某荒漠车辆装备试验场道路设计

朱骏 苟育红 张纲举

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092；2.中国兵器工业试验测试研究院，陕西华阴 714200）

0.引言

试验场是车辆装备性能检测、研发、验证的重要场所。依托试验场，车辆装备可以更快、更好、更安全的迭代升级，优化更新。因此，许多部门、企业投资建设试验场以求自身突破。而荒漠试验场以其保密性强、测试场地广、可拓性强、投资强度低等优点逐步得到市场的青睐。本文依托某工程实例，简要介绍荒漠试验场道路设计的主要考虑因素、技术难点及其对策，以供他人借鉴。

1.主要考虑因素

1.1 自然气候条件

某工程位于温带荒漠干旱区，为典型的大陆型气候，以风沙大、干旱少雨、日照充足、蒸发强烈为主要特点。由于荒漠地区风大沙多，植被稀疏，起风时宜起沙尘。风沙对公路路基会产生较大的危害，其主要危害是沙埋和风蚀。沙埋主要有两种情况[1]：一是由于风沙流通过路基时，沙粒沉降、堆积，掩埋路基；二是由于沙丘移动上路而掩埋路基。风蚀是风沙直接冲击路基，带走路基上的沙粒或土颗粒，从而引起路基的宽度和高度的减小。因此在选线时，尽量采用大半径的平曲线，以减小风沙对道路的危害。纵坡坡度以平缓为宜，竖曲线尽量采用大半径。路基边坡宜缓不宜陡。路基应低填浅挖，宁填勿挖。荒漠地区昼夜温差大，干燥缺水，对于施工也带来巨大的难度和挑战。根据自然气候，道路等级、路面类型、层位等选择合适路面材料及其添加剂，同时加强路面养生工作。

1.2 试验车辆

试验场作为车辆的测试服务平台，应充分调研试验车辆数据。根据试验车辆的特点，本项目试验道路设计时需要考虑以下几方面的因素：

（1）道路线形设计。联络道的技术指标应满足公路规范的要求。测试道路的线形指标需满足试验车辆的车速及测试线形要求。选线要尽量考虑填挖平衡，在竖向高程上要兼顾排水的需求。（2）试验道路车道宽度设计。从试验车辆的需求分析来看，本工程需要考虑无人车测试。无人车体积较小，重量轻，转弯半径小，其测试道路宽度可窄于普通道路。但主要联络道需要考虑大型车辆的通行需求，在道路平面几何尺寸（道路宽度、转弯半径等）设计时，满足大型车的需求。（3）试验道路路面结构的承载力。本项目虽然试验车型主要为无人车，但需考虑大型车辆的通行需求，在道路设计时仍按照10t作为车辆标准轴载来考虑，相应的试验区域的路面结构进行特殊处理（自然路面除外），满足其承载力的要求，使路面结构能达到设计的使用年限，避免使用一段时间后产生路面车辙、开裂等病害。（4）纵断面与道路净空要求。试验道路的纵坡设计与试验车辆的技术参数是密切相关的，如坡道设计时，需要考虑试验车辆的爬坡能力，车身长度来确定其爬坡顶处的竖曲线半径，如果坡度较陡，车身较长，容易出现底盘擦到地面的情况，设计时需要验算最不利情况以确保车辆能正常试验。（5）车辆自动驾驶的要求。1）车辆自动驾驶的道路设计首先基于测试安全的原则，降低自动驾驶公共道路测试过程的风险，保障测试车辆及其道路使用者的安全。2）根据不同车辆的技术特征和测试场景的差异性，构建自动驾驶测试的道路。3）测试场景的柔性及典型性。测试场景应选择最基本、最常见的道路类型，并在道路周边搭建最具代表性、实际道路中出现频率最高的场景。通过基本道路的有效组合，形成多样性的场景复现，最经济性的达成试验目的。

2.工程案例

某部修建荒漠试验场。建设内容分为连接路，城市道路模拟区、野外综合道路等3部分，道路总长超过100km。地质地形情况如下。

2.1 地形地貌

地势开阔，地形东高西低，勘探点标高1189.81m～1370.12m，最大高差180.31m，平均坡降1.5%。场地植被不发育，植被种类以梭梭树为主。

2.2 地质水文条件

主要土层情况如：粉细砂①层（Q4eol）：褐黄色、稍湿、密实、颗粒均匀、级配一般，以石英、长石为主，含云母。层厚0.3m～5.0m，在场地表层普遍分布。砾砂②层（Q2al+pl）：杂色、稍湿、密实，以中粗砂与砾石为主，部分含卵石。层厚0.5m～6.0m，在场地东北侧普遍分布。角砾土②2层（Q2al+pl）：杂色，稍湿，密实，以角砾砂为主，含中粗砂及少量粉土颗粒，偶见卵石。层厚5.0m～7.0m，仅在连接路L3部分分布(钻孔L2-12，L3-2，L4-1处揭露)。全风化泥质粉砂岩③层（E3q）：褐红色，原岩结构构造已破坏，岩芯采取率70%，岩芯呈颗粒状，遇水崩解，手捏易碎。层厚2.0m～4.0m。强风化泥质粉砂岩④层（E3q）：褐红色，细粒结构，中厚层状构造，岩芯呈碎块状，泥质胶结，不成块状，遇水崩解，岩芯采取率85%，RQD为35%。层厚0.9m～5.0m。在建设项目区内无河流及其他地表水体分布。雨季降水冲刷粉细砂与泥质粉砂岩易形成地表冲沟。

2.3 抗震

基本地震动加速度反应谱特征周期为0.35s。根据国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）[2]，线路所处区域地震基本烈度8度，加速度0.20g，反应谱特征周期0.40s。地下水埋藏较深，场地土不液化。

2.4 道路平纵设计

道路线形以直线为主，道路走向与主风向夹角<60°。测试道路必须按照实验的要求保证一定的直线段长度、曲线段半径和纵坡。纵面线形应顺应自然地形的变化，以低路堤为主。在过水路面处，纵断面需拉低。从造价及防风沙考虑，设计填方略大于挖方，路堤高度一般高出地面线50cm～100cm。

2.5 道路横断面设计

一般连接路断面布置方案为：1.5m（土路肩）+2m×3.5m（行车道）+1.5m（土路肩）=10m；过水路面断面布置方案为：0.5m（硬路肩）+2m×3.5m（行车道）+0.5m（硬路肩）=8m；野外综合道路断面布置方案为：1m土路肩+5m～7m行车道+1m土路肩=9m。

2.6 道路路基设计

（1）路基填筑材料要求。路基必须密实、均匀、应具有足够的强度、稳定性、抗变形能力和耐久性；结合当地习惯做法，利用当地常用的级配砂砾修筑路基。（2）路基填筑方案。对于测试路，遵循高标准、严要求的原则，路基压实度和强度要求按照公路规范中高速公路的标准执行[3]。对于填方路基填筑时，路面结构底至清表底之间回填级配砂砾，压实度≥94%。对于零填及挖方路基填筑时：路面结构层范围进行超挖后进行地基压实，压实度≥94%。（3）基底处理。路基填筑前，应对原场地进行清表处理，清表深度为30cm，主要清除表面层松散土层、植被及垃圾，碾压夯实地表压实度达到94%，方可进行路基填筑。根据当地习惯做法，路床不需要处理。（4）边坡设计。为减小风沙对边坡的损害，边坡坡率1:3的缓坡率，同时采用大颗粒的砂砾石对边坡进行防护。

2.7 道路路面设计

（1）一般道路路面设计。项目采用沥青路面和水泥路面。沥青面层采用90号A级道路石油沥青加SBS改性。沥青路面采用结构：4cm AC-13C（SBS改性）；6cm AC-20C；0.6cm稀浆封层；20cm厚 5%～6%水泥稳定级配砂砾（抗压强度3.5MPa）；20cm厚 5%～6%水泥稳定级配砂砾（抗压强度3.0MPa）；30cm 级配砂砾基层（压实度≥97%）；E0≥40MPa。水泥路面采用结构：24cm钢筋水泥混凝土路面（弯拉强度5.0MPa，双层钢筋网片）；15cm厚 5%～6%水泥稳定级配砂砾（抗压强度3.5MPa）；15cm厚 5%～6%水泥稳定级配砂砾（抗压强度3.0MPa）；15cm 级配砂砾底基层（压实度≥97%）；E0≥60MPa。（2）特殊路面设计。针对项目特种测试道，为保证其耐久性、在水泥混凝土中掺入防冻剂和金刚砂，以提供水泥混凝土抗冻性能并增强水泥混凝土路面的抗滑性能。

3.结论

本文重点探讨荒漠试车场道路设计的主要考虑因素，对于荒漠道路路基路面方案作了介绍。结论：（1）荒漠试车场的线形设计需综合考虑自然环境及试验的双重要求。（2）道路宽度应以需求分析为基础，进行针对性设计。（3）路基的处理方案宜充分调研当地常规做法，结合工程实际进行设计。（4）沥青路面应采用改性设计。（5）水泥混凝土路面应做加筋、抗冻设计，必要时增加抗滑措施。