孟 超

(长治市通明公路勘察设计有限公司，山西 长治 046000)

0 引 言

山区公路工程作为促进区域交流和沿线经济发展的重要交通设施，其建设规模日益扩大。由于山区地形起伏大、水文地质复杂、建设理念落后、工程造价限制等原因，使得公路建设难度大，服务水平往往不能达到预期，且随着车辆迅速增加，越来越多的山区低等级公路已经难以满足交通需求，从而造成严重的道路拥堵现象，影响行车安全性和舒适度。由于山区公路新建造价较高，选择经济合理的公路升级改造方案已经成为亟待实现的重要目标。近年来，国内外工程师也对山区公路的升级改造展开了一些研究，如程伟以贵州某山区公路为研究对象，分析了平面指标、路基宽度、交通安全设施等因素对公路升级改造的影响，并基于安全性和经济性提出一种新的设计思路；张田总结了山区公路交通事故的发生原因，并研究了山区低等级公路升级改造时的路线指标选择、横断面加宽方法。因此，研究公路设计中的山区低等级公路升级改造技术具有十分重要工程意义。

1 山区低等级公路特点及依托工程

1.1 山区低等级公路特点

由于山区特有的地形地貌、水文地质条件等原因，其低等级公路的建设通常具有以下特点：第一，公路路线的平面线形指标低，可能存在较多小曲线半径，使得相邻路段过渡困难；第二，公路纵断面的高程差较大，会出现连续长大纵坡，局部纵坡超过极限值，影响行车制动效果和安全性；第三，公路路面承载能力低，养护维修不及时，使得路面破损严重，产生车辙、沉陷等病害，降低了路面使用性能；第四，山区低等级公路的交通组成较复杂，既有大型载重货车和小汽车，还有摩托车、拖拉机等，导致路侧干扰严重；第五，桥涵工程检修养护困难，甚至很多荷载等级不符合规范要求的桥涵工程仍在运营。

1.2 工程实例

本文以某山区县道为研究对象，对山区低等级公路的改造原因、改造形式、具体改造措施等进行分析。该山区公路建设标准为四级公路，全长18.6 km，起讫桩号为K5+450～K24+050，最大纵坡7.3%，设计速度为20 km/h。路面类型为沥青混合料路面，路面结构组合为4 cm(AC-13C上面层)+5 cm(AC-16C下面层)+25 cm(水泥稳定碎石基层)。路基宽度为6.5 m，横断面布置形式为：0.25 m(土路肩)+2×3 m(行车道)+0.25 m(土路肩)，路拱横坡为2%。从上述设计指标可知，山区低等级公路技术标准较低，尤其是设计速度是低于《公路工程技术标准》(JTG-B01 2014)规定速度的一般值，这说明地形对公路布线有较大的限制。

2 山区低等级公路改造原则及改造形式

2.1 公路改造原则

山区低等级公路不可盲目改造升级，在设计时应综合当地经济水平、远期路网规划、施工难度、地形地貌、工程地质等因素的限制，并遵循以下原则：(1)公路升级改造之前，应在现场对老路的交通量、平纵指标、视距等参数进行详细调查，应在确保行车安全的前提下，最大程度地利用既有路线资源，不可随意占用土地资源或增加拆迁工程量。同时，对于地形、地质条件较复杂路段，可适当降低路面的平面和纵断面线形指标，并做好新路和老路之间的衔接过渡；(2)确定老路改造方案时，应做好交通组织设计和保通方案，降低施工期间对车辆行驶的干扰。对于工程量集中段落可选择集中施工，设置便道、便桥等措施；(3)公路改造升级时尽量提出多个比较线，进行技术性和经济型比选，以选出最优方案；(4)路线设计方案初步拟定后，还要对其运行速度进行验证，危险路段需设置减速标志。

2.2 公路改造形式

山区低等级公路改造形式可从交通量、线形改造、路面等角度划分，具体如表1所示。

表1 山区低等级公路升级改造形式划分

3 山区低等级公路改造方案

3.1 路线升级改造

路基路面和桥涵专业设计等都是在路线方案确定的基础上开展的，故路线设计对公路升级改造质量起着决定性作用。

(1)平面设计

相对于平原地区而言，山区低等级公路蜿蜒曲折，直线距离较短，线形以平曲线为主。如果既有道路线形为同向曲线，且两曲线间的直线长度不满足规范要求，可选择圆曲线、缓和曲线或其他特殊形式曲线(如卵型、凸型、复合型等)连接；如果既有道路线形是反向曲线，一般采用S曲线连接。此外，既有道路的圆曲线半径不能满足升级改造后公路的设计指标，可通过缩短两端直线距离来增加圆曲线半径。

(2)纵断面设计

在进行既有老路改造设计时，一方面应确保坡度和坡长不超过《公路路线设计规范》(JTG D20-2017)中的极限值，且尽量不出现连续长大纵坡，另一方面要适当减少土石方开挖工程量，并与平面线形相互协调(平包竖)。

3.2 路基升级改造

路基加宽时山区低等级公路升级改造的关键，其设计任务主要是加宽方式选择和新旧路基结合处的处理，公路升级改造时路基加宽方式有单侧加宽和双侧加宽，其中单侧加宽路基作业面大，可确保路基填料充分压实。但是，单侧加宽后路基两侧宽度不对称，使得边坡受力复杂，对边坡整体稳定性产生不良影响；而路基双侧加宽可保持中心设计线保持不变，且两侧横坡保持一致，有利于路基排水。

本文在考虑两种路基加宽方式特点的前提下，结合该山区公路的具体特点，选择了双侧加宽的方式(如图1所示)，将宽度为6.5 m的老路路基加宽至8.5 m，加宽后的路基横断面布局为0.75 m(土路肩)+2×3.5 m(行车道)+0.75 m(土路肩)，老路范围内的路拱横坡保持不变，加宽部分的横坡取3%。为了提高路基整体稳定性，在新老路基结合位置开挖台阶，台阶宽度不小于2 m，并设置4%的内倾横坡。

图1 山区公路路基双侧加宽标准断面

3.3 路面升级改造

路面升级改造有旧路加铺和新建路面两种方式。旧路加铺是在原路基高度不变的前提下，将老路路面当做底基层，随后对路面进行补强。新建路面主要用于老路路面结构破损严重或路线标高出现较大变化的；路段。该山区县道升级改造时两种方式均要采用，改造后的路面结构层是：4 cm(AC-13C上面层)+5 cm(AC-16C下面层)+25 cm(水泥稳定碎石基层)+15 cm(级配碎石底基层)。

4 山区低等级公路升级改造后运行速度评价

山区公路属于三维带状结构物，选择“三维线形条件下道路车辆行驶速度解算模型”来计算车辆运行速度更加科学合理。笔者针对该山区低等级公路右线连续上坡路段为研究对象来分析道路升级改造后运行速度的协调性。同时以小客车、大客车、大货车等为基本车型，得到了常规驾驶模式和侵犯型驾驶模式下的行车速度，见图2。

图2 连续上坡路段运行速度计算结果

计算结果表明，该山区低等级公路车辆速度在H1处降低较明显，其中小客车的速度差ΔV85在10～20 km/h之间。由《公路项目安全性评价指南》可知，H1处运行速度协调性是满足要求的，但协调性一般，可能存在行车安全隐患。此时应尽可能地调整相邻路段的技术指标和一致性，确保常规驾驶模式和侵犯型驾驶模式下的行车速度差不超过10 km/h。

5 结 语

在分析山区低等级公路特点的基础上，分析了公路升级改造基本原则、改造形式及具体改造方案，主要得到以下结论。

(1)山区低等级公路具有线形指标低、路面承载力小、交通组成复杂等特点，升级改造难度大。

(2)平纵线形组合对公路升级改造水平起着决定性作用，拟定路线方案后应进行技术性和经济性对比。

(3)山区低等级公路的路基加宽方式有单侧加宽和双侧加宽，路面改造方法有旧路加铺和新建路面。

(4)公路改造后应尽量保持各相邻路段运行速度的协调性，以降低行车隐患。