基于綠色公路理念的山區(qū)高速公路設(shè)計(jì)分析

黃澤浪

(中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176)

0 引言

為了推進(jìn)綠色公路建設(shè)，國(guó)家相關(guān)部門(mén)提出了一系列綠色發(fā)展意見(jiàn)，但是，因山區(qū)地理環(huán)境等因素的限制，導(dǎo)致其施工難度增加。對(duì)此，施工單位在執(zhí)行項(xiàng)目作業(yè)前，需對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘察，再通過(guò)各項(xiàng)數(shù)據(jù)把控，制定科學(xué)施工方案，輔之現(xiàn)代專業(yè)技術(shù)和綠色公路施工理念的融合，從根本上預(yù)防工程滑坡和坍塌等問(wèn)題。

1 項(xiàng)目概況

某山區(qū)某高速公路建設(shè)項(xiàng)目，線路全長(zhǎng)約78.5km，全線橋隧比例為64.3%，共設(shè)置互通式立體交叉7 座，服務(wù)區(qū)2 處。采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80km/h，路基寬度25.5m。

本項(xiàng)目的建設(shè)加強(qiáng)了區(qū)域兩省之間的交流互通，形成了互聯(lián)互通的高速公路網(wǎng)絡(luò)，改善了區(qū)域交通條件，提供了應(yīng)急抗災(zāi)能力，構(gòu)建了綜合立體交通樞紐體系，更是落實(shí)了地區(qū)“一帶一路”倡議和“長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶”戰(zhàn)略順利實(shí)施的關(guān)鍵，帶動(dòng)了地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展[1]。

2 綠色公路勘察設(shè)計(jì)思路

2.1 路線設(shè)計(jì)思路

第一，加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，注重生態(tài)自然穩(wěn)定發(fā)展，全面落實(shí)對(duì)生態(tài)環(huán)境治理保護(hù)的相關(guān)政策，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)設(shè)計(jì)活動(dòng)開(kāi)展，重點(diǎn)對(duì)生態(tài)自然、原生植被、濕地生態(tài)等進(jìn)行保護(hù)，把現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用其中，做好土石方工程量控制工作，科學(xué)調(diào)配，力爭(zhēng)做到“零棄、少借”。第二，科學(xué)保護(hù)耕地資源，推進(jìn)項(xiàng)目選線和耕地基本建設(shè)相互融合，對(duì)線路方案審圖調(diào)查，合理利用未經(jīng)利用的土地。對(duì)于經(jīng)過(guò)農(nóng)田區(qū)域的路段，在選擇道路路線時(shí)，必須要優(yōu)先避讓農(nóng)戶農(nóng)田。在無(wú)法避讓的情況下，需要合理選擇路基方案及橋梁施工方案。如果必須占用農(nóng)田，那么盡量減少農(nóng)田占用，做好征地工作，給予農(nóng)戶合理的補(bǔ)償。第三，在選擇地形地質(zhì)線路方案過(guò)程中，需要綜合思考線路和地質(zhì)條件、橋梁工程、隧道工程、地方規(guī)劃之間的關(guān)系，科學(xué)選擇。第四，通過(guò)對(duì)景觀資源的充分利用，避免破壞生態(tài)環(huán)境，應(yīng)當(dāng)在公路項(xiàng)目中留有一定空間來(lái)避讓生態(tài)景觀景區(qū)，也能夠使生態(tài)景觀和高速公路相結(jié)合。經(jīng)過(guò)景觀區(qū)域時(shí)，使公路沿著邊緣通行，采用曲線形設(shè)計(jì)，避免直線通過(guò)從而破壞景觀的整體性，這可以給中途群眾觀看景觀提供便利條件，也能讓人們?cè)诼猛局行蕾p到美麗的景色，保證人們的愉悅心情。第五，設(shè)計(jì)要從全生命周期的角度出發(fā)，不能只考慮節(jié)約當(dāng)前短期成本，比如為降低成本，采用質(zhì)量相對(duì)較差的原材料。從遠(yuǎn)期成本來(lái)看，增加了后期的維護(hù)、維修成本，因此要將后期相關(guān)成本融入工程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，充分凸顯出全壽命特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)的一致性，促進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁使用，將其全壽命周期成本優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮。相關(guān)部門(mén)應(yīng)靈活使用高性能混凝土、高強(qiáng)鋼筋等材料，增加工程結(jié)構(gòu)耐久性，保證結(jié)構(gòu)使用期限，幫助相關(guān)部門(mén)控制公路運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本。

2.2 路基設(shè)計(jì)思路

第一，結(jié)合地質(zhì)地形，來(lái)合理設(shè)置，包括整體、分離以及半橋半路基等路基布置形式，結(jié)合實(shí)際情況，減少山體開(kāi)挖和土石方數(shù)量，降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。第二，秉持因地制宜的原則合理選擇材料，在路基設(shè)計(jì)過(guò)程中盡量采用當(dāng)?shù)夭牧希瑴p少施工成本，全面普及和推廣粉煤灰、礦渣等材料，實(shí)現(xiàn)建筑垃圾無(wú)害化處理。第三，加強(qiáng)腐殖土保護(hù)，對(duì)于復(fù)墾腐殖土來(lái)說(shuō)，屬于不可再生自然資源，尤其是西南地區(qū)，很少進(jìn)行碾壓腐殖土的處理，而是將腐殖土以及草皮存放處理，便于后期施工使用，應(yīng)當(dāng)做好植被恢復(fù)、土地再造等工作，加強(qiáng)水土保護(hù)，科學(xué)設(shè)計(jì)植被種植。第四，加強(qiáng)地勘管理，嚴(yán)格把控地質(zhì)災(zāi)害對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，保證道路和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。在勘察設(shè)計(jì)中，應(yīng)參與到工程現(xiàn)場(chǎng)中，加強(qiáng)地質(zhì)勘察，避開(kāi)順層滑坡、堆積等不良地質(zhì)區(qū)，對(duì)于無(wú)法躲避的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)做好地質(zhì)勘查工作，結(jié)合獲得的定制信息，采取相關(guān)措施進(jìn)行防范，避免高填深挖，防止在施工建設(shè)中發(fā)生滑坡等地質(zhì)問(wèn)題。第五，提高公路景觀的設(shè)計(jì)，通常將公路景觀分成以下兩種類型：其一，公路工程自身的配套綠化景觀；其二，高速公路途經(jīng)的原有生態(tài)綠化景觀。生態(tài)綠色景觀需要在分帶、路肩這些等高速公路范圍內(nèi)的綠化。邊坡防護(hù)盡量采用植物防護(hù)方法。對(duì)于不可避免的砌體防護(hù)，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況選擇適宜的措施，實(shí)現(xiàn)綠化和屏蔽。在植物恢復(fù)中，需要選擇一些成活率比較高的植物種植防止，以實(shí)現(xiàn)對(duì)原有自然環(huán)境的充分結(jié)合。高速公路選線需要合理，確定好公路與景區(qū)之間的距離，防止分隔生態(tài)景觀空間以及視覺(jué)景觀空間。公路在途經(jīng)原有景觀景區(qū)的時(shí)候，不是采用路線直接切割的形式，而是利用曲線形設(shè)計(jì)，沿著景觀區(qū)域的邊緣地帶，或者通過(guò)隧道、橋梁等方式通行，把公路工程和原有的生態(tài)景區(qū)有機(jī)融合，并在公路中設(shè)置觀景臺(tái)休息區(qū)，也能在沿途中觀看優(yōu)美的景觀，改善高速公路服務(wù)質(zhì)量。第六，加強(qiáng)綠色服務(wù)區(qū)建設(shè)。在建設(shè)綠色服務(wù)區(qū)過(guò)程中，應(yīng)該秉持節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)要求，把保溫、清潔能源等應(yīng)用其中，全面實(shí)現(xiàn)服務(wù)區(qū)污水科學(xué)處理，推廣水循環(huán)利用技術(shù)，讓有限的水資源得到高效利用[2]。在服務(wù)區(qū)普及廢物再利用技術(shù)，科學(xué)分類收集廢物進(jìn)行無(wú)害化處理。同時(shí)，鼓勵(lì)新建服務(wù)區(qū)加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，使得廢氣、污水排放滿足國(guó)家要求。

2.3 路面設(shè)計(jì)思路

首先，在公路工程行業(yè)快速發(fā)展的環(huán)境下，隧道技術(shù)越來(lái)越完善，本工程位于山區(qū)，隧道施工環(huán)節(jié)較多。山區(qū)地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，存在一定的危險(xiǎn)性，需要加強(qiáng)隧道設(shè)計(jì)的技術(shù)性和安全性。在施工材料方面，要從綠色節(jié)能的角度入手，可選擇溫拌瀝青技術(shù)，或是橡膠瀝青技術(shù)，這些瀝青材料的環(huán)保性高、耐久性好。對(duì)于橋梁瀝青路面，橡膠瀝青的應(yīng)用可以減小瀝青層與橋面在荷載下相互作用所形成的形變，有效提升整體的耐久性，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)廢棄材料的再利用，滿足綠色環(huán)保的理念。此外，面層材料要經(jīng)實(shí)驗(yàn)室反復(fù)實(shí)驗(yàn)，合理配置材料、骨料的比例，從強(qiáng)度、耐久性等角度保障材料質(zhì)量。在進(jìn)行路面方面的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)確定級(jí)配類別寬度，并結(jié)合沿線材料的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，科學(xué)調(diào)整級(jí)配曲線，以提高混合料在密實(shí)、防水條件下的粗骨料的配比設(shè)計(jì)，提升抗滑以及車轍的耐受能力。最后，可通過(guò)熱瀝青同步碎石封層技術(shù)，來(lái)減少基層水損害。這種技術(shù)將熱瀝青、下層混合料以及透層中的瀝青材料構(gòu)成一個(gè)整體，使半剛性材料能夠和瀝青層形成一個(gè)完整的結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)穩(wěn)定性、耐久性和抗老化性。

3 綠色公路理念在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于山區(qū)高速公路實(shí)際特點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目運(yùn)行情況，提出以下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，具體見(jiàn)表1。

表1 工程需滿足的綠色公路標(biāo)準(zhǔn)

3.2 統(tǒng)籌資源利用，實(shí)現(xiàn)集約節(jié)約

3.2.1 集約利用通道資源

案例工程沿途所經(jīng)河谷狹長(zhǎng)，線路布置盡量減少對(duì)城鎮(zhèn)和當(dāng)?shù)氐缆返挠绊?，靠近城?zhèn)而不進(jìn)入鄉(xiāng)鎮(zhèn)。當(dāng)?shù)氐缆仿窙r僅能滿足準(zhǔn)四級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)，大部分路段路基寬度小于6.5m，特別是K13-K33 段原道路寬度僅為3～4m，不符合施工標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)結(jié)合理念對(duì)當(dāng)?shù)氐缆穼挾冗M(jìn)行更改，便于施工工作順利進(jìn)行，合理使用當(dāng)?shù)刭Y源[3]。

3.2.2 嚴(yán)格保護(hù)土地資源

線路布置應(yīng)充分適應(yīng)地形，盡量在山坡荒地上走線，繞過(guò)基本農(nóng)田，對(duì)需要穿越基本農(nóng)田的路段進(jìn)行多方案論證比較。例如，K1+410-K13+400 段，該區(qū)域地形起伏較緩，居民和路基較為集中，沿線農(nóng)田分布廣泛，經(jīng)濟(jì)作物和珍貴保護(hù)樹(shù)種香椿分布較廣，電站、廠礦也是本段的控制重點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件，線路布置可以考慮沿河和左邊山腳下的線路，提出線路K 與線路C 的方案，并對(duì)兩方案做比較；K44+600-K49+630段在線路布置過(guò)程中，避開(kāi)廠礦和采空區(qū)，居民拆遷、耕地保護(hù)和規(guī)劃面積都是控制因素。高線位K 線方案的設(shè)計(jì)，節(jié)省了0.90hm2的土地面積，在低線位置，以與H 線方案相同的精度進(jìn)行比較和選擇。注意線路的水平和垂直協(xié)調(diào)，盡量減少路基的高填深挖；在通過(guò)耕地路段時(shí)，應(yīng)合理利用線路指標(biāo)，盡量通過(guò)低填淺挖路基。

3.3 加強(qiáng)生態(tài)保護(hù)，注重自然和諧

3.3.1 推行生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)

一方面，根據(jù)沿線地形地質(zhì)控制因素，公路線形設(shè)計(jì)遵循“趨勢(shì)”要求進(jìn)行布置，其布置應(yīng)避開(kāi)重要控制節(jié)點(diǎn)，適應(yīng)地形，自然流動(dòng)曲線平整，避免大面積挖填破壞原生植被，線性適應(yīng)山區(qū)地形，曲線比例為70%控制。采用柔性生態(tài)擋土結(jié)構(gòu)保護(hù)道路路堤邊坡；硬巖斜坡平臺(tái)種植藤蔓（見(jiàn)圖1），提高景觀效果。結(jié)合項(xiàng)目地質(zhì)情況、氣候條件等，把沿線路段的特色文化和景觀科學(xué)布局，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，展現(xiàn)出每個(gè)階段景觀特點(diǎn)。另一方面，根據(jù)逐條實(shí)測(cè)，案例路段內(nèi)分布著大量國(guó)家二級(jí)保護(hù)植物——紅椿，路線布局避開(kāi)紅椿林；對(duì)于直徑較大且“年齡”較大的樹(shù)木，盡可能繞行；對(duì)于小樹(shù)苗，通過(guò)邀請(qǐng)專家進(jìn)行研究，合理移植，以保證其順利生存；對(duì)于一些無(wú)法避讓并且不能移栽的植物，應(yīng)及時(shí)保護(hù)，這樣不但對(duì)珍貴植物進(jìn)行保護(hù)，也滿足綠色公路發(fā)展要求[4]。

圖1 基于生態(tài)理念的山區(qū)高速公路路旁藤蔓種植

3.3.2 嚴(yán)格保護(hù)施工環(huán)境

在設(shè)置臨時(shí)通道時(shí)，充分考慮當(dāng)?shù)剜l(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展情況和實(shí)際需求，盡可能在既有道路基礎(chǔ)上或結(jié)合村鎮(zhèn)遠(yuǎn)期規(guī)劃，根據(jù)實(shí)際情況提前設(shè)置要求修建地方公路。如果不能組合，在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮恢復(fù)綠色基本要求。對(duì)于棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)，應(yīng)充分借鑒當(dāng)?shù)厮帘３纸?jīng)驗(yàn)進(jìn)行生態(tài)保護(hù)和水土保持設(shè)計(jì)，工程完工后對(duì)棄土場(chǎng)進(jìn)行平整處理，加強(qiáng)綠化改造，搞好水土流失防治，保證生態(tài)發(fā)展均衡。

3.4 著眼周期成本，建養(yǎng)并重

3.4.1 突出全壽命周期成本理念

在比較和選擇起點(diǎn)樞紐互通方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)全壽命周期成本概念進(jìn)行整合、分析各方案的建設(shè)成本、運(yùn)營(yíng)成本和車輛繞行成本，盡管近期建設(shè)成本比較高，但建議B1 線和B2 線的生命周期成本最好。對(duì)于結(jié)構(gòu)，選擇高性能混凝土、高強(qiáng)鋼筋、砂漿砌體全混凝土化及樁基回旋開(kāi)挖，確保結(jié)構(gòu)耐久性。推動(dòng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)用，充分發(fā)揮全壽命周期價(jià)值，對(duì)于跨越高速公路和主要國(guó)家和省道的橋梁工程，選取鋼材組合梁結(jié)構(gòu)。

3.4.2 全面實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)化施工

在橋梁上下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方式，減少跨徑墩柱數(shù)量。如果是路基防護(hù)排水設(shè)計(jì)，就應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法，利用預(yù)制構(gòu)件完成建設(shè)工作。如果是橋梁上下部結(jié)構(gòu)或者路基路面，就應(yīng)合理編制通用圖，按照標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工[5]。

3.5 “五大專項(xiàng)行動(dòng)”的落實(shí)

3.5.1 “零棄方、少借方”，著力實(shí)現(xiàn)填挖平衡

在綜合思考工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況、填方和隧道洞渣數(shù)量的情況下，保證施工建設(shè)工作有序進(jìn)行，做到土石平衡，綜合比較借土與縱向調(diào)運(yùn)效應(yīng)，盡可能做到縱向調(diào)用，減少借方與棄方。例如，通過(guò)對(duì)隧道地形情況調(diào)查與分析，選擇在K33 段設(shè)有集中高填方，減少隧道洞渣及棄方數(shù)量。全線設(shè)有八個(gè)棄土場(chǎng)，無(wú)取土場(chǎng)。

3.5.2 積極應(yīng)用BIM 技術(shù)

本項(xiàng)目采用三維模型和外部采集測(cè)量系統(tǒng)，輔助外部采集測(cè)量，有效節(jié)省測(cè)量時(shí)間，提高外部采集質(zhì)量；利用BIM 技術(shù)直觀、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，對(duì)內(nèi)外部設(shè)計(jì)中的工作內(nèi)容進(jìn)行檢查和校對(duì)，有效減少施工后期的設(shè)計(jì)變更問(wèn)題。在建設(shè)施工管理過(guò)程中，應(yīng)建立智能建設(shè)管理系統(tǒng)，促進(jìn)項(xiàng)目管理系統(tǒng)與物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等信息管理技術(shù)的充分結(jié)合實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目全生命周期關(guān)鍵信息有效傳遞與共享。以項(xiàng)目管理系統(tǒng)為平臺(tái)，推進(jìn)過(guò)程監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警、隱蔽工程數(shù)據(jù)采集、質(zhì)量安全檢測(cè)、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等技術(shù)在施工管理中的綜合應(yīng)用，從而提高工程質(zhì)量安全管理水平[6]。

3.5.3 推進(jìn)綠色服務(wù)區(qū)建設(shè)

在服務(wù)區(qū)及監(jiān)測(cè)分中心生活污水系統(tǒng)中，利用中水回用處理技術(shù)，污水經(jīng)處理后可達(dá)到中水回用的安全標(biāo)準(zhǔn)，可以將其應(yīng)用在地區(qū)綠化、道路沖洗、廁所沖洗等方面，節(jié)約水資源。處理工藝相對(duì)簡(jiǎn)單成熟，操作管理方便，運(yùn)行穩(wěn)定，處理效果好，它不僅有效處理了水資源浪費(fèi)問(wèn)題，而且也能實(shí)現(xiàn)周邊地區(qū)環(huán)境的保護(hù)。根據(jù)項(xiàng)目區(qū)日照長(zhǎng)、日照充足的特點(diǎn)，在生活熱水系統(tǒng)中引進(jìn)太陽(yáng)能熱水器，實(shí)現(xiàn)能源的供給。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，在山區(qū)高速公路實(shí)際設(shè)計(jì)中，要深入了解綠色公路內(nèi)涵，在勘察設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中把綠色節(jié)能理念應(yīng)用其中，保證資源節(jié)約、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、節(jié)能高效、服務(wù)改善等目標(biāo)快速完成。在實(shí)際建設(shè)中，建設(shè)單位應(yīng)不斷提高自身技術(shù)水平，把新工藝、新技術(shù)應(yīng)用其中，提高施工水平和效率，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。在本次探究中，把綠色公路理念運(yùn)用在高速公路設(shè)計(jì)中，通過(guò)理論探究與具體項(xiàng)目的結(jié)合，在綠色公路理念引導(dǎo)下設(shè)計(jì)出了具體的施工方案，希望可以給相關(guān)部門(mén)綠色施工開(kāi)展提供些許參考，促進(jìn)我國(guó)綠色公路更好發(fā)展。