北方山区高速公路设计新理念——以京昆高速公路山西平定至阳曲段第SZ2合同段设计为例

周志强

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

我国政府现阶段明确提出了建设“和谐社会”和“美丽中国”的目标，交通运输部也提出了“落实科学发展观，构建和谐交通”的绿色发展理念。近年来，高速公路建设迅猛发展，通车里程已超6万km，居世界第二位。高速公路的建设会对沿线生态环境产生强烈干扰，如何在公路建设中做到不破坏或少破坏环境，使建成后的公路与周围环境相和谐是公路建设急需解决的问题。尤其是北方山区的生态环境已十分脆弱，这就需要公路设计规划工作者在公路设计实践中总结研究北方山区地质、地貌和气候特点，提出公路总体设计的统一性、突出以人为本、以质量为命脉、以科技为先导、以生态环保为主线，注重可持续发展，在充分结合本合同段所处的地域、地形及项目功能的基础上，更新设计理念、重视环境保护，拓宽创新设计思路。

1 项目背景

京昆高速公路山西平定至阳曲段第SZ2合同段，是国家高速公路网北京至昆明高速公路的重要路段，也是继太旧高速公路之后，山西省京津冀地区的又一条快速通道，同时也是山西省高速公路规划网“三纵十二横十二环”主骨架第五横的重要组成部分。项目路线全长约43.5km（含断链），是山西省第一条标准的双向六车道高速公路，路基宽度为33.5m，设计荷载等级为公路—Ⅰ级。路线终点与太原环城高速公路西北段相接，太原西北环高速公路设计速度为80km/h。为了实现本项目与太原西北环高速公路的顺畅连接及降低工程规模，太原枢纽路段主线（K118+000～K122+980）采用80km/h设计速度进行设计，其余路段设计速度采用100km/h。本项目为加快中部崛起创造良好的基础设施环境，对加速晋、陕、蒙经济发展和晋煤外运都具有重大作用。因此，设计阶段在充分考虑发挥出口通道功能的同时，合理确定路线控制点，布设沿线大型构造物、互通式立交，并与沿线城镇路网规划相协调，使本项目既能满足沿线区域交通功能，又能带动沿线经济发展。

2 “和谐公路”和“美丽公路”设计理念的应用

本项目设计过程中突出“以人为本、以生态环保”为主线，注重可持续发展，在充分结合本合同段所处的地域、地形及项目功能的基础上，更新设计理念、拓宽设计思路、解放设计思想。贯彻地形选线、地质选线、生态环保选线的设计理念，树立工程全寿命、高质量使用的思想，利用先进的勘察、勘测、设计手段，在国家技术标准的指导下充分吸取国内外高速公路的建设经验，按照安全性原则、服务社会原则、尊重地区特性原则、整体协调性原则、自然性原则，合理采用技术指标，科学比选，优化设计，突出重点，带动整体。“和谐公路”和“美丽公路”的高速公路理念应贯穿公路景观设计的各个阶段，主要包括公路前期选线及线形设计、公路总体规划设计、公路细部设计三个部分。

2.1 前期选线及线形设计阶段

在公路设计的选线及线形设计阶段深入贯彻“和谐”和“美丽”理念，对公路最终效果至关重要，“和谐公路”和“美丽公路”的设计理念应在设计前期选线和线形设计阶段，注重内部及外部“和谐美丽”两个方面（设计思路见表1）。

表1 “和谐美丽”公路选线线形设计要点表

2.1.1 路线的内部“和谐美丽”设计（S1）

公路路线的内部和谐包括路线与地质条件相和谐、公路与地形地貌相和谐两个方面。

（1）路线与地质条件相和谐，即对于滑坡、崩塌、岩堆、泥石流、岩溶、软土、泥沼等严重不良地质地段，应选择合适的位置，尽量调整平、纵线形，恰当掌握标准，以尽可能小的扰动方式通过，并采取必要的工程防护措施及排水设施，确保边坡及路基稳定。

（2）公路路线与地形相和谐，即路线宜随地形变化布设，使路线与地形有机结合，在保证安全、不降低功能的前提下灵活地掌握技术指标，不追求高指标，但求连续均衡，线形走向与地形、地貌相吻合，不强拉直线，硬切山梁，横跨山谷，应顺势而为，注重与地形的结合，尽最大可能地保持原地的风貌。注重不同设计单元之间连接路段技术指标的均衡与连续，做到高低指标的合理过渡，消除不安全隐患。和谐的公路线形应自然流畅，能在视觉上自然诱导驾驶员视线，提高线形质量。

2.1.2 路线的外部“和谐美丽”设计（S2）

公路路线的外部和谐美丽设计包括路线与资源节约相协调、公路与生态环境保护结合两个方面。

（1）公路路线与山区稀缺的资源相协调

①节约土地资源。根据沿线情况，合理规划公路占地，尽量少占农田、耕地；公路设计合理采用低路堤、瘦身立交、加大桥隧比例等方法，尽量减少占地；对取弃土场、施工便道等土地，及时土地复垦或进行生态恢复，提高土地利用效率。

②节约生物资源。公路选线要尽量少占自然保护区林地、重点公益林地、原始林等生物量、生物多样性、生态价值相对较高的地区。

③节约水资源。公路选线应避绕敏感水体，无法避绕的路段应设置桥面径流收集处理系统，根据实际情况采用物理化学法或人工湿地法，对敏感水体路段的路面径流和桥面径流进行了处理。

（2）公路路线与生态环境保护相和谐美丽结合

公路线形设计要适应北方山区地域生态环境，尽可能降低路基填挖高度，最大限度地保护原有植被和山体，对于稳定的弱风化岩和硬岩边坡，在保证安全的前提下，保留陡峭的岩石边坡，减少边坡开挖，减少公路占地，保护山体原生植被与周围景观融为一体，一方面要尽量避让风景区、自然保护区等生态敏感区域，一方面要充分利用借景、对景等手法，把自然景观和公路景观完美地结合在一起，达到近水远山虽非路域范围内，但作为周边生态环境也是公路设计的有机组成部分（见图1）。

图1 “和谐美丽”公路选线线形设计构思图

2.2 中期设计阶段紧密结合北方山区环境

（1）结合京昆高速公路山西平定至阳曲段第SZ2合同段北方山区地形起伏较大且冲沟发育的特点，本项目设计中期充分考虑路线平纵横与周围环境的配合，灵活合理选用技术标准并进行创作设计，在保证道路整体稳定性的同时使其具有流畅的立体效果，并与自然景观相协调。

（2）设计中多次合理比选路线方案，地质选线、地形选线、生态环保选线与标准选线相结合，进行多层次的方案比较。方案比较时，要考虑环保工程的治理和保护费用，并把对环境的破坏及可恢复程度列为主要比较内容。

（3）在复杂路段，要进行高路堤与高架桥梁、深路堑与隧道、高边坡与半边桥的方案比较。以工程量少、造价低及有利于环保的方案作为最终方案。

（4）在可能对环境造成较大破坏或可能诱发不可预见的不良地质灾害路段，方案选择时，要综合考虑环境恢复、治理的费用，运营成本减少、效益提高等因素，适当地加大工程投入，以减小对环境的破坏，避免工程安全隐患。

（5）以《公路项目安全性评价指南》作为设计的安全性评价指标体系，始终贯彻安全设计的理念，用最新的研究成果对各阶段设计文件成果进行全面的安全性评价，并及时反馈到设计中，从安全角度出发，重点把握好公路几何要素的确定，尤其是路线平纵曲线、超高、视距等要素的设置将直接关系到行车舒适和安全。因此，在设计中不能仅满足于规范规定的最大（小）值，而应根据路线经过地区的地形、地貌等特征逐段采用透视图进行检验，对于关键路段，还将绘制全景透视图和制作三维动画进行检验。

2.3 设计成果体现“和谐美丽”生态公路理念

（1）本项目所在区域历史悠久，人文荟萃，旅游资源十分丰富。因此，在项目勘察设计过程中，无论在路线布设、桥梁选型、互通立交布局及型式、路基防护、施工方案等方面，大力强调环境保护及景观设计，最终的设计成果体现了“和谐美丽”生态公路特点（见图2）。同时，作为山区高速公路更着重考虑了高填、深挖对自然景观、植被的影响；公路的分割与阻隔对野生动植物资源的影响；对水土流失的影响；开挖、废方堆弃、爆破作业等诱发地质灾害的影响。

图2 SZ2合同段“和谐美丽”生态公路照片

（2）路线总体方案设计及大型构造物的设计借助公路透视图和三维模型检查与自然景观和人文景观的配合与协调。桥梁设计中选择结构合理、桥型美观的方案，上跨桥梁采用多种形式，力争一桥一景，使其成为高速公路上的一处景观，增加高速公路与周围景观的立体美学效果。

（3）沿线地形较复杂，设计方案在考虑工程造价、社会效益的同时，也要重视对沿线生态的保护，实现环境保护和公路建设并举，尽量少占农田、耕地。结合环境保护灵活采用技术标准规范，不片面追求高指标，环境影响较大的地段宁肯多做工程，也要减少对环境的破坏，树立建设“生态公路”的指导思想，路基防护贯彻协调、自然的原则。立交区、服务区多采用园林景观设计，以使本项目公路环境恢复和治理达到更高的水平。

3 设计中大胆创新，广泛采用先进设计手段和施工技术

本项目设计中，积极采用当代先进而又成熟的科技成果，全面推广运用先进计算软件，提高设计精度，加快设计速度，增强结构耐久性，保障工程使用寿命。结合国内外及山西省高速公路工程的实践，对关键的技术问题，组织专门技术攻关，使难点变成亮点。

（1）地形图采用航空摄影测量、数字化成图，建立三维地面模型（DTM），快速进行多方案比选，采用数字地形图和数字地面模型技术，配合路线三维CAD系统，通过动态透视图检查运行速度的协调性和可能的视距不良路段，分析可能存在的交通安全隐患、可能的交通事故多发点和多发段，对不合格段落进行改进，采用运行速度检验路线设计，满足行车安全。

（2）全线平面首级控制网采用GPS卫星定位仪完成。工点测量采用动态GPS及全站仪完成。内业设计应用路线、互通立交、桥梁、涵洞、隧道、挡墙、边坡稳定、路面、概预算等诸多计算机辅助设计、计算、绘图软件，计算机出图率达到100%，提高了设计质量和进度。

（3）工程地质勘察采用物探、钻探等先进手段，综合勘测，准确查明地层、岩土特性，为桥涵和路基设计提供了可靠的依据。

（4）本设计中积极采用改性沥青来提高路面的使用性能，尤其是提高高温抗车辙能力、水稳定性和抗老化能力。结合近年来国内高速公路路面的成功经验，在特重车方向推荐采用密级配改性沥青混凝土及柔性基层（ATB）。桥梁预应力管道采用真空吸浆工艺，保证预应力结构的耐久性。

4 结语

京昆高速公路山西平定至阳曲段第SZ2合同段是典型的北方山区高速公路，通过本项目设计总结了许多宝贵的经验。当前，我国高速公路建设正在由平原地区向山区发展，为避免山区生态环境出现“大建设、大破坏”的局面，更好地实现高速公路建设的可持续发展，更好地建造“和谐美丽”的生态高速公路，必须重视高速公路建设与环境协调发展的问题。因此，本文提出了一些基于“和谐美丽”理念的高速公路设计的思路，努力创造与周围环境相适应，与沿线风土人情相适应的高速公路，营造人、路、自然三者相互和谐的美丽公路。

[1] 陆旭东，李劲松，顾晓峰，等.基于“和谐”理念的高速公路景观设计思路[J].交通建设与管理，2009（2）：43-45.

[2] 张宗战.山区公路选线关键问题探讨[J].山西交通科技，2012（6）：17-19.

[3] 张剑.大呼高速公路设计中的土地保护措施[J].山西交通科技，2011（6）：28-30.

[4] 陆旭东，鲁亚义，李子军，等.长白山区高速公路景观规划设计初探——以吉林至延吉高速公路为例[J].中外公路，2008（3）：6-10.

[5] 美国土木工程师协会公路分会，公路路线设计几何与美学委员会.实用公路美学[M].北京：人民交通出版社，1981.

[6] 刘书套.高速公路环境保护与绿化[M].北京：人民交通出版社，2001.

[7] 李志棉.对兴安盟公路建设中生态环境建设的探讨[J].内蒙古公路与运输，2001（S1）：1-2.