平原区高速公路低路堤设计研究

李元新

摘 要：平原区高速公路路基设计受净空、路基干湿状态、排洪、通航和横向通行等因素影响，一般采用具有一定填土高度的路堤，造成大范围取土占地、生态破坏，有悖于绿色发展理念。本文从节约土地、绿色发展理念出发，就平原区高速公路低路堤设计与其他设计方案进行对比分析，探讨平原区高速公路低路堤设计的可行性。

关键词：平原区;高速公路;低路堤设计

中图分类号：U416.12文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）03-0088-04

Research on Design of Low Embankment of Expressway in Plain Area

LI Yuanxin

（Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： The design of highway subgrade in plain area is affected by factors such as clearance， subgrade dry and wet state， flood discharge， navigation， and lateral traffic， which generally uses embankments with a certain fill height， causing large-scale land acquisition and ecological damage， which is contrary to the concept of green development. Starting from the concept of land saving and green development， this paper compared and analyzed the design of low embankment of expressway in plain area with other design schemes， and discussed the feasibility of low embankment design of expressway in plain area.

Keywords： plain area;highway;low embankment design

截至2019年底，河南省已通车高速公路里程约为6 967 km。根据《河南省高速公路网规划调整方案》（2016—2030年），到2030年，全省高速公路网规划总规模约为10 050 km。2020年9月8日，河南省政府印发《河南省高速公路网规划（2021—2035年）》，其中新增路线3 750 km，规划总里程达到13 800 km，扩容改造2 738 km[1]，近15年河南省高速公路仍有约9 600 km的建设规模（含扩容改造），建设任务依然艰巨。

河南省地势西高东低，北、西、南三面分别有太行山、伏牛山、大别山，呈半环形分布;中、东部为黄淮海冲积平原;西南部为南阳盆地。平原和盆地、山地、丘陵分别占总面积的55.7%、26.6%、17.7%。平原和丘陵地形占比为73.4%，平原区及微丘区高速公路是河南省高速的主要地势特征。

平原微丘区地势相对平坦，人口众多，农业发达，土地资源珍贵，取土困难，受构造物净空、路基设计洪水频率、路基干湿状态和横向通行等因素限制，高速公路一般采用具有一定填土高度的路堤，较少采用主线下挖、低填路堤、高架桥或地下高速等方案，由此造成高速公路填土高度居高不下，产生较大规模的取土占地、大填大挖，不仅增加了工程量及建设成本，而且一定程度上破坏了自然环境及生态平衡，有悖于绿色发展理念[2-3]。因此，本文就平原区高速公路低路堤设计进行探讨。

1 平原区高速公路低路堤设计理念

平原区高速公路低路堤设计理念是在保证高速公路各项基本技术指标的基础上，通过以桥代路、地下高速、优化构造物设置、优化横向通道涵洞、设置辅路或设置支线上跨代替主线上跨等措施，以达到降低路基填高、节地节土，实现土地资源可持续及绿色发展的主要目的，同时又兼顾建设及行车安全、公路景观与原地形地貌融合统一、高速公路两侧横向通行方便等需求，达到综合效益及性价比最佳。

2 政策性指导意见

国家政策层面，相关部委及地方政府部門基于对土地资源的保护，对基本建设中避让和保护基本农田也提出了相关指导意见，鼓励采用低路堤或浅路堑方案。

交通运输部发布的《关于实施绿色公路建设的指导意见》（交办公路〔2016〕93号）明确要求，要严格保护土地资源，科学选线、布线，避让基本农田，禁止耕地超占，减少土地分割;积极推进取土、弃土与改地、造地、复垦综合施措，高效利用沿线土地;因地制宜采用低路堤和浅路堑方案，保护土地资源。

《国土资源部关于全面实行永久基本农田特殊保护的通知》（国土资规〔2018〕1号）指出，重大建设项目确实难以避让永久基本农田的，经省级国土资源主管部门组织论证后，可临时占用，到期后必须及时复垦并恢复原状。

《河南省高速公路网规划（2021—2035年）》明确提出，要坚持绿色发展，要突出生态优先、尊重自然、保护环境、集约节约利用土地资源等建设理念。

3 降低路基填土高度的措施

控制高速公路填土高度的影响因素一般有：河流的防洪和通航标准、被交道路的通行净空、高速公路路基的最小填土高度等。笔者认为，人们可以从以下几个方面采取相关技术措施来降低填土高度。

3.1 以桥代路

采用高架桥通过基本农田、耕地区域，减少占地及大范围填挖。

3.2 优化构造物设置

根据现场横向通行需求及远期通行规划，每1～2 km设置必要的大中小桥、通道、涵洞等构造物，局部减少占地及大范围填挖，仅在构造物处提升路堤高度，其间需要优化纵坡及安全视距方面的设计。

3.3 采用支线上跨高速

对相交的等级公路交叉方式进行分析，在条件许可时，尽可能使支线上跨高速公路，并配以辅路使支线形成辅路路网，提升支线交通通行能力。对机耕标准以上的地方道路进行归并，形成辅路路网，并结合辅路路网，每2～5 km或根据地形特征及实际需要设置一处支线上跨天桥解决横向沟通问题，设置辅道使辅路路网与支线上跨天桥衔接畅通，同时要特别注意完善排水设计。

3.4 适度采用高速主线下挖

设置支线天桥有困难时，在可能的情况下，高速主线尽量下挖，采用轻质管箱结构穿越，其间需要完善配套排水设计。

3.5 地下高速

采用地下明挖浅埋方式穿越耕地、农田区，不直接占用地上空间，为保证通风、安全、照明等，可以每2 km在浅路堑等适宜地段出入地下。

4 低路堤设计的影响因素分析

采用低路堤理念进行设计时，要尽可能地降低路基填土高度，同时保证其满足基本的技术标准要求、安全要求、经济要求、工期要求、社会影响及远期养护等因素要求。其间，人们需要综合比选，采用综合效益最佳的设计方案。具体需要考虑的影响因素如下。

4.1 低路堤段落选取

低路堤段落选取时，一般情况下应避开以下路段。一是不良地质路段，以减小地基处理及路基不均匀沉降;二是沟塘密集、地下水位高的路段，防止毛细水上升影响路基干湿性能;三是圩区、内涝水位高的路段;四是城镇、村庄、开发区等横向通道密集的路段。从理论上讲，以上路段进行低路堤设计是可行的，但需要增加额外的地基处理费用，存在路基远期质量隐患、洪水及安全方面的隐患等不利因素，在实际设计中一般都采取避让措施。

4.2 防洪需求

对于临河路基或可能遭受洪水侵袭的地段，人们需要进行水文计算，设置合理的路基填土高度，防范或减少洪水对路基和通行的影响，同时兼顾区域防洪需求。

4.3 路基强度

填土过低或浅路堑段对地下水和路基工作区土基处置不当，会造成路基强度不足，影响路基稳定性。同时，为保证路基强度，上述路段可能存在压实过度的问题，设计时需要考虑一定的处理深度和处理方法，会产生较大的投资费用。此外，为了便于与市政道路通行交流，在市政道路设计中，一定高度的填方路基远期强度及稳定性要优于一般处理深度的浅路堑路基。

4.4 排水

平原区本身就存在排水不畅的不利因素，高速公路的修建不仅产生了路基路面排水，也阻断了高速两侧的原有排水通道系统，将路基路面雨水引出路基范围之外和采取有效措施保证高速两侧排水通道系统顺畅是需要重点考虑的问题，必要时可参照市政快速路下穿低洼处的泵站强排方式处理。筆者曾遇到某高速在设计审查阶段为了压缩造价和路基填土高度，全线纵向高程下压了1 m左右，虽然对大中桥影响不大，但对全线的通道涵洞产生了较大的影响，后期产生了较大的排水处理变更，增加了大量的投资费用及额外施工难度。

4.5 与地方道路交叉

高速的修建解决了纵向高速通行的问题，但阻断了高速两侧原有的地方道路或无明显道路的横向通行方式。开展低路堤或浅路堑设计时，一般可采用被交道抬高上跨或高速主线下挖、被交道原位上跨的方式，可采用辅路与之连通，完善地方道路网络，采取集中绕行方式解决横向通行问题，但会造成支线上跨的一定范围的高填路基及占地。

4.6 安全

在基本的防护、隔离条件下，低路堤或浅路堑设计可有效增加行车安全，降低事故损害，但也存在防护、隔离设施损坏情况下人员、车辆、牲畜进入高速或高速车辆冲出高速的安全风险，人们需要及时检查、维护防护、隔离设施，以保证完好。

4.7 养护

低路堤或浅路堑设计方案路线离地面近，相比高填路基沉降较少，高空作业较少，远期养护相对容易，极大降低了远期养护施工难度和成本。

5 低路堤、高路堤、高架桥和地下高速等方案的比选

从技术角度考虑，低路堤、高路堤、高架桥和地下高速等设计、施工等均不存在较大的技术难度，但会对占地、工期、安全、排水、社会影响、养护和造价等方面产生较大的影响。根据以往参与项目的设计方案、理想配置、估算指标及市场行情等，参照拟定的近似理想的高路堤路段设计（选取10 km路段，仅考虑40处横向排水、20处横向通道，80 m中桥20座、200 m大桥4座，120 m天桥3座），以此为基准，采用其他设计方案进行替代，满足高速主线、横向通行及构造等需求，并对几种方案进行大致的比选。

5.1 工程量对比。本研究对拟定路段主线的填挖、防护排水、涵通道、大中桥和天桥辅路等主体构造进行对比，其他方案对照替换，主要工程量如表1所示。

5.2 估算造价对比。按照表1拟定的主要工程量，采用交通运输部提出的估算指标[4]及市场参考价进行估算（仅对上述所列工程量估算，不含其他附属物、拆迁补偿、工程建设其他费用，不能反映全要素造价，仅作为本文造价对比基础使用），造价汇总如表2所示。

通过主要工程量替代，低路堤与高路堤方案在造价上相差不大，高架桥及地下高速方案造价为其2～4倍。

5.3 其他因素对比。下面从占地、工期、安全、排水、社会影响、养护和造价方面对四种方案进行对比分析，如表3所示。

5.4 定量对比分析。下面从占地、工期、安全、排水、社会影响、养护和造价方面对四种方案进行综合分析，然后按照优、良、中、差四级，分别赋予分值4、3、2、1进行积分排名，评分计算汇总如表4所示。

经上述7个方面影响指标的综合比选，低路堤设计方案综合得分最高，而且在工期、安全、养护方面有较大优势，在投资造价上也较为合理，不失为一种性价比较好的设计方案。

6 结论

从节约土地的思路出发，结合工期、安全、排水、社会、养护和造价因素方面的影响分析，低路堤设计方案是一种较好的设计方案，其设计和施工技术不存在较大困难。低路堤方案的主要工程量造价约为1 500元/m2，略高于路面同宽的市政快速路造价1 200元/m2（经验值），但其在高速通行上明显优于市政快速路。所以，低路堤设计具有一定的综合优势和发展前景，建议在后续的高速公路设计中予以关注、考虑和尝试。

参考文献：

[1]河南省人民政府.河南省高速公路网规划（2021—2035年）[Z].2020.

[2]周建光.高速公路低路堤设计探讨[J].科技资讯，2012（2）：60-61.

[3]孙任之.平原区高速公路低路堤设计方案比选案例分析[J].工程与建设，2020（3）：499-501.

[4]交通运输部.公路工程估算指标：JTG/T 3821—2018[S].北京：人民交通出版社，2018.