以某省道为例浅谈通行能力分析辅助既有公路改造方案决策

刘帮权,刘小滔,胡明庆

（四川公路工程咨询监理有限公司,四川 成都 610074）

0 引言

我国西部地区，国省道既有公路主要以二、三级公路为主，路况较差时，常采用的改造方案有改扩建、路面大中修，但由于改扩建和路面大中修改造方案两者建设周期、资金投入差别较大，加上西部地区地形复杂，建设难度大，同时建设资金有限，在项目前期工作时，如何近远期兼顾进行改造方案决策是一个难题。

在公路前期设计过程中，路段通行能力分析起着很重要的作用，从技术层面可以确定公路现状或规划远期公路的服务水平以及近、远期交通量与公路技术标准的匹配情况。因此，在项目前期阶段，以交通量调查与预测为前提，基于路段通行能力分析结合路况调查可以很好地辅助既有公路从技术层面进行公路改造方案的决策。

1 技术路线

在项目前期决策阶段（在项目可研或设计之前的阶段），首先对现状公路进行初步的交通量调查和路况调查，根据现状交通量，结合周边类似公路资料和经验，采用直接法等简化方法进行交通量预测，进而根据预测的交通量及初拟的方案进行路段通行能力分析。如果公路整体技术状况较差，经常出现断道、堵车，地质病害严重等问题，可初步拟定为改扩建方案；如果公路整体技术状况较好，仅路面破损或严重破损，可初步拟定为路面大修改造方案。然后根据初步拟定的改造方案，确定项目设计年限，计算设计年限的通行能力。

改造方案的设计年限及设计交通量预测年限可根据相关规范确定。其中，设计交通量预测年限是公路项目路段通行能力分析的重要参数之一。根据相关规定，公路建设项目交通量的预测年限一般为调查年到项目投入运营后20年[1]，双车道二、三级公路新建、改扩建项目的设计交通量预测年限为15年[2]，双车道二、三级公路大、中修项目的设计交通量预测年限暂无规范规定，可参考《公路沥青路面养护设计规范》《公路养护工程设计规范》（报批稿）等按路面设计使用年限确定，如表1所示。

表1 公路路面大、中修项目设计交通量预测年限表[3-4]

明确改造方案和设计年限及设计交通量预测年限后，即可进行相应的路段通行能力分析，其具体论证内容既可论证道路设计年限内公路服务水平是否符合规范要求，也可论证设计年限内预测的高峰小时交通量与设计服务水平下的交通量大小关系。当设计年限高峰小时流率SF大于设计服务水平条件下的通行能力Cd时，说明设计年限末年道路无法满足交通量发展需要，道路需要进行改扩建或新增通道分流交通量；如果设计年限高峰小时流率SF小于或等于设计服务水平条件下的通行能力Cd时，说明进行大中修是合理的，设计年限末道路仍满足规范要求的设计服务水平。主要工作流程图如图1。

图1 工作流程图

该文拟以四川省山区某省道双车道公路路面大中修工程为例谈利用通行能力分析辅助进行既有公路改造方案决策及相关要点。

2 项目概况

某省道项目位于四川省凉山彝族自治州会东县及会理县境内，项目区处于川西高原南缘与云贵高原北侧两大地貌单元交接地带，地形复杂，属山岭重丘区。项目路线全长约12.5 km。现状公路为三级公路，设计速度40 km/h，标准路基宽度8.5 m。

根据调查，项目现有路面已使用7年。全线病害类型主要为半刚性基层开裂引起的反射横向开裂及纵向开裂，主要发生在路中线两侧，表现为以龟裂、沉陷、车辙及泛油为主，纵向裂缝及坑槽较少，目前裂缝均未进行处理，导致病害加剧发展。根据初步评估，拟定的方案为在旧路上加铺路面结构层的大修养护。

2.1 交通量预测结果

项目拟于2022年底完工，设计年限末2028年（大修路面设计年限）的AADT为2 680 veh/d；交通组成为小型车比例68.6%，中型车比例25.4%，大型车比例5.0%，汽车比例1.0%。

2.2 路幅组成

路幅具体组成为：0.25 m硬化土路肩+0.5 m硬路肩+2×3.50 m行车道+0.5 m硬路肩+0.25 m硬化土路肩。

2.3 路面设计情况

公路自然区划为V4区（川滇黔高原干湿交替区），沥青及沥青混合料气候分区为2-4-1夏热冬温潮湿区。据老路的设计资料，原路面的结构形式为：4 cm AC-13细粒式沥青混凝土+5 cm AC-20中粒式沥青混凝土+20 cm水泥稳定碎石基层。该次大修拟先将原沥青路面铣刨1 cm，然后针对病害原因进行处理，再铺筑5 cm厚（AC-20C）沥青混凝土+4 cm厚（AC-13C）SBS改性沥青混凝土。该次拟定的沥青路面大修设计年限为6年。

2.4 禁止超车区比例

该项目为双车道公路，根据相关规范，禁止超车区由沿线公路条件、行车障碍物的分布、视距及双向交通量的构成等条件决定。主要为平曲线、竖曲线视距不足路段；学校、城镇、沿河等路段；进入铁路或其他道路前30 m等路段应禁止超车。对于既有公路，前期工作阶段可采取现场实地调查或采用高清卫片识别对向车道分界线（黄实线）长度比例的方法来实现，该项目主要采用室内利用高清卫片识别公路对向车道分界线（黄实线）长度来确定禁止超车区比例，识别结果为该路段黄色单实线长度占比为29.7%，即禁止超车区比例约29.7%。

2.5 延误率

延误率为车头时距小于或等于5 s的车辆数占总交通量的百分比，而车头时距是指在同一车道中连续行驶的两辆车头通过某点的时间间隔，对于既有公路，前期工作阶段可通过现场实地调查确定，也可通过高清卫片识别量测车头间距，经换算后得到车头时距，从而估算该段延误率，其中利用高清卫片识别量测车头间距时，选用卫片的拍摄时间不宜为节假日，具体时段可根据拟改造项目所在地区的交通出行时间分布特点及拍摄时间点对拟建项目交通影响的程度确定。经初步测算该路段的延误率约为71%。

3 通行能力分析

3.1 高峰小时流率

项目设计年限的年平均日交通量AADT为2 680 veh/d，由于项目位于四川省凉山州，且项目位于城市之间干线公路，根据路线设计规范，查表3.3.4，得到设计小时交通量系数K=17%，则双向设计小时交通量按规范式（3.3.3）计算，有：

根据周荣贵[5]等编著的《公路通行能力手册》，查表取15 min高峰小时系数PHF15=0.883（如表2所示）。

表2 15 min和5 min高峰小时系数PHF表

则高峰小时流率：

3.2 设计通行能力

3.2.1 基准通行能力CB

根据《公路工程技术标准》附录A表A.0.1-3，设计速度40 km/h的两车道三级公路基本通行能力取2 400 pcu/h。

3.2.2 设计服务水平下的最大服务交通量

该项目为三级公路，设计速度40 km/h，查路线设计规范表3.2.1，该项目设计服务水平为四级（如表3所示）。

表3 公路设计服务水平表[1]

同时，根据项目的实际情况，禁止超车区比例小于30%，根据路线设计规范，查表3.2.2-3，该项目路段设计服务水平下对应的饱和度阈值（v/C）取0.54。则有：

式中，MSFi——双车道公路路段设计服务水平下的最大服务交通量（pcu/h）。

3.2.3 设计通行能力

根据公路路线设计规范，设计通行能力可根据路线设计规范式（3.6.2）计算：

式中，Cd——双车道公路路段设计通行能力（veh/h）；

fHV——交通组成修正系数；

fd——方向分布修正系数；

fw——车道宽度、路肩宽度修正系数；

ff——路侧干扰修正系数。

其中，项目设计年限双向设计小时交通量DHV为456 veh/h，按路线设计规范查表3.6.2-1，取中型车的折算系数为3，大型车的折算系数为4，汽车列车的折算系数为5，则交通组成修正系数fHV：项目为普通公路，方向分布系数50/50，查路线设计规范表3.6.2-2，确定方向分布系数为fd=1.0。

车道行车道宽度3.5 m，硬路肩宽度0.75 m，查路线设计规范表3.6.2-3，当行车道宽度3.5 m，硬路肩宽度1.0 m时，车道宽度与硬路肩宽度修正系数fw取0.84，该项目实际硬路肩宽度0.75 m，略窄于1.0 m，综合考虑并修正后车道宽度与硬路肩宽度修正系数取fw=0.82。

该公路位于偏远山区，公路两侧人烟稀少，公路两侧主要为农田、耕地，有少量自行车及行人出行。查路线设计规范表3.1.4，该项目路侧干扰等级为较轻干扰，路侧干扰等级为2级，查路线设计规范表3.6.2-4，得到路侧干扰修正系数ff=0.85。

根据路线设计规范式（3.6.2），则有：

3.3 结果

大修设计年限（2028年），该公路预测的高峰小时流率SF为516 veh/h，公路设计服务水平（四级）下的路段设计通行能力Cd为532 veh/h，很明显，SF＜Cd，则大修设计年限内该路段设计服务水平下的通行能力满足规范要求，采用大修方案是合理的。同时，由于两值相差不大，建议大修设计年限末即开展项目改扩建前期研究工作。

4 结语

既有公路拟改造前期决策时，进行通行能力分析及服务水平分析是很有必要的，特别是有些项目整体路况较好，仅路面破损，从表面上看，仅需要路面大中修即可，但从通行能力分析来看，路面设计年限内交通量已经接近饱和，大中修设计年限内即需要进行改扩建，造成重复建设和浪费。当然，路段通行能力只是前期决策的一个辅助手段，具有很重要的作用，但并不是决定因素，既有公路改造方案决策还与建设难度、资金情况、地方规划发展需要等多种因素有关。在实际应用过程中，应参考使用。另外，在公路改造项目的工程可行性研究阶段，也可进行通行能力分析，对项目的建设标准进行进一步验证。