公路線路設(shè)計(jì)中存在的問題及解決方案研究

摘要 山區(qū)公路建設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，設(shè)計(jì)路線跨越范圍較大，公路地形、地質(zhì)、生態(tài)、交通規(guī)劃等因素對(duì)路線設(shè)計(jì)質(zhì)量的影響不可忽視，因此，針對(duì)有效降低山區(qū)公路建設(shè)成本、提升交通通行穩(wěn)定性，開展山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的研究具有重要社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。該文介紹了山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)常見問題，結(jié)合山西晉中市某新建山區(qū)公路項(xiàng)目進(jìn)行不同路段的路線設(shè)計(jì)方案分析，著重對(duì)橫向陡坡路段、不良地質(zhì)路段、生態(tài)控制路段進(jìn)行路線方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較，以獲取最優(yōu)路線設(shè)計(jì)解決方案，為后續(xù)路基路面等關(guān)聯(lián)工程的開展提供必要支撐。

關(guān)鍵詞 路線設(shè)計(jì)；技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；解決方案

中圖分類號(hào) U412 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）19-0028-03

0 引言

隨著我國(guó)交通路網(wǎng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，山區(qū)公路建設(shè)項(xiàng)目也逐漸增多，路線設(shè)計(jì)作為山區(qū)公路建設(shè)的主要內(nèi)容，需要綜合考慮地形、地質(zhì)、生態(tài)、成本、交通規(guī)劃等多方面影響。山區(qū)公路地面高程變化幅度較大，陡坡較為常見，且不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)（巖溶、斜坡、軟土、崩塌等）分布范圍較廣，不合理的路線設(shè)計(jì)不僅影響山區(qū)交通通行質(zhì)量，而且極容易增大項(xiàng)目施工難度及建設(shè)成本，為此，針對(duì)路線環(huán)境適應(yīng)性的研究是山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，能夠確保公路運(yùn)營(yíng)可靠性。

1 山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)問題

1.1 地形

山區(qū)公路地形陡峭，橫向坡度較大，在復(fù)雜路段的橫向坡度往往大于1∶1，路基容易出現(xiàn)坍塌失穩(wěn)，通常需要構(gòu)建寬平臺(tái)、支擋結(jié)構(gòu)、開挖臺(tái)階等來提升路基穩(wěn)定性。山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)需要盡量避開橫向陡坡處，在設(shè)計(jì)指標(biāo)較為嚴(yán)格路段則需要開展可行性、經(jīng)濟(jì)性的對(duì)比分析，優(yōu)化路線設(shè)計(jì)方案。

1.2 不良地質(zhì)

山區(qū)公路不良地質(zhì)較多，包含節(jié)理裂隙、巖溶、高液限土等，節(jié)理裂隙構(gòu)造容易造成巖體強(qiáng)度、承載力下降，不應(yīng)作為橋梁樁基持力層，同時(shí)在地下水發(fā)育時(shí)，易引發(fā)橋梁隧道等工程結(jié)構(gòu)出現(xiàn)冒水。路線高邊坡存在節(jié)理裂隙則會(huì)增大安全風(fēng)險(xiǎn)，引發(fā)落石、坍塌等病害。節(jié)理裂隙路段需要加強(qiáng)支護(hù)，造價(jià)高，路線設(shè)計(jì)階段需要盡可能避讓斷裂構(gòu)造，確保交通安全。巖溶構(gòu)造則主要是可溶性巖石受水溶蝕、侵蝕等而產(chǎn)生的地質(zhì)作用，依據(jù)巖溶出露青稞粉具體分為隱伏巖溶及裸露巖溶，其中隱伏巖溶分布難以充分確定，工程危害較為顯著，對(duì)路基、橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性影響較大，易引發(fā)塌陷病害，路線設(shè)計(jì)階段需要加強(qiáng)對(duì)隱伏巖溶的勘察，避免路線設(shè)計(jì)在該區(qū)域。裸露巖溶則可采取地基加固措施進(jìn)行局部治理，但也會(huì)增大后續(xù)施工成本，設(shè)計(jì)路線需要盡量采取避讓方案。高液限土具備容重小、含水量豐富、強(qiáng)度低、穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)施工難以實(shí)現(xiàn)有效壓實(shí)效果，路基施工處治高液限土的費(fèi)用超過10元每立方米，成本相對(duì)較高。將高液限土進(jìn)行棄方處理，則會(huì)增大借方，也需要構(gòu)建必要的排水工程及防護(hù)工程，綜合造價(jià)遠(yuǎn)大于路基填方處理，高液限土路段施工路塹，則會(huì)因吸水軟化導(dǎo)致的強(qiáng)度不足引發(fā)邊坡坍塌[1]，路線設(shè)計(jì)中需要避讓高液限土區(qū)域，或者須經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來判斷是否從該區(qū)域通過。

1.3 生態(tài)環(huán)境、造價(jià)

山區(qū)公路建設(shè)有助于改善村落出行條件，提升產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，但同時(shí)也會(huì)對(duì)原有生態(tài)造成一定程度破壞，造成水土流失、土壤侵蝕等現(xiàn)象。在環(huán)境脆弱區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)進(jìn)行公路路線設(shè)計(jì)時(shí)，生態(tài)環(huán)境一旦遭到破壞，則往往難以進(jìn)行修復(fù)，為此路線設(shè)計(jì)需堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展原則，降低對(duì)周圍生態(tài)的影響，必要時(shí)需要構(gòu)建生態(tài)防護(hù)及恢復(fù)措施。

山區(qū)公路受地形、地質(zhì)的限制程度較高，且施工土石方規(guī)模大，在穿越、跨越路段多需要布設(shè)橋隧工程來實(shí)現(xiàn)路線銜接，整體建設(shè)成本較高，典型公路工程規(guī)模統(tǒng)計(jì)如表1所示[2]。工程造價(jià)作為路線設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，雙向四車道、雙向六車道單位公里造價(jià)均已超過億元，路線設(shè)計(jì)中需要避免追求過高設(shè)計(jì)指標(biāo)——容易增大建設(shè)成本，同樣不能為了控制造價(jià)而降低路線設(shè)計(jì)指標(biāo)，威脅交通安全，路線設(shè)計(jì)需因地制宜，合理規(guī)劃，在有效預(yù)算范圍內(nèi)改善設(shè)計(jì)方案。

2.1 項(xiàng)目背景

為發(fā)揮山西晉中市內(nèi)某鎮(zhèn)區(qū)位資源優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)所轄鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展及交通運(yùn)輸，擬新建一條一級(jí)公路，起終點(diǎn)分別銜接于鄰近國(guó)道和高速改建段，該公路全段處于山區(qū)路段，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度60 km，設(shè)計(jì)車速80 km/h，雙向四車道設(shè)計(jì)，路基設(shè)計(jì)寬度21.5 m，汽車設(shè)計(jì)荷載為公路I級(jí)，路面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為瀝青混凝土，路線設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)具體如表2所示。

2.2 工程地質(zhì)

2.2.1 地形地貌

地形地貌調(diào)查區(qū)位于鄉(xiāng)鎮(zhèn)某村，屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，交通方便，地形為斜坡狀，山體相對(duì)高差超過350 m。道路沿線存在巖質(zhì)高邊坡，內(nèi)部成分主要為泥砂巖，邊坡坡度50°～76°，局部超過82°，邊坡安全等級(jí)1—2級(jí)。調(diào)查區(qū)巖層產(chǎn)出為單斜狀，傾向73°，巖層傾角3°，巖層結(jié)合較差，主要為硬性結(jié)構(gòu)面，巖層內(nèi)部存在裂隙發(fā)育現(xiàn)狀，局部斷層及褶曲，地質(zhì)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

2.2.2 不良地質(zhì)作用

初選路線段存在1#滑坡，為土質(zhì)滑坡，屬淺層中型推移式，滑坡表層土厚度平均為1.5 m，下部存在出露基巖，該滑坡以往曾多次發(fā)生，近年基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡整體呈現(xiàn)為扇形樁，坡向220°，滑坡坡腳及后緣相對(duì)高差超過120 m，后緣長(zhǎng)度接近80 m，前緣長(zhǎng)度超過200 m，滑體平均厚度2.5 m，體積接近5.5×104 m3。

3 路線設(shè)計(jì)方案分析

3.1 陡坡路段設(shè)計(jì)

初選路線K2+100～K2+300段地面存在較為陡峭的橫坡，坡度為1∶1.3，路線靠近山體容易設(shè)計(jì)為深路塹結(jié)構(gòu)，防護(hù)工程及土石方工程規(guī)模偏大，如圖1（a）所示。路線往山體外移則設(shè)計(jì)為半填半挖形式路基，如圖1（b）所示，該設(shè)計(jì)能夠減少土方開挖，但是受限于較大的橫坡，半填半挖路基的穩(wěn)定性不佳，需要加設(shè)路基加筋、開挖臺(tái)階及支撐結(jié)構(gòu)來提升整體穩(wěn)定性[3]，此外路基坡腳存在農(nóng)田，需要及時(shí)進(jìn)行軟基加固處治，同時(shí)需要拆除附近2處民房?？拷襟w路線設(shè)計(jì)需要設(shè)置6級(jí)邊坡，不需要開展拆遷工作，不占據(jù)農(nóng)田；偏離山體路線設(shè)計(jì)需要構(gòu)建5級(jí)邊坡，挖方路基能夠及時(shí)消化?？拷襟w路線為全挖路基，不存在填方，即便增加了1級(jí)開挖邊坡，但是避免出現(xiàn)路基不穩(wěn)定情況，整體效果更優(yōu)。

3.2 不良地質(zhì)路段路線設(shè)計(jì)

沿線斷裂構(gòu)造較多，存在1處邊坡滑塌，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，對(duì)路基、橋梁、隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成較大威脅，路線設(shè)計(jì)中應(yīng)充分避讓，受限于外界環(huán)境時(shí)，則需要將設(shè)計(jì)路線和斷裂構(gòu)造兩者進(jìn)行大角度相交，同步開展不同設(shè)計(jì)方案比選，獲取技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較好方案，路線穿越3種形式斷裂構(gòu)造，相關(guān)設(shè)計(jì)優(yōu)化統(tǒng)計(jì)如表3所示[4]。

3.3 生態(tài)路線設(shè)計(jì)

3.3.1 路線布設(shè)

初選路線K15+500～K20+500處存在一處生態(tài)嚴(yán)控區(qū)，根據(jù)當(dāng)?shù)卣庖姴荚O(shè)A、K兩條路線穿越生態(tài)嚴(yán)控區(qū)，并進(jìn)行方案比選，A、K線方案技術(shù)指標(biāo)如表4所示，布設(shè)方案如圖2所示。

A路線起點(diǎn)位于村鎮(zhèn)南側(cè)，往西南向經(jīng)村落及互通立交，沿縣道穿越山體，并上跨省道往西，路線設(shè)計(jì)全長(zhǎng)16.8 km；K線設(shè)計(jì)起點(diǎn)同樣處于村鎮(zhèn)南側(cè)，經(jīng)村落后布設(shè)隧道穿越生態(tài)區(qū)，經(jīng)村落并跨越省道后往西，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)19.8 km。工程規(guī)模如表5所示。

3.3.2 方案比選

A線設(shè)計(jì)起終點(diǎn)K10+200～K27+000，在西南向初始路段需要克服超過150 m的高差，路線平均縱坡2.3%，最大縱坡3.5%，縱面環(huán)境較差，設(shè)計(jì)指標(biāo)嚴(yán)格，A線橋隧比例接近60%，相對(duì)于K線，其造價(jià)相對(duì)較低。由于該鄉(xiāng)鎮(zhèn)產(chǎn)業(yè)分布較為分散，能夠提供公路開發(fā)的土地資源指標(biāo)控制較為嚴(yán)格。A線對(duì)周圍土地的影響程度較大，不少村落反對(duì)A線建設(shè)方案，除此之外，A線存在較多的橋隧、高架橋相接情況，地方道路與公路之間存在較大的高差，互通立交設(shè)置路段限制條件較多，局部交通環(huán)境差，難以滿足鄰近村落的交通出行需求[5]。

K線設(shè)計(jì)起終點(diǎn)K10+200～K29+800，該路線設(shè)計(jì)縱b809b71abd6a76480bc2da87b618b20ab5f9d797571af5d8625472d1f0956845坡變化頻率較多，最大縱坡為3.8%，平均縱坡設(shè)計(jì)為1.8%，縱斷面整體設(shè)計(jì)指標(biāo)控制較好，K線的橋隧比例接近70%，具備較高的建設(shè)成本，K線初始階段對(duì)鄰近村落土地占用較少，對(duì)周圍產(chǎn)業(yè)的影響程度有限[6]。在K15+600處存在現(xiàn)狀跨線橋長(zhǎng)度為2 012 m，K線可通過設(shè)置互通立交來滿足鄰近產(chǎn)業(yè)豐富村落的交通需求，K線設(shè)計(jì)方案受到周圍居民的支持度更高。

綜合對(duì)上述A、K線設(shè)計(jì)方案分析可知，兩條路線的優(yōu)缺點(diǎn)明顯，且對(duì)周圍環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響各有不同，依據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)評(píng)比，最終確定K線作為設(shè)計(jì)方案。K15+500～K20+500生態(tài)嚴(yán)控區(qū)內(nèi)，K線需設(shè)計(jì)橋梁長(zhǎng)度1 458 m，隧道長(zhǎng)度2 986 m，路基路段長(zhǎng)度僅為7 210 m，路線需要盡可能沿著坡腳位置布置，以減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

4 結(jié)論

山區(qū)公路作為城市交通發(fā)展的主要構(gòu)成，其建設(shè)跨越環(huán)境較為復(fù)雜，地形、地質(zhì)、生態(tài)、成本等都對(duì)路線設(shè)計(jì)方案有著重要影響，山區(qū)公路路線設(shè)計(jì)需要結(jié)合實(shí)際建設(shè)環(huán)境、項(xiàng)目特點(diǎn)及交通需求，避免過分采取高指標(biāo)或降低工程規(guī)模，應(yīng)減少對(duì)周圍生態(tài)的破壞。該文依托山西省晉中市某山區(qū)公路開展不同疑難路段的路線方案設(shè)計(jì)，通過比選方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析來獲取最優(yōu)路線方案，有助于提升路線的環(huán)境適應(yīng)性，最終促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)及交通發(fā)展，該文所做研究能夠?yàn)轭愃祈?xiàng)目建設(shè)提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]黨蕊利，劉健斌，郭強(qiáng)，等.山區(qū)旅游公路改建工程路線總體設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究[J].公路，2023（7）：360-362.

[2]李興華，廖世儼.多地物影響下平原區(qū)高速公路路線方案比選[J].公路，2023（4）：103-107.

[3]馮玉濤.山區(qū)高速公路省界站場(chǎng)大型堆積體滑坡綜合處治關(guān)鍵技術(shù)研究[J].災(zāi)害學(xué)，2018（S1）：100-109.

[4]楊昌鳳，余蜀予.基于施工及救援因素的艱險(xiǎn)山區(qū)公路路線方案研究[J].中外公路，2023（5）：273-276.

[5]裴玉龍，宇文翀，劉靜，等.基于綜合交通理念的主要干線公路網(wǎng)布局方法[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2023（11）：3078-3087.

[6]金培宇，趙瑞嘉，韓穎，等.考慮隧道與盤山公路的多山地區(qū)路網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以煙臺(tái)芝罘區(qū)中部多山地區(qū)為例[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2023（15）：6640-6646.

收稿日期：2024-03-29

作者簡(jiǎn)介：孟穎茹（1991—），女，本科，工程師，從事交通勘察與設(shè)計(jì)工作。