某荒漠車輛裝備試驗場道路設計

朱駿 茍育紅 張綱舉

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092；2.中國兵器工業試驗測試研究院，陜西華陰 714200）

0.引言

試驗場是車輛裝備性能檢測、研發、驗證的重要場所。依托試驗場，車輛裝備可以更快、更好、更安全的迭代升級，優化更新。因此，許多部門、企業投資建設試驗場以求自身突破。而荒漠試驗場以其保密性強、測試場地廣、可拓性強、投資強度低等優點逐步得到市場的青睞。本文依托某工程實例，簡要介紹荒漠試驗場道路設計的主要考慮因素、技術難點及其對策，以供他人借鑒。

1.主要考慮因素

1.1 自然氣候條件

某工程位于溫帶荒漠干旱區，為典型的大陸型氣候，以風沙大、干旱少雨、日照充足、蒸發強烈為主要特點。由于荒漠地區風大沙多，植被稀疏，起風時宜起沙塵。風沙對公路路基會產生較大的危害，其主要危害是沙埋和風蝕。沙埋主要有兩種情況[1]：一是由于風沙流通過路基時，沙粒沉降、堆積，掩埋路基；二是由于沙丘移動上路而掩埋路基。風蝕是風沙直接沖擊路基，帶走路基上的沙粒或土顆粒，從而引起路基的寬度和高度的減小。因此在選線時，盡量采用大半徑的平曲線，以減小風沙對道路的危害。縱坡坡度以平緩為宜，豎曲線盡量采用大半徑。路基邊坡宜緩不宜陡。路基應低填淺挖，寧填勿挖。荒漠地區晝夜溫差大，干燥缺水，對于施工也帶來巨大的難度和挑戰。根據自然氣候，道路等級、路面類型、層位等選擇合適路面材料及其添加劑，同時加強路面養生工作。

1.2 試驗車輛

試驗場作為車輛的測試服務平臺，應充分調研試驗車輛數據。根據試驗車輛的特點，本項目試驗道路設計時需要考慮以下幾方面的因素：

（1）道路線形設計。聯絡道的技術指標應滿足公路規范的要求。測試道路的線形指標需滿足試驗車輛的車速及測試線形要求。選線要盡量考慮填挖平衡，在豎向高程上要兼顧排水的需求。（2）試驗道路車道寬度設計。從試驗車輛的需求分析來看，本工程需要考慮無人車測試。無人車體積較小，重量輕，轉彎半徑小，其測試道路寬度可窄于普通道路。但主要聯絡道需要考慮大型車輛的通行需求，在道路平面幾何尺寸（道路寬度、轉彎半徑等）設計時，滿足大型車的需求。（3）試驗道路路面結構的承載力。本項目雖然試驗車型主要為無人車，但需考慮大型車輛的通行需求，在道路設計時仍按照10t作為車輛標準軸載來考慮，相應的試驗區域的路面結構進行特殊處理（自然路面除外），滿足其承載力的要求，使路面結構能達到設計的使用年限，避免使用一段時間后產生路面車轍、開裂等病害。（4）縱斷面與道路凈空要求。試驗道路的縱坡設計與試驗車輛的技術參數是密切相關的，如坡道設計時，需要考慮試驗車輛的爬坡能力，車身長度來確定其爬坡頂處的豎曲線半徑，如果坡度較陡，車身較長，容易出現底盤擦到地面的情況，設計時需要驗算最不利情況以確保車輛能正常試驗。（5）車輛自動駕駛的要求。1）車輛自動駕駛的道路設計首先基于測試安全的原則，降低自動駕駛公共道路測試過程的風險，保障測試車輛及其道路使用者的安全。2）根據不同車輛的技術特征和測試場景的差異性，構建自動駕駛測試的道路。3）測試場景的柔性及典型性。測試場景應選擇最基本、最常見的道路類型，并在道路周邊搭建最具代表性、實際道路中出現頻率最高的場景。通過基本道路的有效組合，形成多樣性的場景復現，最經濟性的達成試驗目的。

2.工程案例

某部修建荒漠試驗場。建設內容分為連接路，城市道路模擬區、野外綜合道路等3部分，道路總長超過100km。地質地形情況如下。

2.1 地形地貌

地勢開闊，地形東高西低，勘探點標高1189.81m～1370.12m，最大高差180.31m，平均坡降1.5%。場地植被不發育，植被種類以梭梭樹為主。

2.2 地質水文條件

主要土層情況如：粉細砂①層（Q4eol）：褐黃色、稍濕、密實、顆粒均勻、級配一般，以石英、長石為主，含云母。層厚0.3m～5.0m，在場地表層普遍分布。礫砂②層（Q2al+pl）：雜色、稍濕、密實，以中粗砂與礫石為主，部分含卵石。層厚0.5m～6.0m，在場地東北側普遍分布。角礫土②2層（Q2al+pl）：雜色，稍濕，密實，以角礫砂為主，含中粗砂及少量粉土顆粒，偶見卵石。層厚5.0m～7.0m，僅在連接路L3部分分布(鉆孔L2-12，L3-2，L4-1處揭露)。全風化泥質粉砂巖③層（E3q）：褐紅色，原巖結構構造已破壞，巖芯采取率70%，巖芯呈顆粒狀，遇水崩解，手捏易碎。層厚2.0m～4.0m。強風化泥質粉砂巖④層（E3q）：褐紅色，細粒結構，中厚層狀構造，巖芯呈碎塊狀，泥質膠結，不成塊狀，遇水崩解，巖芯采取率85%，RQD為35%。層厚0.9m～5.0m。在建設項目區內無河流及其他地表水體分布。雨季降水沖刷粉細砂與泥質粉砂巖易形成地表沖溝。

2.3 抗震

基本地震動加速度反應譜特征周期為0.35s。根據國家標準《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）[2]，線路所處區域地震基本烈度8度，加速度0.20g，反應譜特征周期0.40s。地下水埋藏較深，場地土不液化。

2.4 道路平縱設計

道路線形以直線為主，道路走向與主風向夾角<60°。測試道路必須按照實驗的要求保證一定的直線段長度、曲線段半徑和縱坡。縱面線形應順應自然地形的變化，以低路堤為主。在過水路面處，縱斷面需拉低。從造價及防風沙考慮，設計填方略大于挖方，路堤高度一般高出地面線50cm～100cm。

2.5 道路橫斷面設計

一般連接路斷面布置方案為：1.5m（土路肩）+2m×3.5m（行車道）+1.5m（土路肩）=10m；過水路面斷面布置方案為：0.5m（硬路肩）+2m×3.5m（行車道）+0.5m（硬路肩）=8m；野外綜合道路斷面布置方案為：1m土路肩+5m～7m行車道+1m土路肩=9m。

2.6 道路路基設計

（1）路基填筑材料要求。路基必須密實、均勻、應具有足夠的強度、穩定性、抗變形能力和耐久性；結合當地習慣做法，利用當地常用的級配砂礫修筑路基。（2）路基填筑方案。對于測試路，遵循高標準、嚴要求的原則，路基壓實度和強度要求按照公路規范中高速公路的標準執行[3]。對于填方路基填筑時，路面結構底至清表底之間回填級配砂礫，壓實度≥94%。對于零填及挖方路基填筑時：路面結構層范圍進行超挖后進行地基壓實，壓實度≥94%。（3）基底處理。路基填筑前，應對原場地進行清表處理，清表深度為30cm，主要清除表面層松散土層、植被及垃圾，碾壓夯實地表壓實度達到94%，方可進行路基填筑。根據當地習慣做法，路床不需要處理。（4）邊坡設計。為減小風沙對邊坡的損害，邊坡坡率1:3的緩坡率，同時采用大顆粒的砂礫石對邊坡進行防護。

2.7 道路路面設計

（1）一般道路路面設計。項目采用瀝青路面和水泥路面。瀝青面層采用90號A級道路石油瀝青加SBS改性。瀝青路面采用結構：4cm AC-13C（SBS改性）；6cm AC-20C；0.6cm稀漿封層；20cm厚 5%～6%水泥穩定級配砂礫（抗壓強度3.5MPa）；20cm厚 5%～6%水泥穩定級配砂礫（抗壓強度3.0MPa）；30cm 級配砂礫基層（壓實度≥97%）；E0≥40MPa。水泥路面采用結構：24cm鋼筋水泥混凝土路面（彎拉強度5.0MPa，雙層鋼筋網片）；15cm厚 5%～6%水泥穩定級配砂礫（抗壓強度3.5MPa）；15cm厚 5%～6%水泥穩定級配砂礫（抗壓強度3.0MPa）；15cm 級配砂礫底基層（壓實度≥97%）；E0≥60MPa。（2）特殊路面設計。針對項目特種測試道，為保證其耐久性、在水泥混凝土中摻入防凍劑和金剛砂，以提供水泥混凝土抗凍性能并增強水泥混凝土路面的抗滑性能。

3.結論

本文重點探討荒漠試車場道路設計的主要考慮因素，對于荒漠道路路基路面方案作了介紹。結論：（1）荒漠試車場的線形設計需綜合考慮自然環境及試驗的雙重要求。（2）道路寬度應以需求分析為基礎，進行針對性設計。（3）路基的處理方案宜充分調研當地常規做法，結合工程實際進行設計。（4）瀝青路面應采用改性設計。（5）水泥混凝土路面應做加筋、抗凍設計，必要時增加抗滑措施。