山區(qū)普通國道改擴建路線設(shè)計思路

摘 "要：該文基于某山區(qū)二級公路改擴建項目，總結(jié)山區(qū)二級公路改擴建項目的設(shè)計原則，討論既有舊路測量與平縱面擬合中存在的問題及注意事項，對既有舊路的路線平縱面線形、路基路面及橋梁評價指標(biāo)進行闡述，分析設(shè)計速度與路基寬度選擇對改擴建工程規(guī)模的影響，對舊橋利用路段、縱坡超標(biāo)路段及新建方案路段的方案選擇進行詳細論述，以期供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)普通國道；改擴建項目；路線設(shè)計；普通國道升級改造；公路建設(shè)形式

中圖分類號：U418.8 " " "文獻標(biāo)志碼：A " " " " "文章編號：2095-2945（2023）20-0109-04

Abstract： Based on the secondary highway reconstruction and expansion project in a mountain area， this paper summarizes the design principles of the secondary highway reconstruction and expansion project in the mountain area， and discusses the problems and matters needing attention in the survey and fitting of the horizontal and longitudinal plane of the existing road. this paper expounds the alignment of the horizontal and longitudinal plane of the existing road， the evaluation index of roadbed， pavement and bridge， and analyzes the influence of design speed and roadbed width on the scale of the reconstruction and expansion project. This paper discusses in detail the scheme selection of the road section of the old bridge， the section of the longitudinal slope exceeding the standard and the new scheme section， in order to provide reference for similar projects.

Keywords： general national highway in mountain area; reconstruction and expansion project; route design; upgrading of national highways; forms of highway construction

山區(qū)普通國道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低[1]，沿線地形地貌復(fù)雜，不良地質(zhì)發(fā)育，存在路面破損、路基下沉、防排水設(shè)施缺失及涵洞淤塞等病害，嚴(yán)重影響行車安全與沿線村民的生產(chǎn)生活。因此，普通國道的升級改造將是今后一個時期內(nèi)主要的公路建設(shè)形式。

改擴建項目與新建項目的不同之處主要體現(xiàn)在改擴建項目的考慮因素更多[2-3]，不僅要考慮新建工程本身，還要考慮到對既有工程的利用、新建工程對既有工程的影響、對既有交通的影響，這也是改擴建工程的難點所在。改擴建項目需根據(jù)既有舊路的平縱面情況、村鎮(zhèn)分布與發(fā)展規(guī)劃及基本農(nóng)田等生態(tài)紅線范圍，合理采用路線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，確保項目順利落地實施。

本文以某黃土山區(qū)普通國道改擴建為二級公路為工程背景，總結(jié)路線方案設(shè)計思路以供類似工程參考。

1 "工程背景

G309線祁漢段起點位于祁家南山（寧甘界），經(jīng)大溝鎮(zhèn)、甘溝驛鎮(zhèn)，止于終點漢家岔鎮(zhèn)。該路于20世紀(jì)70年代按照三級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計速度40 km/h（受限路段30 km/h），路基寬度7.5～8.5 m，路面寬度6.5～7.0 m。舊路整體路況較差，路面主要病害為路面翻漿、龜網(wǎng)裂、坑槽等，局部路段路基沉陷，排水設(shè)施損壞嚴(yán)重，涵洞淤塞。本項目起終點所接道路均已完成改造，因此，本項目急需升級改造以打通瓶頸路段。

2 "改擴建設(shè)計原則

2.1 "充分利用舊路走廊

走廊資源是不可再生資源，改擴建路線設(shè)計在滿足技術(shù)指標(biāo)的前提下，能夠充分利用舊路走廊空間[4-7]，不僅可以充分利用既有道路的構(gòu)造物以降低工程造價，也可以利用既有道路的穩(wěn)定路基以降低路基處治費用。

2.2 "資源節(jié)約與環(huán)境保護

黃土山區(qū)國道改擴建設(shè)計應(yīng)通過平縱面優(yōu)化設(shè)計、設(shè)置擋墻及以橋代路等方式，盡量減少占用耕地，繞避礦產(chǎn)及生態(tài)資源。設(shè)計中應(yīng)注重公路與沿線環(huán)境的融合，避免大規(guī)模開挖邊坡，造成水土流失，破壞沿線生態(tài)環(huán)境。

2.3 "服務(wù)沿線產(chǎn)業(yè)發(fā)展

山區(qū)普通國道兩側(cè)基本已形成一定的產(chǎn)業(yè)體系，房屋依路而建，村民傍路而居，普通國道改擴建應(yīng)盡可能靠近沿線產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，服務(wù)鄉(xiāng)村經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)發(fā)展，方便沿線村民出行，積極推動鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略落地。

3 "路線設(shè)計思路

3.1 "舊路利用分析

3.3.1 "舊路平縱面測量與擬合

既有山區(qū)普通國道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較低，上下山路段較多，局部路段坡陡彎急，經(jīng)過長時間運營，存在路基下沉現(xiàn)象，采用GPS及RTK數(shù)字化測量技術(shù)并結(jié)合無人機與BIM技術(shù)，對既有道路的平縱面進行準(zhǔn)確測量，是山區(qū)普通國道改擴建的重點工作，測量精度、深度與詳盡程度是設(shè)計方案選擇的重要依據(jù)。

1）舊路測量。沿既有道路前進方向，對直線路段，以50 m為測量間距；對一般彎曲路段，以20 m為測量間距；對回頭曲線路段，以5 m為測量間距；遇舊路縱面起伏較大、村莊路段、文物范圍、水源保護地、路基寬度變化、既有橋梁涵洞及路基擋墻段落，應(yīng)加密測點，準(zhǔn)確測量既有舊路平縱面線形與構(gòu)造物位置。

2）舊路平縱面擬合。為從宏觀上準(zhǔn)確把握既有道路的平縱面現(xiàn)狀，根據(jù)舊路測量結(jié)果，對舊路的平面及縱面線形進行擬合，初步擬定出既有道路的平面與縱面，統(tǒng)計出偏差較大的路段，并分析產(chǎn)生的原因，適當(dāng)進行數(shù)據(jù)補測。對于山區(qū)普通國道，尤其應(yīng)掌握其縱面情況。

3.3.2 "道路綜合評價

1）平縱面線形評價。根據(jù)平縱面線形擬合結(jié)果，以改擴建擬采用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，對既有道路的平面及縱面線形進行評價，統(tǒng)計不滿足改擴建技術(shù)指標(biāo)的路段，對上述路段進行深入分析，初步擬定路線調(diào)整方案。

2）路基路面評價。對既有舊路沿線的路基路面病害進行調(diào)查，路基病害調(diào)查內(nèi)容包括：路肩損壞、邊坡坍塌、水毀沖溝、路基構(gòu)造物損壞、路基沉降、排水系統(tǒng)淤塞及路緣石缺損等。路面病害調(diào)查內(nèi)容包括：龜裂、縱橫向裂縫、坑槽、松散、沉陷、車轍、波浪擁包及泛油等。對路面狀況進行檢測，檢測內(nèi)容包括：路面損壞、路面平整度、路面車轍、結(jié)構(gòu)強度及路面抗滑性等。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)及檢測結(jié)果，對既有舊路的路基路面進行評定，路基病害較少且路面較好的路段，路線設(shè)計中應(yīng)盡可能利用。

3）橋梁評價。對沿線既有橋梁進行詳細調(diào)查，基于調(diào)查數(shù)據(jù)對既有橋梁承載力進行評價，對滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的橋梁應(yīng)盡可能利用，對承載力不滿足要求的橋梁應(yīng)考慮原址重建或重選橋位新建。

3.2 "設(shè)計速度及路基寬度

基于設(shè)計速度的路線設(shè)計方法已廣泛應(yīng)用于我國公路設(shè)計中，設(shè)計速度是最基本的參數(shù)，關(guān)系到后續(xù)諸多設(shè)計參數(shù)的選取。因此，根據(jù)既有道路的綜合評價，山區(qū)普通國道改擴建科學(xué)合理選擇設(shè)計速度，不僅能降低工程造價，更能保護路側(cè)生態(tài)環(huán)境。

本項目全線采用二級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，本著靈活運用設(shè)計指標(biāo)，充分利用既有舊路走廊空間、充分利用舊路沿線地形、降低長陡下坡路段平均縱坡、預(yù)留鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展空間的原則，K1849+550～K1894+600段采用設(shè)計速度40 km/h、路基寬度8.5 m的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；K1894+600～K1907+600段采用60 km/h、路基寬度12 m的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；K1907+600～K1918+890段采用設(shè)計速度60 km/h、路基寬度10 m的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 "路線方案選擇

3.3.1 "舊橋利用

本項目K1851+160～K1851+800段為3個同向曲線路段，曲線間最短直線75 m，平面線形較差，加之路線左側(cè)山體較高，行車視野較差。但K1851+630處已建成1～20 m橋梁，經(jīng)檢測該橋滿足規(guī)范要求。因此，提出K、A這2個方案進行比選（圖1）。

A方案改善既有舊路平面線形，但需新建3×20 m橋梁，新增占地較多，對左側(cè)山體開挖較大，工程投資較高，環(huán)境影響較大；K方案雖平面線形較差，但可以利用既有橋梁與舊路走廊，降低工程投資，減少新增占地，可通過交安設(shè)施加強行車引導(dǎo)，開挖視距臺保證行車視距。因此，選擇K方案作為推薦方案。

3.3.2 "坡頂下挖

本項目K1862+560～K1863+700為下山路段，該段既有舊路坡頂坡底相對高差72.7 m，平均縱坡6.27%，存在一處半徑48 m不滿足規(guī)范要求，坡頂路段無限制因素，坡底為村鎮(zhèn)，舊路穿鎮(zhèn)而過，坡底舊路右側(cè)為基本農(nóng)田，無法占用，展線困難。因此，本段選擇坡底路段（K1863+060～K1863+700）維持既有舊路平縱面線形及標(biāo)高以減小對周邊村民的影響，在坡頂路段下挖15～20 m以滿足縱坡要求（圖2）。

圖2 "坡頂下挖方案

3.3.3 "坡底展線

本項目K1867+450～K1870+600為下山路段，該段既有舊路坡頂坡底相對高差144 m，平均縱坡5.76%，路線平面半徑均滿足40 km/h設(shè)計速度要求，坡頂路段左側(cè)山體較平緩，右側(cè)較陡；坡中路段左側(cè)臨溝，右側(cè)傍山，展線困難；坡底為平地，無限制因素?？紤]坡中路段受限因素較多，需在坡頂與坡底路段減小縱坡，因此，該段坡中路段（K1867+860～K1869+800）利用既有舊路平縱面線形以減小工程規(guī)模，坡頂下挖5～10 m，坡底展線約400 m以滿足縱坡要求（圖3）。

3.3.4 "新建方案

本項目K1893+720～K1908+120采用新建方案，對應(yīng)既有舊路為越嶺線，存在5.9 km長陡下坡，平均縱坡5.5%，18處平面半徑小于60 m，基本滿足30 km/h技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，既有舊路穿鎮(zhèn)而過，局部路段進入鎮(zhèn)區(qū)飲用水源保護地范圍，采用設(shè)計速度60 km/h對既有舊路進行升級改造較困難。該鄉(xiāng)鎮(zhèn)已建成田坪倉谷旅游示范村，擁有古驛站遺址，考慮為該鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展鄉(xiāng)村旅游提供支撐，結(jié)合擬定設(shè)計速度，經(jīng)同等深度比選，本段采用新建方案，該方案較既有舊路短約3.93 km，長下坡路段平均縱坡降為3.64%，減小了建設(shè)里程，降低長陡下坡路段平均縱坡，提高了行車安全性（圖4）。

3.3.5 "高填方與橋梁方案選擇

為繞避一級水源地保護區(qū)、與城鎮(zhèn)規(guī)劃相符合及提高行車的安全性，本項目范坪至南坪段需跨越既有溝道，該溝道溝頂與溝底最大高差約60 m，設(shè)計中采用高填方與橋梁方案進行對比。

橋梁方案（A方案）：在保證引道縱坡滿足規(guī)范要求及橋臺岸坡穩(wěn)定的前提下，需設(shè)置7～40 m大橋跨越溝道，溝中最大墩高58 m，由詳細的地質(zhì)勘察報告可知，該處濕陷性黃土覆蓋層較厚，需采用群樁基礎(chǔ)，樁長約80 m，施工難度較大，工程投資較高。

高填方案（K方案）：為降低工程投資、有效利用填方消耗路基前后挖余方、避免增設(shè)棄土場及減少臨時用地，設(shè)計中對前后線位進行了優(yōu)化，通過展線增長路線，降低填方高度，本次高填處填方高度約40 m，減小了高填方的工程規(guī)模。

經(jīng)比選，K方案工程投資較A方案低約700萬元，且K方案能夠有效利用道路前后挖余方，避免新增棄土場，因此設(shè)計中采用K方案為推薦方案（圖5）。

3.3.6 "平交與立交方案選擇

在甘溝驛北側(cè)1.6 km處，本項目G309線與既有G247線相交，G247線采用設(shè)計速度60 km/h、路基寬度12 m的二級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，是靖遠至?xí)幍慕煌ㄟ\輸大通道，經(jīng)實地調(diào)查及交通量預(yù)測，G247線交通量較大，且大貨車比例較多，G309線甘溝驛服務(wù)區(qū)也設(shè)置在交叉附近，加之該交叉處北側(cè)470 m處為S35景禮高速白銀段規(guī)劃的甘溝驛出口立交，后期交通組織難度較大，因此，設(shè)計中提出2種交叉方案進行比選。

平交方案：G247線采用平交方案，該方案總體工程投資較低，實施難度較小，但該方案平交口處交通沖突點較多，行車安全性較低；平交口至祖厲河段長度2.1 km，該段縱坡組合較差，基本為極限坡+緩坡的臺階式組合；高填方繞避靖會渠難度較大，需設(shè)置240 m大橋跨越溝道；且祖厲河大橋也需增長150 m。

簡易立交方案：該方案為G309主線下穿G247線，采用4個匝道組成的簡易立交方案與G247線相接，雖總體工程投資較高，實施難度較大，但該方案平縱線形指標(biāo)較高，能夠保證主交通流的行車安全性；平交口至祖厲河大橋段縱坡組合較好，縱坡較小，安全性較高；跨越溝道無需設(shè)橋，能夠繞避靖會渠。經(jīng)比選，設(shè)計中采用簡易立交方案為推薦方案（圖6）。

3.3.7 "新建路段平均縱坡取值

山區(qū)普通國道改擴建設(shè)計中，對于新建的長陡下坡路段的平均縱坡選擇，是路線設(shè)計中的關(guān)鍵的問題，該指標(biāo)合理與否，直接關(guān)系到工程規(guī)模及運營期的行車安全性。

本項目甘溝驛至花兒岔段為11 km連續(xù)下坡路段，設(shè)計中利用山體展線，合理采用平縱面設(shè)計指標(biāo)，避免采用高指標(biāo)及宜彎則彎、宜直則直等措施，將該連續(xù)下坡路段平均縱坡將至3.64%，滿足規(guī)范要求，提高了運營期的行車安全性。

4 "結(jié)論

山區(qū)普通國道改擴建路線設(shè)計是一項多專業(yè)協(xié)同的綜合性任務(wù)，需緊抓充分利用舊路走廊空間的總原則，因地制宜、科學(xué)合理地選擇設(shè)計指標(biāo)，在滿足現(xiàn)行規(guī)范地前提下，最大限度地降低工程投資。本文就山區(qū)普通國道改擴建路線設(shè)計總體流程及特征工點路線設(shè)計思路進行闡述，以期為類似項目提供參考。

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