高原山區低等級公路改擴建設計思考

李俊兵，袁 松，王希寶，周威錦，黎良仆

(四川省交通勘察設計研究院有限公司 成都市 610017)

1 項目概況

牛背山位于四川省甘孜州瀘定縣、滎經縣區域，山嶺重丘區。通往牛背山的既有路整體等級偏低，平面線形差，縱坡大，全長52km，路基寬度2～6m。其中桐梓林橋頭至街心花園段(以下簡稱 “瀘定段”)37km既有路多數路段能滿足四級公路標準，路基寬度4～6m；街心花園至山頂段(以下簡稱 “山頂段”)16km既有路無法滿足四級公路標準，路基寬度2～4m。根據調查結果顯示，既有路總體技術狀況差，平縱指標低，路基寬度不足，病害多，防災能力低，無完整的排水設施，道路通行能力嚴重不足。

項目位于高原山區，地形復雜，氣候條件差，生態環境脆弱，不良地質發育，既有路是目前上山的唯一通道，建設條件極其惡劣。山頂段道路位于景區規劃布局內，屬于景區內部專用道路。瀘定段道路是瀘定、滎經兩縣聯絡線的一部分，規劃為省道標準，但在滎經段道路打通之前，其功能作用同景區內部道路。

為滿足牛背山旅游景區開發需要，優先對既有路改擴建，滿足遠景交通量需求的同時，結合景區發展需要，少開挖、少破壞、減少征拆、降低投資，確保道路建成后運營安全。

2 總體設計理念和關鍵技術問題的對策

根據既有路技術狀況分析、項目特點、建設條件以及建設單位需求，制定項目總體設計理念：

(1)分段合理確定設計標準。

(2)預留遠期升級條件。

(3)靈活確定技術指標。

(4)加強路基設計。

(5)重視安全性設計。

(6)做好路景協調與環境保護。

2.1 分段合理確定設計標準、預留遠期升級條件

(1)分段合理確定設計標準

根據既有路狀況分析，瀘定段既有路技術標準相對較高，多數路段能滿足四級公路標準，作為重要省道聯絡瀘定、滎經兩縣，允許社會車輛、過境車輛通行，遠期將承擔較大交通流量。因此，瀘定段適當提高道路標準，按雙向兩車道三級公路，30km/h設計速度，路基寬度7.5m標準設計。

山頂段既有路狀況差，無法滿足四級公路標準，如按三級公路標準進行改建，投資太大，作為景區內部道路，僅供景區內部車輛通行，遠期交通流量極小，按照經濟、適用、合理的理念，山頂段按單車道等外級公路設計，設計時速20km/h，路基寬度4.5m。

(2)預留遠期升級條件

瀘定段既有路存在3處重大地質病害路段，以K6路段為例，既有路基僅3～3.5m寬，內外側接近垂直陡崖，既有內側邊坡高達40m，常有落石、掉塊現象。如利用老路加寬，彎道多，線形差，老路基下方存在懸空的情況，外挑加寬路基存在整體垮下的可能性。

設計采用隧道繞避，可以有效解決平面線形和運營安全問題。K6隧道繞避方案見圖1。

圖1 K6隧道繞避方案

隧道方案工程投資上有所增加，造價分析見表1。

表1 K6路段方案簡介及造價對比

根據造價對比及安全分析，結合滎經段道路短期內難以打通，瀘定段道路作用同景區內部道路的現狀，采用“一次設計，分期實施”思路，一期工程按“利用老路方案”，保證短期通行，待經濟條件成熟，再將隧道工程納入二期實施。

2.2 靈活確定技術指標

高原山區低等級公路應重視靈活性設計，結合功能定位、服務對象與自然條件，靈活確定技術指標[1]。文獻[2]提出應根據各路段的特點，合理運用指標，做到安全、協調、美觀、經濟。文獻[3]也提出堅持生態選線，靈活運用技術指標，少占土地資源。

(1)局部路段降低設計速度

受地形、地物條件限制的回頭曲線、急轉彎、連續小半徑復曲線等困難路段，難以按照標準速度(30km/h、20km/h)設計。這些困難路段車輛實際運行速度會有所降低，通過適當降低設計速度(20km/h、15km/h)，采用降低后設計速度對應的平面、縱面技術指標，可以達到充分利用老路走廊帶，節約投資的效果。

(2)靈活確定平面設計技術指標

山頂段既有路平面指標低，改建難度大，為充分利用老路，根據規劃運營車型確定平面技術指標。

圓曲線最小半徑是以汽車在曲線上能安全而又順適地行駛為條件確定的[4]。在設計速度V確定的情況下，圓曲線最小半徑Rmin取決于橫向力系數f和超高i的選值，而橫向力系數f又與汽車裝載后的總重量和汽車轉彎時的離心力有關，離心力又與設計速度V和半徑R有關。因此可以采用已知半徑R來反算橫向力系數f值的方式，通過計算出的f值來判斷R取值是否合適，f<0.2，當f>0.4時有傾覆危險。

以回頭曲線為例：V=15km/h，根據規范i取6%，已知Rmin取10m，根據文獻[4]公式f=(V2/127R)-i，可知f≈0.12，小于0.2，可以判斷V=15km/h時，回頭曲線Rmin取10m是合適的。雖不滿足文獻[5] 最小半徑要求，但滿足文獻[6]單車道最小通行半徑為10m的要求。

同時根據運營車輛轉彎輪跡曲線校核最小半徑曲線加寬后的路幅：以回頭曲線Rmin取10m為例，圓曲線內側加寬值采用1.5m，山頂段道路規劃運營車型為考斯特(7005mm×2040mm×2645mm)，其實際輪跡曲線如圖2所示。

圖2 運營車輛考斯特轉彎輪跡曲線圖(單位：m)

由輪跡圖分析可知，加寬后行車道寬度滿足車輛轉彎需求，回頭曲線路段Rmin取10m是合理的，相比規范值更小。同理可確定一般路段圓曲線最小半徑、施工車輛通行最小轉彎半徑及路幅寬度等。

山區低等級公路難以按規范推薦選用夾直線長度最小值，根據本項目設計速度低、運營車型固定、交通量小的特點，同向曲線夾直線最小長度按2V控制、反向曲線夾直線最小長度按1V控制，特殊困難路段可按會車視距考慮，結合駕駛人員反映時間，應保證不小于3s行程直線長度[7]。同時根據文獻[8]，特殊困難路段應通過運行速度情況核查平面線形的連續性和協調性。

2.3 加強路基設計

(1)常規支擋結構的靈活運用

帶邊溝式路塹墻：為避免路塹邊溝與擋墻分開澆筑造成溝底漏水的情況，項目采用路塹擋墻與邊溝一體化設計，擋墻、邊溝一次澆筑成型，墻頂設缺口，回填土綠化，如圖3。該方案不僅可以解決溝底漏水問題，方便施工，還能通過墻頂景觀打造弱化圬工結構對生態環境造成的影響。

圖3 帶邊溝式路塹墻

抗滑短樁與格賓擋墻結合：對于巖質順層邊坡路段除采用擋墻、錨桿(索)框架防護外，還可以采用抗滑短樁與格賓擋墻結合的方式，抗滑短樁設計參數根據計算確定，樁間設格賓擋墻，墻頂回填土形成綠化平臺，如圖4。該方案可以避免施工時拉通開槽，同時短樁基坑開挖簡便，破碎頭輔以人工清理即可完成。

圖4 抗滑短樁+格賓擋墻

(2)路塹碎落臺靈活設計

根據文獻[9]規定碎落臺寬度不宜小于1m，山區公路改擴建實際操作很難，為避免大開大挖，項目分以下幾種情況靈活設置碎落臺：

①陡坡路窄段，地質情況良好，取消碎落臺。

②地質情況差，設路塹墻段，利用墻頂做碎落臺。

③一般土質、巖體破碎路段，需根據實際情況設置，路窄時采用0.5～1m碎落臺，路寬時內側宜填平做碎落臺，避免積水。

(3)陡坡狹窄路段特殊結構設計

超高擋墻加寬結構：超高擋墻加寬方式適用于地質條件好、有條件做擋墻持力層基礎的情況，見圖5，其擋墻一般會做成反坡臺階型，并結合錨桿設計，瀘定段道路采用超高擋墻達22m。

圖5 超高加寬擋墻

墻柱式整體懸挑加寬結構：墻柱式整體懸挑加寬結構是立柱、墻體、挑梁、行車道板、縱梁及錨桿(索)連接一體共同作用，通過預留錨桿(索)、現澆混凝土等方式傳遞外力和變形的空間整體框架結構，適用于無條件實施擋墻、抗滑樁或橋梁墩柱的困難路段。為保證這類路段的施工安全和保通需要，在盡量不破壞生態環境的前提下，充分利用現有穩定路基。該結構是在穩定路基范圍內用整體澆筑的墻柱式擋土墻形成路堤，以懸挑結構補足道路欠寬部分，用結構的方法來解決路面加寬問題，最大限度地杜絕深挖高填，并防止由此而產生的泥石流、滑坡、崩塌等地質災害的一種新型結構，如圖6。

圖6 墻柱式整體懸挑加寬結構

2.4 重視安全性設計

2.4.1連續長大下坡路段安全保障措施

為盡量利用既有路縱斷面，建設環保公路，減少高差設計帶來的擋防和開挖量，項目有多處連續長大下坡設計。結合文獻[10]的研究結論，對于彎坡組合路段應盡可能采取小縱坡并增大最小半徑值，以提高山區公路彎坡組合路段安全水平。為確保運營安全，本道路采取了以下措施：

(1)增加回頭曲線形成長緩坡。

(2)長陡坡段結合景區規劃設置停車區和綜合服務設施，供駕駛員停車休息、旅游觀光。

(3)加強交安設計，設置減速帶、增加停車區及嚴禁空擋滑行等警示標志、提高防撞護欄等級。

(4)特別困難路段強制慢行。

(5)加強冬季冰雪天氣運營管理及養護要求。

2.4.2視距不足路段安全保障措施

由于平面技術指標的降低及地形條件的限制，多處回頭曲線、急轉彎存在視距不足的情況。項目采用的停車視距保障措施如下：

(1)高差小、視線好的路段，可以提前預判，不做處理。

(2)回頭曲線彎道內側削平作視距平臺。

(3)急轉彎道內側拓寬開挖作視距平臺。

(4)以上方式不可行的路段，設置凸面鏡提供視距，同時輔以減速標線和警示標志牌提醒。

2.4.3路面橫坡安全性設計

山頂段道路為單車道，地勢險要，通過安全設置路拱橫坡，將非超高路段單車道橫坡朝山體內側設置，可為駕駛員提供更安全的行車環境。

2.5 做好路景協調與環境保護

(1)路基支擋結構綠化設計

在帶邊溝式路塹墻、抗滑短樁與格賓擋墻等路基支擋結構頂部設平臺培土綠化，栽植灌木及藤本植物，遮擋圬工結構，打造綠色公路。

(2)特色路面設計

山頂段屬于景區內部道路，根據景區環境、特色，提煉出牛背山六絕。雪山提煉元素為三角形，日出日落提煉元素為圓形，星軌提煉元素為十字型星，將六絕元素運用到路面上，置于公里節點處，增強互動性與觀賞性。云海提煉元素為條狀粗寬與細窄波紋，結合減速帶設計，標注提醒內容，增強警示性。

圖7 牛背山六絕特色路面標線

通過路面特殊化設計，打造旅游觀景點，建設美麗公路。

(3)植被保護

高原山區生態環境脆弱，植被恢復困難，項目挖方區施工時，對原生植被(大株灌木、喬木)進行移植保護；回頭曲線視距平臺，清除稀疏灌木，保留喬木，剔除喬木枝丫，保證視距。

(4)廢方利用

項目挖方石料多，可挑選強度較高的石料加工制作片石、碎石等，作為路基換填、防排水工程、路面墊層以及混凝土骨料原材料，消化廢方。

(5)棄土場綜合利用

高原山區建設用地資源缺乏，為綜合利用土地資源，項目結合景區旅游開發將其中3個棄土場打造為觀景平臺兼停車休息區，1個棄土場做拌合站、料場臨建使用，提升了棄土場的價值。

3 結論與建議

(1)深入分析項目建設條件與項目特點是做好總體設計的關鍵。

(2)項目投資受限時，宜分段合理確定設計標準，同時預留遠期升級條件。

(3)高原山區低等級公路應重視靈活性設計，結合功能定位、服務對象與自然條件，靈活確定技術指標。

(4)因地制宜地開展路基設計。

(5)結合項目技術狀況分析危險路段，加強安全保障措施。

(6)做好路景協調與環境保護是景區道路設計的重點。