山區低等級公路改建工程路線設計研究

劉國華

（甘肅卓通工程技術服務有限公司，甘肅蘭州 730070）

0 引言

隨著經濟的不斷發展，客貨交通量迅速擴張，公路等交通運輸設施的壓力大幅度增加。相關調查顯示，有些地區的低等級公路在交通體系中存在不適應現象，特別是在重載和大交通量等因素的影響下，公路病害現象嚴重，而這會對公路運行的穩定性、安全性及舒適性產生不利影響。因此，需要加大公路工程改建力度，尤其要及時對山區低等級公路進行改建，以更好地滿足區域發展需求，保證交通運行的安全性。

1 山區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，營造良好的運行環境，促進區域經濟發展。由于需要改建的舊公路路線技術等級一般較低，這種情況下原公路的整體設計不可避免地會存在不合理現象[1]。因此，在改建工程的設計階段，往往需要重新設計路線。當前，在低等級公路改建工程中，路線設計主要包括明確標準、交通量預測、平面設計、縱斷面和橫斷面設計等內容。

通過分析山區低等級公路改建工程可知，此類工程的特點具體包括以下幾點：

第一，工作總量大。山路工程的作業環境一般較為惡劣，且山區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滑坡和落石等問題，甚至可能引發安全事故。改建時，大部分施工需要深入挖掘山體。在運輸開發時，為保證交通順暢，需要使用小體積運輸車輛，單次運輸少量土方，而這會導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械設備，而這些設備一般需要穩定立足點，但是山區道路工程的施工環境差，難以找到現成且實用的立足點，有時候需要修建立足點，這些工作都屬于工程總量內容，在上述問題的影響下，會導致工作總量大、工程推進速度受到制約[2]。

第二，工期緊張。山區公路建設期間，有時會受到修建難度和資金方面的限制，導致部分山區公路的路面寬度較常規公路窄一些，有些山區甚至只有一條公路，需要在改建時盡量恢復工程標準規格，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用在山區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范圍，主要在保證基本交通的前提下預留作業面，這會導致作業面很窄，也會進一步增加施工難度[3]。另外，施工時還需要運輸施工材料，運輸期間必須合理調配車輛，特別是行駛路段和施工路段臨近的情況下，若是駕駛人員操作不到位，不僅容易引發安全事故，還會影響后續施工。

2 山區低等級公路改建工程路線設計

2.1 明確標準

山區低等級公路改建設計時需要按照要求考慮好技術指標的連續性、均衡性等，具體設計標準如表1所示。

表1 公路改建路線設計指標

2.2 交通量預測

公路改建的交通量包括趨勢增長、轉移、誘增這三部分，由于山區低等級公路改建項目周邊路網一般比較簡單，因此采用定基預測法計算趨勢增長交通量，也就是基于歷年交通量數據預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輸路線，因此轉移交通量并未作考慮。至于誘增交通量，是基于區域經濟發展預測數據結合相關模型對沿線區域未來年客、貨運輸生成量進行預測，之后對該線路交通量進行預測[4]。按照當前《公路工程技術標準》（JTG B01—2014）中的二級公路設計交通量，根據15 年運行年限進行預測，以可行性報告計劃通車年為預測起算年，通過分析預算統計交通量[5]。

2.3 平面設計

設計山區低等級公路改建工程路線時，多采用平面線形設計技術，實際設計時需要遵循以下要求：第一，安全性要求，即在設計平面線形時技術人員負責梳理線形設計情況，并按照40km/h 行車速度進行設計，計算行駛時的平面線形最小數值；第二，優化組合要求，設計時技術人員需根據具體情況，對比不同類型線形組合，并結合區域調查數據，選擇最優線形組合，使平面結構更具適用性[6]。

在山區低等級公路改建工程的路線設計方面，設計人員需要有效利用既有資源，如充分利用涵洞、橋梁等原路基結構。不過在應用原路基結構進行路線設計前，應綜合勘查公路情況，如果基礎結構性能比較好，則可以采取有效措施加固處理，以滿足交通運行新需求。在實際設計時可以采用圖形設計優化法進行設計，也就是統計原路基可用數據并在數據處理系統中輸入相應數據形成處理模型，對比其中的關鍵部位，并對其標注，采用穿線交點法明確結構交叉點，并在其上設置曲線形成平面線形圖，其間可對這一過程反復操作、論證，使最終的平面設計結果更精準、更適用[7]。該部分設計的關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象，因此在進行平面線形設計時，需要根據具體問題采取針對性的解決措施，如根據現場實際作業情況，適度擴大曲線半徑，進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，平面設計環節需要保證平曲線各要素符合相關規范的要求。平曲線設計要點在于圓曲線半徑、緩和曲線長度、超高加寬和直線段長度等滿足規范要求。改建工程既要確保平面線形符合規范，保證通行，同時需要按照環保要求，降低對自然環境的影響。此外，進行平面線形設計時，還需要以舊路等級作為一項設計參考的依據。若是改建道路屬于沙土路，則該路的技術等級比較低，需要按照規范進行平面線形設計，重點在于提升舊路的技術等級；若是舊路有一定的技術等級，則需要在拓寬路面的同時調整原路線平面，例如四級公路平縱指標低，設計速度可以選用30km/h 標準，同時對部分路段進行限速，這樣可以減少拆遷，并提升原公路的通行能力。

第一，直線。現行的公路建設技術規范明確規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 以內的公路設計提供參考。二級公路設計速度需要達到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。而駕駛人員一般需要根據沿線綜合信息實時調整駕駛行為，具體判斷信息包括線形、交通組織、標志、環境等，因此設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。平面設計中平曲線包括基本形、S形、卵形、凸形和復合形、C 形這幾種，后三種形式比較特殊。涉及技術等級提升的公路改建工程路線設計可能會遇到以下問題：其一，平面線形。設計時，設計人員會比較擔心偏離舊路中線太大，導致造價和交點增加，進而使公路平曲線指標較低；若是直接使用極限數值，會導致線形指標難以處于順直狀態，也無法達到預期目標。對此，需要注意優化橫斷面設計，根據平面設計縱橫?；A形曲線要根據同比例進行緩和曲線和圓曲線的設計；S 形曲線半徑比值最好處于1～1/3 區域內，另外設計時若是交點間距短，則要以卵形設計為主。其二，平曲線長度。若是行車速度快，曲線長度不夠會導致駕駛困難。因此，平曲線長度設計方面，除應滿足設置回旋線或超高、加寬過渡的需要外，還應保留一段圓曲線，以保證汽車行駛狀態的平穩過渡。

2.4 縱斷面設計

為了保證車輛行駛的安全性，在對山區低等級公路縱坡進行設計時，要保證縱坡具有高平順性，并合理控制結構起伏度。由于山區低等級道路比較特殊，因此進行路線設計時需要根據地形變化，注意控制坡度變化，在路段中應適度安排緩沖區。若是需要設計極限縱坡數值，技術人員可以在結構部位設置緩沖區域，避免采用連續坡段對結構穩定性產生影響[9]?？傊?，應綜合考慮多方面因素，明確縱坡設計方案。

第一，影響因素。縱坡會影響行車速度，因此在進行縱斷面設計時可通過減少變坡點的方式，降低駕駛難度，創造良好的行車條件。此外，縱斷面設計時需要考慮起終點標高、橋涵控制標高、舊路既有建筑標高、平交口內坡度、填挖平衡等，因此需要保證地面線數據的準確性，尤其是現有建筑實際標高。

第二，坡長。設計縱斷面時需要根據現行規范明確不同等級坡度坡長，同時優化舊路縱斷面。

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范數值[10]。

第四，平包豎。若是平縱線形組合適當，不僅可以起到良好的誘導作用，也能使縱坡更平順。平包豎在設計時需要注意以下幾個要點：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，若是平曲線半徑過大則豎曲線也需要適度擴大；其三，設計時要盡可能防止組合形式出現，即防止交點和變坡點重合，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，設計方法。公路擴建設計時建議采用圖形設計優化法，即統計原路基可用數據信息，并將之輸入到數據處理系統，形成縱斷面地面線，或是利用測繪軟件形成應用模型，對于比較關鍵位置，可在設計過程中對其進行標注?？衫密浖炱旅娼Y構縱坐標，為保證設計結果的合理性，需要綜合利用縱坡和橫坡設計在線面上設置曲線，使之再次形成縱斷面地面線，反復操作可以提高結果的適用性。此外，需要注意，山區的地形結構比較特殊，在設計縱斷面時要盡量減少山體開挖量，設計中可以盡量采用填充路段的方式。

3 結語

綜上所述，隨著社會經濟的發展，地方經濟也在不斷發展，山區公路交通需求不斷提高，交通體量也不斷擴大。很多既有公路已經難以滿足山區交通需求，需要加大力度改建山區低等級公路工程，為保證改建工程順利進行，需要合理設計路線，有效提高山區低等級公路的通行能力，更好地促進地方經濟發展。