山區(qū)低等級(jí)公路升級(jí)改造技術(shù)研究

孟 超

(長治市通明公路勘察設(shè)計(jì)有限公司，山西 長治 046000)

0 引 言

山區(qū)公路工程作為促進(jìn)區(qū)域交流和沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要交通設(shè)施，其建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大。由于山區(qū)地形起伏大、水文地質(zhì)復(fù)雜、建設(shè)理念落后、工程造價(jià)限制等原因，使得公路建設(shè)難度大，服務(wù)水平往往不能達(dá)到預(yù)期，且隨著車輛迅速增加，越來越多的山區(qū)低等級(jí)公路已經(jīng)難以滿足交通需求，從而造成嚴(yán)重的道路擁堵現(xiàn)象，影響行車安全性和舒適度。由于山區(qū)公路新建造價(jià)較高，選擇經(jīng)濟(jì)合理的公路升級(jí)改造方案已經(jīng)成為亟待實(shí)現(xiàn)的重要目標(biāo)。近年來，國內(nèi)外工程師也對(duì)山區(qū)公路的升級(jí)改造展開了一些研究，如程偉以貴州某山區(qū)公路為研究對(duì)象，分析了平面指標(biāo)、路基寬度、交通安全設(shè)施等因素對(duì)公路升級(jí)改造的影響，并基于安全性和經(jīng)濟(jì)性提出一種新的設(shè)計(jì)思路；張?zhí)锟偨Y(jié)了山區(qū)公路交通事故的發(fā)生原因，并研究了山區(qū)低等級(jí)公路升級(jí)改造時(shí)的路線指標(biāo)選擇、橫斷面加寬方法。因此，研究公路設(shè)計(jì)中的山區(qū)低等級(jí)公路升級(jí)改造技術(shù)具有十分重要工程意義。

1 山區(qū)低等級(jí)公路特點(diǎn)及依托工程

1.1 山區(qū)低等級(jí)公路特點(diǎn)

由于山區(qū)特有的地形地貌、水文地質(zhì)條件等原因，其低等級(jí)公路的建設(shè)通常具有以下特點(diǎn)：第一，公路路線的平面線形指標(biāo)低，可能存在較多小曲線半徑，使得相鄰路段過渡困難；第二，公路縱斷面的高程差較大，會(huì)出現(xiàn)連續(xù)長大縱坡，局部縱坡超過極限值，影響行車制動(dòng)效果和安全性；第三，公路路面承載能力低，養(yǎng)護(hù)維修不及時(shí)，使得路面破損嚴(yán)重，產(chǎn)生車轍、沉陷等病害，降低了路面使用性能；第四，山區(qū)低等級(jí)公路的交通組成較復(fù)雜，既有大型載重貨車和小汽車，還有摩托車、拖拉機(jī)等，導(dǎo)致路側(cè)干擾嚴(yán)重；第五，橋涵工程檢修養(yǎng)護(hù)困難，甚至很多荷載等級(jí)不符合規(guī)范要求的橋涵工程仍在運(yùn)營。

1.2 工程實(shí)例

本文以某山區(qū)縣道為研究對(duì)象，對(duì)山區(qū)低等級(jí)公路的改造原因、改造形式、具體改造措施等進(jìn)行分析。該山區(qū)公路建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為四級(jí)公路，全長18.6 km，起訖樁號(hào)為K5+450～K24+050，最大縱坡7.3%，設(shè)計(jì)速度為20 km/h。路面類型為瀝青混合料路面，路面結(jié)構(gòu)組合為4 cm(AC-13C上面層)+5 cm(AC-16C下面層)+25 cm(水泥穩(wěn)定碎石基層)。路基寬度為6.5 m，橫斷面布置形式為：0.25 m(土路肩)+2×3 m(行車道)+0.25 m(土路肩)，路拱橫坡為2%。從上述設(shè)計(jì)指標(biāo)可知，山區(qū)低等級(jí)公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，尤其是設(shè)計(jì)速度是低于《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG-B01 2014)規(guī)定速度的一般值，這說明地形對(duì)公路布線有較大的限制。

2 山區(qū)低等級(jí)公路改造原則及改造形式

2.1 公路改造原則

山區(qū)低等級(jí)公路不可盲目改造升級(jí)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)水平、遠(yuǎn)期路網(wǎng)規(guī)劃、施工難度、地形地貌、工程地質(zhì)等因素的限制，并遵循以下原則：(1)公路升級(jí)改造之前，應(yīng)在現(xiàn)場對(duì)老路的交通量、平縱指標(biāo)、視距等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，應(yīng)在確保行車安全的前提下，最大程度地利用既有路線資源，不可隨意占用土地資源或增加拆遷工程量。同時(shí)，對(duì)于地形、地質(zhì)條件較復(fù)雜路段，可適當(dāng)降低路面的平面和縱斷面線形指標(biāo)，并做好新路和老路之間的銜接過渡；(2)確定老路改造方案時(shí)，應(yīng)做好交通組織設(shè)計(jì)和保通方案，降低施工期間對(duì)車輛行駛的干擾。對(duì)于工程量集中段落可選擇集中施工，設(shè)置便道、便橋等措施；(3)公路改造升級(jí)時(shí)盡量提出多個(gè)比較線，進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)型比選，以選出最優(yōu)方案；(4)路線設(shè)計(jì)方案初步擬定后，還要對(duì)其運(yùn)行速度進(jìn)行驗(yàn)證，危險(xiǎn)路段需設(shè)置減速標(biāo)志。

2.2 公路改造形式

山區(qū)低等級(jí)公路改造形式可從交通量、線形改造、路面等角度劃分，具體如表1所示。

表1 山區(qū)低等級(jí)公路升級(jí)改造形式劃分

3 山區(qū)低等級(jí)公路改造方案

3.1 路線升級(jí)改造

路基路面和橋涵專業(yè)設(shè)計(jì)等都是在路線方案確定的基礎(chǔ)上開展的，故路線設(shè)計(jì)對(duì)公路升級(jí)改造質(zhì)量起著決定性作用。

(1)平面設(shè)計(jì)

相對(duì)于平原地區(qū)而言，山區(qū)低等級(jí)公路蜿蜒曲折，直線距離較短，線形以平曲線為主。如果既有道路線形為同向曲線，且兩曲線間的直線長度不滿足規(guī)范要求，可選擇圓曲線、緩和曲線或其他特殊形式曲線(如卵型、凸型、復(fù)合型等)連接；如果既有道路線形是反向曲線，一般采用S曲線連接。此外，既有道路的圓曲線半徑不能滿足升級(jí)改造后公路的設(shè)計(jì)指標(biāo)，可通過縮短兩端直線距離來增加圓曲線半徑。

(2)縱斷面設(shè)計(jì)

在進(jìn)行既有老路改造設(shè)計(jì)時(shí)，一方面應(yīng)確保坡度和坡長不超過《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D20-2017)中的極限值，且盡量不出現(xiàn)連續(xù)長大縱坡，另一方面要適當(dāng)減少土石方開挖工程量，并與平面線形相互協(xié)調(diào)(平包豎)。

3.2 路基升級(jí)改造

路基加寬時(shí)山區(qū)低等級(jí)公路升級(jí)改造的關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)任務(wù)主要是加寬方式選擇和新舊路基結(jié)合處的處理，公路升級(jí)改造時(shí)路基加寬方式有單側(cè)加寬和雙側(cè)加寬，其中單側(cè)加寬路基作業(yè)面大，可確保路基填料充分壓實(shí)。但是，單側(cè)加寬后路基兩側(cè)寬度不對(duì)稱，使得邊坡受力復(fù)雜，對(duì)邊坡整體穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響；而路基雙側(cè)加寬可保持中心設(shè)計(jì)線保持不變，且兩側(cè)橫坡保持一致，有利于路基排水。

本文在考慮兩種路基加寬方式特點(diǎn)的前提下，結(jié)合該山區(qū)公路的具體特點(diǎn)，選擇了雙側(cè)加寬的方式(如圖1所示)，將寬度為6.5 m的老路路基加寬至8.5 m，加寬后的路基橫斷面布局為0.75 m(土路肩)+2×3.5 m(行車道)+0.75 m(土路肩)，老路范圍內(nèi)的路拱橫坡保持不變，加寬部分的橫坡取3%。為了提高路基整體穩(wěn)定性，在新老路基結(jié)合位置開挖臺(tái)階，臺(tái)階寬度不小于2 m，并設(shè)置4%的內(nèi)傾橫坡。

圖1 山區(qū)公路路基雙側(cè)加寬標(biāo)準(zhǔn)斷面

3.3 路面升級(jí)改造

路面升級(jí)改造有舊路加鋪和新建路面兩種方式。舊路加鋪是在原路基高度不變的前提下，將老路路面當(dāng)做底基層，隨后對(duì)路面進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。新建路面主要用于老路路面結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重或路線標(biāo)高出現(xiàn)較大變化的；路段。該山區(qū)縣道升級(jí)改造時(shí)兩種方式均要采用，改造后的路面結(jié)構(gòu)層是：4 cm(AC-13C上面層)+5 cm(AC-16C下面層)+25 cm(水泥穩(wěn)定碎石基層)+15 cm(級(jí)配碎石底基層)。

4 山區(qū)低等級(jí)公路升級(jí)改造后運(yùn)行速度評(píng)價(jià)

山區(qū)公路屬于三維帶狀結(jié)構(gòu)物，選擇“三維線形條件下道路車輛行駛速度解算模型”來計(jì)算車輛運(yùn)行速度更加科學(xué)合理。筆者針對(duì)該山區(qū)低等級(jí)公路右線連續(xù)上坡路段為研究對(duì)象來分析道路升級(jí)改造后運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性。同時(shí)以小客車、大客車、大貨車等為基本車型，得到了常規(guī)駕駛模式和侵犯型駕駛模式下的行車速度，見圖2。

圖2 連續(xù)上坡路段運(yùn)行速度計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，該山區(qū)低等級(jí)公路車輛速度在H1處降低較明顯，其中小客車的速度差ΔV85在10～20 km/h之間。由《公路項(xiàng)目安全性評(píng)價(jià)指南》可知，H1處運(yùn)行速度協(xié)調(diào)性是滿足要求的，但協(xié)調(diào)性一般，可能存在行車安全隱患。此時(shí)應(yīng)盡可能地調(diào)整相鄰路段的技術(shù)指標(biāo)和一致性，確保常規(guī)駕駛模式和侵犯型駕駛模式下的行車速度差不超過10 km/h。

5 結(jié) 語

在分析山區(qū)低等級(jí)公路特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分析了公路升級(jí)改造基本原則、改造形式及具體改造方案，主要得到以下結(jié)論。

(1)山區(qū)低等級(jí)公路具有線形指標(biāo)低、路面承載力小、交通組成復(fù)雜等特點(diǎn)，升級(jí)改造難度大。

(2)平縱線形組合對(duì)公路升級(jí)改造水平起著決定性作用，擬定路線方案后應(yīng)進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。

(3)山區(qū)低等級(jí)公路的路基加寬方式有單側(cè)加寬和雙側(cè)加寬，路面改造方法有舊路加鋪和新建路面。

(4)公路改造后應(yīng)盡量保持各相鄰路段運(yùn)行速度的協(xié)調(diào)性，以降低行車隱患。