復(fù)雜地形背景下山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)分析

楊志平

（撫州贛東公路設(shè)計(jì)院有限公司，江西 撫州 344000）

0 引言

復(fù)雜地形條件下的山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)一直是具有較高難度的公路設(shè)計(jì)工作，對(duì)這類項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行研究，可以有效提高復(fù)雜地形公路設(shè)計(jì)水平，對(duì)于完善交通路線設(shè)計(jì)理論也有著深刻意義。但現(xiàn)有的相關(guān)研究中，多是圍繞多挖少填、縱向利用的公路路線思路進(jìn)行分析，創(chuàng)新性不足，也未充分考慮多項(xiàng)公路設(shè)計(jì)要素，使得相關(guān)設(shè)計(jì)不合理之處較多，故而本文推崇了一種山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的新思路，主要針對(duì)設(shè)計(jì)原則、公路選線、路基和排水設(shè)計(jì)等內(nèi)容進(jìn)行了研究。

1 復(fù)雜地形背景下山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

山區(qū)的地形地勢(shì)較為復(fù)雜，在這類地區(qū)建設(shè)公路工程時(shí)也需考慮較多問(wèn)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(huì)呈現(xiàn)出彎彎曲曲的狀態(tài)，同時(shí)容易受到外部環(huán)境因素影響，施工時(shí)很容易出現(xiàn)安全事故。具體來(lái)說(shuō)，山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的特點(diǎn)可總結(jié)為以下兩點(diǎn)：一是工程建設(shè)中需考慮自然環(huán)境因素，在路線規(guī)劃和修建時(shí)一定要充分了解地形條件。二是圍繞著山區(qū)公路工程的突出性問(wèn)題進(jìn)行研究，以往相似工程經(jīng)驗(yàn)表明，山區(qū)公路較明顯的問(wèn)題為路窄彎急、坡陡且長(zhǎng)，地形具有多變性，在公路路線設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮公路本身縱面及平面的角度確定。

2 復(fù)雜地形背景下山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的基本原則

2.1 安全設(shè)計(jì)原則

在復(fù)雜地形背景中，實(shí)施山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)時(shí)除了要確保設(shè)計(jì)本身達(dá)到公路規(guī)劃要求之外，還要保證基于安全原則之上彌補(bǔ)山區(qū)公路路線的不足之處，確保特殊地勢(shì)下的公路能夠維持安全水平，促進(jìn)整體運(yùn)行穩(wěn)定。安全設(shè)計(jì)原則主要涉及山區(qū)公路路線的行車安全，因而在實(shí)施設(shè)計(jì)時(shí)，要確保公路坡度具有科學(xué)性。結(jié)合當(dāng)前最新的《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D20—2017）文件內(nèi)容，要求山區(qū)設(shè)計(jì)的公路車速為20km/h，其縱坡坡度值最大為9%，過(guò)大可能影響到行車穩(wěn)定。若山區(qū)地勢(shì)本身的海拔超過(guò)2000m，或其處于經(jīng)常出現(xiàn)積雪冰凍現(xiàn)象的地區(qū)，那么對(duì)于車速為20km/h 的山區(qū)公路設(shè)計(jì)，其縱坡坡度不能超過(guò)8%。而山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)還會(huì)遇到一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，就是山地施工的工程會(huì)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(huì)應(yīng)用S形蜿蜒曲線以及回頭曲線的路線設(shè)計(jì)形式，同時(shí)也需在公路路面材料選擇以及防滑施工方面進(jìn)行把控。在路面防滑處理方面，要保證粗糙度較高，能夠適當(dāng)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(shè)計(jì)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(wěn)定碎石，設(shè)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(huán)保設(shè)計(jì)原則

復(fù)雜地形下山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)也需符合可持續(xù)發(fā)展公路的設(shè)計(jì)要求，因而遵循環(huán)保設(shè)計(jì)原則十分重要。具體來(lái)說(shuō)，就是在路線選取、規(guī)劃調(diào)整、施工等環(huán)節(jié)中都要考慮對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)，做到人與自然和諧共處。具體設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能減少路線中的高填深挖路段設(shè)計(jì)，對(duì)于陡坡設(shè)計(jì)也要加強(qiáng)優(yōu)化改進(jìn)，盡可能避免土地出現(xiàn)大規(guī)模移動(dòng)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(xiàn)水土流失情況?？紤]到環(huán)境效益的提升，設(shè)計(jì)時(shí)也可多采用一些橋梁和隧道類型的結(jié)構(gòu)物，讓山區(qū)公路可以與周圍環(huán)境更好融合，構(gòu)成一個(gè)有機(jī)體，發(fā)揮出公路規(guī)劃的最大優(yōu)勢(shì)[2]。

2.3 適宜地形原則

山區(qū)公路本身要確保適宜當(dāng)?shù)氐膹?fù)雜地形條件。在公路選線時(shí)，盡可能實(shí)現(xiàn)保持公路平面順適性強(qiáng)，保證橫面的設(shè)計(jì)合理及縱面維持均衡，貫徹以地形為準(zhǔn)的選線理念。可在選線時(shí)采用曲線定位方法，促進(jìn)公路路線和地形之間形成吻合、協(xié)調(diào)關(guān)系，這樣不僅有利于路線的建造穩(wěn)定，也有利于復(fù)雜平面線形的規(guī)劃。山區(qū)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(chǎn)生，從而確保公路建設(shè)的綜合效益更高[3]。

2.4 經(jīng)濟(jì)路線原則

山區(qū)公路的路線規(guī)劃設(shè)計(jì)中，除了要確保其公路布局作用發(fā)揮出來(lái)并保證質(zhì)量達(dá)標(biāo)以外，還應(yīng)考慮到公路路線的建設(shè)成本和后續(xù)運(yùn)行成本問(wèn)題，確保其經(jīng)濟(jì)性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需遵循經(jīng)濟(jì)路線原則。在山區(qū)公路選線實(shí)施過(guò)程中，考慮到經(jīng)濟(jì)要素，需盡量將無(wú)序地形條件下的公路選線成本降低，提高公路的經(jīng)濟(jì)效益。以可持續(xù)發(fā)展為準(zhǔn)，不斷調(diào)整并優(yōu)化路線規(guī)劃方案，避免產(chǎn)生不必要成本，有效提高路線選擇水平。

3 復(fù)雜地形背景下山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

3.1 確保公路設(shè)計(jì)的選線合理并滿足使用要求

復(fù)雜地形山區(qū)公路設(shè)計(jì)中選線是一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。選線應(yīng)結(jié)合基本設(shè)計(jì)原則，同時(shí)要保證線路切實(shí)滿足日后使用要求。為確保選線合理，還需圍繞兩點(diǎn)開展設(shè)計(jì)工作。

其一，要考慮公路路線和環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。環(huán)境與人類社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)，因此開展山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)及工程建設(shè)時(shí)，一定要考慮路線位置和周圍沿線區(qū)域的環(huán)境情況，盡可能將保護(hù)環(huán)境貫徹到設(shè)計(jì)中，使公路線形不會(huì)干擾到生態(tài)環(huán)境，保持兩者的協(xié)調(diào)和有機(jī)融合，這樣也有助于山區(qū)公路項(xiàng)目的可持續(xù)發(fā)展。與此同時(shí)，目前我國(guó)的人均土地占有面積越來(lái)越緊張，充分利用土地也要成為公路路線設(shè)計(jì)考慮的一項(xiàng)重點(diǎn)，應(yīng)盡量保證占有土地面積較少情況下設(shè)計(jì)出公路路線。

其二，要充分考慮山區(qū)的地理環(huán)境特征來(lái)開展路線設(shè)計(jì)。山區(qū)地理環(huán)境十分復(fù)雜，而公路工程建設(shè)時(shí)也容易受到外部因素影響，可能面臨許多不確定性問(wèn)題，因此設(shè)計(jì)人員一定要對(duì)項(xiàng)目所在區(qū)域地理信息充分掌握，采用深入勘察現(xiàn)場(chǎng)的方式，開展科學(xué)的地質(zhì)檢測(cè)工作，獲得一定信息，確定最佳的路線方案。例如，某山區(qū)公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二級(jí)公路，其起點(diǎn)在上山位置公路21km 處，總公路長(zhǎng)為26km，新設(shè)計(jì)的公路與原有上山公路之間構(gòu)成了環(huán)線結(jié)構(gòu)，能夠?yàn)榻煌ㄌ峁└鼮楸憷臈l件。公路山區(qū)位置有一林區(qū)小路，路況較為不佳，目前對(duì)公路路線設(shè)計(jì)方面制定了兩種選線方案，通過(guò)比選來(lái)確定最終方案。第一種方案為結(jié)合山區(qū)森林消防以及固化相關(guān)要求，將利用現(xiàn)有公路走廊帶，在林區(qū)小路位置上直接進(jìn)行展線，其途經(jīng)的區(qū)域橫坡都具有緩和特點(diǎn)，可以盡可能減少林區(qū)面積且覆蓋林區(qū)小路，確保生態(tài)環(huán)境能夠可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)也能讓行車更為穩(wěn)定安全，還能避免過(guò)度開挖路基而造成周圍植被破壞的問(wèn)題。第二種方案選擇的公路路線所途經(jīng)區(qū)域橫坡具有較陡特點(diǎn)，因而其施工難度也要高于第一種方案。要大規(guī)模進(jìn)行路基工程填挖處理，也會(huì)占據(jù)較大的林區(qū)面積，對(duì)周圍植被造成較大破壞，不利于生態(tài)環(huán)境，后續(xù)會(huì)盡可能實(shí)施補(bǔ)救。結(jié)合山區(qū)公路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和工程具體情況來(lái)綜合對(duì)比分析兩種方案，重點(diǎn)考慮造價(jià)、安全、技術(shù)以及生態(tài)環(huán)境等方面，對(duì)比情況如表1 所示。

表1 兩種方案的各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比結(jié)果

通過(guò)比較明顯發(fā)現(xiàn)，第一種方案占據(jù)林區(qū)面積更小，其也能夠充分利用原有林區(qū)小路，土石方消耗量更少，對(duì)周邊環(huán)境影響不大，有利于保護(hù)環(huán)境、避免水土流失，后續(xù)補(bǔ)救的成本也會(huì)較低，因此確定最終選用第一種方案。

3.2 保證山區(qū)公路的路基與排水設(shè)計(jì)質(zhì)量

實(shí)施山區(qū)復(fù)雜地形下的路線設(shè)計(jì)時(shí)，其路基和排水設(shè)計(jì)也是重點(diǎn)內(nèi)容。在開展公路路基設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)以“確保路基穩(wěn)定性達(dá)到要求”為目標(biāo)。山區(qū)地勢(shì)的特點(diǎn)導(dǎo)致其公路路基工程進(jìn)行施工時(shí)難免會(huì)遇到高回填或高挖方問(wèn)題。在進(jìn)行這類問(wèn)題處理時(shí)，一般會(huì)對(duì)高挖方實(shí)施削坡，施工設(shè)計(jì)1∶0.75 的坡比，若遇到特殊地質(zhì)路段情況，還需在削坡施工時(shí)設(shè)置邊坡防護(hù)設(shè)施，保證施工安全。對(duì)于高回填處理，則是應(yīng)以每30cm 進(jìn)行一次碾壓的規(guī)律來(lái)施工，最終確保路基確定值滿足重型擊實(shí)試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)。

公路排水設(shè)計(jì)主要采用科學(xué)排水措施，該項(xiàng)設(shè)計(jì)會(huì)關(guān)系到公路質(zhì)量，主要是針對(duì)路基進(jìn)行排水，提高路基的穩(wěn)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?？刂坪康阶畹?，不可超過(guò)山區(qū)公路的預(yù)計(jì)允許范圍，排水設(shè)計(jì)還應(yīng)充分依據(jù)經(jīng)濟(jì)性、特殊性以及適宜性的相關(guān)要求。路基排水的措施主要包括設(shè)計(jì)涵洞結(jié)構(gòu)、截水溝結(jié)構(gòu)、邊坡結(jié)構(gòu)以及排水溝結(jié)構(gòu)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(shè)置在原本的溝谷位置，能減少對(duì)區(qū)域內(nèi)田地的沖刷性干擾，以免和附近農(nóng)戶出現(xiàn)糾紛問(wèn)題，影響到工程推進(jìn)。邊溝排水中應(yīng)基于地勢(shì)情況來(lái)布設(shè)邊溝，還可與涵洞結(jié)合，每隔一段距離設(shè)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(xiàn)下滲情況，山體也要和邊溝碎落臺(tái)進(jìn)行靠近。采用排水溝與截水溝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)做到科學(xué)布置，與涵洞和邊溝進(jìn)行結(jié)合，將山體水引入其中。

3.3 做好超高及加寬過(guò)渡設(shè)計(jì)

山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，其具體的設(shè)計(jì)速度以及圓曲線半徑都決定了圓曲線加寬過(guò)渡以及超高的確定值。若是面臨特殊情況，則可基于運(yùn)行速度值對(duì)車速加以計(jì)算，再通過(guò)獲得車速值來(lái)確定超高取值所需使用到的橫向力系數(shù)，進(jìn)而確定一系列使用的主要參數(shù)。其中，橫向力系數(shù)本身的影響因素頗多，除了車速影響以外，其還會(huì)受到車輛輪胎質(zhì)量、地形環(huán)境以及路面規(guī)格的影響。相關(guān)試驗(yàn)表明，橫向力系數(shù)與車速值之間呈反比例關(guān)系，因此為了達(dá)到最大超高率，該系數(shù)的最佳取值范圍應(yīng)為0.06～0.15，但在具體設(shè)計(jì)超高及其相應(yīng)加寬過(guò)渡時(shí)，需要考慮車速因素、地區(qū)季節(jié)因素、實(shí)際車流量因素以及溫差因素等。要注意的是，冬季和夏季對(duì)行車要求方面不同，較大溫差也會(huì)存在著差異，一般是選擇車流量較大的公路路段進(jìn)行超高取值，這也更符合實(shí)際行車情況。山區(qū)公路也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)橢圓路線、反向曲線以及半圓路線的相關(guān)設(shè)計(jì)，在設(shè)置其超高過(guò)渡段過(guò)程中，還需根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案，在反向弧形曲線的路段超寬漸變加寬設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，其處理時(shí)通常以第一個(gè)弧形路段原點(diǎn)為起點(diǎn)，然后向著第二個(gè)曲線，讓超高值與路拱橫坡斷面相等保持過(guò)渡的平滑性。若是對(duì)同一方向彎曲路段進(jìn)行加寬，那么也需在同側(cè)設(shè)計(jì)，保證第一個(gè)曲線緩圓點(diǎn)直接過(guò)渡到第二個(gè)曲線緩圓點(diǎn)。

3.4 貫徹綠色設(shè)計(jì)的理念

隨著環(huán)境治理工作逐漸被重視，近年來(lái)綠色理念在許多領(lǐng)域都發(fā)揮出作用，對(duì)于山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)及工程施工而言，也應(yīng)當(dāng)貫徹綠色設(shè)計(jì)的理念，確保山區(qū)交通、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)都能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。主要是保證設(shè)計(jì)路線時(shí)做到提高資源利用率，避免過(guò)度發(fā)掘與開采自然資源，路線規(guī)劃要盡可能避開山區(qū)的水源和耕地區(qū)域，也不能和居住區(qū)、耕地區(qū)進(jìn)行相交或過(guò)于靠近，這是由于公路上行駛的大部分交通車輛都會(huì)排放尾氣，既會(huì)對(duì)大氣產(chǎn)生污染，也會(huì)影響到農(nóng)作物生長(zhǎng)及居民生活。若公路路段無(wú)法避開居住區(qū)及耕地區(qū)，那么可在附近設(shè)置綠化帶，科學(xué)種植自然植物。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于地形較復(fù)雜的山區(qū)公路工程來(lái)說(shuō)，其路線設(shè)計(jì)規(guī)劃是較為重要的內(nèi)容，要保證在設(shè)計(jì)中結(jié)合山區(qū)實(shí)際情況，遵循安全性、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性等原則。由本文分析可知，復(fù)雜地形背景下山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的要點(diǎn)包括：確保公路設(shè)計(jì)的選線合理并滿足使用要求、保證山區(qū)公路的路基與排水設(shè)計(jì)質(zhì)量、做好超高及加寬過(guò)渡設(shè)計(jì)和貫徹綠色設(shè)計(jì)的理念。相關(guān)設(shè)計(jì)不僅有效提高了山區(qū)公路的實(shí)用性，也有利于環(huán)境保護(hù)工作的推進(jìn)，使公路建設(shè)的綜合效益得到提升，帶動(dòng)公路交通領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。不過(guò)，山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)性仍舊很大，需考慮的問(wèn)題較多，在未來(lái)，還需不斷堅(jiān)持綠色環(huán)保和“以人為本”的設(shè)計(jì)理念，明確公路使用時(shí)的各項(xiàng)需求，同時(shí)靈活應(yīng)用公路路線的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，全面細(xì)致地分析山區(qū)公路路線的地質(zhì)特征、建設(shè)要求，再應(yīng)用科學(xué)比選手段選擇出最佳的設(shè)計(jì)方案，有關(guān)部門也要協(xié)助建設(shè)單位做好規(guī)劃，這樣才能夠展現(xiàn)出公路路線的優(yōu)勢(shì)。