可持续发展的山区高速公路防洪规划策略研究

欧 楠，李晓峰

（北京市首都规划设计工程咨询开发有限公司，北京市 100031）

0 引言

高速公路具有交叉口少、运行速度快、通行能力大的特点，是交通运输现代化的重要标志之一。目前我国高速公路总里程已突破14 万km，位居全球第一，以高速公路为骨架的公路网络系统，构成了我国陆路交通运输通道。高速公路工程规模大、建设投资大，对国民经济增长有显著的拉动作用，在推进城市化进程和解决就业等方面也发挥着重要作用。与此同时，高速公路工程作为人类改造自然的一项基本活动，长期处于自然环境中，项目建设与自然环境有着紧密的联系，在规划设计阶段应注重工程技术标准与自然环境的高度融合，特别是在山区，由于地形地质、水文气象等条件复杂多变，使山区高速公路更容易受到自然因素导致的病害侵袭。山区高速公路一般填挖方量大，对既有地形地貌会造成一定程度的破坏，从而导致地表径流发生改变。水流冲刷的加剧破坏了路基的强度和稳定性，造成高速公路屡屡出现水毁与水损坏现象，已严重危及到国家财产和人民的生命安全[1]。基于此，在项目规划初期重视高速公路防洪系统的构建，对于有效应对高速公路建设产生的水文生态问题，提升高速公路抵御水毁能力，实现高速公路可持续发展具有十分重要的意义。

1 山区高速公路防洪规划的意义

1.1 山区高速公路的特点

山区地貌条件复杂，具有地形高差起伏大、沟壑纵横等特点。山区高速公路较于平原区高速公路，平面线位展线困难，限制因素较多，路线大多依山旁水而行。山区高速公路布线主要有沿河（溪）线、山腰线、越岭线和山脊线4 种。其中：沿溪线即沿着河岸或溪岸布设线路，河床纵坡较小，路线平纵线形指标较好；山腰线即在山坡半腰上布置路线，路线随山势曲折弯曲；越岭线是指沿分水岭一侧山坡爬上山脊，在适当位置穿越垭口，再沿另一侧山坡下降，需要克服很大的高差，线形较差，技术标准低；山脊线是沿分水岭方向布设的线位，大多在山脊一侧布置[2]。以上4 种选线方式中，由于河谷地带纵坡变化小，利于高速公路平纵线形指标选取，且溪岸两侧多为居民密集地区，道路能够更好地为居民出行提供服务，因此山区高速公路一般采用沿河（溪）线布设线位，以降低工程难度、节约投资规模。

1.2 山区雨洪对高速公路的危害

沿河高速公路路基一般采用半填半挖形式（见图1）。路基主要承担传导路面车辆荷载的作用，是高速公路安全、高效运行的重要保障。其建造材料主要是土石类散体材料，容易受到地质、水、降雨、气候、地震等自然条件变化的侵袭和破坏，抵抗能力较差。由于沿溪公路临水较近，受洪水威胁较大，因此洪水是造成公路路基侵蚀损毁的重要影响因素之一。

图1 高速公路路基各组成部分示意图

（1）雨洪对边坡的影响

山区高速公路依山傍水而建，降雨时水会沿山坡汇流到山沟。当降雨强度大于土壤渗吸速度，雨水不能及时渗入土壤时，便会产生地表径流。地表径流对路基边坡的冲刷造成坡面水土流失。夏季连续性的暴雨，使土体的含水量增大、强度降低，导致边坡失去了稳定性，从而造成边坡滑坡、滑塌等病害。同时，暴雨将泥浆砂石冲到路面，随雨水淤积至排水设施内，导致排水通道堵塞，从而加剧了水对路面和边沟的冲刷和浸泡，造成更严重的病害。

（2）雨洪对路基的影响

山区河流中的河湾凹岸、股流、挑流等导致河水流速变大，对沿河高速公路路基产生的冲刷作用较强，破坏力大，导致路基产生水毁。此外，当地表水过多且持续降水过长时，未及时排除的雨水会通过路面渗透到路基内部。我国北方地区冬季较为寒冷，路基内的水会产生冻融效应，冬季路基结构内的水分冻结后膨胀，造成路面不均匀变形，甚至产生裂缝；春季气温上升，水分融化后被路基土体吸收，造成路基湿软，强度下降，在车辆荷载的反复作用下，路面变形破坏，形成翻浆。

（3）雨洪对路面的影响

当山区降雨过多时，洪水水位超过路基标高，洪水漫溢路面，在水的浮力、侧向压力及冲刷作用下，路面产生下沉、开裂等病害，甚至随路基一起滑移、坍塌。路面上汇聚的雨水形成覆盖在路面上的水膜，当高速公路上行驶的车辆在高速通过较深的积水区域时，轮胎会浮在路面的水膜上，轮胎与地面接触面减小，摩擦系数降低，导致车辆无法获得足够的附着力，车辆在制动和转向时容易发生偏转，从而引发交通事故。

1.3 山区高速公路防洪规划的作用

山区气象条件恶劣，降雨集中，雨量大，汇流时间短，流速快。在降水丰富的月份和年份，瞬间水流冲刷对公路路面、构造物及沿线设施的冲击力量大，且破坏严重[3]。如2012年“7·21”特大暴雨使北京遭受到61 a 来最强暴雨及洪涝灾害，造成10 660 间房屋倒塌，160 余万人受灾，经济损失高达116 亿元。房山区为北京西部山区，受灾最为严重，暴雨形成的山洪沟流速过大、水位骤涨，造成房山区378 处河道堤防决口，38 人死亡，道路受损总里程将近2 200 km。

探究洪灾形成的原因，主要为未建立科学有效的山区防洪体系。现状山洪沟过流能力偏低，多数为5 a 一遇左右过流能力，“7·21”降雨小流域强度达到100 a 一遇以上，洪峰流量远超山洪沟排泄能力，暴雨造成河道水位迅速上涨，导致河道两侧居民点受灾严重。另外，由于人为对现状沟渠的挤占，压缩了渠道的过流能力，致使洪水漫出山洪沟沿着道路或其他低洼地区四处冲刷，造成人员伤亡，设施冲毁。

山区高速公路作为山区交通出行的重要通道，是联系山区各城镇的生命线，需要加强交通抢险保通能力建设，提高处置重、特大公路交通突发事件的能力。山区高速公路在设计阶段受工程建设主体、投资规模等因素限制，路基防洪设计往往局限于边沟、截水沟等路内排水设施，难以形成地区性的防洪排涝体系[3]。城市规划作为一项顶层设计，能够起到对城市建设的宏观调控和区域协调作用，在规划阶段科学、系统地研究防洪排水方案，降低雨洪威胁，对延长山区高速公路使用寿命具有非常重要的作用。

2 山区高速公路防洪规划原则及策略

2.1 规划原则

山区高速公路的建设应在确保自身防洪安全的同时，不影响周边地区原有的防洪体系，确保地区防洪排水安全。在规划阶段，应突出规划宏观视角、强调规划统筹作用，以宏观视角提出规划策略，体现战略性及协调性。同时，制定规划策略要体现科学性，开展扎实的现状踏勘及调研工作，获取翔实的现状资料及基础数据，本着尊重现状、充分利用现状的原则，从实际出发，以创新的思维、科学的方法制定规划策略。制定规划策略还应本着保护与发展并重的原则，尽量降低对区域原有防洪排水体系、水生态环境的破坏及扰动，坚持绿色、生态、可持续发展的理念，建设高品质、高标准的公路防洪排水规划体系。

2.2 规划策略

在遵循上述规划原则的基础上，开展防洪规划工作。首先开展详细现场踏勘，对新建道路周边现状河道、山洪沟等防洪排水体系进行梳理，以拦截、疏导相结合为基本规划思路，提出相应的规划策略。

2.2.1 确定规划标准

确定规划标准，保证道路防洪安全。确定规划标准一般包括：确定道路路基防洪标准、确定桥涵防洪标准。我国公路防洪标准颁布较新且界定清晰[4]，按照公路等级、桥涵等级确定其防洪排水标准。根据2014年颁布的行业标准《公路工程技术标准》（JTGB 01—2014），公路分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路及四级公路5 个技术等级。桥梁涵洞分类（见表1）执行《公路桥涵设计通用规范》（JTGD 60—2004），分为特大桥、大桥、中桥等5 个等级。《防洪标准》（GB 50201—2014）对公路各类建筑物、构筑物的防护等级和防洪标准规定见表2。

表1 桥梁涵洞分类表

表2 公路各类建筑物、构筑物防洪标准

2.2.2 构建完备的防洪体系

构建完备的防洪体系,提出防洪工程措施及规划要求，确保地区河道、山洪沟行洪通畅。

受山区地形条件影响，山区高速公路的规划建设及后期运营均会受到来自山区雨洪的威胁及影响，为此应建立完备的防洪排水体系。防洪体系包括：预留行洪排水通道，即桥、涵规划条件；布置截洪疏导设施，即道路截洪沟、排水沟规划；研究道路邻近河道规划措施及要求。以下为具体工程措施及规划要求。

（1）预留行洪排水通道。当道路为路基段时，道路规划线位跨越现状河道、山洪沟时，应预留雨洪行泄通道。同时，对道路周边地区防洪排水体系进行梳理，对因道路建设阻挡山区坡面流行泄的，也需要集中预留行洪通道，即提出跨河桥、过路涵规划条件。一般来说：当相交河道、山洪沟规划流量大于或等于25 m3/s 时，研究跨河桥规划条件；当相交河道、山洪沟规划流量小于25 m3/s 时，研究过路涵规划条件。

根据相关规划标准计算出过路桥涵处河道洪水位，提出沿线跨河桥梁建设要求：

a.为了地区防洪排水安全，在桥梁建设时，不得缩窄河道行洪断面及河道上口宽，拟建桥梁底高程须满足道路防洪标准下相应频率的河道规划水位超高条件。

b.桥梁建设中，在桥梁跨越100 a 一遇洪水淹没线宽度小于30 m 的河道时，原则上不得在河道淹没线内设置桥墩；对于河道100 a 一遇淹没线宽度大于30 m 的河道，若需要设置桥墩，则同排桥墩应尽量与水流方向平行。

c.桥涵建设时要按规划对桥区段河道进行整治，并与上下游河道接顺。对于流速较大的河道，应对桥区段进行适当防护，具体参照道路相关规范确定。

（2）道路部分路基段周围山洪水比较分散，为拦截无集中出路的山洪水，规划沿道路填方段一侧新建截洪沟，将洪水拦截并疏导集中接入附近的河道、山洪沟内。在规划阶段：明确截洪沟规划标准，一般参照道路路基防洪标准确定；明确截洪沟承接流域范围，计算截洪沟流量，提出截洪沟断面尺寸控制要求等。规划截洪沟一般采用混凝土板衬砌的梯形断面，规划沟底宽不小于0.5 m，边坡系数为1，糙率为0.017。截洪沟具体位置应随山就势，灵活布置，并在设计阶段结合道路具体方案进行细化。

（3）对与道路邻近的顺向河道，应研究满足道路防洪标准下相应频率的河道洪水淹没线，并提出道路沿河道、山洪沟布置的相关规划要求：

a.道路线位原则上不得布置在规划河道洪水淹没线范围内，并应与规划河道洪水淹没线保持5 m以上安全距离。

b.当填方段道路与河道邻近时，应做好邻近侧河坡的渠化及护砌工作，道路设计标高应满足道路防洪标准下相应频率的河道规划水位超高条件。

c.由于山区河道纵坡较陡，流速较大，道路设计要考虑该因素的影响，做好相应防护措施，确保防洪安全。

3 结语

山区高速公路因其建设条件限制易受到山区雨洪的破坏，需要在规划阶段以宏观的视角及区域统筹的理念提出规划策略，包括建立完善的防洪体系，制定相应的防洪标准，提出防洪措施及规划要求，提升公路抵御洪水的能力，实现高速公路可持续发展。