農(nóng)村公路改建工程設(shè)計淺談

趙永昭

0 引言

農(nóng)村公路是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)賴以存在和發(fā)展的基礎(chǔ)，具有量大面廣的特點。陜西省到“十一五”末，農(nóng)村公路總里程達(dá)到13.5萬km，極大地改善了廣大農(nóng)村地區(qū)交通條件。“十二五”期間農(nóng)村公路仍將是發(fā)展的重點，主要實施縣鄉(xiāng)油路改造、通村油路、橋涵配套完善和園區(qū)公路四大工程。

筆者親歷了“十一五”農(nóng)村公路發(fā)展全過程，參與了本地區(qū)全部通鄉(xiāng)油路、縣鄉(xiāng)公路改造工程施工圖設(shè)計審查，總體感覺由于農(nóng)村公路建設(shè)項目多，道路等級低，承擔(dān)設(shè)計的單位資質(zhì)多為乙級及以下，或是由于技術(shù)力量有限，經(jīng)驗不足，或是重視不夠，普遍存在前期外業(yè)調(diào)查不夠仔細(xì)，設(shè)計工作不夠深入，方案千篇一律，缺乏針對性、指導(dǎo)性等問題。為提高農(nóng)村公路建設(shè)工程設(shè)計質(zhì)量，有必要對一些關(guān)鍵問題、關(guān)鍵環(huán)節(jié)做一探討。

1 路線設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

對舊路改建工程，一般不存在大的路線方案問題，主要是解決好穿鎮(zhèn)過村和路線起終點選擇等問題。為方便交通，以前的農(nóng)村公路多由鎮(zhèn)村中間穿過，隨著當(dāng)前城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，公路由鎮(zhèn)村街道穿越將不再是最佳選擇。改建設(shè)計時應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)爻擎?zhèn)發(fā)展規(guī)劃要求，需要公路外遷時適當(dāng)改線就近繞避通過，留足城鎮(zhèn)發(fā)展空間。以前的農(nóng)村公路路網(wǎng)布局可能不盡合理，改建時可通過調(diào)整起終點位置，優(yōu)化完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)布局，提高使用效益。

1.2 路線平面設(shè)計

縣鄉(xiāng)公路等級應(yīng)以三級為主，交通量小的鄉(xiāng)道可采用四級;平面平曲線半徑盡可能達(dá)到一般最小半徑以上，不用或少用極限半徑;山區(qū)連續(xù)彎道路段對緊鄰的同向曲線盡可能調(diào)整為復(fù)曲線或卵形曲線，反向按“S”形曲線相接，避免夾短直線的情況;平曲線長度滿足規(guī)范要求，不致使載重汽車轉(zhuǎn)彎時操作困難。

1.3 路線縱面設(shè)計

改建工程縱面設(shè)計受控因素較多，拉坡時除受外業(yè)調(diào)查時確定的高程點控制，為充分利用舊路資源，改建工程一般以在舊路上加鋪路面結(jié)構(gòu)層為控制進(jìn)行拉坡設(shè)計。結(jié)構(gòu)層厚度路面設(shè)計時確定，而路面設(shè)計又要依據(jù)縱面設(shè)計成果，因此這兩部分設(shè)計是緊密關(guān)聯(lián)的，需要反復(fù)調(diào)整優(yōu)化直至兼顧各方面要求。

改建工程縱面設(shè)計較難解決的一個問題就是平均縱坡超限，這在山區(qū)改建工程中經(jīng)常遇到。因為全線縱坡吃緊，如果從某一處開始改線，將出現(xiàn)較長段落路線標(biāo)高難以接至舊路的情況，造成大段舊路廢棄，究竟是利用舊路還是另建新線較難抉擇。《規(guī)范》僅只規(guī)定任意相連3 km路段平均縱坡不宜大于5.5%，考慮現(xiàn)在車輛的動力性能普遍提高，能否在控制極限縱坡的同時，按平均縱坡不超過6%，對不同平均縱坡時連續(xù)路段的長度做以限定，有必要開展這方面的研究工作。

限制急彎陡坡的組合，對回頭曲線主曲線縱坡控制在《規(guī)范》要求的4.5%(三級公路為4%)以內(nèi)。

2 路面設(shè)計

路面設(shè)計是舊路改建工程設(shè)計的重點，設(shè)計前一定要重視舊路使用狀況的調(diào)查，摸清舊路路基穩(wěn)定情況，路面出現(xiàn)的典型病害，分析產(chǎn)生原因，提出針對性處理措施，切實做到有的放矢。在處理完舊路路基路面病害后，路面部分設(shè)計按以下程序進(jìn)行:

1)合理確定設(shè)計彎沉。設(shè)計彎沉確定合理與否，直接關(guān)系路面結(jié)構(gòu)是否安全經(jīng)濟(jì)。設(shè)計彎沉要求高，路面結(jié)構(gòu)安全儲備多，勢必增加工程投資;反之則安全度不足，可能出現(xiàn)不到設(shè)計年限即破壞的情況。因此在外業(yè)調(diào)查階段需對當(dāng)前交通量大小、交通組成做認(rèn)真調(diào)查分析，預(yù)估增長因素，特別是公路改建路面改善后，可能誘增交通量的情況，綜合各方面因素合理確定設(shè)計彎沉。按以往經(jīng)驗，三級公路設(shè)計彎沉多在45～65(0.01 mm)之間，四級公路多在55～75(0.01 mm)之間。

2)實測舊路彎沉，分段確定原路面當(dāng)量回彈模量。彎沉測點的布置按常規(guī)要求，間距20 m～50 m，橫向要考慮到舊路路肩因為改建加寬可能成為行車道的實際，保證測點布置的均勻性、代表性。依據(jù)彎沉測定結(jié)果，仿路線縱斷面圖的形式繪制彎沉分布圖(橫坐標(biāo)為里程，縱坐標(biāo)為彎沉)，可以直觀地看出沿線舊路彎沉波動情況。據(jù)此圖按彎沉值相接近的原則進(jìn)行合理分段，分段范圍不宜過小，按最短1 km為宜，計算代表彎沉，反算舊路頂面當(dāng)量回彈模量。實際中可能遇到局部路段彎沉值偏大的情況，這時需要分析產(chǎn)生原因，對于個別異常點可以舍棄，如整體偏大則應(yīng)先進(jìn)行修補(bǔ)處理。

3)參照路面典型結(jié)構(gòu)，初擬路面結(jié)構(gòu)形式。本地區(qū)近年實施的縣鄉(xiāng)公路改造項目路面典型結(jié)構(gòu)，面層為4 cm中粒式瀝青混凝土，基層為水穩(wěn)類半剛性材料，若舊路強(qiáng)度較低，而交通量又較大時增加底基層，對新建和加寬路段勢必要增加粒料類墊層。參照典型結(jié)構(gòu)，根據(jù)設(shè)計彎沉和計算的舊路頂面當(dāng)量回彈模量，按路面計算專用程序計算基層厚度。將計算的基層厚度按相差不超過2 cm對劃分的路段進(jìn)行適當(dāng)歸并，減少形式變化，方便現(xiàn)場施工。

4)對照縱斷面設(shè)計結(jié)果，對路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步優(yōu)化。對照縱斷面設(shè)計圖，檢查填土高度是否滿足結(jié)構(gòu)層施工需要。特別是舊路縱坡可能較為零碎，改建設(shè)計時需要適當(dāng)調(diào)整，不可能出現(xiàn)設(shè)計線和地面線完全相平行的情況。若出現(xiàn)填土高度明顯小于或大于路面結(jié)構(gòu)層厚度的情況，則原來計算的舊路當(dāng)量回彈模量已無實際意義，需要按新建路段對待，慎重確定土基回彈模量，重新計算結(jié)構(gòu)層厚度并對路段分段。

5)通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，再次對路面設(shè)計結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。這部分工作主要針對同時設(shè)基層、底基層的情況，因為基層、底基層單位面積、厚度不同其造價不同，按照總體造價最低的原則，同時又滿足最大、最小厚度的要求，對基層、底基層厚度做適當(dāng)調(diào)整優(yōu)化。

6)根據(jù)路床交驗結(jié)果，核查路面結(jié)構(gòu)并最終確定。路基整修結(jié)束后，需要對路床進(jìn)行交驗。依據(jù)交驗時彎沉測定結(jié)果，核查路面結(jié)構(gòu)設(shè)計是否安全，不滿足時調(diào)整，最終確定路面結(jié)構(gòu)方案。

由上可看出，路面設(shè)計是一個動態(tài)的、逐步優(yōu)化的過程。

3 橋涵設(shè)計

舊路改建橋涵部分設(shè)計經(jīng)常遇到的問題是舊橋能否利用和如何加寬處理等。對于舊橋利用問題，新《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定對于二級及以下公路橋涵設(shè)計荷載等級均采用公路—Ⅱ級。對于四級公路，《標(biāo)準(zhǔn)》又明確當(dāng)重型車輛少時，車道荷載取用公路—Ⅱ級效應(yīng)的0.8倍，車輛荷載效應(yīng)取用0.7倍，基本相當(dāng)于汽—15級標(biāo)準(zhǔn)，高于以前汽—10級標(biāo)準(zhǔn)。對三級公路原荷載等級為汽—20級，以簡支板梁橋為對象經(jīng)過計算對比分析，認(rèn)為公路—Ⅱ級和汽—20級產(chǎn)生的效應(yīng)基本相當(dāng):當(dāng)跨徑較小時(對跨中彎矩，當(dāng)跨徑小于17 m時;對支點剪力，當(dāng)跨徑小于13 m時)，公路—Ⅱ級產(chǎn)生的效應(yīng)小于汽—20級產(chǎn)生的效應(yīng);而當(dāng)跨徑較大時，公路—Ⅱ級產(chǎn)生的效應(yīng)大于汽—20級產(chǎn)生的效應(yīng)，對30 m梁跨中彎矩和支點剪力分別大出18%和13%。由此看出，對于舊橋當(dāng)以汽—20級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，經(jīng)檢查主體結(jié)構(gòu)完好可直接利用或加固利用;對以汽—15級標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，若處于三級公路上時已不適用，建議限載通行或拆除重建;對低于以上標(biāo)準(zhǔn)的，即使采取加固措施承載能力提高很有限，建議拆除重建。對于舊橋加寬，原則應(yīng)采用和舊橋相同或相近的結(jié)構(gòu)形式和跨徑，以使新老橋梁受力均勻。對受投資制約暫不能加寬的橋梁，可按寬路窄橋的方式處理，設(shè)置路基過渡段和必要的交通安全設(shè)施，確保安全通行。

4 結(jié)語

以上是筆者就提高農(nóng)村公路改建工程設(shè)計質(zhì)量一些膚淺的認(rèn)識。設(shè)計是工程建設(shè)的前提和先導(dǎo)，設(shè)計質(zhì)量的高低將從根本上決定項目建設(shè)的質(zhì)量和投資效益。“十二五”期間農(nóng)村公路發(fā)展將實現(xiàn)從當(dāng)前的速度規(guī)模型向質(zhì)量效益型轉(zhuǎn)變，提高發(fā)展質(zhì)量成為關(guān)鍵。要實現(xiàn)農(nóng)村公路等級化、標(biāo)準(zhǔn)化的目標(biāo)，需要從工程設(shè)計、施工各個環(huán)節(jié)予以加強(qiáng)，共同提高建設(shè)質(zhì)量，推動農(nóng)村公路健康可持續(xù)發(fā)展。

［1］武和平.高等級公路路面結(jié)構(gòu)設(shè)計方法［M］.北京:人民交通出版社，1999.

［2］韓鳳華.公路瀝青路面典型結(jié)構(gòu)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1998.

［3］JTG B01-2003，公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)［S］.