丘陵区低等级公路设计的思考总结

郑佳俊

（广东省交通规划设计研究院集团股份有限公司，广东广州510507）

摘要:通过近年来粤东地区丘陵区低等级公路的设计，笔者总结了在丘陵区低等级公路设计中可以采用的新技术以及较普遍的问题，并提出个人解决问题的见解。

关键词：公路设计；丘陵区；选线设计；新技术运用

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0 引言

2017年党的十九大提出了乡村振兴战略，近年来我国乡村基础设施建设得到了各级政府的高度重视。乡村道路建设也得到长足发展，一批以三四级公路为代表的乡村公路正如火如荼地开展建设。

正是在这样的环境之下，以前没有得到重视的低等级公路设计建设问题逐渐涌现出来。因此笔者通过近年来参与的项目，思考并总结在丘陵区道路设计中遇到的问题以及采用的方法，希望与道路同行进行探讨以期进步。

1 GIS等新技术在设计中的应用

1）GIS技术在踏选线工作中的应用

在丘陵区新建道路设计中，道路走廊带的确定是前期设计工作的重中之重。走廊带选择的合理与否，直接关乎路线顺直性、路线指标的高低、桥隧构造物的比例、最终决定道路的整体投资规模与实施难易程度。

确定路线走廊带的传统方式往往依赖于现场踏勘，俗称现场定线。现场定线往往容易受既有人行通道的限制。在丘陵区踏勘的实际工作中，笔者发现丘陵区山区由当地居民开拓出来的登山通道往往沿着山沟线或者山脊线，主要原因在于山沟线由于雨季汇水冲刷，天然形成树木覆盖较少、坡度较均匀的路线，而山脊线地势较两侧高，往往也是树木较少，人行较容易通过的路线带。但是山沟线与山脊线往往都是难以展线克服高差的走廊带，因此沿着既有的人行登山道很难取得踏勘的理想效果。

国内外遥感卫星技术已经发展了数十年，积累了大量的数据。在互联网上，也有相应的数据公开供民众查询使用。当前遥感卫星高程数据形成的数字高程模型（DEM）已经可以达到5m、12m精度级别。[1]可以满足道路走廊带选线工作的使用。利用数字高程模型与高分辨率卫星图片的叠加可以大大减少现场踏勘的工作量，并且可以直观地通过三维模型了解大范围地形情况，进而确定路线走廊带方案。

图1 通过DEM高程分析确定基本走廊

2）BIM技术在路线比选与汇报展示中的应用

建筑信息模型（Building Information Modeling）由Autodesk公司于2002年提出。目前各家设计软件公司均开发有自己的系列软件。BIM技术在展示、协同工作、全周期技术指导等方面有着丰富的应用场景。目前在低等级公路设计中，主要结合DEM技术在路线比选、展示汇报有比较多的应用。[2]

在各阶段设计中，当地政府部门、民众的意见对路线方案的可行性起着至关重要的作用。低等级公路的设计中除了需要关注道路本身的技术要求，还需要尊重当地风俗习惯、人文需求，积极采纳当地政府部门与民众的意见，因此通过BIM技术向非本行业的人士介绍道路方案的作用就变得尤为突出。

2 路线平纵面设计指标的选取

丘陵区选线的边界条件相对城镇区来说比较单一，主要是克服自然高差、地形条件与水文条件等自然控制因素。但这不意味着丘陵区选线的技术难度会有所降低。相反，复杂的地形条件，有限的投资规模往往成为技术指标选取的矛盾点。

在平面设计中，存在争议的一个问题就是缓和曲线的设置与否。在《公路路线设计规范》中规定，四级公路可不设置缓和曲线，但需设置超高、加宽过渡段。[3]在路线设计软件普及之前，缓和曲线的绘图计算相对来说比较复杂，而对于低等级道路的设计，密集的交点与圆曲线变化，对于传统的计算存在着繁复的工作量，而且在山区低等级公路设计，强制要求设置缓和曲线在如回头曲线等情况会限制了路线的灵活性导致工程规模增加。因此目前路线规范保留的四级公路可不设置缓和曲线的规定。但目前而言，路线设计基本依赖成熟的辅助软件，因此路线设计的便捷性灵活性有了很大提高，缓和曲线也不再是限制设计效率的因素。因此笔者认为在低等级道路设计，应尽可能设置缓和曲线，一来为车辆转弯提供曲率连续变化的操作过程，二来为超高与加宽提供过渡路段，这在提高行车舒适性上起着重要作用。

丘陵区路线纵断面设计，同样存在着高指标与低投资规模的矛盾。丘陵区选线，高差是最大的限制因素，路线往往是连续上下坡或者长距离上坡，越山岭后的长距离下坡。由于现有路线规范中都有关于陡坡最大坡长的限制，导致很多设计人员在山丘区设计中机械式的采用“陡缓陡”的组合，即在陡坡中间插入短的缓坡段来满足规范的要求。而这其实与条文设置的初衷恰好相背。最大坡长的规定更多的是为了满足大型车的最小行驶速度要求。在公路上通行的车辆中，大型货车在连续上坡的过程中，大型货车速度折减就会非常大，大型货车连续上坡路段的行驶速度明显小于小型客车。[4]

因此，为了保证大型货车在上坡路段保持最低的通行速度（最低容许速度）、保证公路上坡路段具有基本的通行能力并满足一定的服务水平要求，世界各国公路技术标准、规范都对公路纵坡（包括最大纵坡和最大坡长等）做出了一定的要求。因此在低等级道路设计中还需要分析道路通行车辆实际情况，在某些地区的农村公路，通行车型基本都为中小型车，因此不存在上坡车速衰减的问题，因此笔者认为在丘陵区应该灵活地选择纵断面指标，不单纯追求满足纸面指标要求。

3排水设施设计的相关问题

水毁问题一直以来是山区公路管理养护所需要面对的难题。由于山岭区汇水面积大，地面坡度大，造成降雨期地面水流量大，流水速度快，因此常常造成公路边坡、桥涵构造物、路基路面的垮塌损毁。因此在设计阶段充分考虑降水影响，做好排水设施的设计就显得尤为重要。[5]

在以往项目中，根据建成后的水毁情况有以下的经验教训。①预制块排水沟与急流槽相较于现浇结构更易水毁。为了推进交通建设的模块化与工厂化，预制块排水设施在工程中的应用越来越广。但是从现场实施的效果来看，预制排水沟、急流槽由于需要现场砌筑，存在砌缝较多的问题，在水流冲刷下，砌缝成为薄弱点容易造成排水沟渗水、垮塌等；②过路涵洞与衔接涵洞的排水沟、急流槽尺寸需与山体汇水面积相匹配。与市政道路通过管网收集雨水不同，公路往往通过路基排水设施收集排出雨水。而往往未充分考虑山体的汇水面积，导致涵洞过水面积偏小而损毁路基。③填挖方交界处的排水处理。挖方路段收集的雨水水量大，在填挖交界处一般是通过急流槽流入填方排水沟。在丘陵区填挖交界处急流槽往往坡度较大，若急流槽深度不足容易雨水涌出冲刷填方坡脚，极易造成填方边坡失稳。

5 总结

随着乡村振兴张略的推进，乡村基础建设极速推进，在建设过程中低等级公路设计涌现出不少此类项目所特有的问题。在通过关注这些问题，总结经验的过程，希望可以进一步丰富和提高我们公路设计的技术水平。

参考文献：

[1]刘学军, 符锌砂. 三角网数字地面模型的理论、方法现状及发展[J]. 长沙交通学院学报, 2001.

[2]何清华, 钱丽丽, 段运峰,等. BIM在国内外应用的现状及障碍研究[J]. 工程管理学报, 2012(1):5.

[3]JTG D20-2017,公路路线设计规范[S].

[4]郭腾峰. 解读山区高速连续长下坡设计方法与指标.

[5]张健. 公路水毁问题及应对措施探讨[J]. 交通运输研究, 2013(18):33-35.

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