基于綠色公路理念的山區高速公路設計分析

黃澤浪

(中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176)

0 引言

為了推進綠色公路建設，國家相關部門提出了一系列綠色發展意見，但是，因山區地理環境等因素的限制，導致其施工難度增加。對此，施工單位在執行項目作業前，需對工程現場進行勘察，再通過各項數據把控，制定科學施工方案，輔之現代專業技術和綠色公路施工理念的融合，從根本上預防工程滑坡和坍塌等問題。

1 項目概況

某山區某高速公路建設項目，線路全長約78.5km，全線橋隧比例為64.3%，共設置互通式立體交叉7 座，服務區2 處。采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度80km/h，路基寬度25.5m。

本項目的建設加強了區域兩省之間的交流互通，形成了互聯互通的高速公路網絡，改善了區域交通條件，提供了應急抗災能力，構建了綜合立體交通樞紐體系，更是落實了地區“一帶一路”倡議和“長江經濟帶”戰略順利實施的關鍵，帶動了地方經濟發展[1]。

2 綠色公路勘察設計思路

2.1 路線設計思路

第一，加強生態保護，注重生態自然穩定發展，全面落實對生態環境治理保護的相關政策，促進生態保護設計活動開展，重點對生態自然、原生植被、濕地生態等進行保護，把現代技術應用其中，做好土石方工程量控制工作，科學調配，力爭做到“零棄、少借”。第二，科學保護耕地資源，推進項目選線和耕地基本建設相互融合，對線路方案審圖調查，合理利用未經利用的土地。對于經過農田區域的路段，在選擇道路路線時，必須要優先避讓農戶農田。在無法避讓的情況下，需要合理選擇路基方案及橋梁施工方案。如果必須占用農田，那么盡量減少農田占用，做好征地工作，給予農戶合理的補償。第三，在選擇地形地質線路方案過程中，需要綜合思考線路和地質條件、橋梁工程、隧道工程、地方規劃之間的關系，科學選擇。第四，通過對景觀資源的充分利用，避免破壞生態環境，應當在公路項目中留有一定空間來避讓生態景觀景區，也能夠使生態景觀和高速公路相結合。經過景觀區域時，使公路沿著邊緣通行，采用曲線形設計，避免直線通過從而破壞景觀的整體性，這可以給中途群眾觀看景觀提供便利條件，也能讓人們在旅途中欣賞到美麗的景色，保證人們的愉悅心情。第五，設計要從全生命周期的角度出發，不能只考慮節約當前短期成本，比如為降低成本，采用質量相對較差的原材料。從遠期成本來看，增加了后期的維護、維修成本，因此要將后期相關成本融入工程設計環節中，充分凸顯出全壽命特點，強調結構設計與養護設計的一致性，促進鋼結構橋梁使用，將其全壽命周期成本優勢全面發揮。相關部門應靈活使用高性能混凝土、高強鋼筋等材料，增加工程結構耐久性，保證結構使用期限，幫助相關部門控制公路運營維護成本。

2.2 路基設計思路

第一，結合地質地形，來合理設置，包括整體、分離以及半橋半路基等路基布置形式，結合實際情況，減少山體開挖和土石方數量，降低對生態環境的影響。第二，秉持因地制宜的原則合理選擇材料，在路基設計過程中盡量采用當地材料，減少施工成本，全面普及和推廣粉煤灰、礦渣等材料，實現建筑垃圾無害化處理。第三，加強腐殖土保護，對于復墾腐殖土來說，屬于不可再生自然資源，尤其是西南地區，很少進行碾壓腐殖土的處理，而是將腐殖土以及草皮存放處理，便于后期施工使用，應當做好植被恢復、土地再造等工作，加強水土保護，科學設計植被種植。第四，加強地勘管理，嚴格把控地質災害對生態環境的影響，保證道路和人民生命財產安全。在勘察設計中，應參與到工程現場中，加強地質勘察，避開順層滑坡、堆積等不良地質區，對于無法躲避的地質風險，應做好地質勘查工作，結合獲得的定制信息，采取相關措施進行防范，避免高填深挖，防止在施工建設中發生滑坡等地質問題。第五，提高公路景觀的設計，通常將公路景觀分成以下兩種類型：其一，公路工程自身的配套綠化景觀；其二，高速公路途經的原有生態綠化景觀。生態綠色景觀需要在分帶、路肩這些等高速公路范圍內的綠化。邊坡防護盡量采用植物防護方法。對于不可避免的砌體防護，應結合現場情況選擇適宜的措施，實現綠化和屏蔽。在植物恢復中，需要選擇一些成活率比較高的植物種植防止，以實現對原有自然環境的充分結合。高速公路選線需要合理，確定好公路與景區之間的距離，防止分隔生態景觀空間以及視覺景觀空間。公路在途經原有景觀景區的時候，不是采用路線直接切割的形式，而是利用曲線形設計，沿著景觀區域的邊緣地帶，或者通過隧道、橋梁等方式通行，把公路工程和原有的生態景區有機融合，并在公路中設置觀景臺休息區，也能在沿途中觀看優美的景觀，改善高速公路服務質量。第六，加強綠色服務區建設。在建設綠色服務區過程中，應該秉持節能環保的設計要求，把保溫、清潔能源等應用其中，全面實現服務區污水科學處理，推廣水循環利用技術，讓有限的水資源得到高效利用[2]。在服務區普及廢物再利用技術，科學分類收集廢物進行無害化處理。同時，鼓勵新建服務區加強生態環境保護，使得廢氣、污水排放滿足國家要求。

2.3 路面設計思路

首先，在公路工程行業快速發展的環境下，隧道技術越來越完善，本工程位于山區，隧道施工環節較多。山區地質環境復雜，存在一定的危險性，需要加強隧道設計的技術性和安全性。在施工材料方面，要從綠色節能的角度入手，可選擇溫拌瀝青技術，或是橡膠瀝青技術，這些瀝青材料的環保性高、耐久性好。對于橋梁瀝青路面，橡膠瀝青的應用可以減小瀝青層與橋面在荷載下相互作用所形成的形變，有效提升整體的耐久性，還實現了對廢棄材料的再利用，滿足綠色環保的理念。此外，面層材料要經實驗室反復實驗，合理配置材料、骨料的比例，從強度、耐久性等角度保障材料質量。在進行路面方面的設計時，應確定級配類別寬度，并結合沿線材料的室內試驗結果，科學調整級配曲線，以提高混合料在密實、防水條件下的粗骨料的配比設計，提升抗滑以及車轍的耐受能力。最后，可通過熱瀝青同步碎石封層技術，來減少基層水損害。這種技術將熱瀝青、下層混合料以及透層中的瀝青材料構成一個整體，使半剛性材料能夠和瀝青層形成一個完整的結構，大大增強穩定性、耐久性和抗老化性。

3 綠色公路理念在設計中的應用

3.1 設計標準

對于山區高速公路實際特點，根據項目運行情況，提出以下設計標準，具體見表1。

表1 工程需滿足的綠色公路標準

3.2 統籌資源利用，實現集約節約

3.2.1 集約利用通道資源

案例工程沿途所經河谷狹長，線路布置盡量減少對城鎮和當地道路的影響，靠近城鎮而不進入鄉鎮。當地道路路況僅能滿足準四級公路標準，大部分路段路基寬度小于6.5m，特別是K13-K33 段原道路寬度僅為3～4m，不符合施工標準，設計過程中根據結合理念對當地道路寬度進行更改，便于施工工作順利進行，合理使用當地資源[3]。

3.2.2 嚴格保護土地資源

線路布置應充分適應地形，盡量在山坡荒地上走線，繞過基本農田，對需要穿越基本農田的路段進行多方案論證比較。例如，K1+410-K13+400 段，該區域地形起伏較緩，居民和路基較為集中，沿線農田分布廣泛，經濟作物和珍貴保護樹種香椿分布較廣，電站、廠礦也是本段的控制重點，結合現場地形條件，線路布置可以考慮沿河和左邊山腳下的線路，提出線路K 與線路C 的方案，并對兩方案做比較；K44+600-K49+630段在線路布置過程中，避開廠礦和采空區，居民拆遷、耕地保護和規劃面積都是控制因素。高線位K 線方案的設計，節省了0.90hm2的土地面積，在低線位置，以與H 線方案相同的精度進行比較和選擇。注意線路的水平和垂直協調，盡量減少路基的高填深挖；在通過耕地路段時，應合理利用線路指標，盡量通過低填淺挖路基。

3.3 加強生態保護，注重自然和諧

3.3.1 推行生態環保設計

一方面，根據沿線地形地質控制因素，公路線形設計遵循“趨勢”要求進行布置，其布置應避開重要控制節點，適應地形，自然流動曲線平整，避免大面積挖填破壞原生植被，線性適應山區地形，曲線比例為70%控制。采用柔性生態擋土結構保護道路路堤邊坡；硬巖斜坡平臺種植藤蔓（見圖1），提高景觀效果。結合項目地質情況、氣候條件等，把沿線路段的特色文化和景觀科學布局，在實際設計中，展現出每個階段景觀特點。另一方面，根據逐條實測，案例路段內分布著大量國家二級保護植物——紅椿，路線布局避開紅椿林；對于直徑較大且“年齡”較大的樹木，盡可能繞行；對于小樹苗，通過邀請專家進行研究，合理移植，以保證其順利生存；對于一些無法避讓并且不能移栽的植物，應及時保護，這樣不但對珍貴植物進行保護，也滿足綠色公路發展要求[4]。

圖1 基于生態理念的山區高速公路路旁藤蔓種植

3.3.2 嚴格保護施工環境

在設置臨時通道時，充分考慮當地鄉鎮發展情況和實際需求，盡可能在既有道路基礎上或結合村鎮遠期規劃，根據實際情況提前設置要求修建地方公路。如果不能組合，在實際設計中應考慮恢復綠色基本要求。對于棄土場設計，應充分借鑒當地水土保持經驗進行生態保護和水土保持設計，工程完工后對棄土場進行平整處理，加強綠化改造，搞好水土流失防治，保證生態發展均衡。

3.4 著眼周期成本，建養并重

3.4.1 突出全壽命周期成本理念

在比較和選擇起點樞紐互通方案時，應根據全壽命周期成本概念進行整合、分析各方案的建設成本、運營成本和車輛繞行成本，盡管近期建設成本比較高，但建議B1 線和B2 線的生命周期成本最好。對于結構，選擇高性能混凝土、高強鋼筋、砂漿砌體全混凝土化及樁基回旋開挖，確保結構耐久性。推動鋼結構橋梁的應用，充分發揮全壽命周期價值，對于跨越高速公路和主要國家和省道的橋梁工程，選取鋼材組合梁結構。

3.4.2 全面實施標準化施工

在橋梁上下結構設計中，盡可能采用標準化設計方式，減少跨徑墩柱數量。如果是路基防護排水設計，就應采用標準化設計方法，利用預制構件完成建設工作。如果是橋梁上下部結構或者路基路面，就應合理編制通用圖，按照標準化設計要求進行施工[5]。

3.5 “五大專項行動”的落實

3.5.1 “零棄方、少借方”，著力實現填挖平衡

在綜合思考工程現場實際情況、填方和隧道洞渣數量的情況下，保證施工建設工作有序進行，做到土石平衡，綜合比較借土與縱向調運效應，盡可能做到縱向調用，減少借方與棄方。例如，通過對隧道地形情況調查與分析，選擇在K33 段設有集中高填方，減少隧道洞渣及棄方數量。全線設有八個棄土場，無取土場。

3.5.2 積極應用BIM 技術

本項目采用三維模型和外部采集測量系統，輔助外部采集測量，有效節省測量時間，提高外部采集質量；利用BIM 技術直觀、準確的特點，對內外部設計中的工作內容進行檢查和校對，有效減少施工后期的設計變更問題。在建設施工管理過程中，應建立智能建設管理系統，促進項目管理系統與物聯網、互聯網+、大數據等信息管理技術的充分結合實現項目全生命周期關鍵信息有效傳遞與共享。以項目管理系統為平臺，推進過程監測、結構風險監測預警、隱蔽工程數據采集、質量安全檢測、遠程視頻監控等技術在施工管理中的綜合應用，從而提高工程質量安全管理水平[6]。

3.5.3 推進綠色服務區建設

在服務區及監測分中心生活污水系統中，利用中水回用處理技術，污水經處理后可達到中水回用的安全標準，可以將其應用在地區綠化、道路沖洗、廁所沖洗等方面，節約水資源。處理工藝相對簡單成熟，操作管理方便，運行穩定，處理效果好，它不僅有效處理了水資源浪費問題，而且也能實現周邊地區環境的保護。根據項目區日照長、日照充足的特點，在生活熱水系統中引進太陽能熱水器，實現能源的供給。

4 結語

總之，在山區高速公路實際設計中，要深入了解綠色公路內涵，在勘察設計環節中把綠色節能理念應用其中，保證資源節約、生態環境保護、節能高效、服務改善等目標快速完成。在實際建設中，建設單位應不斷提高自身技術水平，把新工藝、新技術應用其中，提高施工水平和效率，為企業創造更多的效益。在本次探究中，把綠色公路理念運用在高速公路設計中，通過理論探究與具體項目的結合，在綠色公路理念引導下設計出了具體的施工方案，希望可以給相關部門綠色施工開展提供些許參考，促進我國綠色公路更好發展。