低等级沿溪线公路提级改造设计

2011-01-24张学军

城市道桥与防洪 2011年5期

张学军

（北京市市政工程设计研究总院，北京市100082）

0 引言

沿溪线：沿河溪走向布设的路线。

近年来，随着国民经济的持续增长，公路客、货运规模也逐年递增，早期修建的低等级公路由于标准低、路面狭窄、纵坡大、行车速度缓慢、交通安全设施不完善等诸多问题，易造成交通事故、拥堵等现象，已成为阻碍经济发展的瓶颈。因此对现况道路进行提级改造，是目前缓解这种不利状况的措施之一。

本文通过对111国道北京段（汤河口～市界）的实例分析，提出在低等级沿溪线道路提级改造设计中的几点体会，以供同类设计参考。

1 111国道北京段（汤河口～市界）概况

1.1 111国道线路走向与功能定位

111国道北京段（汤河口～市界）是国道111的一部分（国道G111线北京至加格达奇公路贯穿北京、河北、内蒙古，是东北地区交通中枢和进关的重要通道，途经丰宁、围场、赤峰、通辽、乌兰浩特等，全长2123 km，北京段长192 km；从怀柔至加格达奇路段，又名京加路），规划为一级公路，是北京与河北丰宁地区交通联系的主要通道，是北京北部的次要货运交通走廊，在承担过境交通的同时又承担着区域交通的集散功能，见图1。

1.2 现况道路条件

111国道现况道路标准较低，为山岭重丘区三级公路，道路全长58.6 km，横断面为一幅路型式，路面宽度为6 m，路基宽度为7.5 m，双向2车道，修建于1973年。线位有47 km傍汤河的沿溪线，且多次跨越汤河，终点段为越岭线。近些年来虽经历多次大修维护，但由于交通量的剧增和大吨位车辆运输造成了路面损坏严重；同时，随着旅游业的快速发展，路面狭窄及大量游人入境导致了交通拥堵，不和谐的路况逐渐显露，已成为山区交通的“瓶颈”，见图2。

1.3 汤河

1.3.1 概述

汤河是潮白河、白河的一条支流，发源于河北省丰宁县邓家栅子，由邓家栅子以上的北茨榆、上辛房、长胜堡三条长度近似的支沟组成。河流全长110 km，流域面积为1257 km2；其中北京市怀柔区境内河长52.6 km，流域面积为618.3 km2。河床纵坡0.84%，区境内较缓0.5%。汤河为季节性河流，由于地势原因，坡陡流急，汛期洪水很大，春季常常断流。

汤河位于燕山山脉的后山地区，北邻坝上高原，地势北高南低，海拔在2000～280 m，地形大部分为低山丘陵区，干流河谷开阔，一般宽在200～700 m，主河槽宽80～150 m，河漫滩阶地发育，主槽在特大洪水时易发生摆动。由于河道两岸为高山峻岭，河道为沟谷川地，属于山区峡谷型河道，河道流势较稳定。流域植被覆盖良好，为灌木和次生幼林，在喇叭前后沟的上游有森林覆盖。

汤河处于密云水库上游的水源保护区内，水质分类为Ⅱ类（见图3）。

1.3.2 历史洪水调查、分析

汤河流域年降雨量在450 mm左右，主要集中在6～8月，由于后山地形影响，容易发生局部性雷阵雨天气，一般年份汤河干流不易发生洪水，只有在个别年份，由于太平洋副热带高压北伸，它的边缘带来了大量的水汽，加上冷空气的频繁活动及个别台风天气系统北伸的影响，形成了连阴天气和大暴雨，才能造成全流域的特大洪水，如1939年等大洪水年份的天气系统就是这种情况。

通过对汤河沿线历史和现状洪水调查，汤河干流近百年发生特大洪水的有1900年，1939年，其次有1905、1912、1919、1929年等年份；解放后有 1949、1974年为全流域，1972、1991年在汤河长哨营以下干流发上较大的洪水，其最大调查的洪峰流量均在600～862 m3/s，其中1972、1991年洪水造成1968年建成的10 a一遇汤河漫水桥曾两度漫桥，冲毁桥头路堤，1974年7月洪水在汤河兰营将当时正在修建的111国道北京段（怀丰公路）沿河路堤冲毁数十米（后改线到山边），此时汤河洪峰流量为615 m3/s，主要是路基基础防护深度不够，洪水时河槽摆动侧蚀掏刷河岸和路堤所致。

通过调查与频率分析，汤河干流1939年洪水与1900年量级相当，总体上1939年洪水略大于1900年洪水，其经验频率为100 a一遇，其值与汤河干流各河段理论计算值基本一致，见表1。

表1 111国道北京段汤河支干流1939年洪水与百年一遇设计洪峰流量表

2 关键技术问题分析

2.1 工程特点及难点

（1）现况地势大部分为依山傍水，展线困难。

本工程大部分道路一侧为陡峻的山崖，一侧为现况行洪河道，河道外侧多为基本农田或村落，见图4。

在通道走廊内，本项目是利用旧路路由还是新辟道路、是开山还是占用河道，是本项目线位选择的难点。

（2）路线两侧分布有大量的村落、旅游度假村和军事单位，地方交通出行需求强。

沿线经过汤河口镇、长哨营满族乡、喇叭沟门满族乡、大量的村落和众多旅游度假村及几处军事设施单位。

因通道走廊内只有一条111国道，地方的交通出行均需要利用111国道。在现况路基础上加宽改造，施工期间交通导改也较为困难，见图5。

（3）沿线汇入的支沟众多，泥石流现象多发。

汤河北京境内的支流，自上而下从左岸汇入的有帽山沟、杨树沟等八条；从右岸汇入的有胡营子沟、喇叭后沟等七条。大洪水期间常伴有泥石流发生，共有泥石流沟5条。

（4）景色秀丽、生态环境好，对环保要求高。

本项目基本处于以自然山水和满族风情为主体的塞北深山区风景带内。因地理因素的长期影响，项目沿线城镇化水平较低，工业、农业发展缓慢，环境污染源少，自然生态环境受人为干扰程度低，林业、生态旅游等发展较快。

除靠近111国道的大小村庄外，其他地区的交通设施欠发达。沿线村镇中，汤河口镇为北京33个示范小城镇之一，发展较好；喇叭沟门乡是怀柔区三大生态景区之一，已开发景点50余处，旅游度假村、旅游饭店二十余家，整个旅游业已初具规模。

线路所经之地有村庄、山区林地、河流、沟壑、风景旅游区等，还有少量农田、耕地。喇叭沟门满族乡有北京市最大的森林自然保护区。

因此本项目对生态环保及水源的保护有着较高的要求。

（5）现况道路防洪标准为20 a一遇，提级后设计标准为百年一遇，竖向高程需要抬高。

现况道路为三级公路，道路防洪标准基本满足20 a一遇；本次改造后，道路等级为一级公路，路基标准按规范要求应满足百年一遇防洪水位要求，因此部分路段竖向高程需要抬高，相应对现况村落的房屋、交通出行、景观、防洪等造成影响。

2.2 设计要点

根据本项目沿溪线改建的特点及难点，设计过程中坚持“技术上可行、经济上合理”的指导思想，贯彻“利用现况、服务地方、安全预防、尊重自然、符合规范、以人为本”的原则，精心设计。

（1）利用现况，灵活进行线形设计，减少二次开山、占用部分河道、保留河道基本形态、少占基本农田。

a.确定道路设计的前提条件：利用现况道路，不新建道路。

本项目在前期研究过程中，对于是利用现况道路还是新建道路做了大量的分析研究。由于工程所处区域为沟谷川地，两侧为崇山峻岭，如果新建道路，则将占用大量现有土地资源，特别是基本农田，部分区域受现况狭窄山谷制约，也没有新建道路的路由。因此本着少征地拆迁、减少对现况自然生态影响的原则，最终确定利用旧路线位，在现况三级路基础上提级改建为一级公路，局部调整平面线形，裁弯取直，以满足一级公路设计标准。

前期线位比选见图6。

b.少开山，在保留河道基本形态不变的前提下，占用部分河道，同时对占用河道部分进行恢复。

现况道路修建于1973年，至今已近40年。虽然公路管养部门每年不断的进行路侧绿化、美化，但沿线大部分路段仍能看到较为明显的开山痕迹，由此可见山体生态恢复的艰难性。

在充分分析基础条件、把握关键性控制因素的基础上，项目前期对开山和占用河道进行了多方案比选，综合比较工程量、投资及对生态的保护，最终确定少开山，在保留河道基本形态不变的前提下，占用部分河道，同时对占用河道部分进行恢复，保持正常行洪。

c.平面线形灵活性设计，避免大填大挖，减少拆迁和工程量。

在满足公路使用功能、行车安全的前提下，结合沿线地形、地貌、水文、地质等自然条件，在现况路基础上裁弯取直，灵活运用技术指标，保持线形连续、均衡、舒适，尽可能少拆迁、少占基本农田和少占河道，节省投资。

（2）服务地方，在改建道路的同时，方便地方交通的出行。

道路建设的基本目的是为社会交通服务。特别是111国道沿线，在通道走廊内线路稀缺的情况下，地方的出行均依赖现有道路，交通的畅通对经济的发展有很大的制约作用。

本工程积极协调与走廊带内各乡镇的关系，使公路建设与乡镇规划相互协调，相互促进，在满足公路建设需要的同时，为沿线乡镇的未来发展提供便利条件。根据沿线村镇的分布、间距，采用地方路与111国道平交（右进右出、黄闪灯、信号灯）的方式；在村镇段，路线线位在旧路外侧布设，使旧路作为村镇的地方路使用，以减少相互干扰，为过境交通及区域交通提供良好的交通转换服务，促进区域经济的发展。

（3）安全预防，避免地质灾害对道路运行期的影响。

根据河道及其支沟的水利、水文资料和本项目地质灾害评估报告，拟建公路沿线的地质灾害类型确定为构造断裂、崩塌危岩和泥石流三种，其中泥石流沟谷主要集中在建设区内的南北两侧。在设计过程中，对这些路段的线位、竖向高程、桥涵规模均进行了特别处理，以避免地质灾害对道路运行期的影响。

（4）尊重自然，减少对现况生态的破坏、加强生态恢复，进行景观设计。

本工程全线位于密云水库地表水源地三级保护区内，自起点至43 km处均为沿汤河的沿溪线，跨越汤河9次；在四道穴以北至终点之间有约8 km路位于喇叭沟门自然保护区内。环境敏感区主要为汤河、山体及沿线村镇。

在设计中，重视生态建设和环境保护工作，贯彻“预防为主、保护优先、防治结合、综合治理”的原则。对公路沿线区域内的水源保护区、城镇、村庄、河流、农田等进行有效保护，使道路及构筑物与周围环境景观和谐统一。

a.生态环保及景观设计

河北丰宁的风沙区距怀柔只有几十公里，山区生态环境的优劣，直接影响着北京的生态环境。因此设计遵循“不破坏就是最大的保护“原则，力争少伐树、开山，保护自然环境，同时注重保持水土、涵养水源、减少风沙等自然灾害。

在离线位较近的村镇，对受影响房屋安装隔音窗替换原有普通窗，可有效的屏蔽道路噪声影响，使房屋内噪声环境符合要求。

通过绿化的修复作用，恢复公路建设损坏的生态植被，并按照自然的规律，在公路范围内最大的增加植被覆盖率或绿量，在有条件的情况下，根据适地适树，适地适草的原则，充分利用多种植物，营造四季季相鲜明、刚柔并济，与周边环境相协调的特色植物景观，形成乔灌草，常绿与落叶，多彩植物搭配、稳定的立体复合植物群落。

b.水土保持

本项目主要为沿溪线段拓宽改造，填方量较大，经现场踏勘，在不影响生态保护的前提下，合理确定取土坑及弃渣场位置；通过采用工程与植被相结合的绿化技术措施，对公路边坡进行生态防护，增强边坡的稳定性。通过这些措施，可以有效防治因项目建设而产生的水土流失，大大降低公路建设对生态环境的影响，保证公路的安全运行。

c.水源保护

汤河是潮白河流域白河的一条支流，水体功能为密云水库饮用水水源地上游，水质分类为II类，处于密云水库上游的三级水源保护区内。本工程大部分为沿溪线，线位走向尽量避开、少占现况河道，以减少对汤河的破坏；在路面和桥梁两侧设置排水沟和应急池，使雨水或污水经处理后再进入地表水体，这样可以大大减轻地表径流对地表水体的影响。具体流程如下：

降雨初期，最初5～10 mm的降雨量经格栅去除塑料袋等大粒径的固体污染物；然后经应急池后进入滤池，过滤后排放；降雨后期雨水满足排放标准，于应急池前溢流。当装载有毒化学品的车辆发生泄漏时，工作人员尽快到达事故现场，关闭应急池后阀门；清洗路面，将有毒废液冲洗至应急池内待进一步处理。

（5）符合规范，在满足设计标准的前提下，尽可能减少与现况的矛盾。

满足河道防洪和道路百年水位的设计标准，加强河道拐弯、浸水挡墙基础的防冲刷处理，同时减少对现况的影响。

a.道路竖向高程的确定

本项目经过喇叭沟门满族乡，现况道路高程低于20 a一遇水位。综合考虑此段的竖向，在设计中提出两个竖向方案：方案一竖向按百年水位标准设计，满足规范要求，但最大处高出现况路约4.5 m；方案二竖向将此段标准降低，局部将旧路坡度放缓，使设计高程满足20 a一遇水位要求（20 a与百年水位差2.3 m），介于百年水位及旧路高程之间，道路临河侧设1 m的防浪墙，临建筑侧设1～2 m的路肩墙。

喇叭沟门段水位与现况路高程一览见表2。

经多次评审、优化，最终确定道路竖向标准应按照百年水位进行设计，为减少对现况民房、交通、景观影响，将与现况路高差大处的210 m长路基调整为桥梁。

表2 喇叭沟门段水位与现况路高程一览表

b.防冲刷处理

根据河道勘察，加强河道拐弯段路基及浸水挡墙基础的防冲刷处理。

（6）以人为本，提供舒适行车环境，保证安全出行。

结合路线所经环境的具体情况，以人为本，合理、科学地设置观景平台及临时休息服务区，将公路设计融入于自然之中，为旅行者提供景色优美、安全舒适的行车环境。

a.观景台

如在七星满族度假村处设置观景台，方便驾乘人员短暂休息及观景。此处所处的位置较高，既可以观赏远处的连绵群山，又可以看到曲折的公路、清澈的水面和仿古城墙，开阔的视野可以缓解驾驶者的视觉疲劳。另外，观景平台上设置安全护栏，以保游人安全，多方位的考虑，为休息者提供一个人性化的空间（见图7）。

b.服务区

项目沿线村镇分布散乱，规模大的镇、乡间距较长。长哨营乡距喇叭沟门21 km，喇叭沟门距市界19 km，市界距丰宁约30 km，这中间没有一处加油站。为保证驾驶员及乘客的良好状态，拟考虑在喇叭沟门乡北甸子北侧设置一处服务区，满足加油、停车、如厕等需求。服务区的设置同时对沿线的社会经济会产生一定的带动作用，有利于该地区的进一步发展（见图8）。