平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)方案比選案例分析

孫任之

(安徽瑞成土木工程咨詢有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

華北平原地勢平坦、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，人口眾多，區(qū)域基本農(nóng)田發(fā)達(dá)、土地資源珍貴、占地取土困難。高速公路為全部控制出入的多車道線形公路工程[1]，為滿足兩側(cè)正常通行及生產(chǎn)生活需求，一般設(shè)置較多分離立交、通道、橋涵等構(gòu)造物。受構(gòu)造物凈空及路基設(shè)計(jì)洪水頻率限制[2]，較少采用下挖主線設(shè)計(jì)。一般平原區(qū)高速公路路基填高較高，并導(dǎo)致工程量增加、取土占地增加。

1 低路堤設(shè)計(jì)理念

低路堤設(shè)計(jì)理念是通過優(yōu)化構(gòu)造物設(shè)置、取消橫向通道涵洞,或適當(dāng)下挖主線壓低通道凈空、設(shè)置支線上跨代替主線上跨等措施，以達(dá)到降低路基填高、節(jié)地節(jié)土，實(shí)現(xiàn)土地資源可持續(xù)發(fā)展的目的。除此之外，低路堤可提高行車安全舒適性，公路景觀與原地形地貌也能更好地融合統(tǒng)一[3]。低路堤設(shè)計(jì)并沒有確定的填高范圍要求，而是相對(duì)于傳統(tǒng)路基設(shè)計(jì)在采取特定的措施后有別于后者的設(shè)計(jì)。

2 政策指導(dǎo)意見

交通運(yùn)輸部發(fā)布的《關(guān)于實(shí)施綠色公路建設(shè)的指導(dǎo)意見》[4]中明確要求，要嚴(yán)格保護(hù)土地資源，科學(xué)選線、布線，避讓基本農(nóng)田，禁止耕地超占，減少土地分割。積極推進(jìn)取土、棄土與改地、造地、復(fù)墾綜合施措，高效利用沿線土地。因地制宜采用低路堤和淺路塹方案，保護(hù)土地資源。

根據(jù)自然資源部2018年《國土資源部關(guān)于全面實(shí)行永久基本農(nóng)田特殊保護(hù)的通知》[5]文件精神，重大建設(shè)項(xiàng)目確實(shí)難以避讓永久基本農(nóng)田的，經(jīng)省級(jí)國土資源主管部門組織論證后，可臨時(shí)占用，到期后必須及時(shí)復(fù)墾并恢復(fù)原狀。

3 低路堤設(shè)計(jì)方案比選

本次選取的高速公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1 低路堤方案總體設(shè)計(jì)思路

(1)合理選擇低路堤設(shè)計(jì)段落。低路堤設(shè)計(jì)首先應(yīng)具備技術(shù)可行性，并能兼顧兩側(cè)交流溝通功能，以產(chǎn)生最佳的綜合效益[6]。因此低路堤段落選取，應(yīng)避開以下路段：①不良地質(zhì)路段，以減小地基處理及路基不均勻沉降[7]；②溝塘密集、地下水位高的路段，防止毛細(xì)水上升影響路基干濕類型；③圩區(qū)、內(nèi)澇水位高的路段。④城鎮(zhèn)、村莊、開發(fā)區(qū)等橫向通道密集的路段。應(yīng)盡量選擇主線未設(shè)置分離立交、橋梁等大型構(gòu)造物或設(shè)置較少的路段。

本項(xiàng)目選取B線縱面比較段遠(yuǎn)離村鎮(zhèn)，路網(wǎng)相對(duì)稀疏，無橋梁及分離立交，通道涵洞數(shù)量較少。B線平面同K線，樁號(hào)范圍：BK17+700=K17+700,BK23+000=K23+000，全長5.3km。

(2)沿線設(shè)計(jì)控制參數(shù)調(diào)查。設(shè)計(jì)控制參數(shù)主要包括：農(nóng)用機(jī)械高度、溝渠排灌要求、設(shè)計(jì)水位平原區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)規(guī)?；?、機(jī)械化，對(duì)沿線通行的主要農(nóng)用機(jī)械、車輛高度應(yīng)詳細(xì)測量；涵洞孔徑應(yīng)以排水灌溉需求及農(nóng)田水利治理規(guī)劃為依據(jù)。平原區(qū)地勢平坦排水困難，路基高度必須滿足設(shè)計(jì)洪水頻率的要求，對(duì)行洪區(qū)、圩區(qū)、有內(nèi)澇區(qū)域應(yīng)參考調(diào)查、洪評(píng)資料確定設(shè)計(jì)水位。

本項(xiàng)目沿線農(nóng)業(yè)收割機(jī)高度為2.5～3.6m；沿線無內(nèi)澇水位。

(3)降低構(gòu)造物工程規(guī)模,核減構(gòu)造物數(shù)量,合理設(shè)計(jì)支線上跨。

綜合調(diào)查區(qū)域路網(wǎng)分布、規(guī)劃資料及居民出行習(xí)慣，采取降低分離立交規(guī)模、改橋?yàn)楹?、核減通道涵洞數(shù)量，下挖以壓低通道涵洞頂面高程、減小通道涵洞凈高等措施。

支線上跨與沿線居民的固有出行習(xí)慣不符，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活采用步行、非機(jī)動(dòng)車方式出行率高，上下坡帶來不便，且不利于交通安全，因此應(yīng)慎重設(shè)置支線上跨。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，平原區(qū)居民首選在原路設(shè)置過路通道，沒有條件的，傾向于改路短距離繞行。對(duì)無法避免設(shè)置支線上跨的，應(yīng)合理確定位置及接線設(shè)計(jì)。平原區(qū)支線上跨橋頭填土高，接線距離長，應(yīng)采用擋墻收縮坡腳節(jié)省占地?？v坡應(yīng)采用滿足規(guī)范的大值，做好安全設(shè)施設(shè)計(jì)，最大程度減小支線上跨的工程規(guī)模。否則將與低路堤設(shè)計(jì)節(jié)地、節(jié)土的初衷不符，無法體現(xiàn)其優(yōu)越性。

本項(xiàng)目B線相對(duì)于K線核減通道4座，K、B線均未設(shè)置支線上跨。

(4)核查核減通道處是否需要設(shè)置涵洞。平原區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)排水灌溉要求較高，并且有沿路挖渠的傳統(tǒng)。在部分通道取消后，仍要保證水系的暢通。因此應(yīng)加強(qiáng)外業(yè)調(diào)查，對(duì)部分核減的通道設(shè)置涵洞以滿足生產(chǎn)需求。

本項(xiàng)目B線相對(duì)于K線核減通道4座，為滿足排水灌溉要求，增加3座1-φ1.5m圓管涵。

(5)根據(jù)調(diào)整后的構(gòu)造物凈空及水位要求合理降低主線縱斷面。根據(jù)調(diào)整后的構(gòu)造物設(shè)置，逐一復(fù)核構(gòu)造物凈空，反算出最小設(shè)計(jì)高程值作為設(shè)計(jì)控制高程，然后結(jié)合其他控因素進(jìn)行縱斷面設(shè)計(jì)。坡長設(shè)計(jì)應(yīng)秉承“短坡長”原則，盡量減小坡長設(shè)計(jì)，避免填土過高。建議可根據(jù)構(gòu)造物數(shù)量的不同，坡長控制為400～700m。一般平原區(qū)高速公路縱坡設(shè)計(jì)較為平緩，而低路堤設(shè)計(jì)的核心是減小路基填高，因此在滿足構(gòu)造物凈空及行車安全舒適性的前提下，應(yīng)適當(dāng)增大坡度，秉承“快起快落”原則，最大限度地發(fā)揮低路堤設(shè)計(jì)的意義。

本項(xiàng)目B線最大縱坡1.8%，平均坡長530m。

(6)考慮“永臨結(jié)合”，完善線外工程設(shè)計(jì)。統(tǒng)籌路系水系調(diào)查資料，重點(diǎn)關(guān)注取消通道處的出行需求，以最小距離的改路、改溝保持道路與水系的通暢。

高速公路施工便道“永臨結(jié)合”可將惠民程度最大化,同時(shí)可大幅度減少臨時(shí)占地?cái)?shù)量[8]。在2020年全面建成小康社會(huì)的時(shí)代背景下，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分調(diào)查地方政府意見，緊密結(jié)合地方農(nóng)村公路建設(shè)規(guī)劃，充分考慮當(dāng)?shù)鼐用裥枨螅浴敖ü莛B(yǎng)”扶貧一體化的原則，通過前瞻性的設(shè)計(jì)，避免地方道路重復(fù)建設(shè)而造成資金、土地資源的浪費(fèi)。

3.2 方案比選內(nèi)容

縱面比選段設(shè)計(jì)高程控制因素為通道凈空。本段K線共設(shè)置12座通道，其中1-6×4.0m車行通道3座，1-6×3.5m車行通道1座，1-4×3.5m車行通道8座。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，1-6×4.0m車行通道處為該區(qū)域主要道路，不具備取消條件。經(jīng)核查縱斷面設(shè)計(jì)，K19+000處1-4×3.5m車行通道位于凸曲線頂點(diǎn)，由于K18+517處通道凈空限制，該處填土高度最高達(dá)到5.50m，取消該通道后，可顯著減小最大填高，縱斷面優(yōu)化明顯(圖1)。

圖1

K21+145處1-4×3.5m車行通道處于凹曲線底端，填土高度為4.25m，取消該通道后，可顯著減小填土高度；同時(shí)取消K19+933處1-6×3.5m車行通道、K22+156處1-4×3.5m車行通道(圖2)。

圖2

除此之外，K21+637處1-4×3.5m車行通道處于凸曲線頂端，填土高度為5.10m，采用適當(dāng)下挖通道的方式壓低縱面將填土高度降為4.12m(圖3)。

圖3

B線與K線技術(shù)指標(biāo)、工程量對(duì)比詳見表1。

表1 比較線技術(shù)指標(biāo)、工程量對(duì)比表

3.3 低路堤設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

(1)B線方案優(yōu)點(diǎn)：

①路堤填土高度降低，借土減少，征地拆遷減少，利于土地資源的保護(hù)，工程造價(jià)降低。

(2)B線方案缺點(diǎn)：

①由于縱面設(shè)計(jì)高程降低，造成部分通道凈空不足。平原區(qū)排水困難，下挖易造成積水，影響使用功能,增加運(yùn)營期養(yǎng)護(hù)成本。

②由于通道數(shù)量減少，繞行距離增加，給沿線居民生產(chǎn)生活帶來不便。

③社會(huì)影響小、施工難度大，易造成阻工、增加通道或支線上跨等設(shè)計(jì)變更。

4 比選結(jié)論

比較線全長5.3km，低路堤設(shè)計(jì)方案可減小填方、征地拆遷，節(jié)約造價(jià)。其中每千米減少通道0.755座、填方3.174萬m3、征地2.397畝(1畝≈667m2)、造價(jià)400.626萬元。

B比較線雖然路堤填土降低，借方、征地及造價(jià)減小，但減幅并不顯著。由于低路堤造成通道凈空、數(shù)量無法滿足正常使用要求，易積水、增加繞行距離，給沿線居民生活生產(chǎn)帶來不便，并且施工期間易造成糾紛及設(shè)計(jì)變更。綜合從有利于項(xiàng)目的建設(shè)、運(yùn)營角度及社會(huì)影響出發(fā)，經(jīng)專家組評(píng)審，同意采用K線方案作為推薦方案。

5 結(jié)束語

在國家提倡“綠色公路、品質(zhì)工程”的新形勢下，在土地政策紅線不斷緊縮的壓力下，探討平原區(qū)低路堤設(shè)計(jì)具有非常必要且現(xiàn)實(shí)的積極意義。經(jīng)過本項(xiàng)目的比較可知，低路堤設(shè)計(jì)的適用性，與項(xiàng)目所經(jīng)區(qū)域自然地理?xiàng)l件緊密相關(guān)，同時(shí)也受經(jīng)濟(jì)、人口密度、農(nóng)業(yè)水利發(fā)達(dá)程度、社會(huì)環(huán)境深刻影響。

對(duì)高速公路兩側(cè)交流溝通密切的經(jīng)濟(jì)、農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，低路堤設(shè)計(jì)節(jié)地節(jié)土并不顯著。低路堤設(shè)計(jì)依賴于有利的外部環(huán)境，選取段落的連續(xù)性難以得到保證，難以形成規(guī)模效應(yīng)，反而會(huì)產(chǎn)生建設(shè)運(yùn)營管理問題及不良社會(huì)影響，不利于和諧社會(huì)的創(chuàng)建。可以尋求以橋代路、設(shè)置擋墻、樁板式路基[9]等措施。同理，對(duì)兩側(cè)交流溝通程度低，遠(yuǎn)離城鎮(zhèn)的區(qū)域，低路堤優(yōu)勢逐步顯現(xiàn)。設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)低路堤可行路段的甄別，且應(yīng)重視對(duì)低路堤短板的專項(xiàng)設(shè)計(jì)，如與沿線政府溝通并簽訂書面協(xié)議、完善通道排水設(shè)計(jì)、支線上跨接線設(shè)計(jì)、改路改溝、注重“永臨結(jié)合”等設(shè)計(jì)內(nèi)容，同時(shí)應(yīng)著重解決路基不均勻沉降問題、路基承載力降低等問題[10]。