基于水土保持的湖南山区高速公路设计的新理念、新方法

2014-04-04伍谋殊

湖南水利水电 2014年4期

伍谋殊

（新化县水土保持局娄底市 417600）

高速公路是一种技术等级要求较高的线形工程。随着社会经济和公路事业的发展，高速公路逐步由大中型城市延伸到山区边远城镇，根据《湖南高速公路建设网规划》，在湖南的湘西、湘西北等偏远山区，均已规划建设高速公路。公路建设势必造成高填深挖，严重破坏陆域范围内地表土及原有覆盖的植被；加之山区地表生态环境脆弱，施工及运营期间遇降雨易诱发山体滑坡、泥石流等地质灾害。山区高速公路建设正面临着“先破坏后恢复”与“重保护，少破坏”的建设理念之争；工程建设大发展与区域环境破坏、水土流失严重的突出矛盾。因此，迫切需要不断总结工程实践中的经验和教训，将水土保持理念融入公路建设中，建立符合地方特色的山区公路建设科学发展观。

国内诸多学者对高速公路水土保持与生态系统修复已经做过大量的研究，康艳等对沪陕高速公路信阳至南阳段路基边坡物种多样性特征及其与土壤特性的关系进行了深入分析，为类似立地条件下受损生态系统的恢复与重建提供了参考依据[1]。田国行等研究认为高速公路土壤组成结构受施工过程中的填挖影响，边坡土壤类型复杂、土壤条件恶劣[2]。也有学者对高速公路生态防护[3~4]与植被恢复[5~6]进行了系统的研究。生态恢复研究旨在重建该系统受干扰前的结构与功能有关的物理、化学和生物学特征[7]。关于边坡防护也有一些新技术、新材料，诸如厚层基材喷射植被护坡技术[8]、客土喷播[9~10]植生带[11]和喷混植生[12~13]等。

1 湖南山区高速公路设计阶段存在的问题

（1）公路选线制约因素较多。在公路设计阶段，从资源、生态保护的角度出发看，山区的文物、风景区、村落、良田、水利设施、军事设施、已建成公路或铁路交通设施以及地方规划等都会成为线路走向的重要制约点或控制点；从技术安全角度而言，高填方、高挖方、高桥墩、长隧道以及既有的区域地质灾害都会给工程增添许多棘手的技术难点和安全隐患。这一切都会在路线技术指标控制上提出更高的要求，加上高速公路工程规模大、路基宽、服务设施齐全，路线必须在满足平纵面指标符合技术规范要求并明确公路的使用功能、服务水平的前提下，兼顾沿线各控制点之协调要求，灵活运用指标，合理布设线位，尽可能降低工程安全风险、技术难度和工程造价，并有效保护区域环境。

（2）生态环境破坏严重。工程建设难免破坏大自然的系统平衡，大填大挖往往会占用天然的沟谷或溪流，影响山谷平缓坡地的自然稳定；破坏地表植被，侵占大量稀缺的山区土地资源；造成严重水土流失，有时甚至会给工程乃至社会带来严重的不良后果。生态环境保护和节能与公路设计成效密不可分。前者使公路设计始终面临着破坏与不破坏，先破坏后恢复与少破坏，多避让的困难抉择之中；后者则对破坏的程度和恢复的效果提出更高的要求。节能要求设计尽可能节省投资、节约土地，通过路线科学布局优化资源配置，尽可能避免因山区地质灾害带来不可预见的追加投资。

2 基于水土保持的山区高速公路设计新理念、新方法

（1）坚持地质选线、地形选线、环保选线的原则。作为路线等级高、标准断面宽的线形带状工程，高速公路往往会穿越不同的地貌、地质单元、自然风景保护区、矿产开采区等的区域，在工程可行性研究阶段，应充分结合项目区内的地形、地貌、地质、水文、气候、植被等特点，引入地质、地形、环保选线以及动态设计、信息化设计的理念，坚持以“地质选线”、“地形选线”为基础，充分考虑结合利用沿线的自然景观资源和人文环境，尽量选择避让自然保护区、良田聚集区和人口密集区，合理进行线路展布，尽量减少路基高填深切，规避地质灾害，保护区域生态环境，同时路基设计根据地形、地质情况合理选择断面型式，根据公路线形指标要求结合地形情况的变化，合理设置桥梁、隧道，规划确定线路标高，为下阶段设计工作奠定基础。

（2）灵活运用公路技术指标、以桥代路、以隧代路，最大限度优化线路纵断面标高，避免高填深挖，减少工程占地。湖南省从2000年左右开始建设山区高速公路，如常德至张家界高速公路、常德至吉首高速公路、张家界至花垣高速公路、吉首至茶洞高速公路等，在山区公路建设上积累了丰富的工程经验和设计理论，一些新的设计理念有效保障了在建山区公路的安全、环保、造价和工期的控制。在高山峡谷地区，在总体布局上随弯就势，灵活运用技术指标，“宜桥则桥、宜路则路、宜隧则隧”“宁桥不隧，宁隧不挖”、“沿江不占江，沿路不占路，逢山少挖山”、“以桥代路，以隧代路”、“逢山少挖、逢水不断”等设计思想是在长期工作中形成的主要设计精髓。

“以桥代路，以隧代路”可以节省大量的土地资源，减少拆迁，缓和社会矛盾；可以在地势陡峻的路段降低工程难度，减少地质风险；“宁桥不隧，宁隧不挖”可以规避岩土工程的不确定性和地质灾害风险，有利于风险和投资的可控性；“逢山少挖，逢沟不断”诠释了一个尊重大自然系统平衡的道理，人为的开挖、迁移或堵塞都有可能会遭致自然灾害的发生；“沿江不占江，沿路不占路，逢山少挖山”是和谐的工程设计理念，是山区工程建设以不变应万变的道理所在。从水土保持角度分析，桥梁、隧洞的设置不仅避免了高填深挖现象的发生，大大减少工程的土石方挖填工程量，同时也有效节约了工程占地，减少了对原生地貌的破坏，对区域的水土保持无疑是十分有利的。

（3）防护工程型式应因地制宜，避免公式化，并兼顾绿化要求。根据以往工程施工经验，在建设阶段水土流失最为严重的施工单元一般为各施工区开挖填筑形成的坡面，包括路基边坡、隧道进出口洞门的坡面、互通立交开挖填筑边坡等区域。山区公路项目的设计成效往往取决于这些地段的防护措施是否适当，能否在起到防护作用的基础上兼顾解决公路的绿化美化要求。

① 路基的防护。在路基边坡的防护中提倡“不见土少见石，适应地形、保持原貌”的防护理念。防护应以整理水系为先，保证路基范围内的排水水路畅通，并与周边天然水系相衔接，在此基础上结合路基边坡的岩性确定防护型式。防护措施的选择应尽可能减少边坡的面积，挖填的高度，尽可能避免采用大面积的刚性工程措施护坡，转而采用生态防护，遵循边坡设计和开挖的拟自然形态原理。

一般来说，路堑挖方边坡是路基防护的主要内容。对于土质和软岩质边坡可将坡顶、坡脚两端修成具有自然风格的圆弧形；坚硬岩石挖方边坡宜采用直线式边坡，坡脚、坡顶用折角。采用“植物+工程”一体化防护模式和新的边坡绿化技术，如植生袋法、普通液压喷播植被建植法、三维植被网法、土工格室绿化法、客土喷播法及预应力锚索框架植被法等。在现有植被群落的基础上，对不同地形、不同地质条件以及不同坡比坡向的边坡，采用森林型、草灌型、草本型、观赏型等不同的植物群路。

如张家界至花垣高速公路经过傍山临河路段时，尽量使开挖边坡与地面垂直，开挖形成的边坡采用了预应力锚索框架植被法进行了边坡防护与绿化；临河一侧则在路堤修筑直立式挡墙外加防护板拦挡。

② 隧洞、桥梁的防护。对于隧道的设置应遵循洞口“早进晚出”，尽可能与自然保持一致，减少对山体的切割。隧道的设置要充分考虑水文地质情况，对影响生态、环保，人畜用水的隧道，以堵为主，限量排水，确保隧道开挖不影响周边群众生活，不影响山体稳定和工程安全。

隧道开挖时应先采用锚杆在洞口支护，然后再开挖，尽量保护坡体及植被，使隧洞更安全、更稳固，更好地保护现有植被。对于“削竹式”洞口，开挖后的仰坡尽量回填表土并进行高标准绿化；端墙式洞口可采取栽种攀援植物并点缀自然石块的方式。条件允许的情况下，可以采用棚洞技术，如湖南吉首至茶洞高速公路就设置了一处唯一的棚洞隧道，不仅减少了开挖，也保护了生态环境。

对于桥梁应视地质情况合理选取桥型、基础和施工工艺，避免地质灾害发生；如建桥对工程量增加不大应尽可能建桥，少占用耕地。桥梁的防护主要是桥梁两侧锥形面的防护，也应当推广桥梁生态型“锥坡+生态型水沟”的防护理念，避免单调冰冷的硬性防护。

③ 互通立交区的防护。互通区的防护是公路绿化的重要部分，能起到画龙点睛、锦上添花的重要作用。应充分结合地形的高差变化及立交桥附近预留用地情况进行设计，避免全面大开挖，因地制宜采取多样的锚杆防护、植生袋绿化护坡、挂网喷播种草等措施，与周边山体融合。植物配置主要以灌木（特别是花灌木）为主要景观树种，其余树种做点缀布置，突出每个互通区自身环境氛围。植物种植多采用丛植满栽的形式，以形成独特的模纹图案，强调流线型的块面效果。在块面内点缀少许球状灌木及乔木，使绿化带立面的景观更为丰富多彩。