橫穿高寒的綠色公路

文/黑龍江省公路勘察設計院 孫偉 齊琳

2017年，黑龍江省國道331線丹阿公路吉黑省界(琿春)至東寧段改擴建工程（簡稱“吉東公路”），被列為交通運輸部綠色公路典型示范工程。作為黑龍江省近年來第一個部級公路示范項目，吉東公路既具備高寒地區公路建設的典型特征，又具有旅游服務功能提升，東北虎（豹）保護、水環境保護等項目特色。

吉東公路項目概況

吉東公路位于黑龍江省與俄羅斯毗鄰的邊境城市黑龍江省東寧市，起于國道331線丹阿公路吉黑省界相交處，與吉林省境內國道丹阿公路順接，止于國道丹阿公路東寧至綏芬河段一級公路萬鹿溝收費站南側，全長99.293公里，其中新建31.75公里，利用舊路改擴建25.543公里，完善舊路服務功能42公里。項目批復概算21.22億元，建設周期36個月。

吉東公路項目地理位置圖

位于高寒地區與環境保護區

組圖：受特殊的氣候和水文地質條件影響，吉東公路所經地區土凍脹敏感性強，是我國季節性凍土的典型代表性地區，凍脹病害相比我國其他地區更為嚴重。

吉東公路所經地區氣象環境惡劣，尤其冬季寒冷多雪，極端最低氣溫為零下32.1攝氏度，多年平均積雪深度為40厘米，最大積雪深度為1.0米，標準凍深為1.8米，最大凍深2.0米，地面凍結期長達5個月，具有典型的高寒地區氣候特點。

受特殊氣候和水文地質條件影響，該地區土凍脹敏感性強，是我國季節性凍土的典型代表性地區，凍脹病害相比我國其他地區更為嚴重。公路病害問題主要表現為地下水位較高，交替凍融循環導致混凝土結構劣化，鋼筋提前發生銹蝕；季節性溫差和晝夜溫差大，出現冬季低溫凍裂、夏季高溫車轍典型病害等。

其中，項目改擴建部分舊路路基凍脹、早期路面損毀嚴重，加之該路段重載車輛較多、汽車輪壓偏高、路面開裂、車轍嚴重。公路橋梁主要存在季凍區樁基礎穩定性不足、預制T梁受溫度影響導致腹板裂縫，以及橋面鋪裝損壞、橋頭跳車等問題。此外，冰雪條件下路面摩擦系數降低，內側車道積雪易出現“暗冰”路段，加之上述路基易出現強度衰減，對路面結構的使用質量和使用壽命造成負面影響，危害行車安全，對公路運營安全保障性有很高要求。因此，在設計之初，項目團隊就以打造高寒地區公路工程全方位抗凍耐久樣板工程為目標。

吉東公路穿越老爺嶺東北虎自然保護區緩沖區

除了高寒等地域特點外，吉東公路還穿越老爺嶺東北虎自然保護區緩沖區、綏芬河東寧段灘頭魚、大馬哈魚國家級水產種質資源保護區、黑龍江東寧綏芬河國家濕地公園（規劃）等保護區。此外，項目處在山嶺重丘區路段，沿線地貌呈“九山半水半分田”特征，林區土地和耕地稀缺，保護區域生態平衡任務艱巨。

運用抗凍耐久與建設節能新技術

設計伊始，結合綠色公路設計理念，吉東公路就確定了“亮點突出”“統籌重點”的設計原則。“亮點突出”即結合工程需求策劃新技術，如基于BIM的鋼結構橋梁、景觀規劃與旅游服務、東北虎（豹）監測與保護、綏芬河水環境水安全保護。“統籌重點”即在工程規模大、影響大的分項工程貫徹綠色理念，如路面工程的多種新材料應用、橋梁工程的混凝土與橋面鋪裝、房建工程的保溫與清潔能源應用。

高寒地區公路抗凍耐久技術

為提升橋梁和路面耐久性，結合項目所處高寒地區的特點，著重加強了材料結構優化方面的應用探索。

耐久性路面。高寒地區路面凍漲、凍融、開裂現象較為嚴重，設計方案中在水泥混凝土與瀝青路面之間，鋪設1厘米至2厘米的柔性橡膠瀝青，達到分散應力、抗裂抗滲的目的。瀝青加入SMC高聚物彈性體，改變瀝青施工和易性，實現常溫環境施工。

抗凍耐久橋梁。高寒地區橋梁結構影響耐久性的主要原因有凍融、凍脹、除冰鹽等，為確保結構耐久性，水泥混凝土橋面鋪裝層采用抗滲抗凍水泥混凝土，抗滲等級采用W6級，抗凍等級采用F300；防撞墻及水位變動區樁柱采用引氣混凝土，并在其表面噴涂硅烷浸漬，提高耐腐蝕性能；瀝青混凝土鋪裝層采用倒裝式瀝青混凝土鋪裝結構，防水粘結層采用乳化SBS聚合物改性瀝青膜。

鋼結構橋梁。鋼結構橋梁具有強度高、制造便利、耐久性好等優點，項目綏芬河大橋上部采用了工字鋼混凝土組合梁，下部柱式橋墩，基礎采用鉆孔灌注樁。護欄采用鑄鐵材料、歐式風格，大橋通體亮化，照明時段和光感自動控制。

建筑節能與清潔能源等技術

組圖：吉東公路項目采用太陽能熱水器(加電輔熱)、風光互補燈等清潔能源，既能夠最大限度地利用太陽能和風能，又實現全時段熱水供應。

項目冬季氣溫較低，凍結時間近5個月，平均采暖期較長。服務區房屋建筑地處野外，受自然環境影響較大，無法集中供電、供暖，建筑物墻多、屋頂多，能源供應效率低，消耗大，適宜采用墻體材料及外保溫技術。項目所在地太陽能資源豐富，具備對太陽能清潔能源利用條件，可采取分布式光伏電站、太陽能熱水器等多種方式，最大限度利用高品質的太陽能，降低項目運營后的煤炭和電力資源消耗，提升清潔能源利用率，提高綠色公路服務品質。

建筑構造節能。項目開展墻體、屋面、門窗保溫，通過自然通風、采光等建筑設計，并積極利用清潔能源，全面降低運營能耗。采用多孔磚、空心磚等保溫材料；優化屋面保溫構造，如利用斜屋面與吊頂間夾層保證夏季通風和冬季保溫；建筑立面采用大面積開窗設計，建筑外窗可開啟面積不小于外窗總面積的30%，方便建筑的自然通風和采光；窗框和外門采用斷熱鋁合金型材，窗玻璃采用低輻射中空玻璃，設置遮光百葉；建筑整體以自然通風為主，外部的連廊有利于空氣流動，達到整體建筑自然通風的目的。建筑整體采用南北朝向，利于自然采光。

清潔能源利用。項目采用太陽能熱水器(加電輔熱)、風光互補燈等清潔能源，既能夠最大限度地利用太陽能和風能，又實現全時段熱水供應。室外照明的庭院燈采用太陽能及風能互補的LED路燈，實現綠色照明。

舊路材料全面利用

國道丹東至阿勒泰公路吉黑省界至老黑山段舊路罩面補強。考慮建設年代較近（2009年），舊路面使用狀況和整體強度較好，通過瀝青補強后能夠滿足要求，部分水泥混凝土面板斷裂較為嚴重，擬將該部分面板重新挖除澆注，養生后直接加鋪處理。舊路利用段采用直接加鋪12厘米瀝青混凝土罩面補強的方案，為減少反射裂縫發展，設置2厘米橡膠瀝青應力吸收層。

老黑山至東寧段舊路再生利用。舊路面整體強度尚可，但路面破損多，斷板率較高，同時由于舊路平、縱面線形指標過于破碎，舊路利用率不高、起伏較大。對于該段斷板率大于5%、小于10%的路面采用就地發裂再生利用技術，就地發裂層作為底基層。設計中對舊路路面采用打裂壓穩技術后加鋪18厘米水穩碎石基層，再用基層水穩碎石找平、找拱后，再加鋪瀝青混凝土路面的方案，延緩水泥路面反射裂縫的出現，并充分利用原有路面的強度。

挖除舊路改造

對于原有舊路結構材料，幫寬路段維修利用，新線路段(偏離舊路段)全部挖除，挖除材料破碎后用于路基處理。對于舊路面層頂面距新建路面結構底面小于20厘米路段，原有路面采用板式打裂壓穩施工工藝，打裂成4米至6米的不規則形狀塊。打裂路段根據現場構造物等情況，酌情設置隔振溝。

舊路挖除材料優先利用于機耕道等低等級道路的下處理工程，破碎水泥混凝土廢塊應用于綠濱墊防護。

舊路設施再利用

防護、排水設施再利用。舊路邊坡防護形式選用基本適當，使用狀況良好，舊路填、挖方路基邊坡基本穩定，無明顯破壞，坡面植被生長良好，無明顯沖刷。對局部路段增加相應防護工程，可滿足工程需要。

舊路路基排水，舊路填、挖方邊溝多采用土質梯形斷面形式，由于構造物較少，交叉道涵洞未設置或淤塞，造成路基排水堵塞、淤積，使邊溝水滲入路基。路基幫寬后整體改造交叉涵及排水工程。

護欄、標志牌、隔離柵回收利用。改擴建過程中護欄、標志牌、隔離柵回收再加工后用于其他低等級道路。

野生動物、土地、水環境、原生植物保護

路域東北虎豹保護

吉東公路分割了東北虎（豹）棲息地，導致棲息地損失和破碎化。公路的升級改造和不斷上升的交通流勢必干擾虎（豹）穿越公路的行為，為降低對公路兩側虎（豹）交流和擴散的影響，在設計中著重進行了優化。

交安優化。通過設置交通標識與警示牌、在服務區和停車區等位置設置宣傳欄起到教育和宣傳的作用。

橋梁優化。路域動物紅外監測，優化橋梁結構，利于東北虎（豹）通行。

涵洞優化。涵洞尺寸調整、地面自然過渡、設隔離柵、生境誘導。

公路野生動物隔離柵設計

公路野生動物通道附近進行環境設計誘導野生動物靠近和穿越

土地資源全面保護

項目地處山嶺重丘區路段，地貌呈“九山半水半分田”特征，林區土地和耕地稀缺。為達到節約用地的目的，采取了靈活設計碎落臺、護坡道寬度,采用填石路基等節約占地；取棄土與造地復墾相結合；預制場、拌和站等選址永臨相結合；提高土方利用率,加強土方縱向調配；路塹邊坡底部、沿河路基邊坡采用生態賓格網防護，最大限度利用挖方中的石方等措施。

水環境綜合保護

綏芬河服務區采用多介質生物濾池與人工濕地組合污水處理技術，適應于低溫運行，全年穩定達標；運行費用低、無人值守管理；橋梁設置橋面徑流收集、應急處置系統，通過設置在橋梁兩側的收集管道將徑流引至處理池，避免污染事故的發生，確保周邊水體安全。

原生植被保護與生態防護

路基施工之前劃出“環保綠線”。將路基壓實邊界劃到公路征地界范圍區域，作為植物資源保護的重點。采用二次清表技術，加大對原生植被的保護力度。在取土過程中，做到邊開采、邊平整、邊綠化，及時還耕綠化。

邊坡防護以保證邊坡穩定為前提，固土為本，優先考慮植物防護。填方邊坡坡面防護根據邊坡高度、填料種類并結合路面排水情況，分別采用植物護坡、漿砌片石拱形骨架護坡、漿砌片石護坡、擋土墻等防護形式，挖方邊坡根據挖深情況采用護面墻、掛網噴漿等防護形式。

邊溝側重于選擇生態植草邊溝的方案，利用植物纖維毯等材料實現生態植草邊溝的建設，使其能兼顧實現應急處理與生態凈化的目標，提高周邊環境水質安全保障能力。

碎石路基結構圖

賓格網矮墻防護

沿河綠濱墊防護