平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)研究

李元新

摘 要：平原區(qū)高速公路路基設(shè)計(jì)受凈空、路基干濕狀態(tài)、排洪、通航和橫向通行等因素影響，一般采用具有一定填土高度的路堤，造成大范圍取土占地、生態(tài)破壞，有悖于綠色發(fā)展理念。本文從節(jié)約土地、綠色發(fā)展理念出發(fā)，就平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)與其他設(shè)計(jì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，探討平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)的可行性。

關(guān)鍵詞：平原區(qū);高速公路;低路堤設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U416.12文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）03-0088-04

Research on Design of Low Embankment of Expressway in Plain Area

LI Yuanxin

（Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： The design of highway subgrade in plain area is affected by factors such as clearance， subgrade dry and wet state， flood discharge， navigation， and lateral traffic， which generally uses embankments with a certain fill height， causing large-scale land acquisition and ecological damage， which is contrary to the concept of green development. Starting from the concept of land saving and green development， this paper compared and analyzed the design of low embankment of expressway in plain area with other design schemes， and discussed the feasibility of low embankment design of expressway in plain area.

Keywords： plain area;highway;low embankment design

截至2019年底，河南省已通車高速公路里程約為6 967 km。根據(jù)《河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃調(diào)整方案》（2016—2030年），到2030年，全省高速公路網(wǎng)規(guī)劃總規(guī)模約為10 050 km。2020年9月8日，河南省政府印發(fā)《河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2021—2035年）》，其中新增路線3 750 km，規(guī)劃總里程達(dá)到13 800 km，擴(kuò)容改造2 738 km[1]，近15年河南省高速公路仍有約9 600 km的建設(shè)規(guī)模（含擴(kuò)容改造），建設(shè)任務(wù)依然艱巨。

河南省地勢(shì)西高東低，北、西、南三面分別有太行山、伏牛山、大別山，呈半環(huán)形分布;中、東部為黃淮海沖積平原;西南部為南陽(yáng)盆地。平原和盆地、山地、丘陵分別占總面積的55.7%、26.6%、17.7%。平原和丘陵地形占比為73.4%，平原區(qū)及微丘區(qū)高速公路是河南省高速的主要地勢(shì)特征。

平原微丘區(qū)地勢(shì)相對(duì)平坦，人口眾多，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，土地資源珍貴，取土困難，受構(gòu)造物凈空、路基設(shè)計(jì)洪水頻率、路基干濕狀態(tài)和橫向通行等因素限制，高速公路一般采用具有一定填土高度的路堤，較少采用主線下挖、低填路堤、高架橋或地下高速等方案，由此造成高速公路填土高度居高不下，產(chǎn)生較大規(guī)模的取土占地、大填大挖，不僅增加了工程量及建設(shè)成本，而且一定程度上破壞了自然環(huán)境及生態(tài)平衡，有悖于綠色發(fā)展理念[2-3]。因此，本文就平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)進(jìn)行探討。

1 平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)理念

平原區(qū)高速公路低路堤設(shè)計(jì)理念是在保證高速公路各項(xiàng)基本技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)以橋代路、地下高速、優(yōu)化構(gòu)造物設(shè)置、優(yōu)化橫向通道涵洞、設(shè)置輔路或設(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)及綠色發(fā)展的主要目的，同時(shí)又兼顧建設(shè)及行車安全、公路景觀與原地形地貌融合統(tǒng)一、高速公路兩側(cè)橫向通行方便等需求，達(dá)到綜合效益及性價(jià)比最佳。

2 政策性指導(dǎo)意見

國(guó)家政策層面，相關(guān)部委及地方政府部門基于對(duì)土地資源的保護(hù)，對(duì)基本建設(shè)中避讓和保護(hù)基本農(nóng)田也提出了相關(guān)指導(dǎo)意見，鼓勵(lì)采用低路堤或淺路塹方案。

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》（交辦公路〔2016〕93號(hào)）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。

《國(guó)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》（國(guó)土資規(guī)〔2018〕1號(hào)）指出，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(guó)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。

《河南省高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2021—2035年）》明確提出，要堅(jiān)持綠色發(fā)展，要突出生態(tài)優(yōu)先、尊重自然、保護(hù)環(huán)境、集約節(jié)約利用土地資源等建設(shè)理念。

3 降低路基填土高度的措施

控制高速公路填土高度的影響因素一般有：河流的防洪和通航標(biāo)準(zhǔn)、被交道路的通行凈空、高速公路路基的最小填土高度等。筆者認(rèn)為，人們可以從以下幾個(gè)方面采取相關(guān)技術(shù)措施來(lái)降低填土高度。

3.1 以橋代路

采用高架橋通過(guò)基本農(nóng)田、耕地區(qū)域，減少占地及大范圍填挖。

3.2 優(yōu)化構(gòu)造物設(shè)置

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)橫向通行需求及遠(yuǎn)期通行規(guī)劃，每1～2 km設(shè)置必要的大中小橋、通道、涵洞等構(gòu)造物，局部減少占地及大范圍填挖，僅在構(gòu)造物處提升路堤高度，其間需要優(yōu)化縱坡及安全視距方面的設(shè)計(jì)。

3.3 采用支線上跨高速

對(duì)相交的等級(jí)公路交叉方式進(jìn)行分析，在條件許可時(shí)，盡可能使支線上跨高速公路，并配以輔路使支線形成輔路路網(wǎng)，提升支線交通通行能力。對(duì)機(jī)耕標(biāo)準(zhǔn)以上的地方道路進(jìn)行歸并，形成輔路路網(wǎng)，并結(jié)合輔路路網(wǎng)，每2～5 km或根據(jù)地形特征及實(shí)際需要設(shè)置一處支線上跨天橋解決橫向溝通問題，設(shè)置輔道使輔路路網(wǎng)與支線上跨天橋銜接暢通，同時(shí)要特別注意完善排水設(shè)計(jì)。

3.4 適度采用高速主線下挖

設(shè)置支線天橋有困難時(shí)，在可能的情況下，高速主線盡量下挖，采用輕質(zhì)管箱結(jié)構(gòu)穿越，其間需要完善配套排水設(shè)計(jì)。

3.5 地下高速

采用地下明挖淺埋方式穿越耕地、農(nóng)田區(qū)，不直接占用地上空間，為保證通風(fēng)、安全、照明等，可以每2 km在淺路塹等適宜地段出入地下。

4 低路堤設(shè)計(jì)的影響因素分析

采用低路堤理念進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能地降低路基填土高度，同時(shí)保證其滿足基本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求、安全要求、經(jīng)濟(jì)要求、工期要求、社會(huì)影響及遠(yuǎn)期養(yǎng)護(hù)等因素要求。其間，人們需要綜合比選，采用綜合效益最佳的設(shè)計(jì)方案。具體需要考慮的影響因素如下。

4.1 低路堤段落選取

低路堤段落選取時(shí)，一般情況下應(yīng)避開以下路段。一是不良地質(zhì)路段，以減小地基處理及路基不均勻沉降;二是溝塘密集、地下水位高的路段，防止毛細(xì)水上升影響路基干濕性能;三是圩區(qū)、內(nèi)澇水位高的路段;四是城鎮(zhèn)、村莊、開發(fā)區(qū)等橫向通道密集的路段。從理論上講，以上路段進(jìn)行低路堤設(shè)計(jì)是可行的，但需要增加額外的地基處理費(fèi)用，存在路基遠(yuǎn)期質(zhì)量隱患、洪水及安全方面的隱患等不利因素，在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般都采取避讓措施。

4.2 防洪需求

對(duì)于臨河路基或可能遭受洪水侵襲的地段，人們需要進(jìn)行水文計(jì)算，設(shè)置合理的路基填土高度，防范或減少洪水對(duì)路基和通行的影響，同時(shí)兼顧區(qū)域防洪需求。

4.3 路基強(qiáng)度

填土過(guò)低或淺路塹段對(duì)地下水和路基工作區(qū)土基處置不當(dāng)，會(huì)造成路基強(qiáng)度不足，影響路基穩(wěn)定性。同時(shí)，為保證路基強(qiáng)度，上述路段可能存在壓實(shí)過(guò)度的問題，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮一定的處理深度和處理方法，會(huì)產(chǎn)生較大的投資費(fèi)用。此外，為了便于與市政道路通行交流，在市政道路設(shè)計(jì)中，一定高度的填方路基遠(yuǎn)期強(qiáng)度及穩(wěn)定性要優(yōu)于一般處理深度的淺路塹路基。

4.4 排水

平原區(qū)本身就存在排水不暢的不利因素，高速公路的修建不僅產(chǎn)生了路基路面排水，也阻斷了高速兩側(cè)的原有排水通道系統(tǒng)，將路基路面雨水引出路基范圍之外和采取有效措施保證高速兩側(cè)排水通道系統(tǒng)順暢是需要重點(diǎn)考慮的問題，必要時(shí)可參照市政快速路下穿低洼處的泵站強(qiáng)排方式處理。筆者曾遇到某高速在設(shè)計(jì)審查階段為了壓縮造價(jià)和路基填土高度，全線縱向高程下壓了1 m左右，雖然對(duì)大中橋影響不大，但對(duì)全線的通道涵洞產(chǎn)生了較大的影響，后期產(chǎn)生了較大的排水處理變更，增加了大量的投資費(fèi)用及額外施工難度。

4.5 與地方道路交叉

高速的修建解決了縱向高速通行的問題，但阻斷了高速兩側(cè)原有的地方道路或無(wú)明顯道路的橫向通行方式。開展低路堤或淺路塹設(shè)計(jì)時(shí)，一般可采用被交道抬高上跨或高速主線下挖、被交道原位上跨的方式，可采用輔路與之連通，完善地方道路網(wǎng)絡(luò)，采取集中繞行方式解決橫向通行問題，但會(huì)造成支線上跨的一定范圍的高填路基及占地。

4.6 安全

在基本的防護(hù)、隔離條件下，低路堤或淺路塹設(shè)計(jì)可有效增加行車安全，降低事故損害，但也存在防護(hù)、隔離設(shè)施損壞情況下人員、車輛、牲畜進(jìn)入高速或高速車輛沖出高速的安全風(fēng)險(xiǎn)，人們需要及時(shí)檢查、維護(hù)防護(hù)、隔離設(shè)施，以保證完好。

4.7 養(yǎng)護(hù)

低路堤或淺路塹設(shè)計(jì)方案路線離地面近，相比高填路基沉降較少，高空作業(yè)較少，遠(yuǎn)期養(yǎng)護(hù)相對(duì)容易，極大降低了遠(yuǎn)期養(yǎng)護(hù)施工難度和成本。

5 低路堤、高路堤、高架橋和地下高速等方案的比選

從技術(shù)角度考慮，低路堤、高路堤、高架橋和地下高速等設(shè)計(jì)、施工等均不存在較大的技術(shù)難度，但會(huì)對(duì)占地、工期、安全、排水、社會(huì)影響、養(yǎng)護(hù)和造價(jià)等方面產(chǎn)生較大的影響。根據(jù)以往參與項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案、理想配置、估算指標(biāo)及市場(chǎng)行情等，參照擬定的近似理想的高路堤路段設(shè)計(jì)（選取10 km路段，僅考慮40處橫向排水、20處橫向通道，80 m中橋20座、200 m大橋4座，120 m天橋3座），以此為基準(zhǔn)，采用其他設(shè)計(jì)方案進(jìn)行替代，滿足高速主線、橫向通行及構(gòu)造等需求，并對(duì)幾種方案進(jìn)行大致的比選。

5.1 工程量對(duì)比。本研究對(duì)擬定路段主線的填挖、防護(hù)排水、涵通道、大中橋和天橋輔路等主體構(gòu)造進(jìn)行對(duì)比，其他方案對(duì)照替換，主要工程量如表1所示。

5.2 估算造價(jià)對(duì)比。按照表1擬定的主要工程量，采用交通運(yùn)輸部提出的估算指標(biāo)[4]及市場(chǎng)參考價(jià)進(jìn)行估算（僅對(duì)上述所列工程量估算，不含其他附屬物、拆遷補(bǔ)償、工程建設(shè)其他費(fèi)用，不能反映全要素造價(jià)，僅作為本文造價(jià)對(duì)比基礎(chǔ)使用），造價(jià)匯總?cè)绫?所示。

通過(guò)主要工程量替代，低路堤與高路堤方案在造價(jià)上相差不大，高架橋及地下高速方案造價(jià)為其2～4倍。

5.3 其他因素對(duì)比。下面從占地、工期、安全、排水、社會(huì)影響、養(yǎng)護(hù)和造價(jià)方面對(duì)四種方案進(jìn)行對(duì)比分析，如表3所示。

5.4 定量對(duì)比分析。下面從占地、工期、安全、排水、社會(huì)影響、養(yǎng)護(hù)和造價(jià)方面對(duì)四種方案進(jìn)行綜合分析，然后按照優(yōu)、良、中、差四級(jí)，分別賦予分值4、3、2、1進(jìn)行積分排名，評(píng)分計(jì)算匯總?cè)绫?所示。

經(jīng)上述7個(gè)方面影響指標(biāo)的綜合比選，低路堤設(shè)計(jì)方案綜合得分最高，而且在工期、安全、養(yǎng)護(hù)方面有較大優(yōu)勢(shì)，在投資造價(jià)上也較為合理，不失為一種性價(jià)比較好的設(shè)計(jì)方案。

6 結(jié)論

從節(jié)約土地的思路出發(fā)，結(jié)合工期、安全、排水、社會(huì)、養(yǎng)護(hù)和造價(jià)因素方面的影響分析，低路堤設(shè)計(jì)方案是一種較好的設(shè)計(jì)方案，其設(shè)計(jì)和施工技術(shù)不存在較大困難。低路堤方案的主要工程量造價(jià)約為1 500元/m2，略高于路面同寬的市政快速路造價(jià)1 200元/m2（經(jīng)驗(yàn)值），但其在高速通行上明顯優(yōu)于市政快速路。所以，低路堤設(shè)計(jì)具有一定的綜合優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景，建議在后續(xù)的高速公路設(shè)計(jì)中予以關(guān)注、考慮和嘗試。

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