基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)研究

張偉玲

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176)

0 引言

山區(qū)地形一般比較復(fù)雜，地貌起伏大，但耕地面積占比一般不大，山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中對(duì)平面和縱面線形指標(biāo)的要求非常高，而且在山區(qū)分布有較多的埡口，使得路基邊坡比較高，再加上山區(qū)高速公路線較長(zhǎng)，路基寬度大等特點(diǎn)，致使山區(qū)高速公路在施工建設(shè)中需要占據(jù)大量土地資源，但考慮到區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，建設(shè)山區(qū)高速公路勢(shì)在必行。這就要求山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)人員能夠協(xié)調(diào)好二者之間的矛盾，在滿足山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求的基礎(chǔ)上，最大限度實(shí)現(xiàn)有限土地資源的集約利用，以緩解我國(guó)目前高速公路建設(shè)和占地過(guò)大之間的供需矛盾，更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧相處。基于此，開展基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)研究，就擁有非常深遠(yuǎn)的意義。

1 工程概述

某山區(qū)高速公路，設(shè)計(jì)路線長(zhǎng)度為102.52km，位于地形復(fù)雜多變的山區(qū)，結(jié)合該公路工程所在區(qū)域的地形地貌和實(shí)際需求，需要設(shè)計(jì)大型橋梁24 座，中小型橋梁32 座，小型橋梁7 座，總長(zhǎng)度為21.52km；特長(zhǎng)隧道1條，中長(zhǎng)隧道8 條，小隧道5 條，總長(zhǎng)度為15.24km，其余均為路基段落。設(shè)計(jì)速度80km/h，整體式路基寬度24.5m，分離式路基寬度12.25m，橋梁凈寬12.15×2m，隧道凈寬11.25×2m，地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)0.05。

2 基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的原則

按照案例工程經(jīng)過(guò)區(qū)域的地形地貌來(lái)看，為達(dá)到土地集約利用的目的，在具體設(shè)計(jì)中要嚴(yán)格遵循以下幾個(gè)原則：

其一，滿足路線線形技術(shù)指標(biāo)的原則。在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)要做到綜合考慮，結(jié)合山區(qū)高速公路所在區(qū)段的自然環(huán)境條件，合理選址和設(shè)計(jì)，既要集約土地，也要滿足車輛行駛的安全性和舒適性[1]。其二，滿足區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的原則。按照國(guó)土空間規(guī)劃的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)符合國(guó)土利用的總體規(guī)劃，不觸碰“三線”，從而為遠(yuǎn)期發(fā)展提供良好的條件。其三，滿足集約節(jié)約用地的原則。在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中，必須全面考慮公路的用地規(guī)模、種類、質(zhì)量，結(jié)合有限的土地資源，進(jìn)行科學(xué)合理的利用，最大限度上控制建設(shè)用地規(guī)模，減少占用耕地和林地，尤其是不能碰觸區(qū)域基本農(nóng)田數(shù)量。其四，滿足占補(bǔ)平衡的原則。在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中，要統(tǒng)籌兼顧周圍的地形地貌，對(duì)土地進(jìn)行科學(xué)整理、開發(fā)，盡量補(bǔ)充山區(qū)高速公路占用的農(nóng)田面積。其五，嚴(yán)格控制用地指標(biāo)，各單項(xiàng)工程用地不得超過(guò)《公路工程項(xiàng)目建設(shè)用地指標(biāo)》（建標(biāo)〔2011〕124 號(hào)）的限制。

3 基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 科學(xué)選線和定線

案例工程里程比較長(zhǎng)，在選線和定線設(shè)計(jì)中，為最大限度上提升科學(xué)性，節(jié)約土地，嚴(yán)格遵循“由帶到線和由粗到細(xì)”的原則，實(shí)現(xiàn)逐步優(yōu)化。尤其是在可行性研究中，需要深入路線設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面調(diào)研，確定出合理的路線走廊帶以及主要的控制點(diǎn)。和當(dāng)?shù)剡^(guò)去資源空間規(guī)劃部門取得聯(lián)系，詳細(xì)分析目前區(qū)域土地利用情況，全面收集土地資料，進(jìn)行全面分析，凡是占用土地的路線都需要進(jìn)行科學(xué)論證。再結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地形地貌、公路規(guī)模、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)等合理確定出合適的路線走廊帶。在進(jìn)行路線走廊帶設(shè)計(jì)和定線時(shí)，需要綜合分析土地占有量，作為路線選擇和確定的主要參考依據(jù)。案例工程選線和定線長(zhǎng)度在5～20km，從節(jié)約利用土地資源的角度看，需要在布設(shè)線路時(shí)，少占用或不占用耕地。再按照集約節(jié)約用地的原則，對(duì)初步選線和定線的方案進(jìn)行對(duì)比，不能僅對(duì)路面上線路進(jìn)行對(duì)比優(yōu)化，要從路線、路基、橋梁、隧道、路線交叉等各個(gè)方面同時(shí)入手，進(jìn)行全面系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。

3.2 合理設(shè)計(jì)路基的高度和坡度

路基設(shè)計(jì)是山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的重中之重，占用土地是最多的，因此，在路基設(shè)計(jì)中必須深化集約利用土地的理念，以提升土地資源的利用率，案例工程路基的橫斷面形式多呈現(xiàn)梯形，因此，路基的高度越高，則底部的寬度就越大，用地面積也就越大。此外，路基高度越高，則回填量也就越大，取土占地面積越大。多數(shù)情況下，高速公路路基的填土高度在5.0m 左右，本工程為雙向四車道山區(qū)高速公路，土石方量為20m3/km 左右，如果路基頂部的寬度為26m，則路基的高度每降低1m，可減少土石方量2.7 萬(wàn)m3/km，坡度控制在1∶1.5左右，各斷面路基寬度能夠減少至少3m，可少征用地面積為0.3hm2/km。

在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中對(duì)路基最小填土的高度有明確規(guī)定，如果平均路基的高度在4m 左右，為保證山區(qū)高速公路路基設(shè)計(jì)的科學(xué)性，需要從節(jié)約用地的角度出發(fā)，避免土地資源浪費(fèi)?？杀ＷC路基穩(wěn)定性和強(qiáng)度滿足山區(qū)高速公路使用安全的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低路基填土高度，并且路基要貼面設(shè)計(jì)，達(dá)到“隨坡就勢(shì)”的設(shè)計(jì)效果，以促使山區(qū)高速公路能夠和周圍的自然環(huán)境相互融合，在提升土地利用率的基礎(chǔ)上，降低對(duì)周圍環(huán)境造成的影響[2]。

3.3 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況合理布設(shè)路基的斷面形式。

路基斷面形式設(shè)計(jì)是體現(xiàn)土地集約利用理念的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在具體設(shè)計(jì)中需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，才能更好地提升土地利用率，具體而言，可從以下幾個(gè)方面同時(shí)入手。

3.3.1 硬路肩設(shè)計(jì)

山區(qū)高速公路中硬路肩的主要作用是滿足緊急臨時(shí)停車的需求，并對(duì)行車路面的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面保護(hù)，在提升車輛通過(guò)率、安全性、道路養(yǎng)護(hù)等方面有重要作用。車輛在山區(qū)高速公路上行駛時(shí)，需要有足夠的側(cè)向余寬，其寬度設(shè)計(jì)是否合理，直接關(guān)系到山區(qū)高速公路的通行能力以及車輛的行駛速度。案例工程所在區(qū)域地形比較復(fù)雜，道路展線有限，在那些邊坡坡度大、地質(zhì)條件復(fù)雜的路段，為最大限度上減少對(duì)原有邊坡造成的擾動(dòng)和防護(hù)工程量，可適當(dāng)減小硬路肩的寬度，但需要保證硬路肩寬度的連續(xù)性，可在硬路肩變寬地段處，適當(dāng)設(shè)置一定的漸變段，并設(shè)置醒目的交通標(biāo)志。

3.3.2 土路肩設(shè)計(jì)

和硬路肩相比，土路肩在山區(qū)高速公路中的作用比較小，為節(jié)約土地利用面積，土路肩設(shè)計(jì)時(shí)可充分結(jié)合蓋板邊溝，以蓋板邊溝作為土路肩，此種設(shè)計(jì)方法，不僅能有效減少路基的斷面尺寸，而且不會(huì)影響公路的正常使用，更加節(jié)約土地。本工程土路肩設(shè)計(jì)圖如圖1所示，圖1中的路肩設(shè)計(jì)圖比常規(guī)土路肩設(shè)計(jì)的橫向?qū)挾壬?.45m，但滿足了山區(qū)高速公路的需求，節(jié)約了土地占用面積。

圖1 土路肩設(shè)計(jì)圖（mm）

3.3.3 邊坡平臺(tái)設(shè)計(jì)

如果邊坡的坡度比較高，需要設(shè)計(jì)成臺(tái)階式邊坡平臺(tái)，以發(fā)揮出平臺(tái)檢修和防護(hù)的雙重作用。在《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015)中對(duì)邊坡平臺(tái)有嚴(yán)格要求，要求其寬度不能低于2.0m。而如果邊坡的坡度比較低，且地質(zhì)條件比較好，邊坡土石結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，可適當(dāng)降低邊坡平臺(tái)的寬度，最低可降至1.0m。邊坡的平均需要按照兩級(jí)坡進(jìn)行設(shè)計(jì)，高度可按照20m 進(jìn)行設(shè)計(jì)，但邊坡平臺(tái)的寬度降低到1.0m 時(shí)，各斷面的寬度要減少2.0m，從而更好地節(jié)約土地。

3.3.4 路基邊坡設(shè)計(jì)

在山區(qū)高速公路路基邊坡設(shè)計(jì)中，不能以犧牲邊坡的穩(wěn)定性來(lái)降低土地利用面積，二者要選擇一個(gè)平衡的關(guān)系，選擇合適的邊坡坡率。在案例工程設(shè)計(jì)中，采取了放緩邊坡的方法，以提升邊坡自身的穩(wěn)定性，和錨索加固邊坡相比，如果可以適當(dāng)放緩1～2 級(jí)邊坡，可大幅度節(jié)約邊坡加固量。但會(huì)增加邊坡的高度和土方開挖量，占用土地的面積可能更大。對(duì)山區(qū)高速公路而言，決定邊坡穩(wěn)定性的因素體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是坡率，二是高度。因此，邊坡越緩，并不意味著穩(wěn)定性就越高。關(guān)鍵在路基邊坡設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員對(duì)地質(zhì)的了解和掌握情況，如果可以科學(xué)靈活的設(shè)計(jì)斷面，先確定出合理的邊坡，再進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，就能促使路基邊坡和周圍環(huán)境融為一體，即便不做或者少做加固，也可以保證路基邊坡具有良好的穩(wěn)定性，既能降低工程造價(jià)，也可以節(jié)約路基的占地面積。

3.3.5 排水設(shè)計(jì)

在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中常用的路基邊溝橫斷面形式有三種：三角形、淺碟形、梯形。其中梯形應(yīng)用范圍最廣，最適合用作排水工程，通常梯形底部寬度為0.6m，頂部寬度在1.8m，即可滿足山區(qū)高速公路排水的需要。在路基排水工程設(shè)計(jì)中，需要確定最不利狀態(tài)下的排水?dāng)嗝妫虼?，在排水溝斷面設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行靈活調(diào)整，以便更好地使其滿足排水要求?？蛇m當(dāng)減小斷面尺寸，以減少公路占地面積。在具體設(shè)計(jì)中，排水溝的尺寸的設(shè)計(jì)，不僅僅需要考慮當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛埠托沽鞯哪芰?，還要綜合考慮行車的安全性以及環(huán)境景觀的需求。

3.4 合理架設(shè)橋梁

如果區(qū)段路基比較高，還繼續(xù)修建路基，不但難度大，而且會(huì)侵占大量土地，此時(shí)可通過(guò)“以橋帶路”的設(shè)計(jì)思路，來(lái)節(jié)約土地資源。案例工程為四車道山區(qū)高速公路，寬度為26m，若路堤的高度為5.0m，半幅路基的寬度達(dá)到26.3m，是橋梁工程的2 倍多，并且路堤填土高度越高，則占用土地的面積也就越大。橋梁工程斷面和路堤斷面占地寬度對(duì)比情況如圖2所示。

圖2 橋梁工程斷面和路堤斷面占地寬度對(duì)比情況

如果山區(qū)高速公路需要穿越基本農(nóng)田，在路線設(shè)計(jì)中就需要結(jié)合實(shí)際路基填土的高度、軟土路基、成本、環(huán)境破壞、占用農(nóng)田面積等方面同時(shí)入手進(jìn)行綜合分析和對(duì)比，分析橋梁和路基哪種方案最合理、最科學(xué)。在應(yīng)用集約土地利用理念時(shí)，需要綜合考慮土地占用的機(jī)會(huì)成本對(duì)占用土地的價(jià)值，以最大限度上提升土地占用因素的權(quán)值。近年來(lái)，我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，耕地越來(lái)越少，為少占農(nóng)用耕地，在高速公路穿越農(nóng)田時(shí)，多會(huì)選擇“以橋帶路”的方法。尤其是對(duì)中心填土高度大于20m 的路基，必須進(jìn)行路和橋的設(shè)計(jì)方案對(duì)比，綜合評(píng)價(jià)用地率和周圍環(huán)境造成的影響情況，合理確定依從關(guān)系，再確定最終的設(shè)計(jì)方案。

3.5 合理開挖隧道

在山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)中受到地形地貌的影響，在山體高度比較大的區(qū)域，邊坡高度大，坡體穩(wěn)定性不足或存在安全隱患時(shí)，可采取繞行或隧道施工方案。其中，繞行會(huì)增大山區(qū)高速公路工程量和成本，且路線縱坡比隧道更大，增大征地寬度，提升車輛燃油損耗。而隧道方案則可以有效解決這一問(wèn)題，可直接穿過(guò)山體，縮短山區(qū)高速公路里程，減少用地面積，而且不會(huì)對(duì)原來(lái)的生態(tài)環(huán)境造成太大影響。案例工程特長(zhǎng)隧道1 條，中長(zhǎng)隧道8 條，小隧道5 條，總長(zhǎng)度為15.24km。每條隧道的設(shè)計(jì)消除了原邊坡，既滿足了環(huán)境保護(hù)，同時(shí)又節(jié)約超過(guò)2.32hm2的林業(yè)用地。與繞行設(shè)計(jì)方案相比，隧道施工方案無(wú)疑更加節(jié)約用地，更加利于環(huán)境保護(hù)。

4 山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)土地集約利用的措施

為緩減山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)占用土地嚴(yán)重的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中應(yīng)減少土地資源地占用，實(shí)現(xiàn)有限土地資源的集約利用，還應(yīng)結(jié)合山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)進(jìn)行全面分析。

4.1 提升設(shè)計(jì)人員對(duì)土地集約利用的認(rèn)識(shí)

目前，我國(guó)正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵階段，土地供需矛盾依然突出，科學(xué)合理地利用土地是實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重中之重。找到一條占地少、利用率高的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)新思路，才能在保證高速公路建設(shè)滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求上，更好利用土地資源。為達(dá)到這一目的，就需要每位山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)人員，能夠充分認(rèn)識(shí)到集約土地利用的重要性和必要性，在保證山區(qū)高速公路質(zhì)量和后期發(fā)展需求的基礎(chǔ)上，盡量減少土地資源的占用面積。

4.2 合理確定山區(qū)高速公路的用地標(biāo)準(zhǔn)

為更好地集約利用土地，需要按照目前我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際情況，結(jié)合區(qū)域地形地貌，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)路線，協(xié)調(diào)高速公路發(fā)展規(guī)劃，切不可盲目投資，低水平建設(shè)，浪費(fèi)土地資源。此外，還要按照集約土地利用的原則，在保證山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)的功能和安全滿足要求的基礎(chǔ)上，重新審改現(xiàn)有的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)用地標(biāo)準(zhǔn)，凡是和土地使用標(biāo)準(zhǔn)不一致的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要及時(shí)修訂。采取更加先進(jìn)的節(jié)地技術(shù)、適當(dāng)降低路基高度、適當(dāng)提升橋梁隧道的占比，降低山區(qū)高速公路施工過(guò)程用地標(biāo)準(zhǔn)和取土棄土的用地標(biāo)準(zhǔn)，凡是超標(biāo)用地的需要核用土地面積，科學(xué)合理地確定山區(qū)高速公路綠化設(shè)計(jì)設(shè)施的用地規(guī)模。

4.3 立足節(jié)約用地開展山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)

嚴(yán)格按照山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，做好路線設(shè)計(jì)，既要滿足道路安全、路線平縱指標(biāo)的要求，更要結(jié)合路線所在區(qū)域的經(jīng)濟(jì)作用以及地形地貌，通過(guò)多方案比選，選擇占用土地最少的方案。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要以集約土地為前提條件，在路基、橋梁、隧道等用地設(shè)計(jì)中需要和行業(yè)線性標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，確保其合理性，不能超過(guò)行業(yè)的最高上限。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，基于土地集約利用理念的不斷落實(shí)和深入人心，對(duì)山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)提出了更高的要求，山區(qū)地形地貌是難以改變的，在高速公路建設(shè)中必然會(huì)占用一定的土地。但采取一系列行之有效的方法和措施，可在保證山區(qū)高速公路質(zhì)量和安全滿足要求的基礎(chǔ)上，降低占用土地的面積，特別是耕地和基本田地。尤其在路線設(shè)計(jì)和選擇中，要順應(yīng)地形地貌，盡量不去破壞環(huán)境原來(lái)的樣貌，切不可大挖大填，應(yīng)合理設(shè)置橋、隧道等構(gòu)造物，促使山區(qū)高速公路路線能夠和周圍融為一體，更好地節(jié)約土地資源和保護(hù)耕地。