山區公路路線設計與質量控制研究

祁榮欣

(甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 前 言

高質量的山區公路可以為駕駛人員提供較為優良的駕駛條件，并為地區經濟對外發展提供了豐富的交流渠道。隨著山區對外聯系的日益密切，山區公路設計開始呈現一種復雜化趨勢。相比建筑市場內的其他類型工程項目，山區公路項目在設計與實施中需要考慮更多的外界影響因素，設計線路時會受到地形、地勢等因素的干擾，施工會受到復雜地質環境的限制，如果在此過程中設計的線路存在不合理問題，或沒有將施工質量控制工作落實，勢必會對山區公路車輛行駛造成負面影響[1]。因此，本文此次研究將以G341線環縣至車路崾峴公路工程為例，進行線路設計與工程實施質量控制的研究。

1 山區公路路線設計原則

本項目施工圖設計路線方案依據初設批復，綜合考慮地形、地質條件、運營條件、區域房屋拆遷建設用地、工程造價等因素進行設計[2]。為了確保設計的成果滿足實際需要，下述將從兩個方面，對公路線路設計原則展開研究。

1.1 路線平面設計原則

根據工程項目的初次審批與項目施工區域的地質條件，提出下述8個方面的設計原則與標準。

(1)設計的公路路線走向應符合國省級公路網總體規劃要求，滿足《公路路線設計規范》(JTG D20—2017)文件中相應設計標準的要求，施工中嚴格遵循“因地制宜”的原則，結合施工作業區域的地形、地勢等外在因素，掌握標準化的工程施工與路線設計指標[3]。

(2)確保公路線路設計滿足要求或符合標準的前提下，需要加大山區現有公路的使用率，將降低設計工作量、簡化工程施工步驟、節約支出造價成本作為目標與基本原則。

(3)公路布線應結合當地山、水、林、田等綜合治理，減少占地，避免過多拆遷。

(4)設計時，要做好對設計區域沿線的地質勘查、水文地質環境調查，優選高質量技術指標，以優化道路設計后的車輛行駛條件，確保道路在投入使用后具有較強的同步通行能力，為駕駛人員提供一個相對優越的駕駛環境與車輛行駛條件，并減少貨物道路運輸的時間成本。

(5)設計中要全面兼顧“村鎮協同規劃”的原則，保證山區公路“近城”但“不進城”，實現設計的道路在市場內投入使用后既能保證交通便利的需求，又能滿足車輛快速通過的需要。

(6)設計時應關注道路線路的線性特征，要確保在此設計后，道路中的平、縱、橫等指標在道路上保持一致性，以確保設計的道路在投入使用后可以增強或優化行車的舒適性。

(7)充分利用現有舊路空間，在確保施工技術滿足標準的前提下，降低設計道路占用農田與水利工程的面積，盡可能減少拆遷。

(8)重視環境保護，認真考慮路線與沿線的旅游景點、文化遺址、文物古跡的相互關系，盡量避免大填大挖，以保護原有植被和水系，減少水土流失，促進旅游業的發展。

1.2 路線縱斷面設計原則

完成上述設計內容的研究后，根據工程項目在實施中的需求，提出針對山區公路路線縱斷面設計的三點原則，具體內容如下。

(1)在進行縱斷面設計時，要確保縱斷面與平面保持良好的協調關系，盡可能避免出現組合方面的問題。

(2)根據水文計算所確定的設計水位，確定沿河路基填土高度，以減少占用良田，保護環境。

(3)根據山區公路路線設計需求，科學合理地設計道路交叉方式與交錯點數量[4]。在此基礎上，盡量降低道路路基的設計高度，確保設計的路線在高度上符合需求。

2 山區公路路線設計

2.1 確定路線起訖點及主要控制點

以G341線環縣至車路崾峴公路工程的路線設計項目為例，確定其路線起訖點和主要控制點。本項目路線起點(K0+000)與G211線在二十里溝口(K248+100)處相接，路線終點(K78+730)位于車路崾峴。確定主要控制點為二十里溝口、虎洞鄉、劉園子、廟兒掌，車路崾峴(甘寧界)[5]。

2.2 路線平、縱面設計

在對該項目中的山區公路路線平面和縱面進行設計時，采用設計速度為80 km/h的一級公路標準完成設計，全線共設平曲線52處，最小半徑為420 m，設變坡點72處，最長坡長為790 m，最短坡長為340 m。項目設計段內有2段連續長下坡路段。第一段為K46+220—K55+720段，最大縱坡為4.3%，坡長為670 m；連續坡長為9.5 km，平均縱坡為1.76%。第二段為K62+692.7—K68+850段，最大縱坡為4.3%，坡長為790 m；連續坡長為6.157 m，平均縱坡為2.7%。

經視距檢驗，本合同段內共有14處平曲線不滿足停車視距的要求，但受地形地物條件限制，無法采用增大圓曲線半徑的方法來保證停車視距的要求[6]。故本次設計對該14處達不到停車視距要求的圓曲線半徑采用了在曲線外側加寬路緣帶的方法予以改善視距。具體加寬段落見表2。

表2 路線平、縱面加寬段落統計表

除表2中記錄的加寬段落之外，還包含另外8個加寬段落，均為右側加寬，由于篇幅有限不進行贅述。

2.3 路線平、縱組合設計

設計時，將公路的地形、地勢與自然景觀的協調性作為設計目標，在確保平面和縱面線路各自線形平順的基礎上，選擇二者技術指標均衡且協調的參數，以此確保后續山區公路使用時路面能夠實現更好的排水，并進一步提高車輛行駛的安全性[7]。同時，在路線空間位置上，根據規范要求進行設計，并在設計過程中杜絕不良線型搭配組合的問題產生，從而提高車輛行駛的舒適度。除此之外，在具體施工過程中，起訖點平縱面應使新建后線形與原有舊路銜接順暢、縱面平緩過渡，確保行車的安全、舒適。

3 山區公路建設質量控制

3.1 確定山區公路路線主要技術指標

為實現對山區公路建設施工的質量控制，首先需要明確山區公路路線主要技術指標。本項目施工圖設計階段嚴格執行《初設批復》，設計中結合初步設計評審會專家意見、初設審查意見及《初設批復》對路線方案進行了局部優化，優化后主線全長78.884 km，連接線長20.513 km，路線全長99.397 km，較《初設批復》減短1.765 km，基本一致；本項目主線與蘆家灣連接線技術標準與《初設批復》完全一致。

在原有交通量的基礎上，對該線路上總匯交通量進行預測，預計在2038年(設計年限)小貨、中貨、大貨、拖掛、小客、大中客的交通量分別為922 pcu/d、411 pcu/d、283 pcu/d、0 pcu/d、1 084 pcu/d、363 pcu/d，共計3 063 pcu/d。根據上述交通預測值，本項目毛井連接線在設計年限內日均交通量小于5 000 pcu/d，根據《公路工程技術標準》，該交通量所對應的為三級公路技術標準，故將該公路連接線指標降低為設計時速40 km/h、在設計年限內滿足使用要求，以此完成對山區公路路線主要技術指標的確定[8]。

3.2 橋梁質量控制

完成對路基路面的質量控制后，針對該山區公路上的橋梁結構的建設施工進行質量控制。針對橋寬變化較大或平曲線半徑較小的橋梁宜采用現澆連續箱梁結構。互通立交區彎、坡、斜橋結構受力復雜，應結合互通式立交設計優化、交通組成及路網代表車型，進一步加強結構分析和荷載驗算，加強橫向穩定性驗算，提高橋梁抗傾覆能力儲備，保證結構安全。針對主線常規橋梁建設施工采用預應力混凝土預制箱梁為主的方案，按照橋梁建設指導意見，進一步加強鋼結構橋梁方案比選，擇優采用。進一步優化孔跨布設和下部結構形式，合理確定樁基持力層，保證結構安全性和耐久性，降低全壽命周期成本。在具體建設施工過程中，對陡坡處墩臺的位置、承臺及系梁的埋深進行了優化，并按照穩定開挖邊坡坡率對需要開挖的墩臺進行局部開挖，以確保墩臺安全并減少對地表的擾動和對植被的破壞，對于開挖部分采用護坡防護，并設置平臺排水溝；對橋梁防護及橋梁抗震加強設計措施，確保橋梁安全。對鋼結構與混凝土結構橋梁進行經濟指標比較，本項目橋梁上部優先選用混凝土結構。依據地質詳勘資料，經過樁長計算合理確定樁基長度。采用預制預應力混凝土小箱梁，設計中對非標準跨度橋梁預制主梁及下部結構，根據不同受力狀態進行結構分析驗算，以確保結構安全。

3.3 隧道質量控制

在對隧道質量進行控制時，為進一步查明隧道工程及水文地質條件，重點查明洞口滑坡、崩塌、裂隙及落水洞等不良地質情況和洞身地層土石分界面，結合涌水量預測分析，完善針對性處治措施和應急預案，以保證安全。在該山區公路項目中，隧道洞口地形地質條件普遍較差，應加強洞口邊仰坡穩定性評價，進一步優化洞口設計，完善輔助開挖措施和邊仰坡支擋防護設計，細化洞口綜合排水系統設計，以保證安全。在施工過程中可采用復合式襯砌方案完成隧道建設，支護參數應根據隧道地質條件，借鑒本地區建設經驗綜合考慮確定，確保安全可靠，經濟合理。

在施工圖設計階段嚴格按照相關規范要求布設鉆孔，現場詳細勘察隧址位置周邊地表不良地質情況，設計中采取了相應的處置方案，以保證隧道安全。由于本項目中隧道進出口地質條件均為黃土，因此需要對洞口邊仰坡穩定性進行定性分析，對開挖較高的邊仰坡設置鋼管樁預支護體系，保證邊仰坡穩定，同時對洞口周邊黃土沖溝匯水、隧道洞內排水及洞外路面排水進行綜合考慮，合理引排。

綜合該區域公路隧道施工及后期運營過程中可能出現的問題，結合實際地形以及前后構造物設置情況，重點考慮新莊壕特大橋橋位設置合理，施工圖設計調整路線平縱，K58+544—K58+980段改用明挖方案通過，長436 m，如圖1所示。

圖1 隧道建設施工優化方案設計圖

4 質量控制效果分析

上文在完成了山區公路路線設計后，又從三個方面對山區公路建設質量控制方法展開了研究。為了證明本文設計的成果可以滿足工程施工需求，將G341線環縣至車路崾峴公路工程作為此次實踐檢驗的實例，選擇該施工線路中的一部分區段作為測試區域，按照本文設計的質量控制方法，從路基、路面方面，進行工程質量的宏觀調控。完成對施工中的質量控制后，山區道路中選擇10個測試點，其中2個測試點在公路前端與尾端，屬于固定測試點，剩余8個測試點隨機分布在公路中心位置，如圖2所示。

圖2 測試點布置示意圖

完成測點在區域內的布置后，根據《初設批復》文件內容可知，本文研究的道路工程屬于一級公路，限載55.0 t，將其作為參照標準，進行測點承載力的測試，測試結果如圖3所示。

圖3 山區公路承載力測試結果

從圖3可以看出，本次隨機選擇的10個測試點的承載力均大于55 t，滿足一級公路承載力標準，證明此次研究提出的山區公路質量控制措施符合公路施工需求，可在某種程度上實現對道路工程質量的提升。

5 結束語

本文以G341線環縣至車路崾峴公路工程為例，對山區公路設計原則、設計方法與質量控制方法展開了詳細的設計與研究，完成設計后，為了證明此項成果在實際應用中可以達到既定的效果，將提出的設計方法應用到了工程實例，證明了此次研究設計的成果可以提高工程質量。盡管此次研究已相對完善，但在后續的工程細部施工中，仍需要在施工時認真校對導線點，檢查測設標志是否松動、損壞，防止點位松動或破壞對測量精度的影響。同時，在施工安排時對受冬、雨季及汛期影響大的工程，要避免在冬、雨季及汛期安排施工，必要時應根據工程要求采取保溫、防雨及安全防范措施。