基于土地集约利用的山区高速公路设计研究

张伟玲

(中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176)

0 引言

山区地形一般比较复杂，地貌起伏大，但耕地面积占比一般不大，山区高速公路设计中对平面和纵面线形指标的要求非常高，而且在山区分布有较多的垭口，使得路基边坡比较高，再加上山区高速公路线较长，路基宽度大等特点，致使山区高速公路在施工建设中需要占据大量土地资源，但考虑到区域经济发展，建设山区高速公路势在必行。这就要求山区高速公路设计人员能够协调好二者之间的矛盾，在满足山区高速公路设计标准和要求的基础上，最大限度实现有限土地资源的集约利用，以缓解我国目前高速公路建设和占地过大之间的供需矛盾，更好地保护生态环境，实现人与自然和谐相处。基于此，开展基于土地集约利用的山区高速公路设计研究，就拥有非常深远的意义。

1 工程概述

某山区高速公路，设计路线长度为102.52km，位于地形复杂多变的山区，结合该公路工程所在区域的地形地貌和实际需求，需要设计大型桥梁24 座，中小型桥梁32 座，小型桥梁7 座，总长度为21.52km；特长隧道1条，中长隧道8 条，小隧道5 条，总长度为15.24km，其余均为路基段落。设计速度80km/h，整体式路基宽度24.5m，分离式路基宽度12.25m，桥梁净宽12.15×2m，隧道净宽11.25×2m，地震动峰值加速度系数0.05。

2 基于土地集约利用的山区高速公路设计的原则

按照案例工程经过区域的地形地貌来看，为达到土地集约利用的目的，在具体设计中要严格遵循以下几个原则：

其一，满足路线线形技术指标的原则。在山区高速公路设计要做到综合考虑，结合山区高速公路所在区段的自然环境条件，合理选址和设计，既要集约土地，也要满足车辆行驶的安全性和舒适性[1]。其二，满足区域社会经济发展规划的原则。按照国土空间规划的要求进行设计，保证山区高速公路设计符合国土利用的总体规划，不触碰“三线”，从而为远期发展提供良好的条件。其三，满足集约节约用地的原则。在山区高速公路设计中，必须全面考虑公路的用地规模、种类、质量，结合有限的土地资源，进行科学合理的利用，最大限度上控制建设用地规模，减少占用耕地和林地，尤其是不能碰触区域基本农田数量。其四，满足占补平衡的原则。在山区高速公路设计中，要统筹兼顾周围的地形地貌，对土地进行科学整理、开发，尽量补充山区高速公路占用的农田面积。其五，严格控制用地指标，各单项工程用地不得超过《公路工程项目建设用地指标》（建标〔2011〕124 号）的限制。

3 基于土地集约利用的山区高速公路设计要点

3.1 科学选线和定线

案例工程里程比较长，在选线和定线设计中，为最大限度上提升科学性，节约土地，严格遵循“由带到线和由粗到细”的原则，实现逐步优化。尤其是在可行性研究中，需要深入路线设计现场进行全面调研，确定出合理的路线走廊带以及主要的控制点。和当地过去资源空间规划部门取得联系，详细分析目前区域土地利用情况，全面收集土地资料，进行全面分析，凡是占用土地的路线都需要进行科学论证。再结合当地气候条件、地形地貌、公路规模、路网结构等合理确定出合适的路线走廊带。在进行路线走廊带设计和定线时，需要综合分析土地占有量，作为路线选择和确定的主要参考依据。案例工程选线和定线长度在5～20km，从节约利用土地资源的角度看，需要在布设线路时，少占用或不占用耕地。再按照集约节约用地的原则，对初步选线和定线的方案进行对比，不能仅对路面上线路进行对比优化，要从路线、路基、桥梁、隧道、路线交叉等各个方面同时入手，进行全面系统的综合优化。

3.2 合理设计路基的高度和坡度

路基设计是山区高速公路设计的重中之重，占用土地是最多的，因此，在路基设计中必须深化集约利用土地的理念，以提升土地资源的利用率，案例工程路基的横断面形式多呈现梯形，因此，路基的高度越高，则底部的宽度就越大，用地面积也就越大。此外，路基高度越高，则回填量也就越大，取土占地面积越大。多数情况下，高速公路路基的填土高度在5.0m 左右，本工程为双向四车道山区高速公路，土石方量为20m3/km 左右，如果路基顶部的宽度为26m，则路基的高度每降低1m，可减少土石方量2.7 万m3/km，坡度控制在1∶1.5左右，各断面路基宽度能够减少至少3m，可少征用地面积为0.3hm2/km。

在山区高速公路设计中对路基最小填土的高度有明确规定，如果平均路基的高度在4m 左右，为保证山区高速公路路基设计的科学性，需要从节约用地的角度出发，避免土地资源浪费。可保证路基稳定性和强度满足山区高速公路使用安全的基础上，适当降低路基填土高度，并且路基要贴面设计，达到“随坡就势”的设计效果，以促使山区高速公路能够和周围的自然环境相互融合，在提升土地利用率的基础上，降低对周围环境造成的影响[2]。

3.3 结合现场情况合理布设路基的断面形式。

路基断面形式设计是体现土地集约利用理念的关键环节，在具体设计中需要结合现场情况进行灵活设计，才能更好地提升土地利用率，具体而言，可从以下几个方面同时入手。

3.3.1 硬路肩设计

山区高速公路中硬路肩的主要作用是满足紧急临时停车的需求，并对行车路面的结构进行全面保护，在提升车辆通过率、安全性、道路养护等方面有重要作用。车辆在山区高速公路上行驶时，需要有足够的侧向余宽，其宽度设计是否合理，直接关系到山区高速公路的通行能力以及车辆的行驶速度。案例工程所在区域地形比较复杂，道路展线有限，在那些边坡坡度大、地质条件复杂的路段，为最大限度上减少对原有边坡造成的扰动和防护工程量，可适当减小硬路肩的宽度，但需要保证硬路肩宽度的连续性，可在硬路肩变宽地段处，适当设置一定的渐变段，并设置醒目的交通标志。

3.3.2 土路肩设计

和硬路肩相比，土路肩在山区高速公路中的作用比较小，为节约土地利用面积，土路肩设计时可充分结合盖板边沟，以盖板边沟作为土路肩，此种设计方法，不仅能有效减少路基的断面尺寸，而且不会影响公路的正常使用，更加节约土地。本工程土路肩设计图如图1所示，图1中的路肩设计图比常规土路肩设计的横向宽度少1.45m，但满足了山区高速公路的需求，节约了土地占用面积。

图1 土路肩设计图（mm）

3.3.3 边坡平台设计

如果边坡的坡度比较高，需要设计成台阶式边坡平台，以发挥出平台检修和防护的双重作用。在《公路路基设计规范》（JTG D30—2015)中对边坡平台有严格要求，要求其宽度不能低于2.0m。而如果边坡的坡度比较低，且地质条件比较好，边坡土石结构比较稳定，可适当降低边坡平台的宽度，最低可降至1.0m。边坡的平均需要按照两级坡进行设计，高度可按照20m 进行设计，但边坡平台的宽度降低到1.0m 时，各断面的宽度要减少2.0m，从而更好地节约土地。

3.3.4 路基边坡设计

在山区高速公路路基边坡设计中，不能以牺牲边坡的稳定性来降低土地利用面积，二者要选择一个平衡的关系，选择合适的边坡坡率。在案例工程设计中，采取了放缓边坡的方法，以提升边坡自身的稳定性，和锚索加固边坡相比，如果可以适当放缓1～2 级边坡，可大幅度节约边坡加固量。但会增加边坡的高度和土方开挖量，占用土地的面积可能更大。对山区高速公路而言，决定边坡稳定性的因素体现在两个方面：一是坡率，二是高度。因此，边坡越缓，并不意味着稳定性就越高。关键在路基边坡设计中，设计人员对地质的了解和掌握情况，如果可以科学灵活的设计断面，先确定出合理的边坡，再进行科学设计，就能促使路基边坡和周围环境融为一体，即便不做或者少做加固，也可以保证路基边坡具有良好的稳定性，既能降低工程造价，也可以节约路基的占地面积。

3.3.5 排水设计

在山区高速公路设计中常用的路基边沟横断面形式有三种：三角形、浅碟形、梯形。其中梯形应用范围最广，最适合用作排水工程，通常梯形底部宽度为0.6m，顶部宽度在1.8m，即可满足山区高速公路排水的需要。在路基排水工程设计中，需要确定最不利状态下的排水断面，因此，在排水沟断面设计时，需要结合现场情况进行灵活调整，以便更好地使其满足排水要求。可适当减小断面尺寸，以减少公路占地面积。在具体设计中，排水沟的尺寸的设计，不仅仅需要考虑当地的地形地貌和泄流的能力，还要综合考虑行车的安全性以及环境景观的需求。

3.4 合理架设桥梁

如果区段路基比较高，还继续修建路基，不但难度大，而且会侵占大量土地，此时可通过“以桥带路”的设计思路，来节约土地资源。案例工程为四车道山区高速公路，宽度为26m，若路堤的高度为5.0m，半幅路基的宽度达到26.3m，是桥梁工程的2 倍多，并且路堤填土高度越高，则占用土地的面积也就越大。桥梁工程断面和路堤断面占地宽度对比情况如图2所示。

图2 桥梁工程断面和路堤断面占地宽度对比情况

如果山区高速公路需要穿越基本农田，在路线设计中就需要结合实际路基填土的高度、软土路基、成本、环境破坏、占用农田面积等方面同时入手进行综合分析和对比，分析桥梁和路基哪种方案最合理、最科学。在应用集约土地利用理念时，需要综合考虑土地占用的机会成本对占用土地的价值，以最大限度上提升土地占用因素的权值。近年来，我国城镇化进程不断推进，耕地越来越少，为少占农用耕地，在高速公路穿越农田时，多会选择“以桥带路”的方法。尤其是对中心填土高度大于20m 的路基，必须进行路和桥的设计方案对比，综合评价用地率和周围环境造成的影响情况，合理确定依从关系，再确定最终的设计方案。

3.5 合理开挖隧道

在山区高速公路设计中受到地形地貌的影响，在山体高度比较大的区域，边坡高度大，坡体稳定性不足或存在安全隐患时，可采取绕行或隧道施工方案。其中，绕行会增大山区高速公路工程量和成本，且路线纵坡比隧道更大，增大征地宽度，提升车辆燃油损耗。而隧道方案则可以有效解决这一问题，可直接穿过山体，缩短山区高速公路里程，减少用地面积，而且不会对原来的生态环境造成太大影响。案例工程特长隧道1 条，中长隧道8 条，小隧道5 条，总长度为15.24km。每条隧道的设计消除了原边坡，既满足了环境保护，同时又节约超过2.32hm2的林业用地。与绕行设计方案相比，隧道施工方案无疑更加节约用地，更加利于环境保护。

4 山区高速公路设计土地集约利用的措施

为缓减山区高速公路设计占用土地严重的问题，在设计中应减少土地资源地占用，实现有限土地资源的集约利用，还应结合山区高速公路设计进行全面分析。

4.1 提升设计人员对土地集约利用的认识

目前，我国正处于社会经济发展的关键阶段，土地供需矛盾依然突出，科学合理地利用土地是实现社会经济持续发展的重中之重。找到一条占地少、利用率高的山区高速公路设计新思路，才能在保证高速公路建设满足经济发展需求上，更好利用土地资源。为达到这一目的，就需要每位山区高速公路设计人员，能够充分认识到集约土地利用的重要性和必要性，在保证山区高速公路质量和后期发展需求的基础上，尽量减少土地资源的占用面积。

4.2 合理确定山区高速公路的用地标准

为更好地集约利用土地，需要按照目前我国经济发展的实际情况，结合区域地形地貌，科学合理地设计路线，协调高速公路发展规划，切不可盲目投资，低水平建设，浪费土地资源。此外，还要按照集约土地利用的原则，在保证山区高速公路设计的功能和安全满足要求的基础上，重新审改现有的山区高速公路设计用地标准，凡是和土地使用标准不一致的设计标准和规范要及时修订。采取更加先进的节地技术、适当降低路基高度、适当提升桥梁隧道的占比，降低山区高速公路施工过程用地标准和取土弃土的用地标准，凡是超标用地的需要核用土地面积，科学合理地确定山区高速公路绿化设计设施的用地规模。

4.3 立足节约用地开展山区高速公路设计

严格按照山区高速公路设计标准，做好路线设计，既要满足道路安全、路线平纵指标的要求，更要结合路线所在区域的经济作用以及地形地貌，通过多方案比选，选择占用土地最少的方案。在整个设计过程中，需要以集约土地为前提条件，在路基、桥梁、隧道等用地设计中需要和行业线性标准进行对比，确保其合理性，不能超过行业的最高上限。

5 结语

综上所述，基于土地集约利用理念的不断落实和深入人心，对山区高速公路设计提出了更高的要求，山区地形地貌是难以改变的，在高速公路建设中必然会占用一定的土地。但采取一系列行之有效的方法和措施，可在保证山区高速公路质量和安全满足要求的基础上，降低占用土地的面积，特别是耕地和基本田地。尤其在路线设计和选择中，要顺应地形地貌，尽量不去破坏环境原来的样貌，切不可大挖大填，应合理设置桥、隧道等构造物，促使山区高速公路路线能够和周围融为一体，更好地节约土地资源和保护耕地。