中國標(biāo)準(zhǔn)在中巴經(jīng)濟(jì)走廊地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)公路改建工程的應(yīng)用

谷志文

（中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，北京 100088）

0 引 言

中巴喀喇昆侖公路（Karakoram Highway，KKH）又名中巴友誼公路，地處中巴經(jīng)濟(jì)走廊地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)區(qū)，是目前世界上海拔最高的國際公路。中巴喀喇昆侖公路位于帕米爾高原腹地，線路跨越喜馬拉雅山脈、喀喇昆侖山脈和興都庫什山脈，地質(zhì)構(gòu)造上屬于印巴板塊與歐亞板塊強(qiáng)烈碰撞擠壓地帶，是地質(zhì)構(gòu)造最為活躍、地殼抬升最迅速、地震活動(dòng)最為強(qiáng)烈、下切侵蝕最劇烈的地區(qū)［1－2］。由于地殼內(nèi)應(yīng)力和地表外應(yīng)力作用非常強(qiáng)烈，公路沿線經(jīng)常出現(xiàn)多種類型的地質(zhì)災(zāi)害，道路通行條件極其惡劣，斷道現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，對中巴兩國的經(jīng)貿(mào)往來造成嚴(yán)重影響。

由于公路所處地質(zhì)條件特殊，KKH公路改擴(kuò)建工程面臨很多受災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和致災(zāi)潛勢，這就要求在改擴(kuò)建工程中能夠選用合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文主要從中巴KKH公路各種地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育及特征出發(fā)，研究公路系統(tǒng)和地質(zhì)災(zāi)害環(huán)境系統(tǒng)的相互作用及影響，同時(shí)綜合中國道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、亞洲公路網(wǎng)政府間協(xié)定中公路分級和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，與巴基斯坦公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，優(yōu)選設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行道路設(shè)計(jì)并付諸實(shí)施，使中巴KKH公路建設(shè)對脆弱生態(tài)環(huán)境造成的影響降低到最低程度，同時(shí)在建設(shè)中通過防護(hù)工程增強(qiáng)公路系統(tǒng)的抗災(zāi)能力，為促進(jìn)公路沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展乃至中巴經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

1 中巴KKH公路地質(zhì)災(zāi)害特征

中巴KKH公路區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍、溝谷深切、氣候惡劣、晝夜溫差大、凍融交替循環(huán)，物理風(fēng)化強(qiáng)烈，河流侵蝕能力極強(qiáng)，導(dǎo)致沿線不良地質(zhì)廣泛發(fā)育，沿線地質(zhì)病害種類多、密度大，主要的地質(zhì)災(zāi)害類型有泥石流、崩塌、雪崩、滑坡、涎流冰、溜石坡、水毀、高海拔多年凍土等［3－7］，其分布范圍及產(chǎn)生原因如表1所示。

表1 喀喇昆侖公路沿線主要地質(zhì)災(zāi)害

總之，中巴KKH公路沿線的地質(zhì)災(zāi)害具有如下特點(diǎn)：公路地質(zhì)災(zāi)害類型全，分布廣、規(guī)模大，災(zāi)情嚴(yán)重，災(zāi)害呈面、線、群出現(xiàn)，且多發(fā)、頻發(fā)。

2 中巴KKH公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選擇

2.1 中巴KKH公路改建前的道路狀況

1966年中巴雙方合作共同建設(shè)中巴KKH公路，于1978年全線通車，但受惡劣天氣及地質(zhì)災(zāi)害影響，該公路只在每年5月到11月期間才允許通車。初期建設(shè)公路的技術(shù)指標(biāo)基本按照當(dāng)時(shí)中國交通部頒發(fā)的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（1972年3月27日批準(zhǔn)）執(zhí)行；橋梁設(shè)計(jì)按照1956年9月批準(zhǔn)《公路工程設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（試行）》（草案）執(zhí)行。由于當(dāng)時(shí)的工程條件惡劣，除了路面寬度能夠保證6m之外，路肩寬度基本不符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

中巴KKH公路地處帕米爾高原腹地，地質(zhì)情況復(fù)雜，自建成通車之后連年受到地質(zhì)災(zāi)害影響，部分路段破壞后多年未進(jìn)行改造、整修，主要存在的問題如下：山區(qū)路段平縱面指標(biāo)低、暗彎多、視距差；局部路段平面線形指標(biāo)偏低，線形不夠連續(xù)、舒順；路面平面線形扭曲，路基寬度參差不齊，很多地段未達(dá)到建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；部分橋梁由于主梁剛度不足，橋面鋪裝龜裂、擁起、脫落；橋下積水、冰涌現(xiàn)象嚴(yán)重，墩臺(tái)沖刷加劇，墩臺(tái)基礎(chǔ)局部掏空外露，路基坍塌、沖毀；部分路段路基寬度不足；防護(hù)工程嚴(yán)重不足，排水系統(tǒng)不完善；路面存在不同程度的擁包、龜裂、網(wǎng)裂、松散、啃邊、剝落等現(xiàn)象。

2.2 公路等級及技術(shù)指標(biāo)對比

在中巴KKH公路建設(shè)初期，巴基斯坦當(dāng)?shù)貨]有完整、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)毓方ㄔO(shè)等級及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定以參照美國AASHTO標(biāo)準(zhǔn)為主。其中設(shè)計(jì)速度、等級、路線幾何參數(shù)指標(biāo)完全采用美國AASHTO參數(shù)，僅橫斷面設(shè)計(jì)時(shí)將巴基斯坦地方特點(diǎn)與美國AASHTO參數(shù)進(jìn)行了結(jié)合。巴基斯坦國內(nèi)公路分級情況如表2所示。

公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是進(jìn)行公路設(shè)計(jì)施工的主要參考性文件，工程前期確定采用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)主要參考的項(xiàng)目包括：道路的使用功能、性質(zhì)和交通量預(yù)測結(jié)果，同時(shí)需要綜合考慮區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、道路網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃地形、地質(zhì)條件等因素［8－10］。在此對中國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）、亞洲公路網(wǎng)政府間協(xié)定中公路分級及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及巴基斯坦公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中的設(shè)計(jì)速度、路基寬度等主要指標(biāo)進(jìn)行對比分析，具體如表3～5所示。

表2 巴基斯坦國內(nèi)公路分級

表3 公路設(shè)計(jì)速度對比 km·h－1

表4 路基寬度對比

綜合對比表3～5可知，亞洲公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中二、三級公路在設(shè)計(jì)速度方面過渡區(qū)分不明顯，不同等級公路的行車道寬度相比中國規(guī)范及巴基斯坦規(guī)范均較窄；同一設(shè)計(jì)速度下不同等級公路的路基寬度相差較大，亞洲公路標(biāo)準(zhǔn)在進(jìn)行二、三級公路路肩設(shè)計(jì)時(shí)均采用硬路肩。巴基斯坦公路標(biāo)準(zhǔn)中將公路分為高等級公路和低等級公路，低等級公路具體分為二級公路和小型公路。中國公路標(biāo)準(zhǔn)中不同等級公路的設(shè)計(jì)速度區(qū)分比較明確，且不同設(shè)計(jì)速度下的道路行車道寬度、路肩寬度及路基寬度等指標(biāo)過渡合理，在選擇時(shí)易與工程實(shí)際情況結(jié)合，可操作性強(qiáng)，有利于工程進(jìn)一步開展設(shè)計(jì)施工。

表5 不同設(shè)計(jì)速度下二、三級公路的路基寬度對比

2.3 技術(shù)指標(biāo)選用原則及目標(biāo)

通過對中國標(biāo)準(zhǔn)、亞洲標(biāo)準(zhǔn)和巴基斯坦標(biāo)準(zhǔn)的比較分析，并基于中巴公路的現(xiàn)狀和沿線地形、地質(zhì)及災(zāi)害情況，借鑒中國在西藏、新疆公路改建整治的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合國內(nèi)部分災(zāi)害多發(fā)區(qū)公路路段設(shè)計(jì)指標(biāo)的應(yīng)用情況，提出中巴KKH公路改建主要設(shè)計(jì)原則如下：重點(diǎn)對災(zāi)害進(jìn)行治理，提高公路抗災(zāi)能力和通行能力；充分利用原有道路和現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物，以節(jié)約資金，將工程規(guī)?？刂圃诳山邮芊秶鷥?nèi)；在地形較好、技術(shù)指標(biāo)低的路段，適當(dāng)提高技術(shù)指標(biāo)，以改善行車條件，提高運(yùn)營舒適性；困難路段以災(zāi)害點(diǎn)為控制點(diǎn)靈活運(yùn)用技術(shù)指標(biāo)，盡量利用現(xiàn)有路基或向外側(cè)拓寬改造，避免對地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和不穩(wěn)定邊坡造成新的傷害；注重公路的安全設(shè)施設(shè)計(jì)，重視環(huán)境生態(tài)保護(hù)。

結(jié)合公路的技術(shù)現(xiàn)狀、地形地質(zhì)等建設(shè)條件，以及KKH公路交通量現(xiàn)狀與預(yù)測結(jié)果，對地質(zhì)災(zāi)害整治的可行性進(jìn)行分析，從公路改建和災(zāi)害整治2個(gè)方面著力開展KKH公路改建工程［14－15］。雷科特至蘇斯特段改建以提升道路服務(wù)水平為主要目標(biāo)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)較好的行車安全條件和良好的駕乘環(huán)境，從而保證在無偶然性大規(guī)模暴發(fā)重大地質(zhì)災(zāi)害和運(yùn)營期間正常養(yǎng)護(hù)的條件下，實(shí)現(xiàn)道路全天候的安全、可靠、舒適和暢通；蘇斯特至紅其拉甫段則要求在一般季節(jié)確保具備較高服務(wù)水平、較好安全行車條件、良好的駕乘環(huán)境，實(shí)現(xiàn)在無重大地質(zhì)災(zāi)害大規(guī)模暴發(fā)和運(yùn)營期間正常養(yǎng)護(hù)的條件下，道路安全、可靠、舒適、暢通。

2.4 中巴KKH公路改建技術(shù)指標(biāo)的確定

由于巴基斯坦的經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平低于中國，在進(jìn)行公路技術(shù)指標(biāo)確定時(shí)應(yīng)綜合考慮其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和工程所在地的地形地質(zhì)條件。在建設(shè)條件方面，中巴KKH公路的地形地質(zhì)等條件極為復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害較為嚴(yán)重，如果在建設(shè)過程中忽視建設(shè)條件的復(fù)雜性而片面追求公路等級和技術(shù)指標(biāo)，不僅會(huì)引起工程量的大幅增加，還可能誘使新的地質(zhì)災(zāi)害或潛在地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生和發(fā)展，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)極大。在工程造價(jià)方面，如果強(qiáng)調(diào)較高的公路等級和技術(shù)指標(biāo)，在現(xiàn)有建設(shè)條件下，勢必引起工程量和工程總造價(jià)的大幅增加，降低項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。在公路網(wǎng)銜接方面，考慮中國國道G314線紅其拉甫至喀什段公路的建設(shè)情況，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)相互協(xié)調(diào)、銜接配套，才能發(fā)揮全線整體效益。

經(jīng)綜合比較認(rèn)為，中巴KKH公路的地形地質(zhì)等建設(shè)條件同川藏原公路較為類似，同時(shí)中國的公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用能夠更好地適應(yīng)低等級山區(qū)公路的實(shí)際情況，因此在中巴KKH公路改建工程采用中國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)中國《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）規(guī)定進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，局部工程參考亞洲公路的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。綜合考慮路段所處的地形地質(zhì)條件及交通量預(yù)測結(jié)果，中巴KKH大部分路段按照中國三級公路30km·h－1和40km·h－1設(shè)計(jì)速度標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)施工，部分地質(zhì)地形條件良好路段則采用中國二級公路60km·h－1和80km·h－1設(shè)計(jì)速度標(biāo)準(zhǔn)。

3 中巴KKH公路路線設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)用

3.1 技術(shù)指標(biāo)的選用

公路技術(shù)指標(biāo)靈活選用的實(shí)質(zhì)在于從實(shí)用性的角度出發(fā)，同時(shí)在安全性、適用性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性等多個(gè)方面之間分清主次、合理取舍、避重就輕，在工程建設(shè)可行的基礎(chǔ)上使工程的綜合效益最大化。

確定技術(shù)指標(biāo)的主要要求如下：大范圍路段以條件與需要、技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的適度為基點(diǎn)，分段采用不同的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；小范圍路段以不誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害為原則，分段把握盡量較高而又均衡的設(shè)計(jì)；局部以滿足基本通行條件、不誘發(fā)新的地質(zhì)災(zāi)害為“底線”，靈活掌握指標(biāo)的運(yùn)用。

對地形條件較好的路段，在工程量增加不大的前提下盡可能實(shí)現(xiàn)高技術(shù)指標(biāo)。在對KKH公路進(jìn)行逐段分析的基礎(chǔ)上，可參照更高的設(shè)計(jì)速度來掌握路線平縱指標(biāo)，必要時(shí)進(jìn)行運(yùn)行速度分析，做出安全合理的設(shè)計(jì)。

3.2 路線設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)運(yùn)用實(shí)例

為提高運(yùn)行速度，增強(qiáng)司乘人員的行駛舒適性，同時(shí)確保公路運(yùn)行快捷、舒適、安全，《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTG B01—2014）及《公路路線設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG B20—2017）均對路線平曲線半徑的運(yùn)用提出要求，尤其對于極限半徑，要求所采用的平曲線半徑應(yīng)大于“一般值”，當(dāng)?shù)匦螚l件或其他特殊情況限制時(shí)，方可采用“極限值”。

中巴喀喇昆侖公路地形、地質(zhì)條件極其復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育多、分布廣，為減少地質(zhì)災(zāi)害對公路的影響，控制工程投資，本文以K492＋800～K493＋800路段路線布設(shè)為例闡明中巴KKH公路主要路線技術(shù)指標(biāo)運(yùn)用情況，圖1為K492＋800～K493＋800路段路線平面圖。

圖1 K492＋800～K493＋800段路線平面

由圖1可見，該段路線沿山腰布設(shè)，山體高陡，地面橫坡在40°～50°之間，大部分為基巖，巖體完整性較好，局部為卵礫石土堆積，全段分布有5處崩塌。該路段設(shè)計(jì)速度為30km·h－1，舊路順應(yīng)地形開挖，共設(shè)置13個(gè)平曲線，平曲線半徑30m以下的多達(dá)3處，最小平曲線半徑為25m，行車安全性、舒適性較差。圖2、3依次為該段線路改擴(kuò)建縱斷面和運(yùn)行速度。

圖2 K492＋800～K493＋800段路線縱斷面

如圖2、3所示，在K492＋800～K493＋800段路線設(shè)計(jì)時(shí)，其平曲線半徑依次為：206.027、52.365、79.240、66.867、80.000、67.687、82.686、50.230、50.193、50.795、54.622、100.015m，平面曲線半徑在確定時(shí)多大于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一般值，以保證汽車駕駛者在視覺、心理上能夠主動(dòng)要求減速，且速度變化均勻、連續(xù)。對基巖較完整路段進(jìn)行開挖以拓寬路基，而在地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)和上邊坡不穩(wěn)定路段應(yīng)避免開挖，通過設(shè)置下?lián)醴雷o(hù)拓寬路基，有效控制工程造價(jià)。

圖3 K492＋800～K493＋800段運(yùn)行速度

中巴KKH公路改擴(kuò)建一期項(xiàng)目于2014年完工，公路在運(yùn)行期間道路通暢，運(yùn)行舒適，實(shí)現(xiàn)了初期設(shè)計(jì)目標(biāo)。這說明在中巴KKH公路災(zāi)害多發(fā)區(qū)采用中國公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在較低投資的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)道路全天候安全、可靠、舒適和暢通的改建目標(biāo)。

4 結(jié) 語

中巴KKH公路升級改造工程作為中巴經(jīng)濟(jì)走廊建設(shè)的重點(diǎn)公路項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)建設(shè)過程中采用合理的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對公路建設(shè)質(zhì)量及服務(wù)水平提升尤為重要。本文梳理分析了中巴經(jīng)濟(jì)走廊KKH公路初期建設(shè)情況及沿線地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特性，對比研究了不同公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的差異性，結(jié)合KKH公路的沿線工程地質(zhì)特性提出了KKH公路改建的設(shè)計(jì)原則和目標(biāo)，同時(shí)基于工程應(yīng)用效果確定了中國標(biāo)準(zhǔn)在KKH公路改建工程的適用性和可行性。