山区公路路线设计浅析

2016-08-10孟志锋宁德市交通工程勘察设计院宁德352100

福建交通科技 2016年3期

关键词：垭口纵坡选线

■孟志锋（宁德市交通工程勘察设计院，宁德352100）

山区公路路线设计浅析

■孟志锋
（宁德市交通工程勘察设计院，宁德352100）

本文结合福建省闽东山区普通公路设计实例，对山区公路路线设计原则和方法进行分析，包括沿溪线布设、越岭线布设的设计等，并就存在的问题提出解决措施。

山区公路沿溪线越岭线纵坡设计

0引言

山区地形复杂，山高坡陡，地质、水文、气候条件复杂，公路路线布设时要考虑的问题复杂多变，从而在一定程度上导致山区公路路线设计在技术和经验上面临着巨大挑战。近年来，伴随着我国社会经济的发展，山区公路的建设规模日盛，因此对山区公路选线技术与方法的深入讨论显得极为重要。本文通过对福建省闽东山区普通公路路线设计进行总结，提出山区公路路线设计的建议。

1山区公路选线的特点及选线原则

1.1山区公路选线的特点

山区公路路线的基本特点是地形条件特殊，山高谷深，陡坡流急，地形、地质复杂，可选方案多，公路桥隧比高；但山脉水系清晰，这就给山区选线指明了方向——不是顺山沿水，就是翻山越岭。

1.2山区公路选线原则

针对山区公路路线的特点，提出以下几点选线原则：（1）路线布设应大范围深入、细致地研究区域地形条件，进行多方案分析比选，不遗漏有价值的路线廊带。

（2）路线设计应坚持地质选线，选线时对路线廊带工程地质和水文地质进行深入勘测调查，确定路线的可行性。

（3）路线设计应在保证行车安全、舒适、迅速的前提下，做到工程量小、造价低、运营费用省、效益好。

（4）选线应重视环境保护，注意由于道路修建，汽车运营所产生的影响和污染。

2山区公路选线方案

在山区地形条件下，山区公路典型的选线方案主要有沿溪线、越岭线。因此以下针对这两种选线方案进行分析。

2.1沿溪线的布设

山区河流，谷底一般不宽，两岸阶地较窄，谷坡时缓时陡，间为浅滩和悬崖峭壁，水位受降雨影响暴涨暴落。

针对以上特点，沿溪线布设主要解决的问题有：路线选择走河流的哪一岸；线位高度的选择以及选择换岸地点。

2.1.1河岸的选择及换岸设计

山区河流河岸坡地地形、地质困难多变，因此沿溪公路设计是要善于“跨河换岸”，以利用有利地形、避让工程艰巨和不良地质路段。如在国省干线纵三线寿宁界至周宁城关段公路路线设计过程中，对桩号K37+100～K38+500段进行了不同河岸方案比选，见图1。

图1　山区平缓段路线布设方案

该段地形西岸整体较平缓，路线布设以西岸为主，如图1所示。在K37+250~K38+050段支沟较多且该段东岸地形也较平缓因此方案二设置桥梁跨至东岸避开支沟后再设置桥梁跨回西岸。方案一路线未进行换岸始终沿着西岸布设，需设置4座桥梁跨过支沟。经综合比较两方案路线平纵线形指标相当，而方案二桥梁工程量小，造价低，因此推荐方案二。

通过以上案例分析可知，在沿溪线河岸选择时应结合河岸地形与地质条件、支沟等情况进行综合考虑。通常情况下，路线宜选择在地形较缓、支沟较少、河流冲刷较轻的岸进行布设。

同时河岸的选择应结合河岸地质的影响。在跨河换岸时，一般选择横坡平缓的河岸为佳。但有些河岸虽然平缓却地质不良，常见的有顺层滑坡，如图2所示。右岸岩层倾向路线，横坡虽较为平缓，但开挖后易发生顺层滑坡的病害；左岸虽横坡稍陡，但岩层背向于路线，开挖后不易产生顺层滑坡。所以，河岸选择时，要特别注意地质情况的好坏，不能单凭横坡陡缓来决定采用哪一岸的问题。

2.1.2沿溪线线位高度的选择

山区河流一般河床较窄，河谷横断面多呈V形，谷坡陡峭，岸线极不规则，急弯、卡口、突嘴很多，沿溪线线位高度的选择直接决定沿溪公路工程规模。在寿宁县“镇镇有干线”托溪乡至纵五线公路路线设计过程中，对桩号K4+500~K8+800段进行了不同线位高度方案比选，见图3。

图3所示方案一采用低线位方案，地形变化小，路线顺直，线形指标高，路基落空段挡墙高度低，防护工程量小。方案二采用高线位方案，虽然整体地形横坡较缓，但地形变化大路线需套入山凹跨越河沟，路线长，线形指标低，且路基落空段挡墙高度高，防护工程量大。经综合比较选择方案一。

通过以上案例分析可知，在沿溪线线位高度选择时应结合谷坡坡度、跨越支流的方式、路基落空段挡墙高度等情况进行综合考虑。根据山区河流特点通常情况下沿溪公路以低线位为主，结合地质条件以及水流情况、经济成本等因素进行选择。

2.2越岭线的布设

越岭线是从山脊一侧山麓爬上山脊，在适当的地点穿过垭口，再下到另一侧山麓的路线，它是山区公路中常见和比较复杂的一种线型。越岭线的布设主要应解决的问题是垭口的选择、越岭线的纵坡设计。

2.2.1垭口的选择

垭口是越岭线的控制点，应在符合路线基本走向的范围内选择以及选择合适的过岭方式。

2.2.1.1垭口位置

越岭线垭口的位置应在符合路线基本走向的情况下，与两侧山坡展线方案综合考虑，不仅要采用低垭口，而且展线降坡后能与山下的控制点较好的衔接。而在实际工作中往往很难同时满足这些希望的条件。在具体路线中，有时为了走低垭口偏离路线走向而延长无效路线长度；有时为了强调垭口在路线走向上而走高垭口无法与坡下控制点很好的衔接。因此在越岭线布设时不能局限于某个条件，而是要针对每个项目的实际情况具体分析。

图2　线路地质选择示意图

图3　不同线位高度布设方案

2.2.1.2过岭方式的选择

越岭线过岭方式主要有明挖路堑和设置隧道两种方式。过岭方式的选择决定过岭标高，标高越低，路线就越短，但路堑就越深或隧道就越长，工程量就越大。因此，过岭方式应根据公路等级、垭口地形等情况，进行综合考虑。

针对过岭段山坡平缓，垭口宽而厚的地形，一般采用浅挖路堑的方式过岭，若采用深挖路堑或隧道方式过岭，不仅造成工程量大而且降低垭口标高的效果不明显。

针对过岭段山坡陡峭，垭口薄瘦的地形，一般采用深挖路堑或设置隧道的方式过岭，在工程量可控的情况下，能有效地降低垭口标高从而缩短展线降坡的路线长度。2.2.1.3案例分析

在屏南县省道303线前汾溪至路下段公路路线设计过程中，对桩号K22+000～K29+950段进行了不同垭口方案比选，见图4和表1。

图1所示山梨洋垭口及秋枫亭垭口均位于路线基本走向的范围内，垭口标高分别为1140m和1060m。山梨洋垭口属山坡陡峭，垭口薄瘦的地形，秋枫亭垭口属山坡平缓，垭口宽而厚的地形。虽然山梨洋垭口高程较高，但方案一采用设置隧道的过岭方式能有效地降低越岭高差，从而大大缩短路线长度。山梨洋垭口高程虽然高程较低，但垭口地形不适合深挖或设置隧道的方式过岭，所以方案二需克服的高差较大，路线也较长。经综合比较，方案一路线短，线形指标高，高程造价低，因此推荐方案一。

该案例在工可阶段设计人员简单地认为山梨洋垭口高程比秋枫亭垭口高出80m且需设置隧道，工程造价较高所以舍弃了山梨洋垭口。初步设计阶段经过深入细致地研究比选后增加了方案一，且最终施工图实施方案也采用了方案一。因此在越岭线选线设计过程中，切不可“浅尝辄止”轻易舍弃任何可能的路线方案，避免造成难以挽回的巨大损失。

2.2.1.4垭口地质

垭口是地质构造上的软弱地带，常有不良地质发育，应摸清其性质以及对公路的影响。山脊上之所以形成垭口，是因为软弱层、构造断层破碎带或断层陷落等原因造成。路线设计中应特别注意构造断层破碎带型垭口，路线从此类垭口鞍部通过一般会出现严重不良地质问题。如图5所示，宁屏公路王家洋垭口（K42+020～K42+170段）属于典型的构造断层破碎带型垭口，该段在施工过程中及建成通车后已发生多次大型滑塌，目前该段边坡仍然未处治到位。

图4　不同垭口方案比选图

表1　主要技术经济比较表

因此路线应尽量避免穿越构造断层破碎带型垭口。

图5　断层破碎带型垭口现场图

2.2.2纵坡设计

2.2.2.1平均纵坡的选择

“路线规范”越岭路线连续上坡（或下坡）路段的平均纵坡规定为“相对高差为200～300m时平均纵坡不应大于5.5%；相对高差大于500m时平均纵坡不应大于5%，且任意连续3km路段的平均纵坡不应大于5.5%”该规定在具体设计中只要认真对待，是不难做到的。但容易被忽略的是当相对高差大于500m时，对任意连续3km路段平均纵坡的控制，尤其是设计速度≤40km/h的公路，设计应特别重视。

具体设计，应根据地形、交通量等条件正确把握越岭线路线长度与平均纵坡的关系，条件许可时应尽量采用小的平均纵坡，以利于行车安全和提高公路服务水平。结合多年设计经验，越岭线平均纵坡设计时应特别注意重车比例较大的公路，大长纵坡公路重载货车下坡时极易因刹车制动失灵而造成交通事故。如宁古公路蕉城段金涵苗圃至东胡隧道进口段，连续下坡10km，相对高差400m，平均纵坡4%。虽然在闽东山区公路中该段公路的平纵坡不算太大，但是由于该段公路由古田往宁德方向的重载板材货车较多，目前通车不到5年已发生数十起因重载货车刹车制动失灵而造成的交通事故，给人民群众生命、财产造成无法挽回的重大损失。

因此平均纵坡的选择应特别注意分析公路交通组成中重车的比例，针对重车的比例高的越岭线尽量选择平均纵坡小的方案，并加强公路交通安保措施（如设置避险车道、货车休息加水点等措施）。

2.2.2.2纵坡的安排

越岭线的布设主要以纵坡为主导，因此展线必须从纵坡的安排开始。纵坡安排应根据已确定的垭口及山下控制点，进一步确定中间次一级的高程控制点如经过的村落、支线衔接点、中间垭口等控制点，各高程控制点纵坡应力求均匀，尽量少用极限坡度和过缓的坡度，并不设反坡。同时纵坡的安排还需结合路线廊带地形、地质情况，尽量将路线安排在地形较缓、地质较好的段落。

2.2.2.3纵坡指标的选取

越岭线的纵坡应力求均匀，不应采用最大值或接近最大值的坡度，更不宜连续采用不同纵坡最大坡长值的陡坡夹短距离缓坡的纵坡线形。