横穿高寒的绿色公路

2018-08-31黑龙江省公路勘察设计院孙伟齐琳

中国公路 2018年15期

文/黑龙江省公路勘察设计院孙伟齐琳

2017年，黑龙江省国道331线丹阿公路吉黑省界(珲春)至东宁段改扩建工程（简称“吉东公路”），被列为交通运输部绿色公路典型示范工程。作为黑龙江省近年来第一个部级公路示范项目，吉东公路既具备高寒地区公路建设的典型特征，又具有旅游服务功能提升，东北虎（豹）保护、水环境保护等项目特色。

吉东公路项目概况

吉东公路位于黑龙江省与俄罗斯毗邻的边境城市黑龙江省东宁市，起于国道331线丹阿公路吉黑省界相交处，与吉林省境内国道丹阿公路顺接，止于国道丹阿公路东宁至绥芬河段一级公路万鹿沟收费站南侧，全长99.293公里，其中新建31.75公里，利用旧路改扩建25.543公里，完善旧路服务功能42公里。项目批复概算21.22亿元，建设周期36个月。

吉东公路项目地理位置图

位于高寒地区与环境保护区

组图：受特殊的气候和水文地质条件影响，吉东公路所经地区土冻胀敏感性强，是我国季节性冻土的典型代表性地区，冻胀病害相比我国其他地区更为严重。

吉东公路所经地区气象环境恶劣，尤其冬季寒冷多雪，极端最低气温为零下32.1摄氏度，多年平均积雪深度为40厘米，最大积雪深度为1.0米，标准冻深为1.8米，最大冻深2.0米，地面冻结期长达5个月，具有典型的高寒地区气候特点。

受特殊气候和水文地质条件影响，该地区土冻胀敏感性强，是我国季节性冻土的典型代表性地区，冻胀病害相比我国其他地区更为严重。公路病害问题主要表现为地下水位较高，交替冻融循环导致混凝土结构劣化，钢筋提前发生锈蚀；季节性温差和昼夜温差大，出现冬季低温冻裂、夏季高温车辙典型病害等。

其中，项目改扩建部分旧路路基冻胀、早期路面损毁严重，加之该路段重载车辆较多、汽车轮压偏高、路面开裂、车辙严重。公路桥梁主要存在季冻区桩基础稳定性不足、预制T梁受温度影响导致腹板裂缝，以及桥面铺装损坏、桥头跳车等问题。此外，冰雪条件下路面摩擦系数降低，内侧车道积雪易出现“暗冰”路段，加之上述路基易出现强度衰减，对路面结构的使用质量和使用寿命造成负面影响，危害行车安全，对公路运营安全保障性有很高要求。因此，在设计之初，项目团队就以打造高寒地区公路工程全方位抗冻耐久样板工程为目标。

吉东公路穿越老爷岭东北虎自然保护区缓冲区

除了高寒等地域特点外，吉东公路还穿越老爷岭东北虎自然保护区缓冲区、绥芬河东宁段滩头鱼、大马哈鱼国家级水产种质资源保护区、黑龙江东宁绥芬河国家湿地公园（规划）等保护区。此外，项目处在山岭重丘区路段，沿线地貌呈“九山半水半分田”特征，林区土地和耕地稀缺，保护区域生态平衡任务艰巨。

运用抗冻耐久与建设节能新技术

设计伊始，结合绿色公路设计理念，吉东公路就确定了“亮点突出”“统筹重点”的设计原则。“亮点突出”即结合工程需求策划新技术，如基于BIM的钢结构桥梁、景观规划与旅游服务、东北虎（豹）监测与保护、绥芬河水环境水安全保护。“统筹重点”即在工程规模大、影响大的分项工程贯彻绿色理念，如路面工程的多种新材料应用、桥梁工程的混凝土与桥面铺装、房建工程的保温与清洁能源应用。

高寒地区公路抗冻耐久技术

为提升桥梁和路面耐久性，结合项目所处高寒地区的特点，着重加强了材料结构优化方面的应用探索。

耐久性路面。高寒地区路面冻涨、冻融、开裂现象较为严重，设计方案中在水泥混凝土与沥青路面之间，铺设1厘米至2厘米的柔性橡胶沥青，达到分散应力、抗裂抗渗的目的。沥青加入SMC高聚物弹性体，改变沥青施工和易性，实现常温环境施工。

抗冻耐久桥梁。高寒地区桥梁结构影响耐久性的主要原因有冻融、冻胀、除冰盐等，为确保结构耐久性，水泥混凝土桥面铺装层采用抗渗抗冻水泥混凝土，抗渗等级采用W6级，抗冻等级采用F300；防撞墙及水位变动区桩柱采用引气混凝土，并在其表面喷涂硅烷浸渍，提高耐腐蚀性能；沥青混凝土铺装层采用倒装式沥青混凝土铺装结构，防水粘结层采用乳化SBS聚合物改性沥青膜。

钢结构桥梁。钢结构桥梁具有强度高、制造便利、耐久性好等优点，项目绥芬河大桥上部采用了工字钢混凝土组合梁，下部柱式桥墩，基础采用钻孔灌注桩。护栏采用铸铁材料、欧式风格，大桥通体亮化，照明时段和光感自动控制。

建筑节能与清洁能源等技术

组图：吉东公路项目采用太阳能热水器(加电辅热)、风光互补灯等清洁能源，既能够最大限度地利用太阳能和风能，又实现全时段热水供应。

项目冬季气温较低，冻结时间近5个月，平均采暖期较长。服务区房屋建筑地处野外，受自然环境影响较大，无法集中供电、供暖，建筑物墙多、屋顶多，能源供应效率低，消耗大，适宜采用墙体材料及外保温技术。项目所在地太阳能资源丰富，具备对太阳能清洁能源利用条件，可采取分布式光伏电站、太阳能热水器等多种方式，最大限度利用高品质的太阳能，降低项目运营后的煤炭和电力资源消耗，提升清洁能源利用率，提高绿色公路服务品质。

建筑构造节能。项目开展墙体、屋面、门窗保温，通过自然通风、采光等建筑设计，并积极利用清洁能源，全面降低运营能耗。采用多孔砖、空心砖等保温材料；优化屋面保温构造，如利用斜屋面与吊顶间夹层保证夏季通风和冬季保温；建筑立面采用大面积开窗设计，建筑外窗可开启面积不小于外窗总面积的30%，方便建筑的自然通风和采光；窗框和外门采用断热铝合金型材，窗玻璃采用低辐射中空玻璃，设置遮光百叶；建筑整体以自然通风为主，外部的连廊有利于空气流动，达到整体建筑自然通风的目的。建筑整体采用南北朝向，利于自然采光。

清洁能源利用。项目采用太阳能热水器(加电辅热)、风光互补灯等清洁能源，既能够最大限度地利用太阳能和风能，又实现全时段热水供应。室外照明的庭院灯采用太阳能及风能互补的LED路灯，实现绿色照明。

旧路材料全面利用

国道丹东至阿勒泰公路吉黑省界至老黑山段旧路罩面补强。考虑建设年代较近（2009年），旧路面使用状况和整体强度较好，通过沥青补强后能够满足要求，部分水泥混凝土面板断裂较为严重，拟将该部分面板重新挖除浇注，养生后直接加铺处理。旧路利用段采用直接加铺12厘米沥青混凝土罩面补强的方案，为减少反射裂缝发展，设置2厘米橡胶沥青应力吸收层。

老黑山至东宁段旧路再生利用。旧路面整体强度尚可，但路面破损多，断板率较高，同时由于旧路平、纵面线形指标过于破碎，旧路利用率不高、起伏较大。对于该段断板率大于5%、小于10%的路面采用就地发裂再生利用技术，就地发裂层作为底基层。设计中对旧路路面采用打裂压稳技术后加铺18厘米水稳碎石基层，再用基层水稳碎石找平、找拱后，再加铺沥青混凝土路面的方案，延缓水泥路面反射裂缝的出现，并充分利用原有路面的强度。

挖除旧路改造

对于原有旧路结构材料，帮宽路段维修利用，新线路段(偏离旧路段)全部挖除，挖除材料破碎后用于路基处理。对于旧路面层顶面距新建路面结构底面小于20厘米路段，原有路面采用板式打裂压稳施工工艺，打裂成4米至6米的不规则形状块。打裂路段根据现场构造物等情况，酌情设置隔振沟。

旧路挖除材料优先利用于机耕道等低等级道路的下处理工程，破碎水泥混凝土废块应用于绿滨垫防护。

旧路设施再利用

防护、排水设施再利用。旧路边坡防护形式选用基本适当，使用状况良好，旧路填、挖方路基边坡基本稳定，无明显破坏，坡面植被生长良好，无明显冲刷。对局部路段增加相应防护工程，可满足工程需要。

旧路路基排水，旧路填、挖方边沟多采用土质梯形断面形式，由于构造物较少，交叉道涵洞未设置或淤塞，造成路基排水堵塞、淤积，使边沟水渗入路基。路基帮宽后整体改造交叉涵及排水工程。

护栏、标志牌、隔离栅回收利用。改扩建过程中护栏、标志牌、隔离栅回收再加工后用于其他低等级道路。

野生动物、土地、水环境、原生植物保护

路域东北虎豹保护

吉东公路分割了东北虎（豹）栖息地，导致栖息地损失和破碎化。公路的升级改造和不断上升的交通流势必干扰虎（豹）穿越公路的行为，为降低对公路两侧虎（豹）交流和扩散的影响，在设计中着重进行了优化。

交安优化。通过设置交通标识与警示牌、在服务区和停车区等位置设置宣传栏起到教育和宣传的作用。

桥梁优化。路域动物红外监测，优化桥梁结构，利于东北虎（豹）通行。

涵洞优化。涵洞尺寸调整、地面自然过渡、设隔离栅、生境诱导。

公路野生动物隔离栅设计

公路野生动物通道附近进行环境设计诱导野生动物靠近和穿越

土地资源全面保护

项目地处山岭重丘区路段，地貌呈“九山半水半分田”特征，林区土地和耕地稀缺。为达到节约用地的目的，采取了灵活设计碎落台、护坡道宽度,采用填石路基等节约占地；取弃土与造地复垦相结合；预制场、拌和站等选址永临相结合；提高土方利用率,加强土方纵向调配；路堑边坡底部、沿河路基边坡采用生态宾格网防护，最大限度利用挖方中的石方等措施。