低等級沿溪線公路提級改造設計

張學軍

（北京市市政工程設計研究總院，北京市100082）

0 引言

沿溪線：沿河溪走向布設的路線。

近年來，隨著國民經濟的持續增長，公路客、貨運規模也逐年遞增，早期修建的低等級公路由于標準低、路面狹窄、縱坡大、行車速度緩慢、交通安全設施不完善等諸多問題，易造成交通事故、擁堵等現象，已成為阻礙經濟發展的瓶頸。因此對現況道路進行提級改造，是目前緩解這種不利狀況的措施之一。

本文通過對111國道北京段（湯河口～市界）的實例分析，提出在低等級沿溪線道路提級改造設計中的幾點體會，以供同類設計參考。

1 111國道北京段（湯河口～市界）概況

1.1 111國道線路走向與功能定位

111國道北京段（湯河口～市界）是國道111的一部分（國道G111線北京至加格達奇公路貫穿北京、河北、內蒙古，是東北地區交通中樞和進關的重要通道，途經豐寧、圍場、赤峰、通遼、烏蘭浩特等，全長2123 km，北京段長192 km；從懷柔至加格達奇路段，又名京加路），規劃為一級公路，是北京與河北豐寧地區交通聯系的主要通道，是北京北部的次要貨運交通走廊，在承擔過境交通的同時又承擔著區域交通的集散功能，見圖1。

1.2 現況道路條件

111國道現況道路標準較低，為山嶺重丘區三級公路，道路全長58.6 km，橫斷面為一幅路型式，路面寬度為6 m，路基寬度為7.5 m，雙向2車道，修建于1973年。線位有47 km傍湯河的沿溪線，且多次跨越湯河，終點段為越嶺線。近些年來雖經歷多次大修維護，但由于交通量的劇增和大噸位車輛運輸造成了路面損壞嚴重；同時，隨著旅游業的快速發展，路面狹窄及大量游人入境導致了交通擁堵，不和諧的路況逐漸顯露，已成為山區交通的“瓶頸”，見圖2。

1.3 湯河

1.3.1 概述

湯河是潮白河、白河的一條支流，發源于河北省豐寧縣鄧家柵子，由鄧家柵子以上的北茨榆、上辛房、長勝堡三條長度近似的支溝組成。河流全長110 km，流域面積為1257 km2；其中北京市懷柔區境內河長52.6 km，流域面積為618.3 km2。河床縱坡0.84%，區境內較緩0.5%。湯河為季節性河流，由于地勢原因，坡陡流急，汛期洪水很大，春季常常斷流。

湯河位于燕山山脈的后山地區，北鄰壩上高原，地勢北高南低，海拔在2000～280 m，地形大部分為低山丘陵區，干流河谷開闊，一般寬在200～700 m，主河槽寬80～150 m，河漫灘階地發育，主槽在特大洪水時易發生擺動。由于河道兩岸為高山峻嶺，河道為溝谷川地，屬于山區峽谷型河道，河道流勢較穩定。流域植被覆蓋良好，為灌木和次生幼林，在喇叭前后溝的上游有森林覆蓋。

湯河處于密云水庫上游的水源保護區內，水質分類為Ⅱ類（見圖3）。

1.3.2 歷史洪水調查、分析

湯河流域年降雨量在450 mm左右，主要集中在6～8月，由于后山地形影響，容易發生局部性雷陣雨天氣，一般年份湯河干流不易發生洪水，只有在個別年份，由于太平洋副熱帶高壓北伸，它的邊緣帶來了大量的水汽，加上冷空氣的頻繁活動及個別臺風天氣系統北伸的影響，形成了連陰天氣和大暴雨，才能造成全流域的特大洪水，如1939年等大洪水年份的天氣系統就是這種情況。

通過對湯河沿線歷史和現狀洪水調查，湯河干流近百年發生特大洪水的有1900年，1939年，其次有1905、1912、1919、1929年等年份；解放后有 1949、1974年為全流域，1972、1991年在湯河長哨營以下干流發上較大的洪水，其最大調查的洪峰流量均在600～862 m3/s，其中1972、1991年洪水造成1968年建成的10 a一遇湯河漫水橋曾兩度漫橋，沖毀橋頭路堤，1974年7月洪水在湯河蘭營將當時正在修建的111國道北京段（懷豐公路）沿河路堤沖毀數十米（后改線到山邊），此時湯河洪峰流量為615 m3/s，主要是路基基礎防護深度不夠，洪水時河槽擺動側蝕掏刷河岸和路堤所致。

通過調查與頻率分析，湯河干流1939年洪水與1900年量級相當，總體上1939年洪水略大于1900年洪水，其經驗頻率為100 a一遇，其值與湯河干流各河段理論計算值基本一致，見表1。

表1 111國道北京段湯河支干流1939年洪水與百年一遇設計洪峰流量表

2 關鍵技術問題分析

2.1 工程特點及難點

（1）現況地勢大部分為依山傍水，展線困難。

本工程大部分道路一側為陡峻的山崖，一側為現況行洪河道，河道外側多為基本農田或村落，見圖4。

在通道走廊內，本項目是利用舊路路由還是新辟道路、是開山還是占用河道，是本項目線位選擇的難點。

（2）路線兩側分布有大量的村落、旅游度假村和軍事單位，地方交通出行需求強。

沿線經過湯河口鎮、長哨營滿族鄉、喇叭溝門滿族鄉、大量的村落和眾多旅游度假村及幾處軍事設施單位。

因通道走廊內只有一條111國道，地方的交通出行均需要利用111國道。在現況路基礎上加寬改造，施工期間交通導改也較為困難，見圖5。

（3）沿線匯入的支溝眾多，泥石流現象多發。

湯河北京境內的支流，自上而下從左岸匯入的有帽山溝、楊樹溝等八條；從右岸匯入的有胡營子溝、喇叭后溝等七條。大洪水期間常伴有泥石流發生，共有泥石流溝5條。

（4）景色秀麗、生態環境好，對環保要求高。

本項目基本處于以自然山水和滿族風情為主體的塞北深山區風景帶內。因地理因素的長期影響，項目沿線城鎮化水平較低，工業、農業發展緩慢，環境污染源少，自然生態環境受人為干擾程度低，林業、生態旅游等發展較快。

除靠近111國道的大小村莊外，其他地區的交通設施欠發達。沿線村鎮中，湯河口鎮為北京33個示范小城鎮之一，發展較好；喇叭溝門鄉是懷柔區三大生態景區之一，已開發景點50余處，旅游度假村、旅游飯店二十余家，整個旅游業已初具規模。

線路所經之地有村莊、山區林地、河流、溝壑、風景旅游區等，還有少量農田、耕地。喇叭溝門滿族鄉有北京市最大的森林自然保護區。

因此本項目對生態環保及水源的保護有著較高的要求。

（5）現況道路防洪標準為20 a一遇，提級后設計標準為百年一遇，豎向高程需要抬高。

現況道路為三級公路，道路防洪標準基本滿足20 a一遇；本次改造后，道路等級為一級公路，路基標準按規范要求應滿足百年一遇防洪水位要求，因此部分路段豎向高程需要抬高，相應對現況村落的房屋、交通出行、景觀、防洪等造成影響。

2.2 設計要點

根據本項目沿溪線改建的特點及難點，設計過程中堅持“技術上可行、經濟上合理”的指導思想，貫徹“利用現況、服務地方、安全預防、尊重自然、符合規范、以人為本”的原則，精心設計。

（1）利用現況，靈活進行線形設計，減少二次開山、占用部分河道、保留河道基本形態、少占基本農田。

a.確定道路設計的前提條件：利用現況道路，不新建道路。

本項目在前期研究過程中，對于是利用現況道路還是新建道路做了大量的分析研究。由于工程所處區域為溝谷川地，兩側為崇山峻嶺，如果新建道路，則將占用大量現有土地資源，特別是基本農田，部分區域受現況狹窄山谷制約，也沒有新建道路的路由。因此本著少征地拆遷、減少對現況自然生態影響的原則，最終確定利用舊路線位，在現況三級路基礎上提級改建為一級公路，局部調整平面線形，裁彎取直，以滿足一級公路設計標準。

前期線位比選見圖6。

b.少開山，在保留河道基本形態不變的前提下，占用部分河道，同時對占用河道部分進行恢復。

現況道路修建于1973年，至今已近40年。雖然公路管養部門每年不斷的進行路側綠化、美化，但沿線大部分路段仍能看到較為明顯的開山痕跡，由此可見山體生態恢復的艱難性。

在充分分析基礎條件、把握關鍵性控制因素的基礎上，項目前期對開山和占用河道進行了多方案比選，綜合比較工程量、投資及對生態的保護，最終確定少開山，在保留河道基本形態不變的前提下，占用部分河道，同時對占用河道部分進行恢復，保持正常行洪。

c.平面線形靈活性設計，避免大填大挖，減少拆遷和工程量。

在滿足公路使用功能、行車安全的前提下，結合沿線地形、地貌、水文、地質等自然條件，在現況路基礎上裁彎取直，靈活運用技術指標，保持線形連續、均衡、舒適，盡可能少拆遷、少占基本農田和少占河道，節省投資。

（2）服務地方，在改建道路的同時，方便地方交通的出行。

道路建設的基本目的是為社會交通服務。特別是111國道沿線，在通道走廊內線路稀缺的情況下，地方的出行均依賴現有道路，交通的暢通對經濟的發展有很大的制約作用。

本工程積極協調與走廊帶內各鄉鎮的關系，使公路建設與鄉鎮規劃相互協調，相互促進，在滿足公路建設需要的同時，為沿線鄉鎮的未來發展提供便利條件。根據沿線村鎮的分布、間距，采用地方路與111國道平交（右進右出、黃閃燈、信號燈）的方式；在村鎮段，路線線位在舊路外側布設，使舊路作為村鎮的地方路使用，以減少相互干擾，為過境交通及區域交通提供良好的交通轉換服務，促進區域經濟的發展。

（3）安全預防，避免地質災害對道路運行期的影響。

根據河道及其支溝的水利、水文資料和本項目地質災害評估報告，擬建公路沿線的地質災害類型確定為構造斷裂、崩塌危巖和泥石流三種，其中泥石流溝谷主要集中在建設區內的南北兩側。在設計過程中，對這些路段的線位、豎向高程、橋涵規模均進行了特別處理，以避免地質災害對道路運行期的影響。

（4）尊重自然，減少對現況生態的破壞、加強生態恢復，進行景觀設計。

本工程全線位于密云水庫地表水源地三級保護區內，自起點至43 km處均為沿湯河的沿溪線，跨越湯河9次；在四道穴以北至終點之間有約8 km路位于喇叭溝門自然保護區內。環境敏感區主要為湯河、山體及沿線村鎮。

在設計中，重視生態建設和環境保護工作，貫徹“預防為主、保護優先、防治結合、綜合治理”的原則。對公路沿線區域內的水源保護區、城鎮、村莊、河流、農田等進行有效保護，使道路及構筑物與周圍環境景觀和諧統一。

a.生態環保及景觀設計

河北豐寧的風沙區距懷柔只有幾十公里，山區生態環境的優劣，直接影響著北京的生態環境。因此設計遵循“不破壞就是最大的保護“原則，力爭少伐樹、開山，保護自然環境，同時注重保持水土、涵養水源、減少風沙等自然災害。

在離線位較近的村鎮，對受影響房屋安裝隔音窗替換原有普通窗，可有效的屏蔽道路噪聲影響，使房屋內噪聲環境符合要求。

通過綠化的修復作用，恢復公路建設損壞的生態植被，并按照自然的規律，在公路范圍內最大的增加植被覆蓋率或綠量，在有條件的情況下，根據適地適樹，適地適草的原則，充分利用多種植物，營造四季季相鮮明、剛柔并濟，與周邊環境相協調的特色植物景觀，形成喬灌草，常綠與落葉，多彩植物搭配、穩定的立體復合植物群落。

b.水土保持

本項目主要為沿溪線段拓寬改造，填方量較大，經現場踏勘，在不影響生態保護的前提下，合理確定取土坑及棄渣場位置；通過采用工程與植被相結合的綠化技術措施，對公路邊坡進行生態防護，增強邊坡的穩定性。通過這些措施，可以有效防治因項目建設而產生的水土流失，大大降低公路建設對生態環境的影響，保證公路的安全運行。

c.水源保護

湯河是潮白河流域白河的一條支流，水體功能為密云水庫飲用水水源地上游，水質分類為II類，處于密云水庫上游的三級水源保護區內。本工程大部分為沿溪線，線位走向盡量避開、少占現況河道，以減少對湯河的破壞；在路面和橋梁兩側設置排水溝和應急池，使雨水或污水經處理后再進入地表水體，這樣可以大大減輕地表徑流對地表水體的影響。具體流程如下：

降雨初期，最初5～10 mm的降雨量經格柵去除塑料袋等大粒徑的固體污染物；然后經應急池后進入濾池，過濾后排放；降雨后期雨水滿足排放標準，于應急池前溢流。當裝載有毒化學品的車輛發生泄漏時，工作人員盡快到達事故現場，關閉應急池后閥門；清洗路面，將有毒廢液沖洗至應急池內待進一步處理。

（5）符合規范，在滿足設計標準的前提下，盡可能減少與現況的矛盾。

滿足河道防洪和道路百年水位的設計標準，加強河道拐彎、浸水擋墻基礎的防沖刷處理，同時減少對現況的影響。

a.道路豎向高程的確定

本項目經過喇叭溝門滿族鄉，現況道路高程低于20 a一遇水位。綜合考慮此段的豎向，在設計中提出兩個豎向方案：方案一豎向按百年水位標準設計，滿足規范要求，但最大處高出現況路約4.5 m；方案二豎向將此段標準降低，局部將舊路坡度放緩，使設計高程滿足20 a一遇水位要求（20 a與百年水位差2.3 m），介于百年水位及舊路高程之間，道路臨河側設1 m的防浪墻，臨建筑側設1～2 m的路肩墻。

喇叭溝門段水位與現況路高程一覽見表2。

經多次評審、優化，最終確定道路豎向標準應按照百年水位進行設計，為減少對現況民房、交通、景觀影響，將與現況路高差大處的210 m長路基調整為橋梁。

表2 喇叭溝門段水位與現況路高程一覽表

b.防沖刷處理

根據河道勘察，加強河道拐彎段路基及浸水擋墻基礎的防沖刷處理。

（6）以人為本，提供舒適行車環境，保證安全出行。

結合路線所經環境的具體情況，以人為本，合理、科學地設置觀景平臺及臨時休息服務區，將公路設計融入于自然之中，為旅行者提供景色優美、安全舒適的行車環境。

a.觀景臺

如在七星滿族度假村處設置觀景臺，方便駕乘人員短暫休息及觀景。此處所處的位置較高，既可以觀賞遠處的連綿群山，又可以看到曲折的公路、清澈的水面和仿古城墻，開闊的視野可以緩解駕駛者的視覺疲勞。另外，觀景平臺上設置安全護欄，以保游人安全，多方位的考慮，為休息者提供一個人性化的空間（見圖7）。

b.服務區

項目沿線村鎮分布散亂，規模大的鎮、鄉間距較長。長哨營鄉距喇叭溝門21 km，喇叭溝門距市界19 km，市界距豐寧約30 km，這中間沒有一處加油站。為保證駕駛員及乘客的良好狀態，擬考慮在喇叭溝門鄉北甸子北側設置一處服務區，滿足加油、停車、如廁等需求。服務區的設置同時對沿線的社會經濟會產生一定的帶動作用，有利于該地區的進一步發展（見圖8）。

3 總結

沿溪線設計涉及的內容是多方面的，線位走向、整體協調關系是否合理對整個項目運行至關重要。111國道北京段（湯河口～市界）目前已開工，總結其工程特點、難點，對設計中的一些體會進行分析、研究，建議在同類設計中應高度重視以下幾方面問題，希望能對其他沿溪線的設計給予一些借鑒。

（1）線位的選擇及舊路利用

設計前期應綜合區域交通、用地、規劃等基礎條件，明確是否利用舊有道路或新建道路；如利用舊路，應結合兩側地形、地物，對開山、占用河道進行比較，兼顧生態環保和占用土地。

（2）豎向滿足設計標準及減少對現況的影響

沿溪線豎向設計的關鍵是河道防洪水位，在滿足河道防洪與道路設計標準的同時，應減少對現況村鎮、交通、景觀等的影響。

（3）減少對河道的影響及防沖刷

河道的形態是歷經多年自然形成，應盡量減少對河道特別是主河槽的改移；如果必須改移，應按照行洪條件進行恢復；同時注意防沖刷的處理，防止水流對路基的沖刷破壞。

（4）地質災害的安全預防

一般情況下，沿溪線均與不少匯入河道的山谷支溝相交，同時部分傍山段因人為或自然因素導致山體邊坡失穩、崩塌危巖，應根據地質勘察資料進行安全預防，避免泥石流、滑坡等地質災害對道路運行期的影響。