山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)影響因素及設(shè)計(jì)對(duì)策

（重慶交建工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，重慶 400041）

山區(qū)公路施工不同于平原地區(qū)，由于地形、地貌及特殊地質(zhì)條件限制，加之施工技術(shù)、施工機(jī)械及施工成本等因素限定，山區(qū)公路在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須綜合考慮線形設(shè)計(jì)的科學(xué)性、安全性及可靠性，通視條件、縱坡率、橫坡率及安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等均高于平原公路。為了提高山區(qū)公路的線形設(shè)計(jì)能力，突出山區(qū)公路設(shè)計(jì)的安全性、可靠性，提升山區(qū)公路的各種災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力；本文以山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)主要影響因素為研究對(duì)象，通過(guò)歸納總結(jié)，明確了主要的山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)影響因素，提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)策略，以期提高省內(nèi)山區(qū)公路的優(yōu)化設(shè)計(jì)能力，切實(shí)防范各種山區(qū)公路事故病害，為山區(qū)公路的安全、可靠、可持續(xù)通行提供基本保障。

一、山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)影響因素分析

（一）山區(qū)地形對(duì)公路線形設(shè)計(jì)的影響

地形對(duì)山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)的影響，大體上可以歸結(jié)為橫坡影響和縱坡影響兩部分；由于地形條件所限，為了盡可能控制施工總投入，防止改線、拆遷征地等因素帶來(lái)的成本追加問(wèn)題，絕大部分山區(qū)公路均采取依山而建的形式，由于山區(qū)地形起伏較大，山體坡度普遍超過(guò)1/3，部分危險(xiǎn)路段斜率甚至可達(dá)到1/2、1/1。在該地形條件上開展公路線形設(shè)計(jì)，除了必要的填挖方設(shè)計(jì)外，還必須做好路基、路基支護(hù)結(jié)構(gòu)、邊坡臺(tái)階及路基加筋處治等分項(xiàng)工程設(shè)計(jì)，以保證路基路面、邊坡等結(jié)構(gòu)的荷載穩(wěn)定性。圖1為某山區(qū)公路過(guò)境山區(qū)段橫斷面圖。

圖1 某山區(qū)公路過(guò)境山區(qū)段橫斷面

以山體邊坡腰部過(guò)境段為例，在公路橫斷面設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須做好以下幾方面的設(shè)計(jì)控制：一是為了兼顧行車安全性和公路防排水要求，路面橫坡率不能大于2.5%；二是為了保證邊坡土體的穩(wěn)定性，尤其是在南方雨水充盈地帶，必須做好邊坡的結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)，上邊坡斜坡應(yīng)小于下邊坡斜率，上下邊坡應(yīng)設(shè)計(jì)為臺(tái)階狀，臺(tái)階數(shù)量及臺(tái)階寬度以邊坡天然斜率和邊坡標(biāo)高為準(zhǔn)，邊坡上應(yīng)澆筑“井”字形加筋加固格柵，格柵內(nèi)配合植被防護(hù)，上邊坡坡底應(yīng)布設(shè)高強(qiáng)度網(wǎng)兜，以攔截上邊坡有可能滑落的碎石；三是路基路面位置應(yīng)妥善修筑排水溝和截水溝，保證路面積水能夠快速排盡，防止路面積水下滲引起路面、路基結(jié)構(gòu)滲水病害。

沿公路路線方向的縱坡坡率大也是山區(qū)公路的典型工況之一，縱坡率大在線形設(shè)計(jì)中表現(xiàn)為長(zhǎng)大縱坡占比高，在山區(qū)高速公路中，由于長(zhǎng)大縱坡路段占比較高，車輛在途經(jīng)長(zhǎng)大縱坡路段需要持續(xù)制動(dòng)，車輛系統(tǒng)在長(zhǎng)期制動(dòng)狀態(tài)下將出現(xiàn)過(guò)熱甚至爆燃事故，嚴(yán)重影響車輛的交通安全，尤其對(duì)于重型載重車輛而言，危險(xiǎn)系數(shù)更高。在長(zhǎng)大縱坡設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制縱坡坡率值，結(jié)合施工難度、工程總投資、填挖方量、設(shè)計(jì)時(shí)速及公路等級(jí)等多種因素確定縱坡率。圖2為某高速公路長(zhǎng)大縱坡路段。

圖2 某高速公路長(zhǎng)大縱坡路段

（二）惡性地質(zhì)災(zāi)害對(duì)公路線形設(shè)計(jì)的影響

省內(nèi)山區(qū)公路部分過(guò)境段的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較差，巖層節(jié)理發(fā)育成熟，部分巖石表面出現(xiàn)嚴(yán)重的風(fēng)化剝離病害，在路基邊坡坡率值較大的位置，一旦有施工或車輛通行荷載擾動(dòng)，很容易出現(xiàn)不同程度的崩塌病害，嚴(yán)重影響山區(qū)公路的安全運(yùn)行；此外，部分巖層中含有比例不同的軟弱巖層，在夏季雨水充盈地區(qū)，中間軟弱夾層長(zhǎng)期處于飽水狀態(tài)，在滲透水動(dòng)力作用下，軟弱結(jié)構(gòu)層剪切性能下降明顯，在外荷載擾動(dòng)作用下也會(huì)出現(xiàn)瞬間的塌方病害，嚴(yán)重影響路面正常、安全、可持續(xù)通行工況和路基路面層的荷載穩(wěn)定性。山區(qū)公路沿線高邊坡比重較大，大量工程地質(zhì)災(zāi)害和事故案例表明，沿線高邊坡比重和設(shè)計(jì)標(biāo)高與惡性地質(zhì)災(zāi)害嚴(yán)重程度之間呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系。綜上，在線形設(shè)計(jì)實(shí)踐中，應(yīng)盡量規(guī)避不良地質(zhì)路段，確實(shí)無(wú)法規(guī)避的地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)路段應(yīng)避免超挖路塹和超高邊坡路基選線方案。

二、山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)對(duì)策分析

（一）山區(qū)公路橫坡設(shè)計(jì)對(duì)策

山區(qū)公路選線過(guò)程中必須綜合考慮路基路面荷載穩(wěn)定性、上下邊坡穩(wěn)定性等因素，靠山內(nèi)側(cè)挖方路基和靠山側(cè)半填半挖路基是兩種典型的橫斷面設(shè)計(jì)形式。其中，靠山內(nèi)側(cè)挖方路基采用全挖方設(shè)計(jì)形式，全挖方設(shè)計(jì)形式可以保證路基路面的荷載穩(wěn)定性，但對(duì)于設(shè)計(jì)寬度較大的路面，由于向內(nèi)挖方會(huì)犧牲一部分上邊坡坡度，導(dǎo)致上邊坡坡度超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)范要求，增加上邊坡失穩(wěn)塌方的概率；此外，向內(nèi)側(cè)挖方對(duì)應(yīng)的挖方量較大，挖方分項(xiàng)工程成本難以控制。靠山側(cè)半填半挖路基部分向內(nèi)挖方，并在背上側(cè)填方，通過(guò)半填半挖方式構(gòu)筑路基路面斷面，由于路基路面成型方式不同，填方路基部分的荷載穩(wěn)定性和抗變形剛度均低于全挖方路基，在車輛荷載長(zhǎng)期作用下，填方路段和挖方路段將因不均勻沉降引起路面錯(cuò)臺(tái)病害，為了保證路基結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，還必須對(duì)半填半挖路段的路基進(jìn)行必要的加筋處治。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先使用靠山內(nèi)側(cè)挖方橫斷面形式，使用該橫斷面形式必須嚴(yán)格控制上邊坡的坡度值，必要情況下可以使用削坡方式減緩坡度值，并在上邊坡坡腳位置增設(shè)圬工擋土墻結(jié)構(gòu)，保證圬工擋土墻基礎(chǔ)埋深設(shè)計(jì)值滿足設(shè)計(jì)要求，以起到阻攔上邊坡滑塌引起的碎石滾落和泥石流災(zāi)害。

（二）山區(qū)公路惡性地質(zhì)災(zāi)害路段設(shè)計(jì)對(duì)策

針對(duì)省內(nèi)山區(qū)公路設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中面臨的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較差、巖層節(jié)理發(fā)育成熟、巖石表面風(fēng)化剝離嚴(yán)重等情況，尤其是部分路段存在軟弱巖石夾層，在長(zhǎng)期滲透水動(dòng)力影響下，軟弱結(jié)構(gòu)層抗剪性能被削弱，一旦受到施工或者行車荷載擾動(dòng)，將引發(fā)嚴(yán)重的邊坡崩塌病害，直接威脅到公路的安全通行?？紤]到省內(nèi)公路過(guò)境山區(qū)段普遍呈現(xiàn)出高邊坡、陡路堤的基本特點(diǎn)，在路線設(shè)計(jì)過(guò)程中必須引起足夠的重視。在選線階段，應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料，盡可能回避地質(zhì)結(jié)構(gòu)差、巖層節(jié)理發(fā)育成熟、巖石表面風(fēng)化剝離嚴(yán)重的路段；惡性地質(zhì)災(zāi)害路段應(yīng)遵循“以填代挖”的設(shè)計(jì)原則，盡可能防止開挖荷載引起的邊坡巖層擾動(dòng)；上下邊坡應(yīng)采取“臺(tái)階式”設(shè)計(jì)，不同級(jí)邊坡應(yīng)嚴(yán)格控制邊坡坡度，邊坡坡率超限時(shí)應(yīng)及時(shí)削坡處置，并配合加筋混凝土“井”字框架加固，在框架內(nèi)同時(shí)配合植被防護(hù)，合理控制植被栽種密度，提高邊坡土體的穩(wěn)定性，防控水土流失，控制雨水沖刷和風(fēng)化剝離效應(yīng)對(duì)公路邊坡的結(jié)構(gòu)削弱作用。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上分析可知，在山區(qū)公路設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須認(rèn)識(shí)到山區(qū)公路設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)平原地區(qū)公路設(shè)計(jì)的差異，在山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)實(shí)踐中，必須認(rèn)識(shí)到路線橫、縱坡率和惡性地質(zhì)災(zāi)害路段特殊設(shè)計(jì)在山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)中的重要意義；本文以山區(qū)公路線形設(shè)計(jì)為研究對(duì)象，針對(duì)上述兩個(gè)設(shè)計(jì)影響因素提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)對(duì)策，通過(guò)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，山區(qū)公路安全性、可靠性和通行效率明顯提升。