低等級沿溪線公路提級改造設(shè)計(jì)

張學(xué)軍

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，北京市100082）

0 引言

沿溪線：沿河溪走向布設(shè)的路線。

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，公路客、貨運(yùn)規(guī)模也逐年遞增，早期修建的低等級公路由于標(biāo)準(zhǔn)低、路面狹窄、縱坡大、行車速度緩慢、交通安全設(shè)施不完善等諸多問題，易造成交通事故、擁堵等現(xiàn)象，已成為阻礙經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。因此對現(xiàn)況道路進(jìn)行提級改造，是目前緩解這種不利狀況的措施之一。

本文通過對111國道北京段（湯河口～市界）的實(shí)例分析，提出在低等級沿溪線道路提級改造設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)體會，以供同類設(shè)計(jì)參考。

1 111國道北京段（湯河口～市界）概況

1.1 111國道線路走向與功能定位

111國道北京段（湯河口～市界）是國道111的一部分（國道G111線北京至加格達(dá)奇公路貫穿北京、河北、內(nèi)蒙古，是東北地區(qū)交通中樞和進(jìn)關(guān)的重要通道，途經(jīng)豐寧、圍場、赤峰、通遼、烏蘭浩特等，全長2123 km，北京段長192 km；從懷柔至加格達(dá)奇路段，又名京加路），規(guī)劃為一級公路，是北京與河北豐寧地區(qū)交通聯(lián)系的主要通道，是北京北部的次要貨運(yùn)交通走廊，在承擔(dān)過境交通的同時(shí)又承擔(dān)著區(qū)域交通的集散功能，見圖1。

1.2 現(xiàn)況道路條件

111國道現(xiàn)況道路標(biāo)準(zhǔn)較低，為山嶺重丘區(qū)三級公路，道路全長58.6 km，橫斷面為一幅路型式，路面寬度為6 m，路基寬度為7.5 m，雙向2車道，修建于1973年。線位有47 km傍湯河的沿溪線，且多次跨越湯河，終點(diǎn)段為越嶺線。近些年來雖經(jīng)歷多次大修維護(hù)，但由于交通量的劇增和大噸位車輛運(yùn)輸造成了路面損壞嚴(yán)重；同時(shí)，隨著旅游業(yè)的快速發(fā)展，路面狹窄及大量游人入境導(dǎo)致了交通擁堵，不和諧的路況逐漸顯露，已成為山區(qū)交通的“瓶頸”，見圖2。

1.3 湯河

1.3.1 概述

湯河是潮白河、白河的一條支流，發(fā)源于河北省豐寧縣鄧家柵子，由鄧家柵子以上的北茨榆、上辛房、長勝堡三條長度近似的支溝組成。河流全長110 km，流域面積為1257 km2；其中北京市懷柔區(qū)境內(nèi)河長52.6 km，流域面積為618.3 km2。河床縱坡0.84%，區(qū)境內(nèi)較緩0.5%。湯河為季節(jié)性河流，由于地勢原因，坡陡流急，汛期洪水很大，春季常常斷流。

湯河位于燕山山脈的后山地區(qū)，北鄰壩上高原，地勢北高南低，海拔在2000～280 m，地形大部分為低山丘陵區(qū)，干流河谷開闊，一般寬在200～700 m，主河槽寬80～150 m，河漫灘階地發(fā)育，主槽在特大洪水時(shí)易發(fā)生擺動。由于河道兩岸為高山峻嶺，河道為溝谷川地，屬于山區(qū)峽谷型河道，河道流勢較穩(wěn)定。流域植被覆蓋良好，為灌木和次生幼林，在喇叭前后溝的上游有森林覆蓋。

湯河處于密云水庫上游的水源保護(hù)區(qū)內(nèi)，水質(zhì)分類為Ⅱ類（見圖3）。

1.3.2 歷史洪水調(diào)查、分析

湯河流域年降雨量在450 mm左右，主要集中在6～8月，由于后山地形影響，容易發(fā)生局部性雷陣雨天氣，一般年份湯河干流不易發(fā)生洪水，只有在個別年份，由于太平洋副熱帶高壓北伸，它的邊緣帶來了大量的水汽，加上冷空氣的頻繁活動及個別臺風(fēng)天氣系統(tǒng)北伸的影響，形成了連陰天氣和大暴雨，才能造成全流域的特大洪水，如1939年等大洪水年份的天氣系統(tǒng)就是這種情況。

通過對湯河沿線歷史和現(xiàn)狀洪水調(diào)查，湯河干流近百年發(fā)生特大洪水的有1900年，1939年，其次有1905、1912、1919、1929年等年份；解放后有 1949、1974年為全流域，1972、1991年在湯河長哨營以下干流發(fā)上較大的洪水，其最大調(diào)查的洪峰流量均在600～862 m3/s，其中1972、1991年洪水造成1968年建成的10 a一遇湯河漫水橋曾兩度漫橋，沖毀橋頭路堤，1974年7月洪水在湯河蘭營將當(dāng)時(shí)正在修建的111國道北京段（懷豐公路）沿河路堤沖毀數(shù)十米（后改線到山邊），此時(shí)湯河洪峰流量為615 m3/s，主要是路基基礎(chǔ)防護(hù)深度不夠，洪水時(shí)河槽擺動側(cè)蝕掏刷河岸和路堤所致。

通過調(diào)查與頻率分析，湯河干流1939年洪水與1900年量級相當(dāng)，總體上1939年洪水略大于1900年洪水，其經(jīng)驗(yàn)頻率為100 a一遇，其值與湯河干流各河段理論計(jì)算值基本一致，見表1。

表1 111國道北京段湯河支干流1939年洪水與百年一遇設(shè)計(jì)洪峰流量表

2 關(guān)鍵技術(shù)問題分析

2.1 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

（1）現(xiàn)況地勢大部分為依山傍水，展線困難。

本工程大部分道路一側(cè)為陡峻的山崖，一側(cè)為現(xiàn)況行洪河道，河道外側(cè)多為基本農(nóng)田或村落，見圖4。

在通道走廊內(nèi)，本項(xiàng)目是利用舊路路由還是新辟道路、是開山還是占用河道，是本項(xiàng)目線位選擇的難點(diǎn)。

（2）路線兩側(cè)分布有大量的村落、旅游度假村和軍事單位，地方交通出行需求強(qiáng)。

沿線經(jīng)過湯河口鎮(zhèn)、長哨營滿族鄉(xiāng)、喇叭溝門滿族鄉(xiāng)、大量的村落和眾多旅游度假村及幾處軍事設(shè)施單位。

因通道走廊內(nèi)只有一條111國道，地方的交通出行均需要利用111國道。在現(xiàn)況路基礎(chǔ)上加寬改造，施工期間交通導(dǎo)改也較為困難，見圖5。

（3）沿線匯入的支溝眾多，泥石流現(xiàn)象多發(fā)。

湯河北京境內(nèi)的支流，自上而下從左岸匯入的有帽山溝、楊樹溝等八條；從右岸匯入的有胡營子溝、喇叭后溝等七條。大洪水期間常伴有泥石流發(fā)生，共有泥石流溝5條。

（4）景色秀麗、生態(tài)環(huán)境好，對環(huán)保要求高。

本項(xiàng)目基本處于以自然山水和滿族風(fēng)情為主體的塞北深山區(qū)風(fēng)景帶內(nèi)。因地理因素的長期影響，項(xiàng)目沿線城鎮(zhèn)化水平較低，工業(yè)、農(nóng)業(yè)發(fā)展緩慢，環(huán)境污染源少，自然生態(tài)環(huán)境受人為干擾程度低，林業(yè)、生態(tài)旅游等發(fā)展較快。

除靠近111國道的大小村莊外，其他地區(qū)的交通設(shè)施欠發(fā)達(dá)。沿線村鎮(zhèn)中，湯河口鎮(zhèn)為北京33個示范小城鎮(zhèn)之一，發(fā)展較好；喇叭溝門鄉(xiāng)是懷柔區(qū)三大生態(tài)景區(qū)之一，已開發(fā)景點(diǎn)50余處，旅游度假村、旅游飯店二十余家，整個旅游業(yè)已初具規(guī)模。

線路所經(jīng)之地有村莊、山區(qū)林地、河流、溝壑、風(fēng)景旅游區(qū)等，還有少量農(nóng)田、耕地。喇叭溝門滿族鄉(xiāng)有北京市最大的森林自然保護(hù)區(qū)。

因此本項(xiàng)目對生態(tài)環(huán)保及水源的保護(hù)有著較高的要求。

（5）現(xiàn)況道路防洪標(biāo)準(zhǔn)為20 a一遇，提級后設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為百年一遇，豎向高程需要抬高。

現(xiàn)況道路為三級公路，道路防洪標(biāo)準(zhǔn)基本滿足20 a一遇；本次改造后，道路等級為一級公路，路基標(biāo)準(zhǔn)按規(guī)范要求應(yīng)滿足百年一遇防洪水位要求，因此部分路段豎向高程需要抬高，相應(yīng)對現(xiàn)況村落的房屋、交通出行、景觀、防洪等造成影響。

2.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)本項(xiàng)目沿溪線改建的特點(diǎn)及難點(diǎn)，設(shè)計(jì)過程中堅(jiān)持“技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理”的指導(dǎo)思想，貫徹“利用現(xiàn)況、服務(wù)地方、安全預(yù)防、尊重自然、符合規(guī)范、以人為本”的原則，精心設(shè)計(jì)。

（1）利用現(xiàn)況，靈活進(jìn)行線形設(shè)計(jì)，減少二次開山、占用部分河道、保留河道基本形態(tài)、少占基本農(nóng)田。

a.確定道路設(shè)計(jì)的前提條件：利用現(xiàn)況道路，不新建道路。

本項(xiàng)目在前期研究過程中，對于是利用現(xiàn)況道路還是新建道路做了大量的分析研究。由于工程所處區(qū)域?yàn)闇瞎却ǖ?，兩?cè)為崇山峻嶺，如果新建道路，則將占用大量現(xiàn)有土地資源，特別是基本農(nóng)田，部分區(qū)域受現(xiàn)況狹窄山谷制約，也沒有新建道路的路由。因此本著少征地拆遷、減少對現(xiàn)況自然生態(tài)影響的原則，最終確定利用舊路線位，在現(xiàn)況三級路基礎(chǔ)上提級改建為一級公路，局部調(diào)整平面線形，裁彎取直，以滿足一級公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

前期線位比選見圖6。

b.少開山，在保留河道基本形態(tài)不變的前提下，占用部分河道，同時(shí)對占用河道部分進(jìn)行恢復(fù)。

現(xiàn)況道路修建于1973年，至今已近40年。雖然公路管養(yǎng)部門每年不斷的進(jìn)行路側(cè)綠化、美化，但沿線大部分路段仍能看到較為明顯的開山痕跡，由此可見山體生態(tài)恢復(fù)的艱難性。

在充分分析基礎(chǔ)條件、把握關(guān)鍵性控制因素的基礎(chǔ)上，項(xiàng)目前期對開山和占用河道進(jìn)行了多方案比選，綜合比較工程量、投資及對生態(tài)的保護(hù)，最終確定少開山，在保留河道基本形態(tài)不變的前提下，占用部分河道，同時(shí)對占用河道部分進(jìn)行恢復(fù)，保持正常行洪。

c.平面線形靈活性設(shè)計(jì)，避免大填大挖，減少拆遷和工程量。

在滿足公路使用功能、行車安全的前提下，結(jié)合沿線地形、地貌、水文、地質(zhì)等自然條件，在現(xiàn)況路基礎(chǔ)上裁彎取直，靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，保持線形連續(xù)、均衡、舒適，盡可能少拆遷、少占基本農(nóng)田和少占河道，節(jié)省投資。

（2）服務(wù)地方，在改建道路的同時(shí)，方便地方交通的出行。

道路建設(shè)的基本目的是為社會交通服務(wù)。特別是111國道沿線，在通道走廊內(nèi)線路稀缺的情況下，地方的出行均依賴現(xiàn)有道路，交通的暢通對經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有很大的制約作用。

本工程積極協(xié)調(diào)與走廊帶內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的關(guān)系，使公路建設(shè)與鄉(xiāng)鎮(zhèn)規(guī)劃相互協(xié)調(diào)，相互促進(jìn)，在滿足公路建設(shè)需要的同時(shí)，為沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)的未來發(fā)展提供便利條件。根據(jù)沿線村鎮(zhèn)的分布、間距，采用地方路與111國道平交（右進(jìn)右出、黃閃燈、信號燈）的方式；在村鎮(zhèn)段，路線線位在舊路外側(cè)布設(shè)，使舊路作為村鎮(zhèn)的地方路使用，以減少相互干擾，為過境交通及區(qū)域交通提供良好的交通轉(zhuǎn)換服務(wù)，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

（3）安全預(yù)防，避免地質(zhì)災(zāi)害對道路運(yùn)行期的影響。

根據(jù)河道及其支溝的水利、水文資料和本項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害評估報(bào)告，擬建公路沿線的地質(zhì)災(zāi)害類型確定為構(gòu)造斷裂、崩塌危巖和泥石流三種，其中泥石流溝谷主要集中在建設(shè)區(qū)內(nèi)的南北兩側(cè)。在設(shè)計(jì)過程中，對這些路段的線位、豎向高程、橋涵規(guī)模均進(jìn)行了特別處理，以避免地質(zhì)災(zāi)害對道路運(yùn)行期的影響。

（4）尊重自然，減少對現(xiàn)況生態(tài)的破壞、加強(qiáng)生態(tài)恢復(fù)，進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)。

本工程全線位于密云水庫地表水源地三級保護(hù)區(qū)內(nèi)，自起點(diǎn)至43 km處均為沿湯河的沿溪線，跨越湯河9次；在四道穴以北至終點(diǎn)之間有約8 km路位于喇叭溝門自然保護(hù)區(qū)內(nèi)。環(huán)境敏感區(qū)主要為湯河、山體及沿線村鎮(zhèn)。

在設(shè)計(jì)中，重視生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)工作，貫徹“預(yù)防為主、保護(hù)優(yōu)先、防治結(jié)合、綜合治理”的原則。對公路沿線區(qū)域內(nèi)的水源保護(hù)區(qū)、城鎮(zhèn)、村莊、河流、農(nóng)田等進(jìn)行有效保護(hù)，使道路及構(gòu)筑物與周圍環(huán)境景觀和諧統(tǒng)一。

a.生態(tài)環(huán)保及景觀設(shè)計(jì)

河北豐寧的風(fēng)沙區(qū)距懷柔只有幾十公里，山區(qū)生態(tài)環(huán)境的優(yōu)劣，直接影響著北京的生態(tài)環(huán)境。因此設(shè)計(jì)遵循“不破壞就是最大的保護(hù)“原則，力爭少伐樹、開山，保護(hù)自然環(huán)境，同時(shí)注重保持水土、涵養(yǎng)水源、減少風(fēng)沙等自然災(zāi)害。

在離線位較近的村鎮(zhèn)，對受影響房屋安裝隔音窗替換原有普通窗，可有效的屏蔽道路噪聲影響，使房屋內(nèi)噪聲環(huán)境符合要求。

通過綠化的修復(fù)作用，恢復(fù)公路建設(shè)損壞的生態(tài)植被，并按照自然的規(guī)律，在公路范圍內(nèi)最大的增加植被覆蓋率或綠量，在有條件的情況下，根據(jù)適地適樹，適地適草的原則，充分利用多種植物，營造四季季相鮮明、剛?cè)岵?jì)，與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)的特色植物景觀，形成喬灌草，常綠與落葉，多彩植物搭配、穩(wěn)定的立體復(fù)合植物群落。

b.水土保持

本項(xiàng)目主要為沿溪線段拓寬改造，填方量較大，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，在不影響生態(tài)保護(hù)的前提下，合理確定取土坑及棄渣場位置；通過采用工程與植被相結(jié)合的綠化技術(shù)措施，對公路邊坡進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，增強(qiáng)邊坡的穩(wěn)定性。通過這些措施，可以有效防治因項(xiàng)目建設(shè)而產(chǎn)生的水土流失，大大降低公路建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響，保證公路的安全運(yùn)行。

c.水源保護(hù)

湯河是潮白河流域白河的一條支流，水體功能為密云水庫飲用水水源地上游，水質(zhì)分類為II類，處于密云水庫上游的三級水源保護(hù)區(qū)內(nèi)。本工程大部分為沿溪線，線位走向盡量避開、少占現(xiàn)況河道，以減少對湯河的破壞；在路面和橋梁兩側(cè)設(shè)置排水溝和應(yīng)急池，使雨水或污水經(jīng)處理后再進(jìn)入地表水體，這樣可以大大減輕地表徑流對地表水體的影響。具體流程如下：

降雨初期，最初5～10 mm的降雨量經(jīng)格柵去除塑料袋等大粒徑的固體污染物；然后經(jīng)應(yīng)急池后進(jìn)入濾池，過濾后排放；降雨后期雨水滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，于應(yīng)急池前溢流。當(dāng)裝載有毒化學(xué)品的車輛發(fā)生泄漏時(shí)，工作人員盡快到達(dá)事故現(xiàn)場，關(guān)閉應(yīng)急池后閥門；清洗路面，將有毒廢液沖洗至應(yīng)急池內(nèi)待進(jìn)一步處理。

（5）符合規(guī)范，在滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，盡可能減少與現(xiàn)況的矛盾。

滿足河道防洪和道路百年水位的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)河道拐彎、浸水擋墻基礎(chǔ)的防沖刷處理，同時(shí)減少對現(xiàn)況的影響。

a.道路豎向高程的確定

本項(xiàng)目經(jīng)過喇叭溝門滿族鄉(xiāng)，現(xiàn)況道路高程低于20 a一遇水位。綜合考慮此段的豎向，在設(shè)計(jì)中提出兩個豎向方案：方案一豎向按百年水位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，滿足規(guī)范要求，但最大處高出現(xiàn)況路約4.5 m；方案二豎向?qū)⒋硕螛?biāo)準(zhǔn)降低，局部將舊路坡度放緩，使設(shè)計(jì)高程滿足20 a一遇水位要求（20 a與百年水位差2.3 m），介于百年水位及舊路高程之間，道路臨河側(cè)設(shè)1 m的防浪墻，臨建筑側(cè)設(shè)1～2 m的路肩墻。

喇叭溝門段水位與現(xiàn)況路高程一覽見表2。

經(jīng)多次評審、優(yōu)化，最終確定道路豎向標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照百年水位進(jìn)行設(shè)計(jì)，為減少對現(xiàn)況民房、交通、景觀影響，將與現(xiàn)況路高差大處的210 m長路基調(diào)整為橋梁。

表2 喇叭溝門段水位與現(xiàn)況路高程一覽表

b.防沖刷處理

根據(jù)河道勘察，加強(qiáng)河道拐彎段路基及浸水擋墻基礎(chǔ)的防沖刷處理。

（6）以人為本，提供舒適行車環(huán)境，保證安全出行。

結(jié)合路線所經(jīng)環(huán)境的具體情況，以人為本，合理、科學(xué)地設(shè)置觀景平臺及臨時(shí)休息服務(wù)區(qū)，將公路設(shè)計(jì)融入于自然之中，為旅行者提供景色優(yōu)美、安全舒適的行車環(huán)境。

a.觀景臺

如在七星滿族度假村處設(shè)置觀景臺，方便駕乘人員短暫休息及觀景。此處所處的位置較高，既可以觀賞遠(yuǎn)處的連綿群山，又可以看到曲折的公路、清澈的水面和仿古城墻，開闊的視野可以緩解駕駛者的視覺疲勞。另外，觀景平臺上設(shè)置安全護(hù)欄，以保游人安全，多方位的考慮，為休息者提供一個人性化的空間（見圖7）。

b.服務(wù)區(qū)

項(xiàng)目沿線村鎮(zhèn)分布散亂，規(guī)模大的鎮(zhèn)、鄉(xiāng)間距較長。長哨營鄉(xiāng)距喇叭溝門21 km，喇叭溝門距市界19 km，市界距豐寧約30 km，這中間沒有一處加油站。為保證駕駛員及乘客的良好狀態(tài)，擬考慮在喇叭溝門鄉(xiāng)北甸子北側(cè)設(shè)置一處服務(wù)區(qū)，滿足加油、停車、如廁等需求。服務(wù)區(qū)的設(shè)置同時(shí)對沿線的社會經(jīng)濟(jì)會產(chǎn)生一定的帶動作用，有利于該地區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展（見圖8）。

3 總結(jié)

沿溪線設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容是多方面的，線位走向、整體協(xié)調(diào)關(guān)系是否合理對整個項(xiàng)目運(yùn)行至關(guān)重要。111國道北京段（湯河口～市界）目前已開工，總結(jié)其工程特點(diǎn)、難點(diǎn)，對設(shè)計(jì)中的一些體會進(jìn)行分析、研究，建議在同類設(shè)計(jì)中應(yīng)高度重視以下幾方面問題，希望能對其他沿溪線的設(shè)計(jì)給予一些借鑒。

（1）線位的選擇及舊路利用

設(shè)計(jì)前期應(yīng)綜合區(qū)域交通、用地、規(guī)劃等基礎(chǔ)條件，明確是否利用舊有道路或新建道路；如利用舊路，應(yīng)結(jié)合兩側(cè)地形、地物，對開山、占用河道進(jìn)行比較，兼顧生態(tài)環(huán)保和占用土地。

（2）豎向滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及減少對現(xiàn)況的影響

沿溪線豎向設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是河道防洪水位，在滿足河道防洪與道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，應(yīng)減少對現(xiàn)況村鎮(zhèn)、交通、景觀等的影響。

（3）減少對河道的影響及防沖刷

河道的形態(tài)是歷經(jīng)多年自然形成，應(yīng)盡量減少對河道特別是主河槽的改移；如果必須改移，應(yīng)按照行洪條件進(jìn)行恢復(fù)；同時(shí)注意防沖刷的處理，防止水流對路基的沖刷破壞。

（4）地質(zhì)災(zāi)害的安全預(yù)防

一般情況下，沿溪線均與不少匯入河道的山谷支溝相交，同時(shí)部分傍山段因人為或自然因素導(dǎo)致山體邊坡失穩(wěn)、崩塌危巖，應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料進(jìn)行安全預(yù)防，避免泥石流、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害對道路運(yùn)行期的影響。