山區高速公路路線設計要點及應用研究

蔣 凱

（中鐵第四勘察設計院集團有限公司，湖北 武漢 430063）

改革開放以來中國經濟迅速發展，基礎建設越來越受到政府的重視，尤其是高速公路的發展尤為突出。我國的山區高速公路設計過于追求高指標、高效益而可能存在工程造價不合理，與環境相協調水平低以及出行服務水平低等問題。紀鵬[1]通過研究表明影響山區路線設計的因素有復雜的地勢條件如巖溶、滑坡、陡崖、泥石流等。文章在前人研究的基礎上繼往開來，具體分析了山區高速公路在設計時的影響因素，以及如何利用地形地勢設計高指標的高速公路。

1 路線設計的影響因素

1.1 地形對路線設計的影響

山區高速公路設計時，由于地形限制經常將道路路基建立在橫向斜坡上，當地面橫坡緩為1∶5時，可以直接清除地表土進行填筑路堤；當地面橫坡緩為1∶5至1∶2.5時，原地面應進行挖臺階處理，且臺階寬度不小于2m；當橫坡度大于1∶2.5時，必須驗算基底軟弱層的穩定性，當穩定性不滿足要求時，應設置支擋結構[2]。在該地段設置橋梁時，應充分考慮樁基的合理性及穩定性，確保土的側壓力對橋梁結構的整體性無影響。在這種地形下，無論是高邊坡的處理還是橋梁的布設都有一定難度，故在路線選線時應盡量避免陡峭地形的利用。

1.2 不良地質對路線設計的影響

（1）斷裂構造。斷裂構造的基本類型有斷層、裂隙、節理。斷裂構造能夠降低巖體的穩定性、強度和承載力并且可以使巖石破裂。節理、裂隙的形成使地下水位上升，使路基的含水率增大，斷層構造會直接影響路基的穩定性，使路基發生不均勻沉降，施工時修筑機械的振動碾壓也會使斷層發生危害，嚴重時會引發地質災害。對于深挖路塹而言，構造因素可能會引發邊坡坡體滑動，在風化作用下使裂隙發育引起邊坡崩塌。節理形成、裂隙發育地段的巖體承載能力低，穩定性差，在該地層布設橋梁時不能將其做為橋梁樁基的持力層，斷層地段地質復雜，更不宜布設橋梁樁基[3]。

（2）巖溶。巖溶是在水的作用下，易溶性巖石被化學溶蝕、水流沖蝕以及潛蝕的過程。巖溶按形態可分為隱伏巖溶和裸露巖溶兩種，路線設計時可選擇繞過裸露巖溶。而隱伏巖溶分布廣，危害大且很難進行判斷，湖南、貴州、江西等地在公路建設過程中巖溶地區均有過路基沉降和塌陷的危害。使隧道、橋梁、路基的安全性得不到保證，對施工進度和施工組織造成了極大的影響。路線設計時應充分考慮隱伏巖溶的危害以及分布，盡可能避讓巖溶路段。

（3）高液限土。高液限土有含水量高、穩定性差、強度低的特點，按常規的施工方法設計規定的壓實度標準達不到，經常出現“彈簧”現象。在路基施工時，應對高液限土進行處理，之后方可進行路基填筑。由于處治高液限土的造價相對較高，如果將其做為棄土會增加借方數量以及取棄土場的利用，因此將高液限土做為棄方或者進行處理都會比一般路基造價高。雨期高液限土吸水膨脹，飽水后強度和穩定性均會降低，從而出現滑坡現象。總之，在路線設計時，應綜合考慮高液限土的利用情況[4]。

1.3 土地規劃對路線設計的影響

山區高速公路的建設帶來經濟效益的同時也對生態環境造成了一定程度的沖擊，因砍伐植被造成山區水土流失、土地質變等問題。近年來，國家對環境的保護程度越來越高，習近平總書記提出了“綠水青山就是金山銀山”的科學論斷。為此，在路線設計時應結合當地政府對土地的規劃和環境的保護政策，積極響應國家政策，堅持“以人為本”的思想，堅持“最小破壞，最大保護，最多恢復”的環保原則，達到人與自然相統一的效果。

2 路線設計要點

2.1 工程概況

文章所依托的工程是某高速公路，推薦方案全長35.654km，采用雙向四車道、設計速度為80km/h，路基寬度為24.5m，全線共設置互通3處，橋隧比為46.39%，全線路基土方總量為124.5萬m3、石方總量為225.4萬m3。

2.2 陡坡路段設計

K5+879～K5+920段的橫坡度為0.87，該段設計為深挖路基，該段的橫斷面形式如圖1所示。方案1：靠近山體時形成深挖路塹，土石方開挖數量大，邊坡高度較高，防護和排水的圬工量較大。方案2：道路中線向左移動，橫斷面形式改變為半填半挖，該方案邊坡數比方案1少一級，但是由于坡度較陡，邊坡穩定性的安全系數較低易形成滑坡。該方案還會占用一部分農田并可能征拆居民住地。

圖1 K5+879—K5+920橫斷面形式

將兩種方案進行比較如表1所示，最終得到方案1的效果優于方案2。

表1 路線方案對比表

2.3 特殊地質路段設計

（1）巖溶路段。當地巖溶較多，以裸露巖溶和隱伏巖溶兩種形態存在，巖溶深度變化不一，洞深0.5～20.0m，一般有粉質黏土充填。由于巖溶發育具有不確定性，因此很難準確找到分布情況。巖溶分布的不確定性會給山區公路造成橋梁承載力不足，造成路基斷板、開裂、滑坡以及隧道滲水等現象。高速公路在巖溶地區的建設施工難度大、周期長，因此在路線設計時應盡可能避開巖溶地質范圍，如果路線走向必須經過巖溶地區，應設置適當的支擋物以及進行地基處理等，該項目部分巖溶分布及處理如表2所示。

表2 巖溶地段及處理措施

（2）滑坡路段設計。該地區裂隙發育，強風化巖石較多，抗風化能力較低，在陡坡地段易發生崩塌。巖層的軟弱層吸水飽和后抗剪強度低，穩定性差，雨季在雨水和自重的作用下易形成滑坡，尤其是高邊坡和陡坡地段。本項目在K23+600～K23+750、K29+500～K29+650段有兩處崩塌。該地區雨期降水量大，易形成崩塌或滑坡，路線設計時應避讓該地區，采取填方路基，避免山體滑塌影響公路的安全性。

2.4 土地規劃路段設計

路線設計時應結合當地政府對土地的規劃和環境的保護政策，積極響應國家政策，堅持“以人為本”的思想，堅持“最小破壞，最大保護，最多恢復”的環保原則，達到人與自然相統一的效果。本項目設計時隧道經過A、B、C三個礦區，由于B、C礦區附近的人口較少，對經濟的帶動作用有限，所以選擇經過A礦區，政府與礦區資源相關部門進行協調，確保礦業權人放棄高速公路建設范圍內的采礦權、探礦權等相關權利并取得主管部門相關批復文件，不增加高速公路與此相關的建設費用。

3 結論

（1）山區高速公路路線設計應多角度、全方面考慮地形地勢以及存在的不良地質情況，還應結合地形圖對所有的路線方案進行分析；當橫坡陡于2.5時，盡可能地調整路線的平縱組合形式，得到最優的路線方案。（2）山區高速公路路線方案的選定對工程地質的依賴性很大，對于不良地質情況優先選擇避讓，無法避讓時應設置相應的防護、排水、加固措施保證工程的穩定性和安全性。（3）近年來我國大力提倡環境保護，而由于山區高速公路選線很有可能造成生態環境的損傷，因此在設計路線時應著重考慮環保問題，建立“人與環境相協調”的設計理念，重視生態環保恢復設計。