山区公路线形设计影响因素及设计对策

（重庆交建工程勘察设计有限公司，重庆 400041）

山区公路施工不同于平原地区，由于地形、地貌及特殊地质条件限制，加之施工技术、施工机械及施工成本等因素限定，山区公路在设计过程中必须综合考虑线形设计的科学性、安全性及可靠性，通视条件、纵坡率、横坡率及安全设计标准等均高于平原公路。为了提高山区公路的线形设计能力，突出山区公路设计的安全性、可靠性，提升山区公路的各种灾害应对能力；本文以山区公路线形设计主要影响因素为研究对象，通过归纳总结，明确了主要的山区公路线形设计影响因素，提出了相应的设计应对策略，以期提高省内山区公路的优化设计能力，切实防范各种山区公路事故病害，为山区公路的安全、可靠、可持续通行提供基本保障。

一、山区公路线形设计影响因素分析

（一）山区地形对公路线形设计的影响

地形对山区公路线形设计的影响，大体上可以归结为横坡影响和纵坡影响两部分；由于地形条件所限，为了尽可能控制施工总投入，防止改线、拆迁征地等因素带来的成本追加问题，绝大部分山区公路均采取依山而建的形式，由于山区地形起伏较大，山体坡度普遍超过1/3，部分危险路段斜率甚至可达到1/2、1/1。在该地形条件上开展公路线形设计，除了必要的填挖方设计外，还必须做好路基、路基支护结构、边坡台阶及路基加筋处治等分项工程设计，以保证路基路面、边坡等结构的荷载稳定性。图1为某山区公路过境山区段横断面图。

图1 某山区公路过境山区段横断面

以山体边坡腰部过境段为例，在公路横断面设计过程中，必须做好以下几方面的设计控制：一是为了兼顾行车安全性和公路防排水要求，路面横坡率不能大于2.5%；二是为了保证边坡土体的稳定性，尤其是在南方雨水充盈地带，必须做好边坡的结构加固设计，上边坡斜坡应小于下边坡斜率，上下边坡应设计为台阶状，台阶数量及台阶宽度以边坡天然斜率和边坡标高为准，边坡上应浇筑“井”字形加筋加固格栅，格栅内配合植被防护，上边坡坡底应布设高强度网兜，以拦截上边坡有可能滑落的碎石；三是路基路面位置应妥善修筑排水沟和截水沟，保证路面积水能够快速排尽，防止路面积水下渗引起路面、路基结构渗水病害。

沿公路路线方向的纵坡坡率大也是山区公路的典型工况之一，纵坡率大在线形设计中表现为长大纵坡占比高，在山区高速公路中，由于长大纵坡路段占比较高，车辆在途经长大纵坡路段需要持续制动，车辆系统在长期制动状态下将出现过热甚至爆燃事故，严重影响车辆的交通安全，尤其对于重型载重车辆而言，危险系数更高。在长大纵坡设计过程中，必须严格控制纵坡坡率值，结合施工难度、工程总投资、填挖方量、设计时速及公路等级等多种因素确定纵坡率。图2为某高速公路长大纵坡路段。

图2 某高速公路长大纵坡路段

（二）恶性地质灾害对公路线形设计的影响

省内山区公路部分过境段的地质结构较差，岩层节理发育成熟，部分岩石表面出现严重的风化剥离病害，在路基边坡坡率值较大的位置，一旦有施工或车辆通行荷载扰动，很容易出现不同程度的崩塌病害，严重影响山区公路的安全运行；此外，部分岩层中含有比例不同的软弱岩层，在夏季雨水充盈地区，中间软弱夹层长期处于饱水状态，在渗透水动力作用下，软弱结构层剪切性能下降明显，在外荷载扰动作用下也会出现瞬间的塌方病害，严重影响路面正常、安全、可持续通行工况和路基路面层的荷载稳定性。山区公路沿线高边坡比重较大，大量工程地质灾害和事故案例表明，沿线高边坡比重和设计标高与恶性地质灾害严重程度之间呈现明显的正相关关系。综上，在线形设计实践中，应尽量规避不良地质路段，确实无法规避的地质灾害高发路段应避免超挖路堑和超高边坡路基选线方案。

二、山区公路线形设计对策分析

（一）山区公路横坡设计对策

山区公路选线过程中必须综合考虑路基路面荷载稳定性、上下边坡稳定性等因素，靠山内侧挖方路基和靠山侧半填半挖路基是两种典型的横断面设计形式。其中，靠山内侧挖方路基采用全挖方设计形式，全挖方设计形式可以保证路基路面的荷载稳定性，但对于设计宽度较大的路面，由于向内挖方会牺牲一部分上边坡坡度，导致上边坡坡度超过设计规范要求，增加上边坡失稳塌方的概率；此外，向内侧挖方对应的挖方量较大，挖方分项工程成本难以控制。靠山侧半填半挖路基部分向内挖方，并在背上侧填方，通过半填半挖方式构筑路基路面断面，由于路基路面成型方式不同，填方路基部分的荷载稳定性和抗变形刚度均低于全挖方路基，在车辆荷载长期作用下，填方路段和挖方路段将因不均匀沉降引起路面错台病害，为了保证路基结构稳定，还必须对半填半挖路段的路基进行必要的加筋处治。因此，在条件允许的情况下，应优先使用靠山内侧挖方横断面形式，使用该横断面形式必须严格控制上边坡的坡度值，必要情况下可以使用削坡方式减缓坡度值，并在上边坡坡脚位置增设圬工挡土墙结构，保证圬工挡土墙基础埋深设计值满足设计要求，以起到阻拦上边坡滑塌引起的碎石滚落和泥石流灾害。

（二）山区公路恶性地质灾害路段设计对策

针对省内山区公路设计及施工过程中面临的地质结构较差、岩层节理发育成熟、岩石表面风化剥离严重等情况，尤其是部分路段存在软弱岩石夹层，在长期渗透水动力影响下，软弱结构层抗剪性能被削弱，一旦受到施工或者行车荷载扰动，将引发严重的边坡崩塌病害，直接威胁到公路的安全通行。考虑到省内公路过境山区段普遍呈现出高边坡、陡路堤的基本特点，在路线设计过程中必须引起足够的重视。在选线阶段，应结合工程地质勘察资料，尽可能回避地质结构差、岩层节理发育成熟、岩石表面风化剥离严重的路段；恶性地质灾害路段应遵循“以填代挖”的设计原则，尽可能防止开挖荷载引起的边坡岩层扰动；上下边坡应采取“台阶式”设计，不同级边坡应严格控制边坡坡度，边坡坡率超限时应及时削坡处置，并配合加筋混凝土“井”字框架加固，在框架内同时配合植被防护，合理控制植被栽种密度，提高边坡土体的稳定性，防控水土流失，控制雨水冲刷和风化剥离效应对公路边坡的结构削弱作用。

三、结语

综上分析可知，在山区公路设计过程中，必须认识到山区公路设计与传统平原地区公路设计的差异，在山区公路线形设计实践中，必须认识到路线横、纵坡率和恶性地质灾害路段特殊设计在山区公路线形设计中的重要意义；本文以山区公路线形设计为研究对象，针对上述两个设计影响因素提出了相应的设计对策，通过工程实践检验，山区公路安全性、可靠性和通行效率明显提升。