浅析山区陡坡段低等级公路设计

王润平

(山西省交通规划勘察设计院)

1 引言

随着国家经济水平的提高和经济结构的进一步调整，农业生态旅游景区、水利基础设施等建设越来越多。农业生态旅游景区大多建在城市周边的山区，通过对荒山绿化改善生态环境，并建有诸如道路、水景、绿化等设施，以休闲旅游、生态农业等吸引游客。水利基础设施建设，特别是大型调蓄水库建设，大多依托有利地形建于人烟罕至处。通往水库的道路，除有施工便道功能外，还起到后续运营管理的基础设施作用。无论是农业生态景区建设，还是调蓄水库建设，对公路建设者而言，其道路设施大多为山区低等级公路。

山区低等级公路设计，首先，既要考虑满足考虑近期需要，又要为远期扩展留下空间;其次，面对复杂的地形地质条件，合理设置平面线形、纵坡、防护排水、安全设施等，满足行车安全需要;再次，在牢固树立安全意识的同时，注重生态环境的保护;最后，实时跟踪建设进度，合理进行动态设计。山区低等级公路设计，主要困难就是陡坡段的方案设计。对于陡坡的定义，国内外尚无明确的定义，但大多文献将30°～60°的山坡视为陡坡，本文沿用这一结论。

高等级公路通过陡坡段时，大多采用桥梁、半幅桥半幅路基、路基三种方案，路基方案又分整体式路基、分离式路基、半填半挖式路基、分台阶式错幅路基等。受路基宽度影响，山区陡坡段低等级公路时大多进行桥梁、路基方案的比选，局部地质条件满足时增加隧道方案比选。以山西省境内某水库大坝的上坝公路路基方案AK0+000～AK0+340陡坡段为研究对象，通过路基、桥梁、隧道三种方案比选，探讨山区陡坡段低等级公路设计。

2 项目方案研究

项目为引黄工程某调蓄水库附属项目，主要服务于水库的建设和运营。受地形影响，技术标准参照交通部《关于印发农村公路建设指导意见的通知》(交公路发【2004】372号)，主要路段原则上设计速度20km/h，受限路段设计速度采用15km/h，路基宽度6.5m。桥涵设计荷载等级为公路—Ⅱ级，路基、涵洞设计洪水频率不作规定，其余技术标准按照交通部颁发实施的《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)执行。

项目陡坡段AK0+000～AK0+340，起点连接规划的大坝交通桥，终点位于规划的副厂房附近，与后续道路相接。水利设施泄洪洞、连通洞、补水岔洞分别横向下穿公路AK0+050、AK0+180、AK0+220处，且已开始施工。

2.1 地形、地貌、地质、地震、气象

项目陡坡段地形起伏较大，峭壁陡立，地形坡度49°～55°，局部高差达58m，植被覆盖较多，峭壁下侧有常年流水小河;出露地层岩性为云梦山组第二岩组薄—中厚层石英砂岩夹薄层页岩，石英砂岩岩性坚硬，岩层产状N15～30°E/SE·∠25～36°。石英砂岩强风化层厚度一般1～3m，弱风化层厚度一般5～10m。该处岸坡陡立，存在风化卸荷裂隙带，据坝址探洞揭露，卸荷带水平宽度19m左右，顺河向裂隙延伸较长，易产生坍塌掉块。

项目区大地构造处于豫皖断块之中条山块隆，抗震基本烈度为Ⅶ度，反应谱特征周期0.40s。地震加速度值为0.10g。据当地县气象站资料统计，项目区多年平均降雨量596.7mm，多年平均气温为13.3℃，极端最高气温为40.5℃(1990年7月15日)，极端最低气温为-13.7℃(1990年2月1日);多年平均蒸发量为2090mm，最大冻土深为37mm;多年平均风速2.8m/s，最大风速23m/s(1980年7月27日);多年平均相对湿度60％左右;霜冻期在十一月上旬至次年三月上旬，无霜期200d以上。

2.2 项目方案

受水库大坝位置的影响，项目起点位置不能改变。经反复对陡坡段地形地质条件进行研究，提出路基、桥梁、隧道三种方案。

各方案详述如下:(1)路基方案AK0+000～AK0+340，路线长度340m，主要构造物设1～1.0m钢筋混凝土圆管涵2道，涵洞总长17.5m。(2)桥梁方案BK0+000～BK0+340，路线长度304.342m，主要构造物设3～16m现浇空心板桥1座;1～1.0m钢筋混凝土圆管涵1道，涵长8.0m。桥梁方案BK0+188.956与路基方案相接于AK0+224.614，即BK0+188.956～BK0+340(短链:BK0+188.956=BK0+224.614)与AK0+224.614～AK0+340相同。(3)隧道方案CK0+000～CK0+340，路线长度339.65m，主要构造物设80m长隧道1座;1～1.0m钢筋混凝土圆管涵1道，涵长8.0m。隧道方案CK0+328.040与路基方案相接于AK0+328.390，即CK0+328.040～CK0+340(短链:CK0+328.040=CK0+328.390)与AK0+328.390～AK0+340相同。

2.3 方案比选

结合现场地形、地质以及施工影响等，陡坡段的方案比选主要从勘察设计成本、工程造价、施工工期、安全因素、生态环境影响来考虑。工程造价以土石方、路基、路面、防护、排水、构造物及标线等主要工程数量进行估算。方案比选详见表1。

表1 项目陡坡段方案比选表

对于桥梁方案和隧道方案，水利设施附属项目及公路等级低等因素决定了工程造价不能过高;已经施工的泄洪洞、连通洞、补水岔洞等水利设施决定了公路施工工期不能过长。对于路基方案，采取错时施工可避免公路建设对水利设施建设造成较大的安全隐患;起点位置与坝体和交通桥相接处均已进行大开挖，路基方案的大开挖可以与其形成景观一致;施工时应采取严格的防护措施，消除挖方边坡施工的安全隐患。综上所述，本项目中陡坡段设计最终采用路基方案。

3 山区陡坡段低等级公路设计

3.1 路线设计

平面设计以曲线为主。在对山体进行大开挖不可避免的情况下，陡坡段的平面设计应根据设计速度和路基宽度等，合理组合平曲线来顺适地形条件以减小工程量、降低生态破坏、保证行车安全。工程量的减小应考虑防护工程量和土石方工程量之间的平衡，以确保工程造价最低。

合理运用平、纵线形设计，保障驾驶时的视觉流畅。陡坡段低等级公路纵段设计中，应合理运用平、纵技术指标，避免驾驶员因视距不足造成交通事故。对于陡坡急弯段，更应多次进行方案设计，满足行车安全要求。

有条件的情况下进行三维公路设计。随着信息技术的发展，数字地形图、数字高程模型的获取已变得不是那么的困难，很多公路设计软件也具备了三维透视图设计的功能，设计过程中应综合运用这些新技术进行多次比选找到最佳方案。

3.2 安全设施设计

根据路线平面、纵段等，设置必要的标线、标志。填方段设置必要的护栏、防撞墩等安全设施。特别对农村公路、施工便道等，陡坡急弯段视距难以保证的情况下，可设置道路广角镜。

3.3 路基防护排水设计

避免高挡墙，合理进行边坡防护。陡坡段高挡墙常因基础宽度难以满足、施工难度大等特点应尽量避免。陡坡段多为高边坡，设计时应根据地质、地形、植被、气候等实际条件合理确定边坡坡率、边坡平台宽度、边坡防护类型。边坡平台宽度一般每8m设一个2m宽平台，每32m设一个4m宽平台。根据实际选用浆砌片石、植被等进行边坡防护。

建立综合排水系统。陡坡段坡面排水较大，应合理设置边沟、平台截水沟、急流槽等，避免排水不畅造成路面积水或对边坡、路基的冲刷。如遇冲沟，需设置涵洞等构造物。

3.4 施工建议

设计人员应跟踪施工过程，进行动态设计。对于类似陡坡段的地形条件复杂区，实际测量比较困难，容易造成地形图、纵横段面数据的不精准。设计人员应跟踪施工过程，根据实际进行动态设计，适时调整公路设计方案。

制定合理的施工组织方案。陡坡段应逐级开挖，开挖一级防护一级，避免造成山体崩塌;陡坡段开挖容易造成大量的弃土，应根据弃土场设计制定详细的施工方案;陡坡段挡墙施工需制定详细的施工组织方案。

4 结束语

公路建设遇到陡坡时，优先考虑避让方案。难以避让时，结合详细勘察资料，精心设计进行多方案比选，并跟踪施工过程进行动态设计。结合具体项目，对山区陡坡段低等级公路设计进行研究。

[1] 邓友生，赵明华，邹新军，等.山区陡坡桩柱的承载特性研究进展[J].公路交通科技，2012，29(6):37-45.

[2] 谌楹，杨文志，管东银.山区高速公路陡坡地段设计方案探讨[J].西部交通科技，2013，71(6):53-56.

[3] 刘长春.浅谈山区路线设计中的线形设计[J].黑龙江交通科技，229(3):27-29.