可持續發展的山區高速公路防洪規劃策略研究

歐 楠，李曉峰

（北京市首都規劃設計工程咨詢開發有限公司，北京市 100031）

0 引言

高速公路具有交叉口少、運行速度快、通行能力大的特點，是交通運輸現代化的重要標志之一。目前我國高速公路總里程已突破14 萬km，位居全球第一，以高速公路為骨架的公路網絡系統，構成了我國陸路交通運輸通道。高速公路工程規模大、建設投資大，對國民經濟增長有顯著的拉動作用，在推進城市化進程和解決就業等方面也發揮著重要作用。與此同時，高速公路工程作為人類改造自然的一項基本活動，長期處于自然環境中，項目建設與自然環境有著緊密的聯系，在規劃設計階段應注重工程技術標準與自然環境的高度融合，特別是在山區，由于地形地質、水文氣象等條件復雜多變，使山區高速公路更容易受到自然因素導致的病害侵襲。山區高速公路一般填挖方量大，對既有地形地貌會造成一定程度的破壞，從而導致地表徑流發生改變。水流沖刷的加劇破壞了路基的強度和穩定性，造成高速公路屢屢出現水毀與水損壞現象，已嚴重危及到國家財產和人民的生命安全[1]。基于此，在項目規劃初期重視高速公路防洪系統的構建，對于有效應對高速公路建設產生的水文生態問題，提升高速公路抵御水毀能力，實現高速公路可持續發展具有十分重要的意義。

1 山區高速公路防洪規劃的意義

1.1 山區高速公路的特點

山區地貌條件復雜，具有地形高差起伏大、溝壑縱橫等特點。山區高速公路較于平原區高速公路，平面線位展線困難，限制因素較多，路線大多依山旁水而行。山區高速公路布線主要有沿河（溪）線、山腰線、越嶺線和山脊線4 種。其中：沿溪線即沿著河岸或溪岸布設線路，河床縱坡較小，路線平縱線形指標較好；山腰線即在山坡半腰上布置路線，路線隨山勢曲折彎曲；越嶺線是指沿分水嶺一側山坡爬上山脊，在適當位置穿越埡口，再沿另一側山坡下降，需要克服很大的高差，線形較差，技術標準低；山脊線是沿分水嶺方向布設的線位，大多在山脊一側布置[2]。以上4 種選線方式中，由于河谷地帶縱坡變化小，利于高速公路平縱線形指標選取，且溪岸兩側多為居民密集地區，道路能夠更好地為居民出行提供服務，因此山區高速公路一般采用沿河（溪）線布設線位，以降低工程難度、節約投資規模。

1.2 山區雨洪對高速公路的危害

沿河高速公路路基一般采用半填半挖形式（見圖1）。路基主要承擔傳導路面車輛荷載的作用，是高速公路安全、高效運行的重要保障。其建造材料主要是土石類散體材料，容易受到地質、水、降雨、氣候、地震等自然條件變化的侵襲和破壞，抵抗能力較差。由于沿溪公路臨水較近，受洪水威脅較大，因此洪水是造成公路路基侵蝕損毀的重要影響因素之一。

圖1 高速公路路基各組成部分示意圖

（1）雨洪對邊坡的影響

山區高速公路依山傍水而建，降雨時水會沿山坡匯流到山溝。當降雨強度大于土壤滲吸速度，雨水不能及時滲入土壤時，便會產生地表徑流。地表徑流對路基邊坡的沖刷造成坡面水土流失。夏季連續性的暴雨，使土體的含水量增大、強度降低，導致邊坡失去了穩定性，從而造成邊坡滑坡、滑塌等病害。同時，暴雨將泥漿砂石沖到路面，隨雨水淤積至排水設施內，導致排水通道堵塞，從而加劇了水對路面和邊溝的沖刷和浸泡，造成更嚴重的病害。

（2）雨洪對路基的影響

山區河流中的河灣凹岸、股流、挑流等導致河水流速變大，對沿河高速公路路基產生的沖刷作用較強，破壞力大，導致路基產生水毀。此外，當地表水過多且持續降水過長時，未及時排除的雨水會通過路面滲透到路基內部。我國北方地區冬季較為寒冷，路基內的水會產生凍融效應，冬季路基結構內的水分凍結后膨脹，造成路面不均勻變形，甚至產生裂縫；春季氣溫上升，水分融化后被路基土體吸收，造成路基濕軟，強度下降，在車輛荷載的反復作用下，路面變形破壞，形成翻漿。

（3）雨洪對路面的影響

當山區降雨過多時，洪水水位超過路基標高，洪水漫溢路面，在水的浮力、側向壓力及沖刷作用下，路面產生下沉、開裂等病害，甚至隨路基一起滑移、坍塌。路面上匯聚的雨水形成覆蓋在路面上的水膜，當高速公路上行駛的車輛在高速通過較深的積水區域時，輪胎會浮在路面的水膜上，輪胎與地面接觸面減小，摩擦系數降低，導致車輛無法獲得足夠的附著力，車輛在制動和轉向時容易發生偏轉，從而引發交通事故。

1.3 山區高速公路防洪規劃的作用

山區氣象條件惡劣，降雨集中，雨量大，匯流時間短，流速快。在降水豐富的月份和年份，瞬間水流沖刷對公路路面、構造物及沿線設施的沖擊力量大，且破壞嚴重[3]。如2012年“7·21”特大暴雨使北京遭受到61 a 來最強暴雨及洪澇災害，造成10 660 間房屋倒塌，160 余萬人受災，經濟損失高達116 億元。房山區為北京西部山區，受災最為嚴重，暴雨形成的山洪溝流速過大、水位驟漲，造成房山區378 處河道堤防決口，38 人死亡，道路受損總里程將近2 200 km。

探究洪災形成的原因，主要為未建立科學有效的山區防洪體系。現狀山洪溝過流能力偏低，多數為5 a 一遇左右過流能力，“7·21”降雨小流域強度達到100 a 一遇以上，洪峰流量遠超山洪溝排泄能力，暴雨造成河道水位迅速上漲，導致河道兩側居民點受災嚴重。另外，由于人為對現狀溝渠的擠占，壓縮了渠道的過流能力，致使洪水漫出山洪溝沿著道路或其他低洼地區四處沖刷，造成人員傷亡，設施沖毀。

山區高速公路作為山區交通出行的重要通道，是聯系山區各城鎮的生命線，需要加強交通搶險保通能力建設，提高處置重、特大公路交通突發事件的能力。山區高速公路在設計階段受工程建設主體、投資規模等因素限制，路基防洪設計往往局限于邊溝、截水溝等路內排水設施，難以形成地區性的防洪排澇體系[3]。城市規劃作為一項頂層設計，能夠起到對城市建設的宏觀調控和區域協調作用，在規劃階段科學、系統地研究防洪排水方案，降低雨洪威脅，對延長山區高速公路使用壽命具有非常重要的作用。

2 山區高速公路防洪規劃原則及策略

2.1 規劃原則

山區高速公路的建設應在確保自身防洪安全的同時，不影響周邊地區原有的防洪體系，確保地區防洪排水安全。在規劃階段，應突出規劃宏觀視角、強調規劃統籌作用，以宏觀視角提出規劃策略，體現戰略性及協調性。同時，制定規劃策略要體現科學性，開展扎實的現狀踏勘及調研工作，獲取翔實的現狀資料及基礎數據，本著尊重現狀、充分利用現狀的原則，從實際出發，以創新的思維、科學的方法制定規劃策略。制定規劃策略還應本著保護與發展并重的原則，盡量降低對區域原有防洪排水體系、水生態環境的破壞及擾動，堅持綠色、生態、可持續發展的理念，建設高品質、高標準的公路防洪排水規劃體系。

2.2 規劃策略

在遵循上述規劃原則的基礎上，開展防洪規劃工作。首先開展詳細現場踏勘，對新建道路周邊現狀河道、山洪溝等防洪排水體系進行梳理，以攔截、疏導相結合為基本規劃思路，提出相應的規劃策略。

2.2.1 確定規劃標準

確定規劃標準，保證道路防洪安全。確定規劃標準一般包括：確定道路路基防洪標準、確定橋涵防洪標準。我國公路防洪標準頒布較新且界定清晰[4]，按照公路等級、橋涵等級確定其防洪排水標準。根據2014年頒布的行業標準《公路工程技術標準》（JTGB 01—2014），公路分為高速公路、一級公路、二級公路、三級公路及四級公路5 個技術等級。橋梁涵洞分類（見表1）執行《公路橋涵設計通用規范》（JTGD 60—2004），分為特大橋、大橋、中橋等5 個等級。《防洪標準》（GB 50201—2014）對公路各類建筑物、構筑物的防護等級和防洪標準規定見表2。

表1 橋梁涵洞分類表

表2 公路各類建筑物、構筑物防洪標準

2.2.2 構建完備的防洪體系

構建完備的防洪體系,提出防洪工程措施及規劃要求，確保地區河道、山洪溝行洪通暢。

受山區地形條件影響，山區高速公路的規劃建設及后期運營均會受到來自山區雨洪的威脅及影響，為此應建立完備的防洪排水體系。防洪體系包括：預留行洪排水通道，即橋、涵規劃條件；布置截洪疏導設施，即道路截洪溝、排水溝規劃；研究道路鄰近河道規劃措施及要求。以下為具體工程措施及規劃要求。

（1）預留行洪排水通道。當道路為路基段時，道路規劃線位跨越現狀河道、山洪溝時，應預留雨洪行泄通道。同時，對道路周邊地區防洪排水體系進行梳理，對因道路建設阻擋山區坡面流行泄的，也需要集中預留行洪通道，即提出跨河橋、過路涵規劃條件。一般來說：當相交河道、山洪溝規劃流量大于或等于25 m3/s 時，研究跨河橋規劃條件；當相交河道、山洪溝規劃流量小于25 m3/s 時，研究過路涵規劃條件。

根據相關規劃標準計算出過路橋涵處河道洪水位，提出沿線跨河橋梁建設要求：

a.為了地區防洪排水安全，在橋梁建設時，不得縮窄河道行洪斷面及河道上口寬，擬建橋梁底高程須滿足道路防洪標準下相應頻率的河道規劃水位超高條件。

b.橋梁建設中，在橋梁跨越100 a 一遇洪水淹沒線寬度小于30 m 的河道時，原則上不得在河道淹沒線內設置橋墩；對于河道100 a 一遇淹沒線寬度大于30 m 的河道，若需要設置橋墩，則同排橋墩應盡量與水流方向平行。

c.橋涵建設時要按規劃對橋區段河道進行整治，并與上下游河道接順。對于流速較大的河道，應對橋區段進行適當防護，具體參照道路相關規范確定。

（2）道路部分路基段周圍山洪水比較分散，為攔截無集中出路的山洪水，規劃沿道路填方段一側新建截洪溝，將洪水攔截并疏導集中接入附近的河道、山洪溝內。在規劃階段：明確截洪溝規劃標準，一般參照道路路基防洪標準確定；明確截洪溝承接流域范圍，計算截洪溝流量，提出截洪溝斷面尺寸控制要求等。規劃截洪溝一般采用混凝土板襯砌的梯形斷面，規劃溝底寬不小于0.5 m，邊坡系數為1，糙率為0.017。截洪溝具體位置應隨山就勢，靈活布置，并在設計階段結合道路具體方案進行細化。

（3）對與道路鄰近的順向河道，應研究滿足道路防洪標準下相應頻率的河道洪水淹沒線，并提出道路沿河道、山洪溝布置的相關規劃要求：

a.道路線位原則上不得布置在規劃河道洪水淹沒線范圍內，并應與規劃河道洪水淹沒線保持5 m以上安全距離。

b.當填方段道路與河道鄰近時，應做好鄰近側河坡的渠化及護砌工作，道路設計標高應滿足道路防洪標準下相應頻率的河道規劃水位超高條件。

c.由于山區河道縱坡較陡，流速較大，道路設計要考慮該因素的影響，做好相應防護措施，確保防洪安全。

3 結語

山區高速公路因其建設條件限制易受到山區雨洪的破壞，需要在規劃階段以宏觀的視角及區域統籌的理念提出規劃策略，包括建立完善的防洪體系，制定相應的防洪標準，提出防洪措施及規劃要求，提升公路抵御洪水的能力，實現高速公路可持續發展。