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何洋
（中交公路规划设计院有限公司，北京 100088）
依托国家“一带一路”倡议，作为国家经济发展基础设施的重要组成，高速公路建设正在向中西部地区倾斜。中西部地区山区分布广泛，地势高差大，地质条件差，施工条件艰苦。施工便道由于其等级低，标准低，临时性的特征，往往成为设计过程中极易忽视的设计内容。目前，尚未有明确的设计规范对施工便道设计进行规范，因此，施工便道的修建极为随意，施工人员车辆安全性保障不足，施工效率低下。
在施工便道线形技术指标方面，2009年，关兵[1]说明了施工便道的定义，论述了施工便道在公路工程建设中的重要性。本文通过对施工便道的特点分析，指出施工便道设计指标选择的参考标准，构建施工便道总体设计方案，力图为规范施工便道设计提供指导。
施工便道通常指在施工过程中，为施工材料、施工机械设备、施工人员、施工废土弃渣进出施工现场而改造或建设的临时性的低等级道路，根据需要可临时设置便桥等必要设施。其主要特点如下。
2.1 临时性
施工便道一般仅为施工目前而设置，施工完成后则进行废除或恢复为地方一般道路。
2.2 地形地貌受限
施工便道先于项目主体建设，故而在现状地形地貌未改变前建设，山区坡度极大，地形条件十分复杂多样。
2.3 经济控制
施工便道为临时性设施，投入资金有限，力求满足功能需求的前提下，尽可能节约投入。
2.4 低技术指标
施工便道由于其临时性，只需满足施工期间车辆人员进出场需求即可，同时为合理控制临时设施投入，施工便道技术指标尤其是平纵指标极低，以便更好地适应地形地貌，满足实际需求。
2.5 车辆荷载重
施工便道建设目的以运输工程机械设备、建筑材料及开挖土石渣等，目前国内常用的车辆以重载25 t自卸车为主，实际操作中存在部分车辆超载等问题，因此，施工便道通行车辆荷载大。
施工便道为满足施工需要，应充分结合现场地形地貌，投入的经济性，不宜选择较高的设计标准，可充分利用既有的道路加以改造。目前，尚未有明确的设计规范对设计指标进行规定，参考JTG D20—2017《公路路线设计规范》（以下简称《规范》）及JTG 2111—2019《小交通量农村公路工程技术标准》（以下简称《农村公路标准》），采用四级公路及农村公路标准，因地制宜、灵活应用指标。
3.1 施工便道平面技术指标
3.1.1 直线
直线最大长度：山区高速施工便道地形条件较为复杂，长直线段落较少，最大直线长度要求对施工便道无考察意义。
直线最小长度：根据《规范》中规定设计速度大于或等于60 km/h时，反向曲线与同向曲线间的直线距离应分别大于设计速度的2倍和6倍为宜。当设计速度不大于40 km/h时可参考执行。《农村公路标准》则尚未对最小直线长度要求。过短直线易使驾驶员视觉上产生“断背曲线”，误认为反向曲线，导致驾驶失误，不能操作自如，形成反向平稳过渡。因此，考虑视觉需要和车辆制动条件，同向曲线间最小直线长度不小于3倍设计速度，反向曲线间最小直线长度不小于1.2倍设计速度[2-3]。
3.1.2 圆曲线半径R
圆曲线半径直接影响车辆的行驶稳定性。根据车辆倾覆及滑移半径控制条件，为防止车辆倾覆，必须保证：
式中，V为车辆速度，km/h；
b为汽车轮距，m；
hg为汽车重心高度，m；
ih为路面横向坡度。
为防止车辆在行驶过程中，不向外横向滑移，必须保证：
式中，φh为横向摩阻系数。
由式（1）、式（2）计算可知，在15 km/h的运行速度下，防止倾覆最小半径为4.2 m，防滑移最小半径为3.2 m。
依据《规范》圆曲线半径计算公式：
式中，μ为横向力系数；
i为路面坡度。
最大超高8%时，圆曲线最小半径取整为10 m。
综上可知，施工便道在15 km/h的运行速度下，圆曲线最小半径为10 m。
3.1.3 缓和曲线
为使曲率、超高等指标连续均匀，不出现局部突变点，在直线与圆曲线之间设置缓和曲线，以使线形空间连续均匀，提高驾驶操作性和行车平稳性。缓和曲线过短，车体偏移过大，背离正常行车轨迹，会使驾驶员操作困难，引发事故。缓和曲线主要考察超高渐变过渡需要。根据《规范》超高渐变段长度按式（4）计算：
式中，Lc为超高过渡段长度；
Δi为超高横坡度与路拱坡度的代数差；
B为超高旋转轴至行车外侧边缘的宽度；
P为超高渐变率。
考虑施工便道错车需要路面宽度为7.5 m，计算可知，一般地区的施工便道超高过渡长度为6.75 m，结合施工便道线元长度要求，缓和曲线至少为8.33 m。综上可知，施工便道在15 km/h的运行速度下，缓和曲线最小半径为10 m。
3.2 施工便道纵断面技术指标
3.2.1 最大纵坡
施工便道主要为大型车辆进出场，行驶速度较慢，且有计划有组织行驶，受到干扰较小。突出矛盾为车辆重载和最大纵坡间的关系，因此，技术指标中最为重要的就是最大纵坡和最大坡长。根据现场调研，目前施工常用的自卸式载重车辆类型为中国重汽金王子系列，满载总重2 500 kg，最大输出功率Pe为221 kW。根据车辆在爬坡阶段的受力情况可知：
式中，F为车辆行驶的牵引力；
a为车辆的加速度；
m为车辆的质量，可由车辆重量W/g获得；
T为车辆发动提供的牵引力；
Rf为车辆行驶过程中受到的滚动阻力；
Ri为车辆在爬坡过程中受到的坡度阻力。
结合现场实际调研，施工便道一般坡度为4%~15%，个别极限条件下坡度可达20%，甚至25%，本文考量普适性倾角范围为2.3°~12°。
根据物体运动速度与距离计算关系，可得到车辆速度与加速度的行驶特性关系，进一步可得到车辆性能限制的最大极限纵坡。
同时，结合实际调研情况，施工便道的最大坡度应满足驾驶员在满载时，以满足正常运输速度完成运输工作时，能接受的最低爬坡匀速状态对应的坡度。根据现场调查研究，实测车辆最低运行速度为10 km/h，同时当便道超过20%的坡度，车辆行驶速度迅速下降，驾驶员需高度警惕车辆下滑风险。从而可得到施工便道最大坡度18%~20%，考虑车辆运营的实际情况及便道路面因雨水浸泡等因素，施工便道最大纵坡为18%。
3.2.2 最大坡长
根据上文所指出的最大坡度计算过程中，车辆在18%时，可保持最低10 km/h的速度正常行驶100 m左右，此时车辆仍能正常驾驶。根据计算结果，当坡度升至20%时，仅50 m速度就降低至5 km/h，无法维持10 km/h的最低速度运行。在驾驶员熟练的操作下，纵坡坡度在18%以下的纵坡并不会对行驶速度有很大影响[5]。故此施工便道最大坡长限制在100 m，尚能维持正常使用。
本文通过对山区高速公路施工便道的特点分析，结合施工车辆爬坡性能和受力分析，对高山区施工便道的平面技术指标和纵断面主要技术指标进行分析，提出了主要控制指标的取值。山区高速公路施工便道设计应充分结合实际使用情况，尤其是车辆性能，选择适宜的参数，优化施工便道使用效率和服务质量。
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