劉幫權(quán),劉小滔,胡明慶

（四川公路工程咨詢監(jiān)理有限公司,四川 成都 610074）

0 引言

我國(guó)西部地區(qū)，國(guó)省道既有公路主要以二、三級(jí)公路為主，路況較差時(shí)，常采用的改造方案有改擴(kuò)建、路面大中修，但由于改擴(kuò)建和路面大中修改造方案兩者建設(shè)周期、資金投入差別較大，加上西部地區(qū)地形復(fù)雜，建設(shè)難度大，同時(shí)建設(shè)資金有限，在項(xiàng)目前期工作時(shí)，如何近遠(yuǎn)期兼顧進(jìn)行改造方案決策是一個(gè)難題。

在公路前期設(shè)計(jì)過(guò)程中，路段通行能力分析起著很重要的作用，從技術(shù)層面可以確定公路現(xiàn)狀或規(guī)劃遠(yuǎn)期公路的服務(wù)水平以及近、遠(yuǎn)期交通量與公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的匹配情況。因此，在項(xiàng)目前期階段，以交通量調(diào)查與預(yù)測(cè)為前提，基于路段通行能力分析結(jié)合路況調(diào)查可以很好地輔助既有公路從技術(shù)層面進(jìn)行公路改造方案的決策。

1 技術(shù)路線

在項(xiàng)目前期決策階段（在項(xiàng)目可研或設(shè)計(jì)之前的階段），首先對(duì)現(xiàn)狀公路進(jìn)行初步的交通量調(diào)查和路況調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)狀交通量，結(jié)合周邊類似公路資料和經(jīng)驗(yàn)，采用直接法等簡(jiǎn)化方法進(jìn)行交通量預(yù)測(cè)，進(jìn)而根據(jù)預(yù)測(cè)的交通量及初擬的方案進(jìn)行路段通行能力分析。如果公路整體技術(shù)狀況較差，經(jīng)常出現(xiàn)斷道、堵車，地質(zhì)病害嚴(yán)重等問(wèn)題，可初步擬定為改擴(kuò)建方案；如果公路整體技術(shù)狀況較好，僅路面破損或嚴(yán)重破損，可初步擬定為路面大修改造方案。然后根據(jù)初步擬定的改造方案，確定項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限，計(jì)算設(shè)計(jì)年限的通行能力。

改造方案的設(shè)計(jì)年限及設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)年限可根據(jù)相關(guān)規(guī)范確定。其中，設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)年限是公路項(xiàng)目路段通行能力分析的重要參數(shù)之一。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，公路建設(shè)項(xiàng)目交通量的預(yù)測(cè)年限一般為調(diào)查年到項(xiàng)目投入運(yùn)營(yíng)后20年[1]，雙車道二、三級(jí)公路新建、改擴(kuò)建項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)年限為15年[2]，雙車道二、三級(jí)公路大、中修項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)年限暫無(wú)規(guī)范規(guī)定，可參考《公路瀝青路面養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》《公路養(yǎng)護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（報(bào)批稿）等按路面設(shè)計(jì)使用年限確定，如表1所示。

表1 公路路面大、中修項(xiàng)目設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)年限表[3-4]

明確改造方案和設(shè)計(jì)年限及設(shè)計(jì)交通量預(yù)測(cè)年限后，即可進(jìn)行相應(yīng)的路段通行能力分析，其具體論證內(nèi)容既可論證道路設(shè)計(jì)年限內(nèi)公路服務(wù)水平是否符合規(guī)范要求，也可論證設(shè)計(jì)年限內(nèi)預(yù)測(cè)的高峰小時(shí)交通量與設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的交通量大小關(guān)系。當(dāng)設(shè)計(jì)年限高峰小時(shí)流率SF大于設(shè)計(jì)服務(wù)水平條件下的通行能力Cd時(shí)，說(shuō)明設(shè)計(jì)年限末年道路無(wú)法滿足交通量發(fā)展需要，道路需要進(jìn)行改擴(kuò)建或新增通道分流交通量；如果設(shè)計(jì)年限高峰小時(shí)流率SF小于或等于設(shè)計(jì)服務(wù)水平條件下的通行能力Cd時(shí)，說(shuō)明進(jìn)行大中修是合理的，設(shè)計(jì)年限末道路仍滿足規(guī)范要求的設(shè)計(jì)服務(wù)水平。主要工作流程圖如圖1。

圖1 工作流程圖

該文擬以四川省山區(qū)某省道雙車道公路路面大中修工程為例談利用通行能力分析輔助進(jìn)行既有公路改造方案決策及相關(guān)要點(diǎn)。

2 項(xiàng)目概況

某省道項(xiàng)目位于四川省涼山彝族自治州會(huì)東縣及會(huì)理縣境內(nèi)，項(xiàng)目區(qū)處于川西高原南緣與云貴高原北側(cè)兩大地貌單元交接地帶，地形復(fù)雜，屬山嶺重丘區(qū)。項(xiàng)目路線全長(zhǎng)約12.5 km?，F(xiàn)狀公路為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，標(biāo)準(zhǔn)路基寬度8.5 m。

根據(jù)調(diào)查，項(xiàng)目現(xiàn)有路面已使用7年。全線病害類型主要為半剛性基層開(kāi)裂引起的反射橫向開(kāi)裂及縱向開(kāi)裂，主要發(fā)生在路中線兩側(cè)，表現(xiàn)為以龜裂、沉陷、車轍及泛油為主，縱向裂縫及坑槽較少，目前裂縫均未進(jìn)行處理，導(dǎo)致病害加劇發(fā)展。根據(jù)初步評(píng)估，擬定的方案為在舊路上加鋪路面結(jié)構(gòu)層的大修養(yǎng)護(hù)。

2.1 交通量預(yù)測(cè)結(jié)果

項(xiàng)目擬于2022年底完工，設(shè)計(jì)年限末2028年（大修路面設(shè)計(jì)年限）的AADT為2 680 veh/d；交通組成為小型車比例68.6%，中型車比例25.4%，大型車比例5.0%，汽車比例1.0%。

2.2 路幅組成

路幅具體組成為：0.25 m硬化土路肩+0.5 m硬路肩+2×3.50 m行車道+0.5 m硬路肩+0.25 m硬化土路肩。

2.3 路面設(shè)計(jì)情況

公路自然區(qū)劃為V4區(qū)（川滇黔高原干濕交替區(qū)），瀝青及瀝青混合料氣候分區(qū)為2-4-1夏熱冬溫潮濕區(qū)。據(jù)老路的設(shè)計(jì)資料，原路面的結(jié)構(gòu)形式為：4 cm AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土+5 cm AC-20中粒式瀝青混凝土+20 cm水泥穩(wěn)定碎石基層。該次大修擬先將原瀝青路面銑刨1 cm，然后針對(duì)病害原因進(jìn)行處理，再鋪筑5 cm厚（AC-20C）瀝青混凝土+4 cm厚（AC-13C）SBS改性瀝青混凝土。該次擬定的瀝青路面大修設(shè)計(jì)年限為6年。

2.4 禁止超車區(qū)比例

該項(xiàng)目為雙車道公路，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，禁止超車區(qū)由沿線公路條件、行車障礙物的分布、視距及雙向交通量的構(gòu)成等條件決定。主要為平曲線、豎曲線視距不足路段；學(xué)校、城鎮(zhèn)、沿河等路段；進(jìn)入鐵路或其他道路前30 m等路段應(yīng)禁止超車。對(duì)于既有公路，前期工作階段可采取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查或采用高清衛(wèi)片識(shí)別對(duì)向車道分界線（黃實(shí)線）長(zhǎng)度比例的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，該項(xiàng)目主要采用室內(nèi)利用高清衛(wèi)片識(shí)別公路對(duì)向車道分界線（黃實(shí)線）長(zhǎng)度來(lái)確定禁止超車區(qū)比例，識(shí)別結(jié)果為該路段黃色單實(shí)線長(zhǎng)度占比為29.7%，即禁止超車區(qū)比例約29.7%。

2.5 延誤率

延誤率為車頭時(shí)距小于或等于5 s的車輛數(shù)占總交通量的百分比，而車頭時(shí)距是指在同一車道中連續(xù)行駛的兩輛車頭通過(guò)某點(diǎn)的時(shí)間間隔，對(duì)于既有公路，前期工作階段可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查確定，也可通過(guò)高清衛(wèi)片識(shí)別量測(cè)車頭間距，經(jīng)換算后得到車頭時(shí)距，從而估算該段延誤率，其中利用高清衛(wèi)片識(shí)別量測(cè)車頭間距時(shí)，選用衛(wèi)片的拍攝時(shí)間不宜為節(jié)假日，具體時(shí)段可根據(jù)擬改造項(xiàng)目所在地區(qū)的交通出行時(shí)間分布特點(diǎn)及拍攝時(shí)間點(diǎn)對(duì)擬建項(xiàng)目交通影響的程度確定。經(jīng)初步測(cè)算該路段的延誤率約為71%。

3 通行能力分析

3.1 高峰小時(shí)流率

項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限的年平均日交通量AADT為2 680 veh/d，由于項(xiàng)目位于四川省涼山州，且項(xiàng)目位于城市之間干線公路，根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范，查表3.3.4，得到設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)K=17%，則雙向設(shè)計(jì)小時(shí)交通量按規(guī)范式（3.3.3）計(jì)算，有：

根據(jù)周榮貴[5]等編著的《公路通行能力手冊(cè)》，查表取15 min高峰小時(shí)系數(shù)PHF15=0.883（如表2所示）。

表2 15 min和5 min高峰小時(shí)系數(shù)PHF表

則高峰小時(shí)流率：

3.2 設(shè)計(jì)通行能力

3.2.1 基準(zhǔn)通行能力CB

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》附錄A表A.0.1-3，設(shè)計(jì)速度40 km/h的兩車道三級(jí)公路基本通行能力取2 400 pcu/h。

3.2.2 設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的最大服務(wù)交通量

該項(xiàng)目為三級(jí)公路，設(shè)計(jì)速度40 km/h，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.2.1，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)服務(wù)水平為四級(jí)（如表3所示）。

表3 公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平表[1]

同時(shí)，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況，禁止超車區(qū)比例小于30%，根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范，查表3.2.2-3，該項(xiàng)目路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平下對(duì)應(yīng)的飽和度閾值（v/C）取0.54。則有：

式中，MSFi——雙車道公路路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的最大服務(wù)交通量（pcu/h）。

3.2.3 設(shè)計(jì)通行能力

根據(jù)公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范，設(shè)計(jì)通行能力可根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范式（3.6.2）計(jì)算：

式中，Cd——雙車道公路路段設(shè)計(jì)通行能力（veh/h）；

fHV——交通組成修正系數(shù)；

fd——方向分布修正系數(shù)；

fw——車道寬度、路肩寬度修正系數(shù)；

ff——路側(cè)干擾修正系數(shù)。

其中，項(xiàng)目設(shè)計(jì)年限雙向設(shè)計(jì)小時(shí)交通量DHV為456 veh/h，按路線設(shè)計(jì)規(guī)范查表3.6.2-1，取中型車的折算系數(shù)為3，大型車的折算系數(shù)為4，汽車列車的折算系數(shù)為5，則交通組成修正系數(shù)fHV：項(xiàng)目為普通公路，方向分布系數(shù)50/50，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.6.2-2，確定方向分布系數(shù)為fd=1.0。

車道行車道寬度3.5 m，硬路肩寬度0.75 m，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.6.2-3，當(dāng)行車道寬度3.5 m，硬路肩寬度1.0 m時(shí)，車道寬度與硬路肩寬度修正系數(shù)fw取0.84，該項(xiàng)目實(shí)際硬路肩寬度0.75 m，略窄于1.0 m，綜合考慮并修正后車道寬度與硬路肩寬度修正系數(shù)取fw=0.82。

該公路位于偏遠(yuǎn)山區(qū)，公路兩側(cè)人煙稀少，公路兩側(cè)主要為農(nóng)田、耕地，有少量自行車及行人出行。查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.1.4，該項(xiàng)目路側(cè)干擾等級(jí)為較輕干擾，路側(cè)干擾等級(jí)為2級(jí)，查路線設(shè)計(jì)規(guī)范表3.6.2-4，得到路側(cè)干擾修正系數(shù)ff=0.85。

根據(jù)路線設(shè)計(jì)規(guī)范式（3.6.2），則有：

3.3 結(jié)果

大修設(shè)計(jì)年限（2028年），該公路預(yù)測(cè)的高峰小時(shí)流率SF為516 veh/h，公路設(shè)計(jì)服務(wù)水平（四級(jí)）下的路段設(shè)計(jì)通行能力Cd為532 veh/h，很明顯，SF＜Cd，則大修設(shè)計(jì)年限內(nèi)該路段設(shè)計(jì)服務(wù)水平下的通行能力滿足規(guī)范要求，采用大修方案是合理的。同時(shí)，由于兩值相差不大，建議大修設(shè)計(jì)年限末即開(kāi)展項(xiàng)目改擴(kuò)建前期研究工作。

4 結(jié)語(yǔ)

既有公路擬改造前期決策時(shí)，進(jìn)行通行能力分析及服務(wù)水平分析是很有必要的，特別是有些項(xiàng)目整體路況較好，僅路面破損，從表面上看，僅需要路面大中修即可，但從通行能力分析來(lái)看，路面設(shè)計(jì)年限內(nèi)交通量已經(jīng)接近飽和，大中修設(shè)計(jì)年限內(nèi)即需要進(jìn)行改擴(kuò)建，造成重復(fù)建設(shè)和浪費(fèi)。當(dāng)然，路段通行能力只是前期決策的一個(gè)輔助手段，具有很重要的作用，但并不是決定因素，既有公路改造方案決策還與建設(shè)難度、資金情況、地方規(guī)劃發(fā)展需要等多種因素有關(guān)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)參考使用。另外，在公路改造項(xiàng)目的工程可行性研究階段，也可進(jìn)行通行能力分析，對(duì)項(xiàng)目的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。