高原山区低等级公路改扩建设计思考

李俊兵，袁 松，王希宝，周威锦，黎良仆

(四川省交通勘察设计研究院有限公司 成都市 610017)

1 项目概况

牛背山位于四川省甘孜州泸定县、荥经县区域，山岭重丘区。通往牛背山的既有路整体等级偏低，平面线形差，纵坡大，全长52km，路基宽度2～6m。其中桐梓林桥头至街心花园段(以下简称 “泸定段”)37km既有路多数路段能满足四级公路标准，路基宽度4～6m；街心花园至山顶段(以下简称 “山顶段”)16km既有路无法满足四级公路标准，路基宽度2～4m。根据调查结果显示，既有路总体技术状况差，平纵指标低，路基宽度不足，病害多，防灾能力低，无完整的排水设施，道路通行能力严重不足。

项目位于高原山区，地形复杂，气候条件差，生态环境脆弱，不良地质发育，既有路是目前上山的唯一通道，建设条件极其恶劣。山顶段道路位于景区规划布局内，属于景区内部专用道路。泸定段道路是泸定、荥经两县联络线的一部分，规划为省道标准，但在荥经段道路打通之前，其功能作用同景区内部道路。

为满足牛背山旅游景区开发需要，优先对既有路改扩建，满足远景交通量需求的同时，结合景区发展需要，少开挖、少破坏、减少征拆、降低投资，确保道路建成后运营安全。

2 总体设计理念和关键技术问题的对策

根据既有路技术状况分析、项目特点、建设条件以及建设单位需求，制定项目总体设计理念：

(1)分段合理确定设计标准。

(2)预留远期升级条件。

(3)灵活确定技术指标。

(4)加强路基设计。

(5)重视安全性设计。

(6)做好路景协调与环境保护。

2.1 分段合理确定设计标准、预留远期升级条件

(1)分段合理确定设计标准

根据既有路状况分析，泸定段既有路技术标准相对较高，多数路段能满足四级公路标准，作为重要省道联络泸定、荥经两县，允许社会车辆、过境车辆通行，远期将承担较大交通流量。因此，泸定段适当提高道路标准，按双向两车道三级公路，30km/h设计速度，路基宽度7.5m标准设计。

山顶段既有路状况差，无法满足四级公路标准，如按三级公路标准进行改建，投资太大，作为景区内部道路，仅供景区内部车辆通行，远期交通流量极小，按照经济、适用、合理的理念，山顶段按单车道等外级公路设计，设计时速20km/h，路基宽度4.5m。

(2)预留远期升级条件

泸定段既有路存在3处重大地质病害路段，以K6路段为例，既有路基仅3～3.5m宽，内外侧接近垂直陡崖，既有内侧边坡高达40m，常有落石、掉块现象。如利用老路加宽，弯道多，线形差，老路基下方存在悬空的情况，外挑加宽路基存在整体垮下的可能性。

设计采用隧道绕避，可以有效解决平面线形和运营安全问题。K6隧道绕避方案见图1。

图1 K6隧道绕避方案

隧道方案工程投资上有所增加，造价分析见表1。

表1 K6路段方案简介及造价对比

根据造价对比及安全分析，结合荥经段道路短期内难以打通，泸定段道路作用同景区内部道路的现状，采用“一次设计，分期实施”思路，一期工程按“利用老路方案”，保证短期通行，待经济条件成熟，再将隧道工程纳入二期实施。

2.2 灵活确定技术指标

高原山区低等级公路应重视灵活性设计，结合功能定位、服务对象与自然条件，灵活确定技术指标[1]。文献[2]提出应根据各路段的特点，合理运用指标，做到安全、协调、美观、经济。文献[3]也提出坚持生态选线，灵活运用技术指标，少占土地资源。

(1)局部路段降低设计速度

受地形、地物条件限制的回头曲线、急转弯、连续小半径复曲线等困难路段，难以按照标准速度(30km/h、20km/h)设计。这些困难路段车辆实际运行速度会有所降低，通过适当降低设计速度(20km/h、15km/h)，采用降低后设计速度对应的平面、纵面技术指标，可以达到充分利用老路走廊带，节约投资的效果。

(2)灵活确定平面设计技术指标

山顶段既有路平面指标低，改建难度大，为充分利用老路，根据规划运营车型确定平面技术指标。

圆曲线最小半径是以汽车在曲线上能安全而又顺适地行驶为条件确定的[4]。在设计速度V确定的情况下，圆曲线最小半径Rmin取决于横向力系数f和超高i的选值，而横向力系数f又与汽车装载后的总重量和汽车转弯时的离心力有关，离心力又与设计速度V和半径R有关。因此可以采用已知半径R来反算横向力系数f值的方式，通过计算出的f值来判断R取值是否合适，f<0.2，当f>0.4时有倾覆危险。

以回头曲线为例：V=15km/h，根据规范i取6%，已知Rmin取10m，根据文献[4]公式f=(V2/127R)-i，可知f≈0.12，小于0.2，可以判断V=15km/h时，回头曲线Rmin取10m是合适的。虽不满足文献[5] 最小半径要求，但满足文献[6]单车道最小通行半径为10m的要求。

同时根据运营车辆转弯轮迹曲线校核最小半径曲线加宽后的路幅：以回头曲线Rmin取10m为例，圆曲线内侧加宽值采用1.5m，山顶段道路规划运营车型为考斯特(7005mm×2040mm×2645mm)，其实际轮迹曲线如图2所示。

图2 运营车辆考斯特转弯轮迹曲线图(单位：m)

由轮迹图分析可知，加宽后行车道宽度满足车辆转弯需求，回头曲线路段Rmin取10m是合理的，相比规范值更小。同理可确定一般路段圆曲线最小半径、施工车辆通行最小转弯半径及路幅宽度等。

山区低等级公路难以按规范推荐选用夹直线长度最小值，根据本项目设计速度低、运营车型固定、交通量小的特点，同向曲线夹直线最小长度按2V控制、反向曲线夹直线最小长度按1V控制，特殊困难路段可按会车视距考虑，结合驾驶人员反映时间，应保证不小于3s行程直线长度[7]。同时根据文献[8]，特殊困难路段应通过运行速度情况核查平面线形的连续性和协调性。

2.3 加强路基设计

(1)常规支挡结构的灵活运用

带边沟式路堑墙：为避免路堑边沟与挡墙分开浇筑造成沟底漏水的情况，项目采用路堑挡墙与边沟一体化设计，挡墙、边沟一次浇筑成型，墙顶设缺口，回填土绿化，如图3。该方案不仅可以解决沟底漏水问题，方便施工，还能通过墙顶景观打造弱化圬工结构对生态环境造成的影响。

图3 带边沟式路堑墙

抗滑短桩与格宾挡墙结合：对于岩质顺层边坡路段除采用挡墙、锚杆(索)框架防护外，还可以采用抗滑短桩与格宾挡墙结合的方式，抗滑短桩设计参数根据计算确定，桩间设格宾挡墙，墙顶回填土形成绿化平台，如图4。该方案可以避免施工时拉通开槽，同时短桩基坑开挖简便，破碎头辅以人工清理即可完成。

图4 抗滑短桩+格宾挡墙

(2)路堑碎落台灵活设计

根据文献[9]规定碎落台宽度不宜小于1m，山区公路改扩建实际操作很难，为避免大开大挖，项目分以下几种情况灵活设置碎落台：

①陡坡路窄段，地质情况良好，取消碎落台。

②地质情况差，设路堑墙段，利用墙顶做碎落台。

③一般土质、岩体破碎路段，需根据实际情况设置，路窄时采用0.5～1m碎落台，路宽时内侧宜填平做碎落台，避免积水。

(3)陡坡狭窄路段特殊结构设计

超高挡墙加宽结构：超高挡墙加宽方式适用于地质条件好、有条件做挡墙持力层基础的情况，见图5，其挡墙一般会做成反坡台阶型，并结合锚杆设计，泸定段道路采用超高挡墙达22m。

图5 超高加宽挡墙

墙柱式整体悬挑加宽结构：墙柱式整体悬挑加宽结构是立柱、墙体、挑梁、行车道板、纵梁及锚杆(索)连接一体共同作用，通过预留锚杆(索)、现浇混凝土等方式传递外力和变形的空间整体框架结构，适用于无条件实施挡墙、抗滑桩或桥梁墩柱的困难路段。为保证这类路段的施工安全和保通需要，在尽量不破坏生态环境的前提下，充分利用现有稳定路基。该结构是在稳定路基范围内用整体浇筑的墙柱式挡土墙形成路堤，以悬挑结构补足道路欠宽部分，用结构的方法来解决路面加宽问题，最大限度地杜绝深挖高填，并防止由此而产生的泥石流、滑坡、崩塌等地质灾害的一种新型结构，如图6。

图6 墙柱式整体悬挑加宽结构

2.4 重视安全性设计

2.4.1连续长大下坡路段安全保障措施

为尽量利用既有路纵断面，建设环保公路，减少高差设计带来的挡防和开挖量，项目有多处连续长大下坡设计。结合文献[10]的研究结论，对于弯坡组合路段应尽可能采取小纵坡并增大最小半径值，以提高山区公路弯坡组合路段安全水平。为确保运营安全，本道路采取了以下措施：

(1)增加回头曲线形成长缓坡。

(2)长陡坡段结合景区规划设置停车区和综合服务设施，供驾驶员停车休息、旅游观光。

(3)加强交安设计，设置减速带、增加停车区及严禁空挡滑行等警示标志、提高防撞护栏等级。

(4)特别困难路段强制慢行。

(5)加强冬季冰雪天气运营管理及养护要求。

2.4.2视距不足路段安全保障措施

由于平面技术指标的降低及地形条件的限制，多处回头曲线、急转弯存在视距不足的情况。项目采用的停车视距保障措施如下：

(1)高差小、视线好的路段，可以提前预判，不做处理。

(2)回头曲线弯道内侧削平作视距平台。

(3)急转弯道内侧拓宽开挖作视距平台。

(4)以上方式不可行的路段，设置凸面镜提供视距，同时辅以减速标线和警示标志牌提醒。

2.4.3路面横坡安全性设计

山顶段道路为单车道，地势险要，通过安全设置路拱横坡，将非超高路段单车道横坡朝山体内侧设置，可为驾驶员提供更安全的行车环境。

2.5 做好路景协调与环境保护

(1)路基支挡结构绿化设计

在带边沟式路堑墙、抗滑短桩与格宾挡墙等路基支挡结构顶部设平台培土绿化，栽植灌木及藤本植物，遮挡圬工结构，打造绿色公路。

(2)特色路面设计

山顶段属于景区内部道路，根据景区环境、特色，提炼出牛背山六绝。雪山提炼元素为三角形，日出日落提炼元素为圆形，星轨提炼元素为十字型星，将六绝元素运用到路面上，置于公里节点处，增强互动性与观赏性。云海提炼元素为条状粗宽与细窄波纹，结合减速带设计，标注提醒内容，增强警示性。

图7 牛背山六绝特色路面标线

通过路面特殊化设计，打造旅游观景点，建设美丽公路。

(3)植被保护

高原山区生态环境脆弱，植被恢复困难，项目挖方区施工时，对原生植被(大株灌木、乔木)进行移植保护；回头曲线视距平台，清除稀疏灌木，保留乔木，剔除乔木枝丫，保证视距。

(4)废方利用

项目挖方石料多，可挑选强度较高的石料加工制作片石、碎石等，作为路基换填、防排水工程、路面垫层以及混凝土骨料原材料，消化废方。

(5)弃土场综合利用

高原山区建设用地资源缺乏，为综合利用土地资源，项目结合景区旅游开发将其中3个弃土场打造为观景平台兼停车休息区，1个弃土场做拌合站、料场临建使用，提升了弃土场的价值。

3 结论与建议

(1)深入分析项目建设条件与项目特点是做好总体设计的关键。

(2)项目投资受限时，宜分段合理确定设计标准，同时预留远期升级条件。

(3)高原山区低等级公路应重视灵活性设计，结合功能定位、服务对象与自然条件，灵活确定技术指标。

(4)因地制宜地开展路基设计。

(5)结合项目技术状况分析危险路段，加强安全保障措施。

(6)做好路景协调与环境保护是景区道路设计的重点。