王潤(rùn)平

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院)

1 引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)水平的提高和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步調(diào)整，農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游景區(qū)、水利基礎(chǔ)設(shè)施等建設(shè)越來(lái)越多。農(nóng)業(yè)生態(tài)旅游景區(qū)大多建在城市周邊的山區(qū)，通過(guò)對(duì)荒山綠化改善生態(tài)環(huán)境，并建有諸如道路、水景、綠化等設(shè)施，以休閑旅游、生態(tài)農(nóng)業(yè)等吸引游客。水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，特別是大型調(diào)蓄水庫(kù)建設(shè)，大多依托有利地形建于人煙罕至處。通往水庫(kù)的道路，除有施工便道功能外，還起到后續(xù)運(yùn)營(yíng)管理的基礎(chǔ)設(shè)施作用。無(wú)論是農(nóng)業(yè)生態(tài)景區(qū)建設(shè)，還是調(diào)蓄水庫(kù)建設(shè)，對(duì)公路建設(shè)者而言，其道路設(shè)施大多為山區(qū)低等級(jí)公路。

山區(qū)低等級(jí)公路設(shè)計(jì)，首先，既要考慮滿(mǎn)足考慮近期需要，又要為遠(yuǎn)期擴(kuò)展留下空間;其次，面對(duì)復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，合理設(shè)置平面線(xiàn)形、縱坡、防護(hù)排水、安全設(shè)施等，滿(mǎn)足行車(chē)安全需要;再次，在牢固樹(shù)立安全意識(shí)的同時(shí)，注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù);最后，實(shí)時(shí)跟蹤建設(shè)進(jìn)度，合理進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。山區(qū)低等級(jí)公路設(shè)計(jì)，主要困難就是陡坡段的方案設(shè)計(jì)。對(duì)于陡坡的定義，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)明確的定義，但大多文獻(xiàn)將30°～60°的山坡視為陡坡，本文沿用這一結(jié)論。

高等級(jí)公路通過(guò)陡坡段時(shí)，大多采用橋梁、半幅橋半幅路基、路基三種方案，路基方案又分整體式路基、分離式路基、半填半挖式路基、分臺(tái)階式錯(cuò)幅路基等。受路基寬度影響，山區(qū)陡坡段低等級(jí)公路時(shí)大多進(jìn)行橋梁、路基方案的比選，局部地質(zhì)條件滿(mǎn)足時(shí)增加隧道方案比選。以山西省境內(nèi)某水庫(kù)大壩的上壩公路路基方案AK0+000～AK0+340陡坡段為研究對(duì)象，通過(guò)路基、橋梁、隧道三種方案比選，探討山區(qū)陡坡段低等級(jí)公路設(shè)計(jì)。

2 項(xiàng)目方案研究

項(xiàng)目為引黃工程某調(diào)蓄水庫(kù)附屬項(xiàng)目，主要服務(wù)于水庫(kù)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。受地形影響，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參照交通部《關(guān)于印發(fā)農(nóng)村公路建設(shè)指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》(交公路發(fā)【2004】372號(hào))，主要路段原則上設(shè)計(jì)速度20km/h，受限路段設(shè)計(jì)速度采用15km/h，路基寬度6.5m。橋涵設(shè)計(jì)荷載等級(jí)為公路—Ⅱ級(jí)，路基、涵洞設(shè)計(jì)洪水頻率不作規(guī)定，其余技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)按照交通部頒發(fā)實(shí)施的《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTG B01-2003)執(zhí)行。

項(xiàng)目陡坡段AK0+000～AK0+340，起點(diǎn)連接規(guī)劃的大壩交通橋，終點(diǎn)位于規(guī)劃的副廠房附近，與后續(xù)道路相接。水利設(shè)施泄洪洞、連通洞、補(bǔ)水岔洞分別橫向下穿公路AK0+050、AK0+180、AK0+220處，且已開(kāi)始施工。

2.1 地形、地貌、地質(zhì)、地震、氣象

項(xiàng)目陡坡段地形起伏較大，峭壁陡立，地形坡度49°～55°，局部高差達(dá)58m，植被覆蓋較多，峭壁下側(cè)有常年流水小河;出露地層巖性為云夢(mèng)山組第二巖組薄—中厚層石英砂巖夾薄層頁(yè)巖，石英砂巖巖性堅(jiān)硬，巖層產(chǎn)狀N15～30°E/SE·∠25～36°。石英砂巖強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般1～3m，弱風(fēng)化層厚度一般5～10m。該處岸坡陡立，存在風(fēng)化卸荷裂隙帶，據(jù)壩址探洞揭露，卸荷帶水平寬度19m左右，順河向裂隙延伸較長(zhǎng)，易產(chǎn)生坍塌掉塊。

項(xiàng)目區(qū)大地構(gòu)造處于豫皖斷塊之中條山塊隆，抗震基本烈度為Ⅶ度，反應(yīng)譜特征周期0.40s。地震加速度值為0.10g。據(jù)當(dāng)?shù)乜h氣象站資料統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目區(qū)多年平均降雨量596.7mm，多年平均氣溫為13.3℃，極端最高氣溫為40.5℃(1990年7月15日)，極端最低氣溫為-13.7℃(1990年2月1日);多年平均蒸發(fā)量為2090mm，最大凍土深為37mm;多年平均風(fēng)速2.8m/s，最大風(fēng)速23m/s(1980年7月27日);多年平均相對(duì)濕度60％左右;霜凍期在十一月上旬至次年三月上旬，無(wú)霜期200d以上。

2.2 項(xiàng)目方案

受水庫(kù)大壩位置的影響，項(xiàng)目起點(diǎn)位置不能改變。經(jīng)反復(fù)對(duì)陡坡段地形地質(zhì)條件進(jìn)行研究，提出路基、橋梁、隧道三種方案。

各方案詳述如下:(1)路基方案AK0+000～AK0+340，路線(xiàn)長(zhǎng)度340m，主要構(gòu)造物設(shè)1～1.0m鋼筋混凝土圓管涵2道，涵洞總長(zhǎng)17.5m。(2)橋梁方案BK0+000～BK0+340，路線(xiàn)長(zhǎng)度304.342m，主要構(gòu)造物設(shè)3～16m現(xiàn)澆空心板橋1座;1～1.0m鋼筋混凝土圓管涵1道，涵長(zhǎng)8.0m。橋梁方案BK0+188.956與路基方案相接于AK0+224.614，即BK0+188.956～BK0+340(短鏈:BK0+188.956=BK0+224.614)與AK0+224.614～AK0+340相同。(3)隧道方案CK0+000～CK0+340，路線(xiàn)長(zhǎng)度339.65m，主要構(gòu)造物設(shè)80m長(zhǎng)隧道1座;1～1.0m鋼筋混凝土圓管涵1道，涵長(zhǎng)8.0m。隧道方案CK0+328.040與路基方案相接于AK0+328.390，即CK0+328.040～CK0+340(短鏈:CK0+328.040=CK0+328.390)與AK0+328.390～AK0+340相同。

2.3 方案比選

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形、地質(zhì)以及施工影響等，陡坡段的方案比選主要從勘察設(shè)計(jì)成本、工程造價(jià)、施工工期、安全因素、生態(tài)環(huán)境影響來(lái)考慮。工程造價(jià)以土石方、路基、路面、防護(hù)、排水、構(gòu)造物及標(biāo)線(xiàn)等主要工程數(shù)量進(jìn)行估算。方案比選詳見(jiàn)表1。

表1 項(xiàng)目陡坡段方案比選表

對(duì)于橋梁方案和隧道方案，水利設(shè)施附屬項(xiàng)目及公路等級(jí)低等因素決定了工程造價(jià)不能過(guò)高;已經(jīng)施工的泄洪洞、連通洞、補(bǔ)水岔洞等水利設(shè)施決定了公路施工工期不能過(guò)長(zhǎng)。對(duì)于路基方案，采取錯(cuò)時(shí)施工可避免公路建設(shè)對(duì)水利設(shè)施建設(shè)造成較大的安全隱患;起點(diǎn)位置與壩體和交通橋相接處均已進(jìn)行大開(kāi)挖，路基方案的大開(kāi)挖可以與其形成景觀一致;施工時(shí)應(yīng)采取嚴(yán)格的防護(hù)措施，消除挖方邊坡施工的安全隱患。綜上所述，本項(xiàng)目中陡坡段設(shè)計(jì)最終采用路基方案。

3 山區(qū)陡坡段低等級(jí)公路設(shè)計(jì)

3.1 路線(xiàn)設(shè)計(jì)

平面設(shè)計(jì)以曲線(xiàn)為主。在對(duì)山體進(jìn)行大開(kāi)挖不可避免的情況下，陡坡段的平面設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)速度和路基寬度等，合理組合平曲線(xiàn)來(lái)順適地形條件以減小工程量、降低生態(tài)破壞、保證行車(chē)安全。工程量的減小應(yīng)考慮防護(hù)工程量和土石方工程量之間的平衡，以確保工程造價(jià)最低。

合理運(yùn)用平、縱線(xiàn)形設(shè)計(jì)，保障駕駛時(shí)的視覺(jué)流暢。陡坡段低等級(jí)公路縱段設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理運(yùn)用平、縱技術(shù)指標(biāo)，避免駕駛員因視距不足造成交通事故。對(duì)于陡坡急彎段，更應(yīng)多次進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足行車(chē)安全要求。

有條件的情況下進(jìn)行三維公路設(shè)計(jì)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字地形圖、數(shù)字高程模型的獲取已變得不是那么的困難，很多公路設(shè)計(jì)軟件也具備了三維透視圖設(shè)計(jì)的功能，設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)綜合運(yùn)用這些新技術(shù)進(jìn)行多次比選找到最佳方案。

3.2 安全設(shè)施設(shè)計(jì)

根據(jù)路線(xiàn)平面、縱段等，設(shè)置必要的標(biāo)線(xiàn)、標(biāo)志。填方段設(shè)置必要的護(hù)欄、防撞墩等安全設(shè)施。特別對(duì)農(nóng)村公路、施工便道等，陡坡急彎段視距難以保證的情況下，可設(shè)置道路廣角鏡。

3.3 路基防護(hù)排水設(shè)計(jì)

避免高擋墻，合理進(jìn)行邊坡防護(hù)。陡坡段高擋墻常因基礎(chǔ)寬度難以滿(mǎn)足、施工難度大等特點(diǎn)應(yīng)盡量避免。陡坡段多為高邊坡，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、地形、植被、氣候等實(shí)際條件合理確定邊坡坡率、邊坡平臺(tái)寬度、邊坡防護(hù)類(lèi)型。邊坡平臺(tái)寬度一般每8m設(shè)一個(gè)2m寬平臺(tái)，每32m設(shè)一個(gè)4m寬平臺(tái)。根據(jù)實(shí)際選用漿砌片石、植被等進(jìn)行邊坡防護(hù)。

建立綜合排水系統(tǒng)。陡坡段坡面排水較大，應(yīng)合理設(shè)置邊溝、平臺(tái)截水溝、急流槽等，避免排水不暢造成路面積水或?qū)吰?、路基的沖刷。如遇沖溝，需設(shè)置涵洞等構(gòu)造物。

3.4 施工建議

設(shè)計(jì)人員應(yīng)跟蹤施工過(guò)程，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。對(duì)于類(lèi)似陡坡段的地形條件復(fù)雜區(qū)，實(shí)際測(cè)量比較困難，容易造成地形圖、縱橫段面數(shù)據(jù)的不精準(zhǔn)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)跟蹤施工過(guò)程，根據(jù)實(shí)際進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，適時(shí)調(diào)整公路設(shè)計(jì)方案。

制定合理的施工組織方案。陡坡段應(yīng)逐級(jí)開(kāi)挖，開(kāi)挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)，避免造成山體崩塌;陡坡段開(kāi)挖容易造成大量的棄土，應(yīng)根據(jù)棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)制定詳細(xì)的施工方案;陡坡段擋墻施工需制定詳細(xì)的施工組織方案。

4 結(jié)束語(yǔ)

公路建設(shè)遇到陡坡時(shí)，優(yōu)先考慮避讓方案。難以避讓時(shí)，結(jié)合詳細(xì)勘察資料，精心設(shè)計(jì)進(jìn)行多方案比選，并跟蹤施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。結(jié)合具體項(xiàng)目，對(duì)山區(qū)陡坡段低等級(jí)公路設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

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