复杂地形背景下山区公路路线设计分析

杨志平

（抚州赣东公路设计院有限公司，江西 抚州 344000）

0 引言

复杂地形条件下的山区公路路线设计一直是具有较高难度的公路设计工作，对这类项目设计的要点进行研究，可以有效提高复杂地形公路设计水平，对于完善交通路线设计理论也有着深刻意义。但现有的相关研究中，多是围绕多挖少填、纵向利用的公路路线思路进行分析，创新性不足，也未充分考虑多项公路设计要素，使得相关设计不合理之处较多，故而本文推崇了一种山区公路路线设计的新思路，主要针对设计原则、公路选线、路基和排水设计等内容进行了研究。

1 复杂地形背景下山区公路路线设计的特点

山区的地形地势较为复杂，在这类地区建设公路工程时也需考虑较多问题，其与一般公路的不同之处在于伴山而建，而山路多是曲折的，因此公路路线也会呈现出弯弯曲曲的状态，同时容易受到外部环境因素影响，施工时很容易出现安全事故。具体来说，山区公路路线设计的特点可总结为以下两点：一是工程建设中需考虑自然环境因素，在路线规划和修建时一定要充分了解地形条件。二是围绕着山区公路工程的突出性问题进行研究，以往相似工程经验表明，山区公路较明显的问题为路窄弯急、坡陡且长，地形具有多变性，在公路路线设计时需要考虑公路本身纵面及平面的角度确定。

2 复杂地形背景下山区公路路线设计的基本原则

2.1 安全设计原则

在复杂地形背景中，实施山区公路路线设计时除了要确保设计本身达到公路规划要求之外，还要保证基于安全原则之上弥补山区公路路线的不足之处，确保特殊地势下的公路能够维持安全水平，促进整体运行稳定。安全设计原则主要涉及山区公路路线的行车安全，因而在实施设计时，要确保公路坡度具有科学性。结合当前最新的《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）文件内容，要求山区设计的公路车速为20km/h，其纵坡坡度值最大为9%，过大可能影响到行车稳定。若山区地势本身的海拔超过2000m，或其处于经常出现积雪冰冻现象的地区，那么对于车速为20km/h 的山区公路设计，其纵坡坡度不能超过8%。而山区公路路线设计还会遇到一个现实问题，就是山地施工的工程会具有较大高差，因此要想控制纵坡坡度具有较大难度。为了解决这种难题，通常会应用S形蜿蜒曲线以及回头曲线的路线设计形式，同时也需在公路路面材料选择以及防滑施工方面进行把控。在路面防滑处理方面，要保证粗糙度较高，能够适当阻止路面上形成水膜，使车轮尽可能直接接触路面，保证行车安全。此外，还可以着手公路的面层设计方面，可利用沥青混凝土材料做面层，而基层则是可采用水泥稳定碎石，设置改性乳化沥青为稀浆封层，促使表面抗滑性能的有效提高，这些方法都有利于公路安全[1]。

2.2 环保设计原则

复杂地形下山区公路路线设计也需符合可持续发展公路的设计要求，因而遵循环保设计原则十分重要。具体来说，就是在路线选取、规划调整、施工等环节中都要考虑对自然环境的保护，做到人与自然和谐共处。具体设计时，尽可能减少路线中的高填深挖路段设计，对于陡坡设计也要加强优化改进，尽可能避免土地出现大规模移动情况，或遭受破坏，避免影响到公路正常使用，使得周围植被减少并出现水土流失情况。考虑到环境效益的提升，设计时也可多采用一些桥梁和隧道类型的结构物，让山区公路可以与周围环境更好融合，构成一个有机体，发挥出公路规划的最大优势[2]。

2.3 适宜地形原则

山区公路本身要确保适宜当地的复杂地形条件。在公路选线时，尽可能实现保持公路平面顺适性强，保证横面的设计合理及纵面维持均衡，贯彻以地形为准的选线理念。可在选线时采用曲线定位方法，促进公路路线和地形之间形成吻合、协调关系，这样不仅有利于路线的建造稳定，也有利于复杂平面线形的规划。山区普通公路贯彻地形选线观念，可提高公路选线的合理性，尽可能减少高填深挖路段的产生，从而确保公路建设的综合效益更高[3]。

2.4 经济路线原则

山区公路的路线规划设计中，除了要确保其公路布局作用发挥出来并保证质量达标以外，还应考虑到公路路线的建设成本和后续运行成本问题，确保其经济性，因此在设计时需遵循经济路线原则。在山区公路选线实施过程中，考虑到经济要素，需尽量将无序地形条件下的公路选线成本降低，提高公路的经济效益。以可持续发展为准，不断调整并优化路线规划方案，避免产生不必要成本，有效提高路线选择水平。

3 复杂地形背景下山区公路路线设计的要点分析

3.1 确保公路设计的选线合理并满足使用要求

复杂地形山区公路设计中选线是一项重点内容。选线应结合基本设计原则，同时要保证线路切实满足日后使用要求。为确保选线合理，还需围绕两点开展设计工作。

其一，要考虑公路路线和环境之间的协调发展。环境与人类社会发展息息相关，因此开展山区公路路线设计及工程建设时，一定要考虑路线位置和周围沿线区域的环境情况，尽可能将保护环境贯彻到设计中，使公路线形不会干扰到生态环境，保持两者的协调和有机融合，这样也有助于山区公路项目的可持续发展。与此同时，目前我国的人均土地占有面积越来越紧张，充分利用土地也要成为公路路线设计考虑的一项重点，应尽量保证占有土地面积较少情况下设计出公路路线。

其二，要充分考虑山区的地理环境特征来开展路线设计。山区地理环境十分复杂，而公路工程建设时也容易受到外部因素影响，可能面临许多不确定性问题，因此设计人员一定要对项目所在区域地理信息充分掌握，采用深入勘察现场的方式，开展科学的地质检测工作，获得一定信息，确定最佳的路线方案。例如，某山区公路设计标准为二级公路，其起点在上山位置公路21km 处，总公路长为26km，新设计的公路与原有上山公路之间构成了环线结构，能够为交通提供更为便利的条件。公路山区位置有一林区小路，路况较为不佳，目前对公路路线设计方面制定了两种选线方案，通过比选来确定最终方案。第一种方案为结合山区森林消防以及固化相关要求，将利用现有公路走廊带，在林区小路位置上直接进行展线，其途经的区域横坡都具有缓和特点，可以尽可能减少林区面积且覆盖林区小路，确保生态环境能够可持续发展，同时也能让行车更为稳定安全，还能避免过度开挖路基而造成周围植被破坏的问题。第二种方案选择的公路路线所途经区域横坡具有较陡特点，因而其施工难度也要高于第一种方案。要大规模进行路基工程填挖处理，也会占据较大的林区面积，对周围植被造成较大破坏，不利于生态环境，后续会尽可能实施补救。结合山区公路的设计标准和工程具体情况来综合对比分析两种方案，重点考虑造价、安全、技术以及生态环境等方面，对比情况如表1 所示。

表1 两种方案的各项指标对比结果

通过比较明显发现，第一种方案占据林区面积更小，其也能够充分利用原有林区小路，土石方消耗量更少，对周边环境影响不大，有利于保护环境、避免水土流失，后续补救的成本也会较低，因此确定最终选用第一种方案。

3.2 保证山区公路的路基与排水设计质量

实施山区复杂地形下的路线设计时，其路基和排水设计也是重点内容。在开展公路路基设计过程中，应以“确保路基稳定性达到要求”为目标。山区地势的特点导致其公路路基工程进行施工时难免会遇到高回填或高挖方问题。在进行这类问题处理时，一般会对高挖方实施削坡，施工设计1∶0.75 的坡比，若遇到特殊地质路段情况，还需在削坡施工时设置边坡防护设施，保证施工安全。对于高回填处理，则是应以每30cm 进行一次碾压的规律来施工，最终确保路基确定值满足重型击实试验方法的标准。

公路排水设计主要采用科学排水措施，该项设计会关系到公路质量，主要是针对路基进行排水，提高路基的稳定性，具体采用先聚集再排除的手段将地下水和地表水排出。控制含水量到最低，不可超过山区公路的预计允许范围，排水设计还应充分依据经济性、特殊性以及适宜性的相关要求。路基排水的措施主要包括设计涵洞结构、截水沟结构、边坡结构以及排水沟结构等。其中，涵洞排水的施工要考虑到人文因素，尽可能将涵洞设置在原本的沟谷位置，能减少对区域内田地的冲刷性干扰，以免和附近农户出现纠纷问题，影响到工程推进。边沟排水中应基于地势情况来布设边沟，还可与涵洞结合，每隔一段距离设置涵洞，提升排水效果。边沟壁和山体之间的空隙尽可能控制在最小值，从而防止山体水出现下渗情况，山体也要和边沟碎落台进行靠近。采用排水沟与截水沟结构设计时应做到科学布置，与涵洞和边沟进行结合，将山体水引入其中。

3.3 做好超高及加宽过渡设计

山区公路路线设计时，其具体的设计速度以及圆曲线半径都决定了圆曲线加宽过渡以及超高的确定值。若是面临特殊情况，则可基于运行速度值对车速加以计算，再通过获得车速值来确定超高取值所需使用到的横向力系数，进而确定一系列使用的主要参数。其中，横向力系数本身的影响因素颇多，除了车速影响以外，其还会受到车辆轮胎质量、地形环境以及路面规格的影响。相关试验表明，横向力系数与车速值之间呈反比例关系，因此为了达到最大超高率，该系数的最佳取值范围应为0.06～0.15，但在具体设计超高及其相应加宽过渡时，需要考虑车速因素、地区季节因素、实际车流量因素以及温差因素等。要注意的是，冬季和夏季对行车要求方面不同，较大温差也会存在着差异，一般是选择车流量较大的公路路段进行超高取值，这也更符合实际行车情况。山区公路也经常会出现椭圆路线、反向曲线以及半圆路线的相关设计，在设置其超高过渡段过程中，还需根据实际情况调整设计方案，在反向弧形曲线的路段超宽渐变加宽设计项目中，其处理时通常以第一个弧形路段原点为起点，然后向着第二个曲线，让超高值与路拱横坡断面相等保持过渡的平滑性。若是对同一方向弯曲路段进行加宽，那么也需在同侧设计，保证第一个曲线缓圆点直接过渡到第二个曲线缓圆点。

3.4 贯彻绿色设计的理念

随着环境治理工作逐渐被重视，近年来绿色理念在许多领域都发挥出作用，对于山区公路路线设计及工程施工而言，也应当贯彻绿色设计的理念，确保山区交通、环境、经济都能实现可持续发展。主要是保证设计路线时做到提高资源利用率，避免过度发掘与开采自然资源，路线规划要尽可能避开山区的水源和耕地区域，也不能和居住区、耕地区进行相交或过于靠近，这是由于公路上行驶的大部分交通车辆都会排放尾气，既会对大气产生污染，也会影响到农作物生长及居民生活。若公路路段无法避开居住区及耕地区，那么可在附近设置绿化带，科学种植自然植物。

4 结语

综上所述，对于地形较复杂的山区公路工程来说，其路线设计规划是较为重要的内容，要保证在设计中结合山区实际情况，遵循安全性、经济性以及环保性等原则。由本文分析可知，复杂地形背景下山区公路路线设计的要点包括：确保公路设计的选线合理并满足使用要求、保证山区公路的路基与排水设计质量、做好超高及加宽过渡设计和贯彻绿色设计的理念。相关设计不仅有效提高了山区公路的实用性，也有利于环境保护工作的推进，使公路建设的综合效益得到提升，带动公路交通领域的可持续发展。不过，山区公路路线设计的挑战性仍旧很大，需考虑的问题较多，在未来，还需不断坚持绿色环保和“以人为本”的设计理念，明确公路使用时的各项需求，同时灵活应用公路路线的相关标准内容，全面细致地分析山区公路路线的地质特征、建设要求，再应用科学比选手段选择出最佳的设计方案，有关部门也要协助建设单位做好规划，这样才能够展现出公路路线的优势。