平原區高速公路低路堤設計研究

李元新

摘 要：平原區高速公路路基設計受凈空、路基干濕狀態、排洪、通航和橫向通行等因素影響，一般采用具有一定填土高度的路堤，造成大范圍取土占地、生態破壞，有悖于綠色發展理念。本文從節約土地、綠色發展理念出發，就平原區高速公路低路堤設計與其他設計方案進行對比分析，探討平原區高速公路低路堤設計的可行性。

關鍵詞：平原區;高速公路;低路堤設計

中圖分類號：U416.12文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）03-0088-04

Research on Design of Low Embankment of Expressway in Plain Area

LI Yuanxin

（Henan Jiaoyuan Engineering Technology Group Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： The design of highway subgrade in plain area is affected by factors such as clearance， subgrade dry and wet state， flood discharge， navigation， and lateral traffic， which generally uses embankments with a certain fill height， causing large-scale land acquisition and ecological damage， which is contrary to the concept of green development. Starting from the concept of land saving and green development， this paper compared and analyzed the design of low embankment of expressway in plain area with other design schemes， and discussed the feasibility of low embankment design of expressway in plain area.

Keywords： plain area;highway;low embankment design

截至2019年底，河南省已通車高速公路里程約為6 967 km。根據《河南省高速公路網規劃調整方案》（2016—2030年），到2030年，全省高速公路網規劃總規模約為10 050 km。2020年9月8日，河南省政府印發《河南省高速公路網規劃（2021—2035年）》，其中新增路線3 750 km，規劃總里程達到13 800 km，擴容改造2 738 km[1]，近15年河南省高速公路仍有約9 600 km的建設規模（含擴容改造），建設任務依然艱巨。

河南省地勢西高東低，北、西、南三面分別有太行山、伏牛山、大別山，呈半環形分布;中、東部為黃淮海沖積平原;西南部為南陽盆地。平原和盆地、山地、丘陵分別占總面積的55.7%、26.6%、17.7%。平原和丘陵地形占比為73.4%，平原區及微丘區高速公路是河南省高速的主要地勢特征。

平原微丘區地勢相對平坦，人口眾多，農業發達，土地資源珍貴，取土困難，受構造物凈空、路基設計洪水頻率、路基干濕狀態和橫向通行等因素限制，高速公路一般采用具有一定填土高度的路堤，較少采用主線下挖、低填路堤、高架橋或地下高速等方案，由此造成高速公路填土高度居高不下，產生較大規模的取土占地、大填大挖，不僅增加了工程量及建設成本，而且一定程度上破壞了自然環境及生態平衡，有悖于綠色發展理念[2-3]。因此，本文就平原區高速公路低路堤設計進行探討。

1 平原區高速公路低路堤設計理念

平原區高速公路低路堤設計理念是在保證高速公路各項基本技術指標的基礎上，通過以橋代路、地下高速、優化構造物設置、優化橫向通道涵洞、設置輔路或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及綠色發展的主要目的，同時又兼顧建設及行車安全、公路景觀與原地形地貌融合統一、高速公路兩側橫向通行方便等需求，達到綜合效益及性價比最佳。

2 政策性指導意見

國家政策層面，相關部委及地方政府部門基于對土地資源的保護，對基本建設中避讓和保護基本農田也提出了相關指導意見，鼓勵采用低路堤或淺路塹方案。

交通運輸部發布的《關于實施綠色公路建設的指導意見》（交辦公路〔2016〕93號）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。

《國土資源部關于全面實行永久基本農田特殊保護的通知》（國土資規〔2018〕1號）指出，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。

《河南省高速公路網規劃（2021—2035年）》明確提出，要堅持綠色發展，要突出生態優先、尊重自然、保護環境、集約節約利用土地資源等建設理念。

3 降低路基填土高度的措施

控制高速公路填土高度的影響因素一般有：河流的防洪和通航標準、被交道路的通行凈空、高速公路路基的最小填土高度等。筆者認為，人們可以從以下幾個方面采取相關技術措施來降低填土高度。

3.1 以橋代路

采用高架橋通過基本農田、耕地區域，減少占地及大范圍填挖。

3.2 優化構造物設置

根據現場橫向通行需求及遠期通行規劃，每1～2 km設置必要的大中小橋、通道、涵洞等構造物，局部減少占地及大范圍填挖，僅在構造物處提升路堤高度，其間需要優化縱坡及安全視距方面的設計。

3.3 采用支線上跨高速

對相交的等級公路交叉方式進行分析，在條件許可時，盡可能使支線上跨高速公路，并配以輔路使支線形成輔路路網，提升支線交通通行能力。對機耕標準以上的地方道路進行歸并，形成輔路路網，并結合輔路路網，每2～5 km或根據地形特征及實際需要設置一處支線上跨天橋解決橫向溝通問題，設置輔道使輔路路網與支線上跨天橋銜接暢通，同時要特別注意完善排水設計。

3.4 適度采用高速主線下挖

設置支線天橋有困難時，在可能的情況下，高速主線盡量下挖，采用輕質管箱結構穿越，其間需要完善配套排水設計。

3.5 地下高速

采用地下明挖淺埋方式穿越耕地、農田區，不直接占用地上空間，為保證通風、安全、照明等，可以每2 km在淺路塹等適宜地段出入地下。

4 低路堤設計的影響因素分析

采用低路堤理念進行設計時，要盡可能地降低路基填土高度，同時保證其滿足基本的技術標準要求、安全要求、經濟要求、工期要求、社會影響及遠期養護等因素要求。其間，人們需要綜合比選，采用綜合效益最佳的設計方案。具體需要考慮的影響因素如下。

4.1 低路堤段落選取

低路堤段落選取時，一般情況下應避開以下路段。一是不良地質路段，以減小地基處理及路基不均勻沉降;二是溝塘密集、地下水位高的路段，防止毛細水上升影響路基干濕性能;三是圩區、內澇水位高的路段;四是城鎮、村莊、開發區等橫向通道密集的路段。從理論上講，以上路段進行低路堤設計是可行的，但需要增加額外的地基處理費用，存在路基遠期質量隱患、洪水及安全方面的隱患等不利因素，在實際設計中一般都采取避讓措施。

4.2 防洪需求

對于臨河路基或可能遭受洪水侵襲的地段，人們需要進行水文計算，設置合理的路基填土高度，防范或減少洪水對路基和通行的影響，同時兼顧區域防洪需求。

4.3 路基強度

填土過低或淺路塹段對地下水和路基工作區土基處置不當，會造成路基強度不足，影響路基穩定性。同時，為保證路基強度，上述路段可能存在壓實過度的問題，設計時需要考慮一定的處理深度和處理方法，會產生較大的投資費用。此外，為了便于與市政道路通行交流，在市政道路設計中，一定高度的填方路基遠期強度及穩定性要優于一般處理深度的淺路塹路基。

4.4 排水

平原區本身就存在排水不暢的不利因素，高速公路的修建不僅產生了路基路面排水，也阻斷了高速兩側的原有排水通道系統，將路基路面雨水引出路基范圍之外和采取有效措施保證高速兩側排水通道系統順暢是需要重點考慮的問題，必要時可參照市政快速路下穿低洼處的泵站強排方式處理。筆者曾遇到某高速在設計審查階段為了壓縮造價和路基填土高度，全線縱向高程下壓了1 m左右，雖然對大中橋影響不大，但對全線的通道涵洞產生了較大的影響，后期產生了較大的排水處理變更，增加了大量的投資費用及額外施工難度。

4.5 與地方道路交叉

高速的修建解決了縱向高速通行的問題，但阻斷了高速兩側原有的地方道路或無明顯道路的橫向通行方式。開展低路堤或淺路塹設計時，一般可采用被交道抬高上跨或高速主線下挖、被交道原位上跨的方式，可采用輔路與之連通，完善地方道路網絡，采取集中繞行方式解決橫向通行問題，但會造成支線上跨的一定范圍的高填路基及占地。

4.6 安全

在基本的防護、隔離條件下，低路堤或淺路塹設計可有效增加行車安全，降低事故損害，但也存在防護、隔離設施損壞情況下人員、車輛、牲畜進入高速或高速車輛沖出高速的安全風險，人們需要及時檢查、維護防護、隔離設施，以保證完好。

4.7 養護

低路堤或淺路塹設計方案路線離地面近，相比高填路基沉降較少，高空作業較少，遠期養護相對容易，極大降低了遠期養護施工難度和成本。

5 低路堤、高路堤、高架橋和地下高速等方案的比選

從技術角度考慮，低路堤、高路堤、高架橋和地下高速等設計、施工等均不存在較大的技術難度，但會對占地、工期、安全、排水、社會影響、養護和造價等方面產生較大的影響。根據以往參與項目的設計方案、理想配置、估算指標及市場行情等，參照擬定的近似理想的高路堤路段設計（選取10 km路段，僅考慮40處橫向排水、20處橫向通道，80 m中橋20座、200 m大橋4座，120 m天橋3座），以此為基準，采用其他設計方案進行替代，滿足高速主線、橫向通行及構造等需求，并對幾種方案進行大致的比選。

5.1 工程量對比。本研究對擬定路段主線的填挖、防護排水、涵通道、大中橋和天橋輔路等主體構造進行對比，其他方案對照替換，主要工程量如表1所示。

5.2 估算造價對比。按照表1擬定的主要工程量，采用交通運輸部提出的估算指標[4]及市場參考價進行估算（僅對上述所列工程量估算，不含其他附屬物、拆遷補償、工程建設其他費用，不能反映全要素造價，僅作為本文造價對比基礎使用），造價匯總如表2所示。

通過主要工程量替代，低路堤與高路堤方案在造價上相差不大，高架橋及地下高速方案造價為其2～4倍。

5.3 其他因素對比。下面從占地、工期、安全、排水、社會影響、養護和造價方面對四種方案進行對比分析，如表3所示。

5.4 定量對比分析。下面從占地、工期、安全、排水、社會影響、養護和造價方面對四種方案進行綜合分析，然后按照優、良、中、差四級，分別賦予分值4、3、2、1進行積分排名，評分計算匯總如表4所示。

經上述7個方面影響指標的綜合比選，低路堤設計方案綜合得分最高，而且在工期、安全、養護方面有較大優勢，在投資造價上也較為合理，不失為一種性價比較好的設計方案。

6 結論

從節約土地的思路出發，結合工期、安全、排水、社會、養護和造價因素方面的影響分析，低路堤設計方案是一種較好的設計方案，其設計和施工技術不存在較大困難。低路堤方案的主要工程量造價約為1 500元/m2，略高于路面同寬的市政快速路造價1 200元/m2（經驗值），但其在高速通行上明顯優于市政快速路。所以，低路堤設計具有一定的綜合優勢和發展前景，建議在后續的高速公路設計中予以關注、考慮和嘗試。

參考文獻：

[1]河南省人民政府.河南省高速公路網規劃（2021—2035年）[Z].2020.

[2]周建光.高速公路低路堤設計探討[J].科技資訊，2012（2）：60-61.

[3]孫任之.平原區高速公路低路堤設計方案比選案例分析[J].工程與建設，2020（3）：499-501.

[4]交通運輸部.公路工程估算指標：JTG/T 3821—2018[S].北京：人民交通出版社，2018.