰凍現象的地區，那么對于車速為20km/h 的山區公路設計，其縱坡坡度不能超過8%。而山區公路路線設計還會遇到一個現實問題，就是山地施工的工程會具有較大高差，因此要想控制縱坡坡度具有較大難度。為了解決這種難題，通常會應用S形蜿蜒曲線以及回頭曲線的路線設計形式，同時也需在公路路面材料選擇以及防滑施工方面進行把控。在路面防滑處理方面，要保證粗糙度較高，能夠適當阻止路面上形成水膜，使車輪盡可能直接接觸路面，保證行車安全。此外，還可以著手公路的面層設計方面，可利用瀝青混凝土材料做面層，而基層則是可采用水泥穩定碎石，設置改性乳化瀝青為稀漿封層，促使表面抗滑性能的有效提高，這些方法都有利于公路安全[1]。

2.2 環保設計原則

復雜地形下山區公路路線設計也需符合可持續發展公路的設計要求，因而遵循環保設計原則十分重要。具體來說，就是在路線選取、規劃調整、施工等環節中都要考慮對自然環境的保護，做到人與自然和諧共處。具體設計時，盡可能減少路線中的高填深挖路段設計，對于陡坡設計也要加強優化改進，盡可能避免土地出現大規模移動情況，或遭受破壞，避免影響到公路正常使用，使得周圍植被減少并出現水土流失情況。考慮到環境效益的提升，設計時也可多采用一些橋梁和隧道類型的結構物，讓山區公路可以與周圍環境更好融合，構成一個有機體，發揮出公路規劃的最大優勢[2]。

2.3 適宜地形原則

山區公路本身要確保適宜當地的復雜地形條件。在公路選線時，盡可能實現保持公路平面順適性強，保證橫面的設計合理及縱面維持均衡，貫徹以地形為準的選線理念。可在選線時采用曲線定位方法，促進公路路線和地形之間形成吻合、協調關系，這樣不僅有利于路線的建造穩定，也有利于復雜平面線形的規劃。山區普通公路貫徹地形選線觀念，可提高公路選線的合理性，盡可能減少高填深挖路段的產生，從而確保公路建設的綜合效益更高[3]。

2.4 經濟路線原則

山區公路的路線規劃設計中，除了要確保其公路布局作用發揮出來并保證質量達標以外，還應考慮到公路路線的建設成本和后續運行成本問題，確保其經濟性，因此在設計時需遵循經濟路線原則。在山區公路選線實施過程中，考慮到經濟要素，需盡量將無序地形條件下的公路選線成本降低，提高公路的經濟效益。以可持續發展為準，不斷調整并優化路線規劃方案，避免產生不必要成本，有效提高路線選擇水平。

3 復雜地形背景下山區公路路線設計的要點分析

3.1 確保公路設計的選線合理并滿足使用要求

復雜地形山區公路設計中選線是一項重點內容。選線應結合基本設計原則，同時要保證線路切實滿足日后使用要求。為確保選線合理，還需圍繞兩點開展設計工作。

其一，要考慮公路路線和環境之間的協調發展。環境與人類社會發展息息相關，因此開展山區公路路線設計及工程建設時，一定要考慮路線位置和周圍沿線區域的環境情況，盡可能將保護環境貫徹到設計中，使公路線形不會干擾到生態環境，保持兩者的協調和有機融合，這樣也有助于山區公路項目的可持續發展。與此同時，目前我國的人均土地占有面積越來越緊張，充分利用土地也要成為公路路線設計考慮的一項重點，應盡量保證占有土地面積較少情況下設計出公路路線。

其二，要充分考慮山區的地理環境特征來開展路線設計。山區地理環境十分復雜，而公路工程建設時也容易受到外部因素影響，可能面臨許多不確定性問題，因此設計人員一定要對項目所在區域地理信息充分掌握，采用深入勘察現場的方式，開展科學的地質檢測工作，獲得一定信息，確定最佳的路線方案。例如，某山區公路設計標準為二級公路，其起點在上山位置公路21km 處，總公路長為26km，新設計的公路與原有上山公路之間構成了環線結構，能夠為交通提供更為便利的條件。公路山區位置有一林區小路，路況較為不佳，目前對公路路線設計方面制定了兩種選線方案，通過比選來確定最終方案。第一種方案為結合山區森林消防以及固化相關要求，將利用現有公路走廊帶，在林區小路位置上直接進行展線，其途經的區域橫坡都具有緩和特點，可以盡可能減少林區面積且覆蓋林區小路，確保生態環境能夠可持續發展，同時也能讓行車更為穩定安全，還能避免過度開挖路基而造成周圍植被破壞的問題。第二種方案選擇的公路路線所途經區域橫坡具有較陡特點，因而其施工難度也要高于第一種方案。要大規模進行路基工程填挖處理，也會占據較大的林區面積，對周圍植被造成較大破壞，不利于生態環境，后續會盡可能實施補救。結合山區公路的設計標準和工程具體情況來綜合對比分析兩種方案，重點考慮造價、安全、技術以及生態環境等方面，對比情況如表1 所示。

表1 兩種方案的各項指標對比結果

通過比較明顯發現，第一種方案占據林區面積更小，其也能夠充分利用原有林區小路，土石方消耗量更少，對周邊環境影響不大，有利于保護環境、避免水土流失，后續補救的成本也會較低，因此確定最終選用第一種方案。

3.2 保證山區公路的路基與排水設計質量

實施山區復雜地形下的路線設計時，其路基和排水設計也是重點內容。在開展公路路基設計過程中，應以“確保路基穩定性達到要求”為目標。山區地勢的特點導致其公路路基工程進行施工時難免會遇到高回填或高挖方問題。在進行這類問題處理時，一般會對高挖方實施削坡，施工設計1∶0.75 的坡比，若遇到特殊地質路段情況，還需在削坡施工時設置邊坡防護設施，保證施工安全。對于高回填處理，則是應以每30cm 進行一次碾壓的規律來施工，最終確保路基確定值滿足重型擊實試驗方法的標準。

公路排水設計主要采用科學排水措施，該項設計會關系到公路質量，主要是針對路基進行排水，提高路基的穩定性，具體采用先聚集再排除的手段將地下水和地表水排出。控制含水量到最低，不可超過山區公路的預計允許范圍，排水設計還應充分依據經濟性、特殊性以及適宜性的相關要求。路基排水的措施主要包括設計涵洞結構、截水溝結構、邊坡結構以及排水溝結構等。其中，涵洞排水的施工要考慮到人文因素，盡可能將涵洞設置在原本的溝谷位置，能減少對區域內田地的沖刷性干擾，以免和附近農戶出現糾紛問題，影響到工程推進。邊溝排水中應基于地勢情況來布設邊溝，還可與涵洞結合，每隔一段距離設置涵洞，提升排水效果。邊溝壁和山體之間的空隙盡可能控制在最小值，從而防止山體水出現下滲情況，山體也要和邊溝碎落臺進行靠近。采用排水溝與截水溝結構設計時應做到科學布置，與涵洞和邊溝進行結合，將山體水引入其中。

3.3 做好超高及加寬過渡設計

山區公路路線設計時，其具體的設計速度以及圓曲線半徑都決定了圓曲線加寬過渡以及超高的確定值。若是面臨特殊情況，則可基于運行速度值對車速加以計算，再通過獲得車速值來確定超高取值所需使用到的橫向力系數，進而確定一系列使用的主要參數。其中，橫向力系數本身的影響因素頗多，除了車速影響以外，其還會受到車輛輪胎質量、地形環境以及路面規格的影響。相關試驗表明，橫向力系數與車速值之間呈反比例關系，因此為了達到最大超高率，該系數的最佳取值范圍應為0.06～0.15，但在具體設計超高及其相應加寬過渡時，需要考慮車速因素、地區季節因素、實際車流量因素以及溫差因素等。要注意的是，冬季和夏季對行車要求方面不同，較大溫差也會存在著差異，一般是選擇車流量較大的公路路段進行超高取值，這也更符合實際行車情況。山區公路也經常會出現橢圓路線、反向曲線以及半圓路線的相關設計，在設置其超高過渡段過程中，還需根據實際情況調整設計方案，在反向弧形曲線的路段超寬漸變加寬設計項目中，其處理時通常以第一個弧形路段原點為起點，然后向著第二個曲線，讓超高值與路拱橫坡斷面相等保持過渡的平滑性。若是對同一方向彎曲路段進行加寬，那么也需在同側設計，保證第一個曲線緩圓點直接過渡到第二個曲線緩圓點。

3.4 貫徹綠色設計的理念

隨著環境治理工作逐漸被重視，近年來綠色理念在許多領域都發揮出作用，對于山區公路路線設計及工程施工而言，也應當貫徹綠色設計的理念，確保山區交通、環境、經濟都能實現可持續發展。主要是保證設計路線時做到提高資源利用率，避免過度發掘與開采自然資源，路線規劃要盡可能避開山區的水源和耕地區域，也不能和居住區、耕地區進行相交或過于靠近，這是由于公路上行駛的大部分交通車輛都會排放尾氣，既會對大氣產生污染，也會影響到農作物生長及居民生活。若公路路段無法避開居住區及耕地區，那么可在附近設置綠化帶，科學種植自然植物。

4 結語

綜上所述，對于地形較復雜的山區公路工程來說，其路線設計規劃是較為重要的內容，要保證在設計中結合山區實際情況，遵循安全性、經濟性以及環保性等原則。由本文分析可知，復雜地形背景下山區公路路線設計的要點包括：確保公路設計的選線合理并滿足使用要求、保證山區公路的路基與排水設計質量、做好超高及加寬過渡設計和貫徹綠色設計的理念。相關設計不僅有效提高了山區公路的實用性，也有利于環境保護工作的推進，使公路建設的綜合效益得到提升，帶動公路交通領域的可持續發展。不過，山區公路路線設計的挑戰性仍舊很大，需考慮的問題較多，在未來，還需不斷堅持綠色環保和“以人為本”的設計理念，明確公路使用時的各項需求，同時靈活應用公路路線的相關標準內容，全面細致地分析山區公路路線的地質特征、建設要求，再應用科學比選手段選擇出最佳的設計方案，有關部門也要協助建設單位做好規劃，這樣才能夠展現出公路路線的優勢。