小交通量农村公路设计过程研究

李满花

（惠州市交通规划勘察设计院，广东 惠州 516001）

0 引言

农村公路工程建设是落实乡村振兴战略的重要举措，要求以建好、管好、护好、运营好为目标。“建好”作为第一环节，以设计方案为依据，虽然与高等级公路建设相比，小交通量农村公路设计难度下降，但也因不受重视而出现设计不合理情况。为此，深入探究小交通量农村公路设计过程，对建好农村公路，加速农村现代化建设进程具有重要现实意义。

1 路线设计

1.1 平面设计

公路路线设计中，平面设计环节应尽可能以原路为基准进行布线，能够对原有路基、涵洞、桥梁等进行利用，降低设计与施工难度，若遇到路基宽度不足的情况，则可以直接考虑单侧加宽。但是，当出现以下情况时不得利用原路段，即原有路段平曲线间直线段长度未达到2V、6V 要求（V 表示设计速度）时，且设计中必须按照标准规范要求的2V、6V 标准进行平曲线间直线段长度设计，原路无法利用，因此，为了避免原有资源被浪费，可以以最小长度为3s 行程标准进行曲线间直线段设计，该设计可以为司机反应预留出时间，也使原路资源得到合理利用。但还要考虑原路中出现的小偏角曲线，若需要大段利用原路资源，可以将存在的小偏角保留到设计中[1]。

1.2 纵断面设计

纵断面设计同样以减少资源投入为主要目标，应以原路高程作为基础，通过增加路面结构层厚度完成设计。起点与终点位置纵坡设计应与原路路面相交位置纵坡相一致，从而最大程度地拟合原路纵坡，提高对原路资源的利用效率。但纵断面设计中遇到原路大纵坡情况则需要改善，可以将原路纵坡降低，若降低设计上存在困难，如在深沟位置、两侧均有村庄、临近高山时，则尽可能保留原路标高设计。

1.3 横断面设计

农村小交通量公路在我国公路等级体系中属于四级公路，横断面设计环节需要对错车道的合理设计进行考虑，且若需要进行错车道路面加宽应单独计列。在交通运输部发布的《小交通量农村公路工程技术标准》（JTG 2111—2019）以及《公路路线设计规范》（JTG D20—2017）中分别对错车道有效长度做出规定，两者均规定错车道宽度为6m、路肩宽度为0.25m，但前者规定错车道有效长度为10m、后者为20m，且前者规定每端错车道渐变段长度为9m、后者无明确要求，设计中应合理选择设计参照标准[2]。

在设计过程中除保证设计符合国家规定与选择合适标准外，也要注意以下事项：第一，尽量避开不良地质。诸多农村处于山区，地形地势相对复杂，影响路线设计，从安全角度与施工难易程度考虑，避开不良地质路段，可降低对土体的扰动，预防泥石流等地质灾害的发生。第二，减少占用耕地，加强水毁预防。农村地区通常最大程度保留河谷、溪流的自然形态，导致公路设计中经常遇到曲折迂回的河谷、溪流，因此不得不考虑水位涨落以及河岸陡坡对公路路线设计的影响，采取合理的设计预防公路被冲刷现象，避免公路水毁。具体来讲，设计中要做好地质勘测工作，全面掌握公路区间内水文情况，将冲刷严重区域避开，并利用防水毁设施，避免公路功能受到影响，但也不得占用耕地，影响当地农业经济发展。

2 路基路面设计

2.1 路基拼宽设计

小交通量农村公路设计中路基拼宽有两种方式，即单侧或两侧加宽。设计过程中需要考虑路基横断面的宽度设计要求、原路基宽度、工程段内地貌地物特征、路线走向等情况，尽量利用原路，减少资源投入与浪费。但在单车道设计过程中，对于错车道路基宽度设计要给予特殊关注，若先对错车路基宽度进行编辑，并根据平面曲线加宽的具体数值在最近的圆曲线加宽值当中体现错车道加宽值，将会导致数值与规范要求不一致，甚至出现平曲线加宽表中半径＞250m圆曲线体现为加宽情况，因此先确定平曲线加宽值，再进行宽度参数处理，对于错车道加宽量的设计应单独计算，不得体现在平曲线加宽表当中。

2.2 路面结构设计

2.2.1 路面材料选择

小交通量农村公路属于低等级公路，在设计过程中沥青应为路面的材料首选，其具有耐磨性、耐久性好的优势，但为了不浪费原有资源，可以将原沙砾或水泥路面作为基层，通过混凝土补强层完成路面加宽，再在表层通铺沥青混凝土，提高路面强度。其中，原路面为水泥混凝土时，在加宽过程中需要考虑新旧基层衔接位置的处理问题，选择土工格栅可以实现衔接处有效连接，也可以预防因强度不一致而引发的不均匀沉降、路面开裂问题。

2.2.2 路面厚度确定

以水泥混凝土面板路面为例，路面厚度设计过程中需先选取合适参数，包括设计交通量、路面结构宽度、路面材料以及接缝传荷能力应力折减等其他系数，再准确计算出路面的厚度。

其一，设计交通量参数。设计前先统计农村公路交流量，对于平原路段、山区路段要进行分开统计，再根据《小交通量农村公路工程技术标准》（JTG 2111—2019）完成轴载换算。换算公式为：

式（1）中：Ns表示标准轴载作用次数；αi表示轴一轮型系数（单轴单轮取1.0）；Ni表示i级轴载作用次数；Pi表示i级轴载重量；Ps表示设计标准轴载。

其二，路面宽度参数。需要结合当地农村地质条件、交通流量情况进行确定，若采用小型水泥混凝土板长宽比应控制在1.30 以内。

其三，路面材料参数。路面材料参数主要包括土基参数、基层参数、面层参数，土基参数确定中因公路建设在已有路基基础上进行。土基强度高，应在35～80MPa 确定原路基回弹模量，在30～65MPa 确定新建路基回弹模量。基层参数设计中常用材料有水泥、水泥稳定集料、级配碎石等，在350～1700MPa 确定回弹模量。面层参数确定中因设计为水泥混凝土路面，根据公路等级对应的设计标准与要求，弯拉强度标准值与抗弯拉弹性模量分别为4.0MPa、27000MPa。

其四，其他设计系数。根据《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40—2018）中的要求，小交通量农村公路路面厚度设计中还需要确定以下参数：接缝传荷能力应力折减系数，由于此类型公路多为土路肩或柔性路肩，折减系数取值为1.0；路面疲劳损坏影响综合系数，取值1.0；最大温度梯度标准值，取值要求见表1。

表1 最大温度梯度标准值

结构厚度需要进行以下参数计算：

荷载疲劳应力：

式（2）中：kr表示路面板接缝传荷能力折减系数（1.0）；kf表示设计年限内荷载疲劳应力累计疲劳工作下疲劳应力系数；kc表示路面疲劳损坏影响综合系数；σps表示标准荷载作用于临界位产生的荷载应力。最大温度梯度时温度翘曲应力：

式（3）中：σtm表示温度翘曲应力；αc表示混凝土的线膨胀系数；Ec表示水泥混凝土抗弯拉弹性模量；hc表示混凝土面板厚度；Tg表示最大温度梯度；BL表示温度应力系数。

在此基础上考虑土基不同情况下回弹模量差异、板面尺寸差异、设计年限要求、工程造价，对面层厚度临界值进行确定，并计算出不同使用年限时路面总体疲劳应力，确定最佳面层厚度参数。

3 安全生命防护工程设计

在了解小交通量农村公路交通安全特征以及安全隐患情况后，基于提高道路交通安全水平以及改善通行服务的目标，完成安全生命防护工程设计，实现公路的安全、稳定运营。

3.1 合理降低防护设施使用条件

小交通量农村地区存在经济落后情况，在设计中必须考虑当地是否能够负担得起安全防护设施建设费用，而为了节约资金、提高资源利用率，以最低的成本发挥最大的防护作用，则可以在设计中合理降低防护设施的使用条件。例如，在承担农村地区客运功能的小交通量公路上，安全防护设计的重点是道路两侧防护，为了节约成本，可以就地取材，将植物作为防护设置，虽与国标规范中规定相比标准有所降低，但在经济条件不允许的情况下，可以大范围利用植物防护，有效节约成本。在急弯或连续急弯弯道内侧，经判断危险程度不高，可以不进行路侧护栏设置。通过修整边坡、边沟，对道路视距进行改善。经济允许的情况下可以设置单侧护栏[3]。

3.2 合理设计不同路段防护设施

不同路段对安全防护的要求不同，设计上也应体现出差异。

在错位交叉口路段，错位道路为支路、相交道路为主路，且道路在住宅区外，服务于农业生产、客运、物流集散，行人相对较少，日常主要通行机动车或非机动车，在防护设施设计上，沿主路方向，需要将道口标柱设计在支路两侧、道路与转角圆曲线交会位置的路肩上，标柱与道路边缘相距0.5m；在支路进口与交叉口相距3～5m 的位置设计减速标志，与道路边缘相距0.5m，四周不得有遮挡物，并且在路口画减速让行标线；在与交叉口相距30m 的主路位置上设计交叉口警告标志，与道路边缘相距0.5m。

在长上/下坡路段，应设计预告区域，区域内设置警告、预告以及限速限重标志，如前方50m 处长上/下坡等，发挥警示与引导作用，使驾驶员集中精力、控制好车速。路段内容易发生超速或降低速度区域也要设计防护设施，如震荡减速标线等。同时，在条件允许的情况下，应在长上/下坡路段内设计避险车道，包括避险车道引道、车道、服务车道以及相关配套设施，避险车道线形设计中平面线形应以直线为主，尽可能地将与直线的夹角控制在最小，且设计中合理确定长度，不能过大。避险车道宽度设计以容纳一辆车为标准，并设计照明、监控设备等。若无法设计避险车道，可以在设计中考虑消能减速护栏。

3.3 针对性设计隐患处防护设施

小交通量农村公路存在多种类型的隐患，诸多隐患表现以组合形式出现，因此设计过程中要综合考虑。

一方面，设计中采取组合防护技术。对交通事故分析法、交通冲突分析法等对组合隐患中出现的关键隐患进行分析，设计针对性防护措施，并秉持着简洁有效的设计原则，考虑组合防护技术之间的包含关系与取舍关系，尽量减少技术过量问题。例如，在急弯陡坡位置，上坡方向应合并设计向左/右急弯标志与上陡坡标志；下坡方向应设计速度标志，向左/右急弯标志以及下陡坡标志；双车道道路时应设计黄实线作为分界线；设计减速路面、标线；路侧可以设计护栏时，应选择合适等级的护栏，并设计视线诱导设施，无条件设计护栏时，则应在路侧设计警示桩或示警墩[4]。再如，在急弯交叉口位置，合并设计急弯路与交叉路口标志；在支路上根据交通量情况设计停车让行或减速让行标志，并在道口位置设计标桩；护栏设计同急弯陡坡位置。又如，在急弯接桥梁位置，设计急弯标志，若为窄桥需要设计宽路窄桥标志；双车道时设计黄实线作为分界线；桥梁护栏长度不足时，设计中应延伸护栏，将其引入路堑或山体中，并在端头位置设计具有反光效果的立面标记。

另一方面，设计中考虑道路功能，形成差异化防护方案。小交通量农村公路有着不同的功能、不同类型的安全隐患，设计中不仅要考虑隐患类型，还要结合道路功能考虑隐患的处理。例如，在穿越学校、村镇的小交通量公路设计上，应重点对交通标志标线进行设计，加强对交通秩序的规范，避免因交通混乱而引发冲突。对于承担农村物流集散功能的公路，应重点改善线形、桥涵等构造物限高限重情况，合理配合防护设施设计，满足货运需求。对于承担农业生产、居民生活出行功能的路段，设计中应加大交通安全设施设置量，解决会车困难问题以及坡度弯道位置存在的安全隐患。

4 结语

综上所述，在小交通量农村公路设计中因环境条件复杂、经济条件有限、耕地多等而存在一定难度。为了摆脱经济条件的限制，减少经济投入，在设计过程中应优先利用原路，线形设计上尽量拟合原路平纵，对于无法满足国标规范要求的指标进行针对性改善；路基路面结构设计上应经过精细的计算，确定最佳路基宽度与路面厚度；安全生命防护工程设计上应细致分析道路交通量、功能、存在的安全隐患，从经济可行性与技术可行性角度设计出最佳的防护方案，从而实现小交通量农村公路的合理性、科学性、安全性的设计目标。