摘要 山區(qū)地質(zhì)條件的復(fù)雜性對(duì)二級(jí)公路設(shè)計(jì)提出了更高的挑戰(zhàn)。文章旨在探討在地質(zhì)條件下,山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù),以提升設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)性和施工的安全性。首先,以貴州省某山區(qū)的二級(jí)公路項(xiàng)目為例,詳細(xì)分析了考慮地質(zhì)條件的二級(jí)公路設(shè)計(jì)技術(shù),關(guān)鍵技術(shù)涉及綜合地質(zhì)勘察、路線設(shè)計(jì)、縱坡設(shè)計(jì)、橋隧設(shè)計(jì)等方面;然后,應(yīng)用這些技術(shù)后,基于貴州省某山區(qū)的地質(zhì)勘察結(jié)果,進(jìn)行了路線、縱坡、橋隧等的設(shè)計(jì)工作,并通過(guò)公路線路比選確定了該項(xiàng)目最佳的二級(jí)公路路線,從而顯著提升了山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)的質(zhì)量及施工的安全性。
關(guān)鍵詞 地質(zhì)條件;山區(qū);二級(jí)公路設(shè)計(jì);關(guān)鍵技術(shù);路線設(shè)計(jì);地質(zhì)選線
中圖分類號(hào) U412.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949(2025)03-0084-03
0 引言
我國(guó)山區(qū)占據(jù)了全國(guó)陸地面積的2/3,二級(jí)公路建設(shè)在推動(dòng)山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演著關(guān)鍵角色。然而,山區(qū)地質(zhì)條件較差、地形起伏顯著、施工難度大等問題,為山區(qū)二級(jí)公路的設(shè)計(jì)與建設(shè)帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)[1]。在二級(jí)公路設(shè)計(jì)過(guò)程中,需要考慮山區(qū)生態(tài)環(huán)境、自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)條件的綜合影響。因此,設(shè)計(jì)時(shí)必須遵循山區(qū)公路的選線原則,主要包括安全選線原則、地質(zhì)選線原則和地形選線原則[2]。
鑒于此,該文采用案例分析方法,重點(diǎn)探討考慮地質(zhì)條件的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)運(yùn)用綜合地質(zhì)勘察方法,旨在規(guī)避山區(qū)的不良地質(zhì)區(qū)域,規(guī)劃出適合二級(jí)公路的路線,從而為山區(qū)二級(jí)公路建設(shè)提供科學(xué)的設(shè)計(jì)方案,以提升山區(qū)二級(jí)公路的建設(shè)質(zhì)量。
1 工程概況
貴州省某山區(qū)二級(jí)公路項(xiàng)目,該條公路的路基寬度設(shè)計(jì)為10 m,雙向二車道,設(shè)計(jì)速度為60 km/h,路線全長(zhǎng)100.543 km,途經(jīng)四個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),其中包括2座大橋和1個(gè)較長(zhǎng)縱坡。峰叢洼地與丘陵洼地是該山區(qū)的主要地貌特征,路線走廊帶內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,包括褶皺、斷裂等,這些構(gòu)造對(duì)地形地貌的形成和演化起到了決定性作用。不良地質(zhì)現(xiàn)象較為常見,如巖溶、泥石流、滑坡等。該工程建設(shè)區(qū)域位于低中山丘陵地帶,地勢(shì)中部較低,西北東南方向較高,最大落差達(dá)到910 m。貴州山區(qū)氣候濕潤(rùn),四季分明,降水量較為豐富。
2 考慮地質(zhì)條件的山區(qū)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)
貴州省某山區(qū)二級(jí)公路項(xiàng)目鑒于其復(fù)雜的地質(zhì)條件,在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須采用考慮地質(zhì)條件的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),以確保公路的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性[3]。
2.1 綜合地質(zhì)勘察技術(shù)
綜合地質(zhì)勘察技術(shù)是考慮地質(zhì)條件的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)與選線的核心之一。該技術(shù)應(yīng)用于貴州省某山區(qū)二級(jí)公路項(xiàng)目,旨在勘察項(xiàng)目所在區(qū)域的地質(zhì)條件,為公路設(shè)計(jì)與選線提供精確的數(shù)據(jù)支持。在貴州省某山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)之初,需運(yùn)用綜合地質(zhì)勘察技術(shù)進(jìn)行資料收集,分析區(qū)域穩(wěn)定性與不良地質(zhì)問題,并組織專題研討會(huì)以制定優(yōu)化山區(qū)二級(jí)公路路線走廊帶的初步方案。在此基礎(chǔ)上,考慮地質(zhì)條件對(duì)每種二級(jí)公路路線的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì),利用綜合地質(zhì)勘察手段評(píng)估每種設(shè)計(jì)方案,并通過(guò)比較選擇確定最優(yōu)的山區(qū)二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)方案[4]。
2.2 路線設(shè)計(jì)技術(shù)
在山區(qū)二級(jí)公路路線設(shè)計(jì)過(guò)程中,應(yīng)遵循地質(zhì)選線原則,盡量避開復(fù)雜地質(zhì)條件的區(qū)域。同時(shí),路線的平面、縱斷面線形設(shè)計(jì)應(yīng)與工程沿線的地形地勢(shì)相匹配,以進(jìn)行合理布局[5]。在設(shè)計(jì)路線時(shí),必須充分考慮平面、縱斷面和橫斷面線形之間的相互關(guān)系,優(yōu)化線形組合,確保與山區(qū)二級(jí)公路的主要構(gòu)筑物協(xié)調(diào)一致,提升設(shè)計(jì)的整體協(xié)調(diào)性。由于該工程位于山地丘陵地帶,不適宜采用過(guò)長(zhǎng)的直線段,因此應(yīng)采用圓曲線設(shè)計(jì),并根據(jù)項(xiàng)目具體情況選擇適宜的圓曲線半徑。圓曲線半徑的求解公式如下:
(1)
式中,V——設(shè)計(jì)速度(km/h);i——超高橫坡度用(%);μ——橫向力系數(shù)。
在緩和曲線設(shè)計(jì)時(shí),需要計(jì)算回旋線參數(shù)A,其計(jì)算公式如下:
(2)
式中,l——回旋線上任意點(diǎn)到原點(diǎn)的長(zhǎng)度(m);
r——回旋線上任意點(diǎn)的曲線半徑用(m)。
縱斷面線形設(shè)計(jì)需要依據(jù)汽車的爬坡性能與道路最大縱坡最小差值imax進(jìn)行設(shè)計(jì),其計(jì)算公式如下:
(3)
式中,f——摩擦力系數(shù);G——車輛重力(N);F——空氣阻力(N);T——汽車驅(qū)動(dòng)力(N);λ——海拔修正系數(shù)。經(jīng)相關(guān)分析可知,當(dāng)縱坡大于6%時(shí),會(huì)導(dǎo)致車輛整體性能降低從而增加交通事故發(fā)生的概率,因此設(shè)計(jì)的最大縱坡角度應(yīng)低于6%。
2.3 長(zhǎng)大縱坡設(shè)計(jì)
在該二級(jí)公路項(xiàng)目中,受復(fù)雜地形和高差的顯著影響,長(zhǎng)大縱坡的設(shè)計(jì)成為山區(qū)路段的重點(diǎn)。這類縱坡雖能夠有效縮短路線里程,但同時(shí)也增加了車輛(尤其是貨車)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的失控風(fēng)險(xiǎn)。在該項(xiàng)目中,特別規(guī)劃了一處長(zhǎng)大縱坡。該長(zhǎng)大縱坡的長(zhǎng)度達(dá)到了24 km,垂直高度差高達(dá)600 m,平均坡度為2.5%。這一設(shè)計(jì)至少為路線節(jié)約了6 km的里程。為了確保長(zhǎng)大縱坡在二級(jí)公路運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全,根據(jù)二級(jí)公路的特點(diǎn)和實(shí)際需求,在關(guān)鍵位置規(guī)劃了相應(yīng)的安全措施。通過(guò)增加爬坡輔助車道、緊急停車帶、優(yōu)化路面材料以增強(qiáng)抗滑性能,同時(shí)設(shè)置醒目的安全警示標(biāo)志、護(hù)欄等措施,以增強(qiáng)道路的安全性和應(yīng)急處理能力。同時(shí),還對(duì)駕駛員進(jìn)行專門的安全教育和培訓(xùn),以提高他們?cè)陂L(zhǎng)大縱坡行駛時(shí)的安全意識(shí)和應(yīng)急處理能力。該項(xiàng)目在山區(qū)二級(jí)公路長(zhǎng)大縱坡的設(shè)計(jì)上,充分考慮了地形的限制和工程的實(shí)際需求,同時(shí)特別注重公路建設(shè)運(yùn)營(yíng)的安全性,通過(guò)一系列綜合措施確保車輛和乘客的安全。
2.4 橋隧設(shè)計(jì)
在山區(qū)二級(jí)公路建設(shè)中,巖溶地質(zhì)的隱蔽性和復(fù)雜性對(duì)橋隧設(shè)計(jì)提出了更高要求。針對(duì)這一特點(diǎn),該文研究的橋隧設(shè)計(jì)采用了適應(yīng)性更強(qiáng)的綜合地質(zhì)勘察技術(shù),以全面揭示山區(qū)巖溶地質(zhì)的實(shí)際情況,并據(jù)此進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。對(duì)于巖溶分布較為分散的區(qū)域,通過(guò)基礎(chǔ)填換和溶溝處理技術(shù)的優(yōu)化,確保地質(zhì)條件滿足二級(jí)公路橋梁基礎(chǔ)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在巖溶地質(zhì)覆蓋層較為穩(wěn)定的區(qū)域,通過(guò)擴(kuò)展基礎(chǔ)設(shè)計(jì)適應(yīng)橋梁墩臺(tái)的建設(shè)需求。
針對(duì)存在多層溶洞的二級(jí)公路路段,該設(shè)計(jì)采納了鉆孔樁基礎(chǔ)的施工技術(shù),確保樁基在穿越復(fù)雜巖層時(shí)的穩(wěn)定性。在施工過(guò)程中,特別注重樁基樁身的穩(wěn)定性提升,以適應(yīng)山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件。
針對(duì)貴州省某山區(qū)特定的地質(zhì)條件,該文為二級(jí)公路的不良地質(zhì)條件設(shè)計(jì)了多種隧道方案。當(dāng)隧道洞口位于陡崖地形時(shí),采用提前進(jìn)洞的安全施工方案,以降低施工風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于位于偏壓地形區(qū)域的隧道洞口,該設(shè)計(jì)避免了連拱隧道和分離隧道等的不適宜設(shè)計(jì),轉(zhuǎn)而采用更為穩(wěn)妥的設(shè)計(jì)方案。
在隧道穿越軟弱巖層時(shí),通過(guò)精細(xì)化的勘探技術(shù),明確了軟弱巖層的分布規(guī)律、巖層參數(shù)及地下水分布情況,并據(jù)此設(shè)計(jì)了隧道穿越方案。通過(guò)超前支護(hù)措施,增強(qiáng)軟弱巖層在施工過(guò)程中的穩(wěn)定性。同時(shí),考慮地下水對(duì)軟弱巖層力學(xué)性能的影響,該設(shè)計(jì)采用注漿法對(duì)巖體進(jìn)行加固。
在隧道穿越采空區(qū)的情況下,該文提出了避開采空區(qū)的路線設(shè)計(jì)原則。當(dāng)無(wú)法避開時(shí),設(shè)計(jì)了針對(duì)性的防治方案,包括墩臺(tái)式支撐方案和注漿填充方案等。墩臺(tái)式支撐方案通過(guò)構(gòu)建墩臺(tái)結(jié)構(gòu)控制采空區(qū)的下陷,而注漿填充方案則通過(guò)向采空區(qū)注入水泥漿以形成堅(jiān)固的實(shí)體,提高巖體的整體性,防止采空區(qū)的進(jìn)一步下陷[6]。
3 案例分析與結(jié)果
3.1 地質(zhì)勘察結(jié)果
在進(jìn)行山區(qū)公路設(shè)計(jì)前,該文采用綜合地質(zhì)勘察技術(shù)對(duì)貴州省某山區(qū)二級(jí)公路項(xiàng)目的施工區(qū)域進(jìn)行了詳盡的地質(zhì)勘察,獲得了該區(qū)域的地質(zhì)勘察數(shù)據(jù),如表1~2所示。
分析表1可知,該區(qū)域主要的土質(zhì)情況與土質(zhì)參數(shù)、土質(zhì)條件一般。表2為利用綜合地質(zhì)勘察技術(shù)得出該區(qū)域不良地質(zhì)類型的匯總情況,包括危巖崩塌及巖堆、滑坡、泥石流等。通過(guò)對(duì)不良地質(zhì)的分布特點(diǎn)及規(guī)律進(jìn)行分析,為貴州省某山區(qū)二級(jí)公路的設(shè)計(jì)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。在規(guī)劃二級(jí)公路路線時(shí),應(yīng)盡量避開這些不良地質(zhì)區(qū)域,以確保路線的安全性和穩(wěn)定性。
3.2 路線設(shè)計(jì)成果
依據(jù)考慮地質(zhì)條件的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù),得出該山區(qū)二級(jí)公路的平、縱斷面設(shè)計(jì)指標(biāo),詳見表3所示:
根據(jù)表3中的路線設(shè)計(jì)指標(biāo),對(duì)山區(qū)二級(jí)公路路線進(jìn)行設(shè)計(jì),這些設(shè)計(jì)在確保行車安全、提高行車效率、適應(yīng)地形條件及促進(jìn)環(huán)境保護(hù)等方面起到了關(guān)鍵作用。這些標(biāo)準(zhǔn)不僅有助于提升二級(jí)公路的整體性能和服務(wù)水平,還能為駕駛員和乘客提供更加安全、舒適、便捷的出行體驗(yàn)。
3.3 山區(qū)公路路線比選
初步擬定A2、A8、K三個(gè)路線方案,這些方案基于貴州省某山區(qū)二級(jí)公路的起止點(diǎn)及周邊地質(zhì)條件等因素進(jìn)行的設(shè)計(jì)。以下是三個(gè)路線方案的具體比較情況:
(1)K線方案位于較為平坦的溝谷地帶,展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。該方案施工難度較低、工程量較少,且橋梁和隧道的比例不高。盡管K線方案的拆遷數(shù)量較多,但由于房屋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、居民配合度高,以及補(bǔ)償政策明確,拆遷工作相對(duì)順利。
(2)A2線方案位于地質(zhì)條件較為復(fù)雜的西側(cè)走廊帶內(nèi),橋梁比例較高,隧道比例相對(duì)較低,拆遷數(shù)量較少。然而,由于其地質(zhì)條件的復(fù)雜性,施工難度較大。
(3)A8線方案位于東側(cè)半山腰,地勢(shì)陡峭、施工規(guī)模較大,橋梁和隧道的比例適中。但是,該方案的拆遷數(shù)量較多,且拆遷難度較大。
經(jīng)過(guò)綜合比較,K線方案因其有效避開了地質(zhì)條件較復(fù)雜的區(qū)域,提高了山區(qū)二級(jí)公路建設(shè)的整體安全性與經(jīng)濟(jì)效益,被選定為最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。
3.4 公路通行效率
選取通行效率作為評(píng)價(jià)考慮地質(zhì)條件的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用效果的重要指標(biāo)。該值越大,表示公路的通行效率越高。TEI表示通行效率,計(jì)算公式如下:
(4)
通過(guò)對(duì)應(yīng)用考慮地質(zhì)條件的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)前后的通行效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)應(yīng)用該文提出的技術(shù)后,通行效率TEI達(dá)到了99.26%,較應(yīng)用前的TEI值有顯著提升。這一結(jié)果表明,所研究的山區(qū)二級(jí)公路設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。通過(guò)采用路線設(shè)計(jì)技術(shù),二級(jí)公路的通行效率得到了明顯提高。該技術(shù)有效避免了小半徑曲線的不良設(shè)計(jì),減少了車輛在行駛過(guò)程中的阻力和能耗,從而提升了車輛的行駛速度。此外,通過(guò)優(yōu)化線形組合,使得平面、縱斷面和橫斷面之間的結(jié)合更加協(xié)調(diào),顯著減少了車輛行駛中的顛簸和震動(dòng),增強(qiáng)了行車的平穩(wěn)性。橋隧設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用也在提升二級(jí)公路的通行效率方面起到了關(guān)鍵作用。特別是在地形復(fù)雜的山區(qū),橋隧構(gòu)造物的合理設(shè)置不僅縮短了公路的里程,減少了車輛的行駛時(shí)間,而且能夠直接穿越不良的地質(zhì)地段,避免了因繞行帶來(lái)的通行不便,進(jìn)一步提高了公路的通行效率。
4 結(jié)論
貴州山區(qū)二級(jí)公路建設(shè)需重視復(fù)雜的地質(zhì)條件,確保設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)能夠應(yīng)對(duì)不良的地質(zhì)現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)階段應(yīng)將地質(zhì)條件作為核心考量,遵循地質(zhì)選線原則,并強(qiáng)調(diào)地質(zhì)勘察的重要性。關(guān)鍵技術(shù)包括地質(zhì)勘察、路線設(shè)計(jì)和橋隧設(shè)計(jì)。地質(zhì)勘察在項(xiàng)目初期至關(guān)重要,涉及區(qū)域的地質(zhì)調(diào)查和災(zāi)害評(píng)估。路線設(shè)計(jì)應(yīng)合理組合線形,適應(yīng)地形并有效規(guī)避地質(zhì)災(zāi)害,以提高公路安全性,并為公路建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)。
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收稿日期:2025-01-03
作者簡(jiǎn)介:王大委(1990—),男,本科,工程師,研究方向:公路方向。