基于高速公路路基综合设计初探

杨强

摘 要：本文结合工作实际，介绍了山区高速公路的一些基本特点，并重点分析了综合设计的目的、原理、方法和理念，可供相关人员参考。

关键词：高速公路；路基；综合设计

前言

近年来，随着交通基础设施建设的迅猛发展，路基设计已成为公路最基本的组成部分之一。保证公路沿线都具有坚实而稳定的路基，是路基设计的中心任务。路基又是支撑路面的一种土工建筑物，在挖方地段，路基通常是路面下的天然地层；在填方地段，则是填筑起来的压实土层。路基和路面构成了公路建筑的主体。

一、山区高速公路的特点

1.1 地形特点

山区地形起伏大，地势变化大，道路走廊带内高差一般可达数十至数百米，地表梯度一般在十几度到几十度之间。高速公路设计纵坡缓、路基宽度大，路基与地形之间形成较大落差，常形成高填、深挖路基，既产生大量的土石方，也占用大量土地，严重破坏生态环境。

1.2 地质特点

山区的地形条件在地质学的角度被认为处在不稳定的状态，地球的外力 （水、风等） 作用使地球表面不断变缓，山岭、岗地被侵蚀、切削，地势降低，洼地不断被堆积，地势抬高，地形坡度不断变小，高差也随之降低。

地表地层不断风化，风化后的岩土体强度降低，稳定性变差，高速公路的建设则使风化的速度有所提高，推进了地球表面演化的进程。公路工程本身也是地质体，由各类土石料填筑的路基工程以及路堑、路床等工程实体同样处在不断风化的过程中，其强度和稳定性的变化趋势同样不利于路基工程质量。

1.3生态特点

山区生态环境与区气候条件密切相关，同时也受到人类活动的巨大影响，高速公路工程建设对生态化境的破坏较大，虽然通过各类生态恢复措施进行弥补，但由于破坏了生态环境持续平衡的基本条件，往往造成周边生态环境的不断恶化以及各类建设场地生态恢复的巨大困难。

1.4社会特点

山区土地资源稀缺，社会发展受交通、经济、农业基本条件的严重制约，高速公路建设一般选择在地形条件相对较好的走廊带内，往往占用较多的土地，是山区土地资源更加紧张，直接影响到人民群众的生产、生活，阻滞社会发展和平衡。

二、综合设计的目的、原理、方法和理念

2.1综合设计的目的

山区高速公路路基综合设计的目的是将路基主体工程及道路附属工程的功能进行最大限度的融合，在满足道路安全、经济、耐久、舒适、和谐条件下充分发挥道路工程建设的生态和社会效益，减少占地，保护环境，改善民生，推动社会、经济的发展。道路交通文化的内涵是促进人类社会、经济的发展，路基综合设计可以丰富和完善这一文化内涵，是道路工程真正成为绝大部分人能够接受的文化现象。

2.2 综合设计的原理

2.2.1顺其自然原理

“顺其自然”原理强调工程设计与建设对自然界发展演变规律的尊重。高速公路是建造在自然界中的工程实体，必然受到自然环境的巨大影响，路基设计应将路基作为自然界的组成部分，遵从“高不填，低不挖”的原则，从而避免路基工程遭受地球外力的侵蚀和破坏。路基工程的设计和建设以顺应自然界发展演变的规律为前提，在宏观设计方面为路基质量的提高和稳定建立基础，做到顺其自然，才能够在自然界中获得可持续发展或长期平衡的能力，使工程质量拥有足够的耐久性。

自然界的演变和发展主要体现为地形、地质、水文条件的演变和发展，路基工程设计应充分考虑自然界演变和发展的特点，追求形成更为稳定的状态，避免形成过大的演变和发展趋势，或尽可能通过路基工程建设主动改变周边环境，将演变和发展的过程推动到稳定的状态，减少工程运营期间的演变和发展，从而降低周边环境对路基的影响。

2.2.2因地制宜原理

路基综合设计的主要对象之一是工程建设条件，应根据建设条件的不同采用有针对性的综合设计措施，避免生搬硬套、千篇一律地简单的将综合设计措施施加于工程设计中。高速公路路基工程各路段间均存在着路基参数、地形条件、地质特征、水文特点以及结构物设置等方面的差异，必须深入分析、妥善处理，以保证综合设计措施的合理可行。

2.2.3生态恢复原理

路基综合设计的根本目的是完善道路文化的内涵，生态恢复是完善道路文化内涵的直接措施之一。生态恢复是利用路基工程建设的巨大改造能力对路基所影响的周边环境进行改造，从而在施工期间使路侧场地生态能力得到恢复，并能够无限期地持续稳定。

生态恢复能够防止水土流失，同时为农林业的生产和发展提供条件。由于路基工程建设所影响的场地规模大，恢复难度高，不能依靠人民群众自发进行恢复，而依靠自然界本身的力量实现生态恢复需要很长的时间，恢复的成果也具有较大的不确定性，甚至可能出现生态的恶化，所以生态恢复必须依托于工程建设本身。

生态恢复的主要措施是对场地地形、水文、土壤结构的整治和改造，场地必须具有良好的地形条件、适宜的水文条件、以及优良的土壤结构，而这些条件必须依靠路基综合设计才能实现。

2.2.4 诱导养护原理

“以生态创造生产，以生产维持生态”是诱导养护的根本方法，通过良好的生态恢复，在施工期间为路侧场地建立符合农业生产的条件，利用生产所带来的经济利益引导人民群众使用场地进行农业生产，从而使场地的生态能力得到保护，使场地生态得以维持。通过开发生产的途径可以有效解决普通群众生态意识淡泊的问题，将人民群众对场地的自发性利用引导为自觉性使用，从而使路侧生态环境与周边群众的生产、生活完全融合。

2.3 综合设计方法

2.3.1 道路总体设计与路基设计的综合

综合设计强调设计工作的协调性，在总体设计过程中更多地考虑路基设计，能够从根本上改善路基在占地、稳定、生态等方面的表现。路线总体设计中既要开展地质选线工作，也要开展路基选线工作，既保证路基的稳定，也保证路基工程量的节约，减少占地，改善环境，恢复生态，促进农业生产。

2.3.2路基设计细节的综合

通过路基断面与取弃土设计的综合，利用填方弃土，利用挖方取土，可以显著改善路侧地形环境，减少边坡防护和绿化工程量，减少永久占地并提高土地质量，同时使改造好的土地更容易被人民群众用于农业生产。

通过路基排水与防护设计的综合，实现集成设计，从而减少占地宽度，提高工程质量。山区高速公路为加固坡脚、节约占地而设置护脚墙，同时为汇集、排水路面水而设置路堤边沟，在条件允许时将路堤边沟与护脚墙合并设计，既可以拦截路面水，又能有效减少占地宽度，同时消除了开挖边沟对护脚墙稳定性的影响。

在互通立交设计中开展边坡修饰设计，利用互通立交内封闭的土地开展取弃土设计，从而提高土地利用率，改善互通立交内地形环境和生态条件。

2.3.3 路基与线外工程的综合

山区高速公路一般沿地形条件适宜的走廊带布设，同时通过路基施工可形成一条更加通畅的走廊带，对于沿线地方道路而言，路基施工所形成的路堑、路堤均十分适宜地方道路通过，也可用于灌溉水系的建设。路基与线外工程综合设计，可以降低地方道路的施工难度，改善地方道路指标，提高行车安全性和舒适性，改善周边群众的交通条件，只要妥善处理好平行道路间的安全设施协调问题，便可通过路基施工为地方路网的建设服务。同时在条件允许时路基可作为灌溉水系的通道，减少灌溉沟、管等工程的布设难度。

2.3.4路基与结构物的综合

路基工程施工的同时改变了路域地形、地基和水文条件，如能有效利用，可以减少结构物的设置，缩小结构物规模，提高地基质量，降低施工难度。

山区地形横坡大，结构物设置如完全符合现场地形条件，需要对结构物的构造设计进行调整，设计、施工难度大，工程成本高，结合路基建设对结构物的设置位置和设置方式进行调整，可以充分改变地基条件，降低结构物的设置难度，节约工程成本。

2.3.5路基与施工组织的综合

山区地形复杂，交通不便，路基工程施工往往需要利用路基本身作为施工通道，同时也可以结合路基取弃土建造施工场地，为存储、预制、运输等提供条件。在某路段为沿溪道路，高架桥众多，施工场地十分有限，在设计中结合桥间路基及路侧弃土场设置箱梁预制场，实现了在正常条件下不可能获得的场地规模，同时箱梁直接生产在设计高程上，运输方便，避免了垂直吊装，大大降低施工难度，使该段道路施工工期得到了保证，同时降低了施工成本。

2.3.6 路基与安全设施的综合

通过路基安全设计提高道路行车服务水平和安全性，弱化安全设施的设置，既可降低造价，保证安全，还可以营造舒适、和谐的行车环境。路基设计在细节设计上充分考虑行车的安全性，如设置带盖板的路堑边沟，提高路堑边坡的稳定性，改善路侧的地形环境等，在此基础上可以减少路堑段或路侧弃土路段的护栏，在保证安全的同时降低工程造价，改善路侧环境。

2.4综合设计理念

路基综合设计的根本理念是“广义以人为本”，是在新理念公路设计“以人为本”理念基础上的深化和完善。“广义以人为本”理念综合考虑了与道路相关的几乎所有人的根本利益，要求道路设计既要满足安全、节约、耐久、环保、舒适、和谐，同时考虑施工难度和施工安全，考虑道路建设对周边群众生产生活条件的影响，考虑周边人民群众的生存、生产、生活。“广义以人为本”理念是道路文化内涵的核心体现，也是道路设计工作的重要目标之一。

三、几点体会

（1） 路基工程和自然界其他地质体一样受到地球外力的侵蚀，路基工程设计应尽可能减弱地球外力侵蚀路基的强度。

（2） 相对于路堑而言，路堤的稳定性较差，因此山区高速公路不宜形成过多的高填方，而应尽量压低纵坡，总体形成弃方，利用弃方对路堤进行保护。

（3） 工程建设改变地形的作用是可以有效引导和利用的，合理地改变地形条件，可以同时改造场地的水文条件，是工程质量更加可靠和稳定。

（4） 工程建设是为社会经济和人民群众的生产生活服务的，除满足交通功能外，还应充分满足周边群众的生产、生活、生存需要，恢复场地生态，对周边土地进行适当改造。

（5） 公路建设临时用地规模巨大，通过路基综合设计可以确保临时用地的生态恢复及复垦，初期建立良好的生态条件是场地生态能力持续稳定的基础。

（6） 拥有良好生态能力的临时用地能够被人民群眾积极接受，同时复垦所带来的直接利用可以引导人民群众对场地的生态能力进行保护，从而实现生态养护工作向人民群众转移，避免了工程养护所导致的生态恶化。

参考文献：

[1] 曹伯勋.地貌学与第四纪地质学.中国地质大学出版社，1996.

[2] 浅谈填平凹地设计.工程与建设，2007（1）.

[3] 新理念公路设计指南.人民交通出版社，2005.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。