橫穿高寒的綠色公路

文/黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院 孫偉 齊琳

2017年，黑龍江省國(guó)道331線丹阿公路吉黑省界(琿春)至東寧段改擴(kuò)建工程（簡(jiǎn)稱“吉東公路”），被列為交通運(yùn)輸部綠色公路典型示范工程。作為黑龍江省近年來(lái)第一個(gè)部級(jí)公路示范項(xiàng)目，吉東公路既具備高寒地區(qū)公路建設(shè)的典型特征，又具有旅游服務(wù)功能提升，東北虎（豹）保護(hù)、水環(huán)境保護(hù)等項(xiàng)目特色。

吉東公路項(xiàng)目概況

吉東公路位于黑龍江省與俄羅斯毗鄰的邊境城市黑龍江省東寧市，起于國(guó)道331線丹阿公路吉黑省界相交處，與吉林省境內(nèi)國(guó)道丹阿公路順接，止于國(guó)道丹阿公路東寧至綏芬河段一級(jí)公路萬(wàn)鹿溝收費(fèi)站南側(cè)，全長(zhǎng)99.293公里，其中新建31.75公里，利用舊路改擴(kuò)建25.543公里，完善舊路服務(wù)功能42公里。項(xiàng)目批復(fù)概算21.22億元，建設(shè)周期36個(gè)月。

吉東公路項(xiàng)目地理位置圖

位于高寒地區(qū)與環(huán)境保護(hù)區(qū)

組圖：受特殊的氣候和水文地質(zhì)條件影響，吉東公路所經(jīng)地區(qū)土凍脹敏感性強(qiáng)，是我國(guó)季節(jié)性凍土的典型代表性地區(qū)，凍脹病害相比我國(guó)其他地區(qū)更為嚴(yán)重。

吉東公路所經(jīng)地區(qū)氣象環(huán)境惡劣，尤其冬季寒冷多雪，極端最低氣溫為零下32.1攝氏度，多年平均積雪深度為40厘米，最大積雪深度為1.0米，標(biāo)準(zhǔn)凍深為1.8米，最大凍深2.0米，地面凍結(jié)期長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月，具有典型的高寒地區(qū)氣候特點(diǎn)。

受特殊氣候和水文地質(zhì)條件影響，該地區(qū)土凍脹敏感性強(qiáng)，是我國(guó)季節(jié)性凍土的典型代表性地區(qū)，凍脹病害相比我國(guó)其他地區(qū)更為嚴(yán)重。公路病害問(wèn)題主要表現(xiàn)為地下水位較高，交替凍融循環(huán)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)劣化，鋼筋提前發(fā)生銹蝕；季節(jié)性溫差和晝夜溫差大，出現(xiàn)冬季低溫凍裂、夏季高溫車轍典型病害等。

其中，項(xiàng)目改擴(kuò)建部分舊路路基凍脹、早期路面損毀嚴(yán)重，加之該路段重載車輛較多、汽車輪壓偏高、路面開裂、車轍嚴(yán)重。公路橋梁主要存在季凍區(qū)樁基礎(chǔ)穩(wěn)定性不足、預(yù)制T梁受溫度影響導(dǎo)致腹板裂縫，以及橋面鋪裝損壞、橋頭跳車等問(wèn)題。此外，冰雪條件下路面摩擦系數(shù)降低，內(nèi)側(cè)車道積雪易出現(xiàn)“暗冰”路段，加之上述路基易出現(xiàn)強(qiáng)度衰減，對(duì)路面結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量和使用壽命造成負(fù)面影響，危害行車安全，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)安全保障性有很高要求。因此，在設(shè)計(jì)之初，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)就以打造高寒地區(qū)公路工程全方位抗凍耐久樣板工程為目標(biāo)。

吉東公路穿越老爺嶺東北虎自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)

除了高寒等地域特點(diǎn)外，吉東公路還穿越老爺嶺東北虎自然保護(hù)區(qū)緩沖區(qū)、綏芬河?xùn)|寧段灘頭魚、大馬哈魚國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)、黑龍江東寧綏芬河國(guó)家濕地公園（規(guī)劃）等保護(hù)區(qū)。此外，項(xiàng)目處在山嶺重丘區(qū)路段，沿線地貌呈“九山半水半分田”特征，林區(qū)土地和耕地稀缺，保護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡任務(wù)艱巨。

運(yùn)用抗凍耐久與建設(shè)節(jié)能新技術(shù)

設(shè)計(jì)伊始，結(jié)合綠色公路設(shè)計(jì)理念，吉東公路就確定了“亮點(diǎn)突出”“統(tǒng)籌重點(diǎn)”的設(shè)計(jì)原則?！傲咙c(diǎn)突出”即結(jié)合工程需求策劃新技術(shù)，如基于BIM的鋼結(jié)構(gòu)橋梁、景觀規(guī)劃與旅游服務(wù)、東北虎（豹）監(jiān)測(cè)與保護(hù)、綏芬河水環(huán)境水安全保護(hù)。“統(tǒng)籌重點(diǎn)”即在工程規(guī)模大、影響大的分項(xiàng)工程貫徹綠色理念，如路面工程的多種新材料應(yīng)用、橋梁工程的混凝土與橋面鋪裝、房建工程的保溫與清潔能源應(yīng)用。

高寒地區(qū)公路抗凍耐久技術(shù)

為提升橋梁和路面耐久性，結(jié)合項(xiàng)目所處高寒地區(qū)的特點(diǎn)，著重加強(qiáng)了材料結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的應(yīng)用探索。

耐久性路面。高寒地區(qū)路面凍漲、凍融、開裂現(xiàn)象較為嚴(yán)重，設(shè)計(jì)方案中在水泥混凝土與瀝青路面之間，鋪設(shè)1厘米至2厘米的柔性橡膠瀝青，達(dá)到分散應(yīng)力、抗裂抗?jié)B的目的。瀝青加入SMC高聚物彈性體，改變?yōu)r青施工和易性，實(shí)現(xiàn)常溫環(huán)境施工。

抗凍耐久橋梁。高寒地區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)影響耐久性的主要原因有凍融、凍脹、除冰鹽等，為確保結(jié)構(gòu)耐久性，水泥混凝土橋面鋪裝層采用抗?jié)B抗凍水泥混凝土，抗?jié)B等級(jí)采用W6級(jí)，抗凍等級(jí)采用F300；防撞墻及水位變動(dòng)區(qū)樁柱采用引氣混凝土，并在其表面噴涂硅烷浸漬，提高耐腐蝕性能；瀝青混凝土鋪裝層采用倒裝式瀝青混凝土鋪裝結(jié)構(gòu)，防水粘結(jié)層采用乳化SBS聚合物改性瀝青膜。

鋼結(jié)構(gòu)橋梁。鋼結(jié)構(gòu)橋梁具有強(qiáng)度高、制造便利、耐久性好等優(yōu)點(diǎn)，項(xiàng)目綏芬河大橋上部采用了工字鋼混凝土組合梁，下部柱式橋墩，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁。護(hù)欄采用鑄鐵材料、歐式風(fēng)格，大橋通體亮化，照明時(shí)段和光感自動(dòng)控制。

建筑節(jié)能與清潔能源等技術(shù)

組圖：吉東公路項(xiàng)目采用太陽(yáng)能熱水器(加電輔熱)、風(fēng)光互補(bǔ)燈等清潔能源，既能夠最大限度地利用太陽(yáng)能和風(fēng)能，又實(shí)現(xiàn)全時(shí)段熱水供應(yīng)。

項(xiàng)目冬季氣溫較低，凍結(jié)時(shí)間近5個(gè)月，平均采暖期較長(zhǎng)。服務(wù)區(qū)房屋建筑地處野外，受自然環(huán)境影響較大，無(wú)法集中供電、供暖，建筑物墻多、屋頂多，能源供應(yīng)效率低，消耗大，適宜采用墻體材料及外保溫技術(shù)。項(xiàng)目所在地太陽(yáng)能資源豐富，具備對(duì)太陽(yáng)能清潔能源利用條件，可采取分布式光伏電站、太陽(yáng)能熱水器等多種方式，最大限度利用高品質(zhì)的太陽(yáng)能，降低項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)后的煤炭和電力資源消耗，提升清潔能源利用率，提高綠色公路服務(wù)品質(zhì)。

建筑構(gòu)造節(jié)能。項(xiàng)目開展墻體、屋面、門窗保溫，通過(guò)自然通風(fēng)、采光等建筑設(shè)計(jì)，并積極利用清潔能源，全面降低運(yùn)營(yíng)能耗。采用多孔磚、空心磚等保溫材料；優(yōu)化屋面保溫構(gòu)造，如利用斜屋面與吊頂間夾層保證夏季通風(fēng)和冬季保溫；建筑立面采用大面積開窗設(shè)計(jì)，建筑外窗可開啟面積不小于外窗總面積的30%，方便建筑的自然通風(fēng)和采光；窗框和外門采用斷熱鋁合金型材，窗玻璃采用低輻射中空玻璃，設(shè)置遮光百葉；建筑整體以自然通風(fēng)為主，外部的連廊有利于空氣流動(dòng)，達(dá)到整體建筑自然通風(fēng)的目的。建筑整體采用南北朝向，利于自然采光。

清潔能源利用。項(xiàng)目采用太陽(yáng)能熱水器(加電輔熱)、風(fēng)光互補(bǔ)燈等清潔能源，既能夠最大限度地利用太陽(yáng)能和風(fēng)能，又實(shí)現(xiàn)全時(shí)段熱水供應(yīng)。室外照明的庭院燈采用太陽(yáng)能及風(fēng)能互補(bǔ)的LED路燈，實(shí)現(xiàn)綠色照明。

舊路材料全面利用

國(guó)道丹東至阿勒泰公路吉黑省界至老黑山段舊路罩面補(bǔ)強(qiáng)?？紤]建設(shè)年代較近（2009年），舊路面使用狀況和整體強(qiáng)度較好，通過(guò)瀝青補(bǔ)強(qiáng)后能夠滿足要求，部分水泥混凝土面板斷裂較為嚴(yán)重，擬將該部分面板重新挖除澆注，養(yǎng)生后直接加鋪處理。舊路利用段采用直接加鋪12厘米瀝青混凝土罩面補(bǔ)強(qiáng)的方案，為減少反射裂縫發(fā)展，設(shè)置2厘米橡膠瀝青應(yīng)力吸收層。

老黑山至東寧段舊路再生利用。舊路面整體強(qiáng)度尚可，但路面破損多，斷板率較高，同時(shí)由于舊路平、縱面線形指標(biāo)過(guò)于破碎，舊路利用率不高、起伏較大。對(duì)于該段斷板率大于5%、小于10%的路面采用就地發(fā)裂再生利用技術(shù)，就地發(fā)裂層作為底基層。設(shè)計(jì)中對(duì)舊路路面采用打裂壓穩(wěn)技術(shù)后加鋪18厘米水穩(wěn)碎石基層，再用基層水穩(wěn)碎石找平、找拱后，再加鋪瀝青混凝土路面的方案，延緩水泥路面反射裂縫的出現(xiàn)，并充分利用原有路面的強(qiáng)度。

挖除舊路改造

對(duì)于原有舊路結(jié)構(gòu)材料，幫寬路段維修利用，新線路段(偏離舊路段)全部挖除，挖除材料破碎后用于路基處理。對(duì)于舊路面層頂面距新建路面結(jié)構(gòu)底面小于20厘米路段，原有路面采用板式打裂壓穩(wěn)施工工藝，打裂成4米至6米的不規(guī)則形狀塊。打裂路段根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)造物等情況，酌情設(shè)置隔振溝。

舊路挖除材料優(yōu)先利用于機(jī)耕道等低等級(jí)道路的下處理工程，破碎水泥混凝土廢塊應(yīng)用于綠濱墊防護(hù)。

舊路設(shè)施再利用

防護(hù)、排水設(shè)施再利用。舊路邊坡防護(hù)形式選用基本適當(dāng)，使用狀況良好，舊路填、挖方路基邊坡基本穩(wěn)定，無(wú)明顯破壞，坡面植被生長(zhǎng)良好，無(wú)明顯沖刷。對(duì)局部路段增加相應(yīng)防護(hù)工程，可滿足工程需要。

舊路路基排水，舊路填、挖方邊溝多采用土質(zhì)梯形斷面形式，由于構(gòu)造物較少，交叉道涵洞未設(shè)置或淤塞，造成路基排水堵塞、淤積，使邊溝水滲入路基。路基幫寬后整體改造交叉涵及排水工程。

護(hù)欄、標(biāo)志牌、隔離柵回收利用。改擴(kuò)建過(guò)程中護(hù)欄、標(biāo)志牌、隔離柵回收再加工后用于其他低等級(jí)道路。

野生動(dòng)物、土地、水環(huán)境、原生植物保護(hù)

路域東北虎豹保護(hù)

吉東公路分割了東北虎（豹）棲息地，導(dǎo)致棲息地?fù)p失和破碎化。公路的升級(jí)改造和不斷上升的交通流勢(shì)必干擾虎（豹）穿越公路的行為，為降低對(duì)公路兩側(cè)虎（豹）交流和擴(kuò)散的影響，在設(shè)計(jì)中著重進(jìn)行了優(yōu)化。

交安優(yōu)化。通過(guò)設(shè)置交通標(biāo)識(shí)與警示牌、在服務(wù)區(qū)和停車區(qū)等位置設(shè)置宣傳欄起到教育和宣傳的作用。

橋梁優(yōu)化。路域動(dòng)物紅外監(jiān)測(cè)，優(yōu)化橋梁結(jié)構(gòu)，利于東北虎（豹）通行。

涵洞優(yōu)化。涵洞尺寸調(diào)整、地面自然過(guò)渡、設(shè)隔離柵、生境誘導(dǎo)。

公路野生動(dòng)物隔離柵設(shè)計(jì)

公路野生動(dòng)物通道附近進(jìn)行環(huán)境設(shè)計(jì)誘導(dǎo)野生動(dòng)物靠近和穿越

土地資源全面保護(hù)

項(xiàng)目地處山嶺重丘區(qū)路段，地貌呈“九山半水半分田”特征，林區(qū)土地和耕地稀缺。為達(dá)到節(jié)約用地的目的，采取了靈活設(shè)計(jì)碎落臺(tái)、護(hù)坡道寬度,采用填石路基等節(jié)約占地；取棄土與造地復(fù)墾相結(jié)合；預(yù)制場(chǎng)、拌和站等選址永臨相結(jié)合；提高土方利用率,加強(qiáng)土方縱向調(diào)配；路塹邊坡底部、沿河路基邊坡采用生態(tài)賓格網(wǎng)防護(hù)，最大限度利用挖方中的石方等措施。

水環(huán)境綜合保護(hù)

綏芬河服務(wù)區(qū)采用多介質(zhì)生物濾池與人工濕地組合污水處理技術(shù)，適應(yīng)于低溫運(yùn)行，全年穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)人值守管理；橋梁設(shè)置橋面徑流收集、應(yīng)急處置系統(tǒng)，通過(guò)設(shè)置在橋梁兩側(cè)的收集管道將徑流引至處理池，避免污染事故的發(fā)生，確保周邊水體安全。

原生植被保護(hù)與生態(tài)防護(hù)

路基施工之前劃出“環(huán)保綠線”。將路基壓實(shí)邊界劃到公路征地界范圍區(qū)域，作為植物資源保護(hù)的重點(diǎn)。采用二次清表技術(shù)，加大對(duì)原生植被的保護(hù)力度。在取土過(guò)程中，做到邊開采、邊平整、邊綠化，及時(shí)還耕綠化。

邊坡防護(hù)以保證邊坡穩(wěn)定為前提，固土為本，優(yōu)先考慮植物防護(hù)。填方邊坡坡面防護(hù)根據(jù)邊坡高度、填料種類并結(jié)合路面排水情況，分別采用植物護(hù)坡、漿砌片石拱形骨架護(hù)坡、漿砌片石護(hù)坡、擋土墻等防護(hù)形式，挖方邊坡根據(jù)挖深情況采用護(hù)面墻、掛網(wǎng)噴漿等防護(hù)形式。

邊溝側(cè)重于選擇生態(tài)植草邊溝的方案，利用植物纖維毯等材料實(shí)現(xiàn)生態(tài)植草邊溝的建設(shè)，使其能兼顧實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處理與生態(tài)凈化的目標(biāo)，提高周邊環(huán)境水質(zhì)安全保障能力。

碎石路基結(jié)構(gòu)圖

賓格網(wǎng)矮墻防護(hù)

沿河綠濱墊防護(hù)