平原區高速公路低路堤設計方案比選案例分析

孫任之

(安徽瑞成土木工程咨詢有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

華北平原地勢平坦、經濟發達，人口眾多，區域基本農田發達、土地資源珍貴、占地取土困難。高速公路為全部控制出入的多車道線形公路工程[1]，為滿足兩側正常通行及生產生活需求，一般設置較多分離立交、通道、橋涵等構造物。受構造物凈空及路基設計洪水頻率限制[2]，較少采用下挖主線設計。一般平原區高速公路路基填高較高，并導致工程量增加、取土占地增加。

1 低路堤設計理念

低路堤設計理念是通過優化構造物設置、取消橫向通道涵洞,或適當下挖主線壓低通道凈空、設置支線上跨代替主線上跨等措施，以達到降低路基填高、節地節土，實現土地資源可持續發展的目的。除此之外，低路堤可提高行車安全舒適性，公路景觀與原地形地貌也能更好地融合統一[3]。低路堤設計并沒有確定的填高范圍要求，而是相對于傳統路基設計在采取特定的措施后有別于后者的設計。

2 政策指導意見

交通運輸部發布的《關于實施綠色公路建設的指導意見》[4]中明確要求，要嚴格保護土地資源，科學選線、布線，避讓基本農田，禁止耕地超占，減少土地分割。積極推進取土、棄土與改地、造地、復墾綜合施措，高效利用沿線土地。因地制宜采用低路堤和淺路塹方案，保護土地資源。

根據自然資源部2018年《國土資源部關于全面實行永久基本農田特殊保護的通知》[5]文件精神，重大建設項目確實難以避讓永久基本農田的，經省級國土資源主管部門組織論證后，可臨時占用，到期后必須及時復墾并恢復原狀。

3 低路堤設計方案比選

本次選取的高速公路技術標準見表1。

表1 主要技術標準

3.1 低路堤方案總體設計思路

(1)合理選擇低路堤設計段落。低路堤設計首先應具備技術可行性，并能兼顧兩側交流溝通功能，以產生最佳的綜合效益[6]。因此低路堤段落選取，應避開以下路段：①不良地質路段，以減小地基處理及路基不均勻沉降[7]；②溝塘密集、地下水位高的路段，防止毛細水上升影響路基干濕類型；③圩區、內澇水位高的路段。④城鎮、村莊、開發區等橫向通道密集的路段。應盡量選擇主線未設置分離立交、橋梁等大型構造物或設置較少的路段。

本項目選取B線縱面比較段遠離村鎮，路網相對稀疏，無橋梁及分離立交，通道涵洞數量較少。B線平面同K線，樁號范圍：BK17+700=K17+700,BK23+000=K23+000，全長5.3km。

(2)沿線設計控制參數調查。設計控制參數主要包括：農用機械高度、溝渠排灌要求、設計水位平原區農業生產已經規?；?、機械化，對沿線通行的主要農用機械、車輛高度應詳細測量；涵洞孔徑應以排水灌溉需求及農田水利治理規劃為依據。平原區地勢平坦排水困難，路基高度必須滿足設計洪水頻率的要求，對行洪區、圩區、有內澇區域應參考調查、洪評資料確定設計水位。

本項目沿線農業收割機高度為2.5～3.6m；沿線無內澇水位。

(3)降低構造物工程規模,核減構造物數量,合理設計支線上跨。

綜合調查區域路網分布、規劃資料及居民出行習慣，采取降低分離立交規模、改橋為涵、核減通道涵洞數量，下挖以壓低通道涵洞頂面高程、減小通道涵洞凈高等措施。

支線上跨與沿線居民的固有出行習慣不符，由于農業生產生活采用步行、非機動車方式出行率高，上下坡帶來不便，且不利于交通安全，因此應慎重設置支線上跨。根據經驗，平原區居民首選在原路設置過路通道，沒有條件的，傾向于改路短距離繞行。對無法避免設置支線上跨的，應合理確定位置及接線設計。平原區支線上跨橋頭填土高，接線距離長，應采用擋墻收縮坡腳節省占地?？v坡應采用滿足規范的大值，做好安全設施設計，最大程度減小支線上跨的工程規模。否則將與低路堤設計節地、節土的初衷不符，無法體現其優越性。

本項目B線相對于K線核減通道4座，K、B線均未設置支線上跨。

(4)核查核減通道處是否需要設置涵洞。平原區農業發達，對排水灌溉要求較高，并且有沿路挖渠的傳統。在部分通道取消后，仍要保證水系的暢通。因此應加強外業調查，對部分核減的通道設置涵洞以滿足生產需求。

本項目B線相對于K線核減通道4座，為滿足排水灌溉要求，增加3座1-φ1.5m圓管涵。

(5)根據調整后的構造物凈空及水位要求合理降低主線縱斷面。根據調整后的構造物設置，逐一復核構造物凈空，反算出最小設計高程值作為設計控制高程，然后結合其他控因素進行縱斷面設計。坡長設計應秉承“短坡長”原則，盡量減小坡長設計，避免填土過高。建議可根據構造物數量的不同，坡長控制為400～700m。一般平原區高速公路縱坡設計較為平緩，而低路堤設計的核心是減小路基填高，因此在滿足構造物凈空及行車安全舒適性的前提下，應適當增大坡度，秉承“快起快落”原則，最大限度地發揮低路堤設計的意義。

本項目B線最大縱坡1.8%，平均坡長530m。

(6)考慮“永臨結合”，完善線外工程設計。統籌路系水系調查資料，重點關注取消通道處的出行需求，以最小距離的改路、改溝保持道路與水系的通暢。

高速公路施工便道“永臨結合”可將惠民程度最大化,同時可大幅度減少臨時占地數量[8]。在2020年全面建成小康社會的時代背景下，設計時應充分調查地方政府意見，緊密結合地方農村公路建設規劃，充分考慮當地居民需求，以“建管養”扶貧一體化的原則，通過前瞻性的設計，避免地方道路重復建設而造成資金、土地資源的浪費。

3.2 方案比選內容

縱面比選段設計高程控制因素為通道凈空。本段K線共設置12座通道，其中1-6×4.0m車行通道3座，1-6×3.5m車行通道1座，1-4×3.5m車行通道8座。根據現場調查，1-6×4.0m車行通道處為該區域主要道路，不具備取消條件。經核查縱斷面設計，K19+000處1-4×3.5m車行通道位于凸曲線頂點，由于K18+517處通道凈空限制，該處填土高度最高達到5.50m，取消該通道后，可顯著減小最大填高，縱斷面優化明顯(圖1)。

圖1

K21+145處1-4×3.5m車行通道處于凹曲線底端，填土高度為4.25m，取消該通道后，可顯著減小填土高度；同時取消K19+933處1-6×3.5m車行通道、K22+156處1-4×3.5m車行通道(圖2)。

圖2

除此之外，K21+637處1-4×3.5m車行通道處于凸曲線頂端，填土高度為5.10m，采用適當下挖通道的方式壓低縱面將填土高度降為4.12m(圖3)。

圖3

B線與K線技術指標、工程量對比詳見表1。

表1 比較線技術指標、工程量對比表

3.3 低路堤設計方案優缺點分析

(1)B線方案優點：

①路堤填土高度降低，借土減少，征地拆遷減少，利于土地資源的保護，工程造價降低。

(2)B線方案缺點：

①由于縱面設計高程降低，造成部分通道凈空不足。平原區排水困難，下挖易造成積水，影響使用功能,增加運營期養護成本。

②由于通道數量減少，繞行距離增加，給沿線居民生產生活帶來不便。

③社會影響小、施工難度大，易造成阻工、增加通道或支線上跨等設計變更。

4 比選結論

比較線全長5.3km，低路堤設計方案可減小填方、征地拆遷，節約造價。其中每千米減少通道0.755座、填方3.174萬m3、征地2.397畝(1畝≈667m2)、造價400.626萬元。

B比較線雖然路堤填土降低，借方、征地及造價減小，但減幅并不顯著。由于低路堤造成通道凈空、數量無法滿足正常使用要求，易積水、增加繞行距離，給沿線居民生活生產帶來不便，并且施工期間易造成糾紛及設計變更。綜合從有利于項目的建設、運營角度及社會影響出發，經專家組評審，同意采用K線方案作為推薦方案。

5 結束語

在國家提倡“綠色公路、品質工程”的新形勢下，在土地政策紅線不斷緊縮的壓力下，探討平原區低路堤設計具有非常必要且現實的積極意義。經過本項目的比較可知，低路堤設計的適用性，與項目所經區域自然地理條件緊密相關，同時也受經濟、人口密度、農業水利發達程度、社會環境深刻影響。

對高速公路兩側交流溝通密切的經濟、農業發達地區，低路堤設計節地節土并不顯著。低路堤設計依賴于有利的外部環境，選取段落的連續性難以得到保證，難以形成規模效應，反而會產生建設運營管理問題及不良社會影響，不利于和諧社會的創建。可以尋求以橋代路、設置擋墻、樁板式路基[9]等措施。同理，對兩側交流溝通程度低，遠離城鎮的區域，低路堤優勢逐步顯現。設計中應加強對低路堤可行路段的甄別，且應重視對低路堤短板的專項設計，如與沿線政府溝通并簽訂書面協議、完善通道排水設計、支線上跨接線設計、改路改溝、注重“永臨結合”等設計內容，同時應著重解決路基不均勻沉降問題、路基承載力降低等問題[10]。