平原区高速公路低路堤设计方案比选案例分析

孙任之

(安徽瑞成土木工程咨询有限公司,安徽 合肥 230088)

0 引 言

华北平原地势平坦、经济发达，人口众多，区域基本农田发达、土地资源珍贵、占地取土困难。高速公路为全部控制出入的多车道线形公路工程[1]，为满足两侧正常通行及生产生活需求，一般设置较多分离立交、通道、桥涵等构造物。受构造物净空及路基设计洪水频率限制[2]，较少采用下挖主线设计。一般平原区高速公路路基填高较高，并导致工程量增加、取土占地增加。

1 低路堤设计理念

低路堤设计理念是通过优化构造物设置、取消横向通道涵洞,或适当下挖主线压低通道净空、设置支线上跨代替主线上跨等措施，以达到降低路基填高、节地节土，实现土地资源可持续发展的目的。除此之外，低路堤可提高行车安全舒适性，公路景观与原地形地貌也能更好地融合统一[3]。低路堤设计并没有确定的填高范围要求，而是相对于传统路基设计在采取特定的措施后有别于后者的设计。

2 政策指导意见

交通运输部发布的《关于实施绿色公路建设的指导意见》[4]中明确要求，要严格保护土地资源，科学选线、布线，避让基本农田，禁止耕地超占，减少土地分割。积极推进取土、弃土与改地、造地、复垦综合施措，高效利用沿线土地。因地制宜采用低路堤和浅路堑方案，保护土地资源。

根据自然资源部2018年《国土资源部关于全面实行永久基本农田特殊保护的通知》[5]文件精神，重大建设项目确实难以避让永久基本农田的，经省级国土资源主管部门组织论证后，可临时占用，到期后必须及时复垦并恢复原状。

3 低路堤设计方案比选

本次选取的高速公路技术标准见表1。

表1 主要技术标准

3.1 低路堤方案总体设计思路

(1)合理选择低路堤设计段落。低路堤设计首先应具备技术可行性，并能兼顾两侧交流沟通功能，以产生最佳的综合效益[6]。因此低路堤段落选取，应避开以下路段：①不良地质路段，以减小地基处理及路基不均匀沉降[7]；②沟塘密集、地下水位高的路段，防止毛细水上升影响路基干湿类型；③圩区、内涝水位高的路段。④城镇、村庄、开发区等横向通道密集的路段。应尽量选择主线未设置分离立交、桥梁等大型构造物或设置较少的路段。

本项目选取B线纵面比较段远离村镇，路网相对稀疏，无桥梁及分离立交，通道涵洞数量较少。B线平面同K线，桩号范围：BK17+700=K17+700,BK23+000=K23+000，全长5.3km。

(2)沿线设计控制参数调查。设计控制参数主要包括：农用机械高度、沟渠排灌要求、设计水位平原区农业生产已经规模化、机械化，对沿线通行的主要农用机械、车辆高度应详细测量；涵洞孔径应以排水灌溉需求及农田水利治理规划为依据。平原区地势平坦排水困难，路基高度必须满足设计洪水频率的要求，对行洪区、圩区、有内涝区域应参考调查、洪评资料确定设计水位。

本项目沿线农业收割机高度为2.5～3.6m；沿线无内涝水位。

(3)降低构造物工程规模,核减构造物数量,合理设计支线上跨。

综合调查区域路网分布、规划资料及居民出行习惯，采取降低分离立交规模、改桥为涵、核减通道涵洞数量，下挖以压低通道涵洞顶面高程、减小通道涵洞净高等措施。

支线上跨与沿线居民的固有出行习惯不符，由于农业生产生活采用步行、非机动车方式出行率高，上下坡带来不便，且不利于交通安全，因此应慎重设置支线上跨。根据经验，平原区居民首选在原路设置过路通道，没有条件的，倾向于改路短距离绕行。对无法避免设置支线上跨的，应合理确定位置及接线设计。平原区支线上跨桥头填土高，接线距离长，应采用挡墙收缩坡脚节省占地。纵坡应采用满足规范的大值，做好安全设施设计，最大程度减小支线上跨的工程规模。否则将与低路堤设计节地、节土的初衷不符，无法体现其优越性。

本项目B线相对于K线核减通道4座，K、B线均未设置支线上跨。

(4)核查核减通道处是否需要设置涵洞。平原区农业发达，对排水灌溉要求较高，并且有沿路挖渠的传统。在部分通道取消后，仍要保证水系的畅通。因此应加强外业调查，对部分核减的通道设置涵洞以满足生产需求。

本项目B线相对于K线核减通道4座，为满足排水灌溉要求，增加3座1-φ1.5m圆管涵。

(5)根据调整后的构造物净空及水位要求合理降低主线纵断面。根据调整后的构造物设置，逐一复核构造物净空，反算出最小设计高程值作为设计控制高程，然后结合其他控因素进行纵断面设计。坡长设计应秉承“短坡长”原则，尽量减小坡长设计，避免填土过高。建议可根据构造物数量的不同，坡长控制为400～700m。一般平原区高速公路纵坡设计较为平缓，而低路堤设计的核心是减小路基填高，因此在满足构造物净空及行车安全舒适性的前提下，应适当增大坡度，秉承“快起快落”原则，最大限度地发挥低路堤设计的意义。

本项目B线最大纵坡1.8%，平均坡长530m。

(6)考虑“永临结合”，完善线外工程设计。统筹路系水系调查资料，重点关注取消通道处的出行需求，以最小距离的改路、改沟保持道路与水系的通畅。

高速公路施工便道“永临结合”可将惠民程度最大化,同时可大幅度减少临时占地数量[8]。在2020年全面建成小康社会的时代背景下，设计时应充分调查地方政府意见，紧密结合地方农村公路建设规划，充分考虑当地居民需求，以“建管养”扶贫一体化的原则，通过前瞻性的设计，避免地方道路重复建设而造成资金、土地资源的浪费。

3.2 方案比选内容

纵面比选段设计高程控制因素为通道净空。本段K线共设置12座通道，其中1-6×4.0m车行通道3座，1-6×3.5m车行通道1座，1-4×3.5m车行通道8座。根据现场调查，1-6×4.0m车行通道处为该区域主要道路，不具备取消条件。经核查纵断面设计，K19+000处1-4×3.5m车行通道位于凸曲线顶点，由于K18+517处通道净空限制，该处填土高度最高达到5.50m，取消该通道后，可显著减小最大填高，纵断面优化明显(图1)。

图1

K21+145处1-4×3.5m车行通道处于凹曲线底端，填土高度为4.25m，取消该通道后，可显著减小填土高度；同时取消K19+933处1-6×3.5m车行通道、K22+156处1-4×3.5m车行通道(图2)。

图2

除此之外，K21+637处1-4×3.5m车行通道处于凸曲线顶端，填土高度为5.10m，采用适当下挖通道的方式压低纵面将填土高度降为4.12m(图3)。

图3

B线与K线技术指标、工程量对比详见表1。

表1 比较线技术指标、工程量对比表

3.3 低路堤设计方案优缺点分析

(1)B线方案优点：

①路堤填土高度降低，借土减少，征地拆迁减少，利于土地资源的保护，工程造价降低。

(2)B线方案缺点：

①由于纵面设计高程降低，造成部分通道净空不足。平原区排水困难，下挖易造成积水，影响使用功能,增加运营期养护成本。

②由于通道数量减少，绕行距离增加，给沿线居民生产生活带来不便。

③社会影响小、施工难度大，易造成阻工、增加通道或支线上跨等设计变更。

4 比选结论

比较线全长5.3km，低路堤设计方案可减小填方、征地拆迁，节约造价。其中每千米减少通道0.755座、填方3.174万m3、征地2.397亩(1亩≈667m2)、造价400.626万元。

B比较线虽然路堤填土降低，借方、征地及造价减小，但减幅并不显著。由于低路堤造成通道净空、数量无法满足正常使用要求，易积水、增加绕行距离，给沿线居民生活生产带来不便，并且施工期间易造成纠纷及设计变更。综合从有利于项目的建设、运营角度及社会影响出发，经专家组评审，同意采用K线方案作为推荐方案。

5 结束语

在国家提倡“绿色公路、品质工程”的新形势下，在土地政策红线不断紧缩的压力下，探讨平原区低路堤设计具有非常必要且现实的积极意义。经过本项目的比较可知，低路堤设计的适用性，与项目所经区域自然地理条件紧密相关，同时也受经济、人口密度、农业水利发达程度、社会环境深刻影响。

对高速公路两侧交流沟通密切的经济、农业发达地区，低路堤设计节地节土并不显著。低路堤设计依赖于有利的外部环境，选取段落的连续性难以得到保证，难以形成规模效应，反而会产生建设运营管理问题及不良社会影响，不利于和谐社会的创建。可以寻求以桥代路、设置挡墙、桩板式路基[9]等措施。同理，对两侧交流沟通程度低，远离城镇的区域，低路堤优势逐步显现。设计中应加强对低路堤可行路段的甄别，且应重视对低路堤短板的专项设计，如与沿线政府沟通并签订书面协议、完善通道排水设计、支线上跨接线设计、改路改沟、注重“永临结合”等设计内容，同时应着重解决路基不均匀沉降问题、路基承载力降低等问题[10]。