山区公路路线的勘察设计
关键词：山区公路,路线,勘察设计
1 引言
随着我国经济建设和社会的发展，高速公路建设步伐的加快，公路等级越来越高，公路建设向山区发展，为优化公路线形，大幅度地缩短线路长度，降低路线标高，改善和通过不良地质的条件，提高行车舒适性。
2 路线方案问题
山区公路沿河线型一般选地势平坦的低线位，以降低工程数量。山区沿河山体的特征一般都是地形地质复杂，地质灾害多;坡面呈直线或曲线型，河谷断面有发育不完全的“V”形或基本稳定的“U”形;沿途多为峡谷段与开阔段相间;洪水持续时间不长，暴涨暴落，危害性极大;河床比降大，其自然纵坡远大于路线平均最大纵坡;流速快，冲刷强烈等。它们是影响山区公路路线设计方案和工程措施的重要因素。
山区原有公路标准低，路窄坡陡，线形曲折，大都连接城镇。在原有公路上改建等级公路线形指标相差大，应尽量开辟新的走廊，以保证技术标准，缩短路线长度。然而，往往是原有低等级公路占据了最佳的路线走廊，更有条件差者，仅有唯一的走廊，且旧路为低线位，占用地形地质较好的一岸。这是山区公路设计路线方案时常碰到的问题。在这种情况下，应主张沿旧路建设以提高公路标准。山区公路现有的交通量一般都较小，因此，施工时干扰小，只要做好边通车边施工的组织安排，都是可以实施的。若新建高速公路，也可占用旧路走廊及旧路位置，重建低等级公路的辅道。正常情况下，工程总投资比另辟地形地质差、绕线长的新走廊省。
路线方案有大方案与小方案之分，大方案是选择路线基本走向。局部性的路线方案，属于线位方案，叫小方案。在山区公路中大方案确定后，小方案是影响技术标准和工程造价的主要因素。常用的沿河线，它有其它线型没有的有利条件，如:纵坡受限制不大，便于为居民点服务 ，有丰富的筑路材料和水源可供施工和养护，路线标准、使用质量、工程造价均优于其它线型。其主要问题是河岸的选择 ，路线放在什么高度(洪水位问题) ;其它情况主要是山麓缓坡，较低阶地等;选择山体比较稳定的一侧山坡，分析清楚岩性、产状、裂隙等情况，避开崩塌、滑坡、泥石流等不良地质，这些都是在研究小方案时应充分考虑的问题，下面就河谷地形来讨论。
(1)开阔河谷
①线位好，岩层稳定，填挖平衡，少占田地拆迁。但由于坡面变化无穷，公路等级稍稍提高，其线形尤其是平面线形难于满足路线标准的需要，这样的线位位置其实不多;
②线位在满足前后路线要求上选择余地大，满足路线标准要求也较为容易，在较为开阔的河谷段 ，这种线位占的比例较大。特点是前后路段填弃方较多，弃方作填时运距较长 ，占田地多，拆迁量大。③线位差，岩层纹理杂乱 ，造成路基稳定性差，顺层防护处理十分困难，路线方案应尽量避开这一侧，由于山区地质的特殊性，岩石的力学性能的多变性 ，因此采用的工程措施一般都不理想。且费用高，营运期养护工作量大。
(2)狭窄沟谷
①对于狭窄沟谷，其自然坡度都较大，线位越高，挖填方量越大，上、下边坡都伸得较远 ，对自然环境破坏大，防护工程较多由于河床太窄或前后路线高度的控制可走此线位;
②线位的特点是尽量少破坏山体，减少对环境的影响 ，适当占用河岸，在行洪较紧张的河床断面段，可适当开炸对面河岸，以利于泄洪。路基抗冲刷防护应慎重，做到万无一失，否则有断道的可能，狭窄沟谷常采用此线位;
③由于自然坡度大，顺层稳定性差，处理十分困难，有可能导致公路顺层下滑断道，且恢复处治费用高，在设计过程中应尽量避免采用此线位。
2 平曲线问题
山区公路中平曲线设置情况是决定一条公路路线质量成功与否的关健。
按JTGD30-2004规定：当计算行车速度 ≥60 km/ h 时 ，同向曲线间最小直线长度以不小于行车速度的 6 倍为宜;反向曲线间最小直线长度以不小于行车速度的 2倍为宜。对山区公路 ，高速公路的计算行车速度为80 km/ h ，一级公路中计算行车速度为 60 km/ h ，而在二级、三级、四级公路的计算行车速度分别采用60 km/ h、30 km/ h、20 km/ h。因此 ，在山区公路设计中硬性参照上述规定则不妥 ，考虑到缓和曲线段的加宽和超高 ，汽车从直线到曲线行驶 ，与直线长度关系较小，从汽车运行、磨耗及舒适性来讲 ，后者的要求更高。为与山区的特殊地形地貌相吻合 ，减少大面积的大填大挖对环境的破坏 ，充分利用地形 ，减少工程量 ，节约投资，仅从驾驶员操作过程的需要考虑 ，同向弯道之间直线段上行驶大于 5 s ，反向曲线间行驶大于3 s 即可。结合已建成道路的使用情况建议：①在高速公路和一级公路的设计中 ，同向曲线和反向曲线间的最小直线长可参照JTGD30-2004规定执行。②采用计算行车速度为80 km/h的一级公路设计中，同向曲线间最小直线长度 ≥320 m，反向曲线间最小直线长度≥120 m。③采用计算行车速度为60 km/ h 的二级公路设计中，同向曲线间最小直线长度≥240m，反向曲线间最小直线长度≥90 m。④计算行车速度为30 km/ h 的三级公路设计中，同向曲线间最小直线长度≥60 m，反向曲线间最小直线长度≥30 m⑤计算行车速度20 km/ h的四级公路设计中，同向曲线间最小直线长度≥30 m，反向曲线间最小直线长度≥15m即可。两曲线间的直线长度难于满足以上要求时 ，则按文献[3]要求办理 ，即同向曲线应调整线形使之成为单曲线或复曲线或采用回旋线组合成凸形、卵形、复合形等平曲线;反向曲线应调整线形或运用回旋线使之组合成 S 形复曲线。为了充分利用地形 ，减少工程数量 ，应推广应用不对称曲线。曲线法定线:确定适合地形圆弧 ，确定平曲线要素，再用曲线或直线与其连接 ，这样更能做到充分利用地形。
小偏角往往给驾驶员视觉上造成直线路段的假象，导致行驶占道，可以调整前后线型，有时适当增加工程数量来解决。大偏角问题在山区公路设计中经常遇到，在低等级公路中由于行车速度低，只要选择较好的地形，易于解决，但在高速公路设计时应引起重视 ，其设置位置是否能保证驾驶员视觉的连续性，曲线半经、长度应尽量使线型标准高一些，确保曲线圆滑顺畅，有条件时还要设置视距台。否则，此处就是事故多发地点。还可分析采用短隧道，挡防设施或者架空路基避免大偏角。
一般公路设计中是可以做到纵面的变坡点都对应平曲线的曲中点(QZ点) ，平曲线包着竖曲线，且竖曲线最好能伸入平曲线两端缓和曲线的二分之一以上，这种线型顺畅柔和，视觉诱导好，安全舒适。但在山岭重丘区公路设计中，并不是所有的路段都能这样设置。山区公路中曲线占路线总长的比例大，长曲线大半经是不可避免的，仅在QZ点处设置变坡点 ，对控制高程，利用有利地形是很难办到的;再者当曲线半经较小，曲线长度不大，而变坡点坡差较大时，在QZ点附近变坡，路线则显得别扭、生硬，不仅不能起到视觉诱导的作用，反而平、纵面视距较差，对车辆运行不利。因此，在周边地形条件较好 ，各项指标能基本满足规范要求的路段设置，反而更能体现降低工程造价，符合实际。在长曲线、大半经的平曲线中可以进行两次以上变坡，也可将两变坡点位置与 QZ点作为两个竖曲线的复曲点，做成竖向复曲线;当平曲线半经较小、长度不长时，竖曲线最好不设置在平曲线内，在直线上变坡更好一些，只要选用适当半径的竖曲线，线形还是较好的。
3 纵断面问题
路线设计高的确定至关重要，特别是高等级公路，主要受交叉机耕道、人行通道、洪水高度等因素控制。在山区公路设计中，在满足洪水位的情况下，为减少路堤高度，节省投资宜适当下挖来满足机耕道通道净空高度要求，不利因素是通道下集水问题，可通过埋管导入天然水系。山区沟壑发达，冲沟、溪沟纵横密布，且坡面均有一定坡度或成阶梯状，导水涵管埋设长度也较短，从而降低路堤高度，减少造价。
山区公路以大中型载重汽车、大客车为主要交通流量，其纵坡不宜过长，过长则不利车辆运行质量，也不利与地形相结合，增加工程量，也不利于排水设计。高等级公路缓和坡段应小于2%，一般公路可按3%长度大于150m 即可，充分利用大纵坡在满足坡长限制的条件下去克服高差以争取高程。一般情况下结合地形特点，排水要求等，坡长控制在最小坡长的2～4倍为宜。
纵坡小则展线距离增长 ，增加高架桥和挡防工程量，有时隧道增长，这样加大了工程建设费用;纵坡过大 ，严重影响行车速度和通行能力，必要时还增加爬坡车道，因而选择经济合理的纵坡设计方案应从工程措施、建设费用、营运费用、技术标准等多方面进行综合比较。随着汽车工业的技术进步 ，汽车动力性能的改善 ，因而纵坡也可适当增大。结合山区公路的特点，对众多公路的调查结果，为争取有利地形，减少对自然环境的破坏，必要可采取最大纵坡，在条件特殊的情况下，如里程不长且展线困难需过长的绕线等山区的各级公路均可将最大纵坡提高1%～2 %，但纵坡坡长必须按现行技术标准控制只要在设计中注意平纵线型的优化组合，保证汽车正常运行是没有问题的。在山区公路的设计中也存在小于5 ‰或平坡问题 ，山区暴雨多，雨量大，经常由于雨天路面积水，产生飘滑而导致事故发生。因此 ，对于这些路段应加强排水设计 ，加密加大涵洞，加深加宽排水沟 ，路肩和路面的横坡应适当增大。路肩、路面可按JTJ011-94要求取大的标准来满足行车道排水需要，在以往的山区公路设计中 ，常采用中间值 ，这是不妥的。如山区已建成的二级公路，一般常用的路基宽度有 10.5 m ，11.0 m ，12.0 m 不等 ，其行车道宽度≥2 ×4. 5 m ，因此 ，水泥混凝土路面路拱横坡取 2 %，沥青路面取2.5 %较为适宜，路肩再提高1%～2 %。
4 横断面问题
山区地面横向起伏较大，若整个横断面设计为同一标高是不可取的(主要指多车道的高等级公路) ，势必增加挖方的工程量，对原有地形植被破坏较大，半填部分路基的稳定性也较差，因此，横断面设计不必强求左、右车道同一标高，半填部分路基可适当降低也可设计成分离式断面。至于沿河线左、右两岸各设半幅的方案，公路营运管理及使用功能是否存在不利因素应认真研究，特别是分离和汇合的间距。其最不利因素是两岸山体均受到破坏 ，植被、生物群落遭到阻断，极为不利环境保护;地表经流的集中，流速流量增大，对山体冲蚀加剧，导致水土流失，建议采取工程措施，最好在一岸完成公路的布设。
公路等级越高，路基宽度越宽 ，路基宽度增加每单位米对工程总投资影响越小。对高速公路和一级公路，每增加1 m 的路基宽度增加造价不足5 %;公路等级降低 ，路基宽度的变化对工程造价影响也就逐渐增大 ，每增加1 m 可达25 %。
山区公路半填半挖路基或填方路堤较常用。公路外侧由于自然坡度大，填方边坡一般是伸得太远或难于填筑，因此，多为砌石挡土墙，这种路基型式有许多弊病如:与自然环境不吻合，不能绿化，缺乏安全感，路基稳定性差，且造价高。
5 结束语
山区公路不仅建设难度大、费用高，建成后的营运管理、养护也较为复杂。因此路线既要适应地形变化，又要避免对山体的剧烈切割，破坏生态环境;还要在规定的道路等级条件下，做到线形要素指标的运用及相互间的组合合理，保持线形的顺适、连续和均衡;尽量减少工程病害，降低运输、养护管理成本，保证投产后运输功能正常。