淺析山區(qū)陡坡段低等級公路設計

王潤平

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院)

1 引言

隨著國家經(jīng)濟水平的提高和經(jīng)濟結構的進一步調整，農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游景區(qū)、水利基礎設施等建設越來越多。農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游景區(qū)大多建在城市周邊的山區(qū)，通過對荒山綠化改善生態(tài)環(huán)境，并建有諸如道路、水景、綠化等設施，以休閑旅游、生態(tài)農(nóng)業(yè)等吸引游客。水利基礎設施建設，特別是大型調蓄水庫建設，大多依托有利地形建于人煙罕至處。通往水庫的道路，除有施工便道功能外，還起到后續(xù)運營管理的基礎設施作用。無論是農(nóng)業(yè)生態(tài)景區(qū)建設，還是調蓄水庫建設，對公路建設者而言，其道路設施大多為山區(qū)低等級公路。

山區(qū)低等級公路設計，首先，既要考慮滿足考慮近期需要，又要為遠期擴展留下空間;其次，面對復雜的地形地質條件，合理設置平面線形、縱坡、防護排水、安全設施等，滿足行車安全需要;再次，在牢固樹立安全意識的同時，注重生態(tài)環(huán)境的保護;最后，實時跟蹤建設進度，合理進行動態(tài)設計。山區(qū)低等級公路設計，主要困難就是陡坡段的方案設計。對于陡坡的定義，國內(nèi)外尚無明確的定義，但大多文獻將30°～60°的山坡視為陡坡，本文沿用這一結論。

高等級公路通過陡坡段時，大多采用橋梁、半幅橋半幅路基、路基三種方案，路基方案又分整體式路基、分離式路基、半填半挖式路基、分臺階式錯幅路基等。受路基寬度影響，山區(qū)陡坡段低等級公路時大多進行橋梁、路基方案的比選，局部地質條件滿足時增加隧道方案比選。以山西省境內(nèi)某水庫大壩的上壩公路路基方案AK0+000～AK0+340陡坡段為研究對象，通過路基、橋梁、隧道三種方案比選，探討山區(qū)陡坡段低等級公路設計。

2 項目方案研究

項目為引黃工程某調蓄水庫附屬項目，主要服務于水庫的建設和運營。受地形影響，技術標準參照交通部《關于印發(fā)農(nóng)村公路建設指導意見的通知》(交公路發(fā)【2004】372號)，主要路段原則上設計速度20km/h，受限路段設計速度采用15km/h，路基寬度6.5m。橋涵設計荷載等級為公路—Ⅱ級，路基、涵洞設計洪水頻率不作規(guī)定，其余技術標準按照交通部頒發(fā)實施的《公路工程技術標準》(JTG B01-2003)執(zhí)行。

項目陡坡段AK0+000～AK0+340，起點連接規(guī)劃的大壩交通橋，終點位于規(guī)劃的副廠房附近，與后續(xù)道路相接。水利設施泄洪洞、連通洞、補水岔洞分別橫向下穿公路AK0+050、AK0+180、AK0+220處，且已開始施工。

2.1 地形、地貌、地質、地震、氣象

項目陡坡段地形起伏較大，峭壁陡立，地形坡度49°～55°，局部高差達58m，植被覆蓋較多，峭壁下側有常年流水小河;出露地層巖性為云夢山組第二巖組薄—中厚層石英砂巖夾薄層頁巖，石英砂巖巖性堅硬，巖層產(chǎn)狀N15～30°E/SE·∠25～36°。石英砂巖強風化層厚度一般1～3m，弱風化層厚度一般5～10m。該處岸坡陡立，存在風化卸荷裂隙帶，據(jù)壩址探洞揭露，卸荷帶水平寬度19m左右，順河向裂隙延伸較長，易產(chǎn)生坍塌掉塊。

項目區(qū)大地構造處于豫皖斷塊之中條山塊隆，抗震基本烈度為Ⅶ度，反應譜特征周期0.40s。地震加速度值為0.10g。據(jù)當?shù)乜h氣象站資料統(tǒng)計，項目區(qū)多年平均降雨量596.7mm，多年平均氣溫為13.3℃，極端最高氣溫為40.5℃(1990年7月15日)，極端最低氣溫為-13.7℃(1990年2月1日);多年平均蒸發(fā)量為2090mm，最大凍土深為37mm;多年平均風速2.8m/s，最大風速23m/s(1980年7月27日);多年平均相對濕度60％左右;霜凍期在十一月上旬至次年三月上旬，無霜期200d以上。

2.2 項目方案

受水庫大壩位置的影響，項目起點位置不能改變。經(jīng)反復對陡坡段地形地質條件進行研究，提出路基、橋梁、隧道三種方案。

各方案詳述如下:(1)路基方案AK0+000～AK0+340，路線長度340m，主要構造物設1～1.0m鋼筋混凝土圓管涵2道，涵洞總長17.5m。(2)橋梁方案BK0+000～BK0+340，路線長度304.342m，主要構造物設3～16m現(xiàn)澆空心板橋1座;1～1.0m鋼筋混凝土圓管涵1道，涵長8.0m。橋梁方案BK0+188.956與路基方案相接于AK0+224.614，即BK0+188.956～BK0+340(短鏈:BK0+188.956=BK0+224.614)與AK0+224.614～AK0+340相同。(3)隧道方案CK0+000～CK0+340，路線長度339.65m，主要構造物設80m長隧道1座;1～1.0m鋼筋混凝土圓管涵1道，涵長8.0m。隧道方案CK0+328.040與路基方案相接于AK0+328.390，即CK0+328.040～CK0+340(短鏈:CK0+328.040=CK0+328.390)與AK0+328.390～AK0+340相同。

2.3 方案比選

結合現(xiàn)場地形、地質以及施工影響等，陡坡段的方案比選主要從勘察設計成本、工程造價、施工工期、安全因素、生態(tài)環(huán)境影響來考慮。工程造價以土石方、路基、路面、防護、排水、構造物及標線等主要工程數(shù)量進行估算。方案比選詳見表1。

表1 項目陡坡段方案比選表

對于橋梁方案和隧道方案，水利設施附屬項目及公路等級低等因素決定了工程造價不能過高;已經(jīng)施工的泄洪洞、連通洞、補水岔洞等水利設施決定了公路施工工期不能過長。對于路基方案，采取錯時施工可避免公路建設對水利設施建設造成較大的安全隱患;起點位置與壩體和交通橋相接處均已進行大開挖，路基方案的大開挖可以與其形成景觀一致;施工時應采取嚴格的防護措施，消除挖方邊坡施工的安全隱患。綜上所述，本項目中陡坡段設計最終采用路基方案。

3 山區(qū)陡坡段低等級公路設計

3.1 路線設計

平面設計以曲線為主。在對山體進行大開挖不可避免的情況下，陡坡段的平面設計應根據(jù)設計速度和路基寬度等，合理組合平曲線來順適地形條件以減小工程量、降低生態(tài)破壞、保證行車安全。工程量的減小應考慮防護工程量和土石方工程量之間的平衡，以確保工程造價最低。

合理運用平、縱線形設計，保障駕駛時的視覺流暢。陡坡段低等級公路縱段設計中，應合理運用平、縱技術指標，避免駕駛員因視距不足造成交通事故。對于陡坡急彎段，更應多次進行方案設計，滿足行車安全要求。

有條件的情況下進行三維公路設計。隨著信息技術的發(fā)展，數(shù)字地形圖、數(shù)字高程模型的獲取已變得不是那么的困難，很多公路設計軟件也具備了三維透視圖設計的功能，設計過程中應綜合運用這些新技術進行多次比選找到最佳方案。

3.2 安全設施設計

根據(jù)路線平面、縱段等，設置必要的標線、標志。填方段設置必要的護欄、防撞墩等安全設施。特別對農(nóng)村公路、施工便道等，陡坡急彎段視距難以保證的情況下，可設置道路廣角鏡。

3.3 路基防護排水設計

避免高擋墻，合理進行邊坡防護。陡坡段高擋墻常因基礎寬度難以滿足、施工難度大等特點應盡量避免。陡坡段多為高邊坡，設計時應根據(jù)地質、地形、植被、氣候等實際條件合理確定邊坡坡率、邊坡平臺寬度、邊坡防護類型。邊坡平臺寬度一般每8m設一個2m寬平臺，每32m設一個4m寬平臺。根據(jù)實際選用漿砌片石、植被等進行邊坡防護。

建立綜合排水系統(tǒng)。陡坡段坡面排水較大，應合理設置邊溝、平臺截水溝、急流槽等，避免排水不暢造成路面積水或對邊坡、路基的沖刷。如遇沖溝，需設置涵洞等構造物。

3.4 施工建議

設計人員應跟蹤施工過程，進行動態(tài)設計。對于類似陡坡段的地形條件復雜區(qū)，實際測量比較困難，容易造成地形圖、縱橫段面數(shù)據(jù)的不精準。設計人員應跟蹤施工過程，根據(jù)實際進行動態(tài)設計，適時調整公路設計方案。

制定合理的施工組織方案。陡坡段應逐級開挖，開挖一級防護一級，避免造成山體崩塌;陡坡段開挖容易造成大量的棄土，應根據(jù)棄土場設計制定詳細的施工方案;陡坡段擋墻施工需制定詳細的施工組織方案。

4 結束語

公路建設遇到陡坡時，優(yōu)先考慮避讓方案。難以避讓時，結合詳細勘察資料，精心設計進行多方案比選，并跟蹤施工過程進行動態(tài)設計。結合具體項目，對山區(qū)陡坡段低等級公路設計進行研究。

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