彭立勇 胡玉華

摘 要：十三五期間，湖南省高速公路建設(shè)取得了巨大成就，東部、南部平原微丘區(qū)高速交通網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)基本成型。十四五期間，湖南省西部山嶺重丘區(qū)高速公路建設(shè)將提速，但山區(qū)高速公路由于地形陡峻，地面橫坡大，路線方案的局部優(yōu)化會帶來棄渣數(shù)量的較大變化[1]，合理的處置棄渣是山區(qū)高速建設(shè)中的一大難題，橋改路基是一種可行的方案。本文以湖南西部某山區(qū)高速公路橋梁方案與路基方案比選為例，從工程建設(shè)難度、工程安全、生態(tài)效益和工程造價上進行了探討。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速;橋改路基;工程適宜性;生態(tài)效益;工程安全性;工程造價

中圖分類號：U416.1;U445.55 文獻標(biāo)識碼：A

0 引言

由于山區(qū)高速具有地貌復(fù)雜、地形起伏變化大、安全環(huán)保問題突出等特點，導(dǎo)致其路線平縱面受制約因素多，往往伴隨著高填深挖路段多、土石方數(shù)量大、防護支擋困難、施工難度大等特點[2]，當(dāng)路線方案進行優(yōu)化時，局部路段易出現(xiàn)棄方較大的現(xiàn)象，合理的處置棄渣是山區(qū)高速建設(shè)中的一大難題。當(dāng)棄渣場位置較難選擇或者棄渣成本較高時，橋改路基是一種可行的方案，但是橋改路基后的路基方案往往易出現(xiàn)填土高度大于20 m的高填方段落，山區(qū)高填方段落施工難度較大，同時可能出現(xiàn)穩(wěn)定性不足的問題。同時山區(qū)耕田資源寶貴，在工程量增加不大或無其他明顯制約因素的情況下，宜從技術(shù)、經(jīng)濟、用地、環(huán)境保護等方面對橋梁方案與路基方案進行全面比選進行綜合比選[3]，優(yōu)先選擇能夠最大限度節(jié)約土地、保護耕地、環(huán)保經(jīng)濟的方案[4]。

1 項目基本情況

1.1 工程概況

湖南西部山區(qū)某高速公路屬于國家高速公路網(wǎng)湖南境內(nèi)段落，路線全長82.383 km，公路等級為雙向四車道高速公路，設(shè)計速度100 km/h，路基寬度26.0 m。項目位于湖南省西北部的武陵山區(qū)和澧水流域，主要為山嶺重丘區(qū)地貌，地勢總體北部高，南部低。沿線地形起伏大，一般標(biāo)高200 m～800 m，相對高差一般60 m～300 m，山體走向整體多為北東向和北東東向，地表切割強烈，山間溝谷多呈“V”字形[5]。

該項目原方案推薦線服務(wù)區(qū)線位主要位于山腰，地勢起伏較大，服務(wù)區(qū)設(shè)置較為困難，不利于實現(xiàn)服務(wù)區(qū)的基本功能。同時推薦線位服務(wù)區(qū)周邊存在三顆古樹，其中最大的一顆接近千年的歷史，服務(wù)區(qū)的修建可能對古樹產(chǎn)生不利影響，初步設(shè)計對服務(wù)區(qū)位置進行了優(yōu)化，以避免對既有道路、古樹、居民生活區(qū)的干擾。

服務(wù)區(qū)方案優(yōu)化時將服務(wù)區(qū)設(shè)置在K23+500～K25+500段落。該段落位于山丘群的頂部平臺，路線左右側(cè)地勢基本相當(dāng)，服務(wù)區(qū)設(shè)置條件好，同時服務(wù)區(qū)未侵占生態(tài)紅線范圍，同時周邊小型沖溝較多，棄土方便。但路段位于山嶺重丘區(qū)，地形起伏大，服務(wù)區(qū)位置變化導(dǎo)致該路段高填深挖路段增長，因此該處設(shè)置服務(wù)區(qū)所產(chǎn)生的土石方量較大。

1.2 橋改路基方案研究

原方案（服務(wù)區(qū)位置調(diào)整前）挖方為204.8萬m3，填方為184.2萬m3，現(xiàn)方案（服務(wù)區(qū)位置調(diào)整后）挖方為321.3萬m3，填方為236.6萬m3，調(diào)整后挖方增加126.5萬m3，填方增加52.4萬m3。經(jīng)過土石比換算后棄方89.5萬m3，相對于原方案增加了61.6萬m3的棄方數(shù)量，這將大大增加棄土場的數(shù)量。該段路線沿線人口分布稠密，村莊較多，大型棄渣場的設(shè)置對當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境破壞大，且路線走廊帶周邊為武陵山區(qū)生物多樣性及水土保持生態(tài)功能區(qū)，屬于限制進行大規(guī)模高強度工業(yè)化城鎮(zhèn)化開發(fā)的生態(tài)區(qū)域，需要對當(dāng)?shù)卦锒鄻有赃M行有效保護，可供選擇的大型棄渣場較少。

棄渣場的選擇只能選在10 km之外，不僅用地面積增加較大，而且運距較遠，這將大大增加工程造價。同時而且由于棄渣場的位置多位于沖溝，地表高低起伏較大，匯水面積較大，存在穩(wěn)定性不足的問題，可能帶來次生災(zāi)害，影響居民村莊的安全。

為了有效減少棄渣，切實保護環(huán)境，同時為了降低造價，初步設(shè)計線位優(yōu)化時將曾家埡1號、大橋二房坪2號中橋改為路基，本文以曾家埡1號大橋橋改路基方案為例進行分析，橋梁方案與路基方案如圖1、圖2所示，橋改路基前后基本情況表如表1所示。

2 橋改路基優(yōu)化前后特性分析

2.1 工程適宜性分析

橋改路基后具有以下優(yōu)點：

（1）消化棄方：可消化廢方57.5萬m3，棄方由89.5萬m3減少至31.2萬m3，棄方規(guī)模與工可相差無幾，有效減少了棄方數(shù)量。

（2）優(yōu)化工可棄土場位置：曾家埡1號大橋由橋改為路基后，將該段高路基與沖溝形成的約2.2萬m2的低洼地帶（原橋梁上游）設(shè)置為棄土場，棄土高度可達到填方二級平臺標(biāo)高，可全部容納全部棄方。相對于工可同時優(yōu)化了棄土場選址，棄土運距由10.0 km縮小至2.4 km，棄土運距縮小了76%，優(yōu)化了棄土場位置。

（3）利于施工組織：橋改路基后，棄土場位置得到了優(yōu)化，有效縮短了施工便道總長度，優(yōu)化了施工組織方案，減少了施工難度。

2.2 工程生態(tài)效益分析

路線走廊帶周邊為武陵山區(qū)生物多樣性及水土保持生態(tài)功能區(qū)，屬于限制進行大規(guī)模高強度工業(yè)化城鎮(zhèn)化開發(fā)的生態(tài)區(qū)域，需要對當(dāng)?shù)卦锒鄻有赃M行有效保護。因此，路線對環(huán)保要求較高，設(shè)計時應(yīng)盡量將對環(huán)境的影響降到最低。橋改路基后能產(chǎn)生一定的環(huán)保效應(yīng)，有利于綠色公路設(shè)計理念的實施，主要如下：

（1）山嶺重丘區(qū)棄土場選址一般位于低洼處，類型多為耕地和林地。橋改路基后，減少了棄土場、施工便道等對耕地和林地的占用，減少了環(huán)境破壞，節(jié)約了土地資源，有效保護了生物多樣性，生態(tài)效益明顯。

（2）橋改路基后，在K23+200樁號左側(cè)設(shè)置棄土場（見圖3），該棄土場位置緊靠路基，公路建設(shè)期間可直接作為混凝土攪拌基地、施工駐地、預(yù)制梁場地、工程材料堆放地等，可減少公路臨時用地對土地的占用，有利于土地資源的集約利用，符合綠色公路的設(shè)計理念。

（3）橋改路基后，可減少橋梁建設(shè)用材和專用設(shè)備投入，減少棄土場支擋防護設(shè)施投入?？梢源蟠鬁p少混凝土、鋼筋等高耗能的永久性圬工材料的使用，例如可以減少橋梁模板、擋土墻模板、架橋機等專用設(shè)備的使用，減少燃料用量和碳排放量，降低了工程施工過程中對環(huán)境的影響[3]。

2.3 工程安全性分析

（1）橋改路基前，由于棄方量巨大，需要選擇多處棄渣場，但由于山嶺重丘區(qū)特殊的地形地貌條件，棄渣場的位置多位于沖溝或者橋梁上游處，匯水面積較大，可能帶來滑坡、泥石流等次生災(zāi)害，影響居民村莊的安全;橋改路基后，可以有效避免這類隱患。

（2）橋改路基后，產(chǎn)生了兩處最大中心填土高度分別為35.6 m和31.3 m的路堤，按照規(guī)范要求[6]，填土高度大于20 m的路堤為高填方路堤。由于高填方路堤填筑高度和土方工程量都比較大，存在邊坡垮塌、路基沿邊坡滑動、路基不均勻沉降、路基沉陷等病害，需要對其進行穩(wěn)定性分析，并采取一定的工程措施防止這些病害的產(chǎn)生[7]。

采用圓弧滑動法對K23+400斷面路基穩(wěn)定性進行分析，由于項目位于山區(qū)，路基填筑采用土石混填，土體基本物理力學(xué)參數(shù)如表2所示：

計算結(jié)果圖如圖3所示，經(jīng)計算，滑動半徑為85.901 m，總下滑力為5 078.907 kN，總抗滑力為6 872.123 kN，滑動安全系數(shù)為1.353，滿足規(guī)范[6]中最小安全系數(shù)不小于1.35的要求。

為了減少橋改路基后高填方可能帶來的病害，主要采用以下處置措施：

①采用開山石渣對沖溝底部不滿足承載力的軟弱地基土（表層軟塑狀黏土層、過濕土）進行換填，提高地基承載力，減小地下水和沖溝積水對路堤填土的影響[8]。

②地面陡于1：5時均需開挖臺階，臺階開挖寬度大于2 m。臺階向內(nèi)傾2%～4%。

③路堤材料采用土石混填，采用分層填筑、分層碾壓的方式進行填筑，檢測達到規(guī)范規(guī)定的94%壓實度后，方可進行路床沖擊碾壓補強壓實[9]。

④在路床頂部以下鋪設(shè)兩層土工隔柵，寬度延伸至邊坡邊緣1 m處，格柵在填方邊坡側(cè)應(yīng)反包2 m以上，土工格柵范圍應(yīng)盡量使用粒徑較小的碎石，嚴禁使用大塊石、片石填筑，以保證路面結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定。

⑤設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，設(shè)置滲溝、排水溝、平臺排水溝、急流槽等設(shè)施，迅速排除路基范圍內(nèi)降雨，減少低洼處積水。

⑥第一級邊坡坡率采用1：1.5，第二級以下坡率采用1：1.75～1：2，邊坡防護形式采用拱形骨架內(nèi)植草灌，增強填土邊坡穩(wěn)定性，減少邊坡垮塌。

⑦優(yōu)先安排高路堤施工，修筑路面前應(yīng)保證不少于一個雨季的自然沉降時間;施工過程中應(yīng)加強沉降觀測和動態(tài)監(jiān)控，嚴格控制填筑速率，確保路基安全[10]。

2.4 工程造價分析

橋梁方案與高填方方案的造價影響主要因素有：建設(shè)規(guī)模、占地面積、施工難度、建成后車輛行駛安全、運營管理、養(yǎng)護維修費用、環(huán)境影響等，如下表所示：

由表3可知，對比橋梁方案，采用高填方路基方案可節(jié)省工程造價2 423萬元。同時橋梁方案還存在建設(shè)規(guī)模、施工難度大、運營期間維修養(yǎng)護費用高等特點，其全壽命周期成本遠遠高于路基方案。

3 結(jié)語

山嶺重丘區(qū)線位選取制約較多，在工可走廊帶的基礎(chǔ)上，往往線位優(yōu)化的空間較小，當(dāng)不可避免的要調(diào)整線位時，往往會產(chǎn)生較大的土石方量，因此，初步設(shè)計階段在線位優(yōu)化的基礎(chǔ)上，需要充分考慮土石方平衡，對路基方案與橋梁方案進行比選，盡可能較少棄方量，減少棄渣場占地。

本文以湖南西部山區(qū)某高速橋改路基優(yōu)化設(shè)計為例，從工程適宜性、工程生態(tài)效益、工程安全性、工程造價等方面對山嶺重丘區(qū)橋梁方案與路基方案進行了對比分析，通過分析發(fā)現(xiàn)：路基方案可有效消化棄方，解決了周邊沒有棄土場用地、棄土場易失穩(wěn)等的難題，同時節(jié)約了工程造價，工程生態(tài)效益更加顯著，路基方案更加合理，可以推廣到全省其他項目的建設(shè)中。

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