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        基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設計研究

        2021-12-04 03:04:48張偉玲
        運輸經(jīng)理世界 2021年13期
        關鍵詞:集約山區(qū)寬度

        張偉玲

        (中冶京誠工程技術有限公司,北京 100176)

        0 引言

        山區(qū)地形一般比較復雜,地貌起伏大,但耕地面積占比一般不大,山區(qū)高速公路設計中對平面和縱面線形指標的要求非常高,而且在山區(qū)分布有較多的埡口,使得路基邊坡比較高,再加上山區(qū)高速公路線較長,路基寬度大等特點,致使山區(qū)高速公路在施工建設中需要占據(jù)大量土地資源,但考慮到區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展,建設山區(qū)高速公路勢在必行。這就要求山區(qū)高速公路設計人員能夠協(xié)調好二者之間的矛盾,在滿足山區(qū)高速公路設計標準和要求的基礎上,最大限度實現(xiàn)有限土地資源的集約利用,以緩解我國目前高速公路建設和占地過大之間的供需矛盾,更好地保護生態(tài)環(huán)境,實現(xiàn)人與自然和諧相處?;诖耍_展基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設計研究,就擁有非常深遠的意義。

        1 工程概述

        某山區(qū)高速公路,設計路線長度為102.52km,位于地形復雜多變的山區(qū),結合該公路工程所在區(qū)域的地形地貌和實際需求,需要設計大型橋梁24 座,中小型橋梁32 座,小型橋梁7 座,總長度為21.52km;特長隧道1條,中長隧道8 條,小隧道5 條,總長度為15.24km,其余均為路基段落。設計速度80km/h,整體式路基寬度24.5m,分離式路基寬度12.25m,橋梁凈寬12.15×2m,隧道凈寬11.25×2m,地震動峰值加速度系數(shù)0.05。

        2 基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設計的原則

        按照案例工程經(jīng)過區(qū)域的地形地貌來看,為達到土地集約利用的目的,在具體設計中要嚴格遵循以下幾個原則:

        其一,滿足路線線形技術指標的原則。在山區(qū)高速公路設計要做到綜合考慮,結合山區(qū)高速公路所在區(qū)段的自然環(huán)境條件,合理選址和設計,既要集約土地,也要滿足車輛行駛的安全性和舒適性[1]。其二,滿足區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃的原則。按照國土空間規(guī)劃的要求進行設計,保證山區(qū)高速公路設計符合國土利用的總體規(guī)劃,不觸碰“三線”,從而為遠期發(fā)展提供良好的條件。其三,滿足集約節(jié)約用地的原則。在山區(qū)高速公路設計中,必須全面考慮公路的用地規(guī)模、種類、質量,結合有限的土地資源,進行科學合理的利用,最大限度上控制建設用地規(guī)模,減少占用耕地和林地,尤其是不能碰觸區(qū)域基本農田數(shù)量。其四,滿足占補平衡的原則。在山區(qū)高速公路設計中,要統(tǒng)籌兼顧周圍的地形地貌,對土地進行科學整理、開發(fā),盡量補充山區(qū)高速公路占用的農田面積。其五,嚴格控制用地指標,各單項工程用地不得超過《公路工程項目建設用地指標》(建標〔2011〕124 號)的限制。

        3 基于土地集約利用的山區(qū)高速公路設計要點

        3.1 科學選線和定線

        案例工程里程比較長,在選線和定線設計中,為最大限度上提升科學性,節(jié)約土地,嚴格遵循“由帶到線和由粗到細”的原則,實現(xiàn)逐步優(yōu)化。尤其是在可行性研究中,需要深入路線設計現(xiàn)場進行全面調研,確定出合理的路線走廊帶以及主要的控制點。和當?shù)剡^去資源空間規(guī)劃部門取得聯(lián)系,詳細分析目前區(qū)域土地利用情況,全面收集土地資料,進行全面分析,凡是占用土地的路線都需要進行科學論證。再結合當?shù)貧夂驐l件、地形地貌、公路規(guī)模、路網(wǎng)結構等合理確定出合適的路線走廊帶。在進行路線走廊帶設計和定線時,需要綜合分析土地占有量,作為路線選擇和確定的主要參考依據(jù)。案例工程選線和定線長度在5~20km,從節(jié)約利用土地資源的角度看,需要在布設線路時,少占用或不占用耕地。再按照集約節(jié)約用地的原則,對初步選線和定線的方案進行對比,不能僅對路面上線路進行對比優(yōu)化,要從路線、路基、橋梁、隧道、路線交叉等各個方面同時入手,進行全面系統(tǒng)的綜合優(yōu)化。

        3.2 合理設計路基的高度和坡度

        路基設計是山區(qū)高速公路設計的重中之重,占用土地是最多的,因此,在路基設計中必須深化集約利用土地的理念,以提升土地資源的利用率,案例工程路基的橫斷面形式多呈現(xiàn)梯形,因此,路基的高度越高,則底部的寬度就越大,用地面積也就越大。此外,路基高度越高,則回填量也就越大,取土占地面積越大。多數(shù)情況下,高速公路路基的填土高度在5.0m 左右,本工程為雙向四車道山區(qū)高速公路,土石方量為20m3/km 左右,如果路基頂部的寬度為26m,則路基的高度每降低1m,可減少土石方量2.7 萬m3/km,坡度控制在1∶1.5左右,各斷面路基寬度能夠減少至少3m,可少征用地面積為0.3hm2/km。

        在山區(qū)高速公路設計中對路基最小填土的高度有明確規(guī)定,如果平均路基的高度在4m 左右,為保證山區(qū)高速公路路基設計的科學性,需要從節(jié)約用地的角度出發(fā),避免土地資源浪費??杀WC路基穩(wěn)定性和強度滿足山區(qū)高速公路使用安全的基礎上,適當降低路基填土高度,并且路基要貼面設計,達到“隨坡就勢”的設計效果,以促使山區(qū)高速公路能夠和周圍的自然環(huán)境相互融合,在提升土地利用率的基礎上,降低對周圍環(huán)境造成的影響[2]。

        3.3 結合現(xiàn)場情況合理布設路基的斷面形式。

        路基斷面形式設計是體現(xiàn)土地集約利用理念的關鍵環(huán)節(jié),在具體設計中需要結合現(xiàn)場情況進行靈活設計,才能更好地提升土地利用率,具體而言,可從以下幾個方面同時入手。

        3.3.1 硬路肩設計

        山區(qū)高速公路中硬路肩的主要作用是滿足緊急臨時停車的需求,并對行車路面的結構進行全面保護,在提升車輛通過率、安全性、道路養(yǎng)護等方面有重要作用。車輛在山區(qū)高速公路上行駛時,需要有足夠的側向余寬,其寬度設計是否合理,直接關系到山區(qū)高速公路的通行能力以及車輛的行駛速度。案例工程所在區(qū)域地形比較復雜,道路展線有限,在那些邊坡坡度大、地質條件復雜的路段,為最大限度上減少對原有邊坡造成的擾動和防護工程量,可適當減小硬路肩的寬度,但需要保證硬路肩寬度的連續(xù)性,可在硬路肩變寬地段處,適當設置一定的漸變段,并設置醒目的交通標志。

        3.3.2 土路肩設計

        和硬路肩相比,土路肩在山區(qū)高速公路中的作用比較小,為節(jié)約土地利用面積,土路肩設計時可充分結合蓋板邊溝,以蓋板邊溝作為土路肩,此種設計方法,不僅能有效減少路基的斷面尺寸,而且不會影響公路的正常使用,更加節(jié)約土地。本工程土路肩設計圖如圖1所示,圖1中的路肩設計圖比常規(guī)土路肩設計的橫向寬度少1.45m,但滿足了山區(qū)高速公路的需求,節(jié)約了土地占用面積。

        圖1 土路肩設計圖(mm)

        3.3.3 邊坡平臺設計

        如果邊坡的坡度比較高,需要設計成臺階式邊坡平臺,以發(fā)揮出平臺檢修和防護的雙重作用。在《公路路基設計規(guī)范》(JTG D30—2015)中對邊坡平臺有嚴格要求,要求其寬度不能低于2.0m。而如果邊坡的坡度比較低,且地質條件比較好,邊坡土石結構比較穩(wěn)定,可適當降低邊坡平臺的寬度,最低可降至1.0m。邊坡的平均需要按照兩級坡進行設計,高度可按照20m 進行設計,但邊坡平臺的寬度降低到1.0m 時,各斷面的寬度要減少2.0m,從而更好地節(jié)約土地。

        3.3.4 路基邊坡設計

        在山區(qū)高速公路路基邊坡設計中,不能以犧牲邊坡的穩(wěn)定性來降低土地利用面積,二者要選擇一個平衡的關系,選擇合適的邊坡坡率。在案例工程設計中,采取了放緩邊坡的方法,以提升邊坡自身的穩(wěn)定性,和錨索加固邊坡相比,如果可以適當放緩1~2 級邊坡,可大幅度節(jié)約邊坡加固量。但會增加邊坡的高度和土方開挖量,占用土地的面積可能更大。對山區(qū)高速公路而言,決定邊坡穩(wěn)定性的因素體現(xiàn)在兩個方面:一是坡率,二是高度。因此,邊坡越緩,并不意味著穩(wěn)定性就越高。關鍵在路基邊坡設計中,設計人員對地質的了解和掌握情況,如果可以科學靈活的設計斷面,先確定出合理的邊坡,再進行科學設計,就能促使路基邊坡和周圍環(huán)境融為一體,即便不做或者少做加固,也可以保證路基邊坡具有良好的穩(wěn)定性,既能降低工程造價,也可以節(jié)約路基的占地面積。

        3.3.5 排水設計

        在山區(qū)高速公路設計中常用的路基邊溝橫斷面形式有三種:三角形、淺碟形、梯形。其中梯形應用范圍最廣,最適合用作排水工程,通常梯形底部寬度為0.6m,頂部寬度在1.8m,即可滿足山區(qū)高速公路排水的需要。在路基排水工程設計中,需要確定最不利狀態(tài)下的排水斷面,因此,在排水溝斷面設計時,需要結合現(xiàn)場情況進行靈活調整,以便更好地使其滿足排水要求??蛇m當減小斷面尺寸,以減少公路占地面積。在具體設計中,排水溝的尺寸的設計,不僅僅需要考慮當?shù)氐牡匦蔚孛埠托沽鞯哪芰?,還要綜合考慮行車的安全性以及環(huán)境景觀的需求。

        3.4 合理架設橋梁

        如果區(qū)段路基比較高,還繼續(xù)修建路基,不但難度大,而且會侵占大量土地,此時可通過“以橋帶路”的設計思路,來節(jié)約土地資源。案例工程為四車道山區(qū)高速公路,寬度為26m,若路堤的高度為5.0m,半幅路基的寬度達到26.3m,是橋梁工程的2 倍多,并且路堤填土高度越高,則占用土地的面積也就越大。橋梁工程斷面和路堤斷面占地寬度對比情況如圖2所示。

        圖2 橋梁工程斷面和路堤斷面占地寬度對比情況

        如果山區(qū)高速公路需要穿越基本農田,在路線設計中就需要結合實際路基填土的高度、軟土路基、成本、環(huán)境破壞、占用農田面積等方面同時入手進行綜合分析和對比,分析橋梁和路基哪種方案最合理、最科學。在應用集約土地利用理念時,需要綜合考慮土地占用的機會成本對占用土地的價值,以最大限度上提升土地占用因素的權值。近年來,我國城鎮(zhèn)化進程不斷推進,耕地越來越少,為少占農用耕地,在高速公路穿越農田時,多會選擇“以橋帶路”的方法。尤其是對中心填土高度大于20m 的路基,必須進行路和橋的設計方案對比,綜合評價用地率和周圍環(huán)境造成的影響情況,合理確定依從關系,再確定最終的設計方案。

        3.5 合理開挖隧道

        在山區(qū)高速公路設計中受到地形地貌的影響,在山體高度比較大的區(qū)域,邊坡高度大,坡體穩(wěn)定性不足或存在安全隱患時,可采取繞行或隧道施工方案。其中,繞行會增大山區(qū)高速公路工程量和成本,且路線縱坡比隧道更大,增大征地寬度,提升車輛燃油損耗。而隧道方案則可以有效解決這一問題,可直接穿過山體,縮短山區(qū)高速公路里程,減少用地面積,而且不會對原來的生態(tài)環(huán)境造成太大影響。案例工程特長隧道1 條,中長隧道8 條,小隧道5 條,總長度為15.24km。每條隧道的設計消除了原邊坡,既滿足了環(huán)境保護,同時又節(jié)約超過2.32hm2的林業(yè)用地。與繞行設計方案相比,隧道施工方案無疑更加節(jié)約用地,更加利于環(huán)境保護。

        4 山區(qū)高速公路設計土地集約利用的措施

        為緩減山區(qū)高速公路設計占用土地嚴重的問題,在設計中應減少土地資源地占用,實現(xiàn)有限土地資源的集約利用,還應結合山區(qū)高速公路設計進行全面分析。

        4.1 提升設計人員對土地集約利用的認識

        目前,我國正處于社會經(jīng)濟發(fā)展的關鍵階段,土地供需矛盾依然突出,科學合理地利用土地是實現(xiàn)社會經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的重中之重。找到一條占地少、利用率高的山區(qū)高速公路設計新思路,才能在保證高速公路建設滿足經(jīng)濟發(fā)展需求上,更好利用土地資源。為達到這一目的,就需要每位山區(qū)高速公路設計人員,能夠充分認識到集約土地利用的重要性和必要性,在保證山區(qū)高速公路質量和后期發(fā)展需求的基礎上,盡量減少土地資源的占用面積。

        4.2 合理確定山區(qū)高速公路的用地標準

        為更好地集約利用土地,需要按照目前我國經(jīng)濟發(fā)展的實際情況,結合區(qū)域地形地貌,科學合理地設計路線,協(xié)調高速公路發(fā)展規(guī)劃,切不可盲目投資,低水平建設,浪費土地資源。此外,還要按照集約土地利用的原則,在保證山區(qū)高速公路設計的功能和安全滿足要求的基礎上,重新審改現(xiàn)有的山區(qū)高速公路設計用地標準,凡是和土地使用標準不一致的設計標準和規(guī)范要及時修訂。采取更加先進的節(jié)地技術、適當降低路基高度、適當提升橋梁隧道的占比,降低山區(qū)高速公路施工過程用地標準和取土棄土的用地標準,凡是超標用地的需要核用土地面積,科學合理地確定山區(qū)高速公路綠化設計設施的用地規(guī)模。

        4.3 立足節(jié)約用地開展山區(qū)高速公路設計

        嚴格按照山區(qū)高速公路設計標準,做好路線設計,既要滿足道路安全、路線平縱指標的要求,更要結合路線所在區(qū)域的經(jīng)濟作用以及地形地貌,通過多方案比選,選擇占用土地最少的方案。在整個設計過程中,需要以集約土地為前提條件,在路基、橋梁、隧道等用地設計中需要和行業(yè)線性標準進行對比,確保其合理性,不能超過行業(yè)的最高上限。

        5 結語

        綜上所述,基于土地集約利用理念的不斷落實和深入人心,對山區(qū)高速公路設計提出了更高的要求,山區(qū)地形地貌是難以改變的,在高速公路建設中必然會占用一定的土地。但采取一系列行之有效的方法和措施,可在保證山區(qū)高速公路質量和安全滿足要求的基礎上,降低占用土地的面積,特別是耕地和基本田地。尤其在路線設計和選擇中,要順應地形地貌,盡量不去破壞環(huán)境原來的樣貌,切不可大挖大填,應合理設置橋、隧道等構造物,促使山區(qū)高速公路路線能夠和周圍融為一體,更好地節(jié)約土地資源和保護耕地。

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