淺述長沙市三環(huán)線西南段勘察設計

［摘要］文章針對長沙市三環(huán)線西南段勘察設計的標準、科技創(chuàng)新和新技術、以人為本、彰顯人性化設計新思路及強化細節(jié)設計、注重路景合一等方面進行深入論述、總結。該項目實現(xiàn)了高速公路與城市快速干道的完美結合。

［關鍵詞］高速·城市快速干道；和諧型設計；路景合一；創(chuàng)新；設計·人性化

［作者簡介］李啟，湖南省交通規(guī)劃勘察設計院高級工程師，湖南長沙，410008

［中圖分類號］ U412［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1007-7723（2008）07-0144-0005

長沙市三環(huán)線西南段，經(jīng)過預可、工可、初設、施工圖設計、項目建設和交（竣）工驗收、開放交通，已嚴格按工程建設程序和國家有關工程建設法律法規(guī)完成，項目兼具城市快速干道和高速公路的特點。筆者作為初步設計、施工圖設計項目負責人，現(xiàn)僅就勘察設計和建設過程中的相關情況重點進行論述。

一、項目概述

根據(jù)湖南省路網(wǎng)規(guī)劃和長沙市道路交通規(guī)劃，長沙市交通以“六橋三環(huán)”構成道路環(huán)網(wǎng)主骨架，三環(huán)線由西北段、京珠高速公路長沙段和本項目組成。西南段1999年12月28日開工，2007年7月5日全線通過竣工驗收，工程質(zhì)量等級評定為優(yōu)良，項目經(jīng)濟效益顯著，具有很強的抗風險能力。

二、技術要點

（一）路線走向

為使設計達到規(guī)范深度和廣度要求，我們和建設單位一道，先后多次踏勘現(xiàn)場、交流意見，在建設標準、建設規(guī)模和總體方案不變的前提下，路線在1/2000地形圖上采用曲線定線法進行紙上定線，再進行實地調(diào)查勘察和線位調(diào)整。經(jīng)反復研討，確定路線起于京珠高速公路李家塘互通，在莫家坳跨107國道，先后跨越大托機場鐵路專用線和京廣鐵路，于堤老子越湘江后抵達坪塘，經(jīng)靳江河、學士、梅溪灘至黃花塘與319國道相交，終點與繞城公路西北段相接，全長28.664927km。

（二）標準的分析研究和采用

主線：全部控制出入的四車道高速公路標準，設計行車速度100km/h，路基寬度26m。

1.路基方面

其路幅劃分為2m（中央分隔帶）+2×0.75m（兩側(cè)路緣帶）+4×3.75m（行車道）+2×3.0m（硬路肩）+2×0.75m（土路肩）。

超高方式：中央分隔帶保持水平，兩側(cè)行車道各自形成獨立超高體系，分別繞中央分隔帶邊緣旋轉(zhuǎn)。外側(cè)土路肩始終保持4%向外傾斜，內(nèi)側(cè)土路肩當超高小于4% 時保持原橫坡4%；超高大于4%時采用超高橫坡；硬路肩橫坡采用與行車道相同坡度值。

路基、路面排水系統(tǒng)：為保證路基和路面的穩(wěn)定，防止路面水影響行車安全，路基地表排水由邊溝、排水溝、截水溝、急流槽、邊坡平臺排水溝構成。地下排水主要包括暗管、滲溝等。路面排水由路肩排水和中央分隔帶排水設施所組成，主要由路肩排水溝、水簸箕、縱向排水盲溝、縱向排水溝、橫向排水管、急流槽、集水井等構成，考慮了路面結構層滲透水排除問題。

路基防護：原則上全部進行防護，設計堅持生態(tài)防護為主、生態(tài)與結構防護并舉的方針。為確保邊坡穩(wěn)定，防止巖層風化，減少坡面沖刷和水土流失，結合工程條件分別采用了擋土墻、漿砌片石護坡、肋帶內(nèi)植草、方格骨架內(nèi)植草、人字型骨架內(nèi)植草、方格草皮內(nèi)植草等多種形式，個別地段為收縮坡腳、陡峻山坡上的填方坡腳設護腳墻。

2.路面方面

路面結構類型：主線采用瀝青砼路面；互通匝道及收費廣場為水泥砼路面；橋面鋪裝采用與橋梁兩端相同的路面結構；中央分隔帶開口部、路緣帶、硬路肩同相應主線車行道路面。

瀝青砼路面結構：河東主線總厚為69cm，瀝青砼路面面層厚15cm，單層表處封層厚１cm，水泥穩(wěn)定碎石基層厚20cm，水泥穩(wěn)定砂礫底基層厚18cm，水泥石灰穩(wěn)定砂礫土墊層厚15cm。河西主線總厚為70cm，瀝青砼路面面層厚15cm，單層表處封層厚１cm，水泥穩(wěn)定碎石基層厚20cm，水泥穩(wěn)定碎石底基層厚19cm，開級配碎石墊層厚15cm。

水泥砼路面結構：互通匝道及收費廣場總厚55cm，即水泥砼路面面板厚25cm，水泥穩(wěn)定砂礫基層厚15cm，水泥穩(wěn)定砂礫底基層厚15cm。

3.橋涵

設計荷載：汽車一超20級，掛車一120；設計洪水頻率：特大橋1/300，其他1/100。

橋面寬度：橋梁中央分隔帶和兩側(cè)均采用鋼筋砼護欄，總寬度26m，與路基同寬。

涵洞結構類型和孔徑的選擇依據(jù)匯水面積、水力性能、水文計算、地質(zhì)情況、涵頂填土高度、沿線筑路材料分布及施工難易程度等因素，從結構安全、保證農(nóng)田灌溉和泄洪需要，盡量減小沖刷的角度出發(fā)，涵洞均采用無壓力式水流圖式，全部為暗涵，涵洞進出口均設置了5～10m的片石鋪砌，倒虹吸管采用斜管圓管配蓋板涵。

黑石鋪湘江大橋：是長沙市三環(huán)線西南段在黑石鋪跨越湘江、京廣鐵路的一座特大橋，全長3068m，是長沙交通樞紐極為重要的組成部分。

全橋孔跨布置為：連續(xù)梁[14×30m+(30m+3×40m+30m)+10×29m+12×30m+ 12×30m]+箱肋拱[5×80m(凈)]+鋼管拱[144m(凈)+162m(凈)+144m(凈)]+箱肋拱[3×80m(凈)]+ 現(xiàn)澆連續(xù)梁[9×30m]，其中現(xiàn)澆連續(xù)梁橋?qū)?6m，箱肋拱部分橋?qū)?9m，鋼管拱部分橋?qū)?4m。

基礎設計：全橋樁基礎均為直徑250cm嵌巖樁，其中兩岸高架橋基礎（1～52、65～72號墩）采用兩根樁基，53和64號墩基礎為沉井基礎，54～63號墩采用群樁基礎；0號橋臺是肋板式橋臺，73號橋臺是樁柱式橋臺。

下部構造：兩岸高架橋橋墩（1～52、65～72號墩）用兩根直徑220cm圓柱，在過渡墩上設蓋梁，53和64號墩為實體試抗推力墩，54～63號墩是實體墩。

現(xiàn)澆連續(xù)梁上部構造：上部構造箱梁用C40混凝土，設計為雙箱單室斜腹板截面，每跨需設1個臨時墩，其上架設貝雷桁架作為現(xiàn)澆施工支架（或采用滿堂式現(xiàn)澆支架），雙箱需同時澆注砼，不設預拱度，所有的支座均用GPZ系列盆式橡膠支座。為方便維修人員進出，在每聯(lián)箱梁底板無束區(qū)設三個D60cm進人洞。

箱梁預應力體系：本部分設計為全預應力結構，箱梁頂板縱向預應力束用3ф15.24和9ф15.24的鋼絞線。

箱肋拱上部構造：主橋副孔為8跨凈跨徑80m上承式箱肋拱，按坡拱設計，河東5孔坡度為0.2%，河西3孔坡度為-1.0116 %，箱肋凈矢高10m，凈矢跨比1/8，拱軸線采用懸鏈線，拱軸系數(shù)m=1.167，橫橋向為4根肋，每根肋寬300cm，由兩個寬150cm、高180cm的箱組成，箱肋是組合斷面。

鋼管混凝土拱上部構造：主孔是中承式鋼管混凝土拱橋，邊孔凈跨徑144m，凈矢高32m，凈矢跨比1/4.5，中孔凈跨徑162m，凈矢高40.5m，凈矢跨比1/4，都為正置拋物線拱肋，利用吊桿和橋面的變化形成橋梁縱坡，橋面寬34m。該橋是雙主肋桁構式布置，邊孔兩主肋間共設6道橫撐，中孔兩拱肋間共設7道橫撐，橋面系按梁格體系。

主拱肋：為桁構式雙啞鈴狀鋼管混凝土拱肋，肋高400cm，單支肋寬250cm，上、下弦桿各由兩根外徑1000mm、壁厚14mm直焊鋼管組成啞鈴狀，上、下弦桿兩鋼管之間用厚14mm綴板連接，綴板間用間距25cmφ25鋼筋連接，上、下弦桿之間的連接腹桿均用無縫鋼管，豎直腹桿間的橫連用鋼板和型鋼。

橫梁及縱梁：橫梁按鋼—砼結合梁，計算跨徑28.5m，跨中梁高230cm（橋面板30cm，現(xiàn)澆砼20cm，鋼梁180cm），鋼橫梁部分為箱型斷面，寬1000mm，跨中高1800mm，按2%的橋面橫坡形成變高，頂板厚20mm，底板厚30mm，腹板厚20mm，頂板上預留剪力釘，以便鋼砼能很好地結合。鋼橫梁制作時在跨中留50mm預拱度，按二次拋物線分配，到支座中心線位置（吊點位置）預拱度為0。

縱梁采用“工”字型鋼梁，上、下翼板寬300mm，厚20mm，腹板厚20mm，縱梁高比鋼橫梁相應位置梁高高200mm，全橋?qū)挾确秶鷥?nèi)布置五道鋼縱梁，縱梁和橫梁的連接為高強螺栓。

鋼橫梁牛腿：在橋面系和鋼管拱肋相交位置，由于橫梁無法穿過鋼管拱肋，在此設置牛腿，橫梁牛腿做成箱型斷面，采用整體鋼板穿過該位置鋼管拱肋上的腹板，并和腹板相焊。此位置腹腔是閉合腹腔，內(nèi)灌能補償收縮值的C50微膨脹砼，以加強該位置的強度。

橋面板：設計成連續(xù)板，板厚30cm，標準跨徑600cm，采用C30砼，橋面板為預制板，橫橋向分六塊預制，與橫、縱梁的連接按后澆濕接頭形成整體板。

鋼結構防腐：主孔為三跨中承式鋼管混凝土拱橋，鋼結構是本部分的主體，其中主拱肋、橫撐、牛腿、拱上立柱、鋼橫梁及縱梁都是鋼結構。鋼結構的防護是本橋的關鍵之一，鋼結構防腐年限設計為20年，防腐部位為所有鋼結構外露部分及鋼橫梁、腹桿、牛腿的內(nèi)防腐。

該橋特點和創(chuàng)新：黑石鋪湘江大橋是迄今為止長沙市區(qū)規(guī)模最大的單體橋梁工程，主體結構采用5×80m（箱肋拱）+144m+162m+144m（鋼管拱）+3×80m（箱肋拱）11孔一聯(lián)的拱式結構橫跨湘江，先進的橋梁結構技術與優(yōu)美的湘江風光融為一體，充分體現(xiàn)了創(chuàng)新與和諧的設計精神。

主橋采用11跨連拱體系，在當時國內(nèi)外都具有領先地位。既采用了傳統(tǒng)的上承式鋼筋砼箱肋拱，又采用了最新的中承式鋼管砼拱，且11跨拱橋為聯(lián)合受力體系。通過研制和開發(fā)相應的計算分析軟件對結構進行仿真分析，真實反映了結構在各工況的實際受力狀態(tài)，并據(jù)此對結構體系進行優(yōu)化設計，確保了結構的安全性和耐久性，提出了部分制動墩及全制動墩設計、大規(guī)模沉井基礎等技術措施，解決了在不良地基上主拱不平衡推力分配問題。

為解決鋼管混凝土結構關系、鋼管混凝土收縮徐變、鋼管混凝土極限承載力等關鍵技術難題，展開了一系列的科學研究和結構試驗，大大深化了對鋼管混凝土這一結構形式的認識，為鋼管砼拱結構的設計及施工規(guī)范的編制提供了重要的依據(jù)。

主橋箱肋拱和鋼管拱設計均為斜拉索扣掛拼裝和無支架纜索吊裝，施工纜索吊機跨徑187m+2×653m+187m，高108米，吊重70噸，其跨徑和規(guī)模位居當時全國第一，推動了纜索吊裝施工工藝的技術進步。

橋面板設計為預制板件拼裝，橫梁設計為鋼混組合梁，大大加快了橋面系施工進度，節(jié)省了工程造價。

靳江河大橋：左右幅按兩座獨立橋梁分別設計，左幅采用5×30m＋22×20m預應力砼連續(xù)箱梁，右幅采用5×30m＋1×12m＋21×20m預應力砼連續(xù)箱梁，主跨5×30m采用獨柱墩。

梅溪灘大橋：為1×13m＋15×16m＋1×13m鋼筋砼連續(xù)箱梁，行車條件較好。

4.路線交叉

互通式立交：全線共設5處，一處預留，即李家塘、洞井、坪塘、學士、黃花塘、大托互通（預留）。除學士互通是雙喇叭方案外，其余均為單喇叭方案，匝道設計行車速度為40km/h。

分離式立交：采用了連續(xù)梁、斜腿剛構、拱、剛架拱、連續(xù)肋板等多種新式結構，結合地形、地質(zhì)條件，交錯布置，以策美觀。

（三）環(huán)境保護

1.在路線設計時，綜合考慮線形與自然環(huán)境的配合和協(xié)調(diào)，盡可能避開風景旅游區(qū)，遠離較大的環(huán)境敏感點，如學校、廠礦、居民區(qū)等。同時，盡量避免經(jīng)過文化古跡。

2.在平、縱面組合時，合理調(diào)整線型使之自然、流暢，避免對周圍環(huán)境的破壞。橋梁、涵洞、通道的設置與排水工程綜合進行設計，方便沿線群眾的生產(chǎn)、生活，保持原有的水利設施和徑流系統(tǒng)，確保水流暢通無阻，減少水土流失。

3.做好公路沿線的綠化設計，結合地形和自然景觀設置綠化帶。這樣，既能美化環(huán)境又能降低公路運營的噪音，也能減少汽車廢氣對大氣造成的污染。

三、進度和質(zhì)量管理

依據(jù)湖南交通規(guī)劃勘察設計院質(zhì)量體系組織結構，為按合同要求完成勘察設計任務，確保勘察設計進度與質(zhì)量，項目設路線、測量、路基、路面、橋涵、路線交叉、環(huán)保與景觀、工程概預算、地勘等專業(yè)組和質(zhì)量保證與審核組、后續(xù)服務組。就勘察設計工作定量，制訂進度計劃，層層落實，嚴把質(zhì)量關，做到質(zhì)量和進度兩不誤。

進度控制：充分利用資源優(yōu)勢，合理配置技術力量，投入先進的技術設備，利用本院開發(fā)的先進技術和具有國際水平的科研成果，如GPS、遙感及公路CAD集成技術等，確保優(yōu)質(zhì)高效地完成各項工作。

質(zhì)量控制：針對地形、地質(zhì)情況復雜，建設難度大、環(huán)保要求高等特點，在勘察設計工作中，貫徹全新的“安全、環(huán)保、舒適、和諧”的設計理念，確保重點、難點工程的質(zhì)量；多次組織路線、地質(zhì)、地震、環(huán)保、巖土工程等知名專家，以專題研究、專題咨詢、集中會診多種方式，對項目重點難點進行聯(lián)合攻關；充分利用本院在西部大通道、山區(qū)高速公路的勘察設計經(jīng)驗，發(fā)揮本院人才、技術、管理等資源的優(yōu)勢，把重點、難點工程做成亮點工程；充分發(fā)揮本院基于Inter網(wǎng)、LAN局域網(wǎng)和市場的信息收集、反饋系統(tǒng)的優(yōu)勢，及時掌握公路行業(yè)國內(nèi)外新科技、新材料、新技術動態(tài)，并運用于項目中；建立高效、快速的后續(xù)服務體系（見圖1），對工程建設進行全程跟蹤，以優(yōu)質(zhì)、全面的施工服務來保證勘察設計與工程建設的緊密結合，及時處理各種技術難題和突發(fā)事件。

四、項目特點和創(chuàng)新

（一）勘察設計成果

1.嚴格執(zhí)行國家基本建設程序。從1997年開始預可行性研究報告至1999年完成招標文件的編制，接受了省、廳有關部門負責人及專家、沿線地方政府多次審查和評議，設計方案、投資規(guī)模及主要建設內(nèi)容符合國家批準的要求。

2.設計難度大，要求高。根據(jù)城市干道和高速公路各自不同的技術特性，全面系統(tǒng)地引進國內(nèi)外環(huán)線高速公路（快速干道）的規(guī)劃、設計、修筑和管理技術，使之符合城建、交通等單位的要求。

3.全面探討和諧型設計理念。和諧型設計要求公路在滿足出行與安全需求的同時，更適合周邊的自然環(huán)境和社會環(huán)境，更有利于自然風景、人文歷史、美學因素和其他社會價值的保護，主張靈活性設計，提倡公眾參與、多學科協(xié)同、多方案比較。

4.以人為本，彰顯人性化設計新思路。一開始就注意廣泛收集來自社會各個方面的信息，從規(guī)劃到最終的施工圖設計，始終將人文關懷真正落實到沿線群眾身上，注重沿線施工便道和分離式立交、通道接線工程設計，為社會主義新農(nóng)村、新城鎮(zhèn)建設添磚加瓦。如對靳江河大橋施工便橋進行專門設計，項目完工后交付地方使用，極大地方便了人民群眾的出行問題。自始至終認真聽取沿線政府和群眾的意見，依靠群眾智慧，接受群眾監(jiān)督，對路線方案、互通方案進行細致全面的比選工作，收到了良好的社會效果，長沙電視臺《政府與百姓》欄目為此進行專題報道。

5.是湖南省最早大規(guī)模使用完全曲線定線法進行設計的市政項目。在市政道路工程中屬于里程長、投資巨大工程，多處使用了卵型曲線等新的設計技術，縮減路線長度明顯，線型更加流暢自然，使公路工程融入自然、貼近自然，較好地保護了周邊環(huán)境。

6.強化細節(jié)設計，注重路景合一。針對城市環(huán)線的特點，首次將景觀設計這一理念全方位地應用于設計中，全線邊坡進行了液壓植草，面積達38萬平方米，中央分隔帶植物栽植人性化，分段約3km調(diào)整一種品種，或球狀、或塔頂，預防駕駛員視覺雷同引起疲勞，互通修飾以草皮為主、灌木為輔、喬木點綴，全面綠化，富有立體層次感。

7.在湖南省市政工程建設中率先并創(chuàng)造性地引進多種先進綠化技術，如土壤改良法、植生袋法、微生物團粒噴播、沃爾德客土噴播、土工格室等巖石邊坡生態(tài)防護技術，效果良好，為打造原生態(tài)環(huán)保路提供強有力的技術支持，也為湖南省后續(xù)工程建設積累了寶貴的經(jīng)驗。

（二）設計的成功經(jīng)驗

經(jīng)過設計和施工中成績與問題的反思，對我們的設計思想、設計能力來說都是一次不可多得的實踐和檢驗，特別是以下方面，對設計工作產(chǎn)生了深刻的影響。

1.建好一條優(yōu)質(zhì)路，必須以科學管理為先導，施工為基礎，監(jiān)理作保證。本院精心組織、精心設計，在整個勘測設計過程建立健全作業(yè)組、隊、院三級質(zhì)量保證體系，項目技術人員經(jīng)過日夜奮戰(zhàn)，進行大量科學試驗和專題研究，設計過程凝聚著本院工程技術人員的智慧與心血，在湖南省開創(chuàng)了此類項目的先例，也為本院后來的邵懷、常張、常吉等高速公路工程積累和提供了豐富的設計和施工經(jīng)驗。

2.公路與橋梁是社會向前發(fā)展的產(chǎn)物，代表著社會各方面的切身利益。設計前，應對各種影響設計的因素都作深入細致的調(diào)查研究，充分占有資料，是搞好設計的基礎和前提。本著實事求是的科學態(tài)度，艱苦扎實的工作作風，充分協(xié)商，給長遠的規(guī)劃發(fā)展預留足夠的空間，才能保證設計作品取得滿意的效果。

3.建立健全質(zhì)量保證體系。提高公路勘察設計質(zhì)量，必須依靠科技進步，提高科技含量，有針對性地借鑒國外成熟的技術、標準和規(guī)范，鼓勵創(chuàng)新，科學確定技術標準，合理選用技術指標， 最大限度地保護自然環(huán)境，嚴格控制工程造價，提倡個性化設計。

五、項目效益和風險

該項目完善了省市兩級路網(wǎng)結構、滿足了長沙市規(guī)劃發(fā)展需要，項目建成通車后，取得了如下重大的社會和經(jīng)濟效益。

第一，隨著三環(huán)線西南段的建成，長沙市“三環(huán)六橋”交通骨架中的“三環(huán)”最終成型，與其他道路一起基本構成了現(xiàn)代城市立體交通網(wǎng)絡。運營開通已達4年多，此期間徹底解決了過境車輛的進城問題，發(fā)揮了交通網(wǎng)的整體能力，對降低城市道路的擁擠度起著重要作用。

第二，實現(xiàn)了長沙市城市地域規(guī)模的迅猛擴張，沿線工業(yè)園、開發(fā)區(qū)如雨后春筍崛起，土地成倍升值，沿線小城鎮(zhèn)依托該項目經(jīng)濟發(fā)展迅速，逐步形成并發(fā)展為長沙市的小衛(wèi)星城鎮(zhèn)。今天的三環(huán)線，已經(jīng)成為一條產(chǎn)業(yè)興旺的經(jīng)濟環(huán)帶，必將給我們的城市帶來更多的發(fā)展機會，拓展更為廣闊的發(fā)展空間，構筑全新的發(fā)展要素集聚平臺。

第三，線形流暢自然，環(huán)境優(yōu)美悅目。橋梁構造物充分利用自然條件，多姿多彩，極大地豐富了城市景觀。其中，黑石鋪湘江大橋氣勢恢弘壯觀，已成為長沙一景。

第四，三環(huán)線貫通后成為了長沙市環(huán)保、電力、電信、管道等市政工程建設的重要載體，如省、市政府先后以長沙市三環(huán)線作為“無煤區(qū)”、“采砂場”的地域劃分界線，兩側(cè)已規(guī)劃為“環(huán)城林帶”。隨著城市規(guī)模的擴張，三環(huán)線必將成為市政項目的重要載體。

六、結語

“人本之路、創(chuàng)新之道、和諧之美”。該項目勘察設計積極探索新制度、新理念、新方法、新技術，第一次將GPS、航測技術、遙感技術引入到省內(nèi)市政工程項目；第一次將和諧型設計的思想方法引入到城市道路中，圍繞“行車安全、環(huán)境友好、資源節(jié)約、服務市民”積極探索，大力創(chuàng)新，彰顯人性化設計新思路；第一次在湖南省市政項目設計中大規(guī)模采用完全曲線定線方法；注重路景合一，針對城市環(huán)線的特點，將景觀設計這一理念全方位應用于設計中；強化細節(jié)設計，各專業(yè)設計均取得了創(chuàng)新和突破，視覺美感極佳；實現(xiàn)了城市快速干道與高速公路的完美結合。

［參考文獻］

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