山区公路路线设计与质量控制研究

祁荣欣

(甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司，甘肃 兰州 730000)

0 前 言

高质量的山区公路可以为驾驶人员提供较为优良的驾驶条件，并为地区经济对外发展提供了丰富的交流渠道。随着山区对外联系的日益密切，山区公路设计开始呈现一种复杂化趋势。相比建筑市场内的其他类型工程项目，山区公路项目在设计与实施中需要考虑更多的外界影响因素，设计线路时会受到地形、地势等因素的干扰，施工会受到复杂地质环境的限制，如果在此过程中设计的线路存在不合理问题，或没有将施工质量控制工作落实，势必会对山区公路车辆行驶造成负面影响[1]。因此，本文此次研究将以G341线环县至车路崾岘公路工程为例，进行线路设计与工程实施质量控制的研究。

1 山区公路路线设计原则

本项目施工图设计路线方案依据初设批复，综合考虑地形、地质条件、运营条件、区域房屋拆迁建设用地、工程造价等因素进行设计[2]。为了确保设计的成果满足实际需要，下述将从两个方面，对公路线路设计原则展开研究。

1.1 路线平面设计原则

根据工程项目的初次审批与项目施工区域的地质条件，提出下述8个方面的设计原则与标准。

(1)设计的公路路线走向应符合国省级公路网总体规划要求，满足《公路路线设计规范》(JTG D20—2017)文件中相应设计标准的要求，施工中严格遵循“因地制宜”的原则，结合施工作业区域的地形、地势等外在因素，掌握标准化的工程施工与路线设计指标[3]。

(2)确保公路线路设计满足要求或符合标准的前提下，需要加大山区现有公路的使用率，将降低设计工作量、简化工程施工步骤、节约支出造价成本作为目标与基本原则。

(3)公路布线应结合当地山、水、林、田等综合治理，减少占地，避免过多拆迁。

(4)设计时，要做好对设计区域沿线的地质勘查、水文地质环境调查，优选高质量技术指标，以优化道路设计后的车辆行驶条件，确保道路在投入使用后具有较强的同步通行能力，为驾驶人员提供一个相对优越的驾驶环境与车辆行驶条件，并减少货物道路运输的时间成本。

(5)设计中要全面兼顾“村镇协同规划”的原则，保证山区公路“近城”但“不进城”，实现设计的道路在市场内投入使用后既能保证交通便利的需求，又能满足车辆快速通过的需要。

(6)设计时应关注道路线路的线性特征，要确保在此设计后，道路中的平、纵、横等指标在道路上保持一致性，以确保设计的道路在投入使用后可以增强或优化行车的舒适性。

(7)充分利用现有旧路空间，在确保施工技术满足标准的前提下，降低设计道路占用农田与水利工程的面积，尽可能减少拆迁。

(8)重视环境保护，认真考虑路线与沿线的旅游景点、文化遗址、文物古迹的相互关系，尽量避免大填大挖，以保护原有植被和水系，减少水土流失，促进旅游业的发展。

1.2 路线纵断面设计原则

完成上述设计内容的研究后，根据工程项目在实施中的需求，提出针对山区公路路线纵断面设计的三点原则，具体内容如下。

(1)在进行纵断面设计时，要确保纵断面与平面保持良好的协调关系，尽可能避免出现组合方面的问题。

(2)根据水文计算所确定的设计水位，确定沿河路基填土高度，以减少占用良田，保护环境。

(3)根据山区公路路线设计需求，科学合理地设计道路交叉方式与交错点数量[4]。在此基础上，尽量降低道路路基的设计高度，确保设计的路线在高度上符合需求。

2 山区公路路线设计

2.1 确定路线起讫点及主要控制点

以G341线环县至车路崾岘公路工程的路线设计项目为例，确定其路线起讫点和主要控制点。本项目路线起点(K0+000)与G211线在二十里沟口(K248+100)处相接，路线终点(K78+730)位于车路崾岘。确定主要控制点为二十里沟口、虎洞乡、刘园子、庙儿掌，车路崾岘(甘宁界)[5]。

2.2 路线平、纵面设计

在对该项目中的山区公路路线平面和纵面进行设计时，采用设计速度为80 km/h的一级公路标准完成设计，全线共设平曲线52处，最小半径为420 m，设变坡点72处，最长坡长为790 m，最短坡长为340 m。项目设计段内有2段连续长下坡路段。第一段为K46+220—K55+720段，最大纵坡为4.3%，坡长为670 m；连续坡长为9.5 km，平均纵坡为1.76%。第二段为K62+692.7—K68+850段，最大纵坡为4.3%，坡长为790 m；连续坡长为6.157 m，平均纵坡为2.7%。

经视距检验，本合同段内共有14处平曲线不满足停车视距的要求，但受地形地物条件限制，无法采用增大圆曲线半径的方法来保证停车视距的要求[6]。故本次设计对该14处达不到停车视距要求的圆曲线半径采用了在曲线外侧加宽路缘带的方法予以改善视距。具体加宽段落见表2。

表2 路线平、纵面加宽段落统计表

除表2中记录的加宽段落之外，还包含另外8个加宽段落，均为右侧加宽，由于篇幅有限不进行赘述。

2.3 路线平、纵组合设计

设计时，将公路的地形、地势与自然景观的协调性作为设计目标，在确保平面和纵面线路各自线形平顺的基础上，选择二者技术指标均衡且协调的参数，以此确保后续山区公路使用时路面能够实现更好的排水，并进一步提高车辆行驶的安全性[7]。同时，在路线空间位置上，根据规范要求进行设计，并在设计过程中杜绝不良线型搭配组合的问题产生，从而提高车辆行驶的舒适度。除此之外，在具体施工过程中，起讫点平纵面应使新建后线形与原有旧路衔接顺畅、纵面平缓过渡，确保行车的安全、舒适。

3 山区公路建设质量控制

3.1 确定山区公路路线主要技术指标

为实现对山区公路建设施工的质量控制，首先需要明确山区公路路线主要技术指标。本项目施工图设计阶段严格执行《初设批复》，设计中结合初步设计评审会专家意见、初设审查意见及《初设批复》对路线方案进行了局部优化，优化后主线全长78.884 km，连接线长20.513 km，路线全长99.397 km，较《初设批复》减短1.765 km，基本一致；本项目主线与芦家湾连接线技术标准与《初设批复》完全一致。

在原有交通量的基础上，对该线路上总汇交通量进行预测，预计在2038年(设计年限)小货、中货、大货、拖挂、小客、大中客的交通量分别为922 pcu/d、411 pcu/d、283 pcu/d、0 pcu/d、1 084 pcu/d、363 pcu/d，共计3 063 pcu/d。根据上述交通预测值，本项目毛井连接线在设计年限内日均交通量小于5 000 pcu/d，根据《公路工程技术标准》，该交通量所对应的为三级公路技术标准，故将该公路连接线指标降低为设计时速40 km/h、在设计年限内满足使用要求，以此完成对山区公路路线主要技术指标的确定[8]。

3.2 桥梁质量控制

完成对路基路面的质量控制后，针对该山区公路上的桥梁结构的建设施工进行质量控制。针对桥宽变化较大或平曲线半径较小的桥梁宜采用现浇连续箱梁结构。互通立交区弯、坡、斜桥结构受力复杂，应结合互通式立交设计优化、交通组成及路网代表车型，进一步加强结构分析和荷载验算，加强横向稳定性验算，提高桥梁抗倾覆能力储备，保证结构安全。针对主线常规桥梁建设施工采用预应力混凝土预制箱梁为主的方案，按照桥梁建设指导意见，进一步加强钢结构桥梁方案比选，择优采用。进一步优化孔跨布设和下部结构形式，合理确定桩基持力层，保证结构安全性和耐久性，降低全寿命周期成本。在具体建设施工过程中，对陡坡处墩台的位置、承台及系梁的埋深进行了优化，并按照稳定开挖边坡坡率对需要开挖的墩台进行局部开挖，以确保墩台安全并减少对地表的扰动和对植被的破坏，对于开挖部分采用护坡防护，并设置平台排水沟；对桥梁防护及桥梁抗震加强设计措施，确保桥梁安全。对钢结构与混凝土结构桥梁进行经济指标比较，本项目桥梁上部优先选用混凝土结构。依据地质详勘资料，经过桩长计算合理确定桩基长度。采用预制预应力混凝土小箱梁，设计中对非标准跨度桥梁预制主梁及下部结构，根据不同受力状态进行结构分析验算，以确保结构安全。

3.3 隧道质量控制

在对隧道质量进行控制时，为进一步查明隧道工程及水文地质条件，重点查明洞口滑坡、崩塌、裂隙及落水洞等不良地质情况和洞身地层土石分界面，结合涌水量预测分析，完善针对性处治措施和应急预案，以保证安全。在该山区公路项目中，隧道洞口地形地质条件普遍较差，应加强洞口边仰坡稳定性评价，进一步优化洞口设计，完善辅助开挖措施和边仰坡支挡防护设计，细化洞口综合排水系统设计，以保证安全。在施工过程中可采用复合式衬砌方案完成隧道建设，支护参数应根据隧道地质条件，借鉴本地区建设经验综合考虑确定，确保安全可靠，经济合理。

在施工图设计阶段严格按照相关规范要求布设钻孔，现场详细勘察隧址位置周边地表不良地质情况，设计中采取了相应的处置方案，以保证隧道安全。由于本项目中隧道进出口地质条件均为黄土，因此需要对洞口边仰坡稳定性进行定性分析，对开挖较高的边仰坡设置钢管桩预支护体系，保证边仰坡稳定，同时对洞口周边黄土冲沟汇水、隧道洞内排水及洞外路面排水进行综合考虑，合理引排。

综合该区域公路隧道施工及后期运营过程中可能出现的问题，结合实际地形以及前后构造物设置情况，重点考虑新庄壕特大桥桥位设置合理，施工图设计调整路线平纵，K58+544—K58+980段改用明挖方案通过，长436 m，如图1所示。

图1 隧道建设施工优化方案设计图

4 质量控制效果分析

上文在完成了山区公路路线设计后，又从三个方面对山区公路建设质量控制方法展开了研究。为了证明本文设计的成果可以满足工程施工需求，将G341线环县至车路崾岘公路工程作为此次实践检验的实例，选择该施工线路中的一部分区段作为测试区域，按照本文设计的质量控制方法，从路基、路面方面，进行工程质量的宏观调控。完成对施工中的质量控制后，山区道路中选择10个测试点，其中2个测试点在公路前端与尾端，属于固定测试点，剩余8个测试点随机分布在公路中心位置，如图2所示。

图2 测试点布置示意图

完成测点在区域内的布置后，根据《初设批复》文件内容可知，本文研究的道路工程属于一级公路，限载55.0 t，将其作为参照标准，进行测点承载力的测试，测试结果如图3所示。

图3 山区公路承载力测试结果

从图3可以看出，本次随机选择的10个测试点的承载力均大于55 t，满足一级公路承载力标准，证明此次研究提出的山区公路质量控制措施符合公路施工需求，可在某种程度上实现对道路工程质量的提升。

5 结束语

本文以G341线环县至车路崾岘公路工程为例，对山区公路设计原则、设计方法与质量控制方法展开了详细的设计与研究，完成设计后，为了证明此项成果在实际应用中可以达到既定的效果，将提出的设计方法应用到了工程实例，证明了此次研究设计的成果可以提高工程质量。尽管此次研究已相对完善，但在后续的工程细部施工中，仍需要在施工时认真校对导线点，检查测设标志是否松动、损坏，防止点位松动或破坏对测量精度的影响。同时，在施工安排时对受冬、雨季及汛期影响大的工程，要避免在冬、雨季及汛期安排施工，必要时应根据工程要求采取保温、防雨及安全防范措施。